染色體畸變遺傳分析

1、12 染色體畸變的遺傳分析,1 重復(fù)、缺失、倒位、易位的類型及其細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)效應(yīng)；2 單倍體、二倍體、多倍體、非整倍體的概念、特點(diǎn)及其在育種上的應(yīng)用；3 染色體畸變與人類疾病的關(guān)系；4 染色體變異在進(jìn)化中的作用。,主要內(nèi)容：,12.1 染色體結(jié)構(gòu)變異及其遺傳學(xué)效應(yīng),12.1.1果蠅唾腺染色體的特性,唾液腺染色體(Polytene chromosome) ：存在于雙翅目昆蟲幼蟲消化道細(xì)胞的有絲分裂間期核內(nèi)一種巨大的染色體。

2、 唾液腺染色體的特征： (1)巨大性、伸展性: 210-215染色質(zhì)線平行排列；比中期染色體長(zhǎng)100-200倍。,(2)體細(xì)胞聯(lián)會(huì)(Somatic synapsis)：體細(xì)胞中同源染色體配對(duì)。(3)具橫紋結(jié)構(gòu): 區(qū)(102，X-2L-2R-3L-3R-4); 段(6，A-F);橫紋。eg.小眼不齊基因3C7；(4)出現(xiàn)泡狀(puff)結(jié)構(gòu): 核蛋白解離，環(huán)散開，DNA活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)，eg. 搖蚊幼蟲分泌絲狀蛋白。,12.1.2

3、染色體結(jié)構(gòu)變異,四大類型:缺失、重復(fù)、倒位和易位,引起變異的因素：自然因素：營(yíng)養(yǎng)、溫度、生理等；人工因素：物理因素、化學(xué)藥劑等的處理。,12.1.3 缺失(deletion, deficiency),1 概念：染色體丟失一段，其上的基因也隨之丟失的現(xiàn)象。,,3 缺失的聯(lián)會(huì)與鑒定,（1）最初細(xì)胞質(zhì)存在無著絲點(diǎn)的斷片；,（2）缺失雜合體聯(lián)會(huì)形成環(huán)狀突起，易與重復(fù)混淆，需參照染色體的長(zhǎng)度；,（3）頂端缺失較長(zhǎng)時(shí)，可在雙線期檢查缺失雜合體交

4、叉尚未完全端化的二價(jià)體，非姐妹染色單體的未端一長(zhǎng)一短。,4 遺傳學(xué)效應(yīng),（1）缺失對(duì)個(gè)體的生長(zhǎng)和發(fā)育不利,①．缺失純合體很難存活； ②．缺失雜合體的生活力很低； ③．含缺失染色體的配子一般敗育； ④．缺失染色體主要是通過雌配子傳遞。,患兒的哭聲似貓叫。5號(hào)染色體短臂缺失（5P-）所致，又稱5P- 綜合征，發(fā)病率約為1/5萬，女性多于男性，并有生長(zhǎng)和智能發(fā)育不全。,（2） 缺失導(dǎo)致假顯性（pseudodominance）,由于顯性等

5、位基因的缺失導(dǎo)致隱性基因的效應(yīng)表現(xiàn)。,12.1.4 重復(fù) (duplication, repeat),1 概念：Chr上多了某一片段。,2 類型,3 重復(fù)染色體的聯(lián)會(huì)和鑒定,,(1) 擾亂基因的固有平衡體系,4 重復(fù)的遺傳學(xué)效應(yīng),如果蠅眼色遺傳：紅色（V+）對(duì)朱紅色（V）為顯性。 　 V+V ? 紅色，但V+VV ? 朱紅色。 說明:2個(gè)隱性基因的作用大于1個(gè)顯性等位基因，改變了原來一個(gè)顯性基因與一個(gè)隱性基因的關(guān)系.,（2）

6、基因的劑量效應(yīng),細(xì)胞內(nèi)某基因出現(xiàn)次數(shù)越多，表現(xiàn)型效應(yīng)越顯著。,360,68,,Ｂ/Ｂ,BB/++,800,45,25,12.1.5 倒位(inversion),2 類型：,1 概念： Chr上某一片段顛倒180o,臂間倒位,,臂內(nèi)倒位,3 倒位的聯(lián)會(huì)及鑒定：,（1） 很長(zhǎng)倒位區(qū)段,倒位區(qū)反轉(zhuǎn)過來與正常染色體的同源區(qū)段進(jìn)行聯(lián)會(huì)，倒位區(qū)段以外的部分只有保持分離。,（2）較短倒位區(qū)段,倒位圈由一對(duì)染色體形成（而缺失或重復(fù)雜合體的環(huán)由單個(gè)染色

