染色体结构变异

关于染色体结构变异人类的许多遗传病是由染色体结构改变引起的。染色体结构变异与染色体数目变异引起的疾病统称染色体病。现在可以通过适当手段产前诊断，有利于预防。第2页,共105页，2024年2月25日，星期天第六章染色体变异(p115-148)

Chapter5ChromosomalVariation染色体变异第一节染色体结构变异第二节染色体结构变异的应用第三节染色体数目变异及其应用本章要点第3页,共105页，2024年2月25日，星期天第一节染色体结构变异在自然条件和人为因素的影响下，可能使染色体折断，之后再接起来，在再接的过程中可能会发生差错，导致染色体结构变异。这种通过“折断—重接”出现的染色体结构变异分为四类:

(1)缺失(2)重复

(3)倒位(4)易位第4页,共105页，2024年2月25日，星期天染色体结构变异第5页,共105页，2024年2月25日，星期天染色体结构变异染色体上的基因的数目和排列顺序改变生物性状的变异多数不利

染色体结构的变异导致生物变异的原因是什么？第6页,共105页，2024年2月25日，星期天一、缺失

（一）缺失类型及形成

缺失：染色体的某一区段丢失了断片：缺失的区段无着丝粒

顶端缺失：缺失的区段为某臂的外端某一整臂缺失了就成为

顶端着丝点染色体

中间缺失：缺失的区段为某臂的内段第7页,共105页，2024年2月25日，星期天图6－1缺失的的类型与形成

第8页,共105页，2024年2月25日，星期天缺失的形成第9页,共105页，2024年2月25日，星期天

顶端缺失染色体很难定型，因而较少见（1）断头很难愈合，断头可能同另一有着丝粒的染色体的断头重接，成为双着丝粒染色体（2）顶端缺失染色体的两个姊妹染色单体可能在断头上彼此接合，形成双着丝粒染色体双着丝粒染色体就会在细胞分裂的后期受两个着丝粒向相反两极移动所产生的拉力所折断，再次造成结构的变异而不能稳定

第10页,共105页，2024年2月25日，星期天

双着丝粒染色体：两条末端缺失的染色体末端之间相互连接，形成双着丝粒染色体。用dic表示，如46，X，dic（Y）表示X正常，Y是双着丝粒染色体。第11页,共105页，2024年2月25日，星期天中间缺失染色体没有断头外露，比较稳定，因而常见的缺失染色体多是中间缺失的（1）缺失杂合体：某个体的体细胞内杂合有正常染色体及其缺失染色体（2）缺失纯合体：某个体的缺失染色体是成对的第12页,共105页，2024年2月25日，星期天（二）缺失的细胞学鉴定

→在最初发生缺失的细胞内，可见到遗弃在细胞质里无着丝粒的断片。但随着细胞多次分裂，断片即消失→顶端缺失的区段较长，可在缺失杂合体的双线期检查交叉尚未完全端化的二价体，看非姊妹染色单体的末端是否长短不等→中间缺失，且缺失的区段较长，则在缺失杂合体的偶线期和粗线期，正常染色体与缺失染色体所联会的二价体，常会出现环形或瘤形突出（与重复的不同）第13页,共105页，2024年2月25日，星期天缺失的细胞学特征第14页,共105页，2024年2月25日，星期天

缺失个体的染色体联会第15页,共105页，2024年2月25日，星期天缺失染色体联会(二价体形态)第16页,共105页，2024年2月25日，星期天缺失圈（瘤）第17页,共105页，2024年2月25日，星期天果蝇唾腺染色体的缺失圈第18页,共105页，2024年2月25日，星期天

如果缺失区段微小，缺失杂合体也可能并不表现明显的细胞学特征。因此进行微小缺失的细胞学鉴定非常困难，需要借助更精细的细胞学、分子细胞学技术，如染色体显带、原位杂交等，并结合类似突变基因遗传分析的程序才能完成。

缺失纯合体在减数分裂过程中不会出现二价体配对异常现象。第19页,共105页，2024年2月25日，星期天（三）缺失的遗传效应(1)染色体的某一区段缺失了，其上原来所载基因自然就丢失了，这是有害于生物生长和发育的

含缺失染色体的配子体一般是败育的，花粉尤其如此，胚囊的耐性比花粉略强。含缺失染色体的花粉即使不曾败育，在授粉和受精过程中，也竞争不过正常的雄配子，因此，缺失染色体主要是通过雌配子而遗传第20页,共105页，2024年2月25日，星期天(2)如果缺失的区段较小，含缺失染色体的个体可能存活下来。这类个体往往具有各种异常表现。

