第八章 核外遗传

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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(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) ➢ 并且可以细胞质遗传的方式稳定遗传
叶色性状的遗传基础
➢ 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
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接合生殖&自体受精的特点:
接合生殖→杂合体; 自体受精→纯合体;
基因型杂合→自体受精生殖→1:1基因型分 离比
接合生殖过程中,如果接合时间长,超过交 换小核所需的时间,会发生细胞质交换
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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0.2-0.8μm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。
P mt + strR × mt – strS

F1
strR (>99%)
♂: mt -
mt + strS × mt - strR
↓ 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
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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二、线粒体的遗传 线粒体(mitochondria)普遍存在于真核细
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细胞质内含有遗传物质的结构
➢ 细胞器:必需
线粒体 质体(叶绿体)
细胞质基因组 (plasmon)
➢ 细胞质颗粒:非必需
附加体(episome)质粒基因组 共生体(symbiont)
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遗传物质的存在与遗传
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二、细胞质遗传的特点 细胞器(细胞质遗传物质)的行为:
➢ 有性生殖过程:两性配子(体)中存在差异 ➢ 细胞有丝分裂:子细胞间的不均等分配
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F因子是促成接合的必要条件,F+可以和F-, Hfr可以和F-发生接合
当F+与F-个体相接触时,F+个体产生接合管 使F因子通过接合管转移到F-个体中,F-个体 一旦获得了F因子,便转变为F+细菌。
R因子(抗性) 真核细胞中的质粒:2μ环(two-micron circle)
(酵母);S1、S2质粒(雄性不育)
➢ 绿色 ➢ 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:
不管授粉父 本枝条表型 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:
绿色: ➢能够正常产生叶绿体 叶绿体基因正常
白色: ➢不能产生正常叶绿素 叶绿体基因不正常
花斑: ➢局部不能形成叶绿素 具有两类叶绿体
➢ 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,并能稳定遗传
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小菌落的类型(产生的原因):
1)分离型小菌落(核遗传) 核基因突变:与野生型杂
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(a+/a-) 控制
➢ 表现为核基因的分离
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3. 线粒体遗传的特点 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 能够自我复制、转录和翻译表达 (决定性状表 现)
➢ 线粒体基因组编码线粒体(有氧代谢过程)中不到 10%的结构与功能蛋白;其余部分由核基因编码
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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:
不育系 + 恢复系
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1. 不育系 细胞质中存在不育基因S(sterility ),细胞核
内没有相应的显性恢复基因R(restore fertile, 表示雄性不育得到恢复),只有其隐性等位基 因rr。
不育系的基因组合为S(rr)
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2. 保持系 与不育系杂交后仍能保持不育系雄性不育特
征的品系 细胞质基因正常(N),核基因没有恢复基
因Rຫໍສະໝຸດ Baidu
保持系的基因组合为N(rr)
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3. 恢复系 与不育系杂交后能使F1代花粉恢复正常可
育的品系 细胞质基因正常(N),核基因组中有恢复
基因(RR) 恢复系的基因组合为N (RR)
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(S)rfrf
(N)rfrf
(S)rfrf
(N)RfRf
图20- 玉米的三系两区育种
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杂交: ① S(r r)×N(r r)→S(r r) F1不育
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。
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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。
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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:自主性基因组 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:
➢ 闭合环状双链分子
拷贝数
➢ 多拷贝,各个物种线粒体基因组大小不一
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1. 线粒体基因组的共同结构特征(168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,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)
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② 接合时间较长,不仅发生了小核交换, 细胞质中所含的卡巴粒也进行了相互交流, 则不仅接合的亲本都能放毒,其自体受精后 代,不管基因型是KK还是kk也都能放毒。 但在经若干代无性繁殖后,KK个体仍保持 放毒特性, kk个体则变为敏感型。
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二、质粒的遗传(附加体,如F因子)
质粒是在细菌中发现的小型环状DNA分子,它能 够独立进行复制,是附加体的一种。大部分质粒独立 于细菌染色体而存在,并且决定细菌的某些性状,其 遗传表现出细胞质遗传的特征。大肠杆菌的F因子的 遗传最具代表性。
