染色体畸变的遗传分析

臂间
臂内
37
倒
位
机
制
Origin of Inversion
38
2.倒位的细胞学效应
(1)倒位片段很小：倒位部分不配对，其余区段配 对正常； (2)倒位片段很长：倒位 的染色体可能倒过来使 其倒位区段与正常的同 源区段配对，而未倒位 的末端部分不配对。
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(3)倒位片段适当大小，联会时倒位染色体与正常 染色体所联会的二价体就会在倒位区段内形成 “倒位环”(inversion loop)。
中间重复染色体与正常染
色体联会时，会出现一环 状突起 (重复环 duplication loop)。 环状结构是重复 染色体相应部分
29
3. 重复的遗传学效应

剂量效应
dosage effect：

效应：重复区段内的基因重复，导致基因间关系失 衡，进而影响个体生活力。
剂量：影响程度与重复片段大小以及重复纯合体与 杂合体有关。 典型例子
See movie 2 45 movie 3
(2) 平衡致死系
突变基因的保存：

保存突变基因应以纯合体形式，因为只有纯合体 是真实遗传的。但对于隐性致死基因，则只能以 杂合体形式保存。 方法
在每代通过性状观察，淘汰纯合野生型，只保留
杂合体继续繁殖。
46
Herman J.Muller(1890-1967)
11

不同染色体的横纹数量、形状和排列顺序是恒定 的。利用这些特征不仅可以鉴定不同的染色体， 还可以结合遗传实验结果进行基因定位。
12
4. 出现puff结构

在幼虫发育不同时期，活跃表达的基因(转录)形 成的特殊泡状结构称为puff，或称染色体疏松。 这是螺旋化的染色体局部解旋的结果。

这些特殊的疏松区段转录100次左右，是为了产 生幼虫期和蛹期所需要的非常大量的丝状蛋白质 的mRNA。

What?
7 7
Polytene chromosome
只复制 不分离

间期细胞核内每条染色体正常复制达210～215次，
但不发生着丝粒分裂和染色单体分离，导致一条染 色体的单体数目成倍增长，使每条染色体中的染色 线(染色单体)多达500～1000条，平行排列成宽而 长的带状物， 故又称多线染色体。
的结果。
35
倒

位(inv)
Inversion:一条染色体发 生两次断裂，中间的断片 转动180°后重接。
倒位不改变染色体基因的数量，
只造成基因的重排。
36
1.倒位(inversion)的类型
臂间倒位(pericentric inversion)：包括着丝粒的倒 位，倒位区段涉及染色体的两 个臂。 臂内倒位(paracentric inversion)：不包括着丝粒的 倒位，倒位区段在染色体一个 臂的范围内。
Morgan 的学生
Muller提出一巧妙方法： 用另一致死基因来“平衡”。
平衡致死系(永久杂种)(balanced lethal system或permanent hybrid)：利用交换的 抑制效应，为同时保存两个隐性致死基 因而设立的果蝇品系。
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原理

两个隐性致死基因紧密连锁→极不易发生交换； ------方法一
Single inversion
Multiple inversion
40
3.倒位的遗传学效应


Most inversions do not result in an abnormal phenotype If one end of an inversion lies within the DNA of a gene, inversion can affect phenotype
显性基因Gl (Glued，粘胶眼)：使果蝇复眼表面似有 2015/9/27 49 一层粘胶而无光亮。 49
永久杂种平衡致死系的形成
D
+
+
+
+
Gl
+
×
+
展翅 D
+ + + + +
粘胶眼 Gl
+
展翅又 粘胶眼
+
F1
D
+
+
+
展翅
粘胶眼
+ + Gl 展翅粘胶眼 野生型
50
D
+ Gl
D
+ Gl
F1
+
×
色体的缺失则是半合子致死。
22
②假显性：如果缺失的部分包括显性基因，则 缺失对应的隐性基因得以表现。
23
假显性现象
果蝇X染色体缺失 Notch基因导 致翅膀后端边缘缺刻(Notch phenotype).

