细胞质遗传-精品课件

杂种植株的表现 白色 白色 白色
绿色
白色 绿色 花斑
绿色 绿色 绿色
花斑
白色 绿色 花斑
白色、绿色、花斑 白色、绿色、花斑 白色、绿色、花斑
由此可见，决定枝条和叶色的遗传物 质是通过母本传递的。
研究表明： 绿叶细胞含正常绿色质体(叶绿体) 白细胞只含白色质体(白色体) 绿白组织之间的交界区域，某些细 胞里既有叶绿体，又有白色体。
→高等植物中每个叶绿体内含有30-60个拷 贝，而某些藻类中每个叶绿体内约有100 个拷贝。
→大多数植物中，每个细胞内含有几千个 拷贝。单细胞的鞭毛藻中约含有15个叶 绿体，每个叶绿体内约有40个拷贝，一 个个体中约含600个拷贝。
→目前，一些植物的ct
DNA的全部碱基序列已
被测出来，多数植物
的ctDNA大小约为150
细胞质遗传的特点： 1. 遗传方式是非孟德尔式的；杂交后
代一般不表现一定比例的分离； 2. 正交和反交的遗传表现不同；F1通
常只表现母本的性状； 3. 通过连续回交能将母本的核基因几
乎全部置换掉，但母本的细胞质基 因及其所控制的性状仍不消失； 4. 由附加体或共生体决定的性状，其 表现往往类似病毒的转导或感染。
也有人认为叶绿体DNA是雄性不育基因的载体。
2、关于质核不育型的假说
（1）质核互补控制假说：认为细胞质不育基因存在于线 粒体上。当线粒体DNA的某个(或某些)节段发生变异，并 使可育的胞质基因突变为S时，线粒体mRNA所转录的不育 性信息使某些酶不能形成，或形成某些不正常的酶，从而 破坏了花粉形成的正常代谢过程，最终导致花粉败育。 （2）能量供求假说：认为线粒体是细胞质雄性不育性的 重要载体。植物的育性与线粒体的能量转化效率有关。 （3）亲缘假说：认为遗传结构的变异引起个体间生理生 化代谢上的差异，与个体间亲缘关系的远近成正相关。两 亲间亲缘差距越大，杂交后的生理不协调程度也越大。当 这种不协调达到一定程度，就会导致植株代谢水平下降， 合成能力减弱，分解大于合成，使花粉中的生活物质减少
msms：雄性可育 Msms: 雄性不育
♀Msms × msms♂ ↓
F1 Msms : msms
2、质核不育 型 又叫胞质不育 型(CMS)
♀
♂
S rr × S RR
不育
可育
S rr × S Rr
不育
可育
不育系 S(rr) 恢复系 N/S(RR) 保持系 N(rr)
S rr × N Rr
不育
可育
2、酵母小菌落的遗传 研究发现，小菌落酵母的细胞内缺少细胞 色素a和b，还缺少细 胞色素氧化酶，不能 进行有氧呼吸，因而 不能有效地利用有机 物。线粒体是细胞的 呼吸代谢中心，上述 有关酶类也存在于线 粒体中，因此推断这 种小菌落的变异与线 粒体的基因组变异有关。
二、线粒体遗传的分子基础
mtDNA是双链分子，是裸露的，一般为闭合 环状结构，但也有线性的。 mtDNA与核DNA有明显的不同：(1)mtDNA与 原核生物的DNA一样，没有重复序列；(2) mtDNA的浮力密度比较低；(3)mtDNA的碱基 成分中G、C的含量比A、T少；(4)mtDNA的 两条单链的密度不同，一条称为重链(H链) ，另一条称为轻链(L链)；(5)mtDNA单个拷 贝非常小，与核DNA相比仅仅是后者的十万 分之一。
细胞质遗传
第一节 细胞质遗传的概念和特点
遗传 物质
核基因组或染色体基因组 染色体 基因(
核DNA)
线粒体基因组(mt DNA)
叶绿体基因组(ct DNA)
各 种 细 胞 器 基 动粒基因组(kinto DNA)
Байду номын сангаас因组
中 心 粒 基 因 组 (centro
DNA)
膜体系基因组(membrane
细胞质基因 组
孢子体基因型 花粉
rr
r全部败育
RR
R全部可育
Rr
R、r都可育
玉米T型不育系属于这个类型。
配子体不育:花粉育性直接受雄配子体(花
粉)本身的基因所决定
R花粉可育
r花粉不育
玉米M型不育系属于这个类型。
SM(rr) × N(RR)
↓
F1
SM(Rr)
↓
F2 ♀ ♂ R r(败)
R
RR -
r
Rr -
