7 染色体结构变异

果蝇：不同染色体倒位的种分布在不同地区
倒位杂合体连锁基因的重组率降低
原因：倒位杂合体非姐妹染色单体在倒位圈内发生交换，产生如下的断片或 染色单体。 ①无着丝点断片在后期Ⅰ丢失（臂内倒位杂合体）； ②双着丝点的缺失染色单体在成为后期桥而折断后，形成缺失染色体， 配子不育（臂内倒位杂合体）； ③单着丝点的重复缺失染色体和缺失染色体→配子不育（臂间倒位杂合 体） ； ④正常或倒位染色单体→配子可育。 既然含交换的染色单体的配子是不育的，它产生的交换配子数目自然就
6.1 6.2 6.3 6.4
染色体结构变异的概述 染色体结构变异类型 染色体结构变异的诱发 染色体结构变异的应用
唾腺染色体是遗传分析的理想材料
唾腺染色体（salivary gland chromosome）：双翅目昆虫幼虫 期的唾腺细胞很大，其中的染色体称为唾腺染色体，也称多 线染色体。
核内有丝分裂的结果，即染色体多次复制而不分离。 结构与功能特征： 1、巨大而伸展（停留在有丝分裂间期：复制、伸展）；
果蝇X染色体上16A区段重复的形成
果蝇16A区段的剂量效应与位置效应
剂量效应 16A数量增加，小 眼数目减少
野生型
杂合棒眼
位置效应
BB与BDB+ ：4个 16A区段，小眼数 不同
棒眼
杂合双棒眼
果蝇X染色体上16A区段重复使复眼中小 眼数减少，复眼呈棒状，而不是正常的 卵圆形。
三、 倒位(inversion)
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)
1 2
有丝分裂后期桥(桥)
a
新的断裂
缺失的细胞学特征
缺失环
游离末端
缺失染色体的联会
顶端缺失纯合体及 其联会
中间缺失纯合体及 其联会
中间缺失杂合体及 其联会
顶端缺失杂合体及 其联会
果蝇唾腺染色体的缺失圈
图中表示同源染色体之一缺失一个片段，它的对方的这个片 段没有同源配对区域，因而向外拱出，形成缺失圈。
1、概念：染色体中发生了某一区段的倒转。倒位染色体上的
基因总量不变。
2、类别： 臂内倒位(paracentric inversion) ：指倒位发生在染色体 的某一臂内，又称为一侧倒位。 臂间倒位(pericentic inversion)：指倒位发生在两臂之间 （含着丝粒），又称为两侧倒位。
臂内倒位与臂间倒位
唾腺染色体与染色体结构变异
倒位杂合体配对形成的倒位圈
唾腺染色体上横纹的相对大小和空间排列是恒定的，可以作为识别唾
腺染色体的标志，同时能代表基因的线性排列，所以可用于染色体结 构变异的精细分析。
6.1 染色体结构变异的概述
1、变异的原因
内环境：细胞内的营养、温度、生理等异常的变化
外环境：物理诱变因素和化学药剂等
2、类型 顶端缺失(terminal deficiency)：指缺失的区段位于染色 体某臂的外端。 中间缺失(interstitial deficiency)：指缺失的区段位于染 色体某臂的中间。
缺失形成的机理
(a) Origin of terminal deletion
顶端缺失
中间缺失
缺失环
相关术语
形成倒位圈
倒位杂合体的“倒位圈”
光镜下观察到的果蝇多线染色体倒位圈
电镜下观察到的倒位圈
倒位的遗传效应
对基因关系的影响：倒位改变了基因间的连 锁关系；因不能正常配对而降低了连锁基因 间的重组率。
有害程度：取决于倒位区段的长短，倒位区 段过长往往致死。
倒位的遗传效应
对育性的影响：倒位杂合体倒位圈内发生 交换后，产生的交换型配子(50%)含重复缺 失染色体，这类配子不育。所以倒位杂合体 部分不育。倒位纯合体的同源染色体联会完 全正常，但会产生“位置效应”。
玉米缺失杂合体粗线期缺失环
缺失的遗传效应
缺失的后果 缺失区段内的遗传物质丢失，打破了基因的连锁平衡，破坏 了基因间的互作关系，基因所控制的生物功能或性状丧失或异 常。 缺失的危害程度
取决于缺失区段的大小、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——生活力低，一般难以成活；
倒位的遗传效应
倒位杂合体通过自交,可能产生倒位纯合体后代， 这些倒位纯合体后代与其原来的物种不能受精，形 成生殖隔离，产生新的变种，促进了生物进化。某 些物种间的差异是一次或多次倒位造成的。

连锁群改组 纯合体
新的连锁群 新物种形成的重要途径之一


欧洲百合和竹叶百合（6对染色体臂内倒位纯合体）
2、体细胞联会：只见体细胞数目的一半；
3、有深浅相间的横纹结构； 4、常见puff结构：染色质纤维解旋。
puff：染色质疏松，是基因正在活跃的转录RNA的地方。
黑腹果蝇唾腺染色体的体细胞联会
