遗传学课件09第九章-染色体畸变

1、主讲：侯丙凯遗传学下册染色体畸变基因突变基因和基因组突变和重组机理细胞质遗传发育遗传遗传工程Main topics:生物体的变异Environmental variation (环境变异)Recombinant variation (重组变异)MutationChromosomal variation (染色体畸变)Gene mutation (基因突变)第九章 染色体畸变染色体结构变异染色体数量变异人类染色体异常与疾病（Chromosomal Variation）第一节 染色体结构变异染色体结构变异的原因和类别原因： 自发变异 诱发变异类别： 缺失、重复、倒位、易位研究材料：果蝇唾腺染色体、

2、玉米染色体等一、缺失 （Deletion）定义：染色体上某一区段及其所带的基因一起丢失的现象。缺失的类型和产生顶端缺失和中间缺失。顶端缺失：缺失部分是某臂外端，比较少见。 容易形成染色体桥、进入“断裂-愈 合-桥”的循环(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.玉米第二次减数分裂后期有丝分裂后期中间缺失：缺失部分是某臂内段，稳定，比较常见。缺失纯合体： A B C D F A B C D F缺失杂合体： A B C D E F A B C D F ABCDEF ABCDF3. 缺失的细胞学效应 减数分裂时，同源染色体配对出现弧状结构（缺失环）。弧状结构是正常的染色体部分。4. 缺失的遗传学效应（1）影响个体生活力:影响程度和缺失区段大小、所含基因多少、重要程度、染色体倍性有关。缺失部分太

4、大不能存活；一般缺失杂合体比纯合体生活力强一些；（2）缺失一般使配子败育，花粉尤其如此，所以一般通过雌配子传递。果蝇缺刻翅表型Notch 是因为包括 Notch 基因在内的染色体片段发生缺失造成的上图为正常表型下图为突变型玉米 ：非甜粒 SuSu显性；甜粒 susu 隐性 非甜粒 SuSu X 甜粒 susu F1 非甜粒 Susu (显性性状） UVSuSu花粉 X susu F1 2株甜粒 732株非甜粒 （假显性） （显性）原因： - su Susu(2) 有时会出现拟显性现象(pseudo-dominance)缺失作图原理 缺失杂合体常出现拟显性现象，将某一隐性性状个体与一系列（表现正

5、常的）缺失杂合体进行杂交，对出现假显性（隐性性状）的个体进行细胞学鉴定以确定隐性基因在染色体上的位置。例如（教材上）果蝇小眼不齐基因的定位。aaXAa假显性鉴定缺失片段的染色体位置二、重复 （Duplication）1. 定义：在正常染色体组的基础上，增加了额外的染色体部分的一种变异现象。2. 重复的类型和产生顺接重复反接重复移位重复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产生重复有两种方式：（1）同源染色体间不等交换（2）断裂重接1 2 3 4 5 61 23 4 5 61 2 5 6 1 2 3 4 3 4 5 6 3

6、. 重复的细胞学效应a.缺失与重复往往相伴出现b.重复区段一般不包括着丝粒，如果有的染色体为双着丝粒，染色体不稳定c.重复杂合体联会形成重复环，弧状结构是重复的部分。（注意区分重复环与缺失环）4. 重复的遗传学效应a.生活力降低：重复比缺失造成的影响小，重复部分太大也会影响生活力甚至导致死亡b.不致死的重复可导致复杂表型，并具有剂量效应，同一基因重复次数越多表型效应越显著c.位置效应：基因由于变换了在染色体上的位置导致表型效应发生改变d.带有重复染色体的配子一般是不育的动态突变（dynamic mutation）DNA序列中由于寡核苷酸拷贝数目的变化，引起生物表型改变的突变，称为动态突变。动态

7、突变通常是由三联体密码子重复数目的增加而形成的。X脆性染色体综合症是由于在X染色体长臂末端（Xq27.3）位置上CGG拷贝数目增加到200以上，引起基因的改变，形成痕迹很重的脆性部位，该部分很容易被折断，所以被称为脆性染色体。脆性X三联体密码子的重复与疾病 疾 病 密码子 正常拷贝 患者拷贝脊髓肌肉萎缩症 CAG(gln) 11-33 40-62亨廷顿症 CAG(gln) 11-34 42-100X脆性染色体 CGG(arg) 6-54 250-4000强直型肌营养不良 CTG(leu) 7-23 49-75小脑共济失调 CAG(glu) 4-18 40-200三、倒位 （Inversion）

