第6章染色体畸变1共239页文档

重复的种类
染色体内重复 染色体间重复
染色体重复的类型与形成
染色体内重复可分为 ：
同臂重复 顺接重复 反接重复
abcde cde·fghi abcde edc·fghi
异臂重复 abcde·fcde ghi
不等交换与果蝇16A区段重复
二 重复的细胞学鉴定
根据重复杂合体（duplication heterozygote）在减数分裂过程中的联 合现象。
智力差，面部小，哭声似猫叫。
猫叫综合症
配子体对缺失更敏感
在高等植物中，大多数物种的配子体对缺失的 反应更为敏感，尤其是雄配子。
含缺失染色体的花粉不完全败育，在受精过程 中也会因竞争不过正常花粉而不能参与受精。
低等生物对缺失的忍受性相当强
有些低等生物，如细菌和噬菌体，对缺 失的忍受性相当坚强，而他们却都是单 倍体。
1．缺失与致死
缺失区段较大，或缺失纯合体，大多致 死。至于缺失片段较小的个体，则情况 较复杂一些。
缺失的致死效应可分为合子致死和配子 致死有两种情况。
1．缺失与致死
• 1915年，C.B.Bridges报道了关于果蝇X染 色体上决定棒眼（B）性状的区段缺失。 他发现该区段的缺失能引起雄性个体致 死。
最初，将这些异常现象一律用突变来解释。
随着细胞学研究逐步深入到遗传学领域，人们 才认识到，除了基因突变以外，染色体的结构 和数目也会产生变异，从而导致偏离遗传规律 的异常结果。
果蝇棒眼的遗传
• 棒眼B＞正常眼B+，该 基因位于Xchr.上，伴 性遗传。
• 红眼♀蝇×棒眼♂蝇， F1代♀蝇应该是棒眼， ♂蝇应该是正常红眼。
拟等位基因（pseudo alleles）
所谓拟等位基因是指控制同一个单位性 状，位置非常靠近的不同基因。
在互补测验中它们表现为功能上的等位 性，但又可通过交换发生重组。
第3节 倒 位（inversion）
倒位的概念和类型 chr断裂之后，某一区段或某些区段的正常基
因顺序颠倒之后又重接起来的过程，称为染色 体的倒位。 倒位了的chr称为倒位chr。
中间缺失，则形成 缺失环
缺失杂合体和缺失纯合体
一对染色体中一条缺失，另一条正常， 这样的个体或细胞称为缺失杂合体 （deficiency heterozygote）。
一对同源染色体缺失相同区段，这样的 个体或细胞称为缺失纯合体 （deficiency homozygote）
三 缺失的效应 缺失势必丢失缺失区段内的遗传物质。 致死（lethal） 假显性（Pseudodominance）
要求熟悉正常染色体的形态和结构，如染色粒、 染色带、染色纽、随体和核仁组织区等染色体 特殊结构的有无、大小和位置等。
重复杂合体在减数分裂中的联会
三 重复的遗传学效应 ①重复导致基因组的演化 ②基因剂量的改变引起剂量效应 ③位置变化引起位置效应
1、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
In3a（L.4-.9） 81．4
在基因工程上，用噬菌体作克隆基因的 载体，切除了其本身的相当一部分DNA， 甚至是大部分DNA，而代之以外源DNA。
2．缺失与假显性现象
在缺失杂合体内，如果某一隐性基因所 对应的等位显性基因正好位于缺失区段 内，而缺失区段又很小，不至于影响基 本生命活动，则该隐性基因因处于半合 状态而得以表现。
染色体 ♂蝇小眼
16A区段
数
重复次数
次数和♀蝇小眼数 B+/ B+B/ B+BB/
B+/
748.8 779.4
B+B/
91.0 358.4 68.1
B+BB/ 29.0
பைடு நூலகம்
45.5 36.4
25.0
位置效应(position effect)
基因的功能不仅决定于它的自身结构 和剂量，也决定于它所在的位置及其与 邻近基因间的相互联系。
其危害程度小于缺失。
重复导致基因在chr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。
2．重复的剂量效应和位置效应
