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文档简介

第六章

染色体结构变异8.1

染色体结构变异的概述8.2

染色体结构变异的类型8.3

染色体结构变异的诱发8.4

染色体结构变异的应用本章要求第六章染色体结构变异8.1染色体结构变异的概述18.1染色体结构变异的概述8.1.1染色体变异/染色体畸变结构变异:染色体结构的异常变化数目变异:染色体数目的异常变化8.1.2染色体结构变异假说及结构变异种类

断裂重接假说正确重接→重新愈合,恢复原状;错误重接→产生结构变异;保持断头→产生结构变异。结构变异类型:缺失、重复、倒位、易位8.1染色体结构变异的概述8.1.1染色体变异/染色体畸28.2染色体结构变异的类型8.2.1缺失8.2.2重复8.2.3倒位8.2.4易位8.2染色体结构变异的类型8.2.1缺失38.2.1缺失(deletion,del)概念

染色体丢失了某一区段——缺失类型①顶端缺失(terminaldeficiency):指缺失了包括端粒在内的染色体末端区段。

②中间缺失(interstitialdeficiency):指缺失了染色体某臂的内部区段。

特殊类型:端着丝粒染色体、环状染色体8.2.1缺失(deletion,del)概念4缺失染色体(deficiencychromosome):指丢失了某一区段的染色体。缺失杂合体(deficiencyheterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个是缺失染色体的生物个体。缺失纯合体(deficiencyhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都丢失了相同区段的生物个体。相关术语缺失染色体(deficiencychromosome):指5

缺失形成的机理缺失形成的机理6①无着丝粒断片:最初发生缺失的

细胞在分裂时可见落后染色体→

无着丝粒断片,在间期形成微核。②顶端缺失有丝分裂前出现断裂-融合→双着丝粒染色体——后期染色体桥。减数分裂联会时,有未配对的游离区段③中间缺失减数分裂染色体联会时形成缺失环。

注意:较小的缺失往往并不表现出明显的细胞学特征;缺失纯合体减数分裂过程也无明显的细胞学特征。

缺失的细胞学鉴定①无着丝粒断片:最初发生缺失的缺失的细胞学鉴定7断裂-融合-桥顶端缺失的形成(断裂)复制姊妹染色单体顶端断头连接(融合)有丝分裂后期桥(桥)新的断裂断裂-融合-桥顶端缺失的形成(断裂)8缺失染色体的联会缺失染色体的联会9玉米缺失杂合体粗线期缺失环玉米缺失杂合体粗线期缺失环10果蝇唾腺染色体的缺失圈果蝇唾腺染色体的缺失圈11缺失的细胞学特征缺失环(环形或瘤形突出):中间缺失杂合体偶线期和粗线期出现;可以看到由于缺失配对的部分而形成的弧状突起,这在果蝇的唾液腺染色体上非常清楚。微核缺失的细胞学特征缺失环(环形或瘤形突出):微核12缺失的后果打破了基因的连锁平衡,破坏了基因间的互作关系,基因所控制的生物功能或性状丧失或异常。缺失的危害程度取决于缺失区段的大小、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。

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)败育或育性降低;缺失区段较小时,可能会造成假显性现象或其它异常现象(例猫叫综合症)。缺失的遗传效应缺失的后果缺失的遗传效应13缺失杂合体的假显性现象缺失杂合体的假显性现象148.2.2重复(duplication,dup)概念:正常染色体增加了与自己相同的某一区段的结构变异叫重复。增加了的这一区段叫重复片段。类别顺接重复(tandenduplication):指重复区段与原有区段在染色体上排列方向相同。反接重复(reverseduplication):指重复区段与原有区段在染色体上排列方向相反。8.2.2重复(duplication,dup)概念:正常15重复的类别重复的类别16重复染色体(duplicationchromosome):指含有重复片段的染色体。重复杂合体(duplicationheterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个是重复染色体的生物个体。重复纯合体(duplicationhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都含有相同的重复片段且重复类别相同的生物个体。

