染色体结构变异

掌握染色体结构变异的类型及其遗传学效应，了解染色体结构变异的应用第十一章遗传物质的改变(一)染色体畸变第一页，共一百零五页。变异环境引起的表型变异(不遗传)遗传物质的改变(可遗传)重新分配(基因的重新组合)遗传物质的变异不同染色体之间的自由组合同源染色体间的片段交换结构变异基因突变(细胞核里面)细胞质变异(细胞核外)染色体畸变染色体数目变异变异的分类第二页，共一百零五页。遗传物质的改变，称作突变（mutation）突变染色体数目的改变和结构的改变基因突变或点突变可在显微镜下看到在表型上有所表达传统上突变指基因突变，而较明显的染色体的改变，称为染色体变异或畸变（chromosomalvariationsoraberration）第三页，共一百零五页。一、染色体结构变异的类型染色体的结构变异起因于染色单体的断裂，断裂产生两个断裂端，表现为：保持原状，不愈合，无着丝粒片断丢失同一断裂的两个断裂端重新愈合或重建，回复到原来的结构某一断裂端或两个断裂端，可以与另一断裂所产生的断裂端连接，引起非重建型愈合第一节染色体的结构变异第四页，共一百零五页。第五页，共一百零五页。缺失(deletion或deficiency):染色体丢失了一个片段，使之位于这个片段上的基因也随之发生丢失缺失第六页，共一百零五页。(一)缺失的类别顶端缺失(terminaldeficiency)：染色体缺失的区段可能是某臂的外端。第七页，共一百零五页。断片(fragment)：缺失的区段无着丝点2.中间缺失(interstitialdeficiency)：染色体缺失的区段可能是某臂的内段第八页，共一百零五页。双着丝点染色体(dicentricchromosome)顶端着丝点染色体(telocentricchromosome)缺失纯合体(deficiencyhomozygote)缺失杂合体(deficiencyheterozygote)第九页，共一百零五页。(二)缺失的鉴定缺失的细胞可见到遗弃在细胞质里的无着丝粒的断片(形成微核或丢失)中间缺失染色体，则在缺失杂合体的偶线期和粗线期，会出现环形或瘤型突出除检查二价体突出的环和瘤外，还必须参照染色体的正常长度，染色粒和染色节的正常分布第十页，共一百零五页。(三)缺失的遗传效应缺失对生活力的影响缺失基因的数目和重要性缺失个体是二倍体还是多倍体缺失配子是雄配子还是雌配子缺失个体是纯合体还是杂合体第十一页，共一百零五页。2.假显性(pseudodominance)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第十二页，共一百零五页。绿株(雌)plpl紫株(雄)PlPlP×X-RaysplG1PlPlF1plPlpl732紫株2绿株假显性遗传现象第十三页，共一百零五页。CALVINBLACKMANBRIDGES(1889-1938)borninSchuylerFalls,NewYork.Hewasorphanedatanearlyage,andraisedbyhisgrandparents.In1909,thefewcoursestaughtbyT.H.Morgan,andjoinedMorgan'slabatColumbiatodoresearchinthenewfieldofgenetics.Afreshmanatthetime,Bridgeswasgiventhelowlyjobofwashingouttheflybottles.Aslegendhasit,BridgesfoundthefirstDrosophilamutant,thewhite-eyedfly,justashewasabouttowashoutoneofthebottles.AlfredSturtevantthatBridgeshadthebest"eyes"inthelabforfindingnewDrosophilamutantsandthemostskillandpatienceforbuildingnewstrainsfortesting.ManyoftheseDrosophilastrainsarestillinusetoday.第十四页，共一百零五页。Bridgeswasalsoveryinventivedevelopedacheaperfly-foodmixtoreplacebananas.designedthebinocularmicroscopeforexaminingflies,designedthetemperature-regulatedincubatorstogrowthefliesin.SomeofBridges'scientificcreditsthetheoryofchromosomalnon-disjunctionsettingupthenomenclature(命名)systemfornamingflymutantsprovidingmostofthedatacorrelatingDrosophilageneswithbandingpatternsinsalivary(唾液腺)chromosomes.第十五页，共一百零五页。MorganwroteofBridgesthat"hewassimpleandunaffectedandalwayshelpfultoanyonewhocametohimforadvice."第十六页，共一百零五页。P缺刻红眼(雌蝇)×正常白眼(雄蝇)F1缺刻白眼(雌蝇)正常红眼(雌蝇)正常红眼(雄)Fl缺刻雌蝇都是白眼(显性)雌雄比例不是1：1，而是2：1在雄蝇中没有缺刻翅性状出现?Bridge从野生型果蝇中发现一种缺刻(Notched)的红眼雌蝇：怎样来解释这一现象？第十七页，共一百零五页。Bridge将缺刻作为一个缺失很好地解释了这一结果：第十八页，共一百零五页。唾液腺染色体观察表明，果蝇X染色体上这一片段包括红眼在内的缺刻翅缺失，丢失了45条横纹。第十九页，共一百零五页。利用假显性现象可以进行基因定位：如果缺失包括隐性突变基因的等位（显性基因），从而表现假显性现象第二十页，共一百零五页。第二十一页，共一百零五页。带有13个缺失类型的个体分别与白眼-缺刻翅突变型进行杂交：缺失类型N-8及缺失类型264-38、264-36、264-30、264-31、264-32都使基因fa(facet,小眼面不齐)表现假显性效应(3C7)→fa+(丢失)缺失类型264-33、264-37、264-39、264-2、264-19也使fa显示假显性效应，同时发现他们都丢失3C7中的一条带。于是fa处于3C7区域第二十二页，共一百零五页。缺失与进化的关系进化的趋势是基因组C值增加，缺失减少C值还阳参属植物（2n=6），它是由大于6条染色体的其它属进化而来（着丝粒和异染色质发生缺失，常染色质易位到其它染色体上，造成染色体的减少）第二十三页，共一百零五页。人的染色体缺失现象第二十四页，共一百零五页。FragileXsyndrome(orMartin-Bellsyndrome):XchromosomefragileandmentalretardationFemales(1/2500)carryingonefragileXchromosomecanbementallyretarded(30%),dominanttrait,notfullyexpressedMales(1/1250):80%offragileXmalesarementalretarded.Similareffectmaleshavecharacteristicslong,narrowfaceswithlargejaw(下巴),earsandincreasedtesticularsize第二十五页，共一百零五页。第二十六页，共一百零五页。Cri-du-chatsyndromeinhuman

