第4章---遗传信息的改变

第六章遗传信息的改变变异可以使生物具有多样性，使生物通过自然选择而产生进化，影响生物的性状。遗传信息的改变可以发生在染色体水平与DNA水平上。染色体结构和数目的改变称为染色体畸变（chromosomeaberration)。DNA分子结构发生的化学变化称为基因突变(genemutation)。染色体结构变异染色体数目变异染色体畸变点突变——基因突变突变第六章遗传信息的改变第一节染色体畸变第二节基因突变第三节突变的抑制与DNA修复第四节重组与转座第一节染色体畸变一、染色体结构的改变二、染色体数目的变异一、染色体结构变异结构变异的形成：断裂—重接使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。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。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。1.物理因素：放射线人类染色体对辐射甚为敏感，孕妇接触放射线后，其子代发生染色体畸变的危险性增加。2.化学因素：许多化学药物、抗代谢药物和毒物都能导致染色体畸变。3.生物因素：病毒感染传染性单核细胞增多症、流行性腮腺炎、风疹和肝炎等病毒都可以引起染色体断裂，造成胎儿染色体畸变。4.年龄因素：母亲受孕时年龄过大孕母年龄愈大，子代发生染色体病的可能性愈大，可能与母体卵子老化有关。5.遗传因素：染色体异常的父母可能遗传给下一代。一、染色体结构的改变染色体结构的改变是指在自然突变或人工诱变的条件下使染色体的某区段发生改变，从而改变了基因的数目、位置和顺序。可分为4种类型：1、缺失(deletion)2、重复(duplication)3、倒位(inversion)4、易位(translocation)1、缺失(deletion)缺失是指一个正常染色体上某区段的丢失，因而该区段所载荷的基因也随之丢失。⑴缺失的类型⑵缺失产生的原因⑶缺失的遗传与表型效应⑴缺失的类型丢失的区段如发生在两臂的内部，称为中间缺失；如发生在顶端，称为顶端缺失。一般以中间缺失较为普遍。发生缺失后，带有着丝粒的那一段染色体，仍可继续存留在细胞里，没有着丝粒的另一段（断片），将随细胞分裂而消失。缺失(deletion，del)末端缺失(terminaldeletion)4q274q134q25缺失(deletion，del)中间缺失(interstitialdeletion)缺失a.正常染色体染色体结构的变异杂合体在减数分裂时染色体的联合（2）缺失形成的原因①染色体损伤、②染色体纽结、③不等交换（3）缺失的遗传效应缺失区段上基因丢失导致：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。影响缺失对生物个体危害程度的因素：缺失区段的大小；缺失区段所含基因的多少；缺失基因的重要程度；染色体倍性水平。缺失的遗传与表型效应①致死或出现异常、②假显性或拟显性(pseudodominant)猫叫综合症在人类中，第5染色体短臂杂合缺失称为猫叫综合症，最明显的特征是患儿哭声轻，音调高，常发出咪咪声，耳位低下，。通常在婴儿期和幼儿期夭折。第5号染色体缺失（短臂缺失）智商仅20～40。发病率约为1/5万。2、重复(duplication)重复是一个正常染色体增加了与本身相同的一段。⑴重复的类型⑵重复产生的原因⑶重复的遗传与表型效应⑴重复的类型①顺接重复(tandemduplication)重复区段按原有的顺序相连接，即重复顺序所携带的遗传信息的顺序和方向与染色体上原有的顺序相同。②反接重复(reverseduplication)重复区段按颠倒顺序连接，即重复顺序所携带DNA顺序和原来的相反。a.正常染色体b.染色体结构的变异⑵重复的产生的原因①断裂－融合桥的形成染色体由于断裂而丢失了端粒的可自身连接形成环状染色体，复制后若姊妹染色体单体之间发生交换，则在有丝分裂后期可以形成染色体桥。由于附着在纺缍丝上的着丝粒不断拉动导致桥的断裂，从而导致染色体的重复和缺失。②染色体纽结一对同源染色体中的一条若发生纽结和断裂，可能会产生反接重复和缺失。③不等交换一对同源染色体非姊妹染色单体间发生了不等的交换，会导致染色体的缺失与重复。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)新的断裂断裂—融合—桥⑶重复的遗传与表型效应①破坏正常的连锁群，影响固有基因的交换率。②位置效应：一个基因随着染色体畸变而改变了原有基因间的位置关系，引起表型改变的现象称为位置效应。③剂量效应：由于基因拷贝数的不同，而表现了不同的表型差异称为剂量效应。④表型异常：如果重复的基因或产物对生物发育和性细胞活力很重要，就会引起表型异常。重复的遗传效应位置效应(positioneffect)：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。果蝇眼面大小遗传的位置效应正常眼棒眼纯合棒眼纯合重棒眼重棒眼7803586945253、倒位(inversion)倒位是指一个染色体上某区段的正常排列顺序发生了180°的颠倒。⑴倒位的类型⑵倒位产生的原因⑶倒位的遗传与表型效应⑴倒位的类型根据倒位区段包含着丝粒的有无，可分为以下两种类型：①臂内倒位(paracentricinversion)一个臂内不含着丝粒的颠倒。②臂间倒位(paricentricinversion)两个臂间并包含着丝粒的颠倒。⑵倒位产生的原因①染色体纽结、断裂和重接。②转座因子可以引起染色体的倒位。b.染色体结构的变异a.正常染色体⑶倒位的遗传与表型效应①引起基因重排②产生倒位圈在减数分离联会时，倒位的染色体与其同源的正常染色体配对过程中，倒位的区段会出现环状的倒位圈。