遗传学第七章 染色体畸变

果蝇多线染色体(Polytene chromosome)，同源染色体配 对，复制10次，所以基因的拷贝数增加2048次
第一节
染色体的结构变异
染色体的结构变异
染色体的结构变异的类型:
缺失，重复，倒位，易位 染色体的结构变异的: 概念，机理，遗传学效应
一、缺失(deletion)
1，含义：染色体丢失一个或几个片断的现象
显性纯合致死突变，并具有容易识别的表型
(e.g., curly wing) 。
染色体上有倒位环，抑制重组 平衡染色体只能通过杂合子保留、传代。
平衡致死系——利用所谓的交换抑制子保存致死突变 品系。
例如：果蝇2#染色体上的翻翅致死基因（Cy）
Cy cy
1Cy Cy
(正常）
2Cy cy
（翻翅）
1cy cy
例如：猫叫综合征（46，5p-），慢性骨髓性白血 病（46，22q-，也称费城染色体，ph）。
细胞学效应: 有丝分裂出现因断裂—融合→双着丝粒染 色体——后期染色体桥。
1
2
3 4 5 6
双着丝点染色体 1 2 5 4 1 2 6 5 3
1
2
3
＋
1 2 3
4
平衡易位
末端缺失 中间缺失
1 2 3
自我连接
果蝇的bar突变体
小眼数： 779
358
68
果蝇的野生型、棒眼及重棒眼
重复的意义
改变了染色体上基因的数目，并影响杂和子的表型
杂和子中存在3个（或1个）拷贝的基因造成基因组 的不平衡，使表型改变，并有可能导致死亡。
基因有可能被排列在新的位置，影响它的表达。
重复产生线性排列的重复基因，推动了进化的进程
果蝇唾腺染色体的缺失圈
遗传学效应：
根据丢失的染色体片段的大小不同，缺失表现为 不同的遗传学效应。相对于其它染色体畸变，缺 失的后果往往比较严重，缺失杂合体即可表现为 致死、不育及各种性状。 大缺失致死A deletion of 3% is lethal in humans 小缺失影响生活力，拟显性现象，
XClBX+（棒眼） X+X正常眼雌蝇
XClBY
胚胎早期死亡
正常眼雄蝇
F2 XClBX+
X -Y
X+X正常眼雌蝇
棒眼雌蝇 待测突变体雄蝇
C l + +
B +
×
？
C l B 棒眼
？
+ + + 非棒眼 C l B 死亡 + + + 野生型
×
C l B
？
+ + + 非棒眼 C l B 死亡
+ + + 棒眼
2)、平衡致死品系(balanced lethal system) 这是利用倒位的交换抑制效应，为了同时保存两 个致死基因而设计建立的果蝇品系。 保存一个隐性基因必须使之处于纯合状态,因只有 纯合体才能真实遗传。但致死基因不能以纯合保 存,因纯合体是致死的,只能以杂合体状态保存。 Muller提出可用另一个致死基因来“平衡”。其先 决条件是,两个致死基因紧密连锁,极不易发生交换, 或是利用倒位抑制交换,使两个非等位的隐性致死 基因永远处于一对同源染色体的不同成员上。
染色体间重复——重复片段存在于另一非同源染色体上。
3，细胞学及遗传学效应
细胞学效应:
纯合体—分带鉴定
杂合体—重复环
在重复杂合体中可观察到各种类型的重复圈（环）， 也可以通过染色体组型或分带技术进行观察
C B
遗传学效应
产生突变体
降低生活力 影响表型玉米粒颜色；棒眼
• 重复的遗传学效应相对于缺失比较缓和，当然严 重时也会致死。 •重复有时表现为基因剂量效应。如果蝇 的棒眼， 位于X染色体上的棒眼基因（B）对野生型（B+） 不完全显性，重棒眼（BD）对棒眼也表现为不完 全显性。 棒眼性状也表现为位置效应，如B/B与 BD/B+的表型效应不同。 •利用基因剂量效应也可进行基因定位。如人红细 胞酸性磷酸酶定位在2#染色体上，谷胱苷肽还原美 定位在8#染色体上。
