7第七章遗传物质的改变染色体畸变

1第七章第七章 染色体畸变染色体畸变染色体畸变染色体畸变(chromosomal aberration):指染色体的结构或数目的改变。染色体结构变异染色体结构变异：由于染色体的断裂而引起的缺失、重复、倒位和易位。染色体数目变异染色体数目变异：包括整倍体变异和非整倍体变异。2第一节 染色体结构变异一、一、一般染色体的形态和结构特点 原核生物的染色体：是一裸露的DNA分子。真核生物的染色体：由DNA、RNA和蛋白质（组蛋白和非组蛋白）组成。染色质 染色体染色体 （间期）（分裂期）螺旋化3短臂短臂着丝粒着丝粒长臂长臂DNA染色单体染色单体4 中部着丝粒染色体（M）亚中着丝粒染色体（SM）亚端着丝粒染色体（ST）端部着丝粒染色体（T）染色体的类型Chromosome5MSMSTT6 异染色质：位于着丝粒附近、末端及某些中 间部分（不含基因、高度重复的 序列、不活跃）。变异不会造成 大的影响。常染色质：基因主要位于常染色质区。变异 会造成严重的后果。染色质7二、二、缺失、重复、倒位、易位缺失、重复、倒位、易位（一）缺失（一）缺失(deletion)1.缺失的类型（1）中间缺失中间缺失(interstitial deletion)：常见（2）末端缺失末端缺失(terminal deletion)：少见 缺失杂合体缺失杂合体(deletion heterozygote)：体细胞内一对染色体中如果有一条带有缺失，另一条正常的个体为缺失杂合体。缺失纯合体缺失纯合体(deletion homozygote)：体细胞内一对染色体都带有相同的缺失，为缺失纯合体。8A B C DA B DA B C DA B C 中间缺失杂合体中间缺失杂合体顶端缺失杂合体顶端缺失杂合体同源染色体联会同源染色体联会A B DA B DCA B CA B C D2.2.缺失的细胞学效应缺失的细胞学效应9A B C DA B C DA B DA B D正常正常A B CA B C 缺失纯合体缺失纯合体缺失纯合体缺失纯合体103.1 3.1 如果缺失的片段较大，如果缺失的片段较大，缺失纯合体致死，缺失杂合缺失纯合体致死，缺失杂合体雄配子致死体雄配子致死 ：表现缺刻翅特征。：表现致死效应。果蝇缺失杂合体3.3.缺失的遗传学效应缺失的遗传学效应113.2 缺失杂合体假显性现象缺失杂合体假显性现象玉米甜粒（susu隐性）非甜粒（SuSu显性）用Xray处理花粉F1少数甜粒12suSusuSususu性母性母细胞细胞生殖生殖细胞细胞F1SusuSu非甜粒甜粒(少数）用用Xray处理花粉处理花粉13人类的猫叫综合症：5q-杂合体，表现为小头，严重的生长异常和智力减退。患者的哭声象猫叫，常在婴儿期或幼儿期夭折。染色体检查表明：患者为第5号染色体短臂缺失杂合体，耳位低下，智商仅20-40。人类的猫叫综合症人类的猫叫综合症 141516人类的猫叫综合症人类的猫叫综合症 1718（二）（二）重复重复(duplication)1.重复的类型及其产生(1)串联重复串联重复/顺接重复顺接重复(tandem duplication)：某区段按照自己在染色体上正常直线顺序重复。(2)反向串联重复反向串联重复/反接重复反接重复(reverse duplication)：某区段在重复时颠倒了自己在染色体上正常直线顺序。(3)替位重复替位重复(displaced duplication)：重复片段插在与固有区段不相连的其他位置上，也可以在其他染色体上。19A B C DA B C DA B C DA B C D C DA B C D DCO P Q R B A串联重复反接重复替位重复重复杂合体重复杂合体(duplication heterozygote)20A B C D EA B C D EA B C D C D E A B EA B C D C D EA B C D EA B C D E A B E同源染色体间发生不等交换同源染色体间发生不等交换串联重复杂合体缺失杂合体212.