遗传学第九章遗传物质的改变—染色体畸变

1、第九章 遗传物质的改变 染色体畸变,遗传物质的改变突变（mutation） 突变包括 染色体畸变 基因突变 染色体畸变（chromosomal aberrations） 包括（1）染色体数目改变 （2）染色体结构改变,结构变异的形成：断裂重接,使染色体产生折断的因素：自然：人为等。 染色体折断的结果： 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。 结构变异的基本类型：缺失、重复、倒位、易位。,第一节 染色体结构的改变,一、缺失(deficiency),1、缺失的类型 末端缺失： 中间缺失： 2、缺失产生的原因 染色体损伤后产生断裂或非重建性愈合会缺失，或形

2、成环状染色体，经“断裂-融合-桥”产生缺失。 染色体扭结 不等交换,A B C D E,染色体的某一区段丢失。,缺失的形成：,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,3、缺失的细胞学鉴定,无着丝粒断片； 最初发生缺失的细胞在分裂时可见无着丝粒断片。 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； 二价体末端突出； 顶端缺失杂合体粗线期、双线期，交叉未完全端化的二价体末端不等长。 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不表现明显的细胞学特征。,玉米缺失杂合体粗线期缺失环,果蝇

3、唾腺染色体的缺失圈果蝇第二染色体右臂44F45D区间的缺失,4、缺失的遗传效应,缺失区段上基因丢失导致： 基因所决定、控制的生物功能丧失或异常； 基因间相互作用关系破坏； 基因排列位置关系改变。 影响缺失对生物个体危害程度的因素： 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)败育或竞争不过正常配子； 缺失区段较小时，可能会造成假显性现象或其它异常现象。,（1）致死或出现异常 缺失部分太大 两条同源染色体都缺失了 携带基因的重要性 例如：人类的猫叫综合征是Lejeune

4、等在1963年首先报导了三例，患儿的哭声似猫叫，故得名。它是由于5号染色体短臂缺失（5P-）所致,因而又称5P- 综合征，发病率约为1/5万，女性多于男性，并有生长和智能发育不全。,（2）拟显性现象（pseudo-dominant） 显性基因的缺失使同源染色体上隐性非致死等 位基因的效应得以显现，此现象叫。例如：玉米花斑糊粉层、果蝇的缺刻翅。,*缺失杂合体的假显性现象:McClintock（1931 ），进行玉米X射线辐射试验。,二、重复（duplication） 在正常的染色体组外，染色体增加了片段,1、重复的类型 顺接重复 反接重复 同臂重复 异臂重复,2、重复产生的原因,断裂-融合-桥的

5、形成 染色体扭结 不等交换 非同源性重组,3、重复的细胞学鉴定,重复圈(环), 重复区段较长时：在杂合体中，重复区段的二价体会突出环或瘤；不能同缺失杂合体的环或瘤相混淆(染色体长度不同)。 重复区段很短时：可能不会有环或瘤出现。,直接检查缺失和重复的最好材料： 果蝇的唾液腺染色体：特大、且是体细胞联会，染色体数少，只有4对，4对染色体的联会的4个二价体的总长达1000微米，肉眼可见。其上的许多宽窄不等和染色深浅不同的横纹带，可以做为鉴别缺失和重复的标志。,4、重复的遗传效应,（1）扰乱基因的固有平衡体系：影响比缺失轻，主要是改变原有的进化适应关系 例如：果蝇的眼色遗传：红色(V+)对朱红(V)

6、为显性； 杂合体(V+V)表现为红色； (V+VV)的表现型却为朱红色（重复隐性基因的作用超过与之相对应的显性基因的作用）。,位置效应(position effect)： 一个基因随着染色体畸变而改变它和邻近基因的位置关系，从而改变了表型效应的现象。 如果蝇棒眼（Bar）效应： Bar在X染色体上16区A段,（2）重复引起基因的位置效应： 基因的表现型效应因其所在的染色体不同位置而有一定程度的改变。,果蝇的棒眼遗传是重复造成表现型变异的最早和最突出的例子。棒眼表现型的果蝇只有很少的小眼数，其眼睛缩成狭条。,果蝇X染色体上16A区段重复的形成,“b”代表一个16区A段 “B”代表两个16区A段

