遺傳學染色體畸變

1、染色體畸變 Chromosomal Aberration,遺傳物質的改變（一）,主要內容,一、染色體結構變異果蠅唾腺染色體染色體結構變異的類型缺失重復倒位易位,二、染色體數目的改變染色體組與染色體倍性整倍體非整倍體人類染色體數目異常和疾病,主要內容,一、染色體結構的變異Variation of chromosomal structure,（一）果蠅唾腺染色體 The chromosomes in salivar

2、y gland of fruit flies,唾腺染色體(salivary gland chromosome) ：存在于雙翅目昆蟲幼蟲消化道細胞的有絲分裂間期核內一種巨大的染色體。,唾腺染色體的特征：,1.巨大性和伸展性： 果蠅幼蟲的唾腺發(fā)育到一定階段后，細胞不再分裂，停留在間期，構成了一個永久間期系統(tǒng)。唾腺細胞數目不增加，但細胞的體積增大，其中每條染色體的常染色質區(qū)的核蛋白纖維不斷復制，成千上萬條的核蛋白纖維平行而且精巧地排列形

3、成寬而長的帶狀物，故又稱多線染色體(polytenechromosome)。,2.體聯(lián)會(Somatic synapsis)由于體細胞同源染色體緊密地配對幾乎相互融合著，使得果蠅的唾腺染色體只有二倍體染色體數目的單元數，每對染色體的著絲粒集中形成一個染色中心(chromocenter)，從染色中心伸出各染色體的臂。,,3.具橫紋結構：區(qū)(102)、段(A-F)唾腺染色體上有由染色質濃縮而成致密的染色粒DNA被堿性染料深染的帶紋區(qū)(

4、bands)，與擴展的染色粒間DNA被淺染的間帶區(qū)(interbands)交替排列而成的橫紋。,4.出現(xiàn)泡狀(puff)結構:核蛋白解離，環(huán)散開，DNA活躍轉錄區(qū)。,(二)染色體結構變異的類型,缺失（ deletion ）：染色體丟失了一段，其上的基因也隨之丟失的現(xiàn)象。,染色體上基因數目的改變：,重復 (duplication)：染色體上的某一片段出現(xiàn)兩份或兩次份以上的現(xiàn)象，使其上的基因也多了一份或幾份。,倒位（inversion）：

5、染色體上某一片段顛倒180o，其上的的基因順序重排。易位（translocation） ：一個染色體上的一段連接到另一條非同源染色體上.,染色體上基因位置的改變,缺失（ deletion ）：染色體丟失了一段，其上的基因也隨之丟失的現(xiàn)象。,(三)缺失,1.缺失的類型,,,,當一條染色體的兩臂各有一次斷裂，有著絲粒的節(jié)段彼此重新連接，可以形成環(huán)狀染色體。又稱著絲粒環(huán)。,△缺失雜合體：體細胞內含有正常染色體及其缺失染色體的同源染色體

6、 （正常） （缺失）△缺失純合體：某個體缺失染色體是成對的,在減數分裂過程中同源染色體配對時，中間缺失雜合體出現(xiàn)缺失環(huán)（deletion loop）,2.缺失的細胞學效應,,,,,,,,,,a,b,c,d,e,f,丟失,,,,,a,b,c,e,f,d,正常染色

7、體,,,a,b,c,d,,,a,b,c,f,末端缺失染色體,中間缺失染色體,,,,,,,a,b,c,d,,b,c,d,,a,,b,c,d,,a,,,a,b,c,d,e,f,,,a,b,c,f,,b,c,f,,a,,b,c,f,,a,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a,b,,c,e,d,f,a,b,a,b,,c,f,f,d,e,c,丟失,,,,,,末端缺失雜合體 及其聯(lián)會,中間缺失純合體及其聯(lián)會,末端缺失純合體及其

8、聯(lián)會,中間缺失雜合體及其聯(lián)會,a,b,c,d,e,f,1.大片段缺失在雜合體時是致死的，X染色體的缺失半合子一般也會致死。2.假顯性(pseudodominance)：如果缺失的部分包括某些顯性基因，使對應的同源染色體上的隱性等位基因得以表現(xiàn)的遺傳現(xiàn)象。,3.缺失的遺傳學效應,Example:果蠅的缺刻缺失,McClintock（1931 ）的玉米X射線輻射試驗。,3.缺失造成染色體畸變綜合癥,嬰兒啼哭如貓叫，一般伴隨有小頭癥和智力遲

