第八章染色體結(jié)構(gòu)變異

前言斷裂——重接假說是由stadler，L.J.于1931年提出的。該假說認為染色體結(jié)構(gòu)變異的原發(fā)損傷是斷裂，這種斷裂可以自發(fā)地產(chǎn)生，也可以是誘變因子作用的結(jié)果，斷裂的后果有以下3種情況：（1）絕大多數(shù)（90－99%）通過修復(fù)過程在原處重新連接（愈合），以致在細胞學上無法辨認。（2）不同斷裂處錯誤連接引起結(jié)構(gòu)變異，常被發(fā)現(xiàn)。（3）斷裂端依然游離著，成為結(jié)構(gòu)變異的穩(wěn)定狀態(tài)。如末端缺失。染色體結(jié)構(gòu)變異最早是布里奇斯（Bridges，C.B.）在果蠅中發(fā)現(xiàn)的：在1917年發(fā)現(xiàn)缺失（deficiency），1919年發(fā)現(xiàn)重復(fù)（duplication），1923年發(fā)現(xiàn)易位（translocation）。Startevant，A.H.1926年發(fā)現(xiàn)倒位（inversion）。當前第1頁\共有27頁\編于星期五\22點第一節(jié)

缺失（deficiency）

缺失：染色體少了自己的某一區(qū)段。一、缺失的類型頂端缺失（terminaldeficiency）：缺失的區(qū)段在染色體臂的外端。中間缺失（interstitialdeficiency）：缺失的區(qū)段在染色體臂的內(nèi)部。頂端缺失染色體外部有斷頭是不穩(wěn)定的。中間缺失染色體沒有斷頭外露，比較穩(wěn)定。缺失雜合體（deficiencyheterozygote）：體細胞內(nèi)同源染色體一條正常，一條缺失的個體。abcfabcdef缺失純合體（deficiencyhomozygote）：體細胞內(nèi)兩條同源染色體缺失相同區(qū)段的個體。abcfabcf當前第2頁\共有27頁\編于星期五\22點二、缺失的細胞學特征

1、剛發(fā)生缺失的細胞，在分裂時，細胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)斷片（fragment），但多次分裂后斷片消失。2、頂端缺失雜合體，當缺失段較長時，雙線期同源染色體不等長。但缺失段短時，不易覺察。3、中間缺失雜合體，如缺失段較長時，在減數(shù)分裂的偶線期和粗線期形成缺失圈。注意：缺失純合體的聯(lián)會與正常染色體相同當前第3頁\共有27頁\編于星期五\22點三、缺失的遺傳效應(yīng)

1、缺失對生物體來說是有害的染色體的部分缺失，上邊的基因也就跟著缺失，所以對生物體常是有害的，有害的程度與缺失段內(nèi)基因數(shù)目的多少及上邊載荷的基因的重要性有關(guān)。缺失純合體是很難成活的，缺失雜合體生活力也很差。植物：缺失常常造成花粉敗育或發(fā)育不良，結(jié)實性降低。人類：第5染色體的短臂缺失（5p－）的兒童出現(xiàn)一系列的癥狀，眼距較大，耳位低下，智力遲鈍，生活力差等，患兒多在生命早期死亡。最明顯的特征是哭聲輕、音調(diào)高，象貓叫，所以稱為貓叫綜合癥。當前第4頁\共有27頁\編于星期五\22點2、缺失染色體是通過雌配子傳遞的含缺失染色體的配子一般是敗育的，但相對來說，雌配子的忍受力比雄配子強，在授粉過程中，花粉即使不敗育，也競爭不過正常配子；雌配子不存在競爭問題，所以缺失染色體主要是通過雌配子傳遞的。

當前第5頁\共有27頁\編于星期五\22點3、缺失個體常具有假顯性現(xiàn)象

假顯性（pseudodominance）現(xiàn)象：由于染色體的部分缺失，丟失了上面的顯性基因，同源染色體上的隱性基因的作用相應(yīng)地表現(xiàn)出來。例：與玉米植株顏色有關(guān)的一對基因Pl（紫色）和pl（綠色）在第六染色體長臂的外端。麥克林托克（McClintock，B.）1931年用X射線照射的紫株玉米的花粉給綠株玉米授粉，734株F1幼苗中意外的出現(xiàn)了2株綠苗（見右圖）。僅根據(jù)表現(xiàn)型判斷，往往會想到可能是基因突變，但經(jīng)過細胞學檢查，發(fā)現(xiàn)Pl的區(qū)段丟失了，而對應(yīng)的pl性狀表現(xiàn)出來了。

當前第6頁\共有27頁\編于星期五\22點第二節(jié)