果蝇的X－chr上与眼色有关的基因v+－v， 位于第10区B段与C段的交界处。
v+红色＞v朱红色，v+//v基因型♀蝇为红眼。
玉米In5a(S.o-L.67)臂间倒位
bt1→pr 24%→0.4%
bt1→bm1 1%→0
bt1→a2 8%→4.5%
果蝇第3染色体由es经ro至ca的一段倒位
• sr与es 之间的 细胞学 距离增 大了， 而遗传 距离反 而变小
了。
臂内倒位杂合体的花粉败育率一般高于胚囊
花粉可育率%
从表面现象上看，似乎该基因是显性的。 因而称之为假显性现象 （pseudodominance）。
玉米植株颜色的假显性
第2节 重复
一 重复的概念和种类 二 重复的细胞学鉴定 三 重复的遗传学效应
一 重复的概念和种类
染色体某一区段加倍的结构变异称为重 复(duplication)。
生物体对染色体重复的耐受性大于对缺 失的耐受性。
改变了一个隐性基因与一个显性基因之间的平 衡关系。
果蝇棒眼
• 重复的剂量效应和位置效应
• 果蝇的棒眼性状也是伴性遗传的，棒眼 的效应与Xchr上16区A段内的一个重复有 关。
• 如果这个区段重复，果蝇复眼内小眼的 数目就下降，形成棒眼。
• 小眼的数目与重复的次数、重复的位置 有关。
第一条X
第二条X染色体16A区段重复
精确的细胞分裂是遗传规律的细胞学基础
细胞的有丝分裂是在时间上、空间上协调 一致的有序过程，产生出可以进行科学预 测的分裂产物。
有丝分裂形成两个核遗传组成完全相同的 子细胞。
减数分裂形成各种基因型的四分孢子。
染色体也会发生变异
随着遗传学研究的对象越来越多，涉及面越来 越广，偏离规律的异常现象日益增多。
棒眼
正常眼
缺失造成假显性
但C.B.Bridges在某些杂交组合的子一代群体内 却发现了正常眼雌蝇。 唾腺细胞中，体细胞联会的两条Xchr中有一条短 缺了一小段 。
据此，Bridges推测子一代中之所以出现正常红 眼♀蝇，是因为来自精子的那一条Xchr短缺了一 小段，而缺少的这一小段，正是基因B 所在的区 段，这就使得正常X chr上的B+处于半合状态， 正常红眼效应得到了表达的机会，发育为正常红 眼雌蝇。
Lg2-lg2和Al-al两个基因座在倒位圈内
Lg2-lg2和Al-al之间的正常重组率为28%， 而In3a (L.4-.9)杂合体的重组率下降为 0.5%或1.9%。
连锁基因重组率下降幅度与倒位区段的长短有密切的关系
• 倒位区段越短，重组率下降越多，甚至 可以表现为完全连锁。
• 因为，当倒位区段很短时，根本不与正 常区段联会，不形成倒位圈，当然不会 发生交换，更不会有重组。
无着丝粒片段在后来的细胞分裂过程中 丢失。
有着丝粒片段的断头具有粘性，因而也 是不稳定的，将会在后续的分裂过程中 产生一系列的连锁变化。
中间缺失
一个染色体的中间区段丢失称为中间缺失。 中间缺失至少牵涉到两个断裂。
二 缺失的细胞学鉴定
末端缺失，形成异 形二价体 倘若缺失区段很小 在形态上很难看出
原子和分子由于电子数量的改变，从稳定状态 变为不稳定的状态，发生各式各样的化学反应， 使chr断裂，从而产生结构变异。
现在已知的化学诱变剂已经有很多种，如
芥子气 亚硝酸 2，3-环氧丙醚 8-乙氧基咖啡硷 顺丁烯联胺 甲醛 5-溴尿嘧啶 蓖麻油 某些抗菌素等。
倒位的类型很多。 简单倒位 复杂倒位
倒位的类型与形成
简单倒位 臂间倒位：倒位的区段包含着丝粒。 臂内倒位：倒位的区段不包含着丝粒。
倒位杂合体的配对和重组 倒位纯合体减数分裂前期Ⅰ完全可以进
行正常配对和交换。减数分裂过程和产 物都是正常的。
倒位杂合体，正常的线性配对是不可能 的。
断裂－愈合假说：
染色体发生断裂以后，形成粘性末端 （cohesive end），具有与另一个断裂末端愈 合的能力，而不能稳定存在。 A．重建愈合（restitution fusion） B．断裂末端自身愈合，或者称为自身封闭 C．错接，改变基因顺序，甚至改变连锁群
