第十二章染色体畸变的遗传

1、l概念：重复；缺失；倒位；易位；假显性；假连概念：重复；缺失；倒位；易位；假显性；假连锁；交换抑制因子；锁；交换抑制因子；Schultz-Redfield效应；平衡效应；平衡致死系；染色体组；单倍体；二倍体；多倍体；致死系；染色体组；单倍体；二倍体；多倍体；单体；缺体；三体；四体；双三体。单体；缺体；三体；四体；双三体。l重复、缺失、倒位、易位的类型及其细胞学和遗重复、缺失、倒位、易位的类型及其细胞学和遗传学效应传学效应*；l单倍体、二倍体、多倍体、非整倍体及其在育种单倍体、二倍体、多倍体、非整倍体及其在育种上的应用；上的应用；l染色体畸变与人类疾病的关系；染色体畸变与人类疾病的关系；l染色体

2、变异在进化中的作用。染色体变异在进化中的作用。学习要点：学习要点：一、果蝇唾液腺染色体的特性一、果蝇唾液腺染色体的特性 唾液腺染色体唾液腺染色体(Polytene chromosome) ：存在于双翅目：存在于双翅目昆虫幼虫消化道细胞的有丝分裂间期核内一种巨大的染昆虫幼虫消化道细胞的有丝分裂间期核内一种巨大的染色体。色体。 唾液腺染色体的特征：唾液腺染色体的特征： (1)巨大性、伸展性巨大性、伸展性: 210215染色质线平行排列染色质线平行排列；比中期；比中期染色体长染色体长100-200倍。倍。 (2)体联会体联会(Somatic synapsis)：二倍体染色体数目为单元：二倍体染色体数

3、目为单元数。数。 (3)具横纹结构具横纹结构: 区区(102，X-2L-2R-3L-3R-4)段段(6，A-F)横纹，基因定位横纹，基因定位: eg.小眼不齐基因小眼不齐基因3C7； (4)出现泡状出现泡状(puff)结构结构: 核蛋白解离，环散开，核蛋白解离，环散开，DNA活跃活跃转录区，转录区，eg. 摇蚊幼虫分泌丝状蛋白。摇蚊幼虫分泌丝状蛋白。 返回返回1.重复重复(duplication, repeat)：染色体上的某一出：染色体上的某一出现两次或两次以上的现象现两次或两次以上的现象(同向或反向同向或反向) 。2.缺失缺失(deletion, deficiency)：Chr丢失一段，其

4、上丢失一段，其上的基因也随之丢失的现象。的基因也随之丢失的现象。 *以上涉及染色体上基因数目的改变。以上涉及染色体上基因数目的改变。3.倒位倒位(inversion)：染色体上某一片段颠倒：染色体上某一片段颠倒180o，其上的的基因顺序重排，其上的的基因顺序重排，(臂间或臂内臂间或臂内)。4.易位易位(translocation)：一个染色体上的一段连接：一个染色体上的一段连接到另一条染色体上，到另一条染色体上，(相互，转座等相互，转座等)。 *以上涉及染色体上基因位置的改变。以上涉及染色体上基因位置的改变。1. 缺失的类型缺失的类型： (1) 端部缺失端部缺失B染色体、染色体环染色体、染色体

5、环 (2) 中部缺失中部缺失2. 缺失的细胞学效应缺失的细胞学效应 (1) 缺失环、缺失环、 (2) B染色体、染色体、 (3) 染色体环染色体环3.遗传学效应遗传学效应 大片段缺失致死，果蝇玉米等小片段缺失的纯合体存大片段缺失致死，果蝇玉米等小片段缺失的纯合体存活活. (1) 假显性假显性(pseudodominance)：一对等位基因中的显：一对等位基因中的显性基因缺失，使对应的同源染色体上的隐性基因得以表性基因缺失，使对应的同源染色体上的隐性基因得以表现的遗传现象。现的遗传现象。 eg. 缺刻翅遗传缺刻翅遗传(Notched). 缺刻：缺失引起；缺刻：缺失引起；而且缺刻刚好发生在而且缺刻

