第十章 染色体畸变的遗传析

主要内容染色体结构变异染色体数目的改变第一节染色体结构的变异果蝇唾腺染色体染色体结构变异的类型缺失重复倒位易位影响染色体结构变异的因素一、果蝇唾腺染色体唾腺染色体(Salivaryglandchromosome)：存在于双翅目昆虫（果蝇）幼虫消化道（唾腺）细胞的有丝分裂间期核内一种巨大的染色体。果蝇唾腺染色体的特点巨大而伸展体细胞联会有横纹结构出现puff结构1、巨大而伸展经10-15次复制，每次复制后不分开而并列聚合在一起形成的，故称为多线染色体。长约为其它体细胞染色体的100-200倍，相当巨大。2R2L3R3LX42、体细胞联会体细胞联会：体细胞在有丝分裂过程中同源染色体进行配对。形成染色中心（chromocenter）：四对多线染色体的着丝粒区聚合成为一个，从此中心伸出5个长臂和一个短臂。2R2L3R3LX4染色中心3、有横纹结构有深色的带纹区和浅色的间带区交替排列成横纹。85%为带纹、15%为间带区，3000-300000bp/带纹.带纹间带每一臂上所有的带纹的大小和位置是恒定的，即具有种的特征。102部（区）6个分部（段）/部（区）：A-F若干条带纹/分部（段）：1、2、3…如3C7表示第三部C分部第7带纹。示X-染色体部（区）、分部（段）、条4、出现puff结构在幼虫发育不同时期，基因在行使特殊功能时出现的特殊形态的泡状结构称为puff，或称为染色体的疏松。摇蚊的puff：摇蚊幼虫唾腺所分泌的几种多肽就是由最大的疏松产生的。可转录100次左右，可能是为了幼虫期和蛹期所需要非常大量的丝状蛋白质的mRNA。二、染色体结构变异的类型缺失（deletion/deficiency）：染色体丢失一个片段重复（duplication/repeat）：一个染色体上某一片段出现两份/两份以上的现象。基因数目变化易位（translocation）：一个染色体臂的一段转移到另一非同源染色体的臂上的结构变异。倒位（inversion）：在同一染色体上某一片段作180的颠倒，造成染色体上基因顺序的重排。基因位置变化慢性粒细胞白血病（CML）9q+22q-费城染色体（Ph）三、缺失缺失的类型缺失的细胞学和遗传学效应1、缺失的类型末端缺失中间缺失（少见）（常见）缺失杂合体与缺失纯合体缺失杂合体：体细胞内一对染色体中如果有一条带有缺失，另一条正常的个体为缺失杂合体。缺失纯合体：体细胞内一对染色体都带有相同的缺失，为缺失纯合体。2、缺失的细胞学和遗传学效应细胞学特点假显性缺失导致的人类染色体畸变综合征2）假显性用X－ray处理花粉F1（少数甜粒）♀甜粒玉米（susu隐性）×♂非甜粒玉米（SuSu显性）×susuSuSusu性母细胞生殖细胞suF1（甜粒）假显性(pseudodominance)一对等位基因中的显性基因缺失，使对应的同源染色体上的隐性基因得以表现的遗传现象。缺刻翅雌果蝇黑腹果蝇X染色体缺失所带来的特殊的表型效应最早由Bridge发现的，缺刻翅由X染色体缺失（45条横纹）而带来的表型效应，它对雄果蝇是致死的。3）缺失导致的人类染色体畸变综合征——猫叫综合症5p-杂合体，表现为小头，耳位低下，严重的生长异常和智力减退（智商仅20-40）。患者的哭声象猫叫（喉部发育不良），常在婴儿期或幼儿期夭折。染色体检查表明：患者为第5号染色体短臂缺失杂合体。四、重复重复的类型重复的细胞学和遗传学效应1、重复的类型串联重复：重复片段紧接在固有的区段之后，而且两者的基因顺序一致。反向串联重复/反接重复/倒位串联重复：重复片段也紧接固有区段之后，但基因顺序正好相反。移位重复：重复片段插在与固有区段不相连的其他位置上，也可以在其他染色体上。ABCDABCDCD（1）串联重复ABCDABCDDC（2）反接重复ABCDABCDBA（3）移位重复2、重复的细胞学和遗传学效应细胞学特点遗传学效应缺失与重复的形成果蝇棒眼的不等交换2）重复的遗传学效应例如，果蝇的棒眼就是X染色体上16A区重复的结果。