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花斑枝条后代——细胞质分离和重组
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2. 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
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。 两种交配类型:
正接合型(mt+) 负接合型(mt-) 1954年首次报道抗链霉素突变——细胞质突变
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交配型: ♀:mt+
➢ 闭合环状双链分子
拷贝数:多拷贝 功能:
➢ ctDNA编码部分叶绿体结构与功能蛋白、RNA ➢ 其它叶绿体结构与功能蛋白由核基因编码
遗传体系:
➢ 具有与核DNA相对独立的复制、转录和翻译系统
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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(ij)在第7染色体上 ➢ 正常绿色叶(Ij) ➢ 白色条纹叶(ij)
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) ➢ 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(1908):
➢ 不符合孟德尔定律的遗传现象
紫茉莉枝条颜色性状:
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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,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, 而是以某种共生形式存在于细胞之中,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,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。
所以,收获种子,S(r r)→不育系 N(r r)→保持系
② S(rr)×N(R R)→S(Rr)F1可育 收获后, S(R r)→可育 N(RR)→恢复系
用于生产实践
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第六节 母性影响
一、母性影响的概念与实质
母性影响(maternal effect):
子代的表型不受自身基因型控制,而是受母本基因型的影响, 表型同母本相同的现象。 ➢ 核基因控制的性状,两个纯合亲本正反交后代(杂合体)
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2. 线粒体基因组的半自主性 独立性:
➢ 具有与核DNA相对独立的复制、转录和翻译系统 ➢ 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
➢ 能自主复制,但需要核DNA编码DNA复制酶; ➢ 有自己的核糖体、tRNA和复制转录翻译系统,但
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;
型&突变型,但分离比例不定抑制性小菌落 细胞质遗传,mtDNA存在缺失&重复双重变异
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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 径(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)
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2. 人类线粒体疾病的遗传 特点: 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
花粉是正常还是败育由细胞质基因和细胞核基因组 合形式决定
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质 核 互 作 雄 性 不 育 示 意 图
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3. 质不育型 决定花粉败育的基因在细胞质中,可看作是
还没有找到恢复基因的核质互作雄性不育型。
核质互作雄性不育型
细胞质雄性不育型
CMS(细胞质雄性不育)
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三、植物雄性不育的利用
禾谷类:“两区三系” ➢ 三系:不育系、保持系、恢复系 ➢ 两区:不育系 + 保持系
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第五节 植物雄性不育
一、植物雄性不育性概念 不育(sterility):一个个体不能产生有功能的配子
(gamete)或不能产生在一定条件下能够存活的合 子(zygote)的现象。 雄性不育性(male sterility):当不育性是由于植株 不能产生正常的花药、花粉或雄配子时,就称之为 雄性不育性。 18科、162属、320个种
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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)。
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二、植物雄性不育的分类 1. 核不育型 1)含义:由核内染色体基因决定的雄性不育 2)特点: 多为自然发生; 多为隐性基因决定; 在生产上不方便应用
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2. 核质互作雄性不育型
1)含义:由细胞质遗传因子与核基因互相作用共同控 制花粉育性的一种类型
2)特点:细胞质中存在使花粉败育的遗传因子。携带 有恢复基因的品种与之杂交产生花粉可育的后代。
第八章 核外遗传
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。 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 (maternal inheritance)。
胞中 细胞进行呼吸作用的主要场所,重要的代谢
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(Saccharomyces cerevisiae)
➢ 属于子囊菌,出芽或有性繁殖 ➢ 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)遗传
➢ 野生型:在固体培养基上形成较大的菌落 (grandcolony)
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2)中性小菌落(质遗传,缺线粒体)
与野生型杂交,后代(减数分 裂产物)全部表现野生型中 性小菌落
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,往往进行接 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
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3)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)表现野生
的表现是相同的 ➢ 细胞质基因控制的性状杂交后代表现与母本一致 ➢ 但并不是所有正反交后代表现不同的性状都是由细胞质基
因控制
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