相关术语重复染色体(duplicationchromosome):17

重复形成的机理重复形成的机理18重复是由同源染色体的不对等交换产生的重复是由同源染色体的不对等交换产生的19重复的细胞学鉴定细胞学特征同源染色体联会时可见:重复环染色体末端不配对而突出注意:区分重复环与缺失环当重复区段很短时很难观察到重复环重复纯合体也观察不到重复环重复的细胞学鉴定细胞学特征20重复的细胞学特征重复的细胞学特征21

重复的遗传效应重复对基因平衡的影响:扰乱了生物体本身基因固有的平衡体系,影响了个体的生活力。有害程度:取决于重复区段的大小、基因数量的多少、重要性及染色体倍性;与缺失相比,有害性相对较小,但若重复区段过长,往往使个体致死。对育性的影响:重复杂合体和重复纯合体一般败育或育性降低,会产生“剂量效应(dosageeffect)”和“位置效应(positioneffect)”。重复的遗传效应重复对基因平衡的影响:扰乱了生物体本身基因固22果蝇复眼的小眼组成数目的“剂量效应”和”位置效应”剂量效应:随着细胞内基因拷贝数增加,基因的表现能力和表现程度随之加强。位置效应:基因的表现型效应会随其在染色体上的位置不同而改变。果蝇复眼的小眼组成数目的“剂量效应”和”位置效应”剂量效应238.2.3倒位(inversion,inv)概念:正常染色体某一区段的倒转。倒位染色体上的基因总量不变。类别臂内倒位(paracentricinversion):指倒位区段不含着丝粒,发生在一条臂内。臂间倒位(pericenticinversion):指倒位区段含着丝粒,发生在两条臂间。

8.2.3倒位(inversion,inv)概念:正常染色24臂内倒位与臂间倒位臂内倒位与臂间倒位25相关术语倒位染色体(inversion

chromosome):指含有倒位片段的染色体。倒位杂合体(inversion

heterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个是倒位染色体的生物个体。倒位纯合体(inversionhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都含有相同的倒位片段且倒位类别相同的生物个体。相关术语倒位染色体(inversionchromosom26倒位形成的机理倒位形成的机理27倒位的细胞学鉴定细胞学特征同源染色体联会时:倒位区段较短——正常部分配对,其余不配对倒位区段适中——形成倒位圈倒位区段过长——倒过来配对,其余游离减数分裂时倒位杂合体的交换注意区分倒位圈与缺失、重复圈的结构差异倒位纯合体无明显细胞学特征倒位的细胞学鉴定细胞学特征28倒位杂合体的联会倒位杂合体的联会29倒位杂合体的“倒位圈”倒位杂合体的“倒位圈”30臂内倒位杂合体的交换臂间倒位杂合体的交换臂内倒位杂合体的交换臂间倒位杂合体的交换31臂内倒位形成的“后期I桥”臂内倒位形成的“后期I桥”32倒位的遗传效应对基因关系的影响:倒位改变了基因间的连锁关系;交换抑制效应:倒位区段基因间的重组率降低的效应。有害程度:取决于倒位区段的长短,倒位区段过长往往致死;基因的数目、重要性以及染色体的倍性。对育性的影响:倒位杂合体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,这类配子不育。所以倒位杂合体半不育。倒位纯合的同源染色体联会完全正常,但会产生“位置效应”。倒位的遗传效应对基因关系的影响:倒位改变了基因间的连锁关系338.2.4易位(translocation,t)概念:染色体上某一区段转移到非同源染色体上。类别相互易位(reciprocaltranslocation)(双向):指两个非同源染色体之间发生区段互换,又称为交互易位。简单易位(simpletranslocation)(单向):指一个染色体上的某一区段转移到了另一非同源染色体上的现象,又称为转移。8.2.4易位(translocation,t)概念:染色34罗伯逊易位(Robertsoniantranslocation):是两条近端着丝粒或端着丝粒染色体在着丝粒附近断裂后互换的易位类型。特殊类型罗伯逊易位还可能导致物种染色体数目改变!罗伯逊易位(Robertsoniantranslocati35相关术语易位染色体(translocationchromosome):指含有易位片段的染色体。易位杂合体(translocationheterozygote):指同源染色体中有一个是易位染色体的生物个体,又叫杂易位体。易位纯合体(translocationhomozygote):指同源染色体都含有相同易位片段的生物个体,又叫纯易位体,由杂易位体自交获得。相关术语易位染色体(translocationchrom36易位形成的机理易位形成的机理37相互易位的细胞学鉴定相互易位杂合体减数分裂同源染色体联会时:粗线期呈十字形配对终变期呈8字形、四体环或链状结构(十字形配对结构的交替式或相邻式分离)相互易位纯合体:同源染色体联会一切正常。相互易位的细胞学鉴定相互易位杂合体38易位杂合体粗线期十字形配对易位杂合体粗线期十字形配对39果蝇巨大染色体易位图果蝇巨大染色体易位图40易位杂合体的联会和分离交替式毗邻式易位杂合体的联会和分离交替式毗邻式41易位杂合子产生配子的育性十字形结构

