遺傳學(xué)課件09第九章-染色體畸變

1、主講：侯丙凱遺傳學(xué)下冊染色體畸變基因突變基因和基因組突變和重組機(jī)理細(xì)胞質(zhì)遺傳發(fā)育遺傳遺傳工程Main topics:生物體的變異Environmental variation (環(huán)境變異)Recombinant variation (重組變異)MutationChromosomal variation (染色體畸變)Gene mutation (基因突變)第九章 染色體畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)變異染色體數(shù)量變異人類染色體異常與疾病（Chromosomal Variation）第一節(jié) 染色體結(jié)構(gòu)變異染色體結(jié)構(gòu)變異的原因和類別原因： 自發(fā)變異 誘發(fā)變異類別： 缺失、重復(fù)、倒位、易位研究材料：果蠅唾腺染色體、

2、玉米染色體等一、缺失 （Deletion）定義：染色體上某一區(qū)段及其所帶的基因一起丟失的現(xiàn)象。缺失的類型和產(chǎn)生頂端缺失和中間缺失。頂端缺失：缺失部分是某臂外端，比較少見。 容易形成染色體橋、進(jìn)入“斷裂-愈 合-橋”的循環(huán)(A) Formation of a bridge in one cell and a fragment in the other. (B) Formation of a bridge and a fragment in the same cell.(A) Bridge breaking at middle, with fragment at top. (B) Off-cent

3、er bridge breakage. (C) Bridge apparently moving to one pole. (D) A lagging bridge.玉米第二次減數(shù)分裂后期有絲分裂后期中間缺失：缺失部分是某臂內(nèi)段，穩(wěn)定，比較常見。缺失純合體： A B C D F A B C D F缺失雜合體： A B C D E F A B C D F ABCDEF ABCDF3. 缺失的細(xì)胞學(xué)效應(yīng) 減數(shù)分裂時(shí)，同源染色體配對出現(xiàn)弧狀結(jié)構(gòu)（缺失環(huán)）。弧狀結(jié)構(gòu)是正常的染色體部分。4. 缺失的遺傳學(xué)效應(yīng)（1）影響個(gè)體生活力:影響程度和缺失區(qū)段大小、所含基因多少、重要程度、染色體倍性有關(guān)。缺失部分太

4、大不能存活；一般缺失雜合體比純合體生活力強(qiáng)一些；（2）缺失一般使配子敗育，花粉尤其如此，所以一般通過雌配子傳遞。果蠅缺刻翅表型Notch 是因?yàn)榘?Notch 基因在內(nèi)的染色體片段發(fā)生缺失造成的上圖為正常表型下圖為突變型玉米 ：非甜粒 SuSu顯性；甜粒 susu 隱性 非甜粒 SuSu X 甜粒 susu F1 非甜粒 Susu (顯性性狀） UVSuSu花粉 X susu F1 2株甜粒 732株非甜粒 （假顯性） （顯性）原因： - su Susu(2) 有時(shí)會出現(xiàn)擬顯性現(xiàn)象(pseudo-dominance)缺失作圖原理 缺失雜合體常出現(xiàn)擬顯性現(xiàn)象，將某一隱性性狀個(gè)體與一系列（表現(xiàn)正

5、常的）缺失雜合體進(jìn)行雜交，對出現(xiàn)假顯性（隱性性狀）的個(gè)體進(jìn)行細(xì)胞學(xué)鑒定以確定隱性基因在染色體上的位置。例如（教材上）果蠅小眼不齊基因的定位。aaXAa假顯性鑒定缺失片段的染色體位置二、重復(fù) （Duplication）1. 定義：在正常染色體組的基礎(chǔ)上，增加了額外的染色體部分的一種變異現(xiàn)象。2. 重復(fù)的類型和產(chǎn)生順接重復(fù)反接重復(fù)移位重復(fù)a b c d a b c d e fa b c d d c b a e fa b c d e fa b c d產(chǎn)生重復(fù)有兩種方式：（1）同源染色體間不等交換（2）斷裂重接1 2 3 4 5 61 23 4 5 61 2 5 6 1 2 3 4 3 4 5 6 3