重复的细胞学效应重复的细胞学效应22 3.重复的遗传学效应重复的遗传学效应重复的遗传学效应比较缓和，但如果重复片段太大会引起严重的表型或个体死亡。例如，果蝇的棒眼就是X染色体上16A区重复的结果。16A区的重复可使小眼数降低，并有累加效应，即重复数愈多，小眼数越少，眼睛越小。进一步研究表明：小眼数不仅与重复区的次数有关，且与重复区的排列位置有关。2324（三）（三）倒位倒位(inversion)1.倒位的类型和细胞学特点倒位的类型和细胞学特点臂内倒位臂内倒位(paracentric inversion)：倒位区段不包括着丝粒，即倒位区位于着丝粒一侧的臂内。臂间倒位臂间倒位(pericentric inversion)：倒位区段包括着丝粒在内。倒位杂合体倒位杂合体(inversion heterozygote):某个体的体细胞内的一对同源染色体由正常染色体和倒位染色体组成。倒位纯合体倒位纯合体(inversion homozygote):某个体的倒位染色体是成对的。25A B C D EA D C B EA B C D EA B C D EA B C D EA B D C E臂间倒位臂内倒位262.倒位细胞学特点倒位细胞学特点很小片段倒位中等大小区段倒位大区段倒位27倒位环倒位环/倒位倒位圈圈果蝇唾腺染色体的倒位环联会期染色体倒位环的结构联会期染色体倒位环的结构283.3.倒位的遗传学效应倒位的遗传学效应o 抑制或明显减少重组的发生抑制或明显减少重组的发生o 倒位杂合体的部分不育倒位杂合体的部分不育29臂内倒位杂合体臂内倒位杂合体d的倒位圈内发生一次交换：着丝粒30 形成的4种配子：2种亲组合正常、2种重组合（即一种为无着丝粒片断、另一种为双着丝粒染色体，大部分为致死）。31dbCDacBA着丝粒臂间倒位杂合体臂间倒位杂合体的倒位圈内发生一次交换:32 所形成的4种配子：2种亲组合配子正常、2种重组合（均为即有重复，又有缺失，大部分为致死）。33o 不论是臂间或臂内倒位，由于倒位圈内发生单交换的产物都带有缺失或重复，不能形成有功能的配子，使倒位圈内的基因表现完全连锁。所以倒位被称为“交换抑制因子”，而抑制是由于交换产物不能保存下去。o 倒位还可使倒位圈附近一些正常顺序基因之间的重组率下降，这是由于在倒位圈附近的联会常常是不紧密的。344.4.倒位在遗传研究中的应用倒位在遗传研究中的应用平衡致死系：平衡致死系：Cy +Cy +Cy +Cy +Cy +S+S+S+S+S致死致死翻翅 星眼Cy-显性翻翅，纯合致死；S-显性星眼，纯合致死 倒位：抑制交换35（四）（四）易位易位(translocation)1.易位的类型和细胞学特点易位的类型和细胞学特点易位易位：是指两对非同源染色体之间某个片段发生转移的现象称易位。简单易位简单易位(simple translocation)相互易位相互易位(reciprocal translocation)整臂易位整臂易位(whole-arm translocation)易位杂合体易位杂合体(translocation heterozygote)易位纯合体易位纯合体(translocation homozygote)36染色体易位的类型图37易位细胞学特点：易位细胞学特点：AADDBBAABBDD单向易位杂合体单向易位杂合体四价体联会成“T字”型38 A B A A A BB11222211双向易位杂合体四价体联会成“十字”型B39AAAABBBB11112222形成可育配子（1）中期此四价体的排列图象呈“8”字型 后期I染色体就以间隔式分向两极，即相隔式分离相隔式分离/交替分交替分离离，产生的配子均可育。40AABB2211AABB1122形成不育配子后期I时，相邻的两条染色体，分向一极，即邻近式分离邻近式分离。邻近式分离有2种可能，结果产生的配子均不育。（2）中期此四价体的排列图象呈“0”字型 412.