cryofthecat(mewing)

smallheadmoonlike

face第二十七页，共一百零五页。mentalretardation第二十八页，共一百零五页。Thedown-turnedmouth,absenceofthemidlineindentation(齿痕)thatrunsbetweenthenoseandthemouth,andthepeculiarshapeoftheearsarecharacteristicofthesepatients.第二十九页，共一百零五页。红细胞酸性磷酸酶1定位于2p23区段用人工方法在体外造成杂种细胞内特定染色体的不同位置发生断裂，获得一套特定染色体缺失的杂种细胞，然后通过检测缺失杂种细胞内基因产物存在与否定位基因(如红细胞酸性磷酸酶1定位于2p23区段)第三十页，共一百零五页。神经细胞瘤黑素瘤阴囊肿瘤第三十一页，共一百零五页。

(1)pseudodominance,(2)recessivelethality,and(3)lackofreversemutation,andcytologicallyby(4)deletionloops.Deletionsarerecognizedgeneticallyby：第三十二页，共一百零五页。重复(duplication或repeat)一个染色体上某一片段出现两份或两份以上的现象。使位于这些片段上的基因多了一份或几份重复第三十三页，共一百零五页。(一)重复可分为两大类型1.顺接重复（tandemduplication）是指某区段按照自己在染色体上的正常直线顺序重复了2.反接重复（reverseduplication）是指某区段在重复时颠倒了自己在染色体上的正常直线顺序Duplicationloop