6、刚好发生在X-chr的白眼的白眼/红眼基因所在红眼基因所在区域。区域。 实验三种现象：实验三种现象： F1缺刻雌蝇全白眼缺刻雌蝇全白眼假显性；假显性； F1雄蝇中无缺刻性状雄蝇中无缺刻性状致死；致死； F1雌雄比例雌雄比例2:1. 缺失缺失 (2) 可用于基因定位。可用于基因定位。eg. fa基因基因(小眼不齐小眼不齐)定位定位在在3C7位置位置图图15-9。 (3)缺失遗传病：缺失遗传病： A. 猫叫综合症猫叫综合症: 5p- B. 慢性骨髓性白血病：慢性骨髓性白血病：Ph染色体染色体 22q-(40%) t(9,22)(q34,q11)返回返回返回返回1. 重复类型重复类型： 1.同向重复

7、同向重复(tandem duplication) 2.反向重复反向重复(reverse repeat)2. 重复的细胞学效应重复的细胞学效应: 与正常染色体联会，会出现与正常染色体联会，会出现突环突环。 3. 重复的遗传学效应：重复的遗传学效应： 重复片段大，个体生活力差，甚至死亡。重复片段大，个体生活力差，甚至死亡。 黑腹果蝇的棒眼黑腹果蝇的棒眼(Bar, B)不完全显性性状：不完全显性性状： 正常眼正常眼(790小眼小眼)：野生型：野生型1(16A1-16A6) 棒眼棒眼 (68小眼小眼)： B基因控制基因控制2(16A1-16A6) 超棒眼超棒眼(45小眼小眼)：BB3(16A1-16A

8、6) 不对称重不对称重组。组。 （P412-fig15-11） 血红蛋白基因的融合突变变异。血红蛋白基因的融合突变变异。 珠蛋白基因簇：5- - - - 2 - 1-3 (16-chr) 珠蛋白基因簇：5- - G - A - - - -3 5- - G - A - - - -3 (11-chr) 5- - G - A - - - -3 (11-chr) 和 错位交换： A. 缺失染色体Lepore血红蛋白 B. 重复染色体反Lepore血红蛋白 返回返回1. 倒位的类型：倒位的类型： (1) 臂内倒位臂内倒位 (2) 臂间倒位臂间倒位着丝粒位置改变着丝粒位置改变2. 倒位的细胞学效应：倒位的

9、细胞学效应： 倒位片段小，倒位部分不配对，其余配对；倒位片段小，倒位部分不配对，其余配对； 倒位片段大，倒位部分反向与正常配对，其倒位片段大，倒位部分反向与正常配对，其余不配对；余不配对； 倒位片段适中：配对形成倒位环倒位片段适中：配对形成倒位环 3. 倒位的遗传学效应：倒位的遗传学效应： 倒位纯合体，动物多数致死、植物很少，果蝇中有倒位纯合体，动物多数致死、植物很少，果蝇中有大量倒位。大量倒位。 eg.果蝇卷翅性状果蝇卷翅性状 (Cy, curly) :In(2L)22D1-2;33F534A1 或或 In(2R)42A2-3;58A4B1。 (1) 交换抑制因子交换抑制因子(crossov

10、er repressor) 倒位环内倒位环内非姊妹染色单体之间非姊妹染色单体之间单交换单交换，由交换后的，由交换后的染色体参与形成的配子不育染色体参与形成的配子不育具有缺失（和重复）具有缺失（和重复） ，使，使交换的结果无法在子代中检测出来，好象倒位抑制了交交换的结果无法在子代中检测出来，好象倒位抑制了交换发生的发生，故称为换发生的发生，故称为“交换抑制因子交换抑制因子” 。 *交换抑制因子交换抑制因子是一种遗传学现象，不是一种蛋白，是一种遗传学现象，不是一种蛋白，也不是一种有机小分子。也不是一种有机小分子。返回返回配子致死 (2) Schultz-Refield效应效应：果蝇中一对染色体杂：

