染色体畸变的遗传分析最新版课件

染色体畸变的遗传分析染色体畸变的遗传分析1染色体畸变的遗传分析染色体畸变的遗传分析染色体畸变（染色体畸变（Chromosome Aberration）染色体结构的变化染色体结构的变化染色体数目的变化染色体数目的变化3染色体畸变（Chromosome Aberration）3Structural variation of chromosome4Structural variation of chro染色体遗传分析的理想材料玉米：玉米：染色体形态上可以区分，特别是减数分裂粗线期，此时染色体为细长的染色丝，着丝粒的位置、两臂的相对长短、结节（knob）、染色丝上着色较浓的染色粒（chromomere）的分布，以及原有排列顺序的改变都是畸变的明确证据。5染色体遗传分析的理想材料玉米：5果蝇唾腺染色体nDrosophila Salivary gland chromosome：是存在于双翅目昆虫，如果蝇，摇蚊幼虫消化道(尤其是唾液腺)细胞有丝分裂间期间期核中的一种可见的、巨大的染色体。6果蝇唾腺染色体Drosophila Salivary gla果蝇唾腺染色体的产生n果蝇幼虫(三龄)的唾腺发育到一定阶段，细胞不再分裂，停留在间期，构成一个永久间期系统。但核内染色体却在不断复制。7果蝇唾腺染色体的产生果蝇幼虫(三龄)的唾腺发育到一定阶段，细多倍体植物可成活，但长得弱小-普通小麦21种缺体都能够生存。中间重复染色体与正常染色体联会时，会出现一环状突起(重复环duplication loop)。核型：47，XYY；Muller(1890-1967)果蝇幼虫(三龄)的唾腺发育到一定阶段，细胞不再分裂，停留在间期，构成一个永久间期系统。See movie 4 movie 5See movie 4 movie 5基因单个两个，成为一个完全纯合的个体。二倍体（diploid）：含有二个染色体组的个体或成因：精子发生的不分离；常染色体病非整倍性改变Give all of the possibilities,please.缺失致死：缺失片段大小不同，遗传学效应不同。研究发现，人类的2号染色体就是由巨猿的两条近端着丝粒染色体经Robertson 易位而形成的。(1)单体：丢失某条染色体。在幼虫发育不同时期，活跃表达的基因(转录)形成的特殊泡状结构称为puff，或称染色体疏松。-染色体不分离(nondisjunction)-染色体不分离(nondisjunction)萝卜甘蓝2n=4X=36（异源四倍体（双二倍体）81.巨大而伸展n间期细胞的染色质螺旋化程度低，处于充分伸展状态，使染色体变得相当巨大，是其它体细胞中期染色体长度的100200倍，因此也称巨型染色体，又称多线染色体。果蝇唾腺染色体的特点What?8多倍体植物可成活，但长得弱小-普通小麦21种缺体都能够生n间期细胞核内每条染色体正常复制达210215次，但不发生着丝粒分裂和染色单体分离，导致一条染色体的单体数目成倍增长，使每条染色体中的染色线(染色单体)多达5001000条，平行排列成宽而长的带状物，故又称多线染色体。Polytene chromosome只复制只复制 不分离不分离9间期细胞核内每条染色体正常复制达210215次，但不发生着1010反向串联重复：重复片段与固有片段的基因排列顺序相反效应：重复区段内的基因重复，导致基因间关系失衡，进而影响个体生活力。间期细胞核内每条染色体正常复制达210215次，但不发生着丝粒分裂和染色单体分离，导致一条染色体的单体数目成倍增长，使每条染色体中的染色线(染色单体)多达5001000条，平行排列成宽而长的带状物，故又称多线染色体。自发产生：普通小麦、棉花、烟草、油菜和甘蔗等都是异源多倍体，它们是长期进化的产物。发病率：1/1250；随着分裂进行，十字形图像逐渐开放形成环形或双环状的“8”字形结构8号染色体长臂的一部分(8q24-ter)和14号染色体长臂的一部分(14q32-ter)发生相互易位，产生的异常的染色体14q+和8q-染色体。-染色体不分离(nondisjunction)(ABCD)(ABC)利用倒位抑制交换，使两个非等位的隐性致死基因永远杂合地处于一对同源染色体的紧密连锁的位点上。1960年由Edward首次报道。性染色体病非整倍性改变多倍体（polyploid）：细胞或个体中的染色体组数同源多倍体主要依靠无性繁殖途径人为产生和保存，如人工创造的同源三倍体香蕉。臂间倒位(pericentric inversion)：包括着丝粒的倒位，倒位区段涉及染色体的两个臂。-Edward syndrome(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)同源三倍体在前期或形成一个三价体，或形成一个二价体和一个单价体。倒位抑制交换，使两个非等位的隐性致死基因永远杂合地处于一对同源染色体的紧密连锁的位点上。易位是新物种起源的重要途径。大熊猫与熊染色体的比较人（human）与黑猩猩（chimp）、大猩猩（gorilla）、猩猩（orangutan）、长臂猿（gibbon）的进化历程：112.体联会(somatic synapsis)：n体细胞在有丝分裂过程中出现同源染色体联会现象。n同源染色体紧密配对，各对染色体的着丝粒集中形成染色中心(chromocenter)，各同源染色体从染色中心向外伸展。反向串联重复：重复片段与固有片段的基因排列顺序相反112.3.有横纹结构n由于每条染色体在不同区段螺旋化程度不一，因而出现一系列宽窄不同、染色深浅不一或明暗相间的横纹。123.有横纹结构区段横纹X3C7124.出现puff结构 n在幼虫发育不同时期，活跃表达的基因(转录)形成的特殊泡状结构称为puff，或称染色体疏松。这是螺旋化的染色体局部解旋的结果。n这些特殊的疏松区段转录100次左右，是为了产生幼虫期和蛹期所需要的非常大量的丝状蛋白质的mRNA。134.