細胞遺傳學基礎

第一節(jié)細胞的結構和功能第二節(jié)染色體第三節(jié)細胞分裂第四節(jié)動物配子發(fā)生與染色體周史第五節(jié)動物性別決定第二章細胞遺傳學基礎生物非細胞結構：病毒（如：噬菌體）細胞結構原核細胞支原體細菌藍藻放線菌真核細胞所有動物、種子植物苔蘚植物蕨類植物藻類植物（水綿、衣藻等）真菌（如酵母菌、食用菌、霉菌）原核生物如葡萄球菌破傷風桿菌乳酸菌大腸桿菌肺炎雙球菌結核桿菌第一節(jié)細胞的結構和功能一、知識歸納（一）細胞壁（植物特有）1、成分：2、功能：纖維素核果膠支持和保護作用（二）細胞膜1、成分：2、特性：3、功能結構特點：生理特性：保護細胞內(nèi)部控制物質出入細胞磷脂分子和蛋白質分子具有一定的流動性選擇透過性膜自由擴散主動運輸（三）細胞質基質細胞器1、線粒體結構：層膜、嵴、基粒、基質成分：含有與有氧呼吸有關的酶，少量和功能：的主要場所，產(chǎn)生ATP雙DNARNA有氧呼吸2、質體（植物特有）白色體：不含色素葉綠體結構：內(nèi)外層膜、基粒、基質成分：色素（葉綠素、類胡蘿卜素）、少量DNA和RNA、酶功能：的場所有色體：含有胡蘿卜素和葉黃素兩光合作用3、內(nèi)質網(wǎng)結構：由管狀、泡狀、扁平囊狀的膜結構連成網(wǎng)，內(nèi)連，外連分類：滑面內(nèi)質網(wǎng)和粗面內(nèi)質網(wǎng)功能：是蛋白質等的運輸通道核膜細胞膜與蛋白質、脂類和糖類的合成有關4、核糖體成分：蛋白質、和酶功能：將氨基酸合成蛋白質的場所RNA5、高爾基體結構：由扁平囊、大囊泡、小囊泡組成功能植物細胞：與形成有關動物細胞：與形成有關細胞壁細胞分泌物6、中心體結構：含有兩個中心粒，垂直排列。功能；與細胞有絲分裂有關7、液泡結構：膜泡狀結構，內(nèi)有細胞液成分：細胞液中有有機酸、生物堿、糖類、蛋白質等動能：單層對內(nèi)環(huán)境起調(diào)節(jié)作用依據(jù)是否有膜的結構及單層膜和雙層膜劃分細胞器無膜結構：核糖體、中心體有膜結構單層膜結構：內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體、液泡雙層膜結構：線粒體、葉綠體小結細胞器成分植物特有的細胞器動物和低等植物特有的細胞器功能能產(chǎn)生水的細胞器能產(chǎn)生ATP的細胞器

能復制的細胞器含RNA的細胞器

與有絲分裂有關的細胞器與分泌蛋白合成、分泌相關的細胞器能發(fā)生堿基互補配對的細胞器葉綠體、液泡中心體線粒體、葉綠體、核糖體線粒體、葉綠體線粒體、葉綠體核糖體、線粒體、葉綠體核糖體、線粒體、高爾基體、中心體核糖體、內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體、線粒體線粒體、葉綠體、核糖體氨基酸脫水縮合多肽蛋白質纏繞折疊成熟的蛋白質核糖體合成內(nèi)質網(wǎng)加工運輸高爾基體加工分泌細胞膜分泌小泡小泡細胞核提供mRNA（四）細胞核1、結構：核膜（上有核孔）、核仁、染色質2、染色質（染色體）成分為蛋白質和DNA（有絲分裂間期）染色質高度螺旋解螺旋染色體（有絲分裂分裂期）3、功能：儲存遺傳物質DNA，在核內(nèi)進行DNA復制雙層（五）原核細胞1、結構特點1）沒有成形的2）無，只有DNA3）細胞器只含有4）有細胞壁，成分是實例：藍藻、細菌、支原體核膜染色體核糖體肽聚糖細胞大小染色體細胞核細胞器細胞壁細胞膜分裂方式原核細胞真核細胞較小較大無染色體一個細胞只有一條DNA一個細胞有幾條染色體無核膜和核仁有核膜和核仁有核糖體無其他細胞器有核糖體和其他細胞器成分是肽聚糖植物細胞是纖維素和果膠有，成分和結構與真核細胞相似有二分裂方式、出芽無有絲分裂能進行有絲分裂區(qū)別原核生物和單細胞的真核生物（原生生物）1、單細胞的原生動物如常見的草履蟲、變形蟲、瘧原蟲2、凡是“菌”字前面有“桿”字、“球”字、“螺旋”及“弧”字的都是細菌病毒1）主要由核酸和衣殼2）有些病毒的衣殼外面，還有一層蛋白質、多糖和脂類構成的囊膜3）每種病毒僅含有一種核酸，DNA或RNA4）衣殼具有保護核酸、決定病毒抗原特異性功能第二節(jié)染色體一、基本概念

