第六章 染色体变异

A
B
C
D E
F
G
H
Normal
A
D E
F
G
H
Interstitial
B C D E F G H
Terminal
1
2
3 4 5 6
双着丝点染色体 1 2 5 4 1 2 6 5 3
1
2
3
＋
1 2 3
4
平衡易位
末端缺失 中间缺失
1 2 3
自我连接
断裂-融合桥
环状染色体
1 2 3 1 3 2
＋
断裂融合桥(breakage fusion bridge)
C
A A B C B C D E F G H
Simultaneous break
A A B C B C
D D
E E
F F
G G
H H
Reunion of homologues
6.2.2.2 重复的细胞学和遗传学效应
1)、染色体重复与正常染色体联会时，在粗线期的 染色体上会出现环状突起。
2)、位置效应(position effect)
果蝇棒眼的遗传
果蝇的棒眼基因(Bar,B)位于X染色体上，对野生 型的复眼呈不完全显性，表型效应是减少复眼中 的小眼数，使圆而大的复眼呈棒状。 棒眼是由于X染色体上一个小片段(16A1~A6区段) 的顺接重复所造成。 棒眼作为一个纯系很不稳定，大约1600~2000个子 代个体中，会出现一个野生型的正常复眼和一个 眼睛更窄小的棒眼，名为“双棒眼”。 正常复眼由约800个小眼组成，棒眼约有70个小眼， 而双棒眼只有45个小眼。
重复片段位于染色体其它位置或其它染色体上。
A A A B B
B
C C B C
D E D E D E D E
F F F F
G G G B
H H H C G H
Normal
Tandem Reverse
C B C C A B
Displaced
A
A B C B D E F G H
Overlap of homologues
6.2.2.4 重复的应用
通过重复可以研究位置效应。在细胞学研究中可 以通过重复来给某一染色体进行标记。
在育种中可用来固定杂种优势。对A/a来说因A， a会分离，但如通过不等交换获得了顺式，就不会 分离而可固定杂种优势。
6.2.3 倒位(inversion)
6.2.2.1 倒位的类型
1)、臂内倒位(paracentric inversion)
6.2.2 重复(duplication)
6.2.2.1 重复的类型
1)、顺接重复(tandem duplication) 重复片段与原有片段毗邻且方向相同。 2)、反接重复(reverse duplication) 重复片段与原有片段毗邻但方向相反。
3)、异位重复(displaced duplication)
一个基因随着染色体畸变而改变它和邻近基因的
位置关系，从而改变了表型的现象称位置效应。 可能是随位置的改变也改变了和5’端调控元件的 关系和距离，从而影响基因的表达。
按表型效应的稳定性可把位置效应分为两类，一
类叫稳定位置效应(stable position effect)，又称 S型位置效应，如果蝇的棒眼遗传。另一种位置 效应是不稳定的，称为花斑位置效应(variegated position effect)，也称为V型位置效应，常由易位 而引起。
Sturtevant 通过实验,认为棒眼转变的现象，是由 于同源染色体发生了不等交换(unequal crossover)。
f
Bar Crossover point Bar + f + +
fu
Doublebar
Wild-type
+
fu
Wild-type Heterozygous Bar Homozygous Bar Heterozygous Doublebar B+ / B+ B / B+ B/B BB / B+
3)、倒位杂合体育性降低，表现部分不育。
Paracentric
Paracentric
Pericentric
6.2.3.3 倒位的应用
1)、ClB技术
是摩尔根学生Muller在20世纪20年代利用果蝇建立 的一套检测基因隐性突变和致死突变的技术。 C表示交换(crossover)，Muller选择了X染色体上存 在倒位的果蝇，目的是抑制交换。
l 指致死基因(lethal)，即在倒位的X染色体上带有 一个隐性致死基因。 B指棒眼(Bar)基因，为显性突变。
Herman J.Muller(1890-1967)
C l + +
B +
×
？
C l B 棒眼
？
+ + + 非棒眼 C l B 死亡 + + + 野生型
×
C l B
？
+ + + 非棒眼 C l B 死亡
5 4 6
deletion loop
7
Normal chromotids Deletion chromotids
1
2
3
1
2
3
7
3)、假显性(pesudo-dominance) 如果缺失的部分包括某些显性基因，那么同源 染色体上与这一缺失相对位置上的隐性基因就得以 表现，这一现象称为假显性。
假显性现象
一对同源染色体其中一条是正常的而另一条发生
了结构变异，含有这类染色体的个体或细胞称为 结构杂合体(structural heterozygote)。
若一对同源染色体产生了相同的结构变异，则
称为结构纯合体(structural homozygote)。
染色体结构变异能导致4种遗传效应：
①染色体重排 ②核型的改变； ③形成新的连锁群； ④减少或增加染色体上的遗传物质。
染色体结构变异最早就是从缺失的假显性中发 现的。1915年，C.B.Bridges在研究黑腹果蝇 （Drosophila melanogaster）的棒眼遗传时 发现，棒眼（Bar eye,B）对正常红眼（B+） 是显性。该基因位于X chrm上，伴性遗传。 红眼♀蝇 × 棒眼♂蝇 （B+B+） （B） ↓
6.2.1.3 缺失与进化
进化的趋势是基因组C值的增加，而缺失减小C值， 因此它在进化中没有直接的作用。
6.2.1.4 缺失的应用
作为一种研究手段用来探测某些调控元件和蛋白 质的结合位点，如E.coli的复制起始区的分析等。