重復(fù)（duplication）

重復(fù)：染色體多了自己的某一區(qū)段。一、重復(fù)的類型順接重復(fù)（tandemduplication）：重復(fù)的區(qū)段與原來的順序相同，如ab?cdedef反接重復(fù)（reverseduplication）：重復(fù)的區(qū)段與原來的順序相反，如ab?cdeedf重復(fù)一般是臂內(nèi)的某一區(qū)段重復(fù)，不包含著絲點，如果重復(fù)區(qū)段含著絲點，則該染色體就是不穩(wěn)定的（象頂端缺失一樣不穩(wěn)定）。重復(fù)雜合體（duplicationheterozygote）：體細胞內(nèi)兩條同源染色體中一條正常，一條重復(fù)的個體。abcdedefabcdef重復(fù)純合體（duplicationhomozygote）：體細胞內(nèi)兩條同源染色體重復(fù)相同的區(qū)段的個體。abcdedefabcdedef當前第7頁\共有27頁\編于星期五\22點二、重復(fù)的細胞學特征

重復(fù)雜合體在減數(shù)分裂的偶線期、粗線期產(chǎn)生重復(fù)圈。重復(fù)純合體與正常染色體的聯(lián)會一樣。

缺失和重復(fù)的區(qū)別：二者都形成環(huán)形突起，但有本質(zhì)的區(qū)別，缺失圈是正常染色體形成的，而重復(fù)圈是重復(fù)染色體形成的。辨認缺失和重復(fù)的最好材料是果蠅的唾液腺染色體（右圖），因為唾液腺染色體特別大，而且是體細胞聯(lián)會（somaticsynapsis）的，上邊有明顯的橫帶條紋，易于辨認，根據(jù)帶紋的位置、多少等可以確定是缺失還是重復(fù)。

當前第8頁\共有27頁\編于星期五\22點三、重復(fù)的遺傳效應(yīng)

1、劑量效應(yīng)（dosageeffect）：表現(xiàn)型的變化與基因的數(shù)目有關(guān)例1：果蠅眼睛顏色：紅色（V+顯性）朱紅色（V隱性），V+V的表現(xiàn)型為紅色，但V+VV的重復(fù)雜合體，表現(xiàn)型為朱紅色。例2：糊粉層顏色玉米的第九染色體靠近著絲點處有一個控制糊粉層顏色的顯性基因C，正常情況下，有一定的色澤，隨著C區(qū)段重復(fù)的增多，顏色也會相應(yīng)加深。2、位置效應(yīng)（positioneffect）位置效應(yīng)：重復(fù)區(qū)段所在的位置不同，表現(xiàn)型的效應(yīng)也不同。例1931年Bridges發(fā)現(xiàn)，控制果蠅眼睛大小的基因是在第1染色體（X）上的16區(qū)A段。

小眼數(shù)：780358684525表現(xiàn)型：正常雜合棒眼純合棒眼

位置效應(yīng)說明：基因在染色體上不是孤立存在的，相鄰基因之間存在著相互聯(lián)系、相互影響?？傊?，重復(fù)的區(qū)段較小時，表現(xiàn)的效應(yīng)沒有缺失那樣嚴重，但重復(fù)部分過大時也會影響個體的生活力和發(fā)育。

當前第9頁\共有27頁\編于星期五\22點第三節(jié)

倒位（inversion）

倒位：染色體某一區(qū)段的正常順序發(fā)生了顛倒。一、倒位的類型臂內(nèi)倒位（paracentricinversion）：染色體一個臂內(nèi)某一區(qū)段的直線順序發(fā)生了顛倒。abc·dfeg臂間倒位（pericentricinversion）：倒位區(qū)段包括著絲點，就是倒位涉及兩個臂（圖6－7）。abed·cfg倒位雜合體（雜倒位）：體細胞內(nèi)同源染色體的兩個成員一個正常、一個倒位的個體。倒位純合體（純倒位）：體細胞內(nèi)同源染色體的兩個成員發(fā)生相同的倒位的個體。

當前第10頁\共有27頁\編于星期五\22點二、倒位的細胞學特征

1、倒位雜合體在減數(shù)分裂的偶線期和粗線期形成倒位圈。

臂內(nèi)雜倒位和臂間雜倒位都具有本特征。倒位圈不同于缺失圈和重復(fù)圈，前者是兩條染色體形成的，而后者是一條染色體形成的圈。2、當?shù)刮欢魏荛L時，倒位雜合體的兩條同源染色體可能以相反方向配對——即倒位區(qū)段配對，兩端正常的部分分離開來，似橋狀（右圖）。3、臂內(nèi)倒位雜合體在減數(shù)分裂的后期Ⅰ形成染色體橋和斷片。