第三十四页，共一百零五页。

Asymmetrical(不均等配对)pairing第三十五页，共一百零五页。(二)重复染色体的检查重复染色体和正常染色体联会时，重复区段形成一个突出的环或瘤若重复很短，联会时重复染色体的重复区段可能收缩一点，正常染色体伸长一点，于是很难看出环或瘤的突出与正常染色体的比较也可以作为重复的鉴定标准(长度、染色粒和着丝点位置等)第三十六页，共一百零五页。(三)重复的遗传效应1.基因的重组率下降2.重复对表型的影响主要是扰乱了基因的固有平衡体系重复区段上的基因在重复杂合体是3份，在重复纯合体是4份，改变了生物在进化过程中长期适应了的成对的平衡关系，因而出现意想不到的效果第三十七页，共一百零五页。果蝇的眼色（朱红色）V//VV＋//V＋（红色）×V＋//V（红色）V＋//V＋（红色）对于重复:（朱红色）VV//VV×V＋//VV（朱红色）A.剂量效应第三十八页，共一百零五页。B.位置效应基因重复区段位置不同，引起表型效应不一致Sturtevant认为：果蝇的棒眼转变现象，是由于在减数分裂时同源染色体发生了不等交换的结果第三十九页，共一百零五页。如果在棒眼区域发生不等交换，则后代雄蝇就会出现正常眼(1B)和叉刚毛(f)与超棒眼(3B)和翅脉融合(fu)的类型Sturtevant试验设计把带有两个隐性基因标记基因的杂合子：一个是叉刚毛基因(f)在B的左边，一个是翅脉融合基因(fu)在B的右边第四十页，共一百零五页。正常眼、叉刚毛(f)超棒眼、翅脉融合(fu)第四十一页，共一百零五页。Bridges于10年后通过唾液染色体证实了棒眼B是由X染色体16A1－A6的6条横纹串联重复的结果第四十二页，共一百零五页。2+2≠1+3棒眼纯合体棒眼正常眼重棒眼第四十三页，共一百零五页。Duplicationmapping第四十四页，共一百零五页。重复与进化的关系生物从简单到复杂的进化最根本是基因组DNA含量的增加和新基因的产生，重复对进化的重要影响是增加基因组含量增加新基因第四十五页，共一百零五页。Six-year-oldchildwithChr.3duplication-deletionsyndrome:neversuckadequately,andatsixyearsisstillspoonortubefeed.Alldevelopmentalmilestones(阶段)havebeengrosslydelayed,hadrecurrenturinary,respiratory,andeyeinfections.第四十六页，共一百零五页。GOTs:thesolubleglutamicoxaloacetictransaminase(可溶谷草转氨酶)第四十七页，共一百零五页。(1)Dosageeffects,(2)Positioneffects(3)Asymmetricalpairing(unequalcrossover),and(4)cytologicallybyduplicatedloops.Duplicationarerecognizedgeneticallyby：第四十八页，共一百零五页。倒位倒位(inversion)在同一染色体上某一个片段作180的颠倒，造成染色体上基因顺序的重排(rearrangement)第四十九页，共一百零五页。(一)倒位的种类1.臂间倒位(pericentricinversion)：如果颠倒的片段包括着丝粒在内的倒位称为臂间倒位2.臂内倒位(paracentricinvrsion)：如果颠倒的片段不包括着丝粒的倒位称为臂内倒位第五十页，共一百零五页。第五十一页，共一百零五页。重叠倒位两个独立的倒位1234567891654327891658723493.多倒位第五十二页，共一百零五页。A倒位的形成第五十三页，共一百零五页。

