细胞质遗传课时VIP

1、第十章 细胞质遗传 (cytoplasmic inheritance,目 录,一、 细胞质遗传的概念及特点 0.5课时 二、 母体影响 0.5课时 三、 线粒体遗传 1.0课时 四、 叶绿体遗传 1.0课时 五、共生体遗传 0.5课时 六、核外遗传与雄性不育性 0.5课时,一、 细胞质遗传(cytoplasmic inheritance,一)概念,1. 细胞质遗传(cytoplasmic inheritance,细胞质内遗传物质传递、表达规律 细胞质内遗传物质的分布 细胞器：线粒体、质体、中心体等 共生体：卡巴粒 附加体：质粒 细胞质基因组 细胞器和细胞质颗粒中的遗传物质的统称,一、 细胞质遗

2、传(cytoplasmic inheritance,一)概念,细胞质基因位于细胞核之外，又称核外遗传,2.核外遗传(extranuclea inheritance,卵细胞：为子代提供细胞核和细胞质内各种物质 精细胞：只提供细胞核，不提供或极少提供细胞质 细胞质基因决定的性状，只能通过卵细胞传给子代，受母本基因型控制，又称母体遗传。 细胞质遗传、核外遗传及母体遗传都是研究细胞质基因的遗传规律及现象,一、 细胞质遗传(cytoplasmic inheritance,一)概念,3.母体遗传(maternal inhertance,一、 细胞质遗传(cytoplasmic inheritance,二)

3、特点,一、 细胞质遗传(cytoplasmic inheritance,二)特点,二、 母体影响（maternal influence,核基因产物残留在卵细胞中使子代性状暂不表达 包括 母体卵细胞残留物质对下代某生育阶段表型影响，地中海粉螟(Ephestia)色泽遗传(短暂影响) 。 母体卵细胞残留物质对下代整个世代影响，如锥实螺的外壳旋转方向的遗传(终生影响)。 与细胞质遗传相似，但不是细胞质遗传,一)概念及特点,1.母体影响(maternal influence,幼虫皮肤色泽及成虫眼睛色泽受Aa基因控制，AA幼虫有色、成虫褐眼， aa幼虫无色、成虫红眼,二、 母体影响（maternal i

4、nfluence,二)短期母体影响,1.地中海粉螟(Ephestia,正反交后代中aa基因型相同，但表型均同母体。 Aa母体后代因含有犬尿氨酸色素A (核基因产物)呈红色，成虫期A物质消失后表达正常；aa后代无A物质真实表达。 上代卵细胞残留物质影响子代幼虫期性状正常表达,规律： 正反交F1均为母体遗传，F3均为右:左=3:1核基因遗传 子代表型受母体基因型控制,D后代全右旋、d全左旋 母体基因型使后代性状推迟一个世代表达,二、 母体影响（maternal influence,二)长期母体影响,1.锥实螺(limnaea heredity)杂交实验,2.前定作用,母体卵细胞的生命活动状态决定受

5、精卵或子代表型性状的现象，称前定作用或延迟遗传。 所以，母体影响母体遗传：母体影响是核基因物质推迟子代性状表达；母体遗传是质基因控制性状表达,锥实螺旋转方向受卵细胞第一次卵裂纺锤体的倾斜方向决定。即母体受精卵卵裂方向旋转方向 D基因纺锤体右倾斜呈右旋，d基因纺锤体左倾斜呈左旋,二、 母体影响（maternal influence,二)长期母体影响,三、 线粒体遗传（mitochondrion inheritance,一)酵母菌线粒体遗传 1949，Ephrussi,三、 线粒体遗传,一)酵母菌线粒体遗传 1949，Ephrussi,3.小菌落变异与线立体,小菌落的细胞色素a、b含量及氧化酶活性

6、比野生型显著降低，因不能有氧呼吸和有效利用有机物而菌落变小。测定小菌落线粒体DNA，几乎检测不到。所以，小菌落突变是线粒体基因突变。 细胞色素氧化酶和ATP酶基因大片段缺失多为无线粒体小菌落，杂交后代因野生型mtDNA随机分配呈野生型。但小片段缺失突变因自身mtDNA能复制转录，后代大小菌斑并存,三、 线粒体遗传,二)线粒体基因组（mitochondrion genome mtDNA,三、 线粒体遗传,三)线粒体基因组（mitochondrion genome mtDNA,3. mtDNA组成,多为呼吸相关基因,已定位38个 3个rRNA基因(26s,18s,5s) 22个tRNA基因(如Le