11、果蝇中一对染色体杂合倒位，可以增加同一合倒位，可以增加同一染色体组中中非倒位片段非倒位片段的的 交换频率。使群体保持最适的交换频率。交换频率。使群体保持最适的交换频率。 (3) 平衡致死系平衡致死系(Balanced lethal system) ：利用：利用倒位杂合体的交换抑制因子效应，以永久的杂合倒位杂合体的交换抑制因子效应，以永久的杂合状态，同时保存两个隐性致死基因的品系。状态，同时保存两个隐性致死基因的品系。 *隐性致死基因：基因对野生型为显性性状，但纯合致死，故称为隐性致死基因。 *平衡致死系特点平衡致死系特点：两个基因，任何一个出现：两个基因，任何一个出现纯合，都是致死的，只有两个

12、基因都为杂合状态纯合，都是致死的，只有两个基因都为杂合状态的个体才能够保留下来。的个体才能够保留下来。 1. 易位的类型：易位的类型： 相互易位：相互易位： 单向易位单向易位(转座转座)： 同一染色体内易位同一染色体内易位(转座转座)： 整臂易位：非同源染色体之间整个臂的转移或交换整臂易位：非同源染色体之间整个臂的转移或交换 Robertson式易位；近端部着丝点染色体在着丝粒处断式易位；近端部着丝点染色体在着丝粒处断裂的整臂易位裂的整臂易位 2. 易位的易位的细胞学效应细胞学效应：易位杂合体，在减数分裂的粗线期：易位杂合体，在减数分裂的粗线期出现出现“十十”型结构型结构 相邻分离：相邻分离：

13、“0”型结构，配子全部致死；型结构，配子全部致死； 相间分离：相间分离：“8”型结构，配子全部可育型结构，配子全部可育3. 易位的遗传学效应：易位的遗传学效应： (1).假连锁假连锁(Pseudolinkage)： 由于相互易位，使得非同源染色体上的基由于相互易位，使得非同源染色体上的基因在形成配子时，不能自由组合，表现出类似于因在形成配子时，不能自由组合，表现出类似于基因之间连锁的表型效应。实为易位后形成的不基因之间连锁的表型效应。实为易位后形成的不平横配子致死造成的。平横配子致死造成的。 (2).与肿瘤的形成有关与肿瘤的形成有关 如，如，Burkitt淋巴瘤，淋巴瘤，t(8;14)(q24

14、;q32)易位，易位，产生两类异常染色体产生两类异常染色体8q-和和14q+。其中。其中8q24存在存在癌基因癌基因c-myc, 而而14q32存在存在IgH基因，相互易位基因，相互易位使使c-myc插入到插入到IgH基因部位，并被激活，癌基基因部位，并被激活，癌基因过量表达，导致肿瘤的发生。因过量表达，导致肿瘤的发生。 3. 花斑位置效应花斑位置效应 位置效应位置效应(posotion effect)：倒位和易位引起基因的位：倒位和易位引起基因的位置该变，并造成相应的表型改变的遗传学现象。置该变，并造成相应的表型改变的遗传学现象。 如果蝇班驳色眼的位置效应。如果蝇班驳色眼的位置效应。W-w位

15、于位于X-chr上，上，XW与与4-chr相互易位相互易位 4. 农业选种农业选种 家蚕：雄蚕食量少、出丝率高。 10-chr：w2w2 虫卵杏黄色；成虫眼白色 w3w3 虫卵淡黄色；成虫眼黑色 w3 + 虫卵紫黑色；成虫眼黑色 w2 + 虫卵紫黑色；成虫眼黑色 + + 虫卵紫黑色；成虫眼黑色 w3位点缺失后与Z染色体融合，然后交配易于选种。返回返回4-chr相互易位相互易位返回返回(1)(2) 配子配子 返回返回ABABF E D CF E D CO P Q R SO P Q R SNMNMFCNMFASMS FM AFCNMSOBASoBAABOSMNCFMNOSABCFM N O P Q

16、 R SF E D C B AF E D C N MA B C D E FM N O P Q R SA B O P Q R SF E D C B AA B O P Q R SF E D C N MA B O P Q R SF E D C N MS R Q P O N M致死致死致死致死存活存活配子配子配子配子1 不育不育不育不育返回返回配子配子2配子配子3配子配子4亲本亲本亲本亲本l染色体组与染色体倍性染色体组与染色体倍性l整倍体整倍体l非整倍体非整倍体l染色体数目异常与疾病染色体数目异常与疾病l染色体组染色体组(genome):一个正常配子中的所包含的染色体一个正常配子中的所包含的染色体的数

