动物遗传学染色体畸变

动物遗传学染色体畸变第1页/共125页本章内容染色体结构变异染色体数目变异第2页/共125页本章重点1．结构变异的类型和遗传效应①．缺失②．重复③．倒位④．易位2．结构变异在遗传研究中的应用3．染色体组及其倍数性；4．多倍体类型、特征、形成途径及其应用；5．非整倍体的类型及其应用。第3页/共125页7.1染色体结构变异第4页/共125页细胞的有丝分裂是在时间上、空间上协调一致的有序过程，产生出可以进行科学预测的分裂产物。有丝分裂形成两个核遗传组成完全相同的子细胞。减数分裂形成各种基因型的四分子。精确的细胞分裂是遗传规律的细胞学基础精确的细胞分裂是稳定遗传的基础！而遗传物质的准确复制是稳定遗传的关键！第5页/共125页DNA分子——基因突变DNA复制的错误外界诱变因素遗传物质载体——染色体变异染色体结构的变异第6页/共125页果蝇的棒眼遗传棒眼B＞正常眼B+，该基因位于Xchr.上，伴性遗传。红眼♀蝇×棒眼♂蝇，F1代♀蝇应该是棒眼，♂蝇应该是正常红眼。棒眼正常眼第7页/共125页但C.B.Bridges在某些杂交组合的子一代群体内却发现了正常眼雌蝇。唾液腺细胞中，体细胞联会的两条Xchr中有一条短缺了一小段。据此，Bridges推测子一代中之所以出现正常红眼♀蝇，是因为来自精子的那一条Xchr短缺了一小段，而缺少的这一小段，正是基因B所在的区段，这就使得正常Xchr上的B+处于半合状态，正常红眼效应得到了表达的机会，发育为正常红眼雌蝇。缺失造成假显性！第8页/共125页7.1.1染色体结构变异的概述(1)引起结构变异的因素内因：营养、温度、生理等异常变化；外因：物理因素、化学药剂的处理。第9页/共125页(2)结构变异的原因——断裂重接假说染色体发生断裂以后，形成粘性末端（cohesiveend），具有与另一个断裂末端愈合的能力，而不能稳定存在。A．重建愈合（restitutionfusion）B．断裂末端自身愈合，或者称为自身封闭C．错接，改变基因顺序，甚至改变连锁群∴染色体断裂是结构变异的前奏非重建愈合导致chr.结构变异第10页/共125页(3)染色体变异的表示“＋和－”放在号码和字母之前表示整个染色体的添加或缺失；之后表示一段染色体的添加和缺失+21，-8；1q+第11页/共125页(4)染色体结构变异类型

缺失：deletionordeficiency

，def

重复：duplication，dup

倒位：inversion，inv易位：translocation，t染色体内变异：缺失、重复、倒位染色体间变异：易位第12页/共125页结构杂合体和结构纯合体结构杂合体（Structuralheterozygote）结构纯合体（Structuralhomozygote）第13页/共125页7.1.2缺失(deletion或deficiency)染色体的某一区段丢失。中间缺失(interstitialdeletion)末端缺失(terminaldeletion)第14页/共125页末端缺失一次断裂，形成一个有着丝粒的片段和一个无着丝粒的片段。无着丝粒片段在后来的细胞分裂过程中丢失。有着丝粒片段的断头之间发生错接，将会在后续的分裂过程中产生一系列的连锁变化。形成异形二价体倘若缺失区段很小在形态上很难看出第15页/共125页中间缺失