7、则“Bb”是三个16区A段 B/B雌蝇=Bb/b蝇的16区A段有4个重复，然而，B/B为小眼数为68个左右，Bb/b却只有45个。 说明有位置效应。,野生型果蝇：每个复眼由780个左右红色小眼组成。 变异型之一（重复杂合体） ：X染色体16区A段因不等交换而重复了。每个复眼的平均小眼数358 变异型之二（重复纯合体）：每个复眼的平均小眼数69,果蝇眼面大小遗传的位置效应,正常眼,棒眼,纯合棒眼,纯合重棒眼,重棒眼,780,358,69,45,25,果蝇眼色的花斑效应,一条染色体的一段连接到另一条非同源染色体上去。,1、易位的类型 相互易位（reciprocal T） 两个非同源染色体都折断了，

8、而且这两个折断了的染色体及其断片随后又交换地重新接合超来，称之相互易位。 单向易位（simple T） 某染色体的一个臂内区段，嵌入非同源染色体的一个臂内的现象，,三、易位（translocation）,整臂易位两条非同源染色体之间整个(或几乎整个)臂的转移或交换，称为整臂易位。它包括：非近端着丝粒的染色体都在着丝粒区发生断裂，接着整臂易位，形成两条近端着丝粒染色体；近端着丝粒染色体和非近端着丝粒染色体之间的整臂易位。 罗伯逊易位（Robersonian T）又称着丝粒融合，是整臂易位的一种特殊方式。只发生在两条近端着丝粒的非同源染色体之间，各自其着丝粒区发生断裂，两者的长臂进行着丝粒融合形成

9、一条大的亚中着丝粒的新的染色体，两者的短臂也可能彼此连接成一条小的染色体，含很少的基因，一般在细胞分裂的过程中消失，导致染色体数目减少，但染色体臂数不变。,罗伯逊易位,2、易位的产生,1. 断裂非重建性愈合 2. 转座因子的作用,3、易位的细胞学鉴定,（2）相互易位杂合体： 在减数分裂的粗线期进行十字形配对：,（1）易位纯合体没有明显的细胞学特征。,中期I的8字形或圆形 十字形配对结构的交替式和相邻式分离,易位杂合体的联会和分离,玉米（2n=20）终变期染色体,4、易位的遗传效应,（1） 半不育现象（semisterility）易位杂合体最突出的特点 相邻式分离：产生重复、缺失染色体，配子不育

10、； 交替式分离：染色体具有全部基因，配子可育。2种分离的机会大致相等，即花粉和胚囊均有50%是败育的，结实率50%。易位杂合体自交后代的表现：交替式分离产生可育配子：含两个正常染色体(1和2)，或含两个易位染色体(12和21)。自交后代中：1/4：完全可育的正常个体(1，1和2，2)；2/4：半不育易位杂合体(1，12，2，21)；1/4：完全可育的易位纯合体(12，12，21，21)。,（2）易位杂合体邻近易位接合点的一些基因之间重组率有所下降。 举例：如玉米：T5-9a是第5染色体长臂的外侧一小段染色体和第9色体短臂包括Wx在内的一大段染色体的易位。在第9染色体中：,连锁基因正常重组率(%

11、)易位杂合体重组率(%)yg2-sh2311sh-wx 20 5,（3）易位可使两个正常的连锁群改组为两个新的连锁群： 假连锁现象（pseudo-linkage） 由于相互易位，原本不连锁的基因总是同时出现在一个配子中，似乎是连锁的，此现象叫。 举例：原来属于1连锁群（染色体）的一部分基因，改为同2连锁群（2染色体）的一些基因连锁（21染色体）了，与仍然留在1连锁群的那些基因反而成为独立的遗传关系。同理，原来属于2连锁群（2染色体）的一部分基因改为同一连锁群（11染色体）的一些基因连锁（12染色体）了，与仍然留在2连锁群的那些基因反而成为独立的关系。,月见草（2n=14），Renner复合体：

