染色体畸变2014PPT课件

1、染色体变异：染色体变异： 染色体形态、结构和数目变化必将导致细胞内基因组成及其排列顺序变化。 结构变异(Structural Change)染色体重排 (rearrangement). 数目变异(Numerical Change).第1页/共88页Fig 11-2 Polytene chromosomes of Drosophila. 2003 John Wiley and Sons Publishers第一节第一节 染色体结构变异染色体结构变异巨大性和伸展性 三龄幼虫发育到一定阶段后，细胞不再分裂，停留在间期，细胞数目不增加，但细胞的体积增加，染色体的常染色质区核蛋白纤维不断复制，形成多线染

2、色体；又由于不断复制，螺旋的程度低，充分伸展，具有伸展性。体联会somatic synapsis 2n=8体细胞配对第对： 性染色体第、对：中性着丝点染色体 第对： 点状染色体横纹结构出现puff结构 第2页/共88页结构变异的机制：断裂结构变异的机制：断裂错误重接错误重接 使染色体产生折断的因素： 自然：温度剧变、营养生理条件异常、遗传因素等； 人为：物理射线与化学药剂处理等。 染色体折断的结果： 正确重接：重新愈合，恢复原状。 保持断头：产生结构变异。 断裂末端自身愈合（自身封闭）：产生结构变异。 错误重接：产生结构变异。第3页/共88页染色体结构变异的类型及其机制染色体结构变异的类型及其

3、机制类型类型 一、一、缺失缺失(deletion or deficiency) 二、重复二、重复(duplication or repeat) 三、倒位三、倒位(inversion) 四、易位四、易位(translocation) 形成、类型与特点； 细胞学特征与鉴定； 遗传效应。deldupinvt第4页/共88页一、缺失缺失:染色体丢失了一个区段。（一）缺失的类型 图11-3顶端缺失(terminal deficiency)；中间缺失(interstitial deficiency)；缺失的形成。 相关术语缺失染色体缺失杂合体(deficiency heterozygote)缺失纯合体(d

4、eficiency homozygote)第5页/共88页第6页/共88页染色体畸变的表示方法 染色体核型的描述： “染色体总数，性染色体组成，变异染色体”。 人类细胞遗传学命名的国际体制(ISCN) International system for Human Cytogenetic Nomenclature 染色体数目畸变核型的描述 染色体结构畸变核型的描述第7页/共88页第8页/共88页第9页/共88页第10页/共88页缺失的细胞学效应 中间缺失的杂合体可观察到缺失圈（环） 较大的末端或中间缺失通过染色体组型或分带技术可以观察到。 例如：猫叫综合征（46，5p-），慢性骨髓性白血病（46

5、，22q-，也称费城染色体，ph）。（二）-1 缺失的细胞学效应第11页/共88页第12页/共88页果蝇唾腺染色体的缺失圈果蝇唾腺染色体的缺失圈/ /环环图11-4第13页/共88页（二）缺失的遗传学效应（二）缺失的遗传学效应 缺失区段上基因丢失导致： 基因所决定、控制的生物功能丧失或异常； 基因间相互作用关系破坏； 基因排列位置关系改变。 影响缺失对生物个体危害程度的因素： 缺失区段的大小； 缺失区段所含基因的多少； 缺失基因的重要程度； 染色体倍性水平。第14页/共88页缺失的遗传学效应缺失的遗传学效应缺失纯合体： 致死或半致死。缺失杂合体： 缺失区段较长时，生活力差、配子(尤其是花粉)败

6、育或竞争不过正常配子； 缺失区段较小时，可能会造成假显性现象(图11.5)或其它异常现象(例:猫叫综合症)。第15页/共88页缺失杂合体的假显性现象缺失杂合体的假显性现象 如果缺失的部分包括某些显性基因，那么同源染色体上与这一缺失相对应位置上的隐性等位基因就得以表现，这一现象称为假显性。 利用假显性（拟显性，pseudodominace)原理可以进行基因的缺失定位（deletion mapping)。第16页/共88页二、二、重复重复(duplication)染色体多了自己的某一区段。（一）重复的类型 串联重复（顺接重复）(tandem duplication) ； 反向串联重复（反接重复）(

7、reverse duplication) 。 重复的形成*同源染色体的不等交换产生重复及缺失的染色体。 染色体间重复重复片段存在于 另一非同源染色体上。染色体内重复相关术语：重复染色体；重复杂合体(duplication heterozygote)；重复纯合体(duplication homozygote) 。第17页/共88页第18页/共88页 重复的细胞学效应在重复杂合体中可观察到各种类型的重复圈（环），也可以通过染色体组型或分带技术进行观察。 重复环与缺失环的区分（二）-1 重复的细胞学效应第19页/共88页第20页/共88页重复的遗传学效应相对于缺失比较缓和，当然严重时也会致死。 剂量

