细胞质遗传4课时公开课课件

第十章细胞质遗传(cytoplasmicinheritance)目录一、细胞质遗传的概念及特点0.5课时二、母体影响0.5课时三、线粒体遗传1.0课时四、叶绿体遗传1.0课时五、共生体遗传0.5课时六、核外遗传与雄性不育性0.5课时一、

细胞质遗传(cytoplasmicinheritance)(一)概念1.细胞质遗传(cytoplasmicinheritance)细胞质内遗传物质传递、表达规律细胞质内遗传物质的分布细胞器：线粒体、质体、中心体等共生体：卡巴粒附加体：质粒细胞质基因组细胞器和细胞质颗粒中的遗传物质的统称卵细胞：为子代提供细胞核和细胞质内各种物质精细胞：只提供细胞核，不提供或极少提供细胞质细胞质基因决定的性状，只能通过卵细胞传给子代，受母本基因型控制，又称母体遗传。细胞质遗传、核外遗传及母体遗传都是研究细胞质基因的遗传规律及现象。一、

细胞质遗传(cytoplasmicinheritance)(一)概念3.母体遗传(maternalinhertance)一、

细胞质遗传(cytoplasmicinheritance)(二)特点细胞质来自母亲，细胞质基因通过母体传递1.母体传递性2.正交反交差异性白枝白枝绿枝绿枝白枝绿枝白×绿→正交F1白绿×白→反交F1绿正反杂交结果不同一、

细胞质遗传(cytoplasmicinheritance)(二)特点4.连续回交非置换性连续8代回交，母本细胞核被父核取代1-(1/2)8=0.9961，但细胞质基因却没有改变。3.基因分离不均衡性细胞质随机切割导致细胞质基因随机分配，F1斑枝→F2白、绿、斑枝随机表达。随机分配随机切割绿枝白枝斑枝幼虫皮肤色泽及成虫眼睛色泽受Aa基因控制，AA幼虫有色、成虫褐眼，aa幼虫无色、成虫红眼。二、

母体影响（maternalinfluence）(二)短期母体影响1.地中海粉螟(Ephestia)①正反交后代中aa基因型相同，但表型均同母体。②

Aa母体后代因含有犬尿氨酸色素A(核基因产物)呈红色，成虫期A物质消失后表达正常；aa后代无A物质真实表达。上代卵细胞残留物质影响子代幼虫期性状正常表达。♀AA×♂aa♀

Aa×aa1/2Aa1/2aa幼虫有色红色成虫眼褐色红色↓♀AA×♂aa♂

Aa×aa1/2Aa1/2aa幼虫有色无色成虫眼褐色红色↓2.杂交实验正交反交规律：①正反交F1均为母体遗传，F3均为右:左=3:1核基因遗传②子代表型受母体基因型控制,D后代全右旋、d全左旋③母体基因型使后代性状推迟一个世代表达。♀右×左F1右F2右F33右：1左EX1♀左×右F1左F2右F33右：1左EX2二、

母体影响（maternalinfluence）(二)长期母体影响1.锥实螺(limnaeaheredity)杂交实验2.前定作用母体卵细胞的生命活动状态决定受精卵或子代表型性状的现象，称前定作用或延迟遗传。所以，母体影响≠母体遗传：母体影响是核基因物质推迟子代性状表达；母体遗传是质基因控制性状表达。锥实螺旋转方向受卵细胞第一次卵裂纺锤体的倾斜方向决定。即母体→受精卵卵裂方向→旋转方向D基因→纺锤体右倾斜呈右旋，d基因→纺锤体左倾斜呈左旋。二、

母体影响（maternalinfluence）(二)长期母体影响三、

线粒体遗传(一)酵母菌线粒体遗传1949，Ephrussi3.小菌落变异与线立体小菌落的细胞色素a、b含量及氧化酶活性比野生型显著降低，因不能有氧呼吸和有效利用有机物而菌落变小。测定小菌落线粒体DNA，几乎检测不到。所以，小菌落突变是线粒体基因突变。细胞色素氧化酶和ATP酶基因大片段缺失多为无线粒体小菌落，杂交后代因野生型mtDNA随机分配呈野生型。但小片段缺失突变因自身mtDNA能复制转录，后代大小菌斑并存。三、

