第六章 染色体的结构变异讲义

（3）位置效应 果蝇的棒眼遗传——是重复造成表现型变异的最早 和最突出的例子。棒眼表现型的果蝇只有很少的小眼 数，其眼睛缩成狭条。这种表现型是由X染色体16A横 纹区的重复所产生的。
• 野生型果蝇：每个复眼由780个左右红色小眼组成。 • 变异型之一（重复杂合体） ：No. 1染色体(X染色体)16区A段因 不等交换(unequal crossover)而重复了。每个复眼的平均小眼数 →358 • 变异型之二（重复纯合体）：每个复眼的平均小眼数→69
重复的细胞学鉴定
• 重复圈(环)：如果重复较长，在联会（粗线期）时，重 复区段被排挤，成为二价体的一个突出的环或瘤，同时 也要对照正常染色体组型，以免与缺失杂合体的环或瘤
混淆。
a a
b b
c c
d d
e e d e
f f
重复杂合体及其联会 • 染色体末端不配对突出。如果重复的区段很短，联会
（粗线期、偶线期）时重复部分 收缩一点，正常的延伸 一点，看不出，难以鉴定；或呈现分离状态。 • 重复纯合体：正常联会。
• • • • •
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
产生缺失的原因： （1）断裂-重接假说； （2）染色体纽结； （3）不等交换； （4）转座因子可以引起染色体的缺失和倒位。
缺失杂合体(deficiency heterozygote)：
倒位区段内有着丝点，即倒位区段涉及染色体的两个臂。
倒位的形成
•
a a b d c f g a e b d c f g a b e d e c g f
b
正常染色体
c
d
e a b
f
g a b c d g e
a b e d c f g
壁 间 倒 位 染 色 体
臂 内c 倒 位d 染f 色 体e
f a b c
– 重复的形成。
*同源染色体的不等交换（细线期） 。
a a a b c f e d b c d e b
正常染色体
c
d
e
f a b c d ec f f a b c d e e d f a b a b c d e e c d f f a b c f
a b c d e d e f
顺接重复 染色体
a b c d e e d f
– 中间缺失杂合体偶线期和粗线期出现；
• 二价体末端突出； – 顶端缺失杂合体粗线期、双线期，交叉未完全端化 的二价体末端不等长。 注意： – 较小的缺失往往并不表现出明显的细胞学特征； – 缺失纯合体减数分裂过程也不表现明显的细胞学特 征。
三、缺失的遗传效应
1．缺失对生活力的影响 （1）缺失基因的数目和重要性； – 基因所决定、控制的生物功能丧失或异常； – 基因间相互作用关系破坏； – 基因排列位置关系改变。 （2）缺失个体是二倍体还是多倍体； （3）缺失配子是雄配子还是雌配子； – 缺失区段较长时，生活力差； – 配子(尤其是花粉)败育或竞争不过正常配子； （4）缺失个体是纯合体还是杂合体。 缺失纯合体出现致死或半致死；缺失杂合体缺失区 段较小时，会造成假显性或其它异常现象。
重复区段的位置不同，表现效应也不同。这就是所谓的位置效应。 例如：果蝇棒眼遗传 “b”代表一个16区A段 “B”代表两个16区A段 则“Bb”是三个16区A段 B//B雌蝇=Bb//b蝇的16区A段有4个重复，然而，B//Bd的小眼数为68个左 右，Bb//b却只有45个。 →说明有位置效应。
b/b
•
四 缺失应用：进行基因定位。
X-Rays
aa Aa
×
AA
_a
a
观察缺失环位置， 缺失环愈小，基 因定位愈准确
有一玉米植株，它的一条第9染色体有缺失，另一条第9染色 体正常，这植株第9对染色体上决定糊粉层颜色的基因是杂合的， 缺失的染色体带有产生色素的显性基因C，而正常的染色体带有 无色隐性等位基因c，已知含有缺失染色体的花粉不能成活。如 以这样一种杂合体玉米植株作为父本，以cc植株作为母本，在 杂交后代中，有10％的有色籽粒出现。你如何解释这种结果？
g
a b c df ge d f e g
图9-6 倒位的形成过程示意图
(二)、倒位的细胞学鉴定
• 倒位杂合体减数分裂前期 – 倒位区段过长：如果倒位片段很长,则倒位染色体 就可能反转过来，使其倒位区段与正常的同源区段 配对，而倒位的外区段则保持分离。 – 倒位区段较短时—倒位圈：如果倒位片段不长，则 倒位染色体与正常的染色体所联会的二价体就会在 倒位区段内形成“倒位圈”。
第二节 重复 (duplication)
一、重复的类别