易位的遗传学效应易位的遗传学效应p 易位杂合体的半不育易位杂合体的半不育(semisterility)易位杂合体的花粉与胚囊各有50%是败育。p 假连锁现象假连锁现象(pseudolinkage)相互易位的杂合体只有发生交互分离才能产生可育配子，从而使非同源染色体上的基因间的自由组合受到限制，这种现象称为假连锁假连锁。42bwbweebw+bw+e+e+bwbweebw+e+bwbweebw+bwe+bwbweebw+bwe+eeF1PF2（致死：缺失、重复）（致死：缺失、重复）1:1bwe（野生型）（褐眼黑檀体）1:1（褐眼黑檀体）(野生型)(相互易位纯合体)果蝇的假连锁现象果蝇的假连锁现象(野生型)(相互易位杂合体)43p 位置效应位置效应(position effect)由基因在染色体上的位置改变而带来表型改变的现象，包括稳定型（S）与花斑型（V）位置效应。44果蝇棒眼与重棒眼果蝇棒眼与重棒眼S型位置效应型位置效应45果蝇的花斑眼果蝇的花斑眼V型位置效应型位置效应46易位在遗传研究中的应用易位在遗传研究中的应用家蚕性别自动鉴别品系家蚕性别自动鉴别品系+w347一、染色体倍性的概念 二、同源多倍体及其遗传表现三、异源多倍体及其遗传表现四、单倍体及其遗传表现五、单倍体、多倍体的利用第二节第二节 染色体数目的整倍性变异染色体数目的整倍性变异48染色体数目的变异包括两大类：整倍体变异整倍体变异：指生物体细胞内的基本染色体组的增减而引起的变异。非整倍体变异非整倍体变异：指生物体细胞基本染色体组内个别染色体数目的增减，而不是整个基本染色体组的增减。整倍体整倍体(euploid)：指具有整倍性染色体的个体。非整倍体非整倍体(aneuploid)：指具有非整倍性染色体个体。49一、染色体倍性的概念染色体倍性的概念 o 染色体组(genome)o 基本染色体组(basic number)50染色体组染色体组(genome)染色体组染色体组:指来自二倍体或多倍体生物一个配子的全部染色体，包括一定数目，一定形态结构和一定基因组成的染色体群，称为一个染色体组。以n来表示，2n表示体细胞的染色体数。例如：二倍体人类，n=23，2n=46。51染色体基数（基本染色体组）染色体基数（基本染色体组）染色体基数染色体基数(basic number):是指二倍体二倍体生物一个配子的全部染色体组成，以X表示。X与n的关系：两者有时相同，有时不同。一个染色体组n可以由1个或多个基本染色体组X组成。例如：二倍体人类：2n=2x=46,n=X=23普通小麦体细胞(异源六倍体)：含6个基本染色体组，仅含2个染色体组，2n=6X=42,n=3X=2152二、同源多倍体及其遗传表现同源多倍体及其遗传表现 1.同源多倍体概念2.同源多倍体特点（与二倍体比较）3.同源多倍体形成531.1.同源多倍体概念同源多倍体概念 从来源上看，通过二倍体本身的染色体加倍而成的是同源染色体。常见的为三倍体或四倍体。在植物中较常见，而罕见于动物。542.2.同源多倍体同源多倍体特点特点 1.巨大性：植株比二倍体的高大，器官也大。叶片上的气孔也大，但细胞数目没有增多。2.代谢活性增强。植株内各类代谢产物（比如：糖、蛋白质等）含量比正常的要高。3.发育迟缓，结实率下降55p 自然形成：同株植物减数分裂异常2X配子4X同源四倍体2X配子相互结合某部位受机械损伤4X细胞有丝分裂异常4X个体3.同源多倍体形成同源多倍体形成56p 人工方法：1.物理方法：高温处理、射线、激光、超声波、。2.化学药剂：如用秋水仙素碱成功诱变出水稻、大麦、西瓜、板栗等多种四倍体植物。574.同源多倍体遗传表现同源多倍体遗传表现 p 配子的形成 p 遗传方式 58同源四倍体在减数分裂中的可能配对方式同源四倍体在减数分裂中的可能配对方式不同程度的不育性59同源三倍体联会的可能方式同源三倍体联会的可能方式60同源多倍体遗传方式同源多倍体遗传方式二倍体：同质结合AA、aa 异质结合Aa 同源四倍体：同质结合AAAA、aaaa 异质结合AAAa、AAaa、Aaaa 61测交：假设形成四价体 Aa aa AAaa aaaa 表现型：1A：1a？