线粒体遗传(二)线粒体基因组（mitochondriongenomemtDNA）Ris1962，Nass1963分别观察到线粒体内有线状DNA1.mtDNA发现⑴双链裸露，环状少有线状。称mtDNA⑵mtDNA呈多拷贝存在。如酵母每个细胞有1-45个mtDNA⑶基因组有轻重链之别(富GC或AT)⑷基因组变化大，与编码基因数目关系不密切。动物16kbp编码26个基因，酵母78kb编码18-42个基因，玉米570kb编码54-68个基因2.mtDNA特点三、

线粒体遗传(三)线粒体基因组（mitochondriongenomemtDNA）3.mtDNA组成⑴多为呼吸相关基因,已定位38个3个rRNA基因(26s,18s,5s)22个tRNA基因(如Leu，Lle等)3个色素氧化酶：coxI、II、III2个NADH脱氢酶：ND1，DN53个核糖体蛋白：rps4、13、145个ATP酶：atpA1、2、6、9、10

⑵基因组大小差异明显人鼠牛16569.16275.16338bp，但酵母达78kb，植物达570kb⑶酵母有内含子但哺乳动物无。方式：不对称不同步D环式复制。重链H先复制并置换亲链产生D环，当D环置换到轻链L起点时H反向复制新链，轻链L开始复制。特点：①活跃不均一。如0-多次/周期，核非分裂期能复制。②特有复制系统和特定基因。如线粒体DNA聚合酶、细胞色素氧化酶、细胞色素和ATP酶等基因。三、

线粒体遗传(三)线粒体基因组（mitochondriongenomemtDNA）4.mtDNA复制三、

线粒体遗传(三)线粒体基因组（mitochondriongenomemtDNA）5.转录翻译的半自主性⑴特有转录系统，如核糖体和多种RNA(rRNA.tRNA.mRNA)⑵特有翻译系统，如线粒体基因翻译的蛋白质8-62种，随基因组不同，编码的RNA和蛋白种类数不等。⑶半自主性，与核基因组相互依存。如线粒体的核糖体蛋白是核基因合成产物与线粒体DNA转录的rRNA结合形成，称半自主性。如：细胞色素氧化酶共7个亚基，核基因编码4个，mtDNA编码3个如：寡酶素共9个亚基，核基因编码5个，mtDNA编码4个这种现象又称混合起源。线粒体蛋白质共有100多种，约10种蛋白是自身合成，其余为核基因合成。三、

线粒体遗传(三)线粒体基因组（mitochondriongenomemtDNA）6.转录翻译的双重控制性三、

线粒体遗传(三)线粒体基因组（mitochondriongenomemtDNA）8.人类mtDNA基因疾病mtDNA视神经基因突变疾病呼吸异常，眼球炎症萎缩或失明mtDNA肌陈挛基因突变

肌肉红色，陈发性颠挛。遗传特点：①母体传递；②某基因全部mtDNA突变称纯质体，症状最严，部分mtDNA突变称异质体，症状与突变数目有关。③携带者正常表型和纯、异质体的母体均可传递。(一)紫茉莉(Mirabilisjalapheredity)斑枝遗传1.紫茉莉茎色杂交实验Corres1909四、

叶绿体遗传白枝(♀)×白、绿、斑枝F1白枝绿枝(♀)×白、绿、斑枝F1绿枝斑枝(♀)×白、绿、斑枝F1绿.白.斑不规则呈典型的细胞质遗传(一)紫茉莉(Mirabilisjalapheredity)斑枝遗传2.细胞质条斑基因不规则表达的原因四、

叶绿体遗传⑴花斑枝是细胞质中绿、白色质体基因控制⑵花斑枝是交界区绿、白质体细胞发育而成⑶因胞质随机割裂质体随机分离，呈不规则表达随机分配随机切割四、

叶绿体遗传（chloroplastinheritance）(三)衣藻(chlamydomonasreiukardi)叶绿体遗传结论①链霉素抗性基因呈母体遗传②15N标记证明链霉素抗性基因传递与核基因有关，交配型mt+时抗性基因r能表达，交配型mt-时r不能表达。smrmt+×smsmt-smsmt+×smrmt-子代抗smr,mt基因有标记子代感sms,mt基因无标记15N标记mt+15N标记mt+