1、原核細胞（prokaryote）——其DNA存在的區(qū)域沒有外膜包裹是其主要特征。也無線粒體、葉綠體、內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體等有膜的細胞器。

病毒、細菌、藍藻、綠藻等低等生物由原核細胞構成，統(tǒng)稱為原核生物。

2、真核細胞（eukaryote）——細胞核和細胞器有膜包被是主要特征。有結構獨立的細胞核以及發(fā)育完全的細胞器。絕大多數(shù)生物都是真核生物。原核生物和真核生物染色體的區(qū)別真核細胞的結構真核細胞的結構染色體（Chromosome）——在細胞分裂中期可以看到的由染色質聚縮而成的棒狀結構，是DNA的載體。容易被堿性染料染色。3、真核細胞的染色體染色體的重要性

任何細胞的分裂都要保持遺傳物質的連續(xù)性，染色體不僅必須精確地復制，而且必須有精密的機制保證把每條染色體的一份復本傳遞給每個子細胞，否則就會出現(xiàn)遺傳的問題（見染色體畸變）。核小體常染色質（euchromatin）——真核生物染色體在細胞分裂時表現(xiàn)正常濃縮周期變化的部分。在細胞分裂中期就稱為染色體。異染色質（heterochromatin）——細胞分裂中呈相對濃縮狀態(tài)的染色質。4、染色質

染色質由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量的RNA組成，DNA和組蛋白是染色質的穩(wěn)定成分。染色質的基本結構單位是核小體，核小體的核心是由2×（H2A－H2B－H3－H4）組蛋白八聚體組成，長度大約為200bp的DNA雙螺旋盤繞于組蛋白八聚體外面，H1組蛋白的作用是將外測DNA進出端封住，穩(wěn)定核小體結構。染色質的化學組成和結構

異染色質和常染色質的比較異染色質常染色質數(shù)量和分布著絲粒，端粒，核形成中心，染色體其它區(qū)域一般占染色體的極大部分染色反應特有染色反應（過深或過淺）正常染色反應DNA復制DNA晚復制DNA正常復制濃縮程度折疊緊密折疊疏松固縮行為異固縮正常螺旋，解旋組成特征結構異染色質含不轉錄DNA，功能異染色質含有可能轉錄的基因含單一和重復序列，能轉錄化學性質無差別無差別二、從染色質到染色體從染色質到染色體DNA核小體螺線管超螺線管染色單體核小體模式圖染色體的四級結構串珠模型一級結構螺線管二級結構超螺線管三級結構染色體四級結構從染色質到染色體小結：染色質染色體和基因的關系染色質是真核生物的遺傳物質在細胞分裂間期存在的形式。染色體是細胞分裂中期遺傳物質存在的形式。二者只是在不同細胞周期的表現(xiàn)形式不同，而不是化學組成的不同?；蚴怯泄δ艿腄NA片段,它們纏繞和連接著眾多的核小體。因此我們通常說染色體是基因的載體。三、

染色體的形態(tài)結構和數(shù)目（一）染色體的結構著絲粒和染色體臂次縊痕和隨體端粒著絲粒

著絲粒（又叫主縊痕）是染色體最顯著的特征，堿性染料著色淺，且表現(xiàn)縊縮，它將染色體分成兩個臂（長臂－q和短臂－p）。功能：①把兩個姐妹染色單體結合在一起。②是紡錘絲附著于染色體的位點根據(jù)長臂和短臂的比值將染色體分成4類型：