交叉端化8字形/四体环交替式分离相邻式分离产生不育配子产生可育配子半不育易位杂合子产生配子的育性十字形结构8字形/四体环交替式分离42易位的遗传效应降低了连锁基因间的重组率——联会的紧密程度降低,抑制了正常连锁群的重组。易位改变了基因间的连锁关系——出现假连锁现象,使本应独立遗传的基因出现假连锁。易位杂合体半不育:易位杂合体十字形配对进行交替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;相邻式与交替式各占50%。有害程度:取决于易位区段的长短,易位区段过长往往致死;基因的数目、重要性以及染色体的倍性。易位的遗传效应降低了连锁基因间的重组率——联会的紧密程度降438.3染色体结构变异的诱发8.3.1物理因素的诱发8.3.2化学因素的诱发8.3.3其它因素的诱变8.3染色体结构变异的诱发8.3.1物理因素的诱发448.3.1物理因素的诱发物理因素的诱发染色体结构的变异需要相当大的能量,细胞必须在获得大量的能量以后,染色体才可能发生畸变,辐射就是很好的能源。能量低的辐射(如可见光)只能产生热量;能量较高的辐射(如γ射线)除产生热能和使原子激发外,还能使原子“电离”诱发突变。电离辐射源:α射线、β射线和中子等粒子辐射,也包括γ射线和X射线等电磁波辐射。非电离辐射源:紫外线。8.3.1物理因素的诱发物理因素的诱发45辐射诱变的趋势:辐射的剂量越大,诱发的突变频率越高,但与辐射强度无关。辐射剂量:是指单位质量被照射的物质所吸收的能量数值。辐射强度:是指单位时间内照射的剂量数,即剂量率。只要照射的总剂量不变,无论辐射强度有多大,诱发的突变总是保持一定。辐射剂量与染色体结构变异频率的关系辐射诱变的趋势:辐射的剂量越大,诱发的突变频率越高,但与辐射46物理诱变的特点物理因素诱发的突变是随机的,无特异性可言,性质和条件相同的辐射可以诱发不同的变异。因此,目前只能期望通过辐射处理得到变异,而不能期望通过一定的辐射处理得到定向的变异。慢照射容易获得1次断裂产生的结构变异类型,快照射容易获得2次断裂或多次断裂产生的结构变异类型。物理诱变的特点物理因素诱发的突变是随机的,无特异性可言478.3.2化学因素的诱发抗生素、药物、农药、工业废物、食品添加剂,如重氮丝氨酸、丝裂霉素C、环磷酰胺、有机磷农药、环己基糖精、黄曲霉素等也能诱发染色体结构变异,因其具有破坏DNA分子结构的能力,因而造成染色体断裂,目前很少实际应用。诱变剂化学诱变的特点具有特异性,一定性质的药物能诱发一定类型的变异,这使动植物育种中定向地诱发和筛选变异看到了希望。8.3.2化学因素的诱发抗生素、药物、农药、工业废物、食488.3.3其它因素的诱变某些病毒也可引起宿主细胞染色体畸变,如猿猴空泡病毒(SV40病毒)、Rous肉瘤病毒、带状疱疹病毒等。生物老龄化也会导致染色体畸变,如染色体端粒脱落等。高温也会引起结构变异。8.3.3其它因素的诱变某些病毒也可引起宿主细胞染色体畸变498.4染色体结构变异的应用8.4.1利用缺失进行基因定位—假显性8.4.2利用重复改变作物品质—剂量效应8.4.3利用易位控制虫害—产生半不育配子8.4.4果蝇的ClB测定法—倒位8.4.5利用易位—创造玉米不育系的双杂合保持系8.4.6利用易位使家蚕自别雌雄—与性染色体连锁