12、XII价体。,（4）易位会造成染色体“融合”而导致染色体数的变异。 这种遗传效应只可能发生在具有二对近端着丝点染色体的相互易位情形中。 例如：植物的还阳参属通过上述的途径，出现n=3，4，5，6，7，8等染色体数不同的种。 人类中称罗迫逊易位，BrownC.(1966)，研究过1870例个体，该易位频率为0.43%,而其它相互易位频率为0.16%。可进行核型分析。,易位融合造成染色体数目减少（女46 45）,四、倒位（inversion） 一条染色体片段断裂后倒转180度，又重新连接上。,1、倒位的类型 臂内倒位(paracentric inversion) ：倒位区段在染色体的某个臂的范围内

13、。 臂间倒位(pericentic inversion):倒位区段内有着丝点，即倒位区段涉及染色体的两个臂。,2、倒位产生的原因（1）染色体扭结、断裂和重接（2）转座因子的作用。,3、倒位的细胞学鉴定,(1)倒位杂合体减数分裂前期 倒位区段过长：如果倒位片段很长,则倒位染色体就可能反转过来，使其倒位区段与正常的同源区段配对，而倒位的外区段则保持分离。 倒位区段较短时倒位圈：如果倒位片段不长，则倒位染色体与正常的染色体所联会的二价体就会在倒位区段内形成“倒位圈”。,倒位杂合体的“倒位圈”,(2）臂内倒位形成的“后期 I 桥”和染色体断片,臂内倒位杂合体的交换,（3）臂间倒位杂合体的交换,4、倒位

14、的遗传效应,（1)倒位杂合体的部分不育现象： 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，这类配子是不育的; 只有部分孢母细胞在减数分裂时倒位圈内会发生非姊妹染色单体间的交换； 倒位点可以当作一个显性基因位点看待，其性状表现就是倒位杂合体部分不育。,(2)倒位改变了基因在染色体上的排列： 基因间距离关系发生改变； 可能引起倒位区段基因的位置效应； 倒位杂合体的基因间交换值降低： 倒位圈的结构影响联会复合体的正常形成； 倒位圈内发生交换后产生的交换型配子是不育的。 (3)是物种进化的重要因素之一。 倒位可能导致新物种的产生。,5、倒位的应用A：CLB技术（C：crossov

15、er，L：lethal，B：bar） 利用果蝇建立的一系列检测基因隐性突变和 致死突变的技术。,X射线 果蝇 倒位杂合体的雌蝇（XClB X+）ClB(Crossover suppressor-lethal-Bar technique)： C 代表抑制交换的倒位区段； l 代表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； B 代表该倒位区段范围之外有一个16区A段的重复区段，其表现型为显性棒眼性状，故能为倒位的X染色体在某个体内的存在提供可识别的表现型依据。,CLB测定法的原理：倒位杂合体的重组率很低，把倒位区段作为抑制交换的显性基因或标志，而把正常染色体区段 作为不能抑制交换的

16、隐性标志。,B：抑制基因重组,C：保存带有致死基因的品系平衡致死品系（balanced lethal system）。 致死基因是纯合致死的， 只能以杂合体形式保存。 D/+ D/+ D/D， +/+， D/+ 1918，Muller建立了第一个平衡致死系：采用另一个致死基因来平衡，但要求这一致死基因与所要保存的致死基因不发生重组交换。果蝇：No 3染色体上有Gl（粘胶眼）基因 D （展翅）基因,Experiment： P： D + / + + Gl + / + + F1： + + / + +， D + / Gl + ，D + / + + ， + + / Gl + ， F2： D + / D

17、+ ， D + / Gl +， Gl + / Gl + 永久杂种（permanent hybrid） 永远以杂合状态保存下 来，不发生分离的品系 。也叫平衡 致死系。,平衡致死系的条件： 一对同源染色体上各有一座位不同的隐性致死基因 两个致死基因间没有交换发生（距离足够近或有倒位存在）,五、平衡致死系,六、染色体结构变异的发生机理,1.染色体断裂愈合学说 （breakage-reunion hypothesis） 1931-1962由Stadler、Muller等科学家建立： 染色体断裂是自发产生或由诱变剂诱发，一般在原来的位置按原来的方向通过修复而重聚，即重建；若经重建改变原来的结构则称为非重建性愈合；若染色体片段断裂后丢失，则称为不愈合。,2.互换假说 由S.H.雷维尔于1959年提出： 互换假说认为导致染色体结构畸变的根本原因是染色体上具有不稳定部位，