③对生物生活力的影响④对生物物种进化的影响多次发生倒位并通过杂合体自交纯化后，出现倒位纯合体后代并形成生殖隔离，往往会形成新的物种，促进物种的进化。4、易位(translocation)易位是指两对非同源染色体间某区段的转移。⑴易位的类型⑵易位产生的原因⑶易位的遗传与表型效应⑷易位的应用⑴易位的类型①相互易位(reciprocaltranslocation)②单向易位(simpletranslocation)③罗伯逊易位(Robertsoniantranslocation)①相互易位指非同源染色体间相互置换了一段染色体片段。相互易位与基因交换的区别：交换是发生在同源染色体之间，而易位是发生在非同源染色体之间。b.染色体结构的变异a.正常染色体②单向易位一个染色体的某区段结合到另一非同源染色体上。b.染色体结构的变异a.正常染色体③罗伯逊易位也称着丝粒融合。它是由两个非同源的端着丝粒染色体的着丝粒融合，形成一个大的中或亚中着丝粒染色体。⑵易位产生的原因①断裂非重建性愈合。②转座因子的作用。⑶易位的遗传与表型效应①易位可以改变正常的连锁群②位置效应③基因重排导致癌基因活化，产生肿瘤。④易位可导致动物的繁殖机能和生产性能降低易位导致肿瘤的发生1、慢性粒细胞性白血病：t(9：22)2、Burkitt淋巴瘤:8号染色体重排致基因表达的失控t（8；14）（q24；q32）约占75%;t（8；22）（q24；q11）约占16%;t（2；8）（p12；q24）约占9%;⑷易位的应用主要应用于动植物的育种。在诱变育种上，人们通过诱发易位，把某一类型或种、属的基因转移过来。例1：将小伞山羊草的抗小麦锈病基因转移到小国春小麦上。例2：将蚕二号染色体上的斑纹基因易位于W染色体上，成为伴性遗传而用于幼虫的性别鉴定。二、染色体数目的变异染色体数目的变异是指染色体数目发生不正常的改变。染色体组：在动物细胞染色体中，每一种染色体都有一个相应的大小、形态、结构相同的同源染色体，每一种同源染色体之一构成的一套染色体，称为一个染色体组。一套染色体上带有相应的一套基因，所以，也称为一个基因组(genome)。NormalHumanKaryotypes1、整倍体的变异整倍体(euploid)是指含有完整染色体组的细胞或生物。整倍体的变异是指细胞中整套染色体的增加或减少。整倍体的类型可分为：一倍体(monoploid)、单倍体(haploid)、二倍体(diploid)和多倍体(polyploid)。概念辨析－一倍体和单倍体含有一个染色体组的细胞或生物称一倍体(x)；含有配子染色体数的生物称单倍体(n)，它具有正常体细胞染色体数的一半。大部分动物单倍体和一倍体是相同的，都含有一个染色体组，x和n可以交替使用。2、非整倍体的变异非整倍体是指细胞中含有不完整的染色体组的生物。非整倍体的变异是指在正常染色体(2n)的基础上发生个别染色体的增减现象。常染色体异常：人类的染色体异常中，缺少一条染色体的配子通常是没有受精能力的，多一条染色体的配子虽然可以受精而形成三体，但三体个体绝大多数在胚胎或胎儿期死亡而表现为自发性流产。按变异类型，非整倍体可分为：⑴单体：2n-1⑵缺体：2n-2⑶多体：2n+m⑴单体：2n-1指二倍体染色体组丢失一条染色体（2n－1）的生物个体。如：人类的Turner氏综合征，XO⑵缺体：2n-2指有一对同源染色体全部丢失（2n－2）的生物个体。一般是致死的。⑶多体：2n+m指二倍体染色体增加了一个或多个染色体的生物个体的通称。①三体2n+1②双三体2n+1+1③四体2n+2三体指多了某一条染色体（2n+1）的生物个体。例如：先天愚形(21三体综合征，Downsyndrome)严重智力低下，生长迟缓；男性不育、女性偶有生育能力。18三体：Edward综合征核型：47，XX（XY）+1818三体性染色体病1、先天性睾丸发育不全综合征(Klinefeltersyndrome)2、XYY综合征3、性腺发育不全(Turner综合征，Turnersyndrome)4、X三体综合征1、先天性睾丸发育不全综合征(Klinefeltersyndrome)1942年，Klinefelter首先描述。1959年，Jacob和Strong证实患者核型为47，XXY发病率为1/850男性。男性精神发育不全中为1/100，男性不育中为1/10。核型：47，XXY2、XYY综合征1961年，Sandburg首先描述，核型为47，XYY发病率为0.11％。男性身高＞180cm：1/200；＞190cm：1/30；＞200cm：1/10。男性精神病患者中占为3/100患者外表男性，表型大多正常，可生育，但身材特别高大，性格受损，表现为极度不安定和不负责；有暴力倾向，但通常针对财产（盗窃、抢劫、诈骗、放火等），犯罪年龄平均13.1岁。3、性腺发育不全(Turner综合征，Turnersyndrome)1938年，Turner首先描述。1954年，发现患者的X染色质呈阴性。1959年，Ford证实患者核型为45，X。发病率为1/2,500～1/5,000女性。X单体型：45，X(Turner综合征)Turnersyndrome核型：45，X。X染色质、Y染色质均阴性。原因：父亲形成精子过程，XY染色体不分离。4、X三体综合征1959年，Jacob首先描述，核型为47，XXX。发病率为1/1,000女性新生儿。女性精神病患者中占为4/1,000。XXX综合征：47，XXX，卵细胞分裂时，X染色体不分离。多数患者性发育正常，可生育，部分患者性发育幼稚，原发性闭经。X愈多智力发育愈差，身体畸形愈重。部分染色体整倍体和非整倍体变异类型嵌合体(geneticmosaic)嵌合体是指含有两种以上染色体数目或类型细胞