第十章细胞质遗传

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雌雄同株的植物雄蕊发育不正常,不能 产生正常花粉,但雌蕊发育正常,能接 受外来花粉而受精结实。

雄性不育性的分类
根据遗传机制,植物的雄性不育性分为: 细胞核雄性不育性 细胞质雄性不育性 细胞质-细胞核互作雄性不育性
1、核不育性

核雄性不育性简称核不育性
由核内基因所决定的雄性不育类型

♂Igf-2m / Igf-2m × ♀Igf-2 / Igf-2 ↓ Igf-2▲ / Igf-2m 母源的Igf-2被印迹,父源的Igf-2m表 达,后代为矮小型小鼠。 试验结果表明:
1. 2. 3.
正反交结果不一样; 都是母源的基因被印迹,是一种母系印迹; 被印迹的基因表达受抑制,失去生物学功能。
aptS barR aptScobR barS cobR cob
aptR barS 最高 207/500 aptR cobS 最低 45/500 barR cobS 中等 117/500 bar
apt
1
:
3
第四节 其他细胞质遗传因子
一. 草履虫的放毒型特性 二. 细菌质粒 三. 真核生物的质粒 四. 果蝇体内感染因子对寄主细胞的影响
29.0
m2
26.2
m3
m4
画出叶绿体基因的遗传图。 8.8 注:数字表示共分离频率
二. 线粒体的遗传表现
1. 2. 3.
红色面包霉的生长迟缓突变 啤酒酵母的小菌落突变 啤酒酵母线粒体基因作图
1.
红色面包酶的生长迟缓突变
正交:poky(♀) ×野生型(♂)→ poky突变型 反交:野生型(♀) 生活周期 →全为野生型 × poky(♂)
草履虫 (二倍体原生动物)
K: 决定细胞质中卡巴粒的增殖 k: 细胞质中卡巴粒不能增殖 卡巴粒: 释放草履虫素
有性接合
KK×kk→Kk
自体受精
Aa→AA or aa
短时间
长时间
KK+卡巴粒(放毒型)×kk无卡巴粒(敏感型) ↓ 两种情况 短时间接合 长时间接合
Kk+卡 放毒
↓ KK+卡 稳定放毒 kk+卡 不稳定放毒
小鼠的类胰岛素生长因子2(Igf-2 )印迹 基因
Igf-2突变为Igf-2m将失去原有的影响动物生 长的功能,导致可能产生矮小型小鼠,能否产生 矮小型小鼠,则取决于Igf-2m的印迹情况 ○ 正反交试验 ♂Igf-2 / Igf-2 × ♀Igf-2m / Igf-2m ↓ Igf-2 / Igf-2m ▲ 母源的Igf-2m被印迹,父源的Igf-2表达,后代 为正常小鼠
锥实螺旋壳方向的遗传属于核遗传范畴
由于受精前母体卵细胞状态决定子代性状
表现的母性影响也称为前定作用
其孟德尔分离比例(3:1)在F3 代才表现 也称为延迟遗传
二. 面粉蛾的眼色
暂时的母性影响,缺乏A基因,不能制造色素, 随个体发育色素逐渐消耗,成虫时已成为红色。
第三节 叶绿体和线粒体遗传
第 十一 章 细胞质遗传
非孟德尔遗传现象
细胞核内染色体上的基因控制的性状, 按照孟德尔定律传递,正交和反交的结果是 一致的(伴性遗传现象除外),称为孟德尔 式遗传。研究发现,有很多性状的遗传方式 不服从孟德尔定律,称为非孟德尔式遗传。

1. 剂量补偿效应——哺乳动物雌性个体的 两条染色体有一条失活,以保持雌雄个体基因 产物的剂量平衡。染色体的失活会导致染色体 上的基因所决定的性状传递方式的改变。 2. 基因组印迹——基因表达时发生可遗传 的变化,造成基因产物的改变,最终导致表型 的改变,这种变异的遗传不符合孟德尔定律。 3. 核外遗传——细胞质中的细胞器(线粒 体、叶绿体等)也含有基因,这些基因控制的 性状也不按孟德尔式遗传。 4. 母体效应——又称为母体影响,是一种 由母体的基因型决定后代表型的现象,造成遗 传方式的改变。
Poky突变体缺少细胞色素a和b, 但细胞色素c含量超过正常值
2.
啤酒酵母的小菌落突变
生 活 周 期
活性用途: 发酵各类酒 面包
瘦身、美容价值!
非活性用途: 医药类原料、饲 料类蛋白源、医药试 剂发酵蛋白源,食品 类营养品、第四代调 味品原料
1940年,Boris Ephrussi等发现小菌落突变, 从遗传方式上分成三类:

