9 第九章 细胞质遗传

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质基因组所决定的,而是由于核基因的产物在卵细胞中积 累所决定的。 短暂的母性影响:仅影响到后代的幼龄时期,对后代 的成体无影响。
持久的母性影响:影响后代的成体。
5.1 短暂的母性影响
欧洲麦蛾(Ephestia kuehniella)色素的遗传:
欧洲麦蛾的一对基因(Aa)控制犬尿素的合成,该物
花斑
花斑
白色、绿色、花斑
紫茉莉花斑的叶绿体遗传模型
这种花斑现象 是细胞中前体质向
叶绿体发育受阻的
结果。 花斑枝条细胞同 时含有正常和突变 cpDNA,在生长发
育中发生了细胞质
分离和重组。
花斑现象
2.1.2 玉米埃型条斑的遗传
1943年,Rhoades报道了玉米的第7染色体上 有一个控制白色条纹的基因iojap(ij),隐性纯 合体(ijij)的植株 表现出茎叶产生白 绿相间的特征性条 纹,或是白化苗。
农业技术专利转让美国。
1997年,杂交稻种植面积为2.60亿亩(1732.5 万ha),约占水稻面积的62.84%,
中国工程院院士、 “杂交水稻之父” 袁隆平先生
总产1.22亿吨,单产468.67kg/亩(7.03吨/ha),比全国
水稻平均产量增11.17%。杂交稻制种156.9万亩(10.46 万ha),制种平均产量为181.33kg/亩(2.72吨/ha)。 目前,常年种植面积约为1500万ha,约占水稻面积的58%, 产量占66%。至2004年,杂交稻累计种植面积为4亿ha,增产粮食
F2 1DD F3 基因型 1DD 表型 比例
1/2DD 2Dd
1dd 1Dd 1/2dd 1dd
右旋
3
左旋
1
椎实螺外壳旋向遗传的原因
右旋
左旋
螺类的受精卵是螺旋式卵裂,成体外壳的旋转方向决定 于受精卵的最初两次分裂中纺锤体的方向。而纺锤体的方向
决定于卵细胞的特性,卵细胞的特性又决定于母体的基因型。
♀光敏核不育系 × 恢复系 (不育) 保种
保种
杂交种生产
杂交水稻之父——袁隆平
1973年实现三系配套 1974年育成第一个杂交
水稻强优组合“南优2号”
1975年研制成功杂交水 稻种植技术,从而为大面 积推广杂交水稻奠定了基 础。
水稻三系杂种优势的利用:
1973年,实现水稻三系配套、大田生产应用。 1981年,获国家第一个特等发明奖,以第一个
细胞质遗传
表型不一致 非Mendel式 细胞质中 后代象母本性状
2 细胞器基因组的遗传
细胞器遗传的半自主性:

叶绿体、线粒体自己的基因组DNA,能进行自我复 制;

具有一套独立的转录和翻译系统,能合成与自身结
构有关的一部分蛋白质;

又依赖于核编码的蛋白质的输入,遗传上具有半自 主性,与核遗传体系相互依存。
恢复系
F1杂交种
S(Rr)
育性要恢复好 产量要高
品质口感好
“三系”法制杂交种
保持系♂

不育系♀
恢复系♂

保持系 不育系

杂交种

恢复系
不育系生产
杂交种生产
“二区三系”制杂交:
保持系
(父本) 不育系
(母本)
不育系繁殖
不育系生产
杂交种生产
“二系”法制杂交种(光敏核不育系):
短日照 长日照
光敏核不育系 (可育)
P F1 F2 MSMS ↓ MSms ↓ MSMS:MSms:msms msms
4.2 细胞质雄性不育

单纯的细胞质雄性不育:由细胞质遗传因子决定,用 正常父本与其杂交,F1代均为雄性不育,连续回交,
仍保持雄性不育

核质互作雄性不育:由核基因和细胞质遗传因子互作 共同决定花粉育性。细胞质不育需要一个特殊的核基 因来恢复其可育性。
叶绿体和线粒体基因组图谱
绿藻cpDNA
人(内)和酵母(外)mtDNA
表 20-7 叶绿体基因组编码的各种蛋白 基因 RNA-编码 16s 23s 4.5s 5s tRNA 基因表达 r-蛋白 RNA 聚合酶 其它 类囊体膜 光系统Ⅰ 光系统Ⅱ 细胞色素 b/f + H -ATPase 其它 NADH 脱氢酶 铁氧化还原酶 核酮糖 BP 羧化酶 未鉴定 总计
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,其遗传类似细胞质遗传的 特征。大肠杆菌的F因子的遗传最具代表性。
4 植物雄性不育的遗传