染色體的形態(tài)類型染色體類型

符號

臂比

分裂后期形態(tài)中間著絲粒染色體

M

1.00～1.67V

近中著絲粒染色體

SM

1.68～3.00L

近端著絲粒染色體ST

3.01～7.00I頂端著絲粒染色體T

7.01～I∞染色體的形態(tài)類型1.00～1.671.68～3.003.01～7.00

7.01～∞次縊痕和隨體和NOR

除主縊痕外，在染色體上還有其他的淺染縊縮部位稱為次縊痕。它的外側稱為隨體（見下圖）。核仁組織區(qū)（nucleolarorganizingregion，NOR）位于染色體的次縊痕部位，與核仁形成有關。用硝酸銀染色可以使其特異性著色（Ag－NOR）。次縊痕和隨體次縊痕隨體核仁組織區(qū)位于此處端粒端粒（Telomere）——染色體末端的特化部分，正常染色體不可缺少，將染色體末端封閉起來。由富含G的短的串聯(lián)重復序列DNA和端粒蛋白構成。端粒的功能主要是保持染色體的完整性和穩(wěn)定性，與同原染色體的配對有關。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)與細胞的壽命有關。（二）染色體核型

核型（karyotype）——指染色體在有絲分裂中期的表型，包括染色體的數(shù)目、大小、形態(tài)特征等。核型分析——對生物染色體進行配對、分組、編號……（如下圖是家豬的染色體核型）用途：可以診斷由于染色體異常引起的遺傳病、研究親緣關系、探討物種進化等。家豬的染色體核型

男人的染色體分裂相正常男人的染色體核型有關概念1、性染色體（Sexchromosome）——有性生殖的同類個體，雌雄性別不同是由于一對染色體的形態(tài)不同，這對與性別決定有關的染色體稱為性染色體(X、Y；Z、W)。2、常染色體(Autosomes)——不直接參與性別決定的染色體。家豬的性染色體和常染色體母豬性染色體公豬性染色體

（三）研究染色體的材料處于分裂旺盛期的組織：（1）動物的骨髓、外周血淋巴細胞、睪丸等。（2）果蠅三齡幼蟲的唾腺（3）植物的根尖（如洋蔥）

（四）研究染色體的方法1、非切片法

滴片法－－細胞培養(yǎng)材料、骨髓壓片法－－果蠅唾腺，植物的根尖2、材料獲取直接獲取細胞（骨髓、唾腺）細胞培養(yǎng)（豬淋巴細胞培養(yǎng)法）{{

（四）研究染色體的方法（續(xù)）3、堿性染料染色后生物顯微鏡觀察記數(shù)4、拍照、剪貼配對制成核型。5、染色體分帶技術：G、C、Ag-NOR等

雞骨髓細胞染色體核型

用物理、化學因素處理染色體標本,再用染料對染色體進行分化染色,使染色體上呈現(xiàn)出特定的深淺不同寬窄不一的穩(wěn)定帶紋。

染色體分帶技術（1970年發(fā)現(xiàn)）

G帶G帶——熱處理染色體制片后，在胰酶液中消化，然后用低濃度的Giemsa染色，可以看到深淺相間的穩(wěn)定帶紋（見圖）。施立明（1978）用G帶比較研究，發(fā)現(xiàn)赤麂和小麂這兩種動物有密切的親緣關系。

人的染色體G帶正常男人的染色體G帶模式圖近年來的研究表明，用Trypsin

處理染色體標本可以從染色體上抽取蛋白質的特定組成部分。Giemsa

是噻嗪－曙紅染料，染色首先取決于二個分子同DNA結合，在此基礎上它們結合一個曙紅分子，其次取決于有助于染料沉淀物累積的疏水環(huán)境，通過Trypsin

預處理可以使陰性G帶區(qū)的疏水蛋白被除去或使它們的構型變?yōu)楦杷疇顟B(tài)。由此可見在G帶中抽取蛋白往往是疏水的，而且主要來自陰性G帶區(qū)．G帶技術的原理G帶技術的用途1、增加了核型配對的準確性。2、研究動物親緣關系和進化（1978年，施立明）。3、準確判斷染色體的變異部位4、基因的物理定位（例如用原位雜交法將胰島素基因定位于11p15）。

21三體G帶核型

原位雜交的步驟

制備中期染色體

DNA原位變性

變性放射性或非放射性標記探針

雜交（在載玻片上）

洗膜

放射性標記：放射自顯影

檢測非放射性標記熒光染料與抗體或蛋白結合記錄雜交信號結合染色體形態(tài)進行基因定位單色FISH

多色FISH

C帶（用HCL處理染色體）——顯示的是異染色質區(qū)。如著絲粒區(qū)域或異染色質部位、次縊痕及Y（或w）染色體、染色體其它部位淺染。C帶可以用于判斷異染色質的部位，禽類的雌雄鑒別。C帶