质核互作不育性由不育的细胞质基因和 与其相对应的核内不育基因共同决定。 胞质不育基因 S 对应的可育基因 N 核内不育基因 r 对应的可育基因 R R又称为育性恢复基因



核 质 互 作 不 育 性 遗 传 示 意 图
核质互作雄性不育性的遗传
三系配套
S(rr)雄性不育,称为不育系

wenku.baidu.com
N(rr)花粉正常可育,作父本与不育系 杂交,F1仍然保持不育,称为保持系。
基因组印迹(基因组印记) 与表观遗传学




来自父母双方的同源染色体或等位基因存在着功能上的 差异,子代中来自不同性别亲本的同一染色体或基因,当 发生改变时可以引起不同的表型,这种现象称为基因组印 迹。 基因组印迹的概念也可以理解为,基因组在传递信息的过 程中对基因或DNA片段打下标识、烙印的过程。 如果母源染色体的基因被印迹,则父源染色体上的等位 基因得到表达;如果父源染色体的基因被印迹,则母源染 色体上的等位基因得到表达。 基因组印迹不服从孟德尔定律,是一种典型的非孟德尔 遗传。
一. 叶绿体的遗传表现
1. 2. 3. 4. 紫茉莉的花斑叶色遗传 玉米叶片的埃型条纹遗传 衣藻的核外遗传 衣藻叶绿体基因作图
1. 紫茉莉花斑的遗传
亲本枝条 ♀卵细胞×♂花粉 后代表型
白色
绿色
任一
任一
白色
绿色
花斑
任一
花斑,绿和白

2. 玉米叶片的埃型条纹遗传
表现细胞核遗传
表现细胞质遗传
核隐性突变基因ij(7染色体上) ↓
基因组印迹(基因组印记) 与表观遗传学
孟德尔遗传规律认为不管遗传物质来自双亲的哪 一方,都具有相同的表型效应。但是,有些遗 传现象是例外的—— 公驴与母马杂交生成骡子,公马与母驴的 后代称为駃騠(jueti),两者有相当显著的差别。 具有两条母源的11号染色体的小鼠在胚胎 期比正常小鼠小,而具有两条父源的11号染色 体的小鼠在胚胎期比正常小鼠大,但这两种胚 胎都死于发育阶段。
分离型小菌落
中性小菌落
抑制性小菌落
分离型小菌落×大菌落→1/2小菌落子囊孢子 1/2大菌落子囊孢子
中性小菌落×大菌落→全是大菌落子囊孢子 抑制性小菌落×大菌落→全是小菌落子囊孢子
细胞质 小菌落
细胞质小菌落与线粒体有关
⑴ 电子传递系统中的变化
线粒体中负责ATP合成的电子呼吸链失去功能, 不得不依赖于能量产生效率较低的发酵途径。
⑵ 线粒体中蛋白质合成的变化
正常线粒体中有独特的蛋白质合成装置,但细 胞质小菌落没有。
⑶ mtDNA组成的变化
中性小菌落缺乏线粒体DNA,抑制性小菌落 mtDNA的结构、组成均有较大改变
抗药性, 在二倍体芽经诱导形成孢子时, 减数分裂产物表现单亲遗传。
3.
啤酒酵母线粒体基因作图
ⅰ 重组分析
在酵母中,核外分离和重组是在在二倍体胞质
S(RR)、N(RR)花粉正常可育,作父本 与不育系杂交,F1花粉恢复育性,称为恢 复系。

三系配套
由于细胞质基因和核基因的互作,既可以 找到保持系而使不育性得到保持,又可以 找到相应的恢复系而使育性得到恢复。 若一不育系既找到了保持系,又找到了恢 复系,称之为三系配套。
Kk无卡 敏感
↓ KK无卡 敏感 kk无卡 敏感
Kk+卡 放毒
↓ KK+卡 稳定放毒 kk+卡 不稳定放毒
Kk卡 放毒
↓ KK+卡 稳定放毒 kk+卡 不稳定放毒
细菌质粒

质粒是指存在于细胞中能独立自主复制 的染色体外遗传因子.
F致育因子,R因子,Col因子等.