雄性不育性(male sterility):雌雄同株植 物的雄蕊发育不正常,花粉败育,而雌蕊
发育正常,能接受正常花粉而受精结实。

正、反交的遗传表型不一致,F1代只表现母方性状 杂交后代不表现一定比例的分离,非Mendel式遗传 连续回交能完成置换母本核基因,但母本细胞质 的基因及其控制的性状不会消失



具有细胞质异质性与细胞质分离和重组。
核遗传与细胞质遗传有何区别?
核遗传
正、反交 遗传规律 基因位置 回交后代
表型一致 Mendel式 染色体上 后代象轮回亲本性状
第九章 细胞质遗传
孟德尔遗传定律
正交试验 反交试验
由细胞内染色体上的基因控制的遗传,称“核基因遗传” 或“Mendel式遗传”。
非孟德尔遗传现象的发现
紫茉莉(Mirabilis jalapa ) 1909,Carl Correns
细胞遗传体系
线粒体基因组
核基因组
细胞器基因组
遗传物质 细胞质基因组 非细胞器基因组
结 合 时 间 长
细胞核基因和细胞质基因的关系
核基因K 放毒型
KK 或 Kk kk
卡巴粒
有 后代中会消失

敏感型
Kk、Kk或KK
卡巴粒是一种存在于草履虫细胞内的内生细菌,学名为Caedobacter
taeniospiralis,其中可能会温和噬菌体。
3.2 质粒的遗传
质 粒 (plasmid) 是 在 细 菌 中 发 现 的 小 型 环 状
草履虫
草履虫的有性生活史1——结合生殖
草履虫的有性生活史2——自体受精

接合生殖过程中,如果结合时间长,超过交 换小核所需的时间,会发生细胞质交换,如 果结合时间短,不发生细胞质交换;

结合生殖可以产生杂合体,而自体受精则只
产生纯合体;

基因型杂合的群体在自体受精生殖时将发生
1:1的基因型分离比。
类型 1 1 1 1 30 19 3 2 2 7 3 6 6 3 1 29 110
拷贝 2 2 2 2 37 22 3 2 2 7 3 6 6 3 1 29 124
参考 B.Lewin: 《GENES》Ⅵ.1997,Table 24。2
2.1 叶绿体的遗传
2.1.1 紫茉莉花斑性状的遗传
1909年,Mendelቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ律的重 新发现者之一,德国植物学家
真核生物受精过程的特点
在真核生物的有性繁殖过程中,卵细胞带有细胞质 及其所含的各种细胞器,精子则基本上不携带细胞质。 在受精过程中,卵细胞 既提供核基因,又提供细胞 质基因,而精子只提供核基 因,而基本不提供细胞质基
因。
细胞质遗传的正、反交差异及形成原因
细胞质遗传在连
续回交中的遗传 表现
1.2 细胞质遗传的特点
4.3 核质互作控制的雄性不育
RF可育的核基因,rf不育的核基因,N可育的 细胞质基因,S不育的细胞质基因。有6种组合:
RfRf N可育 N / RfRf 可育 S / RfRf 可育 Rfrf N / Rfrf 可育 S / Rfrf 可育 rfrf N / rfrf 可育 S / rfrf 不育
Mendel式遗传
非Mendel式遗传
核基因隐性纯合(ijij)使叶绿体基因突变,质体败育,不 能全部形成叶绿素,表现白色、绿色相间条斑或是白化苗。
2.2 线粒体的遗传
2.2.1 小菌落啤酒酵母的遗传
在培养基上,酵母细胞形成的菌落大小相近,有
1-2%形成小菌落,而且小菌落能稳定的遗传。
酵母细胞
酵母菌落
总面积28.7 %。
目前,我国油菜种植面积约1亿亩,杂交油菜种植面积约占油菜 总面积的60%以上,杂交油菜的研究和应用均处于国际
先进地位。
中国工程院院士、“玻里马” 细胞质 雄性不育发现者傅廷栋先生
5 母性影响
定义:指子代的表型受母本核基因型的影响,而
和母亲表型相似的现象。
母性影响的表现与细胞质遗传相似,但不是由于细胞
质是形成色素的前体:
幼虫期
野生型: 皮肤有色 突变型: 皮肤无色
成虫期
眼睛褐色 眼睛红色
欧洲麦蛾色素(眼色和皮色)的母性影响
野生型
突变型
这种现象的解释:

当Aa基因型的个体形成卵子时,不论卵细胞带有A
还是a,细胞质中都容纳了足量的犬尿素,它们的
后代中Aa与aa幼虫个体的皮肤都是有色的。

在后代aa个体中,母性影响是暂时的,aa个体中 缺乏A基因,不能自己制造色素,随着个体发育, 色素逐渐消耗,到成虫时犬尿素的浓度已经很低, 所以复眼成为红色。
放毒型草履虫