7、體形成）。,倒位圈,?,2與4染色單體交換,無著絲粒片段,雙著絲粒Chr,,2與4染色單體交換,,1234,2與4染色單體雙交換,(2)位置效應(yīng): 基因在染色體上的位置變異，造成在表型上產(chǎn)生變異。,3 倒位的遺傳效應(yīng),(1)倒位雜合體的部分不育： 　 含交換染色單體的孢子大多數(shù)是不育的。,(3) 交換抑制（crossoverrepressor）：臂內(nèi)或臂間倒位雜合體，倒位環(huán)內(nèi)染色單體間發(fā)生單交換，交換的產(chǎn)物帶有缺失或重復(fù)，不能

8、形成有功能的配子，無重組類型，似乎交換被抑制了。,交換抑制效應(yīng)的應(yīng)用,隱性基因以純合狀態(tài)保存，但隱性致死基因不能以純合體保存。,解決辦法：利用另一個(gè)致死基因（兩基因距離很近，或染色體的倒位）在雜合狀態(tài)下保存。,eg1.果蠅第3染色體分別具有兩個(gè)致死基因:一條： 有展翅基因D，純合致死。另一條： 有粘膠眼基因Gl,純合致死 。,平衡致死系統(tǒng)，必須滿足的條件： 一對(duì)同源染色體的兩個(gè)成員各帶有一個(gè)座位不同的隱性致死基因。,平衡致死

9、品系（balanced lethal system）:永遠(yuǎn)以雜合狀態(tài)保存不發(fā)生分離的品系。,eg2.果蠅第２染色體分別具有兩個(gè)致死基因:一條： 有顯性翹翅基因Cy，純合致死，左右臂ⅡL、ⅡR上都有兩個(gè)大的倒位。另一條： 有星狀眼基因S（star），純合致死 。,(4) 倒位可以形成新種，促進(jìn)生物進(jìn)化： 倒位會(huì)改變基因間相鄰關(guān)系　 遺傳性狀變異　　 種與種之間的差異常由多次倒位所形成。,,,果蠅（n=4）：

10、不同倒位特點(diǎn)的種，分布在不同地理區(qū)域；,百合（n=12）：兩個(gè)種（頭巾百合、竹葉百合）間的分化是由M1、M2、S1、S2、S3、S4等6個(gè)相同染色體發(fā)生臂內(nèi)倒位形成的（兩個(gè)種其它染色體仍相同）。,12.1.6 易位(translocation),1 概念：一個(gè)染色體上的一段連接到另一條染色體上(非同源染色體間)。,2 類型 ① 相互易位； ② 單向易位； ③ 整臂易位； ④ Robertson式易位。,①相互易位(rec

11、iprocal translocation):兩條非同源染色體相互交換由斷裂形成的片段。相互易位的片段可以等長(zhǎng)也可以不等長(zhǎng)。這類易位不會(huì)造成遺傳物質(zhì)的損失。,②單向易位(simple translocation)：某一染色體的一個(gè)臂端區(qū)段接在非同源染色體的一個(gè)臂端上。,,,④整臂易位（whole arm translocation）：非同源染色體之間整個(gè)臂的轉(zhuǎn)移或交換。,⑤羅伯遜式易位（Robertson translocation ）

12、：也稱著絲粒融合（centric fusion）近端部著絲點(diǎn)染色體在著絲粒處斷裂的整臂易位。,3 易位的細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)效應(yīng),(1)易位純合體沒有什么特殊表現(xiàn)。 正常聯(lián)會(huì) 表現(xiàn)正常。(2)單向易位雜合體： 聯(lián)會(huì)成“T”形。,1）相互易位導(dǎo)致半不孕性,,(3)相互易位雜合體：偶線期、粗線期兩對(duì)非同源染色體同源區(qū)段聯(lián)會(huì)成“+”字形,后期分離。,終變期聯(lián)會(huì)就會(huì)因交叉端化而變?yōu)橛?個(gè)染色體構(gòu)成的 “四體鏈”或“四體環(huán)”。,”,中期Ⅰ 終變期的環(huán)

13、可能變?yōu)榄h(huán)形或“8”字形。,后期Ⅰ 染色體表現(xiàn)出不同的分離方式：,adjacent segregation,alternate segregation),全部致死,可育,2）假連鎖(Pseudolinkage) 易位使非同源染色體上的基因間的自由組合受到嚴(yán)重限制 ，表現(xiàn)出類似于基因之間連鎖的表型效應(yīng)。實(shí)質(zhì)為易位后形成的不平衡配子致死造成的。,,如玉米：T5-9a是第5染色體長(zhǎng)臂的外側(cè)一小段染色體和第9染色體短臂包括Wx