8、1. 定义：染色体某区段及其基因顺序发生180o倒转的变异现象。2. 倒位的类型臂内倒位（Paracentric inversion）臂间倒位 ( Pericentric inversion)倒位纯合体倒位杂合体 (联会时形成倒位环）人和黑猩猩的四号染色体因一个臂间倒位而不同倒位环3. 倒位的细胞学特点（1）倒位杂合体在减数分裂同源染色体配对时，形成倒位环。（臂内倒位的情况下，着丝粒在倒位环的外部；臂间倒位的情况下，着丝粒在倒位环的内部）（2）在倒位环内如果发生单交换，一半的配子是重组型的，将是不育的；另一半配子是非重组型的，是可育的。4. 倒位的遗传学效应（1）倒位杂合体配子败育率上升，造成

9、部分不育。（为什么？）（2）抑制或大大降低了倒位环内基因重组，倒位区段呈现很强的连锁关系。（为什么？）（交换后配子死亡或活力严重降低，最终导致重组型配子数显著减少，使重组率大大降低，表现为强连锁关系）（3）靠近倒位圈的区段经常不能正常联会，导致交换机会下降。5. 平衡致死品系一对同源染色体各带有一个座位不同的隐性致死基因，通过倒位使得这对同源染色体之间不能发生交换，所以隐性致死基因可以双杂合子的状态永久保存下来，该品系被称为平衡致死品系(balanced lethal strain)。平衡致死品系D + GL倒位D +GL +D: 展翅， 显性；纯合致死(D/D)，3号chr上。GL: 粘胶眼

10、，显性，纯合致死(GL/GL)， 3号chr上。 某学者为了研究D基因，长期保存D/+品系, 但最终失败。 （为什么？）所以引入GL基因，通过D/+ GL/+, 选出D+/+GL品系。D + X + + + + GLD + GL选出该品系自交的结果：D + X D + GL + GLD + D + + GL D + + GL + GL死亡 保存 死亡用D+/+GL品系可以长期保存致死基因D吗？分析：然而，这种保存方法的可行性依赖于一个前提，即在D 和GL之间没有交换发生（为什么？）。因此，需要在D 和GL之间造成一个倒位，倒位后的品系将永远以隐性致死基因的杂合态保存下来，这样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：在该染色体上DGL之外造成倒位，能否形成平衡致死品系？）四、易位 （ Translocation）1. 定义：一条染色体上的一个片段转移到非同源染色体上的一种变异现象。2. 易位的类型单向易位相互易位易位纯合体易位杂合体易位和交换的异同：均为染色体片段的交换。但是发生的染色体不同，交换是发生在同源染色体(非姊妹染色单体)之间，易位是发生在非同源染色体之间。发生时期也不同，交换发生在粗线期，易位可以发生在各个时期。3. 易位的细胞学特点图象：T 字形（单向易位杂合体） 十字型（相互易位杂合体）育性：半不育性（所有易位杂合体）邻近式分离：配子

12、不育交互式分离：配子可育相互易位杂合体（配子染色体组成有什么规律？）50%50%4. 易位的遗传学效应（1）易位杂合体形成的配子中，一半可育一半不育，因此易位杂合体是半不育的。（2）改变基因间连锁关系，原来连锁的基因由于易位成为独立遗传，而原来独立遗传的基因由于易位成为连锁遗传。易位杂合体容易出现假连锁现象（pseudo-linkage）。果蝇：bw 褐眼， e 黑檀体bw+e+bw+bwee+bwbweebwebwebwe（野生型）（双隐性） (只产生两种配子，? )(只产生1种配子)bw 和e表现出假连锁！（思考：如果反交，结果怎样？）（3）易位对个体的生长发育造成不良影响，甚至死亡。平衡

13、易位：主要遗传物质没有丢失，个体表型正常。不平衡易位：主要遗传物质没有丢失，个体发育受影响。人、动物中多为平衡易位。（4）导致染色体数目改变：罗伯逊易位（Robertsonian translocation）在两个端着丝粒染色体之间发生，当两个端着丝粒染色体在着丝粒区发生断裂后，长臂在着丝粒区相互重接，短臂则往往会丢失，容易导致染色体数目改变（减少）。家猪：2n=38，欧洲野猪2n=36，37；家猪15、17 号染色体罗伯逊易位形成一对中着丝粒染色体，两个小的丢失2n=36；15、17 染色体各一条进行罗伯逊易位后形成一条中着丝粒染色体，一个小的丢失则2n=37。目前在欧洲野猪已发现1517、

