《细胞质和遗传》PPT课件

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•
在这两组杂交中，所有的染色体基因决定的性状
都表现1∶1分离。表明，当缓慢生长特性被原子囊果携带
时，就能传给所有子代。而这种特性由分生孢子携带，就
不能传给子代。生长缓慢的突变型不仅不正常，而且在幼
嫩培养阶段不含细胞色素氧化酶，细胞色素氧化酶的产生
与线粒体有关，所以可以推测，有关的基因在线粒体中。
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草 履 虫 放 毒 型 遗 传
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草履虫放毒型遗传 (Reading by yours el◆f)卡巴粒相当于一个小型细菌的大小。有两层
膜，外膜好象细胞壁，内膜是典型的细胞膜结 构。
◆有人推测卡巴粒是在进化历史的某一时期进 入草履虫内的细菌。经过若干代的相互适应后 ，建立起一种特殊的共生关系。
别以这三种枝条上的花作母本，用三种枝条上
的花粉分别授给上述每个作为母本的花上，杂
交后代的表现如表。
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图12-4 紫茉莉的花11 斑植株
紫茉莉花斑性状的遗传
接受花粉的枝条
白
色
绿
色
花
斑
提供花粉的枝条 白色 绿色 花斑 白色 绿色 花斑 白色 绿色 花斑
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杂种表现 白色 绿色 白、绿、花斑
•
由此可知，决定枝条和叶色的遗传物质
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• 2、叶绿体遗传的规律 • （1）自主性。 • （2）相对自主性。某些情况下，质体的变异
是由核基因所造成的。
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• 3、叶绿体遗传的分子基础
• ●双链环状DNA
• ●12～160kb大小，多数为150kb
• ●基因组结构
•
目前已经测定了烟草（shinozaki，19
86）、水稻（Hiratsuka，1989）等叶绿体DNA
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•
2. 啤酒酵母
•
属于子囊菌，它在有性生殖时，不同交配型相
结合形成的二倍体合子。酵母有一种“小菌落”个体
。这种类型经培养后只能产生小菌落。
•
如果把小菌藩酵母同正常个体交配，则只产生
正常的二倍体合子。它们的单倍体后代也表现正常，
不再分离小菌落。
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• 图12-8 小菌落酵母同正常个体交配 24
体中。表明这种小菌落的变异与线粒体的基因组变异有关
。
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• 3.线粒体遗传的分子基础
•
●大小：差别很大
• 表12-2 线粒体基因组的大小
物种类型 昆虫 真菌 高等植物
物种数目
42 27 20
基因组大小（kb） 14.5~17.9 18.9~95 120~2700
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•
形状: 构型复杂、有开环、共价闭环、
• 3.通过连续的回交能把母本的核基因全部置换掉，但母
本的细胞质基因及其控制的性状仍不消失。
• 4. 由附加体或共生体决定性状，其表现往往类似病毒
的转导或感染。
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草履虫放毒型遗传
◆草履虫是一种原生动物，种类很多。含有大 核和小核。
➢大核是多倍体，主要负责 营养；小核是二倍体，主要 负责遗传。
➢有的草履虫种有大小核各 一个，有的种则有一个大核 和两个小核。
♀Msms × msms♂ ↓
F1
Msms : msms
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(二)质—核不育型
●质—核不育型 由细胞质基因和核基因互作控 制的不育类型，简称质核型，又叫胞质不育型 (cytoplasmic male sterility，简称CMS)。
不育性是由不育的细胞质基因和相对应的核基 因所决定的。当胞质不育基因S存在时，核内 必须有相对应的一对(或一对以上)隐性基因rr, 个体才能表现不育。
的
• 遗传有直接联系。
•
1.红色面包霉
•
红色面包霉有一种缓慢生长突变型，在正常繁殖
条件
• 下能稳定地遗传下去。
•
把突变型与野生型进行正交，当突变型的原子囊
果与
• 野生型的分生孢子受精结合时，所有子代都是突变型
。把
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• 突变型与野生型进行反交，当野生型的原子果与突变
型的
• 图12-7 红色面包霉缓慢生长突变型
•
这表明小菌落性状的遗传与细胞质有关，而且这种
杂交后代，4个子囊孢子有2个是a＋，另两个是a－，交配
型基因a＋和a－仍然按预期的孟德尔比例进行分离，而小