17、目的数目,用用n表示。表示。 genome也译为基因组也译为基因组,指正常配子中指正常配子中所带有的全部基因。所带有的全部基因。l整倍体整倍体(euploid):以染色体组为基础以染色体组为基础,成套改变染色体数成套改变染色体数目后形成的个体。如：目后形成的个体。如：n, 2n, 3n, 4n, 6n等。等。l非整倍体非整倍体(aneuploid):以二倍体为基础，添加或减少几以二倍体为基础，添加或减少几条染色体后所形成的个体。如：条染色体后所形成的个体。如：2n-1, 2n-2, 2n+1, 2n+2, 2n+1+1l某些动植物以祖先中的配子染色体数作为基数，用某些动植物以祖先中的配子染色体

18、数作为基数，用“X”表示，如小麦中，各种小麦配子的染色体数目都是以表示，如小麦中，各种小麦配子的染色体数目都是以7为基础变化，则为基础变化，则X=7， 二粒小麦二粒小麦(异源四倍体异源四倍体)：2n=4X=28; 普通小麦普通小麦(异源六倍体异源六倍体)，2n=6X=42.2n、4X1、二倍体二倍体(diploid)：细胞内含有两套配子的染色体组。：细胞内含有两套配子的染色体组。如多数动植物为二倍体生物：番茄如多数动植物为二倍体生物：番茄2n=24，人，人2n=46.2、单倍体单倍体(haploid):或一倍体或一倍体(monoploid)，只有一，只有一个染色体组（只含有体细胞染色体数目一半

19、）的个染色体组（只含有体细胞染色体数目一半）的细胞或者个体，细胞或者个体， 天然：如蜜蜂：雄蜂由未受精的卵发生而天然：如蜜蜂：雄蜂由未受精的卵发生而来来单倍体单倍体(n=7) ；雌蜂由受精卵发育而来；雌蜂由受精卵发育而来二倍体二倍体(2n=14)。 人工诱导：如用子房或花粉培养。单倍体植人工诱导：如用子房或花粉培养。单倍体植物很小，生活力弱，完全不育（物很小，生活力弱，完全不育（n=10, 可育配子可育配子1/210）。多倍体产生的单倍体也不育）。多倍体产生的单倍体也不育染色体不染色体不平衡。平衡。 *单倍体通过加倍以后可以得到纯二倍体单倍体通过加倍以后可以得到纯二倍体(双单倍双单倍体，体，a

20、mphihaploid)。缩短育种时间，保证基因。缩短育种时间，保证基因纯合存在，不会发生分离。纯合存在，不会发生分离。三、三、多倍体多倍体(polyploid): 超过两个染色体组的个体超过两个染色体组的个体或细胞。或细胞。 1.同源多倍体：具有同源多倍体：具有3个以上相同染色体组的细个以上相同染色体组的细胞或个体。如同源四倍体、六倍体、三倍体、五胞或个体。如同源四倍体、六倍体、三倍体、五倍体等倍体等 天然：染色体加倍但未减数配子受精后形成，天然：染色体加倍但未减数配子受精后形成，或核内有丝分裂形成；或核内有丝分裂形成； 人工：体细胞加倍人工：体细胞加倍低温、秋水仙素处理。低温、秋水仙素处理

21、。 动物中同源多倍体少见，原因是加倍后产生的动物中同源多倍体少见，原因是加倍后产生的配子受精形成的个体配子受精形成的个体(XX+XY XXXY)不育；不育； 植物中同源多倍体较多，如，兰科，天南星科，植物中同源多倍体较多，如，兰科，天南星科，禾本科中的竹属等。禾本科中的竹属等。 同源多倍体的表型特征：同源多倍体的表型特征： 四倍体四倍体：染色体加倍，核和细胞体积增大，各器官加大；：染色体加倍，核和细胞体积增大，各器官加大；基因数量加大，产量增加。但也有相反情况。基因数量加大，产量增加。但也有相反情况。 三倍体三倍体：生活力强，营养器官茂盛，但高度不育。如天：生活力强，营养器官茂盛，但高度不育。

