遗传学染色体畸变

关于遗传学染色体畸变本章内容染色体结构变异染色体数目变异第2页,共100页，星期六，2024年，5月本章重点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100页，星期六，2024年，5月7.1染色体结构变异第4页,共100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月但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100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月(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100页，星期六，2024年，5月(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100页，星期六，2024年，5月(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100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月末端缺失一次断裂，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具有粘性，因而也是不稳定的，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100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月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100页，星期六，2024年，5月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19页,共100页，星期六，2024年，5月缺失造成的假显性现象第20页,共100页，星期六，2024年，5月染色体缺失与癌症的发生第21页,共100页，星期六，2024年，5月慢性骨髓性白血病

（chronicmyelocyticleukemia,CML）病因：22号染色体长臂缺失一大段(22q-)，大约40%费城（Philadelphia）染色体，Ph染色体占92%9号染色体的缺失，22号易位至9号染色体占8%第22页,共100页，星期六，2024年，5月第23页,共100页，星期六，2024年，5月猫叫综合征（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24页,共100页，星期六，2024年，5月第25页,共100页，星期六，2024年，5月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26页,共100页，星期六，2024年，5月不等交换与果蝇16A区段重复第27页,共100页，星期六，2024年，5月（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28页,共100页，星期六，2024年，5月（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29页,共100页，星期六，2024年，5月重复杂合体在减数分裂中的联会第30页,共100页，星期六，2024年，5月(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31页,共100页，星期六，2024年，5月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32页,共100页，星期六，2024年，5月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33页,共100页，星期六，2024年，5月第34页,共100页，星期六，2024年，5月第一条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35页,共100页，星期六，2024年，5月剂量效应（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36页,共100页，星期六，2024年，5月位置效应(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37页,共100页，星期六，2024年，5月拟等位基因（pseudoalleles）所谓拟等位基因是指控制同一个单位性状，位置非常靠近的不同基因。在互补测验中它们表现为功能上的等位性，但又可通过交换发生重组。AaBb第38页,共100页，星期六，2024年，5月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39页,共100页，星期六，2024年，5月倒位的类型与形成第40页,共100页，星期六，2024年，5月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41页,共100页，星期六，2024年，5月倒位杂合体联会模式图第42页,共100页，星期六，2024年，5月光镜下观察到的果蝇多线染色体倒位环第43页,共100页，星期六，2024年，5月电镜下观察到的倒位环第44页,共100页，星期六，2024年，5月倒位的遗传学效应（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100页，星期六，2024年，5月臂间倒位杂合体的减数分裂行为

第46页,共100页，星期六，2024年，5月倒位——交换抑制因子由于倒位环内非姊妹染色单体间发生单交换，而交换的产物都带有缺失或重复，不能形成功能的配子，因而好象交换被抑制了，或相当程度地减少杂合子中的重组。这种现象称为交换抑制因子。第47页,共100页，星期六，2024年，5月平衡致死系利用所谓的交换抑制子保存致死突变品系。永久以杂合状态存在，同时保存两个隐性致死基因的品系称为永久杂种，或称平衡致死性。第48页,共100页，星期六，2024年，5月果蝇第3染色体由es经ro至ca的一段倒位

sr与es之间的细胞学距离增大，而遗传距离反而变小。

第49页,共100页，星期六，2024年，5月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50页,共100页，星期六，2024年，5月易位的类型与形成第51页,共100页，星期六，2024年，5月易位的分类简单/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52页,共100页，星期六，2024年，5月单向易位第53页,共100页，星期六，2024年，5月相互易位第54页,共100页，星期六，2024年，5月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55页,共100页，星期六，2024年，5月第56页,共100页，星期六，2024年，5月易位的遗传学效应

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57页,共100页，星期六，2024年，5月易位的致死效应在形成易位的过程中，处于断裂点附近的DNA会受到不同程度的损伤，使某些基因伤失功能。在果蝇中，人工诱发或自发产生的易位纯合体是不能存活的（隐性致死）。在玉米中，大多数易位都会伴随缺失，致死。在大麦中，隐性致死突变也常常和易位相联系。第58页,共100页，星期六，2024年，5月易位产生新的连锁群易位改变原来的基因间的连锁关系。易位一旦纯合，就会产生新的连锁群。花斑型位置效应第59页,共100页，星期六，2024年，5月易位杂合体的半不孕性易位杂合体减数分裂产物中有一半左右是遗传不平衡的。由半不孕的F1种子长出来的F2群体，又有半数不孕，半数正常可孕。可孕F2的后代F3全部是正常可孕的，而半不孕的F2产生的F3群体中又有一半是半不孕的。第60页,共100页，星期六，2024年，5月易位杂合体的半不孕性假说第61页,共100页，星期六，2024年，5月易位杂合体的半不孕性假说第62页,共100页，星期六，2024年，5月降低有关连锁基因的重组率在正常的第9染色体上：Yg2-yg2与Sh-sh重组率为23%，Sh-sh与Wx-wx的重组率为30%；[T5-9a]易位杂合体：这两个重组率分别下降到11％和5％。基因距易位点。（T）越近，重组率下降越多。Yg2-yg2与Sh-sh之间下降了12%，而Sh-sh与Wx-wx之间却下降了25%。第63页,共100页，星期六，2024年，5月易位与进化

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64页,共100页，星期六，2024年，5月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65页,共100页，星期六，2024年，5月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66页,共100页，星期六，2024年，5月人类二号染色体有一个罗伯逊易位，在黑猩猩、大猩猩与猩猩中均无。

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67页,共100页，星期六，2024年，5月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68页,共100页，星期六，2024年，5月PhiladelphiaChromosome第69页,共100页，星期六，2024年，5月罗伯逊易位(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70页,共100页，星期六，2024年，5月7.1.6染色体结构变异应用基因定位用于动物育种，作物品种改良利用易位控制病虫害利用易位鉴别家蚕性别第71页,共100页，星期六，2024年，5月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72页,共100页，星期六，2024年，5月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73页,共100页，星期六，2024年，5月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74页,共100页，星期六，2024年，5月染色体基数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：是指配子体世代即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，如小麦第75页,共100页，星期六，2024年，5月小麦的染色体组数染色体基数:X=7一粒小麦：2n=14=2X,二倍体二粒小麦：2n=28=4X,四倍体普通小麦：2n=42=6X,六倍体因此，2n、n仅分别表示体细胞、性细胞的含义，X才表示真正的倍性。第76页,共100页，星期六，2024年，5月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77页,共100页，星期六，2024年，5月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78页,共100页，星期六，2024年，5月整倍体整倍体（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79页,共100页，星期六，2024年，5月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80页,共100页，星期六，2024年，5月同源异源八倍体甲二倍体乙二倍体2n=2X=3Ⅱ2n=2X=3Ⅱ同源四倍体异源四倍体加倍杂交后加倍加倍同源三倍体多倍体形成及染色体组构成第81页,共100页，星期六，2024年，5月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82页,共100页，星期六，2024年，5月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83页,共100页，星期六，2024年，5月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84页,共100页，星期六，2024年，5月若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85页,共100页，星期六，2024年，5月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86页,共100页，星期六，2024年，5月单倍体：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87页,共100页，星期六，2024年，5月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88页,共100页，星期六，2024年，5月2.单倍体的形成①自然产生：由单