9、鈍。,貓叫綜合癥（第5號染色體短臂缺失）：,重復 (duplication)：染色體上的某一片段出現(xiàn)兩份或兩次份以上的現(xiàn)象，使其上的基因也多了一份或幾份。,（四） 重復,1、重復的類型,串聯(lián)重復(tandem duplication):重復片段緊接在固有的區(qū)段之后,兩者的基因順序一致.,倒位串聯(lián)重復(reverse duplication): :重復片段與固有片段銜接在一起,但重復片段中的基因排列順序相反.,染色體的不等交換（uneq

10、ual crossing over） :如同源染色體聯(lián)會時不能準確配對，交換發(fā)生在不對應的位置上，其結果使一條染色體具有重復，而另一條染色體具有缺失。,2.重復產生的原因,染色體重復與正常染色體聯(lián)會時,會形成一個環(huán)狀突起.,3.重復的細胞學效應,(1)致死效應比缺失緩和，當重復區(qū)段大時，也會影響個體的生活力(2)擾亂基因的固有平衡體系：,4.重復的遺傳學效應,如果蠅的眼色遺傳：紅色(V+)對朱紅色(V)為顯性,說明2個隱性基因的作用大

11、于1個顯性等位基因，改變了原來一個顯性基因與一個隱性基因的關系。,黑腹果蠅X染色體上的棒眼(Bar，B)基因。棒眼基因對野生型的復眼呈不完全顯性，主要表型效應是減少復眼中的小眼數，使圓而大的復眼呈棒狀。棒眼是由于X染色體上一個小片段的串聯(lián)重復所造成。,(3)重復可產生特定的表型,如果蠅的棒眼遺傳,棒眼(B)約有68個小眼,正常復眼是由約790個小眼組成,超棒眼(BB)只有45個小眼。,,(四)倒位(Inversion),倒位（i

12、nversion）：染色體上某一片段顛倒180o，其上的的基因順序重排。,1、倒位的類型,如果顛倒的片段包括著絲粒在內的倒位,如果顛倒的片段不包括著絲粒在內的倒位,倒位純合體的減數分裂完全正常，只是原來連鎖群的基因順序發(fā)生了改變，交換值也相應發(fā)生改變。倒位雜合體 ①倒位片段小，倒位部分不配對，其余配對②倒位片段很大，倒位部分反向與正常配對，其余不配對；③倒位片段適中：配對形成倒位環(huán),2.倒位的細胞學效應,小范圍倒位,中等范圍倒位

13、——倒位環(huán),大范圍倒位,3. 倒位的遺傳學效應,倒位純合體，動物多數致死、植物很少，果蠅中有大量倒位。,(1) 交換抑制因子(crossover repressor，C),倒位環(huán)內非姊妹染色單體之間單交換，而交換的產物都帶有缺失或重復，不能形成有功能的配子，因而好像交換被抑制了，或相當程度地減少雜合子中的重組。 故稱為“交換抑制因子” 。,倒位的遺傳學效應是可以抑制或大大地降低基因的重組。,臂內倒位雜合子中的交換抑制效應,臂間倒位雜合子

14、中的交換抑制效應,(2) 平衡致死系(Balanced lethal system)或永久雜種（permanent hybrid ） ：利用倒位雜合體的交換抑制因子效應，以永久的雜合狀態(tài)，同時保存兩個隱性致死基因的品系。,如果蠅顯性基因D(展翅)為隱性致死基因,,果蠅第2染色體上的顯性基因Cy為隱性致死基因Cy品系在其第2染色體的左臂存在倒位；右臂也有很大片段的倒位。,易位（translocation） ：一個染色體上的一段連接到另一

15、條非同源染色體上.,(五)易位(Inversion),1. 易位的類型,（1）相互易位（reciprocal translocation）,（2）單向易位（simple translocation）,（3）同一染色體內易位,（4）整臂易位：,兩條非同源染色體之間整臂轉移或交換,（5）羅伯遜易位（Robertsonian translocation）又稱著絲粒融合（centric fusion）,2.易位的細胞學效應,相互易位的純合體沒有

16、明顯的細胞學特征，它們在減數分裂時配對正常。易位雜合體，在粗線期，由于同源部分的緊密配對而出現(xiàn)了富有特征性的十字形圖象。,,,相鄰分離-1,相鄰分離-2,,相間分離,,,相鄰分離：產生的配子都有重復和缺失，稱為不平衡配子。一般是致死的。,相間分離：形成的配子都具有完整的染色體組，既沒有基因的重復，也沒有缺失?？纱婊?。,3.易位的遺傳學效應,1．假連鎖(pseudolinkage)：兩對染色體上原來不連鎖的基因，如果靠近易位斷點，由于