當前第11頁\共有27頁\編于星期五\22點后期Ⅰ橋和斷片是鑒定臂內(nèi)雜倒位的典型特征非姊妹染色單體之間總是要發(fā)生交換的，對倒位雜合體來說，如果在圈外發(fā)生非姊妹染色體單體的交換，則不形成后期Ⅰ橋；臂間倒位雜合體在圈內(nèi)發(fā)生一次非姊妹染色單體的交換也不形成后期Ⅰ橋，只有臂內(nèi)倒位雜合體在倒位圈內(nèi)發(fā)生一次非姊妹染色體單體的交換，才形成后期Ⅰ橋。所以后期Ⅰ橋和斷片是鑒定臂內(nèi)雜倒位的典型特征（右圖）。

當前第12頁\共有27頁\編于星期五\22點三、倒位的遺傳效應(yīng)

1、雜倒位具有部分不育性雜倒位產(chǎn)生的雌、雄配子均為部分不育性，即配子的不育率50％。在倒位圈內(nèi)發(fā)生一次交換：對臂間雜倒位來說，產(chǎn)生的4個配子是一個配子含正常染色體，一個配子是倒位染色體，另兩個是重復(fù)缺失染色體。對臂內(nèi)雜倒位而言，產(chǎn)生的配子是一個含正常染色體，一個含倒位染色體，另兩個為缺失染色體。缺失染色體的配子和重復(fù)缺失染色體的配子都是不育的，所以，在倒位圈內(nèi)發(fā)生一次非姊妹染色單體交換的孢母細胞產(chǎn)生的配子一半是不育的——即半不育，然而有些孢母細胞在倒位圈內(nèi)不發(fā)生非姊妹染色單體交換而在圈外交換，它們產(chǎn)生的配子則全是可育的，這兩種情況綜合起來，雜倒位具有部分不育性。不育程度的高低與倒位區(qū)段的長短有關(guān)，倒位段越長，倒位圈內(nèi)交換的機會越多，不育的程度就越高，反之，則不育的程度就越低。

當前第13頁\共有27頁\編于星期五\22點2、雜倒位連鎖基因的重組率降低（倒位圈內(nèi)及其附近的基因交換值降低）原因有二：（1）倒位斷點附近基因之間的配對不嚴密，交換值降低。（2）在倒位區(qū)段內(nèi)發(fā)生一次非姊妹染色單體的交換后，產(chǎn)生的交換配子都是不育的，只有在倒位段外交換和倒位段內(nèi)發(fā)生一次雙交換，產(chǎn)生的配子才是成活的，而雙交換的機會是很少的，對不育的配子是測定不出來的，所以重組率（交換值）大大降低。這是重組率下降的主要原因。當前第14頁\共有27頁\編于星期五\22點例如：玉米第5染色體的5a倒位（下圖為正?；蝽樞颍帱c斷點prbt1bm1a2

5L

····5S0.670.0

正常交換值％倒位后交換值％

bt1－pr240.4bt1－bm110bt1－a284.5

當前第15頁\共有27頁\編于星期五\22點3、雜倒位體自交和測交后代的分離類似于一對等位基因的分離

測交：inin（正常個體）×Inin（雜倒位體）↓Inininin雜倒位體正常個體自交：Inin↓1／4InIn:2／4Inin:1／4inin純倒位雜倒位正常個體4、純倒位體由于基因的順序發(fā)生了變化，某些基因之間的交換值與正常個體不同。

當前第16頁\共有27頁\編于星期五\22點四、倒位在進化中的意義

1、倒位增加了遺傳性狀的變異性

2、有些物種的形成是倒位造成的倒位雜合體由于倒位圈內(nèi)交換產(chǎn)生的配子是不育的，圈外附近基因的交換也受到抑制，使倒位段內(nèi)的基因表現(xiàn)很強的連鎖關(guān)系，倒位段象一個整體單位一代代傳遞下去，倒位段內(nèi)發(fā)生的突變也不能發(fā)生重組，這樣突變的基因多了，就發(fā)生了質(zhì)變，和原來的物種就不能再進行有性雜交，造成了生殖隔離，于是就產(chǎn)生了新的物種。倒位起了隔離作用。當前第17頁\共有27頁\編于星期五\22點

例1、頭巾百合和竹葉百合（L.hansonii）是兩個不同的種，n=12，這12個染色體中，兩個大的以M1和M2代表，10個小的以S1，S2，...，S10表示，研究發(fā)現(xiàn)，兩個種的差別就在于一個種的M1，M2，S1，S2，S3，S4等6個染色體是由第一個種的相同染色體發(fā)生臂內(nèi)倒位形成的。例2、普通果蠅（D.melanogaster）的第3染色體上有3個基因按猩紅眼—桃色眼—三角翅脈的順序排列StPDl；同是這三個基因，在另一個近緣物種D.Simulans中的順序是StDlP，僅只這一倒位的差異便構(gòu)成了兩個物種。

當前第18頁\共有27頁\編于星期五\22點第四節(jié)