遗传物质发生改变
染色体数目和结构的改变
基因突变或点突变
研究染色体畸变的材料
玉米，果蝇，
玉米粗线期染色体
球结[Knob]
Maize Chromosomes
10 chromosomes ~1500 cM Visible markers (knobs
9 10 2 3 1 4 5 6 7 8 Ab10
D +
+ +
+
Gl
×
+ + 粘胶眼
展翅
D
+
+
+
+
+
Gl
+
D
+
+
+
+
+
展翅
粘胶眼
+ Gl 展翅粘胶眼
野生型
平衡致死系的形成
D
+
D
+
×
+ Gl 展翅粘胶眼 + Gl 展翅粘胶眼
D
+
+
Gl
D
+
D
+
D + 死亡
+ Gl 死亡
+ Gl 展翅粘胶眼
+ Gl 展翅粘胶眼
永久杂种并非真实不分离，但可真实遗传
平衡致死品系 平衡染色体
l 指致死基因(lethal)，即在倒位的X染色体上带有 一个隐性致死基因。 B指棒眼(Bar)基因，为显性突变。
Herman J.Muller(1890-1967)
果蝇的ClB测定法
ClB是果蝇的一个倒位杂合体母本品系，是在X射线照射 下，使雌果蝇的一条X染色体发生倒位，而另一X染色体正常， 倒位的X染色体称为ClB染色体。 “C”表示起抑制交换作用的倒位区段；“l”表示倒位区 段内的一个隐性致死基因，可使胚胎在最初发育阶段死亡；
2，机理 •末端缺失 (terminal deletion)
•中间缺失 (intercalary deletion)
3.细胞学及遗传学效应
细胞学效应：
纯合缺失体———分带 杂合缺失体———缺失环
杂合缺失体———缺失环
果蝇多线染色体上的缺失环
•缺失的细胞学效应——中间缺失的杂合体可观察 到缺失圈（环），较大的末端或中间缺失通过染色 体组型或分带技术可以观察到。
遗传学效应： (3)、倒位杂合体育性降低， 表现部分不育
Paracentric
Paracentric
Pericentric
4.倒位的应用
1)、ClB技术
是摩尔根学生Muller在20世纪20年代利用果蝇建立 的一套检测基因隐性突变和致死突变的技术。 C表示交换(crossover)，Muller选择了X染色体上存 在倒位的果蝇，目的是抑制交换。
and chromomeres) Diversity sampled throughout maize races and teosinte Used to study recombination throughout the genome
Knob position & freq. from Kato 1976
基因家族（gene family)的存在也是一个证据。
Linkage map of human hemoglobins In humans, 8 genes total on 2 different linkage groups: •-chain: , 1, 2 •-chain: , G, A, , In birds, 7 genes total on 2 different linkage groups: •-chain: , D, A •-chain: , , H, A •Genes are ordered in the sequence they are expressed.