一个染色体的中间区段丢失称为中间缺失。中间缺失至少牵涉到两个断裂。形成缺失环第16页/共125页产生原因染色体损伤断裂染色体纽结不等交换（unequalcrossingover)基因的转座第17页/共125页缺失的效应缺失势必丢失缺失区段内的遗传物质。癌症致死（lethal）假显性（Pseudodominance）第18页/共125页染色体缺失与癌症的发生第19页/共125页猫叫综合征（Catcrysyndrome）临床表现：喉部发育不良，哭声似猫叫身体与智能发育不全，小头畸形，满月形脸，眼距宽，低耳位，高鼻梁在婴儿期或幼儿期夭折病因：5号染色体短臂缺失，5p-综合征第20页/共125页第21页/共125页缺失与假显性现象在缺失杂合体内，如果某一隐性基因所对应的等位显性基因正好位于缺失区段内，而缺失区段又很小，不至于影响基本生命活动，则该隐性基因因处于半合状态而得以表现。从表面现象上看，似乎该基因是显性的。因而称之为假显性现象（pseudodominance）。第22页/共125页7.1.3重复（duplication）染色体某一区段加倍的结构变异称为重复(duplication)。生物体对染色体重复的耐受性大于对缺失的耐受性。第23页/共125页不等交换与果蝇16A区段重复第24页/共125页（1）重复的类型同臂重复顺接重复/串联重复（tandemduplication）

反接重复/倒位重复(reverseduplication)

异臂重复ABCDEFGHI正常染色体ABCDEFGHICDABCDEFGHICD串联重复倒位重复第25页/共125页（2）重复的细胞学鉴定

根据重复杂合体（duplicationheterozygote）在减数分裂过程中的联合现象。

要求熟悉正常染色体的形态和结构，如染色粒、染色带、染色纽、随体和核仁组织区等染色体特殊结构的有无、大小和位置等。第26页/共125页重复杂合体在减数分裂中的联会第27页/共125页(3)重复的遗传学效应

①重复导致基因组的演化②基因剂量的改变引起剂量效应③位置变化引起位置效应第28页/共125页重复是生物进化的源泉之一总体上说，重复对生物体是有害的，但其危害程度小于缺失。重复导致基因在chr上的相对位置改变。重复区域及其附近基因间的重组率降低。重复使染色体含量增加，为积累变异提供了材料。第29页/共125页重复的剂量效应和位置效应果蝇棒眼果蝇的棒眼性状也是伴性遗传的，棒眼的效应与Xchr上16区A段内的一个重复有关。如果这个区段重复，果蝇复眼内小眼的数目就下降，形成棒眼。小眼的数目与重复的次数、重复的位置有关。第30页/共125页第31页/共125页第一条X染色体16A区段重复次数♂蝇小眼数第二条X染色体16A区段重复次数和♀蝇小眼数B+/B+B/B+BB/B+/748.8779.4B+B/91.0358.468.1B+BB/29.045.536.425.0第32页/共125页剂量效应（dosageeffect）同一种基因对表型的作用随基因数目的增多而呈一定的累加增长。第33页/共125页位置效应(positioneffect)

基因的功能不仅决定于它的自身结构和剂量，也决定于它所在的位置及其与邻近基因间的相互联系。第34页/共125页7.1.4倒位（inversion）染色体断裂之后，某一区段或某些区段的正常基因顺序颠倒之后又重接起来的过程，称为染色体的倒位。臂内倒位(paracentricinversion)倒位的区段不包含着丝粒。臂间倒位(pericentricinversion)倒位的区段包含着丝粒。第35页/共125页倒位的类型与形成第36页/共125页倒位杂合体的配对和重组倒位纯合体减数分裂前期Ⅰ完全可以进行正常配对和交换。减数分裂过程和产物都是正常的。倒位杂合体无法进行正常的线性配对倒位区段大小不同，杂合体联会方式不同第37页/共125页倒位杂合体联会模式图第38页/共125页光镜下观察到的果蝇多线染色体倒位环第39页/共125页电镜下观察到的倒位环第40页/共125页臂内倒位杂合体的交换第41页/共125页臂内倒位杂合体的交换第42页/共125页第43页/共125页第44页/共125页倒位的遗传学效应（1）改变了倒位区段内的基因和倒位区段两侧基因之间的顺序和距离。（2）由于在倒位杂合体中倒位圈内或圈外附近相邻基因的交换受到抑制倒位区段内的基因表现很强的连锁倒位杂合体上基因的重组率降低了（3）倒位圈内非姐妹染色单体发生奇数次交换导致配子不育（4）倒位是物种进化的原因之一第45页/共125页7.1.5易位两个非同源染色体之间区段的转移或互换。易位是染色体间的结构变异。第46页/共125页易位的类型与形成第47页/共125页易位的分类简单/单向易位（simpletranslocation）一条染色体片段单向转移到另一条非同源染色体上相互易位（reciprocaltranslocation两个非同源染色体之间相互交换片段。罗伯逊易位复杂易位（complextranslocation）涉及三对非同源染色体的易位。第48页/共125页相互易位杂合体的细胞学鉴定相互易位纯合体在细胞学上是正常的。相互易位杂合体在减数分裂前期Ⅰ的联会是不正常的，是鉴别易位的主要细胞学证据。相互易位涉及两对chr，前期Ⅰ都能形成四联体（quadruple）。允许同源染色体部分配对，出现“+”字图像第49页/共125页第50页/共125页易位的遗传学效应

