第八章 核外遗传

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二、线粒体的遗传 线粒体( 线粒体(mitochondria)普遍存在于真核细 ) 胞中 细胞进行呼吸作用的主要场所, 细胞进行呼吸作用的主要场所,重要的代谢 呼吸作用的主要场所 中心之一 细胞或有机体的某些变异特征与线粒体有着 密切的关系
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1. 酵母小菌落突变
啤酒酵母( 啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) )
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二、叶绿体基因组 1. 一般特点 叶绿体DNA(ctDNA)的分子形态: 叶绿体 ( )的分子形态:
闭合环状双链分子
拷贝数: 拷贝数:多拷贝 功能: 功能:
ctDNA编码部分叶绿体结构与功能蛋白、RNA 编码部分叶绿体结构与功能蛋白、 编码部分叶绿体结构与功能蛋白 其它叶绿体结构与功能蛋白由核基因编码
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最常见的共生体颗粒遗传的事例是草履虫的遗传。 草履虫是二倍体的原生动物。 每个细胞都含有一个大核和两个小核。大核为营养核, 是多倍性;小核为生殖核,是二倍性。
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草履虫能进行无性生殖,又 能进行有性生殖。无性生殖 时,一个个体经细胞分裂成 为两个个体;有性生殖采取 接合生殖和自体受精两种方 式(P170)。
二、细胞质遗传的特点 细胞器(细胞质遗传物质)的行为: 细胞器(细胞质遗传物质)的行为:
有性生殖过程:两性配子( 有性生殖过程:两性配子(体)中存在差异 细胞有丝分裂: 细胞有丝分裂:子细胞间的不均等分配
细胞质遗传的特点: 细胞质遗传的特点:
正反交的遗传表现不同 杂种后代不表现孟德尔式的分离比 与父本连续回交不能置换母本的基因(性状) 与父本连续回交不能置换母本的基因(性状) 具有细胞异质性与细胞质分离和重组
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第二节 细胞器基因组的遗传
一、叶绿体的遗传 1. 紫茉莉花斑性状的遗传 柯伦斯( 柯伦斯(1908): ):
不符合孟德尔定律的遗传现象
紫茉莉枝条颜色性状: 紫茉莉枝条颜色性状:
绿色 白色(无白色植株) 白色(无白色植株) 花斑
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不同表型枝条上的花朵相互授粉结实,后代表型: 不同表型枝条上的花朵相互授粉结实,后代表型:
1. 线粒体基因组的共同结构特征(168页) 线粒体基因组的共同结构特征( 页
基因数目和排列顺序相同 绝大多少核苷酸用于编码序列, 绝大多少核苷酸用于编码序列,其余为调控序列 含有与核基因不同的遗传密码 D环控制区(与复制起始有关) 环控制区(与复制起始有关) 环控制区
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2. 线粒体基因组的半自主性 独立性: 独立性:
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细胞质内含有遗传物质的结构
细胞器: 细胞器:必需
线粒体 质体(叶绿体) 质体(叶绿体) 细胞质基因组 (plasmon) )
细胞质颗粒:非必需 细胞质颗粒:
附加体( 附加体(episome) 质粒基因组 ) 共生体( 共生体(symbiont) )
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遗传物质的存在与遗传
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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: ① 接合时间短,只交换小核,没有来得及交换细胞质 及其所含的卡巴粒。交换后的两个亲本基因型都是Kk, 原来放毒型亲本仍保持放毒特性,原来敏感型的亲本 虽然已经改变为Kk基因型,却没有卡巴粒,仍然为敏 感型。
具有与核DNA相对独立的复制、转录和翻译系统 相对独立的复制、 具有与核 相对独立的复制 甚至具有一些与核基因组不同的遗传密码
对核基因组的依赖——半自主性 对核基因组的依赖——半自主性
能自主复制,但需要核DNA编码 能自主复制,但需要核 编码DNA复制酶; 复制酶; 编码 复制酶 有自己的核糖体、 和复制转录翻译系统, 有自己的核糖体、tRNA和复制转录翻译系统,但 和复制转录翻译系统 核糖体蛋白有核基因组编码; 核糖体蛋白有核基因组编码; 大多数线粒体膜蛋白由核基因组编码; 大多数线粒体膜蛋白由核基因组编码;