C帶

銀染法檢測核仁組織者區(qū)與隨體聯(lián)會分析。計數(shù)銀染色陽性的核仁組織者區(qū)，觀察隨體聯(lián)會情況，可了解有活性的核糖體RNA基因的動態(tài)變化及其轉錄活性。已廣泛應于染色體病及某些單基因病和多基因病的鑒別診斷。銀染法（Ag－NOR

）第三節(jié)細胞分裂

基本概念有絲分裂（mitosis）——高等生物細胞的主要分裂方式。細胞周期主要包括有絲分裂過程和兩次分裂的間期。無絲分裂（amitosis）——細菌等的主要分裂方式。在高等動物的胎膜、肌肉、腫瘤或愈傷細胞等也進行無絲分裂。一、基本概念

細胞周期（cellcycle）——從一次細胞分裂結束到下一次細胞分裂結束為止的一段歷程。一個周期包括細胞分裂期（M期）和間期，一般間期大約占細胞周期的90％～95％；分裂期大約占細胞周期的5％～10％。細胞的種類不同，細胞周期的長短也不相同。（見下表）幾種真核細胞的周期

細胞類型細胞周期幾各期時間(h)G1SG2M周期人白細胞25.912.84.190.6343.5金魚

5

912173周齡兔肝臟8周齡兔肝臟

9

91.81.721.5281681.747.5哺乳動物離體細胞10

94124間期

間期為細胞分裂作準備，間期又分為：G1——RNA和蛋白質的合成，為進入S期作物質準備。S——DNA合成期，DNA含量加倍。G2——從DNA合成后到細胞開始分裂前的間隙期，有少量DNA和蛋白質合成。

細胞周期的遺傳調(diào)控

細胞周期中一個重要的控制點就是決定細胞是否進入S期。如果在G1后期發(fā)生DNA損傷，就會影響G1期細胞周期蛋白及其CDK的作用，從而阻止細胞進入S期，該位點的調(diào)控是十分精確的，該控制點的失控往往會導致腫瘤的發(fā)生（Russel，2000）。（CDK——依賴于周期蛋白的激酶）。遺傳調(diào)控發(fā)生在G1期的后期S期G1期G2期前期中期后期末期間期非分裂細胞減數(shù)分裂胞質分裂細胞周期二、有絲分裂過程動物細胞有絲分裂

1、前期

染色質螺旋化、折疊、縮短變粗，向染色體過渡，核仁逐漸消失，核膜裂解。在中心體周圍形成放射狀星體并向兩極移動，開始形成紡錘絲。2、中期

中期的開始以核膜破裂消失為標志，染色體達到最大程度的盤繞，形態(tài)特征最為典型。染色體向赤道方向移動，排列在赤道板上，紡錘體呈現(xiàn)典型的紡錘樣，中期是研究染色體形態(tài)和計數(shù)的最佳時期。3、后期

每條染色體的著絲點分裂為二，這時各條染色單體已經(jīng)各成為一個染色體。受紡錘絲的牽引，每條染色體分別向兩極移動，因而兩極各具有與原來細胞同樣數(shù)目的染色體。4、末期

在兩極圍繞著染色體出現(xiàn)新的核膜，染色體又變得松散細長，核仁重新出現(xiàn)。于是在一個母細胞內(nèi)形成兩個子核。接著細胞質分裂，成為兩個細胞，又恢復為分裂前的間期狀態(tài)。三、有絲分裂的遺傳學意義

1、是多細胞生物生長的基礎，所以又稱為體細胞分裂。2、核內(nèi)染色體準確的復制并分裂為二，保證了子細胞在遺傳組成上與母細胞完全一樣。保證了物種的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

3、由于細胞器在胞質中分布是不均勻的，在分裂時難以保證均等分裂，因此，由線粒體決定的表現(xiàn)是不可能與染色體決定的有一樣的遺傳規(guī)律。四、減數(shù)分裂發(fā)生在配子形成期的一種分裂方式，其中染色體復制一次，細胞分裂兩次，結果子細胞的染色體數(shù)目減半。

減數(shù)分裂過程

前期Ⅰ，中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ前期Ⅱ，中期Ⅱ，后期Ⅱ，末期Ⅱ減數(shù)分裂減數(shù)分裂前期Ⅰ

減數(shù)分裂前期Ⅰ變化最為復雜，又被分為5個連續(xù)的時期：細線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期。1、細線期