2、胞质不育基因的多样性与核育性 基因的对应性
多基因不育性：由两对以上的核基 因与对应的胞质基因共同决定的不 育性。
二、雄性不育性的发生机理 1、胞质不育基因的载体
多数学者认为，mtDNA是雄性不育基因的载体。 玉米有N、T、C和S四种类型的细胞质，N为正常 可育型，其余三种为不育型。它们的mtDNA分子 组成有明显的区别。T型中具有缺少2350碱基对 的mtDNA；C型中具有其它类型所没有的两种低分 子量mtDNA；S组的mtDNA中多出一个附加体系统 。但这四种育性类型的叶绿体DNA并没有明显的 差别。
由核内染色体上基因所决定的雄性不
育类型，简称核不育型。
多数核不育型均受简单的一对隐性基
因(ms)所控制：
msms：雄性不育 ♀msms × MsMs♂
MsMs
↓
Msms 雄性可育
F1 Msms 可育 ↓
F2 1MsMs:2Msms:1msms
20世纪70年代末在我国的山西省太谷 发现了由显性雄性不育单基因所控制 的太谷显性核不育小麦：
第六节 植物雄性不育的遗传
植物雄性不育(male sterility)的主 要特征：雄蕊发育不正常，不能产生 有正常功能的花粉，但是它的雌蕊发 育正常，能接受正常花粉而受精结实
一、雄性不育的类别及其遗传特点
根据雄性不育发生的遗传机制，可遗 传的雄性不育性可分为核不育型和质 核不育型等多种类型。
1、核不育型
第三节 叶绿体遗传
一、叶绿体遗传的表现
1、紫茉莉花斑性状的遗传
早在1908年，孟德尔定律的重新发现 者之一Correns就曾报道过不符合孟德 尔定律的遗传现象。他发现紫茉莉中 有一种花斑植株，着生纯绿色、白色 和花斑三种枝条。
表11－1 紫茉莉花斑性状的遗传
接受花粉的枝条 白色
提供花粉的枝条 白色 绿色 花斑
细胞质遗传的范畴。
椎实螺外壳旋转方向的遗传： 由一对基因控制 右旋(S+)对左旋(S)为显性 母本基因型→卵细胞状态→后代表现型 F3出现3:1分离，故又叫做延迟遗传
为什么会出现这种遗传现象呢？研究发现椎 实螺外壳旋转方向是由受精卵第一次和第二 次分裂时的纺锤体分裂方向所决定的。受精 卵纺锤体向中 线的右侧分裂 时为右旋，向 中线的左侧分 裂时为左旋。 纺锤体的这种 分裂行为是由 受精前的母体 基因型决定的。
水稻
kbp。
→烟草的ctDNA为
155844bp，水稻的ctDNA为134525bp。
→每个ctDNA大约能编码126个蛋白质。
ctDNA序列中的12%专门为叶绿体的组成
编码。
→叶绿体内有遗传信息的复制、转录和翻
译系统，有核糖体(70S)和各种RNA 。
第四节 线粒体遗传
一、线粒体遗传的表现
1、红色面包霉缓 慢生长突变型的遗传 对生长缓慢的突变型 生化分析，发现在幼 嫩培养阶段不含细胞 色素氧化酶，这种酶 在线粒体内，且观察 其线粒体结构不正常， 所以推测有关的基因存在于线粒体中。
结论：植物的这种花斑现象是叶绿体 的前体——质体变异造成的
2、玉米条纹叶的遗传
1943年，Rhoades报道玉米的第7染色体上 有一个控制白色条纹的基因(ij)
P IjIj♀ ijij♂
绿色
条纹
F1
Ijij 全部绿色
F2 IjIj Ijij ijij 3绿：1白条
P ijij ♀ IjIj ♂
DNA)
非 细 胞 器 基 细胞共生体基因组(symbiont DNA)
因组
细菌质粒基因组(plasmid DNA)
在受精过程中， 卵细胞不仅为子 代提供其核基因 ，也为子代提供 其全部或绝大部 分细胞质基因； 而精子则仅能为子代提供其核基因，不能 或极少能为子代提供细胞质基因。因此， 一切受细胞质基因所决定的性状，其遗传 信息只能通过卵细胞传递给子代，而不能 通过精子遗传给子代。
线粒体内有遗传信息的复制、转录和 翻译系统，有核糖体和各种RNA。
线粒体中有100多种蛋白质，其中只有 10种左右是线粒体自身合成的，其它 蛋白质都是由核基因组编码的，因此 ，线粒体是半自主性的细胞器。
第五节 共生体和质粒决定的 染色体外遗传
一、共生体的遗传