出现puff结构 131414Types of changes in chromosome structure 染色体结构变异的类型染色体结构变异的类型n缺失缺失 Deletionn重复重复 Duplicationn倒位倒位 Inversionn易位易位 Translocation15Types of changes in chromosomenDNA分子通过断裂（physical breakage）和重接（rejoining）进而导致染色体的重组（Chromosome rearrangements）。n可以是自发的（spontaneously）也可以由外界因素导致，如温度剧变、物理射线、化学诱变剂等。n断裂的结果：正确重接复原；错误重接结构变异染色体结构变异的机制染色体结构变异的机制Mechanisms of change 16DNA分子通过断裂（physical breakage）和重有什么后果发生？减数分裂时发生什么？17概念有什么后果发生？减数分裂时发生什么？细胞学效应遗传学效应nDeletion:染色体丢失某一片断，使之位于该片段上的基因也随之丢失。vType:末端缺失：断裂一次末端缺失：断裂一次中间缺失：断裂二次中间缺失：断裂二次Interstitial deletionTerminal deletion缺 失18Deletion:染色体丢失某一片断，使之位于该片段上的基因环状染色体环状染色体19环状染色体19中间缺失nInterstitial deletion:在染色体臂上发生两处断裂，中间片段脱离后，近侧段和远侧段的片段断彼此连接，形成新的染色体。4q254q254q134q1320中间缺失Interstitial deletion:在染色体缺失的细胞学和遗传学效应(1)细胞学效应n在减数分裂同源染色体联会时，缺失体出现特征性的环状结构缺失环(deletion loop)。21缺失的细胞学和遗传学效应(1)细胞学效应21二、性染色体非整倍性改变自发产生：普通小麦、棉花、烟草、油菜和甘蔗等都是异源多倍体，它们是长期进化的产物。在幼虫发育不同时期，活跃表达的基因(转录)形成的特殊泡状结构称为puff，或称染色体疏松。花斑型位置效应：有一种类型的果蝇，其野生型红眼基因(w+)从X染色体第1常染色质区易位至第4染色体的异染色质区，抑制了其在某些细胞的表达程度，使杂合体表现为红、白的体细胞镶嵌的斑驳色眼。物种AA物种BB种间杂种AB(二倍体)但核内染色体却在不断复制。Structural variation of chromosome臂间倒位(pericentric inversion)：包括着丝粒的倒位，倒位区段涉及染色体的两个臂。概念：具有3个以上相同染色体组的细胞或个体。癌基因的转录、翻译增强，导致细胞恶性转化。genome也译为基因性染色体病非整倍性改变重复形成的机理：同源染色体的不等交换多倍体植物可成活，但长得弱小-普通小麦21种缺体都能够生存。(ABC)(ABC)研究发现，人类的2号染色体就是由巨猿的两条近端着丝粒染色体经Robertson 易位而形成的。概念：具有3个以上相同染色体组的细胞或个体。-Edward syndrome-染色体不分离(nondisjunction)整倍体(euploid):以染色体组为基础,成套改变随着分裂进行，十字形图像逐渐开放形成环形或双环状的“8”字形结构(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)缺失的遗传效应取决于缺失片段的长短n缺失致死：缺失片段大小不同，遗传学效应不同。大片段缺失甚至在杂合状态下也是致死的。X染色体的缺失则是半合子致死。(2)遗传学效应22二、性染色体非整倍性改变 缺失的遗传效应取决于假显性假显性：如果缺失的部分包括显性基因，则如果缺失的部分包括显性基因，则缺失对应的隐性基因得以表现。缺失对应的隐性基因得以表现。23假显性：如果缺失的部分包括显性基因，则缺失对应的隐性基因得假显性现象假显性现象n果蝇X染色体缺失 Notch基因导致翅膀后端边缘缺刻(Notch phenotype).n假显性：缺刻果蝇表现为白眼显性(正常情况下红眼显性，白眼隐性)。缺刻果蝇唾腺染色体的检查缺刻果蝇唾腺染色体的检查表明，表明，X染色体丢失了染色体丢失了45条条横纹，包括红眼基因。横纹，包括红眼基因。24假显性现象果蝇X染色体缺失 Notch基因导致翅膀后端边缘缺缺刻表型的3种特殊现象及其解释F1雄蝇中无缺刻翅表型雄蝇中无缺刻翅表型F1缺刻雌蝇都是白眼缺刻雌蝇都是白眼F1雌雄比例由雌雄比例由1:1成成2:125缺刻表型的3种特殊现象及其解释F1雄蝇中无缺刻翅表型F1缺刻人人5P引起的猫叫综合征（引起的猫叫综合征（cri-du-chat syndrome）患儿一般表现为智力低下，生长发育迟缓，两眼距离较远、外眼角患儿一般表现为智力低下，生长发育迟缓，两眼距离较远、外眼角下斜、鼻梁低平、耳位低、下颌小、喉肌发育不良，哭声轻、音调高很像猫下斜、鼻梁低平、耳位低、下颌小、喉肌发育不良，哭声轻、音调高很像猫叫，而其最明显的特征是哭声类似猫叫，猫叫综合征由此得名；常伴有先天叫，而其最明显的特征是哭声类似猫叫，猫叫综合征由此得名；常伴有先天性心脏病，因而在婴、幼儿期就夭折，少数活至成年。性心脏病，因而在婴、幼儿期就夭折，少数活至成年。26人5P引起的猫叫综合征（cri-du-chat syndr Duplication:两条同源染色体在不同点断裂，交换后重接。Type:串联重复：重复片段紧接在固有的区段之后，两者的基因顺序一致。反向串联重复：重复片段与固有片段的基因排列顺序相反 重重 复复(dup)(dup)27 Duplication:两条同源染色体在不同点断裂，交换后重复形成的机理：同源染色体的不等交换重复形成的机理：同源染色体的不等交换1.产生原因产生原因重复形成的机理：同源染色体的不等交换1.产生原因2.