假显性：缺刻果蝇表现为白眼 显性(正常情况下红眼显性，白 眼隐性)。

缺刻果蝇唾腺染色体的检查 表明，X染色体丢失了45条 横纹，包括红眼基因。
24
缺刻表型的3种特殊现象及其解释
F1雄蝇中无缺刻翅表型
F1缺刻雌蝇都是白眼
F1雌雄比例由1:1成2:1
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人5P－引起的猫叫综合征（cri-du-chat syndrome）
患儿一般表现为智力低下，生长发育迟缓，两眼距离较远、外眼角下斜、 鼻梁低平、耳位低、下颌小、喉肌发育不良，哭声轻、音调高很像猫叫，而 其最明显的特征是哭声类似猫叫，猫叫综合征由此得名；常伴有先天性心脏 26 病，因而在婴、幼儿期就夭折，少数活至成年。
58 58

相互易位杂合体在减数分裂过程中的分离方式示意图
3.易位的遗传学效应
假连锁现象(pseudolinkage) 花斑型位臵效应(variegated position effect) 基因重排导致癌基因(oncogene)激活
60


假连锁现象
Pseudolinkage:非同源染色体上的基因在形成配 子时，相互不能自由组合的现象。
41
3.倒位的遗传学效应

交换抑制

交换抑制应用--平衡致死系
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(1) 抑制倒位区内重组
倒位抑制重组发生现象：
现象：倒位染色体形成配子时不再发生重组。
本质：仍发生重组，但重组产物缺失或重复，使配 子功能不全，无法形成合子，因而交换结果观测不 到。
重组发生但无法检出!
43
44
该现象又称为交换 抑制因子(crossover repressor，C)：仅仅 是一种遗传学现象， 其表现就是倒位杂合 体的后代部分(50%) 不育。

利用倒位抑制交换，使两个非等位的隐性致死基 因永远杂合地处于一对同源染色体的紧密连锁的 位点上。
------方法二
48
方法一：永久杂种法
用两个紧密链锁的致死基因 相互“平衡”，达到同时保 存两个致死基因的目的。
果蝇3染色体上两个紧密链锁的基因(均为隐性致死 基因)：
显性基因D (Dichaete，展翅)：使双翅向两侧展开；
MOVIE 1
13
14
染色体结构变异的类型
Types of changes in chromosome structure

缺失 Deletion 重复 Duplication 倒位 Inversion 易位 Translocation
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染色体结构变异的机制
Mechanisms of change
百度文库
果蝇第2染色体上的显性基因Cy(Curly)。杂合子Cy/+表
现为双翅向背面卷曲，纯合子Cy/Cy致死。
Cy品系果蝇的第2染色体左臂(2L)和右臂(2R)均存在自发
倒位，整个第2染色体的交换几乎全被抑制。因此第2染色 体上任何致死基因都可以用 Cy来平衡。 2015/9/27 52
52
例：选择星状眼的隐性致死基因(S)与其平衡: (S/+)：星状眼，(S/S)：隐性致死 卷翅果蝇与待保留致死基因(S)果蝇杂交
是唾液腺)细胞有丝分裂间期核中的一种可见的、 巨大的染色体。
5
果蝇唾腺染色体的产生

果蝇幼虫(三龄)的 唾腺发育到一定阶 段，细胞不再分裂， 停留在间期，构成 一个永久间期系统。 但核内染色体却在 不断复制。
6
果蝇唾腺染色体的特点
1.巨大而伸展
间期细胞的染色质螺旋化程度低，处于充分伸展 状态，使染色体变得相当巨大，是其它体细胞中 期染色体长度的100～200倍，因此也称巨型染色 体，又称多线染色体。
罗伯逊易位发生在两条近端 着丝粒染色体间； 两长臂形成一条大的亚中着 丝粒染色体；
两短臂也彼此连接成一条小 染色体，含很少基因，一般 在细胞分裂的过程中消失； 染色体数目减少，但染色体 臂数不变。
57
易位的细胞学效应

相互易位杂合体在中期 Ⅰ由于同源部分紧密配 对而出现特征性的十字 形图像。 随着分裂进行，十字形 图像逐渐开放形成环形 或双环状的“8”字形结 构


减数分裂时 发生什么？
有什么后果 发生？
17
缺

失
Deletion:染色体丢失某一
片断，使之位于该片段上的 基因也随之丢失。 末端缺失：断裂一次
Type:
Terminal deletion
Interstitial deletion
中间缺失：断裂二次
18
环状染色体
19
中间缺失