17、相互易位雜合體總是以相間分離方式產生可育配子，其結果是，非同源染色體上的基因間的自由組合受到嚴重限制，出現(xiàn)假連鎖現(xiàn)象。非同源染色體上的基因在形成配子時相互不能自由組合的現(xiàn)象稱為假連鎖。,,,如果蠅的第2染色體上有褐眼基因bw， 第3染色體上有黑檀體基因e.,2. 易位容易導致腫瘤,位置效應(position effect)：基因位置的改變引起個體表型改變的遺傳效應?；ò咝臀恢眯c異染色質的影響有關。

18、原來處于常染色質區(qū)的基因，經過易位而移到染色體的異染色質區(qū)或其附近，引起這一基因的異染色質化，使它的作用受到抑制.,3. 易位造成花斑型位置效應(variegated type of position effect),,雜合狀態(tài)時w+/w應表現(xiàn)為紅眼。如果某些細胞中處在常染色質區(qū)的包括w+的一段染色體易位到第4染色體的異染色質區(qū)，表現(xiàn)為紅、白兩種顏色的斑駁色眼.,Example:果蠅,w 白眼基因w+

19、 紅眼基因,二、染色體數目的改變,(一)染色體組及其倍性,染色體組(genome)：來自生物一個配子的全部染色體稱為一個染色體組。單倍體(haploid):細胞內含有一個完整染色體組的二倍體（diploid）:含有兩個染色體組的三倍體（triploid）四倍體（tetraploie）多倍體（ployploid):超過兩個染色體組的,●一個染色體組所包含的染色體數，在不同的種屬間不同。列表： 名稱 X

20、 名稱 X 大麥屬 7 煙草屬 12 蔥屬 8 稻屬 12 高梁 10,,,,,同一個染色體組的各個染色體的形態(tài)、結構和連鎖基因群都彼此不同，但它的構成一個完整而協(xié)調的體系；缺少之一造成不育或變異。這是染色體組最基本的特征。,整倍體(euploid):以染色體組為基礎,成套改變染色體數目后形成的個體。如：n, 2n, 3n, 4n, 6n等.非整倍體(an

21、euploid):整倍體中缺少或額外增加一條或幾條染色體的變異類型。如：2n-1, 2n-2, 2n+1, 2n+2, 2n+1+1某些動植物以祖先中的配子染色體數作為基數，用“X”表示，如小麥中，各種小麥配子的染色體數目都是以7為基礎變化，則X=7， 二粒小麥(異源四倍體)：2n=4X=28; 普通小麥(異源六倍體)：2n=6X=42.,,1、二倍體(diploid)：細胞內含有兩套配子的染色體組。

22、,(二)整倍體,2.單倍體(haploid):是指具有配子染色體數（n）的個體。 ① 二倍體植物：n=X 單元單倍體水稻、玉米的單倍體就是一倍體(n=X=12、10)。② 多倍體生物：n≠X 多元單倍體普通煙草的單倍體是二倍體(n=2X=TS=24)；普通小麥的單倍體是三倍體(n=3X=ABD=21)。,單倍體的形成：,①天然：如蜜蜂：雄蜂由未受精的卵發(fā)生而來——單倍體(n=7) ；雌蜂由受精卵發(fā)育而來—二倍體(2n=14)。

23、 ②人工誘導：如用子房或花粉培養(yǎng)。,高等植物單倍體的表現(xiàn),單倍體植物很小，生活力弱，完全不育（n=10, 可育配子1/210）。多倍體產生的單倍體也不育—染色體不平衡。,單倍體通過加倍以后可以得到純二倍體(雙單倍體，amphihaploid)?？s短育種時間，保證基因純合存在，不會發(fā)生分離。,3.多倍體(polyploid),多倍體(polyploid): 超過兩個染色體組的個體或細胞。(1)同源多倍體：具有3個以上相同染色體組的細

24、胞或個體。天然：染色體加倍但未減數配子受精后形成，或核內有絲分裂形成；人工：體細胞加倍——低溫、秋水仙素處理。,①同源多倍體的表型特征：,同源四倍體：染色體加倍，核和細胞體積增大，各器官加大；基因數量加大，產量增加。但也有相反情況。同源三倍體：生活力強，營養(yǎng)器官茂盛，但高度不育。如天然的無子香蕉，人工的無子西瓜、甜菜、蘋果等，可大大提高林木、花卉、水果等產量。,煙草2倍體，4倍體和8倍體葉片表皮細胞的比較,2倍體和4倍體葡萄的比較