細胞內(nèi)出現(xiàn)細長染色體，好象一團細線纏繞在一起，此時已經(jīng)復制為雙重結構，但在光學顯微鏡下難以識別。2、偶線期

主要特點是同源染色體聯(lián)會，形成聯(lián)會復合體。這樣聯(lián)會的一對同源染色體稱為二價體(四分體)。★

3、粗線期

二價體進一步凝縮變粗，每個二價體的4條染色單體互相纏繞在一起，在某些部位可能發(fā)生非姐妹染色單體之間某些節(jié)段的交換（crossing-over）和重組，產(chǎn)生新的等位基因組合。染色體的形態(tài)結構BvvVVBbb減數(shù)分裂時,非姐妹單體交換時上面的基因也發(fā)生交換。連鎖的基因

在少部分的性母細胞中發(fā)生了交換BvbbVV連鎖的基因

在大部分性母細胞中是不交換的Bv在大部分性母細胞中

姐妹染色單體是不交換的，

雄果蠅所有的精母細胞都是這樣的：同源染色體及等位基因姐妹染色單體和非姐妹染色單體12344、雙線期

染色體繼續(xù)縮短變粗，聯(lián)會復合體解體。出現(xiàn)交叉，交叉是交換的結果。這個時期較長，如人的卵母細胞雙線期從胚胎期的第五個月開始，到性成熟結束，長的要四十多年，到生育期結束。5、終變期

染色體收縮達到最大程度，是減數(shù)分裂時期進行染色體計數(shù)的最佳時期。這時可以見到交叉向二價體的兩端移動，漸漸接近末端。減數(shù)分裂中期Ⅰ

減數(shù)分裂后期Ⅰ減數(shù)分裂末期Ⅰ注意：在減數(shù)分裂末期Ⅰ后有一個短暫的停頓期，稱為中間期（interkinesis），不進行DNA的復制，許多動物沒有中間期，直接進入減數(shù)Ⅱ。第四節(jié)、動物配子發(fā)生和染色體周史（一）高等動物配子的形成

雄性的精原細胞和雌性的卵原細胞通過多次有絲分裂產(chǎn)生許多精原細胞和卵原細胞——繁殖期。精原細胞——初級精母細胞卵原細胞——初級卵母細胞生長期生長期細胞質增多，體積增大，然后進入成熟期（減數(shù)分裂期）1.精子形成：初級精母細胞經(jīng)過第一次減數(shù)分裂產(chǎn)生兩個次級精母細胞，再經(jīng)過弟二次減數(shù)分裂產(chǎn)生4個精子細胞。

2.卵子形成：初級卵母細胞經(jīng)過第一次減數(shù)分裂產(chǎn)生兩個大小懸殊的細胞，大的叫次級卵母細胞，小的叫極體再經(jīng)過第二次減數(shù)分裂又產(chǎn)生大小不同的兩個細胞，大的就是卵細胞，小的叫第二極體。精子的形成

精子的形成卵子的形成（二）受精作用

精子卵子受精卵染色體倍數(shù)在高等動物生活史中的周期變化

精子（n）卵子（n）受精卵（2n）成年個體（2n

）精子（n）卵子（n）小結:減數(shù)分裂的特點1.減數(shù)分裂只發(fā)生在配子形成期。而有絲分裂幾乎在一生中,各種組織中都進行。2.減數(shù)分裂的前期I有同源染色體的聯(lián)會，非姐妹染色單體可能發(fā)生交換，從而使基因重組。3.減數(shù)分裂時染色體復制一次，細胞分裂兩次，子細胞中染色體數(shù)目減半。有絲分裂與減數(shù)分裂的比較六、減數(shù)分裂的意義1.減數(shù)分裂使染色體數(shù)目減半，精卵結合后又恢復成二倍體，從而保證了物種世代間染色體數(shù)目的穩(wěn)定。2.同源染色體（非姐妹染色單體）的交換和非同源染色體間的隨機重組，導致配子的多樣性。3.減數(shù)分裂時非姐妹染色單體片段的交換是研究連鎖交換的細胞學依據(jù)。第五節(jié)動物的性別決定性染色體與性別決定

1、性染色體性染色體：在生物許多成對的染色體中，直接與性別決定有關的一個或一對染色體常染色體：其余各對染色體,以A表示，同型染色體

2、性別決定方式雄雜合型:XY型-♀AA+XX,♂AA+XY

果蠅、鼠、牛、羊、人

XO型-♀AA+XX,♂AA+X