利用假显性原理可以进行基因的缺失定位 (deletion mapping)。
+ + + 棒眼
？
可显现隐性突 变和致死突变
可供下次检测用
选择雄果蝇作为待测对象是因为：
一只雄果蝇可和多只雌蝇交配，这样筛选突变的 样本增加了。 雄果蝇是完全连锁的，不会发生交换。
用ClB雌果蝇有以下的优点：
用C可抑制交换，使得结果明确，不受重组的干扰。 B作为一种标记易区分两类雌蝇，可将ClB品系分 离出来。 使一半无待测X染色体的雄蝇致死。
1)、产生倒位环(inversion loop)。
A A
C
C B
B
D D
E E
F F
G
Paracentric
G E
A B C
A B C
E
D
D
F
F
G
G
Pericentric
Single inversion
Multiple inversion
2)、抑制倒位区内的重组，形成假连锁。
不论是臂间倒位还是臂内倒位，由于倒位环内非 姐妹染色单体间发生单交换，而交换的产物都带 有缺失或重复，不能形成有功能的配子，因而好 象被抑制了，或相当程度地减少杂合子中的重组。 这种现象称为交换抑制因子(crossover repressor,C)。 据Schultz和Redfield(1951)在果蝇中的研究发现， 一对染色体的杂合倒位，能增加同一染色体组中 的非倒位片段的交换发生。这种现象称为SchultzRedfield效应。
倒位片段不含着丝粒。
2)、臂间倒位(pericentric inversion) 倒位片段含着丝粒。
E C A B D E F G A B C E C A B D E F G A B C D F G D F G
A
C
B
D E
F
G
A
B
C
E
D
F
G
Paracentric
Pericentric
6.2.3.2 倒位的细胞学和遗传学效应
第一节 染色体结构变异
染色体结构变异可分为四种类型。
①缺失(deletion)：失去了部分染色体片段； ②重复(duplication)：增加部分染色体片段； ③倒位(inversion)：染色体片段作180℃的颠倒 再重接在染色体上； ④易位(translocation)：两条非同源染色体之间 发生部分片段的交换。
6.2.1 缺失(deletion)
6.2.1.1 缺失的类型
1)、顶端缺失(terminal deletion)
顶端发生缺失。由于丢失了端粒，故一般很不稳定， 常和其他染色体断裂片段愈合形成双着丝点染色体或易位； 也可能自身首尾相连，形成环状染色体。双着丝点染色体 在有丝分裂中都可形成断裂融合桥(breakage fusion bridge)，由于分裂时桥的断裂点不稳定，可造成新的重复 和缺失。 2)、中间缺失(interstitial deletion) 染色体中部缺失了一个片段。这种缺失较为稳定，故 较常见。
如在细胞或个体中既有重复又有缺失，总 的基因组平衡的话，除染色体重排引起的效 应外，个体表型是正常的。但若总量因重复 而增加，那么某些基因及其产物的剂量也随 之增加，如这些基因或产物十分重要的话必 然会引起表型异常。
6.2.2.3 重复与进化
重复增加基因组含量和新基因，是进化的一种重 要途径。
染色体数的改变分为两类，一类是整倍体，另一类
是非整倍体；整倍体是增加或减少整套的染色体， 非整倍体是增加或减少一条或几条染色体；
6.1 断裂愈合学说(breakage-reunion hypothesis)
染色体断裂愈合学说(breakage-reunion hypothesis)
是由Stadler (1931,1932), Sax (1938, 1941), Muller (1932,1938,1954),Wolff(1961)及Evans(1962)相继 建立。该学说认为：断裂是自发产生或者由诱变剂 诱发，一般在原来的位置按原来的方向通过修复而 重聚，此现象就称为重建性愈合。若经重建改变原 来的结构则称为非重建性愈合；若染色体断裂后的 片段(不含着丝点)丢失，留下游离的断裂端，则称 为不愈合。
第六章 染色体变异
Chromosome Aberration
基本概念
染色体畸变指染色体的结构或数目发生了异常的变
化。染色体畸变可能是自发的，也可通过化学物质 或放射线处理而诱发；
染色体结构变异包括缺失、重复、倒位、易位四类；
一对同源染色体存在相同的结构改变称结构纯合体，
若BB+ ♂ B+-
应该是棒眼 红眼 应该是红眼
这种假显性现象，很容易与隐性突变混淆， 二者很难区分，必须通过相应的细胞学检 查才能确定，不能仅根据表现型来判断。 当chrm的缺失区段很小时，正常区段与 缺失区段的关系，相当于正常基因与隐性 等位突变基因的关系。 如何区别微缺失和基因突变?
2)、平衡致死品系(balanced lethal system) 这是利用倒位的交换抑制效应，为了同时保存两 个致死基因而设计建立的果蝇品系。 保存一个隐性基因必须使之处于纯合状态,因只有 纯合体才能真实遗传。但致死基因不能以纯合保 存,因纯合体是致死的,只能以杂合体状态保存。 Muller提出可用另一个致死基因来“平衡”。其先 决条件是,两个致死基因紧密连锁,极不易发生交换, 或是利用倒位抑制交换,使两个非等位的隐性致死 基因永远处于一对同源染色体的不同成员上。
800 facets
350 facets
70 facets
45 facets
V型位置效应：局限于杂合状态的基因，其中常染色质
区的显性基因由于倒位、易位而与异染色质区相连接，
从而导致在部分组织中这些野生型基因受到抑制，最终
表现为野生型和突变型的镶嵌花斑。
3)、剂量效应(dosage effect)
3 4 5 5 4 3
2 1 1 2
3 2 1
4
5 5
4 3 1 2
重复5
缺失5
6.2.1.2 缺失的细胞学和遗传学效应
1)、在减数分裂同源染色体配对时，缺失杂合体出 现特征性的环状结构—缺失环(deletion loop)。 2)、致死或出现异常。如人类的猫叫综合症(cat cry syndrome)是由于第5号染色体短臂缺失所致。