16A区的重复可使小眼数降低，并有累加效应，即重复数愈多，小眼数越少，眼睛越小。进一步研究表明：小眼数不仅与重复区的次数有关，且与重复区的排列位置有关。3）缺失与重复的形成出现不等交换缺失重复4）果蝇棒眼不等交换五、倒位倒位的类型倒位的细胞学特点倒位的遗传学效应1、倒位的类型臂内倒位：倒位区段不包括着丝粒，即倒位区位于着丝粒一侧的臂内。臂间倒位：倒位区段包括着丝粒在内。臂间倒位表示着丝点臂内倒位表示着丝点3、倒位的遗传学效应抑制或明显减少重组的发生（交换抑制因子）：不论是臂间或臂内倒位，由于倒位圈内发生单交换的产物都带有缺失或重复，不能形成有功能的配子，使倒位圈内的基因表现完全连锁。表型效应六、易位易位的类型易位的细胞学效应易位的遗传学效应1、易位的类型•相互易位•整臂易位•罗伯逊式易位1）相互易位reciprocaltranslocation：两个染色（单）体断裂，片段相互交换形成。2）整臂易位非同源染色体之间整个臂（或几乎整个臂）的转移或交换。3）罗伯逊式易位是一种特殊形式的整臂易位，又称着丝粒融合。只发生在两条近端着丝粒的非同源染色体之间，在着丝粒处断裂，长臂着丝粒融合形成。2、易位的细胞学效应相互易位相间分离相邻分离3）相间/相隔式/交互分离中期此四价体的排列图象呈“8”字型后期Ⅰ染色体就以间隔式分向两极――相间分离/相隔式分离/交互分离，产生的配子均可育。AABB11222AB121BA形成可育配子相间分离时“十”字型图像逐渐开放形成“8”字型4）相邻/邻近分离中期此四价体的排列图象呈“O”字型。后期I时，相邻的两条染色体，分向一极－邻近式分离。结果产生的配子均不育。AABB11222A11相邻分离时“十”字型图像逐渐开放形成“O”字型形成不育配子BBA23、易位的遗传学效应•假连锁•易位导致的人类染色体畸变综合征1）假连锁××bwebw+e+F1雄bwebwe雌Ft（致死：缺失、重复）bweebw+1bwe+（致死：缺失、重复）bwe：1e+bwebw+：1（野生型）ebw（褐眼黑檀体）bwe：1Pbwbwee褐眼黑檀体bw+e+bw+e+（野生型）易位纯合体非同源染色体上的基因在形成配子时相互不能自由组合的现象称为假连锁.2）易位导致的人类染色体畸变综合征——慢性骨髓性白血病90%患者骨髓细胞的22q-（缺失40%），del22q-，又称费城染色体（Ph）。1973年Rowley发现Ph是一种t（9；22）（q34；q11）。1983年他分析了1129例中为t（9；22）的有1036（92%）。七、影响染色体结构变异的因素物理化学第二节染色体数目的变异染色体组与染色体倍性整倍体非整倍体人类染色体数目异常与疾病一、染色体组与染色体倍性染色体组基本染色体组整倍体与非整倍体1、染色体组来自生物（二倍体或多倍体）一个配子的全部染色体，包括一定数目，一定形态结构和一定基因组成的染色体群，称为一个染色体组。以n来表示，2n表示体细胞的染色体数例如：二倍体人类，n=23，2n=462、基本染色体组是指二倍体生物一个配子的全部染色体组成。以X表示X与n的关系：两者有时相同，有时不同。一个染色体组可以由1个或多个基本染色体组组成。例如：二倍体人类：n=X=23普通小麦（异源六倍体AABBDD）体细胞：含6个基本染色体组，仅含2个染色体组。n：3X=21（2n：6X=42）3、整倍体与非整倍体倍数性改变：是指生物体细胞内以基本染色体组为单位的增减。整倍体：是指具有整倍性染色体的个体非整倍性改变：是生物体细胞基本染色体组内个别染色体数目的增减，而不是整个基本染色体组的增减。非整倍体：是指具有非整倍性染色体个体二、整倍体区别二倍体与单倍体多倍体（超过2个基本染色体组）1、二倍体与单倍体二倍体单倍体1）单倍体及其遗传表现单倍体：是指体细胞内具有本物种配子染色体数目的个体。