如人类第5染色体短臂缺失杂合个体生活力差、智力迟钝、面部小，患儿哭声轻，音调高，常发出咪咪声，通常在婴儿期和幼儿期夭折-猫叫综合症

.猫叫综合征患者的两眼距离较远，耳位低下，生长发育迟缓，而且存在严重的智力障碍。第21页,共105页，2024年2月25日，星期天第22页,共105页，2024年2月25日，星期天第23页,共105页，2024年2月25日，星期天例如，猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的遗传病，因为患病儿童哭声轻，音调高，很像猫叫而得名。猫叫综合征患者的两眼距离较远，耳位低下，生长发育迟缓，而且存在严重的智力障碍；果蝇的缺刻翅的形成也是由于一段染色体缺失造成的第24页,共105页，2024年2月25日，星期天第25页,共105页，2024年2月25日，星期天(3)如果缺失的区段较小，可能会造成

假显性现象

McClintock(1931):

玉米植株颜色紫色(Pl)、绿色(pl)，位于6#长臂外段

plpl

PlPl

紫株732株

绿株2株

（细胞学鉴定该区段缺失）

X射线第26页,共105页，2024年2月25日，星期天缺失杂合体的假显性现象♀♂PL缺失

假显性第27页,共105页，2024年2月25日，星期天二、重复

（一）重复类型及形成

重复：染色体多了自身的某一区段顺接重复:重复区段与原有区段在染

色体上排列方向相同

。反接重复:重复区段与原有区段在染

色体上排列方向相反。

第28页,共105页，2024年2月25日，星期天重复的形成第29页,共105页，2024年2月25日，星期天图6－5重复的类型与形成

第30页,共105页，2024年2月25日，星期天图6－6不等交换与果蝇16A区段重复形成

第31页,共105页，2024年2月25日，星期天重复区段内不能有着丝粒,否则重复染色体就变成双着丝粒的染色体，就会继续发生结构变异，很难稳定成型。重复和缺失总是伴随出现的。某染色体的一个区段转移给同源的另一个染色体之后，它自己就成为缺失染色体了。第32页,共105页，2024年2月25日，星期天*同源染色体的不等交换第33页,共105页，2024年2月25日，星期天重复杂合体:某对同源染色体，一条为重复染色体而另一条为正常染色体。重复纯合体:含有一对相同重复的同源染色体。

第34页,共105页，2024年2月25日，星期天（二）重复的鉴定

→若重复的区段较长，重复杂合体的重复染色体和正常染色体联会时，重复区段就会被排挤出来，形成环或瘤-重复圈或重复环。

→若重复区段很短，则联会时重复染色体区段可能收缩一点，正常染色体在相对的区段可能伸张一点，于是二价体就不会有环或瘤突出，镜检时就很难。

→在染色体末端非重复区段较短时，重复区段可能影响末端区段配对，可能形成二价体末端不等长突出。

第35页,共105页，2024年2月25日，星期天图6－7重复杂合体染色体联会

第36页,共105页，2024年2月25日，星期天重复的细胞学特征第37页,共105页，2024年2月25日，星期天(三)重复的遗传效应重复对个体综合表现的影响：重复区段内基因重复，影响基因间平衡；影响个体的生活力(程度与重复区段大小、重要性有关)剂量效应(dosageeffect)：果蝇眼色遗传：红色(V+)对朱红(V)为显性杂合体(V+V)表现为红色但(V+VV)的表现型却为朱红色位置效应(positioneffect)：果蝇眼面大小遗传的位置效应位置效应的意义第38页,共105页，2024年2月25日，星期天（三）重复的遗传效应

(1)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也会随之加强,即细胞内基因拷贝数越多，表现型效应越显著例1果蝇眼色：红色(v+)

朱红色(v)

v+v眼色：红色

v+vv眼色：朱红色第39页,共105页，2024年2月25日，星期天果蝇棒眼遗传野生型果蝇的每个复眼大约由779个红色小眼所组成第40页,共105页，2024年2月25日，星期天果蝇X染色体上16A区段重复的形成第41页,共105页，2024年2月25日，星期天第42页,共105页，2024年2月25日，星期天果蝇眼面大小遗传的位置效应第43页,共105页，2024年2月25日，星期天