Sager1954，抗链霉素衣藻突变体sm-2有smr，与野生型正反杂交,子代抗性表现为细胞质遗传。1.衣藻杂交实验四、

叶绿体遗传(三)衣藻叶绿体遗传2.核基因交配型为mt+时，叶绿体DNA不丢失分别用14N、15N标记mt+、mt－交配型，进行如下方式交配，6h后测定子代叶绿体DNA，结果如下：

叶绿体DNA传递与核基因有关，mt+核基因时叶绿体DNA不丢失，mt-时叶绿体DNA丢失。说明叶绿体发育与核基因有关。密度1.69，为14Nmt+叶绿体基因组密度1.70，为15Nmt+叶绿体基因组密度1.70，仅mt+叶绿体基因表达密度1.69，仅mt+叶绿体基因表达(五)ctDNA复制、转录和翻译特点1.半自主性四、

叶绿体遗传⑴复制半自主性。ctDNA能自我复制，但复制酶和参与蛋白是核DNA提供。⑵转录半自主性。ctDNA能转录70s的核糖体，但众多核糖体小亚基和转录酶是核基因生产。⑶翻译半自主性。ctDNA能翻译光系统Ⅰ膜蛋白，但光系统Ⅱ电子固定蛋白是核基因生产。ctDNA能生产叶绿体组成相关的蛋白、但不能生产叶绿体发育增殖相关的蛋白。(五)ctDNA的复制、转录和翻译系统2.双重控制性四、

叶绿体遗传⑴同一物质双重起源。如:二磷酸核酮糖羧化酶RuBp核DNA编码：8个小亚基ctDNA编码：8个大亚基⑵同一过程双重起源.如叶绿体蛋白合成需30余种tRNA核DNA和ctDNA约各控制1半。⑶同一系统双重起源。如:光合作用系统ctDNA：光合系统Ⅰ(叶绿素合成酶,电子传递)核DNA：光合系统Ⅱ以及CO2固定有关酶类(一)共生体的概念和特点五、共生体(symbiont)遗传

1.共生体(symbiont)与附加体(episome)寄主细胞质中一种寄生颗粒，与寄主共生存，称共生体(symbiont)；如草履虫卡巴粒能独存于寄主细胞或整入其染色体上的颗粒，称附加体(episome)；大肠杆菌F因子共生体和附加体均能自我复制，对寄主特征特性有一定影响，类似细胞质遗传。(二)草履虫卡巴粒(Kappaparticles)遗传五、共生体(symbiont)遗传

2.草履虫(parameclumaurelia)种类放毒型a⑴产生草履虫毒素，杀死敏感者⑵产毒的决定因素有：①有卡巴粒者放毒，无者感毒②核基因K时卡巴粒维持，k时消失敏感型b⑴不产生草履虫毒素⑵细胞质内无卡巴粒(二)草履虫卡巴粒遗传五、共生体(symbiont)遗传

3.草履虫繁殖①无性繁殖：母细胞发芽、凹陷，一分为二。②接合生殖：短时间接合仅有核基因交换，质内卡巴粒未交换；长时间接合时核、质物质均交换。③自体受精：产生纯合基因型稳定遗传。如下图：2n:Aa→减数后A,a配子→自体受精纯合→稳定遗传→出芽繁殖⑴短时间接合核基因交换卡巴粒未交换，自体受精，后代放毒：感毒=1：3⑵长时间接合核基因及卡巴粒均交换，自体受精，后代放毒：感毒=1：1特点：①胞质内卡巴粒决定表型，呈细胞质遗传②显性核基因K+卡巴粒=卡巴粒维持，放毒；隐性核基因k+卡巴粒=卡巴粒消失，感毒。(二)草履虫卡巴粒遗传五、共生体(symbiont)遗传

4.接合重组(conjugationrecombination)(二)草履虫卡巴粒遗传五、共生体(symbiont)遗传

5.卡巴粒遗传特点⑴依赖K核基因维持卡巴粒和增殖放毒个体；k核基因时卡巴粒5-8代消失，呈敏感型；有K没有卡巴粒者不放毒。⑵卡巴粒直径约0.2mm，有类似细胞壁内、外膜，有DNA、RNA、蛋白质和脂类物质。⑶卡巴粒中可能有噬菌体基因组，能编码草履虫素，产生放毒型个体。(三)质粒的遗传五、共生体(symbiont)遗传