在某些生物的细胞质中存在着一种细胞质 颗粒，它们并不是细胞生存的必需组成部 分，而是以某种共生的形式存在于细胞中 ，因而被称为共生体。 这种共生体颗粒能够自我复制，或在寄主 细胞核基因组的作用下进行复制，连续地 保持在寄主细胞中，并对寄主的表现产生 一定的影响，类似于细胞质遗传的效果。
第二节 母性影响
在核遗传中，正交及反交的子代表型通常是 一样的。 但有时正反交的结果并不相同，子代的表型 受到母本基因型的影响，而和母本的表型一 样。这种由于母本基因型的影响，而使子代 表现母本性状的现象叫做母性影响，又叫前 定作用。 母性影响的表现与细胞质遗传相似，但不是 由于细胞质基因组所决定的，而是由于核基 因的产物在卵细胞中积累所决定的，不属于
条纹
绿色
F1 Ijij Ijij Ijij
绿条白
♀ Ijij IjIj绿
IjIj IjIj IjIj Ijij Ijij Ijij
绿条 白绿条白
因此认为，隐性核基因ij引起了叶绿体的 变异，便呈现条纹或白色性状。变异一经 发生，便能以细胞质遗传的方式稳定传递
二、叶绿体遗传的分子基础
→ct DNA是闭合环状的双链结构，是裸露 的DNA；在CsCl中的浮力密度因物种而 异，但都与核DNA有不同程度的差异
例如，草履虫的放毒型遗传：
大核：多倍体，负责营养 两种细胞核
小核：二倍体，负责遗传
繁殖方式：无性生殖，有性生殖， 自体受精
图 11－10 草履虫的接合生殖过程
图 11－11 草履虫自体受精生殖
草履虫放毒型品系的遗传基础：
细胞质内有卡巴粒→放毒素-草履虫素 核内有显性基因K →使卡巴粒在细胞质
线粒体中含有多个mtDNA拷贝。
酵母约含100个拷贝。
哺乳动物的每个细胞中
含100010000个拷贝。
人的HeLa细胞的每个线
粒体中约含10个拷贝，
每个细胞中约含800个
线粒体，每个HeLa细
胞中约含8000个拷贝。
mtDNA在细胞总DNA中 人、鼠和牛的mtDNA分别
所占比例很小。
有：16569bp、16275bp 16338bp
内持续存在
纯合放毒型(KK+卡巴粒)与敏感型(kk、 无卡巴粒)的交配可能出现两种情况：
二、质粒的遗传
质粒(plasmid)泛指染色体外一切能进 行自主复制的遗传单位，包括共生生 物、真核生物的细胞器和细菌中染色 体以外的单纯的DNA分子。目前已普遍 认为质粒仅指细菌、酵母和放线菌等 生物中染色体以外的单纯DNA分子。 大肠杆菌的F因子的遗传最具代表性。
细胞质：
N1S1、N2S2、……、NnSn 核基因：
r1R1、r2R2、……、rnRn 核内的育性基因总是与细胞质中的育性基
因发生对应的互作：
r1(或R1)对N1(或S1)、r2(或R2)对N2(或S2) 、……、rn(或Rn)对Nn(或Sn)
3、单基因不育性和多基因不育性 单基因不育性：一对或两对核内主 基因与对应的不育胞质基因决定的 不育性
，最终导致花粉的败育。
三、雄性不育性的利用
1、三系法 必须具备不育系、保持系 和恢复系。 三系法的一般原理是首先 把杂交母本转育成不育系， 原来雄性正常的杂交母本 即成为甲不育系的同型保 持系，父本乙必须是恢复 系。
保持系♂ 不育系♀
恢复系♂
保持系 不育系
F1杂交种 恢复系
图 11－16 应用三系法配制杂交种示意图
2、两系法 —基于光敏核不育水稻的杂交制种
光敏核不育系 短日照可育 长日照不育♀ 恢复系♂
光敏核不育系
F1杂交种 恢复系
如果你发现了一株雄性不育植 株，你如何确定它究竟是 (1)单倍体 (2)远缘杂交F1 (3)生理不育 (4)核不育还是细胞质不育？
用某不育系与恢复系杂交， 得到F1全部正常可育。将F1 的花粉再给不育系亲本授粉 ，后代中出现90株可育株和 270 株 不 育 株 。 试 分 析 该 不 育系的类型及遗传基础。
S rr × N RR
不育
可育
S rr × N rr
不育
可育
F1 S Rr
可育
S Rr
可育
S rr
不育
S Rr
可育
S rr
不育
根据理论研究和实践表明，质核型不 育性的遗传比较复杂，现介绍以下三 方面的特点：
1、孢子体不育和配子体不育
孢子体不育:花粉的育性受孢子体(植株)基
因型所控制，而与花粉本身所含基因无关