重复区段所在染色体上的位置不同，其表现型效应也不同。

位置效应的发现是对经典遗传学基因论的重要发展，它表明染色体不仅是基因的载体，而且对其载有基因的表达具有调节作用

(2)位置效应第44页,共105页，2024年2月25日，星期天图果蝇染色体16A区段的遗传效应

第45页,共105页，2024年2月25日，星期天三、倒位

（一）倒位类型及形成

倒位：染色体中发生了某一区段倒转

臂内倒位(一侧倒位):倒位区段在染色体的某一个臂的范围内

臂间倒位(两侧倒位):倒位区段内有着丝粒，即倒位区段涉及染色体的两个臂

第46页,共105页，2024年2月25日，星期天图6－9倒位的类型与形成

第47页,共105页，2024年2月25日，星期天臂内倒位与臂间倒位第48页,共105页，2024年2月25日，星期天第49页,共105页，2024年2月25日，星期天倒位示例如女性习惯性流产——（第9号染色体长臂倒置）第50页,共105页，2024年2月25日，星期天（二）倒位鉴定

→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染色体的同源区段联会，两端区段则只能保持分离状态→如果倒位区段比较短，则两侧区段正常配对，而倒位区段与对应正常区段保持分离，二价体上形成一个泡状

第51页,共105页，2024年2月25日，星期天倒位杂合体的联会第52页,共105页，2024年2月25日，星期天→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”→臂内倒位杂合体在倒位圈内外非姊妹染色单体之间发生交换，产生双着丝粒染色单体，出现后期Ⅰ桥或后期Ⅱ桥

第53页,共105页，2024年2月25日，星期天第54页,共105页，2024年2月25日，星期天第55页,共105页，2024年2月25日，星期天第56页,共105页，2024年2月25日，星期天第57页,共105页，2024年2月25日，星期天第58页,共105页，2024年2月25日，星期天

图6－10倒位杂合体染色体联会图与倒位杂合体联会复合体的电镜图

第59页,共105页，2024年2月25日，星期天(1)倒位是物种进化的一个重要因素。种与种之间的差异常常是一次又一次的倒位造成的。(2)倒位导致倒位杂合体的部分不育

非姊妹染色单体之间在倒位圈内外发生交换，产生四种交换染色单体：→无着丝粒断片(臂内)，后期Ⅰ丢失→双着丝粒缺失染色单体(臂内)，后期桥折断→缺失染色体→配子不育→单着丝粒重复缺失染色体(臂间)和缺失染色体(臀内)→配子不育→正常或倒位染色单体→配子可育(3)降低倒位杂合体的连锁基因重组率（三）倒位的遗传效应

第60页,共105页，2024年2月25日，星期天臂间倒位杂合体的交换正常倒位重复缺失重复缺失第61页,共105页，2024年2月25日，星期天臂内倒位杂合体的交换第62页,共105页，2024年2月25日，星期天玉米第5染色体倒位之后的重组率分别下降到0.4%,0%,4.5%第63页,共105页，2024年2月25日，星期天第64页,共105页，2024年2月25日，星期天第65页,共105页，2024年2月25日，星期天第66页,共105页，2024年2月25日，星期天图6－11

倒位圈内交换与配子败育机制

第67页,共105页，2024年2月25日，星期天第68页,共105页，2024年2月25日，星期天四、易位

（一）易位的类型及形成易位：某染色体的一个区段移接到其非同源的另一个染色体上

相互易位:非同源染色体间发生了区段互换

（常见）

简单易位(转移):某染色体的一个臂内区段嵌入非同源染色体的一个臂内（少见）

第69页,共105页，2024年2月25日，星期天图6－12易位类型及形成

第70页,共105页，2024年2月25日，星期天易位的形成第71页,共105页，2024年2月25日，星期天易位与交换的异同相同点：都是交换染色体片段。不同点：见下表第72页,共105页，2024年2月25日，星期天易位示例如惯性粒白血病（第14号与第22号染色体部分易位），夜来香也经常发生这样的变异。第73页,共105页，2024年2月25日，星期天第74页,共105页，2024年2月25日，星期天(二)易位的细胞学鉴定相互易位杂合体：粗线期的十字形配对十字形配对的形成与结构(图)细胞学图(图1、图2)终变期的四体环或四体链十字形配对结构发生交叉端化后所形成的大环结构(常用○4表示)，或链状结构(用C4表示)中期I的8字形或圆环形十字形配对结构的交替式和相邻式分离(图1、图2)第75页,共105页，2024年2月25日，星期天易位杂合体的联会和分离第76页,共105页，2024年2月25日，星期天（二）易位的鉴定