62 Aa aa AAaa aaaa 表现型：1A：1a 5A：1a 63配子：1AA：4Aa：1aa同源四倍体同源四倍体AAaa二显体的基因分离二显体的基因分离64同源四倍体某座位的等位基因按染色体随机分离同源四倍体某座位的等位基因按染色体随机分离基因型配子种类和比率自交子代基因型及比率自交子代表型及比率AA Aa aaA4 A3a A2a2 Aa3 a4A aAAAa三显体1 11 2 1全部AAAaa二显体1 4 11 8 18 8 135A：1aAaaa单显体 1 1 1 2 13A:1a 65三、异源多倍体及其遗传表现异源多倍体及其遗传表现 1.异源多倍体概念2.异源多倍体形成 3.异源多倍体遗传表现 661.1.异源多倍体概念：异源多倍体概念：异源多倍体异源多倍体(allopolyploid)是指由不同物种或属的基本染色体组加倍而形成的多倍体，如普通小麦为异源六倍体（2n=6x=42,AABBDD)。671.不同种属个体间杂交的杂种后代经过自然或人为地使体细胞加倍而形成 AA BB AB AABB2.杂种减数分裂不正常，形成2X配子，2X配子与2X配子结合而形成的4X多倍体，这种异源四倍体叫双二倍体2（2X）AA BB AA+BB AABB3.不同种属的同源四倍体类型杂交而形成的 AAAA BBBB AABB2.2.异源多倍体形成异源多倍体形成(以异源四倍体为例以异源四倍体为例)：加倍加倍683.3.异源多倍体异源多倍体遗传表现：遗传表现：在偶数倍的异源多倍体体细胞内，由于基本染色体组的数目为偶数，即同源染色体是成对的，故减数分裂时和二倍体相似，即遗传表现与二倍体相似。69各种多倍体的来源及其相互关系各种多倍体的来源及其相互关系如普通小麦的形成如普通小麦的形成70异源六倍体普通小麦可能的起源途径异源六倍体普通小麦可能的起源途径71四、单倍体及其遗传表现四、单倍体及其遗传表现 单倍体单倍体(haploid)：是指体细胞内具有本物种配子染色体数目的个体。类型类型:(1)自然条件下-正常单倍体（苔藓植物的配子体、雄蚁、雄蜂）(2)人工条件下-通过花粉的离体培养72p 高等植物的单倍体与二倍体比较：体型弱小，包括根、茎、叶、花等器官都较小,有时出现白化苗，且表现高度不育。例如：玉米单倍体n10，形成有效配子的概率为(1/2)10。p正常单倍体是可育的:例如雄蜂(n=16)：拟减数分裂-减数分裂省略了一过程即相当于有丝分裂形成含n条染色体的配子。单倍体及其遗传表现单倍体及其遗传表现73五、单倍体、多倍体的利用五、单倍体、多倍体的利用 植物单倍体植物多倍体741.单倍体在植物育种中有重要的意义因为用秋水仙素处理单倍体，可以等到完全纯合的二倍体，后代整齐一致不发生分离，从这样的纯系二倍体中进行选择，可大大加快育种速度。例如：一般的杂交育种至少需要5年以上才能成一个品种，因杂种须经一个分离纯化过程。752.植物多倍体在生产上有重要意义例如：四倍体番茄的维生素C比二倍体约多一倍，四倍体萝卜的主根粗大、产量高。三倍体西瓜几乎没有种子，味特甜，产量高，又称无籽西瓜。763.3.无籽西瓜的培育过程（无籽西瓜的培育过程（2n=222n=22）秋水仙素用二倍体植株的花粉刺激三倍体的雌花，子房发育成果实，即得到无籽西瓜。77第三节第三节 染色体数目的非整倍性变异染色体数目的非整倍性变异 一、非整倍体的类型及其发生 二、单体、缺体在基因定位上的应用三、三体的细胞遗传学特点四、染色体变化在进化中的意义 78一、非整倍体的类型及其发生非整倍体的类型及其发生 非整倍体非整倍体(aneuploid)是指体细胞的基本染色体组内的个别染色体数目有所增减，从而使体细胞内的染色体数目成非整倍性的个体叫非整倍体。79801.1.