第4染色体和X染色体：着丝粒 在端部，所以染色体的一端在 染色中心上，看上去，各自只 形成一条点状和线状染色体。 第2和第3染色体：它们从染色 中心以V字形向外伸出(2L、 2R 、3L、 3R)， Y染色体：几乎包含在染色中 心里；雄果蝇的X染色体比雌 果蝇X染色体要细些，因为雄 性只有一条X染色体。
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落后染 色体——无着丝粒断片; 顶端缺失 有丝分裂出现因断裂—融合→双着丝粒染色体——后期染色 体桥; 减数分裂联会时，有未配对的游离区段; 中间缺失（缺失杂合体） 减数分裂染色体联会时形成缺失环。
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 裂过程也无明显的细胞学特征。
重复的类别
顺接重复
反接重复
重复形成的机理
重复是由同源染色体的不等交换产生的
相关术语
重复染色体（duplication chromosome）：指含有重复片 段的染色体。
重复杂合体(duplication heterozygote)：指同源染色体中， 有一个正常而另一个是重复染色体的生物个体。 重复纯合体(duplication homozygote)：指同源染色体中， 每个染色体都含有相同的重复片段且重复类别相同的生 物个体。
重复对基因平衡的影响：扰乱了生物体本身基因固有的平 衡体系，影响了个体的生活力。 有害程度：取决于重复区段基因数量的多少及其重要性， 与缺失相比，有害性相对较小，但若重复区段过长，往往 使个体致死。 重复导致基因组的演化；基因剂量的改变引起剂量效应; 位置变化引起位置效应。
剂量效应(dosage effect)：是指同一种基因对表型的作用随基因数目 的增多而呈一定的累加作用。
染色中心： X染色体 第2染色体：2L，2R 第3染色体：3L，3R 第4染色体：点状
黑腹果蝇多线染色体细胞学图谱
被划分为102区 X：1－20区 2L：21－40区 2R：41－60区 3L：61－80区 3R：81－100区 4：101－102区
每一区：分为宽窄不等的A、B、C、D、E、F 6段。
第六章 染色体结构变异
Spectral karyotyping of human chromosomes utilizing differentially labeled “painting”probes
染色体畸变（chromosomal aberration)： ——染色体的结构与数目变异
精确的细胞分裂是遗传规律的细胞学基础
在这些因素作用下，染色体会发生断裂和重接。 各种染色体结构变异，均与染色体的断裂以及 重接有关。
2、染色体结构变异假说及结构变异种类
（1）断裂重接假说（breakage-reunion hypothesis)
染色体发生断裂以后，形成粘性末端，具有与另一个断裂
末端愈合的能力，而不能稳定存在。 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。
PL（紫株）－显性
McClintock（1931 ）的玉米X射线辐射试验。
细胞学鉴定表明：第6 染色体上载有PL基因 的长臂外段发生缺失， 导致对应位点pl隐性基 因发生作用。
玉米植株颜色的假显性
二、 重复（duplication）
1、概念：染色体多了自身的某一区段叫重复。增加了的这一区 段叫重复片段。
包括Notch 基因在内的染色体片段 发生缺失造成的。
突变型：翅膀后端边缘缺刻的雌蝇
缺失杂合体的假显性现象
玉米植株颜色 （第6染色体长臂的外段）
由缺失造成的假显性现象很容易与隐性基因 pl（绿株）－隐性 突变混淆，二者很难区分，必须通过相应的 细胞学检查才能确定，不能仅根据表型来判 断。
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缺失杂合体——缺失区段较长时，生活力差、配子(尤其是花 粉)败育或育性降低（胚囊的活性较花粉高，因此缺失染色体 一般可以通过雌配子传递给后代）；
缺失的遗传效应
缺失区段较小时，可能会造成假显性现象或其它异常现象 (如猫叫综合症)。 假显性现象（pseudodominance） ：一条染色体缺失后， 另外一条同源染色体上的隐性基因会表现出来。 缺失的应用：基因定位
染色体是遗传物质的载体，是遗传信息得以有序表达的物质 基础。遗传现象和规律均依靠：
染色体形态、结构、数目的稳定； 细胞分裂时染色体能够进行有规律的传递。 染色体稳定是相对的，变异则是绝对的 结构与数目变异。
染色体畸变与基因突变的机制与遗传效应的研究，对于诱变 育种、医药卫生及物种形成等都具有重要意义。
(A duplication is a repeated segment of a chromosome.)