Inversionloop第五十四页，共一百零五页。B.倒位的鉴定鉴别倒位的细胞学方法是根据倒位杂合体减数分裂的联会形象倘若倒位区段很长，则倒位染色体就可能反转过来，使其倒位区段与正常同源区段进行联会，于是二价体的倒位区段以外部分就只得保持分离第五十五页，共一百零五页。倒位圈与缺失杂合体和重复杂合体的环与瘤不同在于：后两者是由单个染色体形成的，前者是一对染色体形成的2、倘若倒位区段不长，则倒位染色体与正常染色体所联会的二价体就会在倒位区段内形成倒位圈第五十六页，共一百零五页。3、倒位区段很短时，染色体配对形成小口abcdefabdcef第五十七页，共一百零五页。(三)倒位的遗传学效应1、改变了连锁关系，使基因间交换值也相应改变1324123412341324第五十八页，共一百零五页。2、交换抑制因子指臂内或臂间倒位，由于倒位环内非姊妹染色单体间发生单交换，而交换的配子是无功能的缺失或重复配子，因而交换似乎被抑制，或相当程度地减少了杂合子的重组。第五十九页，共一百零五页。1234132412341324正常配子1213无功能配子第六十页，共一百零五页。倒位杂合子在杂交后代不会出现能成活重组体规律有几个注意的例外：(1)如果倒位圈内发生双交换，没有缺失-重复配子产生，重组子能正常成活第六十一页，共一百零五页。(2)如果交换的染色体上重复和缺失片段很小，不会影响配子的形成或合子的生活力(3)在果蝇和其他蝇科中，雄性减数分裂不发生交换，因此雄性的倒位杂合子并不表现倒位抑制交换或引起生育力降低第六十二页，共一百零五页。3、平衡致死系利用倒位的交换抑制效应，可以保存带有致死基因的品系第六十三页，共一百零五页。例如果蝇中第3染色体上的显性基因D(dichaete，展翅)。当DD纯合时有致死效应，因而D属隐性致死基因D/++/D×D/D(die)(1/3)+/+(2/3)D/+Muller用另一致死基因的平衡来保持这一致死基因(前提条件是两致死基因不发生交换)如何保持D基因，必须进行染色体观察、检查，费时费力第六十四页，共一百零五页。果蝇中第3染色体上的显性基因Gl(glued，粘胶眼)，也是隐性纯合致死基因，将D和Gl个体交配，挑选后代中既表现D又表现Gl的雌雄个体传代，后代全为D+/+GlD＋/++×＋Gl/++++/++D+/++D+/+Gl++/+GlD+/D+D+/+Gl+Gl/+GlDieDie永久杂种并非真正不分离(只是在不交换或低交换条件下)，能真实遗传D+/+Gl这种永远以杂合状态保存下来，不发生分离的品系，叫做永久杂种(permanenthybrid)，或平衡致死品系(balancedlethalsystem)第六十五页，共一百零五页。Cy/Cy(curly,翻翅)纯合致死，Cy/+表现双翅向后卷曲的显现性状。Bridge等发现果蝇第2染色体上倒位品系在IIL(第2染色体左臂)有个倒位，在IIR(第2染色体的右)也有个倒位，几乎抑制整个第二染色体交换，而Cy纯合致死，因此第2染色体上任何致死基因l都可以用Cy来平衡Cy+/+l

×

Cy+/+lCy+/Cy++l/+lCy+/+l纯合/交换致死永久杂种杂合体跟亲代一样，能以杂合态保存第六十六页，共一百零五页。要保持一个平衡致死系统，必须满足两个条件：一对同源染色体的两个成员各带有一个座位不同的隐性基因这两个非等位的隐性致死基因始终处于各别的同源染色体上第六十七页，共一百零五页。4、降低了倒位杂合体连锁基因的重组率桥和断片是鉴定臂内倒位的重要证据a.无着丝粒片段(臂内倒位染色体)，在后期I丢失了b.双着丝点的缺失染色体单体(臂内倒位杂合体)，形成后期I桥而折断，得到的这种缺失染色体的孢子是不育的第六十八页，共一百零五页。sterilesterilec.臂间倒位杂合体因交换产生的重复-缺失染色体，得到的小孢子也是不育的Armratiochange第六十九页，共一百零五页。综上所述：因为倒位杂合体的大多数含交换染色体的孢子是不育的，它所产生的交换配子数自然就显著地减少这就是倒位杂合体连锁基因重组率下降的原因第七十页，共一百零五页。5、倒位杂合体导致部分不育因为倒位杂合体的大多数含交换染色单体是不育的，所以倒位的一个明显的效应就是导致倒位杂合体的部分不育第七十一页，共一百零五页。a.杂倒位的自交♂正常杂倒杂倒纯倒♀1正常(全育)：2杂倒(半不育)：1纯倒(全育)结果：50%半不育第七十二页，共一百零五页。b.杂倒位的测交杂倒纯倒×1纯倒：1杂倒结果：正常(全可育)：杂倒位(50%可育)50％为半不育第七十三页，共一百零五页。位置效应(Positioneffect)