重复的细胞学效应重复的细胞学效应中间重复染色体与正常染色体联会时，会出现一环状突起(重复环duplication loop)。环状结构是环状结构是重复重复染色体染色体相应部分相应部分292.重复的细胞学效应环状结构是重复染色体相应部分293.重复的遗传学效应ndosage effect：n效应：重复区段内的基因重复，导致基因间关系失衡，进而影响个体生活力。n剂量：影响程度与重复片段大小以及重复纯合体与杂合体有关。重复造成的果蝇棒眼重复造成的果蝇棒眼典型例子典型例子剂量效应303.重复的遗传学效应重复造成的果蝇棒眼典型例子剂量效应30果蝇棒眼的剂量效应3131果蝇棒眼的剂量效应3131果蝇棒眼重复基因产生原因32果32A.H.A.H.SturtevantSturtevantA.H.Sturtevant在新生婴儿中的发病率为1/5000。末端缺失：断裂一次 发病机制2：在受精卵的早期卵裂阶段发生 细胞遗传学研究：X染色质(+)，Y染色质(-)人（human）与黑猩猩（chimp）、大猩猩（gorilla）、猩猩（orangutan）、长臂猿（gibbon）的进化历程：基因单个两个，成为一个完全纯合的个体。Turner Syndrome的临床特点：半不育现象（semisterility）组,指正常配子中所带有的全部基因。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；臂内倒位(paracentric inversion)：不包括着丝粒的倒位，倒位区段在染色体一个臂的范围内。Translocation：两条非同源染色体同时发生断裂，一条染色体的断片接到另一条染色体上。二倍体（diploid）：含有二个染色体组的个体或Terminal deletion抑制因子(crossover repressor，C)：仅仅是一种遗传学现象，其表现就是倒位杂合体的后代部分(50%)不育。-方法二人类染色体和黑猩猩4号染色体的比较玉米同源八倍体植株比同源四倍体短而壮，但不育。-染色体不分离(nondisjunction)本质：仍发生重组，但重组产物缺失或重复，使配子功能不全，无法形成合子，因而交换结果观测不到。DNA分子通过断裂（physical breakage）和重接（rejoining）进而导致染色体的重组（Chromosome rearrangements）。如：西葫芦的果形变异，二倍体(梨形)四倍体(扁圆形)；回复突变回复突变棒眼棒眼野生型野生型超棒眼超棒眼野生型野生型C.B.BridgesC.B.Bridges在新生婴儿中的发病率为1/5000。回复突变棒眼野生型超棒眼例：人类的血红蛋白病融合基因：两种非同源基因的部分片段拼接而成的基因。是减数分裂时同源染色体之间错位配对引发不等交换的结果。35例：人类的血红蛋白病融合基因：两种非同源基因的部分片段拼接而nInversion:一条染色体发生两次断裂，中间的断片转动180后重接。v倒位不改变染色体基因的数量，倒位不改变染色体基因的数量，只造成基因的重排。只造成基因的重排。倒倒 位位(inv)(inv)36Inversion:一条染色体发生两次断裂，中间的断片转动11.倒位倒位(inversion)(inversion)的的类型型臂间臂间倒位(pericentric inversion)：包括着丝粒的倒位，倒位区段涉及染色体的两个臂。臂内臂内倒位(paracentric inversion)：不包括着丝粒的倒位，倒位区段在染色体一个臂的范围内。371.倒位(inversion)的类型臂间臂间倒位(periOrigin of Inversion倒倒 位位 机机 制制38Origin of Inversion倒 位 机 制32.倒位的细胞学效应倒位的细胞学效应(2)倒位片段很长：倒位的染色体可能倒过来使其倒位区段与正常的同源区段配对，而未倒位的末端部分不配对。(1)倒位片段很小：倒位片段很小：倒位部分不配对，其余区段配倒位部分不配对，其余区段配对正常；对正常；392.倒位的细胞学效应(2)倒位片段很长：倒位的染色体可能倒过(3)倒位片段适当大小，联会时倒位染色体与正常染色体所联会的二价体就会在倒位区段内形成“倒位环”(inversion loop)。Single inversionMultiple inversion40(3)倒位片段适当大小，联会时倒位染色体与正常染色体所联会的低等生物：单倍体是大多数低等植物生命的主要阶段，故不存在育性的问题。13三体综合征(trisomy 13 syndrome)第四节 染色体数目异常与人类疾病末端缺失：断裂一次研究发现，人类的2号染色体就是由巨猿的两条近端着丝粒染色体经Robertson 易位而形成的。倒位抑制交换，使两个非等位的隐性致死基因永远杂合地处于一对同源染色体的紧密连锁的位点上。3 ：1 Turner Syndrome的遗传机制：成因：精子发生的不分离；萝卜甘蓝2n=4X=36（异源四倍体（双二倍体）癌基因的转录、翻译增强，导致细胞恶性转化。思考题一：细胞遗传学检查得知一个男性患者的核型是48，XXXY。与二倍体相比，高等生物单倍体的细胞、组织、器官和整个植株均较正常个体弱小。DNA分子通过断裂（physical breakage）和重接（rejoining）进而导致染色体的重组（Chromosome rearrangements）。13三体综合征(trisomy 13 syndrome)二倍体（diploid）：含有二个染色体组的个体或染色体形态上可以区分，特别是减数分裂粗线期，此时染色体为细长的染色丝，着丝粒的位置、两臂的相对长短、结节（knob）、染色丝上着同源多倍体：增加的染色体组来自同一物种，一般由二倍体直接加倍产生。方法二：用倒位抑制效应设计平衡致死系染色体畸变（Chromosome Aberration）物种AA物种BB种间杂种AB(二倍体)单倍体：含有配子染色体数目的细胞或个体。