6、. 重復(fù)的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)a.缺失與重復(fù)往往相伴出現(xiàn)b.重復(fù)區(qū)段一般不包括著絲粒，如果有的染色體為雙著絲粒，染色體不穩(wěn)定c.重復(fù)雜合體聯(lián)會形成重復(fù)環(huán)，弧狀結(jié)構(gòu)是重復(fù)的部分。（注意區(qū)分重復(fù)環(huán)與缺失環(huán)）4. 重復(fù)的遺傳學(xué)效應(yīng)a.生活力降低：重復(fù)比缺失造成的影響小，重復(fù)部分太大也會影響生活力甚至導(dǎo)致死亡b.不致死的重復(fù)可導(dǎo)致復(fù)雜表型，并具有劑量效應(yīng)，同一基因重復(fù)次數(shù)越多表型效應(yīng)越顯著c.位置效應(yīng)：基因由于變換了在染色體上的位置導(dǎo)致表型效應(yīng)發(fā)生改變d.帶有重復(fù)染色體的配子一般是不育的動(dòng)態(tài)突變（dynamic mutation）DNA序列中由于寡核苷酸拷貝數(shù)目的變化，引起生物表型改變的突變，稱為動(dòng)態(tài)突變。動(dòng)態(tài)

7、突變通常是由三聯(lián)體密碼子重復(fù)數(shù)目的增加而形成的。X脆性染色體綜合癥是由于在X染色體長臂末端（Xq27.3）位置上CGG拷貝數(shù)目增加到200以上，引起基因的改變，形成痕跡很重的脆性部位，該部分很容易被折斷，所以被稱為脆性染色體。脆性X三聯(lián)體密碼子的重復(fù)與疾病 疾 病 密碼子 正常拷貝 患者拷貝脊髓肌肉萎縮癥 CAG(gln) 11-33 40-62亨廷頓癥 CAG(gln) 11-34 42-100X脆性染色體 CGG(arg) 6-54 250-4000強(qiáng)直型肌營養(yǎng)不良 CTG(leu) 7-23 49-75小腦共濟(jì)失調(diào) CAG(glu) 4-18 40-200三、倒位 （Inversion）

8、1. 定義：染色體某區(qū)段及其基因順序發(fā)生180o倒轉(zhuǎn)的變異現(xiàn)象。2. 倒位的類型臂內(nèi)倒位（Paracentric inversion）臂間倒位 ( Pericentric inversion)倒位純合體倒位雜合體 (聯(lián)會時(shí)形成倒位環(huán)）人和黑猩猩的四號染色體因一個(gè)臂間倒位而不同倒位環(huán)3. 倒位的細(xì)胞學(xué)特點(diǎn)（1）倒位雜合體在減數(shù)分裂同源染色體配對時(shí)，形成倒位環(huán)。（臂內(nèi)倒位的情況下，著絲粒在倒位環(huán)的外部；臂間倒位的情況下，著絲粒在倒位環(huán)的內(nèi)部）（2）在倒位環(huán)內(nèi)如果發(fā)生單交換，一半的配子是重組型的，將是不育的；另一半配子是非重組型的，是可育的。4. 倒位的遺傳學(xué)效應(yīng)（1）倒位雜合體配子敗育率上升，造成

9、部分不育。（為什么？）（2）抑制或大大降低了倒位環(huán)內(nèi)基因重組，倒位區(qū)段呈現(xiàn)很強(qiáng)的連鎖關(guān)系。（為什么？）（交換后配子死亡或活力嚴(yán)重降低，最終導(dǎo)致重組型配子數(shù)顯著減少，使重組率大大降低，表現(xiàn)為強(qiáng)連鎖關(guān)系）（3）靠近倒位圈的區(qū)段經(jīng)常不能正常聯(lián)會，導(dǎo)致交換機(jī)會下降。5. 平衡致死品系一對同源染色體各帶有一個(gè)座位不同的隱性致死基因，通過倒位使得這對同源染色體之間不能發(fā)生交換，所以隱性致死基因可以雙雜合子的狀態(tài)永久保存下來，該品系被稱為平衡致死品系(balanced lethal strain)。平衡致死品系D + GL倒位D +GL +D: 展翅， 顯性；純合致死(D/D)，3號chr上。GL: 粘膠眼

10、，顯性，純合致死(GL/GL)， 3號chr上。 某學(xué)者為了研究D基因，長期保存D/+品系, 但最終失敗。 （為什么？）所以引入GL基因，通過D/+ GL/+, 選出D+/+GL品系。D + X + + + + GLD + GL選出該品系自交的結(jié)果：D + X D + GL + GLD + D + + GL D + + GL + GL死亡 保存 死亡用D+/+GL品系可以長期保存致死基因D嗎？分析：然而，這種保存方法的可行性依賴于一個(gè)前提，即在D 和GL之間沒有交換發(fā)生（為什么？）。因此，需要在D 和GL之間造成一個(gè)倒位，倒位后的品系將永遠(yuǎn)以隱性致死基因的雜合態(tài)保存下來，這樣的品系就是平衡致死