8、效应：重复有时表现为基因剂量效应。如果蝇 的棒眼，位于X染色体上的棒眼基因（B）对野生型（B + ）不完全显性，重棒眼（BD）对棒眼也表现为不完全显性。 位置效应：棒眼性状也表现为位置效应，如B/B与BD/B+的表型效应不同。 利用基因剂量效应也可进行基因定位。如人红细胞酸性磷酸酶定位在2#染色体上，谷胱苷肽还原酶定位在8#染色体上。重复对进化的作用：新基因的一个重要来源。（二）重复的遗传学效应 第21页/共88页果蝇眼面大小遗传的位置效应果蝇眼面大小遗传的位置效应第22页/共88页三、倒位三、倒位(inversion)(inversion)染色体的内部区段发生染色体的内部区段发生180180

9、的倒转，而使该区段的原来基因顺序的倒转，而使该区段的原来基因顺序发生颠倒的现象。发生颠倒的现象。（一）倒位的类别与形成： 臂内倒位(paracentric inversion)； 臂间倒位(pericentric inversion)。 倒位的形成。 相关术语 倒位染色体 倒位杂合体(inversion heterozygote) 倒位纯合体(inversion homozygote)5-5第23页/共88页第24页/共88页第25页/共88页 倒位杂合体在减数分裂时可能有三种不同的配对方式。小范围倒位倒位环中等范围倒位倒位环区分倒位圈与缺失、重复圈的结构差异倒位纯合体无明显细胞学特征（二）-

10、1 倒位的细胞学效应第26页/共88页（二）倒位的遗传效应（二）倒位的遗传效应1.倒位杂合体的部分不育现象倒位圈内发生交换后，产生的交换型配子(50%)含重复缺失染色单体，这类配子是不育的;只有部分孢母细胞在减数分裂时倒位圈内会发生非姊妹染色单体间的交换；倒位点可以当作一个显性基因位点看待，其性状表现就是倒位杂合体部分不育。2.倒位改变了基因在染色体上的排列：基因间距离关系发生改变；可能引起倒位区段基因的位置效应；倒位杂合体的基因间交换值降低：倒位圈的结构影响联会复合体的正常形成；倒位圈内发生交换后产生的交换型配子是不育的。3.是物种进化的重要因素之一。倒位可能导致新物种的产生。第27页/共8

11、8页人和黑猩猩的四号染色体因一个臂间倒位而不同第28页/共88页倒位与交换抑制作用 倒位改变基因间的交换值 抑制染色体交换产生交换抑制子，在倒位的区域内发生交换将产生不育的配子。 例外： 1、只有发生交换的两条染色体才产生不育的配子 2、如果在倒位区域内发生了双线双交换，则产生可育的配子。 3、如果交换后产生的缺失及重复的范围很小，则配子可能是可育的。第29页/共88页第30页/共88页四、四、易位易位(translocation)(translocation)（一）易位的类别与形成 相互易位(reciprocal translocation) 简单易位(simple translocatio

12、n)(转移) 易位的形成 相关术语 易位染色体 易位染色体的表示方法 易位杂合体(translocation heterozygote) 易位纯合体(translocation homozygote)第31页/共88页四、易位(translocation) 易位的类型平衡易位与不平衡易位 平衡易位：也称相互易位，是指两条非同源染色体互相交换染色体片段的易位。较常见，也研究得较多。 不平衡易位：也称移位（shift），是指一条染色体的片段转移到另一非同源染色体上的易位。 罗伯逊易位：也称着丝粒融合，两条近端着丝粒的非同源染色体在着丝粒区发生横向断裂后重新融合而成。第32页/共88页 人类二号染色

13、体有一罗伯逊易位，在黑猩猩，大猩猩，猩猩中均无。 G G带表明，人类带表明，人类发生罗伯逊易位发生罗伯逊易位的两条近端着丝的两条近端着丝粒祖先染色体在粒祖先染色体在其他三类灵长类其他三类灵长类动物中仍然存在动物中仍然存在. .第33页/共88页人类染色体14和21罗氏易位第34页/共88页 杂合体在减数分裂时可见十字型结构，分裂后期会产生单环状或双环状结构。 Fig Structure and pairing behavior of a reciprocal translocation between chromosomes.（二）-1 平衡易位的细胞学效应第35页/共88页第36页/共88页