菌落性状没有象核基因那样发生重组和分离，说明这个性
状与核基因无关。
•
进一步研究发现，小菌落酶母细胞内，缺少细胞色
素a和b，还缺少细胞色素氧化酶，这些酶类，存在于线粒
◆因此，远缘杂交可能导致雄性不育。为了获得保持
锥实螺外壳旋转方向是由受精卵第一次和 第二次分裂时纺锤体分裂方向所决定的。受精 卵纺锤体向中线的右侧分裂时为右旋，向中线 的左侧分裂时为左旋。
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•
右
旋
左旋
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第二节 细胞质遗传
• 一、叶绿体遗传的花斑现象
• 1. 发现
•
1901年，柯伦斯发现紫茉莉中有一种花斑
植株，着生绿色，白色和花斑三种枝条。他分
✓ 目前水稻、玉米、高梁、洋葱、蓖麻、甜菜和油菜等作物 已经利用雄性不育性进行杂交种子的生产。
✓ 对小麦、大麦、珍珠粟、谷子和棉花等作物的雄性不育性 已进行了广泛的研究，有的已接近用于生产。
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一 雄性不育的类别及其遗传特点
(一)核不育型
●是一种由核内染色体上基因所决定的雄性不育类型，简称核 不育型。现有的核不育型多属自然发生的变异。
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2. 能量供求假说
能量供求假说：认为线粒体是细胞质雄性不育性的重 要载体。植物的育性与线粒体的能量转化效率有关。
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3. 亲缘假说
根据水稻三系育种的实践，从个体水平上推论：
◆认为遗传变异引起个体间生理生化代谢上的差异， 与个体间亲缘关系的远近成正相关。
两亲间亲缘差距越大，杂交后的生理不协调程度 也越大。达到一定程度，就会导致植株代谢水平下降， 合成能力减弱，分解大于合成，使花粉中的生活物质 (如蛋白质、核酸)减少，导致花粉的败育。
多数核不育型受简单的一对隐性基因(ms)所控制。
msms：雄性不育 ♀msms × MsMs♂
MsMs
↓
Msms 雄性可育
F1 Msms 可育 ↓
F2 1MsMs:2Msm37s:1msms
20世纪70年代末在我国的山西省太谷发现了由显性雄性不 育单基因所控制的太谷显性核不育小麦：
msms：雄性可育 Msms: 雄性不育
• 细胞质颗粒中也存在遗传物质。
• 通常把所有细胞器和细胞质颗粒中的遗传 物
• 质，统称为细胞质基因组。把2 细胞质基因所决 定
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第一节 母性影响
短暂的母性影响--欧洲麦粉蛾色素的遗传
欧洲麦蛾野生型幼虫的皮中含有色素，成虫复眼 为深褐色。这种色素是由犬尿氨酸所形成的，由一对 基因（Aa）控制。
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➢基因A使幼虫着色，卵母细胞中有A基因存在， 细胞质中含有A基因产物——色素。 ➢这种影响是暂时的：缺少A基因，不能合成色 素，随着个体的发育，色素消耗，成虫时为红色。
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持久的母性影响---锥实螺外壳的旋转方向
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根据研究锥实螺的外壳旋转方向，是由一 对基因差别决定的，右旋(D)对左旋(d)为显性。
是通过母本传递的。花斑枝条的绿叶细胞含有
正常的绿色质体(即叶绿体)，白细胞只含无叶
绿素的白色质体(白色体)，而在绿白组织之间
的交界区域，某些细胞里既有叶绿体，又有白
色体。由此得出结论：植物的这种花斑现象是
叶绿体的前体——质体变异造成的。由于质体
在细胞分裂中随机分配给子细胞，而不象染色
体那样均等的分配。
➢草履虫既能进行无性生殖，
又能进行有性生殖。
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草履虫的接合生殖过程
草履虫放毒型遗传
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草履虫放毒型遗传
◆放毒型的毒素是由细胞质中的卡巴粒产生 的，但卡巴粒的增殖有赖于核基因K的存在。
➢如果没有K基因。kk个体中的卡巴粒经5 -8代的分裂，就会消失而变为敏感型。
➢如果细胞质内没有卡巴粒。即使K基因 存在，也不能无中生有的产生卡巴粒， 还是敏感型的。
(二)关于质核不育型的假说
1. 质核互补控制假说
◆细胞质不育基因存在于线粒体:
在正常情况下(N) ，正常转录mRNA，在线粒体核糖 体上合成各种蛋白质(或酶)，形成正常的花粉；
当线粒体基因突变为S时，某些酶不能形成，或形成 某些不正常的酶，花粉败育。
◆核基因为R时，携带可育的遗传信息，通过mR NA的转录，翻译成各种蛋白质(或酶)，花粉正 常发育。当核基因为r时，仅携带不育性信息， 因此不能形成正常花粉。
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•
因此，经过多次的细胞分裂，一个原来
含有两种质体(正常和变异)的细胞，就会分裂