nMost inversions do not result in an abnormal phenotypenIf one end of an inversion lies within the DNA of a gene,inversion can affect phenotype3.倒位的遗传学效应倒位的遗传学效应41低等生物：单倍体是大多数低等植物生命的主要阶段，故不存在育性 交换抑制 交换抑制应用-平衡致死系423.倒位的遗传学效应倒位的遗传学效应 交换抑制423.倒位的遗传学效应(1)抑制倒位区内重组倒位抑制重组发生现象：现象：倒位染色体形成配子时不再发生重组。本质：仍发生重组，但重组产物缺失或重复，使配子功能不全，无法形成合子，因而交换结果观测不到。重组发生但无法检出!43(1)抑制倒位区内重组倒位抑制重组发生现象：重组发生但无4444该现象又称为交换抑制因子(crossover repressor，C)：仅仅是一种遗传学现象，其表现就是倒位杂合体的后代部分(50%)不育。See movie 2 movie 345该现象又称为交换See movie 245突变基因的保存：n保存突变基因应以纯合体形式，因为只有纯合体是真实遗传的。但对于隐性致死基因，则只能以杂合体形式保存。v在每代通过性状观察，淘汰纯合野生型，只保留在每代通过性状观察，淘汰纯合野生型，只保留杂合体继续繁殖。杂合体继续繁殖。(2)平衡致死系方法46突变基因的保存：在每代通过性状观察，淘汰纯合野生型，只保留pMuller提出一巧妙方法：用另一致死基因来“平衡”。Herman J.Muller(1890-1967)Morgan的学生的学生 平衡致死系平衡致死系(永久杂种永久杂种)(balanced lethal system或或permanent hybrid)：利用交换的：利用交换的抑制效应，为抑制效应，为同时保存两个隐性致死基因同时保存两个隐性致死基因而设立的果蝇品系。而设立的果蝇品系。47Muller提出一巧妙方法：Herman J.Muller(n两个隐性致死基因紧密连锁极不易发生交换；-方法一n利用倒位抑制交换，使两个非等位的隐性致死基因永远杂合地处于一对同源染色体的紧密连锁的位点上。-方法二原 理48两个隐性致死基因紧密连锁极不易发生交换；原 理482024/6/2749方法一：永久杂种法方法一：永久杂种法用用两个紧密链锁的致死基因两个紧密链锁的致死基因相互相互“平衡平衡”，达到同时保达到同时保存两个致死基因的目的。存两个致死基因的目的。果蝇果蝇3染色体上两个紧密链锁的基因染色体上两个紧密链锁的基因(均为隐性致死均为隐性致死基因基因)：显性基因显性基因D(Dichaete，展翅，展翅)：使双翅向两侧展开；：使双翅向两侧展开；显性基因显性基因Gl(Glued，粘胶眼，粘胶眼)：使果蝇复眼表面似有：使果蝇复眼表面似有一层粘胶而无光亮。一层粘胶而无光亮。例子492023/8/1149方法一：永久杂种法用两个紧密链锁的致死展展 翅翅D +粘胶眼粘胶眼+Gl+展展 翅翅D +展翅粘胶眼展翅粘胶眼D +Gl野生型野生型+粘胶眼粘胶眼+Gl展翅又粘胶眼F1永久杂种平衡致死系的形成50展 翅D +粘胶眼+永久杂种并非真实不分离，但可真实遗传永久杂种并非真实不分离，但可真实遗传永久杂种死死 亡亡D +D +展翅粘胶眼展翅粘胶眼D +Gl展翅粘胶眼展翅粘胶眼D +Gl展翅粘胶眼展翅粘胶眼D +Gl+Gl+Gl死死 亡亡展翅粘胶眼展翅粘胶眼D +GlF1F251永久杂种并非真实不分离，但可真实遗传永久杂种死 亡D 2024/6/2752方法二：用倒位抑制效应设计平衡致死系方法二：用倒位抑制效应设计平衡致死系倒位抑制交换，使两个非等倒位抑制交换，使两个非等位的隐性致死基因永远杂合位的隐性致死基因永远杂合地处于一对同源染色体的紧地处于一对同源染色体的紧密连锁的位点上。密连锁的位点上。果蝇第果蝇第2染色体上的显性基因染色体上的显性基因Cy(Curly)。杂合子。杂合子Cy/+表表现为双翅向背面卷曲，纯合子现为双翅向背面卷曲，纯合子Cy/Cy致死。致死。Cy品系果蝇的第品系果蝇的第2染色体左臂染色体左臂(2L)和右臂和右臂(2R)均存在自均存在自发倒位，整个第发倒位，整个第2染色体的交换几乎全被抑制。因此第染色体的交换几乎全被抑制。因此第2染染色体上任何致死基因都可以用色体上任何致死基因都可以用Cy来平衡。来平衡。举例522023/8/1152方法二：用倒位抑制效应设计平衡致死系倒与二倍体相比，高等生物单倍体的细胞、组织、器官和整个植株均较正常个体弱小。3 ：1平衡致死系(永久杂种)(balanced lethal system或permanent hybrid)：利用交换的抑制效应，为同时保存两个隐性致死基因而设立的果蝇品系。2号染色体可能是熊的1、9号易位；因此第2染色体上任何致死基因都可以用Cy来平衡。基因单个两个，成为一个完全纯合的个体。-先天愚型，Downs syndromeCharacteristics:智力低下、发育迟缓、多发畸形。Origin of Inversion若均以四价体或二价体的构型出现，则形成的配子多数是可育的。例：选择星状眼的隐性致死基因(S)与其平衡:多倍体（polyploid）串联重复：重复片段紧接在固有的区段之后，两者的基因顺序一致。Drosophila Salivary gland chromosome：是存在于双翅目昆虫，如果蝇，摇蚊幼虫消化道(尤其是唾液腺)细胞有丝分裂间期核中的一种可见的、巨大的染色体。第二节 染色体数目的变异成因：卵子发生的不分离；研究发现，人类的2号染色体就是由巨猿的两条近端着丝粒染色体经Robertson 易位而形成的。细胞，2n=2X。Multiple inversion2倍体和4倍体葡萄的比较同源三倍体在前期或形成一个三价体，或形成一个二价体和一个单价体。染色体组的倍数性有一定限度，超过限度其器官和组织就不再增大，甚至导致死亡。