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在草履虫中有一个特殊的放毒型品系,它的体内含有 卡巴粒,是一种直径约0.2-0.8m的游离体。凡含有卡 巴粒的个体都能分泌一种叫做草履虫素的毒素,能杀 死其他无毒的敏感型品系。 稳定放毒型必须有两种因子同时存在:一个是细胞质 中的卡巴粒,另一个是核内有显性基因K。K基因的 作用是使卡巴粒在细胞质内继续存在。
遗传体系: 遗传体系:
具有与核DNA相对独立的复制、转录和翻译系统 相对独立的复制、 具有与核 相对独立的复制
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叶绿体基因组
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2. 叶绿体基因组的半自主性
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三、玉米埃型条斑的遗传 性状与细胞质基因与核基因都相关 引起玉米叶片条斑的基因( )在第7染色体上 引起玉米叶片条斑的基因(ij)在第 染色体上 正常绿色叶( ) 正常绿色叶(Ij) 白色条纹叶(ij) 白色条纹叶( )
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接合生殖&自体受精的特点: 接合生殖&自体受精的特点: 特点 接合生殖→杂合体; 接合生殖 杂合体; 杂合体 自体受精→纯合体 纯合体; 自体受精 纯合体; 基因型杂合→自体受精生殖 自体受精生殖→1: 1基因型分 基因型杂合 自体受精生殖 : 基因型分 离比 接合生殖过程中,如果接合时间长, 接合生殖过程中,如果接合时间长,超过交 接合时间长 换小核所需的时间,会发生细胞质交换 换小核所需的时间,会发生细胞质交换
不管授粉父 本枝条表型 如何, 代 如何,F1代 只表现母本 性状
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紫茉莉枝条颜色性状遗传的根本原因: 紫茉莉枝条颜色性状遗传的根本原因:
绿色: 绿色: 能够正常产生叶绿体 白色: 白色: 不能产生正常叶绿素 花斑: 花斑: 局部不能形成叶绿素 具有两类叶绿体 叶绿体基因不正常 叶绿体基因正常 叶绿体基因正常
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3)抑制性小菌落(线粒体突变) )抑制性小菌落(线粒体突变) 与野生型杂交,后代(减数分裂产物) 与野生型杂交,后代(减数分裂产物)表现野生 突变型, 型&突变型,但分离比例不定 抑制性小菌落 细胞质遗传, 存在缺失& 细胞质遗传,mtDNA存在缺失&重复双重变异 存在缺失
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3. 线粒体遗传的特点 与叶绿体的遗传相比, 与叶绿体的遗传相比,线粒体基因组的遗传与核 基因组间的关系更紧密
线粒体在遗传具有半自主性 线粒体在遗传具有半自主性 能够自我复制、转录和翻译表达 (决定性状表 能够自我复制、 现) 线粒体基因组编码线粒体(有氧代谢过程 中不到 线粒体基因组编码线粒体 有氧代谢过程)中不到 有氧代谢过程 10%的结构与功能蛋白;其余部分由核基因编码 的结构与功能蛋白; 的结构与功能蛋白
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1)孟德尔式遗传 )
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2)非孟德尔式遗传 )
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玉米条纹叶遗传的解释
条纹叶基因纯合( ) 条纹叶基因纯合(ijij)时,会引起叶绿体基因变 异
产生条纹叶的细胞质遗传基因(突变基因) 产生条纹叶的细胞质遗传基因(突变基因) 并且可以细胞质遗传的方式稳定遗传
表现为核基因的分离
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2)中性小菌落(质遗传,缺线粒体) 中性小菌落(质遗传,缺线粒体) 中性小菌落
与野生型杂交,后代( 与野生型杂交,后代(减数分 裂产物) 裂产物)全部表现野生型 性小菌落 受细胞质基因,控制二倍接合 受细胞质基因,控制二倍接合 子的线粒体基因组均来于野生 型菌落 有性生殖过程中, 有性生殖过程中,往往进行接 合的两种接合型(交配型) 合的两种接合型(交配型)的 细胞都为二倍体接合子提供细 胞质遗传物质 中
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交配型: 交配型: ♀:mt+ P F1
mt + strR × mt – strS
♂: mt mt + strS × mt - strR
↓ strR (>99%)
↓ strS
接合生殖后代的抗药性表型总是同正接合型亲 代的表型一样——单亲遗传 代的表型一样 单亲遗传 原因: 亲本的叶绿体保留; 原因: mt + 亲本的叶绿体保留; mt –型细胞的 叶绿体在结合中丢失
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花斑枝条后代——细胞质分离和重组 花斑枝条后代——细胞质分离和重组
