母性遗传

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第十一章 细胞质遗传 (p273-293) Cytoplasmic inheritance
第一节 细胞质遗传的概念和特点 (p273-285) 第二节 母性影响(p276-279) 第三节叶绿体遗传 第四节线粒体遗传
第一节 细胞质遗传的概 念和特点
一、细胞质遗传的概念(p273) 二、细胞质遗传的特点(p274) 三、质体遗传(p276-279) 四、线粒体遗传(p280-282) 五、共生体和质粒决定的染色体外

细胞质遗传的特点:
• 正反交的遗传表现不同 • 杂种后代也不表现一定比例的分离(非孟德尔) • 与父本连续回交不能置换母本的基因(性状) • 附加体与共生体决定的性状类似病毒的转导或 感染
细胞质遗传的特点
连续回交的遗传表现
遗传信息的两类传递模式
核遗传 座位 等位 基因 特征 存在形式 效应 传递 模式 杂交子代 杂种后代 同源染色体 体细胞成对 质量遗传 显性遗传 孟德尔式 质遗传 细胞质 体细胞成单 质量遗传 母系)
基因型Msms作为父本与不育系交配,产生的后 代能够保持不育系的雄性不育特性的品系 • 用于繁殖不育系

(3)恢复系(R)
• 基因型MsMs作为父本与不育系交配,产生的后
代都具有雄性育性(使后代恢复雄性育性)的品 系 • 用于生产杂交种
4、不同基因型杂交与不育性的 遗传

雄性不育性的恢复(生产杂交种)
小菌落突变型形成与类型

研究发现小菌落的形成可能有3种原因(类 型):
• 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 • 线粒体基因突变:与野生型杂交,后代表现为 细胞质遗传的特征抑制型小菌落 • 线粒体基因组丢失:与野生型杂交,后代全部 表现为野生型菌落单亲遗传
质)
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 • 当核基因纯合(ijij)或细胞质基因为条纹叶基因时, 植株表现为:

• 也属于子囊菌,减数分裂产物(四分孢子)存在 于一个子囊中,但为非直列四分子 • 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 • 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) 突变型:在固体培养基上形成小菌落(petite
拷贝数:多拷贝(p278) 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
(二)叶绿体基因组的构成
SSC IRA IRB SSC: short single copy sequence LSC:long single copy sequence IR: inverted repeats
• N(RR): • N(Rr): • N(rr): • S(RR): • S(Rr): • S(rr): 可育 可育 可育 可育 可育 不育不育系(A)

以不育系作为母本,5种可育类型作为父本 后代的育性遗传动态表现如下
1、质核互作雄性不育性的遗传 情况

育性得到恢复
• S(RR)可作为恢复系(R)
(二)质核互作雄性不育型

细胞质遗传类型
• N:具有正常的细胞质(可育胞质) • S:具有不育的细胞质(不育胞质)

细胞核的遗传类型(单基因):可育(R)对不 育(r)为显性
• RR:显性纯合可育核基因型 • Rr:杂全可育核基因型 • rr:隐性纯合不育核基因型
质核互作雄性不育性的遗传基础

存在6种核质组合类型,当核质基因均为不 育型的个体表现为雄性不育
• 细胞器:

线粒体 质体(叶绿体) 附加体(episome)质粒基因组 共生体(symbiont)
• 细胞质颗粒:

细胞质基因组(plasmon)
遗传物质的存在与遗传
二、细胞质遗传的特点(p274)

细胞器(细胞质遗传物质)的行为:
• 有性生殖过程:两性配子(体)中存在的差异 • 细胞有丝分裂:子细胞间的不均等分配
• 结构与生殖(p275)