例：选择星状眼的隐性致死基因例：选择星状眼的隐性致死基因(S)与其平衡与其平衡:v(S/+)：星状眼，：星状眼，(S/S)：隐性致死：隐性致死v卷翅果蝇与待保留致死基因卷翅果蝇与待保留致死基因(S)果蝇杂交果蝇杂交Cy SCy SCy Cy 死亡死亡保存保存死亡死亡SSCy S53与二倍体相比，高等生物单倍体的细胞、组织、器官和整个植株均较Translocation：两条非同源染色体同时发生断裂，一条染色体的断片接到另一条染色体上。vType:简单易位简单易位嵌入易位嵌入易位相互易位相互易位易易 位位(T)(T)54Translocation：两条非同源染色体同时发生断裂，一易位易位(TranslocationTranslocation)的类型的类型易位(Translocation)的类型罗伯逊易位罗伯逊易位罗伯逊易位罗伯逊易位发生在两条近端着丝粒染色体间；两长臂形成一条大的亚中着丝粒染色体；两短臂也彼此连接成一条小染色体，含很少基因，一般在细胞分裂的过程中消失；染色体数目减少，但染色体染色体数目减少，但染色体臂数不变。臂数不变。57罗伯逊易位发生在两条近端着丝粒染色体间；染色体数目减少，但染58易位的细胞学效应 n相互易位杂合体在中期由于同源部分紧密配对而出现特征性的十字形图像。n随着分裂进行，十字形图像逐渐开放形成环形或双环状的“8”字形结构5858易位的细胞学效应 相互易位杂合体在中期由于同源部分紧密相互易位杂合体在减数分裂过程中的分离方式示意图相互易位杂合体在减数分裂过程中的分离方式示意图相互易位杂合体在减数分裂过程中的分离方式示意图3.易位的遗传学效应 假连锁现象假连锁现象(pseudolinkage)花斑型位置效应花斑型位置效应(variegated position effect)基因重排导致癌基因基因重排导致癌基因(oncogene)激活激活603.易位的遗传学效应 假连锁现象(pseudolinkagnPseudolinkage:非同源染色体上的基因在形成配子时，相互不能自由组合的现象。假连锁现象易位杂合体在减数分裂时只有相易位杂合体在减数分裂时只有相间分离的产物可育，间分离的产物可育，而相邻分离而相邻分离的产物不可育，的产物不可育，由此导致子代无由此导致子代无自由组合类型，表现为类似连锁自由组合类型，表现为类似连锁的现象。的现象。61Pseudolinkage:非同源染色体上的基因在形成配子时效应：重复区段内的基因重复，导致基因间关系失衡，进而影响个体生活力。常伴有先天性心脏病，因而在婴、幼儿期就夭折，少数活至成年。Klinefelter Syndrome的临床特点：形态特征：表现大型性movie 3二、整倍体及其遗传特征1866年英国医生Langdon Down首次作临床描述。永久杂种平衡致死系的形成如曼陀罗4x=48 香焦3x=33 黄花菜3x=33。倒位抑制交换，使两个非等位的隐性致死基因永远杂合地处于一对同源染色体的紧密连锁的位点上。(2)异源多倍体的形成：概念：两个及两个以上的物种杂交，形成的杂种加倍以后形成的多倍体。成因：精子发生的不分离；染色体数目变异的一些基本类型相互易位杂合体在减数分裂过程中的分离方式示意图甜菜最适宜的同源倍数是三倍（含糖量、产量）；XYY Syndrome的遗传机制：在减数分裂后期，YY染色体不分离,;-方法二易位是新物种起源的重要途径。多倍体（polyploid）(2)缺体：丢失一对同源染色体。致死：染色体的平衡受到破坏；bwebwe褐眼黑檀体(表型:野生型易位纯合体)2 23 33 32 2+bwebwe+bwe2/22/23 3/3/3/3/32 2易位杂合体bwebwe褐眼黑檀体+bwe野生型+ebwe致死:2缺失，3重复+bwebw致死:3缺失，2重复果蝇假连锁现象果蝇假连锁现象chr2chr2chr3chr3效应：重复区段内的基因重复，导致基因间关系失衡，进而影响个体nPosition effect：由于倒位或易位，基因位置及原有邻近关系改变，由此引起个体表型改变的遗传效应。与异染色质的影响有关。原来与异染色质的影响有关。原来处于常染色质区的基因，经过处于常染色质区的基因，经过倒位或易位而移到异染色质区，倒位或易位而移到异染色质区，使这一使这一基因异染色质化，基因异染色质化，表达表达受到抑制。受到抑制。Reason花斑型位置效应63Position effect：由于倒位或易位，基因位置及n果蝇白眼基因为隐性基因，杂合体(w+/w)应表现为红眼。n花斑型位置效应：有一种类型的果蝇，其野生型红眼基因(w+)从X染色体第1常染色质区易位至第4染色体的异染色质区，抑制了其在某些细胞的表达程度，使杂合体表现为红、白的体细胞镶嵌的斑驳色眼。果蝇的花果蝇的花斑型眼斑型眼64Example 果蝇白眼基因为隐性基因，杂合体(w+/w)应表现为红眼。果蝇X染色体染色体(第第4 4染色体染色体)X染色体(第4染色体)半不育现象半不育现象（semisterility）66半不育现象（semisterility）66n如一种B细胞恶性肿瘤Burkitt淋巴瘤的癌细胞中存在标志染色体，即即 t(8；14)(q24；q32)。8号染色体长臂的一部分号染色体长臂的一部分(8q24-ter)和和14号染色体长臂的一部分号染色体长臂的一部分(14q32-ter)发生相互易位，产生的异常的染发生相互易位，产生的异常的染色体色体14q+和和8q-染色体。染色体。67基因重排导致癌基因激活(P299)如一种B细胞恶性肿瘤Burkitt淋巴瘤的癌细胞中存在标志6868t(8q24；14q32)癌基因癌基因 c-MYCIg重链基因复合重链基因复合体的强大增强子体的强大增强子癌基因的转录、翻癌基因的转录、翻译增强，导致细胞译增强，导致细胞恶性转化。恶性转化。二者相二者相邻易位的结果癌基因转录活性增强癌基因转录活性增强69t(8q24；14q32)癌基因 c-MYCIg重链基因复合染色体易位是活化白血病和淋巴瘤的主要机制染色体易位是活化白血病和淋巴瘤的主要机制70染色体易位是活化白血病和淋巴瘤的主要机制70cancer71cancer7113-三体，即Patau综合征。