11、品系。平衡致死品系D + GL倒位D +GL +（思考：在該染色體上DGL之外造成倒位，能否形成平衡致死品系？）四、易位 （ Translocation）1. 定義：一條染色體上的一個(gè)片段轉(zhuǎn)移到非同源染色體上的一種變異現(xiàn)象。2. 易位的類型單向易位相互易位易位純合體易位雜合體易位和交換的異同：均為染色體片段的交換。但是發(fā)生的染色體不同，交換是發(fā)生在同源染色體(非姊妹染色單體)之間，易位是發(fā)生在非同源染色體之間。發(fā)生時(shí)期也不同，交換發(fā)生在粗線期，易位可以發(fā)生在各個(gè)時(shí)期。3. 易位的細(xì)胞學(xué)特點(diǎn)圖象：T 字形（單向易位雜合體） 十字型（相互易位雜合體）育性：半不育性（所有易位雜合體）鄰近式分離：配子

12、不育交互式分離：配子可育相互易位雜合體（配子染色體組成有什么規(guī)律？）50%50%4. 易位的遺傳學(xué)效應(yīng)（1）易位雜合體形成的配子中，一半可育一半不育，因此易位雜合體是半不育的。（2）改變基因間連鎖關(guān)系，原來連鎖的基因由于易位成為獨(dú)立遺傳，而原來獨(dú)立遺傳的基因由于易位成為連鎖遺傳。易位雜合體容易出現(xiàn)假連鎖現(xiàn)象（pseudo-linkage）。果蠅：bw 褐眼， e 黑檀體bw+e+bw+bwee+bwbweebwebwebwe（野生型）（雙隱性） (只產(chǎn)生兩種配子，? )(只產(chǎn)生1種配子)bw 和e表現(xiàn)出假連鎖?。ㄋ伎迹喝绻唇?，結(jié)果怎樣？）（3）易位對個(gè)體的生長發(fā)育造成不良影響，甚至死亡。平衡

13、易位：主要遺傳物質(zhì)沒有丟失，個(gè)體表型正常。不平衡易位：主要遺傳物質(zhì)沒有丟失，個(gè)體發(fā)育受影響。人、動(dòng)物中多為平衡易位。（4）導(dǎo)致染色體數(shù)目改變：羅伯遜易位（Robertsonian translocation）在兩個(gè)端著絲粒染色體之間發(fā)生，當(dāng)兩個(gè)端著絲粒染色體在著絲粒區(qū)發(fā)生斷裂后，長臂在著絲粒區(qū)相互重接，短臂則往往會丟失，容易導(dǎo)致染色體數(shù)目改變（減少）。家豬：2n=38，歐洲野豬2n=36，37；家豬15、17 號染色體羅伯遜易位形成一對中著絲粒染色體，兩個(gè)小的丟失2n=36；15、17 染色體各一條進(jìn)行羅伯遜易位后形成一條中著絲粒染色體，一個(gè)小的丟失則2n=37。目前在歐洲野豬已發(fā)現(xiàn)1517、

14、1617羅伯遜易位，而在家豬僅發(fā)現(xiàn)一種1317羅伯遜易位。 第二節(jié) 染色體數(shù)目的變異一、染色體的數(shù)目及其變異類型染色體數(shù)目是物種的特征之一染色體組和基數(shù)單倍體、二倍體、多倍體整倍體和非整倍體染色體數(shù)目變異的主要類型見下表：類別名稱染色體組染色體組成整倍體單倍體n(abcd)二倍體2n(abcd)(abcd)三倍體3n(abcd) (abcd) (abcd)同源四倍體4n(abcd) (abcd) (abcd) (abcd)異源四倍體2(2n)(abcd) (abcd) (efgh)(efgh)非整倍體單體2n-1(abcd) (abc) 缺體2n-2(abc) (abc) 雙單體2n-1-1(