非重建愈合导致chr.结构变异:
第6章 染色体的变异
第1部分 染色体结构变异
导 言 introduction 第1节 缺失 deficiency 第2节 重复 duplication 第3节 倒位 inversion 第4节 易位 translocation
导言
染色体结构变异的概念和形成机理 结构变异的类型 染色体变异的自发和诱发
营养条件和生理状况与chr结构变异：
在植株生长期间，如果缺Ca、Mg，chr结 构变异显著增加，而且这种植株对X-ray 也特别敏感。
种子长期贮藏也有增加chr结构变异的趋 势。原因:长期脱水。
自然辐射
大量事实证明，辐射处理不仅是诱发基 因突变的重要途径，也是诱发chr结构变 异的重要途径。
自然辐射是引起chr断裂的重要因素。
微生物尤其是病毒的侵染
• 人类在受到病毒（如寻麻疹，水痘，SV40， 脑膜炎）的侵染后染色体可能发生断裂 和重排。
结构变异的人工诱发
物理因素诱变 化学因素诱变
X－ray和γ－ray等电离辐射穿透细胞以后使 得被击中的物质发生电离，放出电子，电子又 冲击其他原子，发生次级电离，引起一连串的 连锁反应。
第1节 缺 失
一 缺失的概念和种类 二 缺失的效应 三 缺失的细胞学鉴定 四 缺失的遗传学鉴定
一．缺失的概念和种类
丢失了某一区段的chr称为缺失chr （deficiency，deletion）
中间缺失 末端缺失
缺失的类型与形成
末端缺失
一次断裂，形成一个有着丝粒的片段和 一个无着丝粒的片段。
一、染色体结构变异的概念和形成机理
在正常情况下，一个物种(species)chr 的数目、形态和结构都是相对稳定的。
细胞分裂时，chr准确地复制和分配到子 细胞中去，保证了物种的遗传稳定性。
染色体会发生断裂
自然辐射、温度、营养、生理环境等因素 的异常变化，都可能使染色体发生断裂。
人为地用某些物理因素（如UV、x－ray、 γ-ray、中子等）或化学试剂处理生物体、 细胞，chr断裂的频率还会大大提高。
C.B.Bridges得到一条X－chr，其上有v，又 重复了载有v+的一个区段，v+v。
重复纯合体♀蝇v+v/v+v，红色。
果蝇眼色的遗传
♀蝇v+v/v+v × v/Y♂ ↓
F1 v+v/Y ♂ 红色眼 v+v/v ♀ 眼色却是朱红色的
两倍剂量的v表型效应超过了只有一倍剂量的 显性基因v+的表型效应。
三．染色体变异的自发和诱发
断裂—愈合假说： 断裂或损伤； 伤口的接触； 重接或交易等过程。
断裂是发生结构变异的前提。 断裂、重接或交换的过程可以是自发的 （Spontoneous aberration），可以是 人工诱发的（Induced aberration）。
自发变异的诱因 A．遗传因素 B．营养条件和生理状况 C．自然辐射 D．微生物尤其是病毒的侵染
根据倒位区段的大小，减数分裂时倒位 杂合体以不同的方式进行联合。
倒位杂合体联会模式图
光镜下观察到的果蝇多线染色体倒位环
电镜下观察到的倒位环
光 镜 下 观 察 到 的 果 蝇 多 线 染 色 体 倒 位 环
3 倒位杂合体的减数分裂行为
不论是臂内倒位杂合体还是臂间倒位杂 合体，在减数分裂时正常染色体和倒位 染色体联会时形成的“倒位圈”。
倒位圈内外非姐妹染色单体会发生交换。
臂 间 倒 位 杂 合 体 的 减 数 分 裂 行
为
倒位对连锁基因重组和配子败育的影响
• 倒位最直接的效应就是改变了倒位区段 内的基因和倒位区段两侧基因之间的顺 序和距离。
• 倒位的一个最明显的遗传效应就是倒位 杂合体上基因的重组率降低了。
玉米的臂间倒位In3a (L.4-.9)
断裂末端自身愈合和错接，都会导致 chr结构发生变异。
称为非重建愈合
二．结构变异的类型 chr结构变异：
单个染色体片段的缺失、增加 少数染色体之间片断互换
根据涉及到的染色体数归为两类：
染色体内变异： 只涉及一条chr，包括缺失、重复、倒
位
染色体间变异： 涉及两个以上非同源chr，包括易位、
染色体间移位型重复