致死效应产生新的连锁群，引起基因的位置效应

杂合体的半不孕性降低有关连锁基因的重组率第51页/共125页易位与进化

易位与生物进化的关系较其他染色体结构变异更为密切。易位可以改变基因间的连锁关系易位可以改变染色体的形态易位可以改染色体的数目这些都可能导致变种和新种的形成。易位也可以杂合体的形式传递。易位与植物进化的关系则更为密切。第52页/共125页易位在进化中的意义易位是新物种起源的重要途径。大熊猫的1号染色体可能是熊的2、3号染色体罗伯逊易位的产物；2号染色体可能是熊的1、9号易位；3号染色体可能是熊的6、16号易位。①大熊猫与熊染色体的比较第53页/共125页②人（human）与黑猩猩（chimp）、大猩猩（gorilla）、猩猩（orangutan）、长臂猿（gibbon）的进化历程：第54页/共125页第55页/共125页人类慢性骨髓性白血病

（chronicmyelogenousleukemia）Chr9和Chr22相互易位使得Chr9上的c-abloncogene和Chr22上的bcrgene相连，形成融合基因。其产物是一个融合蛋白这个融合蛋白使细胞不受细胞周期的控制，导致白血病。只要一个细胞带有这种易位Chr，就会致病。正常的c-Abl蛋白是一个激酶，Bcr蛋白激活磷酸化反应。第56页/共125页PhiladelphiaChromosome第57页/共125页第58页/共125页罗伯逊易位(Robertsoniantranslocation)着丝粒融合（centricfusion）由两个非同源的端着丝粒染色体的融合，形成一个大的中或亚中着丝粒染色体。涉及两条近端着丝粒染色体或端着丝粒染色体第59页/共125页G带表明，人类发生罗伯逊易位的两条近端着丝粒祖先染色体在其他三类灵长类动物中仍然存在.第60页/共125页孙金海等(1989)在国内长白猪群中首次发现了13/17罗伯逊易位，并发现该种易位对猪的繁殖力及生长速不但没有负效应，而且在生长速度方面存在一定优势,兽医大学学报，1990，10：276～279