15、abc) (abd) 三體2n+1(abcd) (abcd) (a)雙三體2n+1+1(abcd) (abcd) (ab)四體2n+2(abcd) (abcd) (aa)二、整倍體 ( Euploid )（一）單倍體（haploid）1. 定義 單元單倍體:即一倍體，含一個(gè)染色體組，由二倍體產(chǎn)生如玉米2n=2x=20的單倍體n=x=10多元單倍體：由多倍體產(chǎn)生的單倍體，如小麥2n=6x=42 的單倍體n=3x=212. 產(chǎn)生：自發(fā)產(chǎn)生（孤雌生殖和孤雄生殖），誘發(fā)產(chǎn)生（花粉培養(yǎng)和花藥培養(yǎng)等）3. 特點(diǎn)（1）高度不育，一般不能產(chǎn)生種子。主要原因在減數(shù)分裂期間都是單價(jià)體，無法聯(lián)會不育。（2）細(xì)胞、組

16、織、器官和植株一般都比它的二倍體和四倍體弱小。4. 應(yīng)用價(jià)值（1）單倍體本身的每個(gè)染色體組是單的，全部基因也是單的，一旦人為加倍，不僅可以由不育可育，而且全部基因都變成純合。所以育種上可大大縮短年限。（2）單倍體基因是單的，所以不管它是顯性還是隱性均可充分表現(xiàn)，所以是研究基因性質(zhì)及其作用的好材料。（3）異源多倍體的多個(gè)染色體組之間并不都有是絕對異源的，某個(gè)或某些之間可能有部分同源的關(guān)系。異源多倍體的單倍體孢母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)，任何染色體都只是單個(gè)，所以除去不得不成單價(jià)體外，還可能與自己部分同源的另一個(gè)染色體聯(lián)會成二價(jià)體。通過其聯(lián)會分析，就可得知彼此同源的關(guān)系。（二）多倍體之同源多倍體1. 定義：

17、 多倍體（polyploid）同源多倍體（autopolyploid）馬鈴薯是同源四倍體2n=4x=AAAA=48，4 個(gè)染色體組源于同一物種，每組12 條染色體，那么它的單倍體n=2x=24，2. 產(chǎn)生： 自發(fā)產(chǎn)生、 誘發(fā)產(chǎn)生（秋水仙素等）3. 特點(diǎn):(1)形態(tài)特征如葉片肥厚、莖桿粗壯、花、果實(shí)、種子、花粉粒、氣孔等較大，但器官組織隨染色體組增加而增大的關(guān)系有一定限度，超過一定限度不存在上述關(guān)系。如甜菜最適宜的多倍體不是同源四倍體，而是同源三倍體。一般生長緩慢，成熟較晚。（2）生理生化代謝改變，一般隨劑量增大加強(qiáng)，如四倍體番茄VC 含量比二倍體高一倍。（3）同源多倍體一般有不同程度的不育性，

18、與減數(shù)分裂能否形成正常的配子有關(guān)。4減數(shù)分裂時(shí)染色體的行為（1）同源三倍體III 2/1II + I 2/1 1/1形成的配子中染色體組合成分均不平衡，使其高度不育，平衡配子為2x 或x，機(jī)會很少。應(yīng)用：香蕉是天然的同源三倍體2n=3x=33。無子西瓜的育成：2n=2x=22 在幼苗期加倍成4n=4x=44 作為母本，和2n=2x=22 雜交，得到的種子就是2n=3x=33，種下就是無子西瓜。偶爾也結(jié)子，概率極低。（2）同源四倍體 2/2 3/1 + 2/2 3/1 2/1 + 2/2 + 2/2 3/1 2/1 1/1 均衡式分離占多數(shù)，育性有所下降。（三）多倍體之異源多倍體1. 定義： 異

19、源多倍體 （allopolyploid）2. 產(chǎn)生：（1） AA x BB - AB - AABB（2） AAAA x BBBB - AABB分布廣泛，多為異源四倍體，異源六倍體，被子植物30%-35%，禾本科中70%為異源多倍體。如小麥：2n=6x=AABBDD=42；普通煙草2n=4x=TTSS = 483. 特點(diǎn)：（1） 形態(tài)巨大性與同源多倍體相似（2） 由于染色體組來自不同物種，一般表現(xiàn)為雙親中間類型（3）偶倍數(shù)異源多倍體育性正常，自然界常見；奇數(shù)倍的異源多倍體是不育的，比較少見。4. 普通小麥的起源和異源八倍體小黑麥的培育（1）小麥起源：由三個(gè)原始種先后雜交加倍產(chǎn)生T. monoco