8.4染色体结构变异的应用8.4.1利用缺失进行基因定50倒位区段内的一个隐性致死基因,可使胚胎在最初发育阶段死亡

l

16A重复区段X------------------------------CB抑制交换的倒位区段显性棒眼性状,识别倒位X染色体的存在ClB测定就是利用ClB∥X+雌蝇,测定X染色体上基因的隐性突变频率ClB测定法ClB测定法51ClB测定法ClB测定法52玉米核雄性不育系的双杂合保持系

玉米核雄性不育系的双杂合保持系53鉴别家蚕的性别鉴别家蚕的性别54本章要求掌握四种染色体结构变异的类型及其形成方式掌握结构变异的主要生物学特征、细胞学鉴定方法和遗传效应了解结构变异在遗传研究与育种实践中的应用了解诱发染色体结构变异的方法和原理本章要求掌握四种染色体结构变异的类型及其形成方式55第六章

染色体结构变异8.1

染色体结构变异的概述8.2

染色体结构变异的类型8.3

染色体结构变异的诱发8.4

染色体结构变异的应用本章要求第六章染色体结构变异8.1染色体结构变异的概述568.1染色体结构变异的概述8.1.1染色体变异/染色体畸变结构变异:染色体结构的异常变化数目变异:染色体数目的异常变化8.1.2染色体结构变异假说及结构变异种类

断裂重接假说正确重接→重新愈合,恢复原状;错误重接→产生结构变异;保持断头→产生结构变异。结构变异类型:缺失、重复、倒位、易位8.1染色体结构变异的概述8.1.1染色体变异/染色体畸578.2染色体结构变异的类型8.2.1缺失8.2.2重复8.2.3倒位8.2.4易位8.2染色体结构变异的类型8.2.1缺失588.2.1缺失(deletion,del)概念

染色体丢失了某一区段——缺失类型①顶端缺失(terminaldeficiency):指缺失了包括端粒在内的染色体末端区段。

②中间缺失(interstitialdeficiency):指缺失了染色体某臂的内部区段。

特殊类型:端着丝粒染色体、环状染色体8.2.1缺失(deletion,del)概念59缺失染色体(deficiencychromosome):指丢失了某一区段的染色体。缺失杂合体(deficiencyheterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个是缺失染色体的生物个体。缺失纯合体(deficiencyhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都丢失了相同区段的生物个体。相关术语缺失染色体(deficiencychromosome):指60

缺失形成的机理缺失形成的机理61①无着丝粒断片:最初发生缺失的

细胞在分裂时可见落后染色体→

无着丝粒断片,在间期形成微核。②顶端缺失有丝分裂前出现断裂-融合→双着丝粒染色体——后期染色体桥。减数分裂联会时,有未配对的游离区段③中间缺失减数分裂染色体联会时形成缺失环。

注意:较小的缺失往往并不表现出明显的细胞学特征;缺失纯合体减数分裂过程也无明显的细胞学特征。

缺失的细胞学鉴定①无着丝粒断片:最初发生缺失的缺失的细胞学鉴定62断裂-融合-桥顶端缺失的形成(断裂)复制姊妹染色单体顶端断头连接(融合)有丝分裂后期桥(桥)新的断裂断裂-融合-桥顶端缺失的形成(断裂)63缺失染色体的联会缺失染色体的联会64玉米缺失杂合体粗线期缺失环玉米缺失杂合体粗线期缺失环65果蝇唾腺染色体的缺失圈果蝇唾腺染色体的缺失圈66缺失的细胞学特征缺失环(环形或瘤形突出):中间缺失杂合体偶线期和粗线期出现;可以看到由于缺失配对的部分而形成的弧状突起,这在果蝇的唾液腺染色体上非常清楚。微核缺失的细胞学特征缺失环(环形或瘤形突出):微核67缺失的后果打破了基因的连锁平衡,破坏了基因间的互作关系,基因所控制的生物功能或性状丧失或异常。缺失的危害程度取决于缺失区段的大小、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。