25、,②同源多倍體減數分裂,同源三倍體——三價體或二價體+單價體,同源四倍體,各染色體都以四價體或二價體構型出現(xiàn)，配子可育；三價體和單價體染色體不平衡，配子不育。,(2)異源多倍體(allopolyploid):兩個及兩個以上的不相同的物種雜交，形成的雜種加倍以后形成的多倍體。,,Tritcum monococum × Aegilops speltoides 野生一粒小麥

26、 擬斯捭爾脫山羊草 AA（2n=14） BB（2n=14） 雜種AB 加倍

27、 T. dicoccoides × Ae.sguarrosa 野生二粒小麥 方穗山羊草 AABB(2n=28) DD(2n =14)

28、 雜種ABD 加倍 T. spelta

29、 斯捭爾脫小麥 AABBDD(2n=42) 基因突變

30、 普通小麥,,,,,,A.普通小麥形成示意圖,,B.異源八倍體小黑麥： 小麥(AABBDD) ×黑麥(RR)→小黑麥(AABBDDRR, 2n=8X=56=28 Ⅱ),(三)非整倍體,非整倍體(aneuploid):整倍體中缺少或額外增加一條或幾條染色體的變異類型。由二倍體減數分裂時，其中的一對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) ：

31、正常的2n個體單體(monosomy):二倍體中缺少了一條染色體(2n-1)缺體(nullisomy)：二倍體中缺少了一對同源染色體(2n-2)雙單體(dimonosomy)：二倍體中缺少了兩條非同源染色體(2n-1-1)三體(trisomy)：二倍體中增加了一條染色體(2n+1)雙三體(ditrisomy)：二倍體中增加了兩條非同源染色體 (2n+1+1)四體(tetrasomy)：二倍體中增加了一對同源染色體(2n+2)

32、,1.單體和缺體,單體個體成活率低，可出現(xiàn)類似于假顯性的現(xiàn)象。,蝴蝶（2n-1,受精卵第一次分裂丟失一條Y 染色體所產生）,小麥單體：,用單倍體和雙體雜交可得21種單體。小麥單倍體有21條染色體，減數形成的配子只有n、n-1可育， n-1的卵細胞中所缺的可以是21條染色體中的任何一條。單體自交可得缺體(2n-2) 。,普通小麥(n=21)缺體,利用單體和缺體可以進行基因的染色體定位,P: 無眼?野生正常眼

33、 ? F1: 正常眼 ?⊕ F2:正常眼 : 無眼（3 : 1）,證明無眼是隱性的,無眼與4-chr單體(野生型)交配,證明ey在第四染色體上,2.三體,三體對個體的影響比單體小，增加這條染色體對生物體形態(tài)方面的影響因物種不同而異。,曼陀羅12種三體的不同果形,三體自交

34、可產生雙體、三體、和四體。,(四)染色體數目異常與疾病,Down’s Syndrome:先天愚型，21三體綜合癥。Pautau’ Syndrome: 13三體綜合癥。Edwards’ Syndrome: 18三體綜合癥。,常染色體異常,,21三體綜合癥,性染色體異常,先天性卵巢發(fā)育不全綜合征(45，XO； Turner’s Syndrome)先天性睪丸發(fā)育不全綜合征(47，XXY)XYY綜合征,,Klinefelter綜合征：有

35、一對X染色體及一個Y染色體，核型為47，XXY。外貌男性，但不育（無精子產生），青春期乳房發(fā)育，胡須稀少，喉結不明顯，體力較弱。Turner綜合征：也稱先天性卵巢發(fā)育不全綜合征，有一個X染色體。核型為45，XO。外貌女性，乳房不發(fā)育，身材矮小，面容呆板、智力發(fā)育遲緩，無生育能力。XYY綜合征：有一個X染色體及兩個Y染色體，核型為47，XXY?；颊咄獗砟行裕硇痛蠖嗾?，可生育，但身材特別高大，性格受損，表現(xiàn)為極度不安定和不負責；有暴

36、力傾向。,本章小結,,*名詞解釋：多線染色體、缺失、重復、倒位、易位、假顯性、交換抑制因子、平衡致死系或永久雜種、假連鎖、染色體組、整倍體、非整倍體果蠅唾腺染色體及特點：巨大性和伸展性、體聯(lián)會、具橫紋結構、出現(xiàn)泡狀(puff)結構缺失的類型缺失的細胞學效應及遺傳學效應*重復的類型重復的細胞學效應及遺傳學效應*倒位的類型倒位的細胞學效應及遺傳學效應*易位的類型易位的細胞學效應及遺傳學效應*,一、染色體結構變異,染色體組、