类型：自然条件下-正常单倍体（苔藓植物的配子体、雄蚁）人为条件下-通过花粉的离体培养①本来是2n生物成为单倍体高等植物的单倍体与二倍体比较：体型弱小，包括根、茎、叶、花等器官都较小、有时出现白化苗，且表现高度不育。单倍体高度不育因为同源染色体只有一条，没有配对，从而被随机地分向细胞两极，使产生的配子染色体组中成员不完整，因而不育。a极01234567b极76543210例某生物单倍体n=7，只有是7个染色体的配子才可育。产生有效配子（n=7）的概率为2×(1/2)8=(1/2)7=1/128②正常单倍体是可育的例如雄蜂：拟减数分裂（减数分裂省略了一个过程），相当于有丝分裂形成含n条染色体的配子。2、多倍体同源多倍体异源多倍体1）同源多倍体概念特点形成高度不育性A、概念由同一物种的染色体组加倍所形成的细胞或个体称为同源多倍体。常见的为同源四倍体和同源三倍体。在植物中较常见，而罕见于动物。B、特点巨大性：植株比二倍体的高大，器官也大，但细胞数目没有增多。代谢活性增强，植株内各类代谢产物（比如：糖、蛋白质等）含量比正常的要高。有的发育迟缓，结实率下降京亚：欧美杂种，四倍体。平均穗重400克，果粒短椭圆形，平均穗重543克，果粒卵圆形，平均粒重11克，红紫色肉厚而脆，品种上等。C、形成自然形成人为方法自然形成：减数分裂异常有丝分裂异常某部位受机械损伤4X细胞4X个体♀♂同株植物2X♀♂配子4X同源四倍体2X♀♂配子相互结合人为方法高温处理，射线、激光、超声波、化学药剂。秋水仙素：已成功诱变出水稻、大麦、西瓜、板栗等多种四倍体植物。D、高度不育性同源三倍体的植物表现高度不育，而四倍体也多数都是高度不育或部分不育，其原因是产生可育性的配子概率很低。同源三倍体在减数分裂中联会的可能方式具有2条染色体的配子(2n)的概率(1/2)n，具有一条染色体的配子(n)的概率(1/2)n。其余配子染色体不平衡，不育。同源染色体ABCD同源三倍体3n=12上极下极1/21/21/21/21/21/21/21/2当细胞内有8条(2n)或4条(n)染色体时才会成为有效的配子，而有7、6或5条染色体的配子均为无效配子.2）异源多倍体及其遗传表现概念形成遗传表现A、概念异源多倍体是指由两个或两个以上的不相同物种杂交，其杂种经染色体加倍而形成的多倍体。B、形成不同种属个体间杂交的杂种后代经过自然或人为地使体细胞染色体加倍而形成异源四倍体，也称为双二倍体：AA×BB→AB（加倍）→AABB杂种减数分裂不正常，形成2X配子，AA配子与BB配子结合而形成的4X多倍体：AA×BB→AA(2X配子)+BB(2X配子)→AABB不同种属的同源四倍体类型杂交而形成的。AAAA×BBBB→AABB染色体加倍不可育可育2A2BABABAABBP:G：C、遗传表现在偶倍数的异源多倍体细胞内，由于基本染色体组为偶数，即同源染色体是成对的，故减数分裂时和二倍体相似，即遗传表现与二倍体相似。异源六倍体普通小麦可能的起源途径异源四倍体/双二倍体高度可育，易与普通小表杂交，所得杂种也完全可育。异源六倍体2n=2X=142n=2X=142n=4X=282n=2X=142n=6X=42三、非整倍体非整倍体的类型及其发生单体在基因定位上的应用1、非整倍体的类型及其发生是指体细胞的基本染色体组内的个别染色体数目有所增减，从而使体细胞内的染色体数目成非整倍性的个体叫非整倍体。类型：单体、缺体、三体非整倍体的类型区别区别1）单体及其发生定义：二倍体生物的体细胞中的某一对染色体缺少了一条，使染色体数目成2n－1，这种类型称为单体。形成：正常二倍体生物在减数分裂时，个别染色体活动异常，形成n、n-1、n+1配子。n-1＋n→2n－1（单体）染色体倍数不同种间杂交n-1n-1n-12n-12n-12n-12）缺体及其发生定义：二倍体生物的体细胞中缺少了一