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)败育或育性降低;缺失区段较小时,可能会造成假显性现象或其它异常现象(例猫叫综合症)。缺失的遗传效应缺失的后果缺失的遗传效应68缺失杂合体的假显性现象缺失杂合体的假显性现象698.2.2重复(duplication,dup)概念:正常染色体增加了与自己相同的某一区段的结构变异叫重复。增加了的这一区段叫重复片段。类别顺接重复(tandenduplication):指重复区段与原有区段在染色体上排列方向相同。反接重复(reverseduplication):指重复区段与原有区段在染色体上排列方向相反。8.2.2重复(duplication,dup)概念:正常70重复的类别重复的类别71重复染色体(duplicationchromosome):指含有重复片段的染色体。重复杂合体(duplicationheterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个是重复染色体的生物个体。重复纯合体(duplicationhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都含有相同的重复片段且重复类别相同的生物个体。

相关术语重复染色体(duplicationchromosome):72

重复形成的机理重复形成的机理73重复是由同源染色体的不对等交换产生的重复是由同源染色体的不对等交换产生的74重复的细胞学鉴定细胞学特征同源染色体联会时可见:重复环染色体末端不配对而突出注意:区分重复环与缺失环当重复区段很短时很难观察到重复环重复纯合体也观察不到重复环重复的细胞学鉴定细胞学特征75重复的细胞学特征重复的细胞学特征76

重复的遗传效应重复对基因平衡的影响:扰乱了生物体本身基因固有的平衡体系,影响了个体的生活力。有害程度:取决于重复区段的大小、基因数量的多少、重要性及染色体倍性;与缺失相比,有害性相对较小,但若重复区段过长,往往使个体致死。对育性的影响:重复杂合体和重复纯合体一般败育或育性降低,会产生“剂量效应(dosageeffect)”和“位置效应(positioneffect)”。重复的遗传效应重复对基因平衡的影响:扰乱了生物体本身基因固77果蝇复眼的小眼组成数目的“剂量效应”和”位置效应”剂量效应:随着细胞内基因拷贝数增加,基因的表现能力和表现程度随之加强。位置效应:基因的表现型效应会随其在染色体上的位置不同而改变。果蝇复眼的小眼组成数目的“剂量效应”和”位置效应”剂量效应788.2.3倒位(inversion,inv)概念:正常染色体某一区段的倒转。倒位染色体上的基因总量不变。类别臂内倒位(paracentricinversion):指倒位区段不含着丝粒,发生在一条臂内。臂间倒位(pericenticinversion):指倒位区段含着丝粒,发生在两条臂间。