基因重复的进化意义：
新基因是如何产生的？《Evolution by Gene Duplication》1970, Susumo Ohno. 配子的基因重复使其具有更强的生活力。 重复的基因可以承受强烈的变异，产生新的功能。如： 肌球素与血色素；胰凝乳蛋白酶和胰岛素。他们的基因 序列同源度非常高，但基因产物的功能有很大区别。
“B”该倒位区段范围之外的一个16区A段的重复区段，其表现
型为显性“棒眼”性状，能为倒位的X染色体在某个体内的存 在从表型上提供识别的依据。
果蝇的ClB测定法
测定X染色体上基因是否发生隐性突变的一种方法。 用X射线照射正常雄蝇，以期产生某种变异，记为X-Y P F1 X -Y XClBX棒眼雌蝇
× × X+Y
（致死）
利用2#染色体上有另一致死基因——李色眼(Pm)进行平 衡
1 Cy Cy
+ +
Cy + 2 Cy +
+ Pm + Pm
1 + +
Pm Pm
(致死）
（翻翅、李色眼）
（致死）
条件：在Cy——Pm间不能发生染色体交换。
？
可显现隐性突 变和致死突变
可供下次检测用
选择雄果蝇作为待测对象是因为：
一只雄果蝇可和多只雌蝇交配，这样筛选突变的 样本增加了。 雄果蝇是完全连锁的，不会发生交换。
用ClB雌果蝇有以下的优点：
用C可抑制交换，使得结果明确，不受重组的干扰。 B作为一种标记易区分两类雌蝇，可将ClB品系分 离出来。 使一半无待测X染色体的雄蝇致死。
Arabidopsis has a mosaic genome, functional redundancy
三、倒位(inversion)
1，含义：染色体片断翻转180°，但没有基因的缺失。
臂间倒位pericentric
臂内倒位paracentric
C A
B D E F G A B C
E D F G E D
3，细胞学及遗传学效应
细胞学效应
（短） 当一条染色体出现一根小的倒
位后，会出现一个“眼”状结构
出现一个倒位环，倒位杂合体在减数分
（较长）
裂时，两个有关的染色体通常要形成
一个环才能完成同源部分的配对。
（绝大部分）
片段长，配对量大，更先配对，反而使正常部分 不能正常配对
倒位的细胞学效应——倒位杂合体在减数分裂时可 能有三种不同的配对方式。
缺失杂合体的假显性现象
利用染色体的缺失来定位基因
互补杂交试验 根据假显性（拟显性，pseudodominace)的原理
由于染色体缺失引起的遗传病，随着患者的成长，症状会加 重。例如：cri-du-chat syndrome.
Cri-du-chat syndrome( cry of the cat syndrome) 猫叫综合症 (46,5p-)
C A
B D E F G A B C
F
G
A
C
B
D E
F
G
A
B
C
E
D
F
G
Paracentric
Pericentric
•倒位的类型——臂内倒位与臂间倒位 臂内倒位：不包括着丝粒区域的倒位。
臂间倒位：包括着丝粒区域的倒位。
Single inversion
Multiple inversion
2，机理：
断裂-融合桥
环状染色体
1 2 3 1 3 2
＋
断裂融合桥(breakage fusion bridge)
3 4 5 5 4 3
2 1 1 2
3 2 1
4
5 5
4 3 1 2
重复5
缺失5
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) 有丝分裂后期桥(桥)
新的断裂
玉米缺失杂合体粗线期缺失环
二、重复(duplication)
1，含义：除了正常的染色 体组外，多了一些染色体 部分，这种额外的染色体 部分叫做重复片断。
•顺接重复
•反接重复
2，机理
不等交换产生重复及缺失的染色体
重复的类型
染色体内重复——顺向重复（衔接Βιβλιοθήκη Baidu复）、反向重复（倒 位重复） 12345645678 12345665478
小范围倒位——倒位环
中等范围倒位——倒位环
大范围倒位
倒位杂合体的“倒位圈”
臂内倒位形成的“后期 I 桥”
遗传学效应：(1) 由于倒位环的存在，经过联会后发生交换，
容易产生缺失和重复
遗传学效应：(2)抑制倒位区内的重组，形成假连锁
不论是臂间倒位还是臂内倒位，由于倒位环内非 姐妹染色单体间发生单交换，而交换的产物都带 有缺失或重复，不能形成有功能的配子，因而好 象被抑制了，或相当程度地减少杂合子中的重组。 这种现象称为交换抑制因子(crossover repressor,C)。 据Schultz和Redfield(1951)在果蝇中的研究发现， 一对染色体的杂合倒位，能增加同一染色体组中 的非倒位片段的交换发生。这种现象称为SchultzRedfield效应。
果蝇唾腺染色体
果蝇有四对染色体，其中2、3#为中部着丝粒； 1#为性染色体，端着丝粒；4#最小，称点状染 色体。 果蝇唾腺细胞的染色体成配对状态，由多条染 色丝组成（多丝染色体），螺旋程度比较低， 所以果蝇唾腺染色体比较长，比较粗。同时由 于螺旋程度的不同显示出了明暗不一的横纹。 这些横纹被分为102区（1~102），每区6个段 （A~F），每个段有若干横纹，如3C7。