外壳旋转方向
• 相对性状:右旋、左旋 • 右旋(S+)对左旋(S)为显性
椎实螺杂交试验
椎实螺外壳的旋转方向由一对基因决定:右旋
椎实螺壳旋转方向的形成




椎实螺壳旋转方向是 由受精卵第一次和第 二次分裂时的纺锤体 分裂方向所决定。 受精卵纺锤体向中线 的右侧分裂为右旋。 受精卵纺锤体向中线 的左侧分裂为左旋。 纺锤体分裂行为是受 精前的母体基因型决 定。
第二节 母性影响(p276279)
母性影响的概念与实质 椎实螺外壳旋转方向的母性影响
母性影响的概念

一般情况下:
• 生物个体的表现型由本身基因型与环境条件共 同决定 • 核基因控制的性状,两个纯合亲本正反交后代 (杂合体)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

细胞核雄性不育(核不育):细胞核基因突变 细胞质雄性不育(质不育):细胞质基因突变
(一)细胞核雄性不育型

1、细胞核雄不育的产生与特点
• 核基因中与花粉粒发育相关的基因很多,各对 基因突变均可能导致花粉粒发育异常,从而形 成雄不育 • 核基因突变引起的败育过程发生于花粉母细胞 减数分裂期:败育早、败育彻底
线粒体基因突变小菌落的遗传

接合型受核基因(a+/a-) 控制
• 表现为核基因的分离

二倍接合子中线粒体同时 来自于两个融合细胞
• 含有两种线粒体(+/-) • 突变线粒体基因可能是有 氧呼吸过程的多个蛋白质 基因

减数分裂产物时线粒体随 机分配结果:
• 全部为野生型菌落(+/-)
二、线粒体遗传的分子基础 (p281-283)
一、细胞质遗传的概念(p273)

细胞质遗传(cytoplasmic inheritance): 由细胞质内的基因即细胞质基因所决定的 遗传现象和遗传规律叫细胞质遗传。
• 非染色体遗传 • 染色体外遗传 • 核外遗传
• 非孟德尔遗传 • 母体遗传
一、细胞质遗传的概念(p273)

细胞质内含有遗传物质的结构

(一)线粒体DNA(mtDNA)的分子特点:
• 闭合环状双链分子

拷贝数
• 多拷贝

功能:
• mtDNA编码少部分线粒体结构与功能蛋白、 RNA

遗传体系:
• 具有与核DNA相对独立的复制、转录和翻译系 统
(二)线粒体基因组的构成
线粒体基因组图
第六节 植物雄性不育的遗传 (p286-293)
msms×MsMs ↓ Msms • 杂交后代可育,育性得到恢复

雄性不育性的保持(繁殖不育系)
msms×Msms ↓ Msms msms • 部分杂交后代可保持不育性,但两种类型难以
5、细胞核雄不育的特点
对于核不育型来说,用普通遗传学的方法 不能使整个群体均保持这种不育性,这是 核不育型的一个重要特征。正是由于这一 点,使核不育型的利用受到很大限制。
(三)叶绿体DNA基因组成有以下特 点:
( 1 )基因组由两个 IR 和一个 SSC 及一个 LS (2)IRA和IRB,编码相同,方向相反。 ( 3) ctDNA 启动子和原核生物的相似,基 因产生单顺反子或多顺反子的mRNA; ( 4 )不同 ctDNA基因组成和数目几乎是相 同的,产物多为类囊体的成分或和氧化还 原反应有关; (5)其tRNA基因中有内含子,有的位于D 环上, 此和原核及真核生物核 tRNA 都不

条纹叶(两种细胞质基因) 白色叶(全部为条纹叶细胞质基因) 紫茉莉花斑枝条和玉米的条纹叶的遗传都是由非染色体 因子控制,都与细胞质中的叶绿体有关。证明:叶绿体 含有遗传物质DNA。
二、叶绿体遗传的分子基础 (p278-280)

(一)叶绿体DNA(ctDNA)的分子特点:
• 闭合环状双链分子



后代可育与不育各占 一半

育性得到恢复
• N(RR)可作为恢复系(R)

育性得到保持
• N(rr)可作为保持系(B)
2、质核互作雄性不育的 特点
孢子体不育与配子体不育 胞质不育基因的多样性与核育性基 因的对应性 单基因不育与多基因不育
(1)孢子体不育与配子体不育
第三节叶绿体遗传