20、ccum (一粒小麥) 2n=14, AA A.speltoides(擬斯卑爾脫山羊草) 2n=14, BBAB 不育雜種T.dicoccoides(擬二粒小麥)2n=28, AABBsquarrosa(方穗山羊草) 2n=14, DDABD 不育雜種T. aestivum(普通小麥)2n=42, AABBDD染色體加倍染色體加倍（2）異源八倍體小黑麥的培育黑麥穗大、粒大、抗病和抗逆性強(qiáng)，小麥面粉質(zhì)量好。小黑麥的培育綜合了雙親的優(yōu)點(diǎn)。黑麥(2n=RR=14)小麥(2n=6x=AABBDD=42)F1(4x=ABDR=28) 異源八倍體小黑麥（2n=8x=AABBDDRR=56）染色體加倍三、非

21、整倍體 （aneuploid）非整倍體的主要類型：單體、缺體、三體非整倍體產(chǎn)生的原因：減數(shù)分裂不正常，同源染色體不聯(lián)會或聯(lián)會后不分離，產(chǎn)生n-1, n+1配子，正常情況下產(chǎn)生n 配子。 n-1 n+1 nn-1 n+1n缺體或雙單體二倍體單體二倍體雙三體或四體三體單體三體二倍體二倍體生物：較少出現(xiàn)單體或缺體多倍體生物：經(jīng)常出現(xiàn)非整倍體二倍體和多倍體：均可出現(xiàn)超倍體 (三體、四體等) （一）單體（monosomic)和 缺體（nullisomic）1. 存在：常見于異源多倍體生物中，例如普通煙草（異源四倍體，2n=4x=TTSS=48）是第一個(gè)分離出全部24 個(gè)不同單體的植物。普通小表也有21

22、個(gè)不同染色體單體。另外，普通小麥的21 對染色體都有了各自的缺體。2. 特點(diǎn)（1）生活力低 （2）育性低3. 應(yīng)用： 主要應(yīng)用于基因定位 ey/ey: 果蠅無眼 +/+ ： 果蠅有眼 單體果蠅：2n-1 ey/ey X 2n-1 ey/+ ey/- 有眼 無眼 與某一單體（如4號單）雜交，出現(xiàn)了無眼果蠅，證明ey基因在該單體的染色體上如果是缺體，則可直接把某個(gè)隱性性狀與染色體相對應(yīng)。例如如果發(fā)現(xiàn)某種缺體中出現(xiàn)了隱性性狀，說明控制該性狀的基因位于所缺的那一對染色體上。第四染色體缺體無眼證明ey基因位于第四染色體上（二）三體（trisomic）1. 存在1910 年在直果曼陀羅中發(fā)現(xiàn)了一種球形蒴果

23、突變型，以后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)許多種不同的突變型。到1920 年才知道這些突變型比正常的直果曼陀羅多一個(gè)染色體，即12 對多出一個(gè)，實(shí)際上是11+1，因此出現(xiàn)三體這個(gè)名詞。三體在普通二倍體和異源多倍體中都有存在。例如番茄的12 對染色體都有三體。水稻的12對染色體也有全套的三體。三體的類別初級三體：多出的一條染色體是染色體組中某一條完整的染色體。如水稻 1 號初級三體，是多出整條1 號染色體。次級三體：多出的一條染色體是某個(gè)成員的等臂染色體（兩個(gè)臂完全相同）。如水稻1 號次級三體。三級三體：多出的一條染色體是兩種染色體的各一段連接而成的，稱三級三體。如水稻1 號與9 染色體易位產(chǎn)生的三級三體。3. 應(yīng)用2. 特點(diǎn)與單體與缺體相比，三體對生活力的影響較小，容易存活。但多種三體之間的表現(xiàn)型變異比較明顯。增加的染色體常使花粉不育，額外的染色體都是通過雌配子傳遞的。三體植物也是部分不育的。（1）用于基因定位第四染色體三體先與無眼果蠅雜交，子一代再與無眼果蠅分別測交，如果有的測交后代出現(xiàn)野生型：無眼= 5:1， 則說明無眼基因在第四染色體上。ey/ey+/+/+第四號三體+/ey+/+/ey+/+/eyey/ey1 +/+ 1ey 2 +/ey 2 +ey+/+/ey ey/ey +/ey/ey +/ey1 : 1 : 2 : 2野生型 無眼 野生