迄今,色体分带鉴别的牛的罗伯逊易位有13种:牛的1/29易位对牛的繁殖力有不良影响，但在某些品种中频率高达40%第61页/共125页迄今,色体分带鉴别的牛的罗伯逊易位有13种:如:罗伯逊易位导致种公牛繁殖力下降13～19,同样导致易位母牛屡配不孕、死胎和自发流产,而且这种变异能够遗传，故在畜群中迅速扩散第62页/共125页本节小结染色体结构变异类型的比较各自分类遗传学效应染色体形态区别联会特征重要名词概念：缺失、重复、倒位、易位罗伯逊易位染色体结构变异与进化的关系第63页/共125页7.2染色体数目变异染色体数目变异类型整倍体变异非整倍体变异第64页/共125页7.2.1染色体数目变异类型染色体组的概念染色体组（genome）是指二倍体生物配子中所具有的全部染色体。每个染色体组中各个染色体具有不同的形态、结构和连锁基因，他们构成一个完整而平衡的体系，缺少任何一个染色体均会造成不育或变异，这是染色体组最基本的特征。各不相同，缺一不可。第65页/共125页染色体基数X与单倍体染色体数n的区别染色体基数：指每个染色体组所包含的染色体数目，用”X”表示。单倍体染色体数：是指单倍体细胞中的染色体数，即指配子中的染色体数目，属于个体发育的范畴，用n表示。二倍体生物：n=X多倍体生物：n=2X,3X……2n是指体细胞的染色体组成，并不是仅仅指二倍体生物。第66页/共125页染色体数目变异类型整倍体变异（euploid）非整倍体变异（aneuploid）染色体的数目变异第67页/共125页整倍体变异依据生物细胞中染色体组(X)的数目可分为一倍体、二倍体和多倍体。单倍体和一倍体n和x多倍体同源多倍体异源多倍体同源三倍体同源四倍体第68页/共125页整倍体整倍体（euploid）——指体细胞中染色体数是完整染色体组的倍数的生物个体。mX整倍体变异——指在正常染色体数（2n=2x）的基础上，体细胞中染色体数以染色体组（x）为基数成倍增加或减少的现象。一倍体(2n=X)：体细胞仅含有一个染色体组的生物个体二倍体(2n=2X)：体细胞中含有两个染色体组的生物个体多倍体(2n=mX)：体细胞中含有3个或3个以上染色体组的生物个体第69页/共125页多倍体的类型据染色体组的类型、数目、组间同源性等可将多倍体分为：①同源多倍体②异源多倍体③同源异源多倍体④节段异源多倍体第70页/共125页多倍体的形成及染色体组构成示意图第71页/共125页非整倍体变异在正常染色体数基础上增加或减少单体（2n-1）多体缺体（2n-2）三体（2n+1）四体（2n+2）双三体（2n+1+1）第72页/共125页非整倍体变异非整倍体（aneuploid）——指体细胞中的染色体数比正常个体（2n＝2x）增加或减少1条至数条的生物个体。非整倍体变异——在正常染色体数（2n＝2x）的基础上，体细胞中的染色体数目增加或减少1条至数条的现象。类型：三体(trisomic):2n+1单体(monosomic):2n-1双三体(doubletrisomic):2n+1+1双单体(doublemonosomic):2n-1-1四体(tetrasomic):2n+2缺体(nullisomic):2n-2第73页/共125页第74页/共125页非整倍体的形成非整倍体往往导致遗传上的不平衡，对生物体是不利的，非整倍体的出现是由于前几代有丝分裂或减数分裂过程中染色体分裂不正常所致。当不正常分裂发生在性细胞中，若某对同源染色体都到了一极，而另一极却没有该同源染色体的成员，于是就形成n+1和n-1两种配子。第75页/共125页若n+1的配子和正常的配子n结合，则发育成2n+1的生物个体；若n-1的配子和正常的配子n结合，则发育成2n-1的生物个体；若两个相同的n+1的配子结合，则发育成2n+2的生物个体；若两个不同的n+1的配子结合，则发育成2n+1+1的生物个体；若两个相同的n-1的配子结合，则发育成2n-2的生物个体；若两个不同的n-1的配子结合，则发育成2n-1-1的生物个体。非整倍体的形成第76页/共125页7.2.2一倍体与单倍体一倍体：细胞核内只含有一个染色体组的生物个体。动物中存在少数一倍体，如膜翅目昆虫（蜂、蚁）及某些同翅目昆虫（如白蚁）的雄性个体。它们由未受精的卵细胞进行单性孤雌生殖而形成，其雄性个体在形成配子过程中进行假减数分裂。低等植物的配子体世代是能自营生活的一倍体，能育；高等动植物的一倍体大多会产生不完整的配子，大多严重不育，而且很少有生活力，有生活力的其生活力也极差。