2、类别: 顺接重复(tandem duplication)：指重复区段与原有区段在 染色体上排列相同。 反接重复(reverse duplication)：指重复区段与原有区段的
排列方向相反。
（2）结构变异种类：缺失、重复、倒位、易位
（3）常用符号和编写术语 del：缺失； dup：重复
inv：倒位；
t:易位
6.2 染色体结构变异类型
一、 缺失 二、 重复 三、 倒位
四、 易位
一、 缺失(deficiency)
1、概念 染色体丢失了某一区段——缺失
(A deletion is a missing region of a chromosome.)
重复的细胞学鉴定
细胞学特征（重复杂合体）：
同源染色体联会时可见重复环;
染色体末端不配对而突出。 注意： 区分重复环与缺失环 当重复区段很短时很难观察到重复环 重复纯合体也观察不到重复环
重复的细胞学特征
重复环
a a b b c源自文库c d d e e f f g e f g
游离末端
重复的遗传效应
染色体结构变异最早就是从缺失的假显性中发现的。
猫叫综合症
第5号染色体缺失（短臂缺失）患儿哭声似猫 叫，生长缓慢、智力低下，智商仅20～40.
核型：46，XX，5p-
正常表型
黑腹果蝇缺刻翅表型：X染色体的 一段缺失带来的特殊表型。
遗传分析： 为一种伴性的显性基因所传递； 从来没有出现过缺刻雄性果蝇； 雌雄比为2:1，表明雄蝇的成活 率比雌蝇少一半。
倒位形成的机理
相关术语
倒位染色体（inversion chromosome）：指含有倒位片段
的染色体。
倒位杂合体(inversion heterozygote)：指同源染色体中， 有一个正常而另一个是倒位染色体的生物个体。 倒位纯合体(inversion homozygote)：指同源染色体中，每 个染色体都含有相同的倒位片段且倒位类别相同的生物个
体。
倒位的细胞学鉴定
细胞学特征（倒位杂合体）
同源染色体联会时：
倒位区段过长——倒过来配对，其余游离 倒位区段较短——正常部分配对，其余不配对 倒位区段适中——形成倒位圈 注意 区分倒位圈与缺失环、重复环的结构差异 倒位纯合体无明显细胞学特征
倒位杂合体的联会
倒过来配对，其余游离
正常部分配对，其余不配对
位置效应（position effect):是指同一种基因对表型的作用随基因所 在的位置不同而有差异。
重复是生物进化的源泉之一
总体上说，重复对生物体是有害的，但其危害程度小 于缺失。
重复导致基因在染色体上的相对位置改变。
重复区域及其附近基因间的重组率降低。 重复使染色体含量增加，为积累变异提供了材料。
缺失染色体（deficiency chromosome）：指丢失了 某一区段的染色体。
缺失杂合体(deficiency heterozygote)：指同源染色 体中，有一个正常而另一个是缺失染色体的生物个 体。 缺失纯合体(deficiency homozygote)：指同源染色体 中，每个染色体都丢失了相同区段的生物个体。