成细胞质内含有正常质体、含有白化质体以及
含有混合质体的三种细胞。由于精子内不含质
体，所以由上述三种细胞分别发育的卵细胞，
无论接受何种花粉的精子受精，其子代将与提
供卵子的母本相似，分别发育成正常绿色植株
、白化植株和花斑植株。
的全序列。
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• 举例：烟草叶绿体基因组结构
•
大小：156kb，环状
•
分区(4个区):
Biblioteka Baidu
•
86.5kb的大单拷贝区(LSC)
•
18.5kb的小单拷贝区(SSC)
• 、IRB)
两个等同的25kb 倒位重复区(IRA
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• 图12-6 烟草叶绿体基因组的19基因图
• 二、线粒体遗传的表现
•
线粒体是真核生物中的重要细胞器，与某些性状
◆卡巴粒为什么能产生毒素呢？卡巴粒中可能 带有噬菌体，这种噬菌体编码一种毒素蛋白质 ，即草履虫素，导致敏感型草履虫死亡。
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卡巴粒电镜照片（61200倍）黑色圆形物为噬菌体
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第三节 植物雄性不育的遗传
●植物雄性不育(male sterility)的主要特征是雄蕊发 育不正常，不能产生有正常功能的花粉，但是它的雌蕊发育正 常，能接受正常花粉而受精结实。 ➢雄性不育在植物界是很普遍的，已在18个科的110多种植物中 发现。
第十三章 细胞质遗传
第一节 细胞质遗传的概念和特点 第二节 母性影响 第三节 叶绿体遗传 第四节 线粒体遗传 第五节 其他细胞质颗粒的遗传 第六节 植物雄性不育性遗传
1
•
真核生物的细胞质中的遗传物质主要存
在于
• 线粒体，质体，中心体等细胞器中。
• 在原核生物和某些真核生物的细胞质中，除 了
• 细胞器之外，还有另一类称为附加体和共生体 的
超螺旋、直线型等形式。
•
基因组结构
•
表现出极复杂的变化
•
主要原因是重组使线粒体基因组的组织
结构变得非常复杂
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• 三、细胞质遗传的特点
• 1. 正交和反交的遗传表现不同。由细胞质基因控制的
性状，只能由母本传递给子代。
•
A B 正交
•
BA
反交
• 2.遗传方式是非孟德尔式的；杂交后代一般不表现一定
比例的分离。
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(二)质—核不育型
◆ S(rr) × N(rr) → S(r r)，F1表现不育。说明N(rr) 具有保持不育性在世代中稳 定传递的能力——保持系。 ◆ S(rr)由于能够被N(rr)所 保持，在后代中出现全部稳 定不育的个体——不育系。
◆ S(rr) × N(RR) → S(R r)，或S(rr) × S(RR) → S (Rr)，F1全部正常能育。说 明N(RR)或S(RR)具有恢复育 性的能40力——恢复系。
或对应性。
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(2)胞质不育基因的多样性与核育性基因的对应性
◆细胞质中： N1→ S1、N2 → S2、……、Nn → Sn；
◆核内对应的： r1 → R1、r2 → R2、……、rn → Rn。
◆核内的育性基因与细胞质中的育性基因发生对应 的互作，即：
r1(或R1)对N1(或S1)、r2(或R2)对N2(或S 2)、……、rn(或Rn)对Nn(或Sn) 。 ◆某一个体具体的育性表现，则决定于有关质、核 间对应基因的互作关系 。
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(3)单基因不育性和多基因不育性
单基因不育性：一对或两对核内主基因与对 应的不育胞质基因决定的不育性 多基因不育性：由两对以上的核基因与对应 的胞质基因共同决定的不育性。
质核型不育容易受到环境条件的影响，特别是 多基因不育性。例如气温。
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二 雄性不育性的发生机理
(一)胞质不育基因的载体
◆多数学者认为，线粒体基因组(mt DNA)是雄 性不育基因的载体。
玉米有N、T、C和S四种类型的细胞质，N为正常可 育型，其余三种为不育型。它们的mtDNA分子组成有明 显的区别。T型中具有缺少2350碱基对的mtDNA；C型中 具有其它类型所没有的两种低分子量mtDNA；S组的mtD NA中多出一个附加体系统。但这四种育性类型的叶绿 体DNA并没有明显的差别。
◆除了mt DNA之外，还有人认45 为叶绿体DNA是雄 性不育基因的载体
质-核型不育性的特点
(1)孢子体不育和配子体不育
◆孢子体不育是指花粉的育性受孢子体(植株)基因型所 控制，而与花粉本身所含基因无关。 ◆配子体不育是指花粉育性直接受雄配子体(花粉)本身 的基因所决定。
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(2)胞质不育基因的多样性与核育性基因的对应性
◆对于每一种不育类型，都需要某一特定的恢
复基因来恢复，恢复基因有某种程度的专效性