7、u，Lle等) 3个色素氧化酶：coxI、II、III 2个NADH脱氢酶：ND1，DN5 3个核糖体蛋白：rps4、13、14 5个ATP酶： atpA1、2、6、9、10 基因组大小差异明显 人鼠牛16569.16275.16338bp，但酵母达78kb，植物达570kb 酵母有内含子但哺乳动物无,三、 线粒体遗传,三)线粒体基因组（mitochondrion genome mtDNA,3. mtDNA组成,方式：不对称不同步D环式复制。重链H先复制并置换亲链产 生D环，当D环置换到轻链L起点时H反向复制新链， 轻链L开始复制。 特点：活跃不均一。如 0-多次/周期，核非分裂期能复制。 特

8、有复制系统和特定基因。如线粒体DNA聚合酶、细胞色素氧化酶、细胞色素和ATP酶等基因,三、 线粒体遗传,三)线粒体基因组（mitochondrion genome mtDNA,4.mtDNA复制,三、 线粒体遗传,三)线粒体基因组（mitochondrion genome mtDNA,5. 转录翻译的半自主性,特有转录系统，如核糖体和多种RNA(rRNA.tRNA.mRNA) 特有翻译系统，如线粒体基因翻译的蛋白质8-62种，随基因组不同，编码的RNA和蛋白种类数不等 。 半自主性，与核基因组相互依存。如线粒体的核糖体蛋白是核基因合成产物与线粒体DNA转录的rRNA结合形成，称半自主性,如：细

9、胞色素氧化酶 共7个亚基，核基因编码4个，mtDNA编码3个 如：寡酶素 共9个亚基，核基因编码5个，mtDNA编码4个 这种现象又称混合起源。 线粒体蛋白质共有100多种，约10种蛋白是自身合成，其余为核基因合成,三、 线粒体遗传,三)线粒体基因组（mitochondrion genome mtDNA,6. 转录翻译的双重控制性,三、 线粒体遗传,三)线粒体基因组（mitochondrion genome mtDNA,7.密码子的宽松性及偏离密码子,线粒体tRNA能识别反密码子第3位AUGC任一碱基，称宽松性。偏离密码子，线粒体基因组与核基因组的密码子部分偏离 UGA： 核DNA中是终止密码

10、，mtDNA是色氨酸 UAG/UAA：核DNA中是终止密码，mtDNA是谷氨或半光氨酸 AGA/AGG：核DNA中是精氨酸，mtDNA终止密码,三、 线粒体遗传,三)线粒体基因组（mitochondrion genome mtDNA,8.人类mtDNA基因疾病,mtDNA视神经基因突变疾病 呼吸异常，眼球炎症萎缩或失明 mtDNA肌陈挛基因突变 肌肉红色，陈发性颠挛。 遗传特点：母体传递； 某基因全部mtDNA突变称纯质体，症状最严，部分mtDNA突变称异质体，症状与突变数目有关。 携带者正常表型和纯、异质体的母体均可传递,一)紫茉莉 (Mirabilis jalap heredity)斑枝遗

11、传,1.紫茉莉茎色杂交实验 Corres 1909,四、 叶绿体遗传,一)紫茉莉 (Mirabilis jalap heredity)斑枝遗传,2.细胞质条斑基因不规则表达的原因,四、 叶绿体遗传,二)玉米叶条斑 (striped iojap trait)遗传,四、 叶绿体遗传,四、 叶绿体遗传（chloroplast inheritance,三)衣藻(chlamydomonas reiukardi )叶绿体遗传,1.衣藻杂交实验,四、 叶绿体遗传,三)衣藻叶绿体遗传,2. 核基因交配型为mt+时，叶绿体DNA不丢失,环状双链裸露，浮力密度小 种间差异小120-190kb，无 5端甲基胞嘧啶

12、反向重复序列将其划分成长短单链区(LSC，SSC,四)叶绿体基因组（ctDNA genome,1.ctDNA的结构特点,四、 叶绿体遗传,四、 叶绿体遗传,已定位113个基因 RNA基因36：rRNA4和tRNA32 转录翻译基因26：核糖体蛋白21个，聚合酶3个和其他2个。 叶绿体功能基因43：类囊体及羧化酶32个，脱氢酶11个 反密码子环和功能基因内均有内含子,四)叶绿体基因组（ctDNA genome,2.ctDNA的物理图谱,五) ctDNA复制、转录和翻译特点,1. 半自主性,四、 叶绿体遗传,复制半自主性。ctDNA能自我复制，但复制酶和参与蛋白是核DNA提供。 转录半自主性。ct

13、DNA能转录70s的核糖体，但众多核糖体小亚基和转录酶是核基因生产。 翻译半自主性。ctDNA能翻译光系统膜蛋白，但光系统 电子固定蛋白是核基因生产。ctDNA能生产叶绿体组成相关的蛋白、但不能生产叶绿体发育增殖相关的蛋白,五) ctDNA的复制、转录和翻译系统,2.双重控制性,四、 叶绿体遗传,同一物质双重起源。如:二磷酸核酮糖羧化酶RuBp 核DNA编码：8个小亚基 ctDNA编码：8个大亚基 同一过程双重起源.如叶绿体蛋白合成需30余种tRNA 核DNA和ctDNA约各控制1半。 同一系统双重起源。如:光合作用系统 ctDNA：光合系统(叶绿素合成酶,电子传递) 核DNA：光合系统以及C