14、在內(nèi)的一大段染色體的易位。,在第9染色體中：,3) 降低鄰近易位接合點(diǎn)基因間重組率,4) 易位可以改變基因連鎖群,基因：連鎖遺傳→獨(dú)立遺傳。　　 植物在進(jìn)化過程中不斷發(fā)生易位可以形成許多變種。 　　例如：直果曼陀羅（n=12）許多變系就是不同染色體 的易位純合體。,,5) 造成染色體融合而改變?nèi)旧w數(shù),在兩個(gè)易位染色體中，其中產(chǎn)生一個(gè)很小的染色體,形成配子時(shí)未被包在配子核內(nèi)而丟失,后代中可能出現(xiàn)缺少一對(duì)染色體的易位純合體

15、。,植物還陽參屬，出現(xiàn)　n=3、4、5、6、7、8等染色體數(shù)目不同的種。,經(jīng)著絲點(diǎn)蛋白結(jié)合熒光顯色,9號(hào)染色體著絲點(diǎn)附著于第11號(hào)染色體上,易位融合造成染色體數(shù)目減少,4-chr,6) 花斑位置效應(yīng),12.2 染色體數(shù)目變異,12.2.1 染色體倍性,1 染色體組(chromosome set):二倍體生物中一個(gè)正常配子中所包含的全部染色體。2 染色體基數(shù)（X）： 一個(gè)染色體組中所包含的染色體數(shù)目。3 染色體倍性（Ploidy）:

16、細(xì)胞中染色體組的數(shù)目。 一般，配子中的染色體數(shù)目用n表示，體細(xì)胞中染色體數(shù)目用2n表示。,4 一倍體（monoplood）： 只含有一個(gè)染色體組的個(gè)體或細(xì)胞。如蜜蜂的雄蜂 x = 16。5 二倍體（diploid）： 含有二個(gè)染色體組的個(gè)體或細(xì)胞。2n=2X6 多倍體（polyploid）：細(xì)胞或個(gè)體中的染色體組數(shù)多于二個(gè)。 　eg,三倍體（ triploid）:2n=3X,四倍體（ tetraploid）:2n=

17、4X。,7 單倍體（haploid)：含有配子染色體數(shù)目的細(xì)胞或個(gè)體。對(duì)diploid：n=X， tetraploid：n=2x.8 整倍體（Euploid）：具有物種特定的一套或幾套整倍數(shù)染色體組的細(xì)胞或個(gè)體，如一倍體、二倍體、多倍體。 9 非整倍體 （Uneuploid）：在二倍體的基礎(chǔ)上，增加或減少個(gè)別染色體的細(xì)胞或個(gè)體。如：2n-1, 2n-2, 2n+1, 2n+2, 2n+1+1 。,12.2.2

18、整倍體及其遺傳特征,1)單倍體的產(chǎn)生 無融合生殖(單倍體孤雌或單雄生殖）；花粉培養(yǎng)、子房培養(yǎng)等。,2）單倍體的遺傳表現(xiàn) 體型小、生活力弱；高度不育。3）單倍體的應(yīng)用① 獲得純合二倍體(雙單倍體，amphihaploid)。② 研究基因突變。,,2）多倍體,① 同源多倍體概念：具有3個(gè)以上相同染色體組的細(xì)胞或個(gè)體。如曼陀羅4x=48 香焦3x=33 黃花菜3x=33 。產(chǎn)生： a 體細(xì)胞有絲分裂：染色體復(fù)

19、制而細(xì)胞不分裂。 b 異常減數(shù)分裂：2n+2n→4n,2n+n→3n等。 c 機(jī)械損傷：如摘心、反復(fù)斷頂?shù)取?d 人工誘導(dǎo)：秋水仙素處理種子或幼苗等。,遺傳表現(xiàn)：Ⅰ表型特征巨大性（細(xì)胞核、莖、葉、花、種子等）。b. 代謝活性增強(qiáng)（大麥蛋白質(zhì)10～12%，玉米的類胡蘿卜素40%，番茄Vc１倍）—?jiǎng)┝啃?yīng)。 c.三倍體植物具有很強(qiáng)的生活力，但發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低，如香蕉、無籽西瓜等。,Ⅱ 減數(shù)分裂,a 同源三倍體的聯(lián)會(huì)與分

20、離,ⅰ.三價(jià)體Ⅲ; ⅱ.二價(jià)加一。,同源三倍體高度不育的原因：三價(jià)體和單價(jià)體的頻率較高，產(chǎn)生n，2n配子的機(jī)會(huì)很小（1/2）n，交配更難。,,例：無籽西瓜（X=11） 　 二倍體（2n=2X=22=11Ⅱ） 　　　↓加倍 　同源四倍體 × 二倍體 （2n=4X=44=11Ⅳ）↓ 　　　　　　同源三倍體西瓜 （無籽） 　　　　　 2n=