一、叶绿体遗传的表现

二、叶绿体遗传的分子基础
一、叶绿体遗传的表现
(一)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

紫茉莉枝条色性状:
• 绿色
• 白色(无白色植株)
• 花斑
1908,Carl Corrans,非孟德尔遗传发 现者,紫茉莉花斑枝条

一、雄性不育的概念与类别(p286-289)
• 雄性不育性及其意义 • 雄性不育的类别 • 细胞核雄性不育的遗传 • 质核互作雄性不育的遗传

二、雄性不育的发生机理(p289) 三、雄性不育的利用(p291)
雄性不育性及其意义

植物雄性不育性(male sterility):
• 雌雄同株或同花的植物,雄蕊发育不正常,不 能产生有正常功能的花粉 • 雌蕊发育正常,能接受正常花粉而受精结实

母性影响(maternal effect):
母性影响的实质


母性影响是细胞核基因控制性状的独特表 现,不属于细胞质遗传 根本特征:
• 子代表现型由母本(体)基因型决定(延迟遗传, delayed inheritance)
椎实螺的生物学特征与外壳方向 表现

椎实螺(Limnaea peregra)的生物学特性

2、遗传基础
• 如果败育是由于单基因突变引起,则花粉粒育 性受一对控制,并且通常不育性受隐性突变基 因控制

Ms:正常、显性、可育基因
3、细胞核雄不育的基因型
受单基因控制的雄性不育性
• MsMs:纯合可育个体 • Msms:杂合可育个体 • msms:纯合不育个体 • (1)雄性不育系(A): • 基因型为msms的品系(由于雄性不育核基因纯 合而表现雄不育的品系/纯系) • 在杂交中只能作为母本,并且产生的雌配子均 带雄性不育基因ms
LSC Fig. 19- The chloroplast genome is a circle, divided by two inverted repeats into the short single copy sequence and long single copy sequence (GENES Ⅵ Fig24.3 )
第四节 线粒体遗传
一、线粒体遗传的表现 红色面包霉缓慢生长突变型遗传 (p280) 酵母小菌落遗传(p280) 二、线粒体遗传的分子基础 (p281-283) 线粒体DNA的分子特点 线粒体基因组的构成
一、线粒体遗传的表现

(一)红色面包霉缓慢生长突变型遗传(p280) 红色面包霉的两种有性生殖方式:

雄性不育现象的存在与意义:
• 广泛存在 • 用于杂种优势利用中,杂交种制种

以不育系作为母本,免除人工去雄
一、雄性不育的类别及遗传特点

根据雄性不育性的特征
• 雄配子体(花粉粒)形成的任意阶段都可能因为 发育异常而产生不正常的花粉粒或完全不能形 成花粉粒 • 这个过程也称为败育

雄性不育的类别
• 不良环境条件引起 • 遗传因素(基因突变)引起
• 菌丝体融合 • 分生孢子与原子囊果融合
缓慢突变型遗传

野生型:
• 菌丝体正常生长

缓慢生长突变型:
• 生长速度缓慢

遗传表现:
• 遗传类型能够通过无性 生殖稳定遗传 • 正反交的遗传表现不同

解释:
• 线粒体上与细胞色素氧 化酶有关的基因突变
(二)酵母小菌落遗传(p280)

酵母(Saccharomyces cerevisiae)/酿酒 酵母、啤酒酵母
紫茉莉枝条色性状遗传的解释

绿色:
• 能够正常产生叶绿体 质体基因正常

白色:
• 不能产生正常叶绿素 质体基因不正常

花斑:
• 局部不能形成叶绿素 具有两类质体
叶绿体的分离与重组
(二)玉米条纹叶的遗传

玉米第7染色体上(核
基因)

正常绿色叶(Ij)
白色条纹叶(ij)→叶绿
体变异→遗传(细胞
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