ColE编码大肠杆菌素 imm基因编码大肠杆菌免疫蛋白
细胞质遗传
生化分析表明:
抗性来自叶绿体,只能由mt+亲本传递(单亲遗传)。
后来发现,mt﹣型的叶绿体在结合后总是被丢失
(5%共存,最终会分离)
4. 衣藻叶绿体基因作图
strr mt+ × strs mt﹣ ↓ 0.1%后代同时含有strr和 strs (双亲合子体) 紫外线处理mt+ 亲本, 频率可达40—100%, ↓ 分析叶绿体基因的分离与重组建立遗传图
了解知识:微生物的抗药性与疾病治疗



抗生素的作用机制可简单分为五大类 (1)抑制细菌细胞壁的合成 (2)抑制蛋白质的合成 (3)造成菌体细胞膜损伤 (4)抑制核酸(nucleic acid)的合成 (5)抑制重要新陈代谢物(metabolites)的合成
微生物抗药性的产生

基因组 印迹的 转变
生物的遗传体系
核基因组——染色体——基因(核DNA) (染色体基因组)
遗传物质
细胞器基因组——线粒体(mtDNA) 细胞质基因组 叶绿体(cpDNA) 非细胞器基因组——质粒DNA 共生体DNA
第一节 细胞质遗传的概念和特点
一. 概念
细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律,称 细胞质遗传。 染色体外遗传 核外遗传 母性遗传(少数例外)
细胞质中某些质体改变,不能产生叶绿素
↓ 叶片呈绿白相间的条纹 ↓ 表现细胞质遗传特征(不再需要ij基因)
质体具有一定程度的遗传自主性
3. 衣藻的核外基因遗传
单细胞绿色藻类
属于真核生物 含一个大的叶绿体 含较多的线粒体 两种交配型
正接合型mt+
负接合型mt﹣
衣藻的生活周期
衣藻抗链霉素突变有两类:孟德尔方式遗传

改变自身结构,抵抗药物进入 形成主动排药机制 改变抗生物的药物结构,使得药物失去效 果. 大量制造目标蛋白,干扰药物正常作用.
基因突变
水平转移
真核生物的质粒

酵母的2-μ环状质粒
玉米线粒体的线性质粒S1和S2 红色面包酶的衰老质粒-kalilo


第五节 植物雄性不育性

在细胞质基因决定的许多性状中,与农 业生产关系最密切的是植物的雄性不育 性(male sterility)。
杂合体细胞中形成芽时完成。
分离或重组可在二倍体的培养物中直接检测, 即通过观察此芽诱导成孢子时产生的减数分裂产物 检测 。
RF = 7+1 36+48+7+1
= 6.7%
ⅱ. 丢失分析
利用小菌落诱导时标记基因的丢失来 检测位于mtDNA上的基因的连锁关系。
多个基因同时缺失
的小菌落突变体可 用于基因作图

亦有显性基因控制的雄性不育。
细胞质雄性不育性

由细胞质基因控制的雄性不育类型 简称质不育性 表现细胞质遗传的特征 用这种不育株作母本与可育株杂交,后 代仍是不育株,不育性能保持,但不能 恢复

细胞质-细胞核互作雄性不育性

由细胞质基因和细胞核基因相互作 用共同控制的雄性不育类型

简称为质核互作不育性。
二. 特点
1. 正交、反交遗传表现不同。 F1的表型与母本相同,
后代表型分离不呈孟德尔比例。
2. 连续回交,细胞质基因及其控制的性状仍不消失。 3. 非细胞器基因及其决定的性状遗传类似病毒的转导。
第二节 母性影响
一. 锥实螺外壳的旋转方向
右旋
左旋
右旋
左旋
细椎 胞实 接螺 收壳 母旋 本转 基方 因向 产的 物决 定 机 制 -卵
核不育性的遗传



多数核不育性受一对隐性基因(ms)控制, 纯合体(msms)表现为雄性不育 这种不育性能为相对显性基因(Ms)所恢复 杂合体(Msms)后代呈简单的孟德尔式分离。 用普通的遗传学方法不能使整个群体均保持 这种不育性。 这是核不育性的一个重要特征,也是人们利 用核不育性的最大障碍。
抗药性和决定大菌 落基因一起丢失 抗药性来自小菌落
比较两个基因一起被保留或丢失的频
率可测知基因的连锁关系:
任何两个基因,一起被保留或丢失的
频率越高,连锁越紧密。
在酵母中一个由多种抗性(aptR barR cobR)的菌系被用来诱导 500个小菌落,其中任意一对抗性标记中丢失了一种抗性的小菌落 数列于下表,请利用这些结果画一线粒体基因图。 基因对 apt bar apt cob bar cob 第一抗性基因丢失 87 27 48 第二抗性基因丢失 120 18 69
一个基因经历细胞质分离,另一紧密连锁的基
因也会随着经历细胞质分离的现象,叫做共分离。 共分离频率与基因间的距离成反比
在衣藻的共分离作图中,有四个叶绿体基因m1、m2、m3、 m4。在每对基因都呈杂合状态的胞质杂合体中,基因共分离 的频率如下:
m1
m1 m1 m2 m3 m4 - 29.0 18.0 18.4 - 10.9 26.2 - - 8.8 m2 m3 18.0
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