第77页/共125页单倍体：具有配子染色体数目的生物个体，用n表示。1.单倍体的特点2.单倍体的形成3.单倍体在遗传育种研究中的应用7.2.2一倍体与单倍体第78页/共125页1.单倍体的特点①生活力较弱，植株矮小瘦弱。②高度不育性——二倍体、异源多倍体等来源的单倍体染色体组成单存在，形成可育配子的机率很小；同源四倍体的单倍体育性水平要高于其它类型。③遗传组成上纯合，在育种上为隐性基因表现型的出现创造了条件和可能性。第79页/共125页2.单倍体的形成①自然产生：由单性生殖产生。未受精的雌、雄配子直接发育形成单倍体胚。植物自然单倍体：棉花、玉米等可通过单性生殖产生单倍体胚、种子，并发育成个体部分动物，如膜翅目昆虫(蜂、蚊)和某些同翅目昆虫(白蚁)的雄性个体都是孤雌生殖形成的自然单倍体。②人工获得单倍体花药培养——花药离体培养诱导花粉或子房发育形成单倍体植株。种间或属间远缘杂交——如栽培大麦(Hordeumvudare,2n=2x=14)与野生球茎大麦(H.bulbosus,2n=2x=14)杂种胚发育过程中，两物种染色体的行为不协调可导致球茎大麦的染色体逐渐丢失(称为染色体消减现象)，可获得大麦的单倍体植株。第80页/共125页染色体消减获得单倍体大麦栽培大麦（2n=2X=HH=14)野生球茎大麦（2n=2X=H’H’=14)×杂种胚(2n=2X=HH’=14)发育过程中发生染色体消减杂种个体(n=X=H=7)第81页/共125页3.单倍体在遗传育种研究中的应用①利用单倍体育种能在极短时间里获得纯合体。②是研究基因突变和基因作用的良好材料.③是进行染色体工程的最佳材料。第82页/共125页7.2.3整倍体变异同源多倍体（autoploid）指所有染色体由同一个物种的染色体组加倍而成的多倍体AAA,BBBB,CCCCCC异源多倍体指体细胞中的染色体组来自不同物种由不同种属杂交而成，染色体基数可以不同如普通小麦：2n=6X=42,AABBDD第83页/共125页同源异源多倍体指体细胞中有不同的染色体组，且至少有一类染色体组的数目在3个或是3个以上的变异类型。2n=6X=AABBBB,2n=8X=AAAABBBB节段异源多倍体(segmentalpolyploid)异源多倍体中不同染色体组间存在较高同源的个体7.2.3整倍体变异第84页/共125页1.同源多倍体的特征①形态特征的巨大性，主要表现为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。②生理生化代谢的改变，由于基因剂量效应，同源多倍体的生化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增加10-12％；玉米同源四倍体籽粒胡萝卜素含量比二倍体增加43％。第85页/共125页烟草2倍体，4倍体和8倍体叶片表皮细胞的比较2n=2X2n=4X2n=8X第86页/共125页③配子育性降低甚至完全不育。④基因间平衡与相互作用关系破坏而出现一些异常的性状表现，如：西葫芦果形：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。同源多倍体的特征第87页/共125页异源多倍体的特征1.偶倍数的异源多倍体2.奇倍数的异源多倍体第88页/共125页1.偶倍数的异源多倍体①概念：指体细胞中染色体组为偶数的个体,一般是二倍体物种两两杂交后再加倍而形成。②偶倍数异源多倍体的人工合成如普通烟草(Nicotianatabacum)的形成普通小麦(Triticumaestivum）的形成第89页/共125页第90页/共125页第91页/共125页2.奇倍数的异源多倍体①概念：体细胞中染色体组为奇数的个体，一般由偶倍数异源多倍体物种间杂交而形成。奇倍数异源多倍体在联会配对时形成众多的单价体，染色体分离紊乱，配子中染色体组成不平衡，因而很难产生正常可育的配子。第92页/共125页第93页/共125页第94页/共125页异源多倍体的形成自然诱发——未减数配子结合由于减数第一次分裂复原或减数第二次分裂复原导致未减数配子的形成，未减数配子和未减数配子融合而形成四倍体，未减数配子和正常配子融合而形成三倍体，种间杂种F1未减数配子融合形成异源多倍体。