14、O2 固定有关酶类,一) 共生体的概念和特点,五、共生体(symbiont)遗传,1.共生体(symbiont)与附加体(episome,寄主细胞质中一种寄生颗粒，与寄主共生存，称共生体(symbiont)；如草履虫卡巴粒 能独存于寄主细胞或整入其染色体上的颗粒，称附加体(episome)；大肠杆菌F因子,共生体和附加体均能自我复制，对寄主特征特性有一定影响，类似细胞质遗传,二)草履虫卡巴粒(Kappa particles) 遗传,五、共生体(symbiont)遗传,2.草履虫(parameclum aurelia)种类,放毒型a 产生草履虫毒素，杀死敏感者 产毒的决定因素有： 有卡巴粒者放毒

15、，无者感毒 核基因K时卡巴粒维持，k时消失 敏感型b 不产生草履虫毒素 细胞质内无卡巴粒,二)草履虫卡巴粒遗传,五、共生体(symbiont)遗传,3.草履虫繁殖,短时间接合 核基因交换卡巴粒未交换，自体受精，后代放毒：感毒=1：3 长时间接合 核基因及卡巴粒均交换，自体受精，后代放毒：感毒=1：1,特点：胞质内卡巴粒决定表型，呈细胞质遗传 显性核基因K+卡巴粒=卡巴粒维持，放毒；隐性核基因k+卡巴粒 =卡巴粒消失，感毒,二)草履虫卡巴粒遗传,五、共生体(symbiont)遗传,4.接合重组(conjugation recombination,二)草履虫卡巴粒遗传,五、共生体(symbiont

16、)遗传,5. 卡巴粒遗传特点,依赖K核基因维持卡巴粒和增殖放毒个体； k核基因时卡巴粒5-8代消失，呈敏感型；有K没有卡巴粒者不放毒。 卡巴粒直径约0.2mm，有类似细胞壁内、外膜，有DNA、RNA、蛋白质和脂类物质。 卡巴粒中可能有噬菌体基因组，能编码草履虫素，产生放毒型个体,三)质粒的遗传,五、共生体(symbiont)遗传,1.大肠杆菌的F因子,2.酵母环状质粒（2 环） 能传递酵母基因 3.玉米线状质粒（S1、S2） 能影响玉米花粉育性,滚环式复制，决定细菌性别 F+F-F+，Hfr+F-Hfr+F- 能转移基因，进行基因定位 F +F-F+ 类似细胞质遗传,五、 雄性不育性(male

17、 sterility,一)雄性不育性的现象,1.雄蕊发育异常呈不育花粉，雌蕊正常能受精结实 2.已从18科110多种植物中发现雄性不育性 水稻、玉米、高梁、洋葱、蓖麻、甜菜和油菜等作物用雄性不育性生产杂交种，获得巨大效率 小麦、大麦、珍珠粟、谷子和棉花等作物，在雄性不育性利用领域已有广泛研究。 3.雄性不育类型 据雄性不育机制分为核不育和质核互作不育型两类,1.生产上已利用的雄性不育性多为自然界自发突变。 2.核不育型雄性不育性多为核内一对隐性基因(ms)控制，纯合不育时(msms)才表现出雄性不育性 3.常规育种法难保持不育系的雄性不育性 因：不育(msms)可育(MsMs)F1100%可育

18、 不育(msms)可育(Msms)F150%不育 则：不育性易恢难保，利用受到很大限制。 4.目前用核糖核酸酶barnase基因导入植物体内创造雄性不育系研究，已经在烟草、油菜、小麦、棉花、番茄、西瓜、大白菜、菜心、柑橘、杨树等多种植物上应用,五、雄性不育性(male sterility,二)核不育型雄性不育性,五、雄性不育性(male sterility,二)核质互作不育性(male sterility interaction between cytoplasmic and nucleus,1. 不育性受核、质基因共同控制,五、雄性不育性(male sterility,二)核质互作不育,2.