单体及其发生单体及其发生 单体单体(monosome)：二倍体生物的体细胞(2n)中的某一对染色体缺少了一条，使染色体数目成2n-1，这种类型称为单体。形成：形成：正常二倍体生物(2n)在减数分裂时，个别染色体活动异常，形成n、n-1、n+1配子。n-1 n2n1（单体）812.缺体及其发生缺体及其发生 缺体缺体(mullisome)：二倍体生物的体细胞中缺少了一对同源染色体，使染色体数目成2n2，这种类型称为缺体。形成：形成：正常二倍体生物在减数分裂时，个别染色体活动异常，形成n、n-1、n+1配子。n-1 n-12n2（缺体）(配子缺少的是同一染色体)823.三体及其发生三体及其发生 三体三体(trisome)：二倍体的体细胞内的染色体增加一条，使染色体总数为2n1，这种类型称为 三体。形成形成 n+1 n2n+183同种染色体添加方式得到三体：同源四倍体4X二倍体2X三倍体3X二倍体2X配子X配子X+1配子X2X+184nn-1n+1n2n2n-1(单体)2n+1(三体)n-12n-1(单体)2n-2(缺体)2n-1-1(双单体)2nn+12n+1(三体)2n2n+2(四体)2n+1+1(双三体)原因：减数分裂异常，导致非整倍体的出现原因：减数分裂异常，导致非整倍体的出现85二、单体、缺体在基因定位上的应用单体、缺体在基因定位上的应用 单体是应用于遗传分析上的重要材料，利用小麦单体和缺体材料通过杂交可以鉴定某品种有关基因所在的染色体。86例如：小麦长芒基因h（隐性）、无芒基因H（显性），h在哪条染色体上？中国春4B单体（无芒H）京红1号（长芒h）F1长芒（4B单体）出现什么现象？87例如：小麦长芒基因h（隐性）、无芒基因H（显性），h在哪条染色体上？中国春4B单体（无芒H）京红1号（长芒h）F11/2长芒（4B单体）出现出现假显性假显性现象现象：由于H所在的4B染色体缺少，使得来自京红1号的4B上的h表现出长芒这一性状，故把h定于B组的4号染色体上。88三、三体的细胞遗传学特点及应用三体的细胞遗传学特点及应用 89基因定位：基因定位：90三级三体大麦：三级三体大麦：2号染色体上：ms 隐性，性不育 r 隐性，黄色种皮额外染色体上：Ms 显性，性可育 R 显性，褐色种皮配制杂种：配制杂种：91三级三体大麦的保持和利用三级三体大麦的保持和利用92四、染色体变化在进化中的意义染色体变化在进化中的意义 生物在进化中通过染色体畸变如倒位、易位等使染色体的结构和数目发生了广泛的改变，以至形成新的物种。93第四节第四节 人类染色体数目异常和疾病人类染色体数目异常和疾病 1.先天愚型/唐氏综合征(Downs syndrome)/21三体2.Patau综合征/13三体3.Edwards综合征/18三体941.“先天愚型先天愚型”-DownDown氏综合症（氏综合症（2121三体）三体）p 群体发病率:1/700p 症状:眼裂小，舌常外伸并有舌裂，掌纹异常，生长迟缓，智力低下。p病因：47(2n+1),21号染色体多一条95DownDown氏综合症氏综合症（21三体）9697982121单体综合症单体综合症99100Pataus综合征-13三体 1960年，Patau首先描述了一个具有一条额外13号染色体的婴儿，故又称为13三体综合征（trisomy 13），核型为47，XX/XY，+13，发生率为1/5000。患儿女性多于男性，其畸形和临床特征比21三体要严重，如小头、兔唇、先天性心脏病、严重智力迟钝。90%在出生后6个月内死亡。估计平均寿命为130天。101102103Edwards综合征-18三体核型为47，XX/XY，+18，又称为18三体（trisomy 18），另有1018%为48，XXX/XXY，+18。发生率以为1/10000。18三体导致严重畸形，在出生后不久死亡，平均年龄仅71天。其畸形几乎遍及所有器官系统，此外95%的患儿有先天性心脏病，是婴儿致死的重要原因。104105106