1和2代表两个非同源正常染色体

12和21代表两个相互易位染色体

l–12–2–21的“+”字联会形象第77页,共105页，2024年2月25日，星期天第78页,共105页，2024年2月25日，星期天第79页,共105页，2024年2月25日，星期天易位杂合体的联会和分离第80页,共105页，2024年2月25日，星期天图6－13相互易位杂合体染色体联会、分离与配子育性

第81页,共105页，2024年2月25日，星期天（三）易位的遗传效应

(1)易位可使两个正常的连锁群改组为两个新的连锁群，是生物进化的一种重要途径。许多植物的变种就是由于染色体易位形成的。直果曼陀罗的许多品系是不同染色体的易位纯合体(2）易位还可能导致物种染色体数目改变

图6-14罗伯逊易位与染色体融合第82页,共105页，2024年2月25日，星期天染色体融合(罗宾逊易位)第83页,共105页，2024年2月25日，星期天易位发生在两条近端着丝粒染色体的着丝粒或接近着丝粒处，易位纯合体的一对易位染色体包含原来两条染色体的长臂，而另一对易位染色体只包含原来两条染色体的短臂，这种易位现象叫罗伯逊易位由两对近端着丝粒染色体通过罗伯逊易位和染色体丢失变为一对染色体的过程称为染色体融合。第84页,共105页，2024年2月25日，星期天(3)玉米型相互易位杂合体为半不育

→玉米、豌豆、高粱、矮牵牛花粉50%败育，胚囊50％败育，结实率只有50％由半不育植株的种子所长出的植株又会有半数是半不育的，半数是正常可育的

易位杂合体后期分离时：1,21/12,2相邻式，重复缺失-败育,1/21,12/2,21

1,2/12,21交替式，正常/易位-可育,1/2第85页,共105页，2024年2月25日，星期天(三)易位的遗传效应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(图)玉米型：相邻式与交换式各占50％，配子半不育，可当作一个半不育显性基因看待月见草型：全部采用交替式分离，所有配子都可育第86页,共105页，2024年2月25日，星期天

月见草型相互易位杂合体为全育

→月见草、曼驼罗、风铃草、紫万年青易位杂合体后期分离100%是交替式

(4)同倒位杂合体相似，易位杂合体邻近易位接合点的某些基因之间的重组率有所下降

玉米T5-9a是第5染色体和第9染色体的一个易位。在正常的第9染色体上，yg2与sh两基因之间重组率为23%，sh与wx为20%，在易位杂合体中分别下降到11%和5%。第87页,共105页，2024年2月25日，星期天第二节染色体结构变异的应用

一、基因定位1、利用缺失造成的假显性现象，可以进行基因定位→使载有显性基因的染色体发生缺失，

让其隐性等位基因表现“假显性”→对表现假显性个体进行细胞学鉴定，

发现某染色体缺失了某一区段，就说明该显性基因位于该染色体的缺失区段上。

第88页,共105页，2024年2月25日，星期天2、利用易位进行基因定位易位杂合体自交子代群体内，1/4正常可育个体2/4半不育易位杂合体1/4可育易位纯合体

易位染色体的易位接合点相当于一个半不育的显性遗传基因(T)，正常染色体与易位接合点相对的等位点，则相当于一个可育的隐性遗传基因(t)。

用两点或三点测验，根据T–t与某邻近基因之间的重组率,确定易位接合点在染色体上的位置第89页,共105页，2024年2月25日，星期天已知玉米长节间正常基因（Br）对短节间（br)为显性，Br基因位于玉米第1染色体上；某玉米第1染色体、第2染色体易位杂合体的株高正常、配子半不育（BrT//Brt）。它与完全可育的矮生品系（brt//brt）杂交得到F1（BrT//brt与Brt//brt），再用半不育F1（BrT//brt）与矮生亲本品系（brt//brt）测交。考察测交子代株高与配子育性得到：株高正常、完全可育的27株，株高正常、半不育的234株，植株矮化、完全可育的279株，植物矮化、半不育的42株。求Br基因与第1染色体上易位点间的重组率为多少？第90页,共105页，2024年2月25日，星期天第91页,共105页，2024年2月25日，星期天（二）在育种中的应用染色体结构变异是育种工作重要的遗传变异来源之一1、利用重复区段基因的剂量效应，提高性状表现水平例如：诱导大麦的a淀粉酶基因所在染色体区段重复，可大大提高a淀粉酶表达量，从而显著改良大麦品质。2、利用染色体易位进行物种间基因转移栽培植物的野生近缘物种具有许