第七十四页，共一百零五页。第七十五页，共一百零五页。(四)倒位与进化的关系倒位使连锁基因发生改变，从而使得种间产生差异倒位圈相当于一个基因，则此基因保持下来，使得生物的适应性发生改变，对环境产生一定的适应性倒位是物种进化的一个因素因为它不仅改变了倒位染色体上的连锁基因的重组率，也改变了基因与基因之间的固有的相邻关系，从而造成遗传性状的变异第七十六页，共一百零五页。Themaindiagnosticfeaturesofinversionsare:reductionofrecombinantfrequency(crossoverrepressor)inversionloops,reducedfertilityfromunbalanced(orduplicatedanddeleted)meioticproducts,allobservedinindividualsheterozygousinversions.第七十七页，共一百零五页。易位(translocation)一个染色体臂的一段移接到另一非同源染色体的臂上的结构变异易位第七十八页，共一百零五页。1.相互易位(reciprocal):指非同源染色体间相互交换染色体片段，造成染色体间基因的重排2.简单易位：指一条染色体片断断裂转移到另一条染色体上，又称转移或变位(一)易位的类型第七十九页，共一百零五页。3.整臂易位(whole-armtranslocation)：指两条非同源染色体之间(或几乎整个)臂的转移或交换，称为整臂易位近端着丝粒染色体和非近端着丝粒染色体之间的整臂易位非近端着丝粒的染色体都在着丝粒区发生断裂，接着整臂易位，形成两条近端着丝粒染色体第八十页，共一百零五页。罗伯逊式易位(robersoniantranslocation)：Nonhomologouschromosomescanalsofuseattheircentromeres,creatingastructurecalledaRobertsoniantranslocation,namedforthecytologistEW.Robertson.第八十一页，共一百零五页。易位杂合体和易位纯合体12345678123456781235467812354678易位纯合体易位杂合体1235467812345678第八十二页，共一百零五页。(二)易位的细胞学鉴定易位杂合体的两个基本特征：终变期形成8字型或环状§PairingBehaviorofTranslocationHeterozygoteatDiakinesis

Notethetypicalringconfiguration在偶线期和粗线期时形成十字型§第八十三页，共一百零五页。ZygoteneCA21ABCOPQNMDEFABCDEFNMOPQABCDEFNMOPQReciprocalTranslocation-exchangebetweennon-homologouschromosomes;requirestwobreaks第八十四页，共一百零五页。AlternateAdjacentIAdjacentIIAnaphaseI第八十五页，共一百零五页。ADABCDBC+相邻式分离1第八十六页，共一百零五页。ADDCABBC+相邻式分离2结果：相邻式分离形成配子全为缺失重复配子，表现为全部不育第八十七页，共一百零五页。相间式分离＋ADABBCCD相间式分离结果：相间式分离形成配子为正常和易位配子，表现为全部可育第八十八页，共一百零五页。结论：后期I形成配子为半不育，相邻式和相间式属随机，各占50％，因而育性表现为半不育第八十九页，共一百零五页。1、对基因连锁的影响杂易位中出现假连锁现象例题：A(迟熟)，a(早熟)；B(高杆)，b(矮杆)表明A/b和a/B总是表现分别到一极的现象，即为假连锁(三)易位的遗传效应AaBbAaBb减数分裂II形成配子AabB可育不育第九十页，共一百零五页。纯易位改变了基因间的固有连锁关系abcdefghabchefgd因此，使得连锁基因改变为独立遗传关系第九十一页，共一百零五页。2.育性A.杂易位的遗传育性第九十二页，共一百零五页。易位杂合体的测交表现12143432×12341234123412341432PG1234123414321234F11正常、可育：1杂易位、半不育第九十三页，共一百零五页。易位杂合体的自交表现1432123412341234F214321234143214321正常：2杂易位：1纯易位第九十四页，共一百零五页。B、性染色体和常染色体之间的易位遗传行为A和Y易位PAAXX×AAYXYAGAXAYYAAXAYXAYA(Die)F2AAXXAAYXYAA和Y的杂合易位(杂不育)只有雄果蝇才能传递第九十五页，共一百零五页。A和X易位AXAXXAXA×AXAXAYAXXAAXXAAYAXYAXA

(die)AXAXXAXA(纯易位)AAXXA