利用倒位抑制交换，使两个非等位的隐性致死基因永远杂合地处于一对同源染色体的紧密连锁的位点上。发病机制2：在受精卵的早期卵裂阶段发生染色体的丢失-形成嵌合体;大熊猫与熊染色体的比较Terminal deletionTypes of changes in chromosome structure染色体在减数分裂时不能正常联会和分离，从而使形成的配子高度不育，这也是鉴别单倍体的重要标志。Klinefelter Syndrome的遗传机制：第二节 染色体数目的变异21三体综合征(trisomy 21 syndrome)性染色体病非整倍性改变但核内染色体却在不断复制。(3)三体：多一条染色体，动植物均可存活。如一种B细胞恶性肿瘤Burkitt淋巴瘤的癌细胞中存在标志染色体，即 t(8；F1雄蝇中无缺刻翅表型臂间倒位(pericentric inversion)：包括着丝粒的倒位，倒位区段涉及染色体的两个臂。XYY综合征（XYY syndrome）：染色体在减数分裂时不能正常联会和分离，从而使形成的配子高度不育，这也是鉴别单倍体的重要标志。概念：具有3个以上相同染色体组的细胞或个体。果蝇白眼基因为隐性基因，杂合体(w+/w)应表现为红眼。思考题一：细胞遗传学检查得知一个男性患者的核型是48，XXXY。Turner Syndrome的遗传机制：易位在进化中的作用易位在进化中的作用易位是新物种起源的重要途径。易位是新物种起源的重要途径。大熊猫的大熊猫的1号染色体可能是熊的号染色体可能是熊的2、3号染色号染色体罗伯逊易位的产物；体罗伯逊易位的产物；2号染色体可能是熊的号染色体可能是熊的1、9号易位；号易位；3号染色体可能是熊的号染色体可能是熊的6、16号易位。号易位。大熊猫与熊染色体的比较大熊猫与熊染色体的比较7213-三体，即Patau综合征。易位在进化中的作用易位是新 人（人（humanhuman）与黑猩猩（）与黑猩猩（chimpchimp）、大猩猩（）、大猩猩（gorillagorilla）、）、猩猩（猩猩（orangutanorangutan）、长臂猿（）、长臂猿（gibbongibbon）的进化历程：）的进化历程：73 人（human）与黑猩猩（chimp）、大猩猩（goril人类染色体和黑猩猩4号染色体的比较74人类染色体和黑猩猩4号染色体的比较7475研研究究发发现现，人人类类的的2 2号号染染色色体体就就是是由由巨巨猿猿的的两两条条近近端端着着丝粒染色体经丝粒染色体经Robertson Robertson 易位而形成的。易位而形成的。75研究发现，人类的2号染色体就是由巨猿的两条近端着丝粒染色第二第二节 染色体数目的染色体数目的变异异Changes in Chromosome Number第二节 染色体数目的变异Changes in Chromos1919世纪末，狄世纪末，狄弗里斯发现：弗里斯发现：普通月见草（普通月见草（2n=142n=14），特），特别大的变异型（别大的变异型（19011901年命名年命名为巨型月见草）。为巨型月见草）。19071907年，年，细胞学研究表明巨型月见草细胞学研究表明巨型月见草是是2n=28 2n=28 染色体数目变染色体数目变异可以导致遗传性状的变异。异可以导致遗传性状的变异。变异特点是按一个基本的变异特点是按一个基本的染色体数目（基数）成倍地染色体数目（基数）成倍地增加或减少。增加或减少。19世纪末，狄弗里斯发现：普通月见草（2n=14），特1.1.染色体组（染色体组（genomegenome）：一个正常配子中所包含）：一个正常配子中所包含 的整套染色体的整套染色体,用用n n表示。表示。genomegenome也译为基因也译为基因 组组,指正常配子中所带有的全部基因。指正常配子中所带有的全部基因。2.2.整倍体整倍体(euploid):(euploid):以染色体组为基础以染色体组为基础,成套改变成套改变 染色体数目后形成的个体。如：染色体数目后形成的个体。如：n,2n,3n,4n,n,2n,3n,4n,6n6n等。等。3.3.非整倍体非整倍体(aneuploid):(aneuploid):以二倍体为基础，添加或以二倍体为基础，添加或 减少几条染色体后所形成的个体。如：减少几条染色体后所形成的个体。如：2n-1,2n-1,2n-2,2n+1,2n+2,2n+1+12n-2,2n+1,2n+2,2n+1+1一、染色体倍性一、染色体倍性781.染色体组（genome）：一个正常配子中所包含一、染色体4.4.单倍体：含有配子染色体数目的细胞或个体。单倍体：含有配子染色体数目的细胞或个体。对二倍体：对二倍体：n=Xn=X，四倍体：四倍体：n=2x.n=2x.5.5.二倍体（二倍体（diploiddiploid）：）：含有二个染色体组的个体或含有二个染色体组的个体或 细胞，细胞，2n=2X2n=2X。6.6.多倍体（多倍体（polyploidpolyploid）：细胞或个体中的染色体组数）：细胞或个体中的染色体组数 多于二个。多于二个。三倍体三倍体:2n=3X,:2n=3X,四倍体四倍体:2n=4X:2n=4X。794.单倍体：含有配子染色体数目的细胞或个体。79二、整倍体及其遗传特征1、单倍体二、整倍体及其遗传特征1、单倍体v 单倍体形成的原因生物自发产生。生殖过程不正常，如孤雌生殖或孤雄生物自发产生。生殖过程不正常，如孤雌生殖或孤雄生殖，多数单倍体是孤雌生殖的结果。生殖，多数单倍体是孤雌生殖的结果。人工创造单倍体。通过诱变、人工创造单倍体。通过诱变、花药培养花药培养等可直接获等可直接获得单倍体。植物花药的培养是产生单倍体最成功的技得单倍体。植物花药的培养是产生单倍体最成功的技术之一，即在小孢子有丝分裂时取出花药，在培养基术之一，即在小孢子有丝分裂时取出花药，在培养基上即可培养成植株。