14、1617罗伯逊易位，而在家猪仅发现一种1317罗伯逊易位。 第二节 染色体数目的变异一、染色体的数目及其变异类型染色体数目是物种的特征之一染色体组和基数单倍体、二倍体、多倍体整倍体和非整倍体染色体数目变异的主要类型见下表：类别名称染色体组染色体组成整倍体单倍体n(abcd)二倍体2n(abcd)(abcd)三倍体3n(abcd) (abcd) (abcd)同源四倍体4n(abcd) (abcd) (abcd) (abcd)异源四倍体2(2n)(abcd) (abcd) (efgh)(efgh)非整倍体单体2n-1(abcd) (abc) 缺体2n-2(abc) (abc) 双单体2n-1-1(

15、abc) (abd) 三体2n+1(abcd) (abcd) (a)双三体2n+1+1(abcd) (abcd) (ab)四体2n+2(abcd) (abcd) (aa)二、整倍体 ( Euploid )（一）单倍体（haploid）1. 定义 单元单倍体:即一倍体，含一个染色体组，由二倍体产生如玉米2n=2x=20的单倍体n=x=10多元单倍体：由多倍体产生的单倍体，如小麦2n=6x=42 的单倍体n=3x=212. 产生：自发产生（孤雌生殖和孤雄生殖），诱发产生（花粉培养和花药培养等）3. 特点（1）高度不育，一般不能产生种子。主要原因在减数分裂期间都是单价体，无法联会不育。（2）细胞、组

16、织、器官和植株一般都比它的二倍体和四倍体弱小。4. 应用价值（1）单倍体本身的每个染色体组是单的，全部基因也是单的，一旦人为加倍，不仅可以由不育可育，而且全部基因都变成纯合。所以育种上可大大缩短年限。（2）单倍体基因是单的，所以不管它是显性还是隐性均可充分表现，所以是研究基因性质及其作用的好材料。（3）异源多倍体的多个染色体组之间并不都有是绝对异源的，某个或某些之间可能有部分同源的关系。异源多倍体的单倍体孢母细胞减数分裂时，任何染色体都只是单个，所以除去不得不成单价体外，还可能与自己部分同源的另一个染色体联会成二价体。通过其联会分析，就可得知彼此同源的关系。（二）多倍体之同源多倍体1. 定义：

17、 多倍体（polyploid）同源多倍体（autopolyploid）马铃薯是同源四倍体2n=4x=AAAA=48，4 个染色体组源于同一物种，每组12 条染色体，那么它的单倍体n=2x=24，2. 产生： 自发产生、 诱发产生（秋水仙素等）3. 特点:(1)形态特征如叶片肥厚、茎杆粗壮、花、果实、种子、花粉粒、气孔等较大，但器官组织随染色体组增加而增大的关系有一定限度，超过一定限度不存在上述关系。如甜菜最适宜的多倍体不是同源四倍体，而是同源三倍体。一般生长缓慢，成熟较晚。（2）生理生化代谢改变，一般随剂量增大加强，如四倍体番茄VC 含量比二倍体高一倍。（3）同源多倍体一般有不同程度的不育性，

18、与减数分裂能否形成正常的配子有关。4减数分裂时染色体的行为（1）同源三倍体III 2/1II + I 2/1 1/1形成的配子中染色体组合成分均不平衡，使其高度不育，平衡配子为2x 或x，机会很少。应用：香蕉是天然的同源三倍体2n=3x=33。无子西瓜的育成：2n=2x=22 在幼苗期加倍成4n=4x=44 作为母本，和2n=2x=22 杂交，得到的种子就是2n=3x=33，种下就是无子西瓜。偶尔也结子，概率极低。（2）同源四倍体 2/2 3/1 + 2/2 3/1 2/1 + 2/2 + 2/2 3/1 2/1 1/1 均衡式分离占多数，育性有所下降。（三）多倍体之异源多倍体1. 定义： 异