易位（translocation）

易位：指非同源染色體之間的節(jié)段的轉(zhuǎn)移（shift）或互換。一、易位的類型

簡單易位（simpletranslocation）：又叫單向易位，某染色體的臂內(nèi)嵌入了非同源染色體的一個臂內(nèi)區(qū)段。ab·ce，wx·ydz（右圖）

相互易位（reciprocaltranslocation）：非同源染色體之間發(fā)生了片段互換。ab·cz，wx·yde（右圖）當前第19頁\共有27頁\編于星期五\22點

易位雜合體：發(fā)生易位的兩對同源染色體都是一條正常、一條易位的個體。

易位純合體：發(fā)生易位的兩對同源染色體每對的兩條都是易位的個體。易位不同于交換，易位發(fā)生在非同源染色體之間，而連鎖基因的交換是發(fā)生在同源染色體之間。當前第20頁\共有27頁\編于星期五\22點二、易位的細胞學特征

1、雜易位在減數(shù)分裂的偶線期、粗線期形成“＋”字形聯(lián)會。2、雜易位在終變期會形成四條染色體構(gòu)成的環(huán)（四體環(huán)）或鏈（四體鏈，交叉提前解開）3、雜易位在中期Ⅰ，這四條染色體以環(huán)形或“8”字形排列在赤道板上。

當前第21頁\共有27頁\編于星期五\22點三、易位的遺傳效應(yīng)

1、雜易位具有半不育性

中期Ⅰ四價體在赤道板上有兩種排列方式：環(huán)形和“8”字形，每種在后期Ⅰ的分離方式又有兩種：（1）中期Ⅰ環(huán)形排列時，后期Ⅰ是相鄰式分離。相鄰Ⅰ式分離：同源著絲點分向兩極，產(chǎn)生的配子為1?21／12

?2，是不育的。相鄰Ⅱ式分離：同源著絲點走向同一極，產(chǎn)生的配子為1?12／2?21，也是不育的。（2）中期Ⅰ以“8”字形排列時，后期Ⅰ的分離為交替式分離產(chǎn)生的配子為1?2／12

?21，全是可育的。

一般來說，環(huán)形和“8”字形在赤道板上排列的機會大到相等，即1:1，所以，雜易位具有半不育（semi-sterility）性。當前第22頁\共有27頁\編于星期五\22點2、雜易位的自交和測交后代的分離類似于一對等位基因的分離

測交：tt（正常個體）×Tt（雜易位體）↓Tttt雜易位體正常個體自交：Tt↓1／4TT:2／4Tt:1／4tt純易位雜易位正常個體3、雜易位鄰近斷點的連鎖基因交換值下降

4、易位改變了基因之間的連鎖關(guān)系

當前第23頁\共有27頁\編于星期五\22點四、易位在進化中的意義易位有助于物種的進化與形成。例1、直果曼陀羅（Daturastramonium）的許多變系就是不同染色體的易位純合體。直果曼陀羅（2n=24）各變系的特點是整臂易位。以數(shù)字代表兩個臂，以某一系為原型一系，則染色體的組成為1·2，3·4，5·6，---，23·24，“·”代表著絲點對比發(fā)現(xiàn)：一次易位原型二系是1·18和2·17的易位純合體；原型四系是3·21和4·22的易位純合體；94變系是1·14、2·17和13·18的易位純合體；17變系是9·13、10·24和14·23的易位純合體。 現(xiàn)已查明，有近100個變系是通過易位形成的易位純合體，它們的外部形態(tài)都彼此不同。當前第24頁\共有27頁\編于星期五\22點

例2、易位還可以造成染色體數(shù)目的變異，從而形成新的物種。羅伯遜（Robertson）易位：羅伯遜（Robertson）易位的易位雜合體自交，就會出現(xiàn)染色體數(shù)目的多種變化。菊科植物的還陽參屬（Crepis）中某些n=3，4，5，6，7，8等染色體數(shù)目不同的種，便是通過這種途徑形成的。當前第25頁\共有27頁\編于星期五\22點第五節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的應(yīng)用一、利用缺失進行基因定位

利用缺失造成的假顯性現(xiàn)象，可以進行基因定位。

二、利用重復(fù)研究基因的劑量效應(yīng)1965年美國人Hagberg，A.利用大麥易位創(chuàng)造了重復(fù)，重復(fù)區(qū)段是－淀粉酶基因，由于基因劑量的增加，使育成的大麥品種－淀粉酶活性大大增強，在麥芽糖含量上也大有改進，從而提高了大麥的釀啤酒產(chǎn)量。此人還創(chuàng)造了抗白粉病基因的重復(fù)，使抗病能力大大提高。三、利用倒位測定基因的隱性突變頻率當前第26頁\共有27頁\編于星期