上即可培养成植株。组培技术：花药培养81 单倍体形成的原因生物自发产生。生殖过程不正常，如孤雌生殖或显著小型化。与二倍体相比，高等生物单倍体显著小型化。与二倍体相比，高等生物单倍体的细胞、组织、器官和整个植株均较正常个体的细胞、组织、器官和整个植株均较正常个体弱小。除此而外，单倍体也会产生新的性状。弱小。除此而外，单倍体也会产生新的性状。高度不育。单倍体结实率极低。染色体在减数高度不育。单倍体结实率极低。染色体在减数分裂时不能正常联会和分离，从而使形成的配分裂时不能正常联会和分离，从而使形成的配子高度不育，这也是鉴别单倍体的重要标志。子高度不育，这也是鉴别单倍体的重要标志。低等生物：低等生物：单倍体是大多数低等植物生命的主要阶段，单倍体是大多数低等植物生命的主要阶段，故不存在育性的问题。如苔藓的配子体世代。故不存在育性的问题。如苔藓的配子体世代。遗传表现遗传表现82显著小型化。与二倍体相比，高等生物单倍体的细胞、组织、器官和培育完全纯合的品系，缩短育种进程。培育完全纯合的品系，缩短育种进程。单倍体单倍体二倍体，不育二倍体，不育可育；可育；基因单个基因单个两个，成为一个完全纯合的个体。两个，成为一个完全纯合的个体。用于研究基因的性质及其作用。用于研究基因的性质及其作用。单倍体中每个基因都是成单的，不论显隐性都可表达，单倍体中每个基因都是成单的，不论显隐性都可表达，是研究基因及其作用的良好材料。是研究基因及其作用的良好材料。v 单倍体的应用 83培育完全纯合的品系，缩短育种进程。单倍体的应用 83 细胞遗传学研究：X染色质(-)，Y染色质(+)Changes in Chromosome Number中间重复染色体与正常染色体联会时，会出现一环状突起(重复环duplication loop)。AA BB AB AABB(双二倍体)基因单个两个，成为一个完全纯合的个体。相互易位杂合体在减数分裂过程中的分离方式示意图AB杂种 AABB异源四倍体或双二倍体(amphidiploid)，A和B都有两组，各自可以互相配对可育。缺失致死：缺失片段大小不同，遗传学效应不同。(ABCD)(ABCD)(AA)萝卜甘蓝2n=4X=36（异源四倍体（双二倍体）思考题二：细胞遗传学检查得知一个男性患者的核型是48，XXYY。非整倍体的遗传学效应第四节 染色体数目异常与人类疾病 发病机制1：在配子形成过程中，染色体不分离,;1960年由Edward首次报道。假连锁现象(pseudolinkage)研究发现，人类的2号染色体就是由巨猿的两条近端着丝粒染色体经Robertson 易位而形成的。半不育现象（semisterility）的整套染色体,用n表示。方法二：用倒位抑制效应设计平衡致死系 Turner Syndrome的遗传机制：嵌合型的存活期比较长。2.多倍体（polyploidpolyploid）n同源多倍体：增加的染色体组来自同一物种，一般由二倍体直接加倍产生。n异源多倍体：增加的染色体组来自不同物种，一般由不同种、属间的杂交种染色体加倍产生。84 细胞遗传学研究：X染色质(-)，Y染色质(+)2.多8585 同源多倍体同源多倍体(autopolyploid)概念：具有概念：具有3 3个以上相同染色体组的细胞或个体。个以上相同染色体组的细胞或个体。如曼陀罗如曼陀罗4x=48 4x=48 香焦香焦3x=33 3x=33 黄花菜黄花菜3x=333x=33。产生：产生：a a 体细胞有丝分裂：染色体复制而细胞不分裂。体细胞有丝分裂：染色体复制而细胞不分裂。b b 异常减数分裂：异常减数分裂：2n+2n4n,2n+n3n2n+2n4n,2n+n3n等。等。c c 机械损伤：如摘心、反复断顶等。机械损伤：如摘心、反复断顶等。d d 人工诱导：秋水仙素处理种子或幼苗等。人工诱导：秋水仙素处理种子或幼苗等。86 同源多倍体(autopolyploid)概念：具有3个以上v 同源多倍体的特征同源多倍体的特征形态特征：形态特征：表现大型性表现大型性 随染色体组数的增加，同源多倍体的细胞、细胞核、随染色体组数的增加，同源多倍体的细胞、细胞核、营养器官、生殖器官等多数有增大的趋势，表现为营养器官、生殖器官等多数有增大的趋势，表现为叶片肥厚、宽大、长，茎杆粗壮，花、花粉粒、果叶片肥厚、宽大、长，茎杆粗壮，花、花粉粒、果实、种子、气孔等器官组织较大，产量较二倍体高。实、种子、气孔等器官组织较大，产量较二倍体高。生理生化代谢的改变：表现基因的生理生化代谢的改变：表现基因的剂量效应剂量效应 同源多倍体的生化反应与代谢活动加强，许多性状同源多倍体的生化反应与代谢活动加强，许多性状的表现更强。如：大麦同源四倍体籽粒蛋白质含量的表现更强。如：大麦同源四倍体籽粒蛋白质含量比二倍体原种增加比二倍体原种增加10-1210-12；玉米同源四倍体籽粒胡；玉米同源四倍体籽粒胡萝卜素含量比二倍体原种增加萝卜素含量比二倍体原种增加4343。87 同源多倍体的特征形态特征：表现大型性87生殖特征：成熟期延迟、生育期延长；配子育性降生殖特征：成熟期延迟、生育期延长；配子育性降低甚至完全不育。低甚至完全不育。特殊表型变异：基因间平衡与相互作用关系破坏而特殊表型变异：基因间平衡与相互作用关系破坏而表现一些异常的性状。表现一些异常的性状。如：西葫芦的果形变异，二倍体如：西葫芦的果形变异，二倍体(梨形梨形)四倍体四倍体(扁圆形扁圆形)；影响性别发育：如，菠菜为影响性别发育：如，菠菜为XYXY型植物，四倍体菠菜型植物，四倍体菠菜中，只要具有中，只要具有Y Y染色体就为雄性植株。染色体就为雄性植株。染色体组的倍数性有一定限度，超过限度其器官和染色体组的倍数性有一定限度，超过限度其器官和组织就不再增大，甚至导致死亡。如：组织就不再增大，甚至导致死亡。如：甜菜最适宜的同源倍数是三倍（含糖量、产量）；甜菜最适宜的同源倍数是三倍（含糖量、产量）；玉米同源八倍体植株比同源四倍体短而壮，但不育。