• 重复是指同一染色体相邻或不同部位的重复。 可分为顺接重复(tanden duplication)和反接重 复(reverse duplication) 。 • 顺接重复是指某区段按照自己在染色体上的正 常直线顺序重复。ab. cdef→ab.cdcdef • 反接重复是指某区段在重复时颠倒了自己在染 色体上的正常直线顺序. ab. cdef→ab.cdeedf
B/b
Bb/b
第三节、倒位 (inversion)
倒位(inversion)：染色体某区段的正常直线顺序颠倒。
(一)、倒位的类别： –臂内倒位(paracentric inversion)：(不包括着丝点)
倒位区段在染色体的某个臂的范围内亦称一侧倒位。
–臂间倒位(pericentic inversion)： (包括着丝点)
第一节
缺失
(Deficiency)
一、缺失的类型与形成：染色体丢失了一个区段。 – 顶端缺失(terminal deficiency)； – 中间缺失(interstitial deficiency)； – 整臂缺失（whole-arm deficiency ）;
（1个断点）
（2个断点）
• 顶端缺失的“断裂—融合—桥”循环： – 断头与无着丝粒断片(fragment)； – 双着丝粒染色体(decentric chromosome)； – ―断裂—融合—桥”(裂合周期)。
④．正常或倒位染色单体，得到它们的孢子可育。 所以，倒位杂合体的大多数含交换染色单体的孢子是不育 的，这就是倒位杂合体的连锁基因重组率显著下降的原因。
臂间倒位杂合体的交换
三、倒位的遗传效应 1．倒位杂合体的部分不育：
倒位圈内发生交换后，产生的交换型配子(50%)含重复缺失染色 单体，这类配子是不育的; 只有部分孢母细胞在减数分裂时倒位圈内 会发生非姊妹染色单体间的交换；倒位点可以当作一个显性基因位 点看待，其性状表现就是倒位杂合体部分不育。
臂内倒位形成的“后期 I 桥”和“染色体断片”
倒位杂合体非姐妹染色单体之间在倒位圈内发生交换 后可以产生以下4 种情况：
①．无着丝点断片【 臂内倒位杂合体 】，在后期Ⅰ丢失； ②．双着丝点的缺失染色体单体(臂内倒位杂合体)，在成为 后期桥折断后形成缺失染色体，得到这种缺失染色体的 孢子不育；
③．单着丝点的重复缺失染色体(臂间倒位杂合体)和缺失染 色体【臂内倒位杂合体】，得到它们的孢子也是不育；
猫叫综合症（第5号染色体短臂缺失）： 婴儿啼哭如猫叫，一般伴随有小头症和智力迟钝。
(恶性)黑素瘤, 黑色素瘤，胎记瘤 神经细胞瘤 (良性 )胎记瘤
肺部 睾丸肿瘤
腹部肿瘤
X，Y，13，18和21号的基因密度最低。
含缺失染色体的花粉一般是败育的，即使不曾 败育，在授粉和受精过程中也竞争不过正常的配 子。因此缺失染色体主要是通过雌配子而遗传。 如果缺失的区段较小，不严重损害个体的生活力 时，则存活下来的含缺失染色体的个体，不免表现各 种形式的遗传上的反常。最常见的反常是假显性现象。 假显性现象是指由于一个显性基因的缺失，致使原来 不应显现出来的一个隐性等位基因的效应显现了出来。
第六章 染色体结构的变异
结构变异的形成：断裂—重接
1 染色体产生折断的因素： – 自然：温度剧变、营养生理条件异常、遗传因素等； – 人为：物理射线与化学药剂处理等。 2 染色体折断的结果： – 正确重接：重新愈合，恢复原状； – 错误重接：产生结构变异； – 保持断头：产生结构变异。 3 结构变异的基本类型：缺失、重复、倒位、易位。 – 形成、类型与特点； – 细胞学特征与鉴定； – 遗传效应。
果蝇的e基因位于第3染色体70.7位点上，ee型果蝇呈黑檀体， 体色比基因型为++或+e的果蝇黑得多。如果++和ee果蝇交配， 产生出极少数黑檀体果蝇，但频率却大于基因突变频率。这些 黑檀体产生的可能原因是什么？怎样证实？ 可能是中间缺失造成的。F1基因型为+e，如果一条同源 染色体上‚+‛所在区域缺失，就使果蝇表现型变成e，即黑 檀体型。 在这种果蝇唾腺染色体上找到缺失环可以证实。
正 常和缺失染色体配对；
缺失纯合体(deficiency homozygote)
（1）染色体损伤后产生断裂（末端缺失）或非重建性愈合（中 间缺失）。（断裂-重接假说） 条件： 自然：温度剧变、营养生理条件异常、遗传因素等； 人为：物理射线与化学药剂处理等。 染色体折断的结果： 正确重接：重新愈合，恢复原状； 错误重接： 保持断头：
（2）染色体纽结
（3）不等交换：（unequal crossing over）
（4）转座因子可以引起染色体的缺失和倒位
MuDR+
MuDR-
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Mu TIR同源的序列较保守的约220bp TIR。
TIR
Internal Seq.