21、3X=33=11 Ⅲ,b　同源四倍體聯(lián)會(huì)和分離： 聯(lián)會(huì)：Ⅳ、Ⅲ+Ⅰ、Ⅱ+Ⅱ 和Ⅱ+Ⅰ+Ⅰ。,,分離：2/2或3/1； 2/2或3/1或2/1； 2/2； 2/2或3/1或2/1或1/1。,浙 江 大 學(xué),②異源多倍體(allopolyploid)概念：加倍的染色體來源于不同的物種 。產(chǎn)生：先雜交再加倍。 eg：普通小麥2n=6X=42。AABBDD eg：蘿卜甘藍(lán)2n= 4X =36（異源四倍體（

22、雙二倍體） 部分異源多倍體：不同染色體組間存在部分同源，發(fā)生異源聯(lián)會(huì)(allosydesis) 。,,,hexaploid wheat 2n=6X = 42,異源六倍體小麥的可能起源途徑,,蘿卜甘藍(lán)（Raphanobrassica）：其中蘿卜和甘藍(lán)的染色體各有兩套，2n=36，染色體能正常配對(duì)，因而是可育的。,,12.2.3 非整倍體　產(chǎn)生：減數(shù)分裂時(shí)某一對(duì)同源染色體不分離或提前分離形成n-1或n+1的配子。雙體(disomy)

23、 ：正常的2n個(gè)體單體(monosomy )：2n-1缺體(nullisomy)： 2n-2雙單體(dimonosomy)：2n-1-1三體(trisomy)： 2n+1雙三體(ditrisomy)：(2n+1+1)四體(tetrasomy)： 2n+2,12.3 染色體畸變?cè)诨蚨ㄎ恢械膽?yīng)用,12.3.1 利用假顯性原理進(jìn)行基因定位,eg. 黑腹果蠅X染色體上fa基因(小眼不齊)定位在3C7位置． 待測(cè)定的X染色體

24、某隱性基因的突變體與已知的缺失類型雜交, 在后代雌蠅雜合體中,觀察是否出現(xiàn)假顯性現(xiàn)象。,12.3.2 利用單體進(jìn)行基因定位,,12.3.3 利用缺體進(jìn)行基因定位,將小麥的某一隱性突變體與21種缺體品系分別雜交,F1雜種中,突變性狀以單體形式出現(xiàn),則該隱性突變基因在缺體中缺少的那條染色體上。,12.4 染色體畸變與人類疾病,12.4.1 染色體結(jié)構(gòu)改變與人類疾病,eg:5p-造成貓叫綜合癥; t(9,22)(q34;q11)，導(dǎo)致9

25、q34上的基因BCR與22q11上的基因ABL融合，形成BCR-ABL融合基因，造成慢性骨髓性白血病(CML)； t(8;14)(q24;q32),導(dǎo)致8q24上的癌基因 c-myc轉(zhuǎn)移到14q32IgH的增強(qiáng)子鄰近部位,增強(qiáng)了c-myc,使之大量表達(dá)造成Burkitt淋巴溜。,12.4.2 染色體數(shù)目改變與人類疾病,Down’s Syndrome:先天愚型，21三體綜合癥。Pautau’ Syndrome: 13三體綜合癥。

26、Edwards’ Syndrome: 18三體綜合癥。Turner’s Syndrome::45, X。Trisomy syndrome:47,XXX。超Y綜合癥:47,XYY。(Klinefelter’ Syndrome):47, XXY。,77%的21三體綜合癥是母系起源的，而且母親的生育年齡與發(fā)病率有很重要的關(guān)系。,主要是隨著年紀(jì)增大，染色體不分離的概率增加。由于女性在出生時(shí)所有卵細(xì)胞都經(jīng)過第一次減數(shù)分裂而處于休止?fàn)顟B(tài)，直

27、到排卵。因此卵母細(xì)胞在高齡孕婦體內(nèi)長(zhǎng)期接受著內(nèi)外環(huán)境因素的影響，而且自身不斷衰老，因而導(dǎo)致染色體不分離現(xiàn)象的發(fā)生，這便是高齡母親易生先天愚型患兒的原因。,Trisomy-13（Patau Syndrome）,帕韜氏綜合癥 在新生兒中的發(fā)生率約為1/6000，個(gè)體特征為唇裂、腭裂、小眼、多指，嚴(yán)重智力障礙，在出生后三個(gè)月內(nèi)死亡。,Trisomy-18（Edwards Syndrome）,愛德華氏綜合癥，2.5/10000,性比為4