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源自文库
2. 衣藻的抗药性遗传 衣藻的抗药性遗传(P243) 衣藻营养细胞——1个核、1个叶绿体、20多个 个核、 个叶绿体 个叶绿体、 多个 衣藻营养细胞 个核 线粒体,可进行无性繁殖和接合生殖。 线粒体,可进行无性繁殖和接合生殖。某些光 合基因和抗性基因表现为母性遗传。 合基因和抗性基因表现为母性遗传。 两种交配类型: 两种交配类型: 正接合型( 正接合型(mt+) 负接合型( 负接合型(mt-) 1954年首次报道抗链霉素突变 年首次报道抗链霉素突变——细胞质突变 年首次报道抗链霉素突变 细胞质突变
第九章 细胞质遗传
第一节 细胞质遗传的概念和特点 第二节 细胞器基因组的遗传 第三节 细胞核基因和细胞质基因的关系 第四节 非细胞质组分的遗传因子 第五节 植物雄性不育的遗传 第六节 母性影响 本章要点
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第一节 细胞质遗传的概念和特点
一、细胞质遗传的概念 细胞质遗传(Cytoplasmic inheritance)也称核外遗 ) 传、染色体外遗传、非染色体遗传。 细胞质内基因的遗传为细胞质遗传。 细胞质内基因的遗传为细胞质遗传。 由于控制性状的遗传因子在细胞质内而不在细胞 核内,因此它的遗传行为不符合孟德尔式遗传。由于 卵子中细胞质含量较多而精子细胞质含量极少,所以 子代的细胞质主要来自于母本,表现为母系遗传 母系遗传 (maternal inheritance)。 )。
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小菌落的类型(产生的原因): 小菌落的类型(产生的原因):
1)分离型小菌落(核遗传) )分离型小菌落(核遗传) 核基因突变: 核基因突变:与野生型杂 后代(减数分裂产物) 交,后代(减数分裂产物) 表现野生型与小菌落各一 半 分离型小菌落 接合型受核基因( 接合型受核基因(a+/a-) 受核基因 控制
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第三节 细胞核基因和细胞质基因的关系 核基因组: 核基因组:自主性基因组 细胞器基因组: 细胞器基因组:半自主性基因组
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一、线粒体基因组
线粒体DNA(mtDNA)的分子形态: ( 线粒体 )的分子形态:
闭合环状双链分子
拷贝数
多拷贝, 多拷贝,各个物种线粒体基因组大小不一
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叶色性状的遗传基础
由细胞核基因( ) 由细胞核基因(ij)与细胞质的基因共同控 制
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正反交表现不同——母性遗传 正反交表现不同——母性遗传
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连续回交的遗传表现
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第四节
非细胞质组分的遗传因子
一、细胞共生体的遗传
除了质体、线粒体以外, 除了质体、线粒体以外,在一些生物的细胞质中还有另 一类细胞质颗粒,它们并不是细胞生存的必须组成部分, 一类 ,它们并不是细胞生存的必须组成部分, 而是以某种共生形式存在于细胞之中,因而被称为共生 而是以某种 存在于细胞之中,因而被称为 存在于细胞之中 体。 。 这种共生体颗粒能够自我复制,或在寄主细胞核基因组 这种共生体颗粒能够 , 的作用下进行复制,继续保持在寄主细胞中, 的作用下进行复制,继续保持在寄主细胞中,并对寄主 的表现产生一定的影响。产生类似于细胞质遗传的效果。 的表现产生一定的影响。产生 。
属于子囊菌, 属于子囊菌,出芽或有性繁殖 减数分裂产物(四分孢子) 减数分裂产物(四分孢子)存在于一个子囊中
菌落大小性状(生长速度) 菌落大小性状(生长速度)遗传
野生型:在固体培养基上形成较大的菌落 野生型:在固体培养基上形成较大的菌落 较大 (grandcolony) ) 突变型:在固体培养基上形成小菌落( 突变型:在固体培养基上形成小菌落(petite colony) ) 可以分离出小菌落的纯系, 可以分离出小菌落的纯系,并能稳定遗传
中性小菌落的形成是由于缺乏线粒体基因组
完全不具有线粒体负责的ATP合成电子传递链途 完全不具有线粒体负责的 合成电子传递链途 径(有氧呼吸) 有氧呼吸) 细胞生长的能量来源依赖于细胞质基质中进行的 发酵途径(无氧呼吸 糖酵解 糖酵解) 发酵途径(无氧呼吸/糖酵解)
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2. 人类线粒体疾病的遗传 特点: 特点: 典型母系遗传,只有女性才能传递线粒体疾病; 典型母系遗传,只有女性才能传递线粒体疾病; 同一家系中不同患者表现症状有差异——异质性 异质性 同一家系中不同患者表现症状有差异
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