14、（二）易位的遗传学效应（二）易位的遗传学效应 易位杂合体半不育现象 易位杂合体十字形配对进行交换式分离所产生的配子是可育的，而进行相邻式分离产生的配子是不育的 玉米型：相邻式与交换式各占50，配子半不育，可视为一个半不育显性基因看待 月见草型：全部采用交替式分离，所有配子都可育第37页/共88页易位的遗传学效应易位的遗传学效应 易位改变了生物的连锁群 基因间连锁关系和位置效应变化 易位杂合体的基因重组值降低 十字形结构影响联会复合体中交换的正常形成 易位与生物进化和新物种形成 相互易位纯合体可以保存形成的新的连锁群关系 易位可能导致染色体融合，引起染色体数目变异第38页/共88页5. 环状染色

15、体(ring chromosome，r)补充了解第39页/共88页环状染色体（环状染色体（ring chromosome，r） 补充了解第40页/共88页6. 等臂染色体(isochromosome，i)补充了解第41页/共88页7. 双着丝粒染色体(dicentric chromosome，dic)补充了解第42页/共88页8. 插入（insertion,ins）RAB1234567RAB1234567B567补充了解第43页/共88页染色体畸变的表示方法补充了解第44页/共88页染色体结构变异的应用染色体结构变异的应用一、利用结构变异进行基因定位 利用利用缺失缺失的假显性现象将基因定位到染

16、色体某一个区段的假显性现象将基因定位到染色体某一个区段 以易位点为遗传标记(半不育)进行连锁分析二、结构变异在植物育种中的应用 染色体重复与基因剂量效应的应用 利用易位转移栽培作物的野生近缘种的遗传物质三、 果蝇的ClB测定四、易位在家蚕生产上的应用五、 利用易位创造玉米不育系的保持系第45页/共88页染色体数目变异染色体数目变异现象的发现现象的发现 狄弗里斯(1901)发现普通月见草(Oenothera lamarckiana, 2n=14)中存在一些组织和器官巨大化的变异型，认为是基因突变产生的新种，并将之命名为巨型月见草(O. gigas)。以后的研究发现这些类型并不是由于基因突变产生，

17、而是由于染色体数目变异造成(2n=28)。第二节第二节 染色体数目变异染色体数目变异第46页/共88页第二节第二节 染色体数目变异染色体数目变异一、染色体组与染色体倍性二、整倍体 二倍体与单倍体 多倍体：同源多倍体，异源多倍体三、非整倍体四、人类染色体数目异常和疾病第47页/共88页染色体的染色体的倍倍性性染色体组与染色体倍性(一)染色体组(genome)及其基本特征 一个正常配子中所包含的染色体组成称为该生物属的一个染色体组。也指一个配子带有的全部基因。 染色体基数(x)：一个物种染色体组的染色体数目。 染色体组的基本特征 不同属往往具有独特的染色体基数； 一个染色体组的各个染色体间形态、结

18、构和载有的基因均彼此不同，并且构成一个完整而协调的整体，任何一个成员或其组成部分的缺少对生物都是有害的(生活力降低、配子不育或性状变异)。第48页/共88页整倍体整倍体( (euploid)euploid)整倍体：染色体数目是x的整倍的生物个体一倍体(monoploid, x)二倍体(diploid, 2x)三倍体(triploid, 3x)四倍体(tetraploid, 4x) 注意：monoploid与haploid 例： 玉米：二倍体(2n=2x=20, n=x=10) 水稻：二倍体(2n=2x=24, n=x=12) 普通小麦：六倍体(2n=6x=42, n=3x=21, x=7)第4

19、9页/共88页单倍体的特点单倍体的特点( (与其双倍体相比与其双倍体相比) ) 1. 细胞、组织、器官和生物个体较小 基因剂量、部分遗传物质(基因)丧失 2. 高度不育性 尤其是来自二倍体、异源多倍体和奇倍数多倍体时 染色体组成单存在，前期I染色体不能正常联会配对，以单价体形式存在；后期I单价体随机分配或丢失，二分体、四分体染色体组成不完整 所有(至少绝大部分)染色单体在后期I进入二分体细胞之一，形成可育配子的机率很小(玉米、小麦) 同源四倍体(2n=4x)的单倍体(n=2x)育性水平要高于其它类型第50页/共88页2.2.多倍体多倍体( (polyploid)polyploid) 具有三个或