22、如天然的无子香蕉，人工的无子西瓜、甜菜、苹果等，可大然的无子香蕉，人工的无子西瓜、甜菜、苹果等，可大大提高林木、花卉、水果等产量。大提高林木、花卉、水果等产量。同源多倍体减数分裂和基因分离的特点：同源多倍体减数分裂和基因分离的特点： A. 染色体分离的特点：染色体分离的特点： 三倍体三倍体(见图见图25)三价体或二价体三价体或二价体+单价体单价体: 2n配子形成概率配子形成概率(1/2)n; n配子形成的概率配子形成的概率(1/2)n。其余配子染色体不平衡，不育。其余配子染色体不平衡，不育。 四倍体四倍体：减数分裂可形成四价体（：减数分裂可形成四价体（）、三价体）、三价体+单价单价体（体（ +

23、）、）、2个二价体（个二价体（ + ）。四价体和二价）。四价体和二价体可育；三价体和单价体染色体不平衡，配子不育。体可育；三价体和单价体染色体不平衡，配子不育。 B. (四价体四价体)基因分离特点：基因分离特点： 正常二倍体正常二倍体(A/a): 三种基因型三种基因型AA, Aa, aa. 四价体四价体(A/a): 五种基因型五种基因型分离比复杂。分离比复杂。 AAAA(四显体四显体)/AAAa/AAaa/ Aaaa/aaaa(无显体无显体) *以二显体（以二显体（AAaa）减数分裂形成（）减数分裂形成（+）为例介绍）为例介绍基因分离的特点：子代基因型为基因分离的特点：子代基因型为1 : 8

24、: 18 : 8 : 1 (表型表型35 : 1) 2.异源多倍体异源多倍体(allopolyploid):两个及两个以上的物种杂交，两个及两个以上的物种杂交，形成的杂种加倍以后形成的多倍体。形成的杂种加倍以后形成的多倍体。 (1)异源多倍体：异源多倍体： AA BB AB AABB(双二倍体双二倍体) *双二倍体双二倍体(amphidiploid)？双单倍体？双单倍体(amphihaploid)？ (2)部分异源多倍体：部分异源多倍体： 异源联会异源联会(allosydesis) : A.异源六倍体小麦异源六倍体小麦(AABBDD, 2n=6X=42=21)形成：形成： 一粒小麦一粒小麦 (

25、AA, 2n=2X=14=7 ) 拟撕卑尔山羊草拟撕卑尔山羊草 (BB, 2n=2X=14=7 ) 滔矢山羊草滔矢山羊草 (DD, 2n=2X=14=7 ) B.异源八倍体小黑麦：小麦异源八倍体小黑麦：小麦(AABBDD) 黑麦黑麦(RR)小黑麦小黑麦(AABBDDRR, 2n=8X=56=28 ) C. 萝卜甘蓝的形成：萝卜甘蓝的形成： 萝卜萝卜(RR,2n=18) 甘蓝甘蓝(BB, 2n=18) 萝卜萝卜甘蓝甘蓝 RB (2n=18=18) 萝卜甘蓝萝卜甘蓝(2n=36=18 ) 其根似甘蓝，叶似萝卜其根似甘蓝，叶似萝卜萝卜甘蓝。萝卜甘蓝。 AA : Aa : aa 2 : 8 : 2二显

26、体二显体 (表型表型) 非整倍体非整倍体(aneuploid):由二倍体减数分裂时，其中的一对由二倍体减数分裂时，其中的一对同源染色体不分离或提前分离形成同源染色体不分离或提前分离形成n-1或或n+1的配子。的配子。l双体双体(disomy) ：正常的：正常的2n个体个体l单体单体(monosomy):二倍体中缺少了一条染色体二倍体中缺少了一条染色体(2n-1)l缺体缺体(nullisomy)：二倍体中缺少了一对染色体：二倍体中缺少了一对染色体(2n-2)l双单体双单体(dimonosomy)：二倍体中缺少了两条染色体：二倍体中缺少了两条染色体(2n-1-1)l三体三体(trisomy)：二倍体中增加了一条染色体：二倍体中增加了