卡巴粒(Kappa particle) : 草履虫的一种内共生细菌,能
产生草履虫素(paramecin)
毒杀敏感型的草履虫。

卡巴粒在细胞中稳定繁殖需要 显性核基因(K)的存在。

两个条件共存,表现为放毒型,
其它类型组合均为敏感型。
放毒型
敏感型
草履虫放毒型遗传分析
结 合 时 间 短
S不育
核 质 互 作 不 育 性 的 遗 传
不育系
特点:
不论质或
核,只要有 可育基因, 雄性可育;
恢复系
质、核皆为
不育基因时
雄性不育。
保持系
三系配套
S(rfrf) × N(rfrf)

S(rfrf)
含核不育和质不育基因的雄性不育材料,称为不育系(A) 具有保持母本不育性在世代中稳定遗传的材料,称为保
叶绿体基因组
中心粒基因组 ……..
共生体基因组 质粒基因组 …….
1 细胞质遗传的概念和特点
1.1 细胞质遗传的概念

核遗传( nuclear inheritance ):真核细胞核 内染色体与细菌基因组所携带基因的遗传

细胞质遗传(cytoplasmic inheritance):细 胞质内基因的遗传,又称核外遗传、母系遗 传、非Mendel式遗传
小菌落 类型
产生原因
与野生型杂交后四分体的基因 型及表型比 小菌落:大菌落 = 2:2
分离型
核基因突变
中性型
mtDNA丢失
全为大菌落
抑制型
mtDNA突变
小菌落,比例不等(1~99%)
3 非细胞质组分的遗传
3.1 共生体的遗传
共生体(symbionts):不
是细胞生存所必需的组成部分 ,仅以某种共生的形式存在于 细胞之中,能够自我复制,或 在核基因组作用下进行复制; 对寄主表现产生影响,类似细 胞质遗传的效应。
正常

核不育:细胞核基因突变 细胞质不育:细胞质基因突变 质核互作雄性不育:不育性受核、质 基因共同控制
雄性不育
4.1 细胞核雄性不育

隐性核不育(ms):与正常可育株(MS)杂交,得到F2
代中雄性不育的种子无法分辨

显性核不育(MS):杂种不育,生产上无法应用 光、温敏核不育:雄性不育受光、温条件控 制,但受天气变化的影响
5.1 持久的母性影响

椎实螺,雌雄同体,可异体受精,单独饲养可自体受精。 椎实螺外壳的旋转方向有左旋和右旋,受一对基因控制, 右旋(D)对左旋(d)是显性。

椎实螺外壳的螺旋方向受 母体基因型控制,终生不 变,看起来更像细胞质遗
传,其实还是受母性影响。
椎实螺外壳旋向的遗传
P
F1
F2
F3
椎实螺外壳旋向的表型在F3代发生分离:
Carl Correns,发现紫茉莉中
有一种花斑植株,有绿色、白 色和花斑三种枝条,而这种色 斑的遗传是不符合Mendel定律 的。
紫茉莉花斑品系杂交试验
♀枝条表型 白色 ♂枝条表型 白色 绿色 花斑 白色 绿色 绿色 花斑 白色 绿色 子代 白色 白色 白色 绿色 绿色 绿色 白色、绿色、花斑 白色、绿色、花斑
母性影响与细胞质遗传的异、同点:
相同点:母本的性状都能影响子代的性状 不同点: (1)“母性影响”是母体核基因的代谢产物影响子代 的表型,是核遗传;“细胞质遗传”是由细胞质基因组 所决定的遗传现象,是核外遗传。
6亿吨,可多养活6000多万人口,社会和经济效益十分显著。
油菜三系杂种优势的利用:
1972年,傅廷栋等发现“波里马”油菜细胞质雄性不育; 1976年,湖南农科院首先实现“玻里马”雄性不育的三系配套。
1980年,李殿荣等发现“陕2A”油菜细胞质雄性不育;
1983年,实现“陕2A”油菜雄性不育的三系配套; 1998年,我国杂种油菜种植面积为191.5万公顷 ,约占油菜
持系(B)
S(rfrf) × N(RfRf)

S(Rfrf)
把具有恢复不育系后代育性能力的材料,称为恢复系(R)
4.4 质核互作型雄性不育的应用
不育系和保持系的选育:
不育系
甲材料N(r1r1)
不育系
保持系
S(rr)
N(rr)
不育系 S(rr)
新不育系
S(r1r1)
恢复系的选育:
不育系
S(rr) 可育水稻 N(RR)
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