1.大肠杆菌的F因子2.酵母环状质粒（2环）能传递酵母基因3.玉米线状质粒（S1、S2）能影响玉米花粉育性⑴滚环式复制，决定细菌性别F++F-♀→F+♂，Hfr+F-→Hfr+F-♀⑵能转移基因，进行基因定位F`+F-→F+♂⑶类似细胞质遗传五、

雄性不育性(malesterility)(一)雄性不育性的现象1.雄蕊发育异常呈不育花粉，雌蕊正常能受精结实2.已从18科110多种植物中发现雄性不育性水稻、玉米、高梁、洋葱、蓖麻、甜菜和油菜等作物用雄性不育性生产杂交种，获得巨大效率小麦、大麦、珍珠粟、谷子和棉花等作物，在雄性不育性利用领域已有广泛研究。3.雄性不育类型据雄性不育机制分为核不育和质核互作不育型两类1.生产上已利用的雄性不育性多为自然界自发突变。2.核不育型雄性不育性多为核内一对隐性基因(ms)控制，纯合不育时(msms)才表现出雄性不育性3.常规育种法难保持不育系的雄性不育性因：不育(msms)×可育(MsMs)→F1100%可育不育(msms)×可育(Msms)→F150%不育则：不育性易恢难保，利用受到很大限制。4.目前用核糖核酸酶barnase基因导入植物体内创造雄性不育系研究，已经在烟草、油菜、小麦、棉花、番茄、西瓜、大白菜、菜心、柑橘、杨树等多种植物上应用。五、雄性不育性(malesterility)(二)核不育型雄性不育性五、雄性不育性(malesterility)(二)核质互作不育性(malesterilityinteractionbetweencytoplasmicandnucleus)1.不育性受核、质基因共同控制⑴细胞质和细胞核基因共同控制的雄性不育性称质核互作型不育。⑵设F/S为质可育/不育，R/r为核可育/不育基因时，雄性不育系基因型怎样？有何特点？⑶雄性不育保持系和恢复系基因型怎样？N(rr)有何特点？N(RR)或S(RR)有何特点？即：S(rr)不育N(rr)可育N(RR)可育S(RR)可育五、雄性不育性(malesterility)(二)核质互作不育2.能三系配套⑴S(rr)后代全不育称不育系⑵S(rr)×N(rr)→S(rr)不育N(rr)能使不育性稳定传递，称雄性不育保持系。⑶S(rr)×N(RR)→S(Rr)可育S(rr)×S(RR)→S(Rr)可育N(RR)或S(RR)能使不育性恢复，称雄性不育恢复系不育系保持系S(rr)×N(rr)不育系S(rr)繁殖不育系恢复系S(rr)×N/S(RR)杂交种子S(Rr)制种五、雄性不育性(malesterility)3.孢子体不育和配子体不育⑴孢子体不育不育性发生在配子形成之前，孢子体抚育不育配子成活。所以，F1花粉100%可育，F2有25%不育株分离。⑵配子体不育不育性发生在配子形成之后，不育配子死亡。所以，F1花粉50%不育，F2100%植株可育。不育系S(rr)×恢复系N/S(RR)杂交种子S(Rr)♀\♂(R)(r)S(R)S(RR)S(Rr)S(r)S(Rr)S(rr)(二)核质互作不育⑴玉米T型不育系mtDNA上有Turf13阅读框⑵Turf13编码12.96kdolton多肽，影响ATP酶及细胞色素c氧化酶的活性，产生雄性不育性。⑶rfrf纯合隐性时Turf13基因表达，产生雄性不育⑷RfRf显性时Turf13基因受抑制，不产生雄性不育五、雄性不育性(malesterility)(三)雄性不育性与线粒体DNA有关1.mtDNA中Turf13基因表达时产生雄性不育性五、雄性不育性(malesterility)(三)雄性不育性与线粒体DNA有关2.S因子插入mtDNA内产生雄性不育，环出时恢复正常⑴游离S因子末端重复序列(208bp)与mtDNA同源，能与mtDNA交换环出或插入整合。⑵插入mtDNA时产生不育，环出时育性正常。⑶cms-C型玉米、甜菜、水稻雄性不育系均有S因子，而保持系没有。⑷S因子通过分子重组歧化，影响雄性育性。歧化重组不育育性正常五、雄性不育性(malesterility)(四)雄性不育性与叶绿体DNA