19、能三系配套,五、雄性不育性(male sterility,3.孢子体不育和配子体不育,二)核质互作不育,玉米T型不育系mtDNA上有Turf13阅读框 Turf13编码12.96 kdolton多肽，影响ATP酶及细 胞色素c氧化酶的活性，产生雄性不育性。 rfrf纯合隐性时Turf13基因表达，产生雄性不育 RfRf显性时Turf13基因受抑制，不产生雄性不育,五、雄性不育性(male sterility,三)雄性不育性与线粒体DNA 有关,1. mtDNA中Turf13基因表达时产生雄性不育性,五、雄性不育性(male sterility,三)雄性不育性与线粒体DNA 有关,2. S因子插

20、入mtDNA内产生雄性不育，环出时恢复正常,五、雄性不育性(male sterility,四)雄性不育性与叶绿体DNA,第10章 作业及习题,一、作业： P248-249 2.5 二、复习题 （一）名词注释 1.cytoplasmic inheritance 2.maternal inheritance 3.maternal influence 4.male sterility （二）填空 1、细胞质基因遗传有三大特点：其一、性状传递受母体控制，似乎与父本无关，称母体传递性。其二、质基因分配上具有( )性，其三、亲本组配方式上具有( )性。 2、两个椎实螺杂交，其中一个是右旋的，结果产生的后代

21、再进行自交，产生的F2全部为左旋的；该亲代的基因型是（ ），其F1的基因型是（ ）。 3、一个雄性不育植株，用纯合可育基因型的花粉进行受粉，F1的基因型为（ ），表现型为（ ）。 4、按雄性败育时期分类有两大类型，F1花粉全可育，F275%可育的类型为（ ），F1花粉半可育，F2全可育的类型为（ ）。 5、玉米利用细胞质雄性不育性保持方法可以是：A雄性不育自交系S（rfrf）与B雄性可育自交系N（rfrf）杂交获得单交种AB；C雄性不育自交系S（rfrf）与D雄性可育自交系N（RfRf）杂交获得单交种CD；然后再把两个单交种杂交获得双交种ABCD。该双交种的基因型有( )，该双交种中不育株占(

22、 )。 6、一个Dd的椎实螺自交，子代的基因型为（ ）子代的表型为（,7、麦粉蛾幼虫的有色和成虫的褐色眼，都需要犬尿素的存在；由于隐性突变基因a纯合时不能合成犬尿素，因而幼虫身体无色，成虫为红色眼。如果基因型为Aa的褐眼雌蛾与基因型为aa的红色雄蛾交配，其子代幼虫的表型为（ ）、基因型为（ ）。 8、草履虫品系A是放毒型，品系B和C是敏感型，三者均为纯系。品系A与品系B杂交的后代与品系C杂交（均长时间接合）其后代的基因型为（ ）,后代的表型为（ ）。 三、选择填空 1、草履虫有毒型的遗传是受细胞质内( )所决定核外遗传。 a、线粒体； b、叶绿体； c、Ti质粒； d、卡巴粒。 2、蕃茄品种中

23、发现一株矮杆，用其作母本与正常株杂交，F1全为矮杆，F2全为正常，F3代产生正常：矮杆=3：1分离。则该矮杆的遗传方式为( )。 a、细胞质遗传； b、母体影响； c、细胞核遗传； d、质核互作遗传。 3.ctDNA的结构是（ ） a.双螺旋结构 b.双链杆状结构 c.环状单链结构 d.环状双链结构 4.水稻核质互作不育型能三系配套。雄性不育系与雄性可育系(父本)杂交，后代10%的雄性不育。该父本的基因型为( )。 a、S(rfrf)； b、S(RfRf)； c、N(rfrf)； d、N(Rfrf)。 5、已知果蝇对CO2 的敏感性是由于它有一种叫Sigma的细胞质颗粒，而抗CO2的果蝇没有该

24、颗粒，指出下列杂交组合中无Sigma颗粒的组合（ ）。 a、敏感性抗性； b、敏感性抗性抗性； c、抗性 敏感性； c、敏感性抗性敏感性,6、紫茉莉花有绿色、白色和花斑三种不同的颜色的植株，指出下列交配能产生花斑后代的组合（ ）。 a、绿色 白色； b、白色 绿色 ； c、花斑 绿色； c、绿色 花斑 。 四、是非题（正确题画，错误题画） 1、线粒体DNA为裸露双链DNA，有环状也有杆状。( ) 2、F1花粉100%可育、F2代产生育性分离的不育类型，称配子体不育。( ) 3、细胞核雄性不育型保持系多、恢复系少，难以配套。( ) 4、细胞质遗传主要是控制性状的基因位于细胞质内，由于细胞质分离是随机割裂，而使性状表达上呈随机性。( ) 五、复习题 1、一个果蝇特殊突变品系的雌蝇和野生型雄蝇杂交产生的后代中凡能成活的是雌蝇。假设此是由于性连锁致死突变或者是一种母体遗传因子使雄性致死，那么用什么样的杂交可以加以区分？ 2、两种品系(A,B)的果蝇进行正反交结果如下： AB 后代全为雌性 BA 后代全为雄性，仅少数或没有雌性