例如：萝卜×甘蓝F1未减数配子的融合第95页/共125页第96页/共125页异源多倍体的形成人工诱发—体细胞染色体数加倍因为秋水仙素可以阻碍细胞有丝分裂时纺锤丝(体)的形成，常用它来处理分生组织诱导染色体加倍。处理时间视材料而定，实验表明间歇处理效果更好。诱导二倍体物种染色体加倍而形成同源多倍体；诱导杂种F1染色体加倍而形成双二倍体；诱导二倍体物种染色体加倍再物种间杂交而形成双二倍体。第97页/共125页人工多倍体的应用①克服远缘杂交的不孕性—亲本之一染色体加倍可克服不孕性②克服远缘杂种的不育性—原因是配子不育，解决办法有杂种F1染色体加倍或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98页/共125页第99页/共125页第100页/共125页7.2.4非整倍体变异非整倍体变异：是指体细胞在2n染色体数的基础上发生个别染色体数目的增减现象。超倍体：多一条或几条染色体，遗传组成不平衡。亚倍体：少一条或几条染色体，遗传物质缺失。一、单体(2n-1)二、缺体(2n-2)三、三体(2n+1)四、四体(2n+2)五、非整倍体的应用第101页/共125页1.单体单体：体细胞中某对染色体缺少一条的个体。①动物上是某些物种的种性特征，如XO型性别决定②不同植物的单体表现有所不同，如二倍体的单体一般生活力极低且不育；异源多倍体的单体具有一定的生活力和育性。单体的表示方法例：普通烟草(2n=4x=TTSS=48)的单体系列普通小麦(2n=6x=AABBDD=42)的单体系列第102页/共125页第103页/共125页2.单体的染色体传递①减数分裂产生的配子类型有n和n-1，因单价体容易丢失而产生更多的n-1配子，故n<n-1。②n-1配子的生活力、竞争力远远低于n配子，n-1花粉的竞争力尤其低，n-1胚囊生活力相对较高，所以n-1主要靠雌配子传递。③自交后代会出现三种类型：双体、单体、缺体。普通小麦单体染色体的传递第104页/共125页2、缺体(2n-2)缺体：是生物体细胞中缺少一对同源染色体（2n-2）的个体一般都通过单体自交产生。仅存在于多倍体生物中，二倍体生物中的缺体一般不能存活——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。遗传效应表现广泛的性状变异通过缺体的性状变异，进行基因的染色体定位用于染色体替换第105页/共125页3.三体1.三体的性状变异(直果曼陀罗)2.三体的染色体联会与分离形成三价体或一个二价体和一个单价体，产生的配子n＞n+1，如三体小麦的后代中双体占54.1%，三体占45%，四体占1%。3.三体的基因分离第106页/共125页第107页/共125页三体综合症先天愚型或唐氏综合征（21三体）智力迟钝、马鞍鼻和斜视眼第108页/共125页先天愚型或唐氏综合征（21三体）与母亲年龄有关年龄20、25、30、35、38、40、42、45风险：1/1400，1/1100，1/1000，1/350，1/175，1/100，1/65，1/25第109页/共125页第110页/共125页第111页/共125页第112页/共125页第113页/共125页4.四体（2n+2）四体：生物体细胞中某对染色体多了两条同源染色体的个体，其余染色体均成对存在。与同源四倍体相比只有一个同源组具有四条染色体后期Ⅰ2/2式分离的比例更高基因的分离与同源四倍体类似生活力和配子的育性均较高如四体小麦自交子代中约73.8％的植株仍然是四体。第114页/共125页5.非整倍体的应用①利用单体测定突变基因所在的染色体单体测验将突变性状的个体与单体杂交，依据杂交后代性状的分离确定控制突变性状的基因是否在单体染色体上。隐性基因定位显性基因定位②利用三体进行隐性基因定位③利用缺体进行基因定位④有目的地进行染色体替换第115页/共125页隐性基因定位A表型单体(n-1)‖+IAa表型双体(n-1)‖+IIaaP配子(n-1)I+IA(n-1)I(n-1)I+IaF1(n-1)II+IIAa(n-1)II+IaA表型（双体）a表型（单体）a基因在单体染色体上第116页/共125页隐性基因定位A表型单体(n-1)‖AA+IAa表型双体(n-1)‖aa+IIP配子(n-1)IA(n-1)Ia+IF1(n-1)IIAa+I(n-1)IIAa+IIA表型（单体）A表型（双体）a基因不在单体染色体上(n-1)IA+I