⑴雄性不育系与可育系的ctDNA结构有差异。⑵ctDNA中rRNA基因的反向重复序列结构改变16srRNA、磷酸核酮糖羧化酶大亚基或tRNA发生变化时产生雄性不育。1.ctDNA中rRNA基因与雄性不育有关雄性不育系及保持系在ATP酶偶联因子亚基β-CD及RuBp羧化酶活性上存在有明显差异，与雄性育性有关。2.ctDNA中ATP合成酶和磷酸核酮糖羧化酶第10章作业及习题一、作业：P248-2492.5

二、复习题（一）名词注释1.cytoplasmicinheritance2.maternalinheritance3.maternalinfluence4.malesterility（二）填空1、细胞质基因遗传有三大特点：其一、性状传递受母体控制，似乎与父本无关，称母体传递性。其二、质基因分配上具有()性，其三、亲本组配方式上具有()性。2、两个椎实螺杂交，其中一个是右旋的，结果产生的后代再进行自交，产生的F2全部为左旋的；该亲代的基因型是（），其F1的基因型是（）。3、一个雄性不育植株，用纯合可育基因型的花粉进行受粉，F1的基因型为（），表现型为（）。4、按雄性败育时期分类有两大类型，F1花粉全可育，F275%可育的类型为（），F1花粉半可育，F2全可育的类型为（）。5、玉米利用细胞质雄性不育性保持方法可以是：A雄性不育自交系S（rfrf）与B雄性可育自交系N（rfrf）杂交获得单交种AB；C雄性不育自交系S（rfrf）与D雄性可育自交系N（RfRf）杂交获得单交种CD；然后再把两个单交种杂交获得双交种ABCD。该双交种的基因型有(

)，该双交种中不育株占()。6、一个Dd的椎实螺自交，子代的基因型为（）子代的表型为（）。7、麦粉蛾幼虫的有色和成虫的褐色眼，都需要犬尿素的存在；由于隐性突变基因a纯合时不能合成犬尿素，因而幼虫身体无色，成虫为红色眼。如果基因型为Aa的褐眼雌蛾与基因型为aa的红色雄蛾交配，其子代幼虫的表型为（）、基因型为（）。8、草履虫品系A是放毒型，品系B和C是敏感型，三者均为纯系。品系A与品系B杂交的后代与品系C杂交（均长时间接合）其后代的基因型为（）,后代的表型为（）。三、选择填空1、草履虫有毒型的遗传是受细胞质内()所决定核外遗传。a、线粒体；b、叶绿体；c、Ti质粒；d、卡巴粒。2、蕃茄品种中发现一株矮杆，用其作母本与正常株杂交，F1全为矮杆，F2全为正常，F3代产生正常：矮杆=3：1分离。则该矮杆的遗传方式为()。a、细胞质遗传；b、母体影响；c、细胞核遗传；d、质核互作遗传。3.ctDNA的结构是（）a.双螺旋结构b.双链杆状结构c.环状单链结构d.环状双链结构4.水稻核质互作不育型能三系配套。雄性不育系与雄性可育系(父本)杂交，后代10%的雄性不育。该父本的基因型为()。a、S(rfrf)；b、S(RfRf)；c、N(rfrf)；d、N(Rfrf)。5、已知果蝇对CO2的敏感性是由于它有一种叫Sigma的细胞质颗粒，而抗CO2的果蝇没有该颗粒，指出下列杂交组合中无Sigma颗粒的组合（）。a、♀敏感性×♂抗性；b、♀敏感性×♂抗性×♂抗性；c、♀抗性×♂敏感性；c、♀敏感性×♂抗性×♂敏感性。6、紫茉莉花有绿色、白色和花斑三种不同的颜色的植株，指出下列交配能产生花斑后代的组合（）。a、绿色♀×白色♂；b、白色♀×绿色♂；c、花斑♀×绿色♂；c、绿色♀×花斑♂。四、是非题（正确题画√，错误题画×）1、线粒体DNA为裸露双链DNA，有环状也有杆状。()2、F1花粉100%可育、F2代产生育性分离的不育类型，称配子体不育。