玉米同源八倍体植株比同源四倍体短而壮，但不育。88生殖特征：成熟期延迟、生育期延长；配子育性降低甚至完全不育。同源多倍体主要依靠无性繁殖途径人为产生和保同源多倍体主要依靠无性繁殖途径人为产生和保存，如人工创造的同源三倍体香蕉。存，如人工创造的同源三倍体香蕉。89 同源多倍体主要依靠无性繁殖途径人为产生和保存，如人工90无籽西瓜的育成二倍体西瓜二倍体西瓜2n=2x=22 四倍体西瓜四倍体西瓜2n=4x=44x二倍体西瓜二倍体西瓜2n=2x=22 n=2x=22n=X=11四倍体西瓜四倍体西瓜2n=4x=44秋水仙素配子配子三倍体西瓜三倍体西瓜2n=3x=3390无籽西瓜的育成二倍体西瓜四倍体西瓜x二倍体西瓜n=2x=2 2倍体和倍体和4 4倍体倍体葡萄的比较葡萄的比较2 2倍体和倍体和8 8倍体倍体草莓的比较草莓的比较912倍体和4倍体葡萄的比较2倍体和8倍体草莓的比较91同源多倍体的减数分裂和基因分离的特点同源多倍体的减数分裂和基因分离的特点同源三倍体 n同源三倍体在前期或形成一个三价体，或形成一个二价体和一个单价体。三价体三价体 二价体二价体 单价体单价体+92同源多倍体的减数分裂和基因分离的特点同源三倍体 三价体 二n分离产生2n配子和n配子的概率相等，为(1/2)n。n形成极少数的可育配子，相互受精的机会更少；三倍体产生配子的染色体数目大多n 2n，都是不平衡的。三价体三价体 二价体二价体 单价体单价体+不育不育93分离产生2n配子和n配子的概率相等，为(1/2)n。三价体 同源四倍体同源四倍体n若均以四价体或二价体的构型出现，则形成的配子多数是可育的。n但实际上三价体和单价体的频率较高，造成染色体分配不均衡。部分不育或高度不育部分不育或高度不育94同源四倍体部分不育或高度不育94三倍体鲤鱼95三倍体鲤鱼95概念：两个及两个以上的物种杂交，形成的杂种概念：两个及两个以上的物种杂交，形成的杂种加倍以后形成的多倍体。加倍以后形成的多倍体。AA BB AB AABB(AA BB AB AABB(双二倍体双二倍体)产生：先杂交再加倍。产生：先杂交再加倍。普通小麦普通小麦2n=6X=422n=6X=42。AABBDD AABBDD 萝卜甘蓝萝卜甘蓝2n=4X=362n=4X=36（异源四倍体（双二倍体）（异源四倍体（双二倍体）异源多倍体异源多倍体(allopolyploid)(allopolyploid)96概念：两个及两个以上的物种杂交，形成的杂种加倍以后形成的多倍(1)异源多倍体的育性：物种AA物种BB种间杂种AB(二倍体)nAB杂种不育，因A、B不同源，减数分裂中不能正常配对。AB杂种 AABB异源四倍体或双二倍体(amphidiploid)，A和B都有两组，各自可以互相配对可育。染色体加倍染色体加倍97(1)异源多倍体的育性：染色体加倍97(2)异源多倍体的形成：n自发产生：普通小麦、棉花、烟草、油菜和甘蔗等都是异源多倍体，它们是长期进化的产物。n人工产生：一般途径是先种间杂交，再将杂种染色体加倍。为保证杂交成功，其原始亲本间大多有一定亲缘关系。98(2)异源多倍体的形成：9899自发产生：n如异源六倍体普通小麦。9999自发产生：99nG.Karpechenko于1928年合成的新种萝卜甘蓝，与预期目的相反长出了萝卜叶和甘蓝根。虽没经济价值，但提供了产生种间和属间杂种的可能性及在短期内人工创造新物种的方法。人工人工产生：生：萝卜甘卜甘蓝100G.Karpechenko于1928年合成的新种萝卜甘蓝，与萝卜甘卜甘蓝产生生过程程只需两个世代人工创造新物种只需两个世代人工创造新物种101萝卜甘蓝产生过程只需两个世代人工创造新物种1013.非整倍体非整倍体(aneuploid)又称异倍体（heteroploid），是二倍体染色体组中缺少或增加一条或几条染色体的生物或细胞。1023.非整倍体(aneuploid)又称异倍体（heterop103染色体数目染色体数目变异的一些基本异的一些基本类型型类型类型公式公式染色体组染色体组整倍体整倍体单倍体单倍体n n(ABCDABCD)二倍体二倍体2n2n(ABCDABCD)()(ABCDABCD)三倍体三倍体3n3n(ABCDABCD)()(ABCDABCD)()(ABCDABCD)同源四倍体同源四倍体4n4n(ABCDABCD)()(ABCDABCD)()(ABCDABCD)()(ABCDABCD)异源四倍体异源四倍体4n4n(ABCDABCD)()(ABCDABCD)()(ABCDABCD)(ABCDABCD)非整倍体非整倍体单体单体2n12n1(ABCDABCD)()(ABCABC)双单体双单体2n112n11(ABCDABCD)()(ABAB)三体三体2n+12n+1(ABCDABCD)()(ABCDABCD)()(A A)四体四体2n+22n+2(ABCDABCD)()(ABCDABCD)()(AAAA)双三体双三体2n+1+12n+1+1(ABCDABCD)()(ABCDABCD)()(ABAB)缺体缺体2n22n2(ABCABC)()(ABCABC)103染色体数目变异的一些基本类型类型公式染色体组整倍体单倍 Capsule phenotypes of the fruits of the jimsonweed（曼陀罗曼陀罗）104 Capsule phenotypes of the f2.非整倍体的形成原因：-染色体不分离(nondisjunction)See movie 4 movie 52.非整倍体的形成原因：See movie 4 mo3.非整倍体的遗传学效应(1)单体：丢失某条染色体。致死：染色体的平衡受到破坏；影响性状：基因产物的剂量减半；如人类Turner综合征假显性：显性基因丢失，隐性等位基因得以表达物种特性：如蝗虫XO为雄性。1063.非整倍体的遗传学效应106107(2)缺体：丢失一对同源染色体。对生物性状影响更大，一般致死-普通烟草的缺体在幼胚阶段即死亡。多倍体植物可成活，但长得弱小