20、三个以上染色体组的整倍体。即：三倍体及以上均称为多倍体。 同源多倍体(autopolyploid) 同源多倍体是指增加的染色体组来自同一物种，一般是由二倍体的染色体直接加倍得到。 异源多倍体(allopolyploid) 异源多倍体是指增加的染色体组来自不同物种，一般是由不同种、属间的杂交种染色体加倍形成的。第51页/共88页同源多倍体的特征形态特征同源多倍体的特征形态特征 一般情况下，在一定范围内，随染色体组数增加：(也有另外) 细胞与细胞核体积增大； 组织器官(气孔、保卫细胞、叶片、花朵等)巨大化，生物个体更高大粗壮； 成熟期延迟、生育期延长。 生理特征 由于基因剂量效应，同源多倍体的生化

21、反应与代谢活动加强；许多性状的表现更强。如： 大麦同源四倍体籽粒蛋白质含量比二倍体原种增加10-12； 玉米同源四倍体籽粒胡萝卜素含量比二倍体原种增加43。第52页/共88页同源多倍体的特征（续）同源多倍体的特征（续） 生殖特征。 配子育性降低甚至完全不育。 特殊表型变异。 基因间平衡与相互作用关系破坏而表现一些异常的性状表现； 西葫芦的果形变异：二倍体(梨形)四倍体(扁圆)； 菠菜的性别决定：XY型性别决定，四倍体水平只要具有Y染色体就为雄性植株。第53页/共88页第54页/共88页母 本父 本无籽西瓜第55页/共88页四倍体二倍体有籽西瓜父本母本去雄授粉第56页/共88页普通西瓜植株种下去

22、三倍体植株无籽西瓜花粉刺激（提供生长素）第57页/共88页异源多倍体异源多倍体 异源多倍体是生物进化、新物种形成的重要因素之一 被子植物纲中30-35 禾本科植物70 许多农作物：小麦、燕麦、甘蔗等 其它农作物：烟草、甘蓝型油菜、棉花等 自然界中能正常繁殖的异源多倍体物种几乎都是偶倍数 细胞内的染色体组成对存在，同源染色体能正常配对形成二价体，并分配到配子中去，因而其遗传表现与二倍体相似第58页/共88页异源多倍体：是由两个或两个以上的不同物种的个体杂交，杂种经染色体加倍而成的。 AA BB AB(多元单倍体） 染色体加倍 AABB（异源四倍体） 由于不同物种的染色体是不同源的，因此是可育的。

23、 第59页/共88页第60页/共88页六倍体小黑麦六倍体小黑麦第61页/共88页八倍体小黑麦八倍体小黑麦第62页/共88页体细胞染色体数加倍体细胞染色体数加倍 有丝分裂体细胞染色体加倍的方法 最常用的方法：秋水仙素处理分生组织 阻碍有丝分裂细胞纺锤丝(体)的形成 处理浓度：0.01-0.4%(0.2%) 处理时间：视材料而定 间歇处理效果更好 同源多倍体的诱导 诱导二倍体物种染色体加倍同源多倍体(偶倍数) 异源多倍体的诱导 诱导杂种F1染色体加倍双二倍体 诱导二倍体物种染色体加倍同源多倍体杂交双二倍体第63页/共88页人工诱导多倍体的应用人工诱导多倍体的应用1.克服远缘杂交的不孕性 远缘杂交

24、远缘杂种的不孕性 亲本之一染色体加倍可能克服不孕性2.克服远缘杂种的不实性 杂种不实的原因(配子不育) 解决办法 杂种F1染色体加倍(双二倍体) 亲本物种加倍后再杂交3.创造种间杂交育种的中间亲本 实质是克服远缘杂交不育性4.人工合成新物种、育成作物新类型第64页/共88页非整倍体非整倍体aneuploidaneuploid 是整倍体中缺少或额外增加一条或几条染色体的变异类型。 单体和缺体 三体第65页/共88页单体单体1.单体的特点 动物：某些物种的种性特征，XO型性别决定 植物：不同植物的单体表现有所不同 二倍体的单体：一般生活力极低而且不育 异源多倍体的单体：具有一定的生活力和育性 普通

25、烟草(2n=4x=TTSS=48)的单体系列 普通小麦(2n=6x=AABBDD=42)的单体系列二倍体生物的单体一般是不能存活的。只有极少数情况下可以存活，如果蝇或人的XO个体。 多倍体植物的单体对植物的生活能力影响不是很大，因此单倍体植物在自然界中较为常见。第66页/共88页缺体缺体 缺体一般都通过单体自交产生 在异源多倍体生物中可以存在 由于缺失一对染色体，对生物个体的性状表现的影响更大，生活力更差 普通烟草的缺体在幼胚阶段即死亡 普通小麦21种缺体都能够生存 遗传效应 表现广泛的性状变异通过缺体的性状变异，可能确定位于该染色体上的基因第67页/共88页三体三体1.三体的性状变异 不同物