8.2.3倒位(inversion,inv)概念:正常染色79臂内倒位与臂间倒位臂内倒位与臂间倒位80相关术语倒位染色体(inversion

chromosome):指含有倒位片段的染色体。倒位杂合体(inversion

heterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个是倒位染色体的生物个体。倒位纯合体(inversionhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都含有相同的倒位片段且倒位类别相同的生物个体。相关术语倒位染色体(inversionchromosom81倒位形成的机理倒位形成的机理82倒位的细胞学鉴定细胞学特征同源染色体联会时:倒位区段较短——正常部分配对,其余不配对倒位区段适中——形成倒位圈倒位区段过长——倒过来配对,其余游离减数分裂时倒位杂合体的交换注意区分倒位圈与缺失、重复圈的结构差异倒位纯合体无明显细胞学特征倒位的细胞学鉴定细胞学特征83倒位杂合体的联会倒位杂合体的联会84倒位杂合体的“倒位圈”倒位杂合体的“倒位圈”85臂内倒位杂合体的交换臂间倒位杂合体的交换臂内倒位杂合体的交换臂间倒位杂合体的交换86臂内倒位形成的“后期I桥”臂内倒位形成的“后期I桥”87倒位的遗传效应对基因关系的影响:倒位改变了基因间的连锁关系;交换抑制效应:倒位区段基因间的重组率降低的效应。有害程度:取决于倒位区段的长短,倒位区段过长往往致死;基因的数目、重要性以及染色体的倍性。对育性的影响:倒位杂合体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,这类配子不育。所以倒位杂合体半不育。倒位纯合的同源染色体联会完全正常,但会产生“位置效应”。倒位的遗传效应对基因关系的影响:倒位改变了基因间的连锁关系888.2.4易位(translocation,t)概念:染色体上某一区段转移到非同源染色体上。类别相互易位(reciprocaltranslocation)(双向):指两个非同源染色体之间发生区段互换,又称为交互易位。简单易位(simpletranslocation)(单向):指一个染色体上的某一区段转移到了另一非同源染色体上的现象,又称为转移。8.2.4易位(translocation,t)概念:染色89罗伯逊易位(Robertsoniantranslocation):是两条近端着丝粒或端着丝粒染色体在着丝粒附近断裂后互换的易位类型。特殊类型罗伯逊易位还可能导致物种染色体数目改变!罗伯逊易位(Robertsoniantranslocati90相关术语易位染色体(translocationchromosome):指含有易位片段的染色体。易位杂合体(translocationheterozygote):指同源染色体中有一个是易位染色体的生物个体,又叫杂易位体。易位纯合体(translocationhomozygote):指同源染色体都含有相同易位片段的生物个体,又叫纯易位体,由杂易位体自交获得。相关术语易位染色体(translocationchrom91易位形成的机理易位形成的机理92相互易位的细胞学鉴定相互易位杂合体减数分裂同源染色体联会时:粗线期呈十字形配对终变期呈8字形、四体环或链状结构(十字形配对结构的交替式或相邻式分离)相互易位纯合体:同源染色体联会一切正常。相互易位的细胞学鉴定相互易位杂合体93易位杂合体粗线期十字形配对易位杂合体粗线期十字形配对94果蝇巨大染色体易位图果蝇巨大染色体易位图95易位杂合体的联会和分离交替式毗邻式易位杂合体的联会和分离交替式毗邻式96易位杂合子产生配子的育性十字形结构

交叉端化8字形/四体环交替式分离相邻式分离产生不育配子产生可育配子半不育易位杂合子产生配子的育性十字形结构8字形/四体环交替式分离97易位的遗传效应降低了连锁基因间的重组率——联会的紧密程度降低,抑制了正常连锁群的重组。易位改变了基因间的连锁关系——出现假连锁现象,使本应独立遗传的基因出现假连锁。易位杂合体半不育:易位杂合体十字形配对进行交替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;相邻式与交替式各占50%。有害程度:取决于易位区段的长短,易位区段过长往往致死;基因的数目、重要性以及染色体的倍性。易位的遗传效应降低了连锁基因间的重组率——联会的紧密程度降988.3染色体结构变异的诱发8.3.1物理因素的诱发8.3.2化学因素的诱发8.3.3其它因素的诱变8.3染色体结构变异的诱发8.3.1物理因素的诱发998.3.1物理因素的诱发物理因素的诱发染色体结构的变异需要相当大的能量,细胞必须在获得大量的能量以后,染色体才可能发生畸变,辐射就是很好的能源。能量低的辐射(如可见光)只能产生热量;能量较高的辐射(如γ射线)除产生热能和使原子激发外,还能使原子“电离”诱发突变。电离辐射源:α射线、β射线和中子等粒子辐射,也包括γ射线和X射线等电磁波辐射。非电离辐射源:紫外线。8.3.1物理因素的诱发物理因素的诱发100辐射诱变的趋势:辐射的剂量越大,诱发的突变频率越高,但与辐射强度无关。辐射剂量:是指单

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