TIR
二、鉴定缺失的细胞学方法
• 无着丝粒断片；
– 最初发生缺失的细胞在分裂时可见无着丝粒断片。 • 缺失环(环形或瘤形突出)；
反接重复 染色体
a b c f a b c f
a b c d e d e
e d
f
a b
f
a b c d e d e f
注意： 1 重复和缺失相伴出现；
2 重复区段内不能有着丝点。
相关术语：
重复染色体；
重复杂合体(duplication heterozygote)；
重复纯合体(duplication homozygote) 。
解析： 1）♀[正常的cc纯合体]×♂[缺失杂合体Cc]要出现有色籽粒，不是假 显性的结果？ 2）有10％的有色籽粒出现，说明缺失杂合体有交换，产生可育花粉； c
×
C
C
c
c
C
有一纯合玉米绿株（gg）与一纯合玉米紫株（GG）杂交。 F1出现了极少数的绿株，如何解释？怎样证明你的解释？
解析： 1）有两种可能，一是父本植株在配子形成过程中，少量的G基因突变 为g；二是发生了含有G基因染色体片段的缺失。 2）证明， a. 回交验证：将F1代中的绿株与亲本的紫株纯合体（GG）回交，再 将回交一代（BC1）严格自花授粉。如果是染色体缺失，自交后代将 不呈现紫株与绿株之比为3:1；若属基因突变，则自交后代呈3紫株:1 绿株的比例。 b. 花粉检查：如果属染色体缺失，那么杂交F1代中表现隐性的植株， 一定是缺失杂合体。由于雄配子一般对缺失更为敏感，所以花粉中可 能有部分败育。 c. 细胞学鉴定：观察F1隐性植株花粉母细胞减数分裂粗线期（或双线 期）染色体构象，若出现缺失圈（中间缺失）或非姊妹染色单体不等 长（顶端缺失）的二价体，就可断定为染色体缺失。
直接检查缺失和重复的
最好材料果蝇的唾液腺染色
体：特大、且是体细胞联会 （somatic synapsis），染色 体数少，只有4对，4对染色 体的联会的4个二价体的总长
达1000微米，肉眼可见。其
上的许多宽窄不等和染色深 浅不同的横纹带，可以做为
鉴别缺失和重复的标志。
二、重复的遗传效应
（1）重复对个体综合表现的影响： – 重复区段内的基因重复，影响基因间的平衡关系； – 会影响个体的生活力(影响的程度与重复区段的大小有 关 )。 （2）剂量效应(dosage effect)： – 果蝇眼色遗传的剂量效应，红色(V+)对朱红(v)为显性； – 杂合体(V+v)表现为红色； – 但(V+vv)的表现型却为朱红色（重复隐性基因的作用超 过与之相对应的显性基因的作用）。
2. 假显性(pseudodominance)：缺失部分含某些 显性基因，对应位置隐性等位基因得以表现。
• 例如：与玉米植株颜色有关 的一对基因Pl(紫)和pl(绿)在 第6对染色体的长臂的外段 (紫株是显性性状)。紫株玉 米与绿株玉米杂交的F1植株 应该都是紫色。 Mclintock，1931年，用经X 射线照射的紫株玉米的花粉 给绿株玉米授粉杂交，734 株F1的幼苗中意外出现了2 株绿苗。 X-Rays