19、源多倍体 （allopolyploid）2. 产生：（1） AA x BB - AB - AABB（2） AAAA x BBBB - AABB分布广泛，多为异源四倍体，异源六倍体，被子植物30%-35%，禾本科中70%为异源多倍体。如小麦：2n=6x=AABBDD=42；普通烟草2n=4x=TTSS = 483. 特点：（1） 形态巨大性与同源多倍体相似（2） 由于染色体组来自不同物种，一般表现为双亲中间类型（3）偶倍数异源多倍体育性正常，自然界常见；奇数倍的异源多倍体是不育的，比较少见。4. 普通小麦的起源和异源八倍体小黑麦的培育（1）小麦起源：由三个原始种先后杂交加倍产生T. monoco

20、ccum (一粒小麦) 2n=14, AA A.speltoides(拟斯卑尔脱山羊草) 2n=14, BBAB 不育杂种T.dicoccoides(拟二粒小麦)2n=28, AABBsquarrosa(方穗山羊草) 2n=14, DDABD 不育杂种T. aestivum(普通小麦)2n=42, AABBDD染色体加倍染色体加倍（2）异源八倍体小黑麦的培育黑麦穗大、粒大、抗病和抗逆性强，小麦面粉质量好。小黑麦的培育综合了双亲的优点。黑麦(2n=RR=14)小麦(2n=6x=AABBDD=42)F1(4x=ABDR=28) 异源八倍体小黑麦（2n=8x=AABBDDRR=56）染色体加倍三、非

21、整倍体 （aneuploid）非整倍体的主要类型：单体、缺体、三体非整倍体产生的原因：减数分裂不正常，同源染色体不联会或联会后不分离，产生n-1, n+1配子，正常情况下产生n 配子。 n-1 n+1 nn-1 n+1n缺体或双单体二倍体单体二倍体双三体或四体三体单体三体二倍体二倍体生物：较少出现单体或缺体多倍体生物：经常出现非整倍体二倍体和多倍体：均可出现超倍体 (三体、四体等) （一）单体（monosomic)和 缺体（nullisomic）1. 存在：常见于异源多倍体生物中，例如普通烟草（异源四倍体，2n=4x=TTSS=48）是第一个分离出全部24 个不同单体的植物。普通小表也有21

22、个不同染色体单体。另外，普通小麦的21 对染色体都有了各自的缺体。2. 特点（1）生活力低 （2）育性低3. 应用： 主要应用于基因定位 ey/ey: 果蝇无眼 +/+ ： 果蝇有眼 单体果蝇：2n-1 ey/ey X 2n-1 ey/+ ey/- 有眼 无眼 与某一单体（如4号单）杂交，出现了无眼果蝇，证明ey基因在该单体的染色体上如果是缺体，则可直接把某个隐性性状与染色体相对应。例如如果发现某种缺体中出现了隐性性状，说明控制该性状的基因位于所缺的那一对染色体上。第四染色体缺体无眼证明ey基因位于第四染色体上（二）三体（trisomic）1. 存在1910 年在直果曼陀罗中发现了一种球形蒴果

23、突变型，以后又陆续发现许多种不同的突变型。到1920 年才知道这些突变型比正常的直果曼陀罗多一个染色体，即12 对多出一个，实际上是11+1，因此出现三体这个名词。三体在普通二倍体和异源多倍体中都有存在。例如番茄的12 对染色体都有三体。水稻的12对染色体也有全套的三体。三体的类别初级三体：多出的一条染色体是染色体组中某一条完整的染色体。如水稻 1 号初级三体，是多出整条1 号染色体。次级三体：多出的一条染色体是某个成员的等臂染色体（两个臂完全相同）。如水稻1 号次级三体。三级三体：多出的一条染色体是两种染色体的各一段连接而成的，称三级三体。如水稻1 号与9 染色体易位产生的三级三体。3. 应用2. 特点与单体与缺体相比，三体对生活力的影响较小，容易存活。但多种三体之间的表现型变异比较明显。增加的染色体常使花粉不育，额外的染色体都是通过雌配子传递的。三体植物也是部分不育的。（1）用于基因定位第四染色体三体先与无眼果蝇杂交，子一代再与无眼果蝇分别测交，如果有的测交后代出现野生型：无眼= 5:1， 则说明无眼基因在第四染色体上。ey/ey+/+/+第四号三体+/ey+/+/ey+/+/eyey/ey1 +/+ 1ey 2 +/ey 2 +ey+/+/ey ey/ey +/ey/ey +/ey1 : 1 : 2 : 2野生型 无眼 野生