Interstitial deletion:在 染色体臂上发生两处断 裂，中间片段脱离后， 近侧段和远侧段的片段 断彼此连接，形成新的 染色体。

DNA分子通过断裂（physical breakage）和重 接（rejoining ）进而导致染色体的重组（ Chromosome rearrangements）。
可以是自发的（spontaneously）也可以由外 界因素导致，如温度剧变、物理射线、化学诱 变剂等。 断裂的结果：正确重接→复原；错误重接→结 16 构变异
+
展翅粘胶眼
D + + + + Gl Gl D +
展翅粘胶眼
+ Gl D +
永久杂种
+ Gl
F2
D
死亡
死亡
展翅粘胶眼 展翅粘胶眼
永久杂种并非真实不分离，但可真实遗传
51
方法二：用倒位抑制效应设计平衡致死系
倒位抑制交换，使两个非等 位的隐性致死基因永远杂合 地处于一对同源染色体的紧 密连锁的位点上。
遗传学
第12章 染色体畸变的遗传分析 Chromosomal aberration

染色体畸变（Chromosome Aberration） 染色体结构的变化 染色体数目的变化

基因突变（Gene Mutation）
2
Structural variation of chromosome
3
染色体遗传分析的理想材料
Cy ＋
＋ S
×
Cy ＋
＋ S
Cy ＋ Cy ＋ 死亡
Cy ＋ ＋ S 保存
＋ S ＋ S 死亡
53
易
Translocation：两条
位(T)
非同源染色体同时发
生断裂，一条染色体 的断片接到另一条染 色体上。 简单易位
Type:
嵌入易位 相互易位
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易位(Translocation)的类型
罗伯逊易位
20
4q13 4q25
缺失的细胞学和遗传学效应
(1)细胞学效应 在减数分裂同源染色 体联会时，缺失体出现 特征性的环状结构→缺 失环(deletion loop)。

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(2) 遗传学效应
缺失的遗传效应取决于缺失片段的长短

缺失致死：缺失片段大小不同，遗传学效应不同。
大片段缺失甚至在杂合状态下也是致死的。X染
重

复 (dup)
Duplication:两条同源染色体 在不同点断裂，交换后重接。
Type:
①串联重复：重复片段紧接在 固有的区段之后，两者的基因 顺序一致。
②反向串联重复：重复片段与 固有片段的基因排列顺序相反
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1. 产生原因
重复形成的机理：同源染色体的不等交换
2. 重复的细胞学效应
易位杂合体在减数分裂时只有相 间分离的产物可育，而相邻分离 的产物不可育，由此导致子代无 自由组合类型，表现为类似连锁 的现象。
8
9
2. 体联会 (somatic synapsis) ： 体细胞在有丝分裂过程中出 现同源染色体联会现象。

同源染色体紧密配对，各对 染色体的着丝粒集中形成染 色中心(chromocenter)，各同 源染色体从染色中心向外伸 展。

10 10
3.有横纹结构

由于每条染色体在不同区段螺旋化程度不一，因 而出现一系列宽窄不同、染色深浅不一或明暗相 间的横纹。

重复造成的果蝇棒眼
30
果蝇棒眼的剂量效应
31
果 蝇 棒 眼 重 复 基 因 产 生 原 因
32
A. H. Sturtevant
回复突变
野生型
棒眼
野生型
C. 超棒眼 B. Bridges
例：人类的血红蛋白病
融合基因：两种非同源基因的部分片段拼接而成的基
因。是减数分裂时同源染色体之间错位配对引发不等交换
玉米：
染色体形态上可以区分，特别是减数分裂 粗线期，此时染色体为细长的染色丝，着 丝粒的位置、两臂的相对长短 、结节（knob）、染色丝上着 色较浓的染色粒（chromomere ）的分布，以及原有排列顺序的改变都是 畸变的明确证据。
4
果蝇唾腺染色体

Drosophila Salivary gland chromosome：是存在 于双翅目昆虫，如果蝇，摇蚊幼虫消化道(尤其