26、种，不同染色体的三体的变异性状及程度不同 直果曼陀罗(2n=2x=24)的果型变异 玉米(2n=2x=20)有10个不同的三体 普通小麦(2n=2x=42)具有21个三体，但性状变异较小2.三体的染色体联会与分离 (与同源三倍体染色体的联会与分离比较)3.三体的基因分离 染色体随机分离 染色体单体随机分离(参见同源四倍体染色单体随机分离)三体相对于单体来说，对个体的生活能力影响小一些，因此在自然界中可见到由单倍体产生的三体，也可见到由二倍体产生的三体。第68页/共88页染色体畸变与人类疾病染色体畸变与人类疾病1 染色体结构变异与人类疾病 猫叫综合征 易位活化致癌基因2 人类染色体数目异常和疾病

27、 21三体综合症 性染色体改变第69页/共88页猫叫综合征:5p-第70页/共88页6岁男孩基因出错不会说话岁男孩基因出错不会说话2010-3-29 福克斯因为基因突变，发育滞后不会说话。 X染色体长臂上有一小块增生了两倍。 第71页/共88页 染色体易位产生融合基因，或启动了原癌基因，使得细胞发生转化。 t (9;22)(q34.1;q11.21), Ph 染色体 t(8;14)(q24;q32) c-myc ; Ig基因重排，myc基因5端调控序列丢失，myc基因激活，转录水平增高。 t(15;17)(q21;q12-21) 15号染色体q21位置有bcr癌基因， 17号染色体q12位置有

28、维甲酸受体基因ara， 形成bcr/ara融合基因，融合蛋白阻断造血干细胞分化，导致白血病。 易位活化致癌基因第72页/共88页人类染色体异常 常染色体异常： 人类的染色体异常中，缺少一条染色体的配子通常是没有受精能力的，多一条染色体的配子虽然可以受精而形成三体，但三体个体绝大多数在胚胎或胎儿期死亡而表现为自发性流产。第73页/共88页 人类常染色体异常最常见的是Downs综合征（47，+21也称先天愚型），也是唯一能活到成年的常染色体三体。表现为智力低下、塌鼻梁、通贯手、口常开、流口水、手粗糙、手指短、小指呈弯曲样。 该病的发病率约1/650，三体型占95%，易位型占4%，嵌合型占1%。约2

29、0%在出生后第一年死于先天性心脏病和呼吸道感染，平均寿命约18岁。 第74页/共88页 母亲年龄的频率分布（） 40 正常群体 Down s 综合征 30 患儿的母亲 20 10 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 母亲的年龄 图 22- Down s 综合征患儿的母亲的年龄频率分布和 正常人群年龄频率分布的比较第75页/共88页v先天愚型先天愚型(21(21三体综合征，三体综合征，DownDowns syndrome)s syndrome)2121三体型：占三体型：占9595，47, XX(XY), 47, XX(XY), 2121 减数分裂时，减数分裂时，2121号染

30、色体不分离号染色体不分离 发病率随母亲年龄增高而增大发病率随母亲年龄增高而增大嵌合型：占嵌合型：占1 12 2，46 ,XX(XY) /4746 ,XX(XY) /47, , XX(XY) XX(XY) , ,2121 受精卵早期卵裂时受精卵早期卵裂时2121号染色体不分离所致号染色体不分离所致易位型：占易位型：占3 34 4 46, XX(XY), 46, XX(XY), 14, 14, t(14q21q)t(14q21q) 1 1、突变而来；、突变而来； 2 2、由、由平衡易位携带者平衡易位携带者亲代传来亲代传来 45, XX(XY), 45, XX(XY), 14, 14, 21, 21

31、, t (14q21q)t (14q21q)第76页/共88页2N2NN NN N2121N N21212N2N21212N2N21212N2N21212N2N2121N N2121N N2121N N2121N N21212N2N2N2N2N2N21212N2N21212N2NN NN NN NN NN N2121N N2121第77页/共88页未发现未发现未发现未发现流产流产易位型患者易位型患者平衡易位携带者平衡易位携带者正常人正常人易位型第78页/共88页案例分析 有一对夫妇外表正常，但妊娠五胎中，有两次流产。成活的3个孩子中，长女外表正常，但其染色体总数只有45条；两个男孩的染色体数均为46条，但其中一个为先天愚型患儿。试问此家系中可能存在哪一类型的染色体病？这对夫妇及其各胎子女的核型可能如何？从母婴保健的角度考虑，对