第九章染色體畸變教學目的與要求(1)

1、第九章 染色體畸變一、教學目的與要求： （1）掌握染色體結(jié)構(gòu)變異的類型（缺失、重復、倒位、易位），細胞學鑒別依據(jù)，遺傳機理和遺傳效應(yīng)及應(yīng)用 （2）掌握染色體數(shù)量變異的類型（染色體組、單倍體、多倍體、單體等）、遺傳機理、遺傳效應(yīng)及在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。二、教學重點、難點、疑點：教學重點 （1）. 染色體缺失的類型、細胞學鑒別及遺傳效應(yīng)。（2）.染色體位的類型、細胞學鑒別及遺傳效應(yīng)（3）.染色體易位的類型、細胞學鑒別及遺傳效應(yīng)（4）整倍體的類型、遺傳表現(xiàn)及應(yīng)用（5）非整倍體的類型、遺傳表現(xiàn)及應(yīng)用 三、教學方法設(shè)計： 四、教具或教學手段： 多媒體教學法 五、教學過程與板書設(shè)計：突變（mutation

2、）：遺傳物資本身發(fā)生變化。主要包括染色體的畸變（Chromosomal aberration）和基因突變（點突變）（gene mutation or point mutation）第一節(jié) 染色體結(jié)構(gòu)變異 Section 1 Variation of chromosomal structure 一 果蠅唾腺染色體 The chromosomes in salivary gland of fruit flies 果蠅為雙翅目昆蟲，消化道（唾腺）中的染色體為巨大染色體。有絲分裂間期核中染色體具有如下特點：1、巨大性和伸展性 三齡幼蟲發(fā)育到一定階段后，細胞不再分裂，停留在間期，細胞數(shù)目不增加，但細胞的

3、體積增加，染色體的常染色質(zhì)區(qū)核蛋白纖維不斷復制，形成多線染色體；又由于不斷復制，螺旋的程度低，充分伸展，具有伸展性。2、體聯(lián)會somatic synapsis 2n=8體細胞配對第對： 性染色體第、對：中性著絲點染色體第對： 點狀染色體 3、染色體臂伸展呈菊花狀 4、橫紋結(jié)構(gòu)bard structure 帶紋區(qū)（bards）：染色質(zhì)濃縮而致密的染色粒DNA被堿性染料染色較深的帶紋間帶區(qū)（Inter bands）：帶紋區(qū)之間的染色較淺的區(qū)域帶紋區(qū) 85%螺旋化程度高 果蠅染色體 間帶區(qū)15%螺旋化程度低 共102個區(qū)，與基因的線性排列等同 缺失 外因：（outer factor）射線、化學因素溫

4、 重組 原因 度改變?nèi)旧w畸變類型 倒位 內(nèi)因：（inter factor）生理生化過程、代 易位 謝失調(diào)、衰老等二 缺失deletion(概念)1 類型(Type of deletion) 末端缺失terminal deletion 缺失的位置 中間缺失interstitial deletion 染色體組成 缺失雜合體 deletional heterozygote ：體細胞中雜合有正常和缺市一對的染色體 缺失純合體 deletional homorozygote ：缺失了相同區(qū)域的一對染色體 2、細胞學鑒定（Cytological identification ） a：無著絲點的片段Seg

5、ments without centromeres b：雜合體缺失環(huán) deletion loop 3遺傳效應(yīng)（inheritant effects ）a：大片段缺失雜合體時，雄配子死亡b：假顯性pseudodominant ：如果缺失一部分包括顯性基因與原來不應(yīng)顯現(xiàn)出來的隱性基因的效應(yīng)表現(xiàn)出來的現(xiàn)象c：利用缺失和假顯性可進行基因定位gene mapping 方法：人工方法造成x 染色體的不同位置發(fā)生斷裂，形成各種缺失類型，分別與待定定位的x染色體某隱性基因個體雜交，后代呈現(xiàn)雜合體，如果隱性基因表達，證明該隱性基因位于缺失的區(qū)域上 。d：引發(fā)人類疾病：貓叫綜合癥 5P 綜合癥cried-chat

6、 syndrome . 5號染色體短臂缺失 又如： 慢性骨髓炎白血病一特異性標記90%的患者22號長臂缺失一大段 ，記作 del. 22q- 三、重復duplication 概念：染色體多了本身的一段。1、重復的類型 (types of duplication) B C 順接重組tandem duplication A B C D 純合體A B C D 反接重組reverse duplication A C B B C DA B C D 雜合體2、細胞學鑒別（Cytological identification ） 重組雜合體：細胞重組環(huán)，與正常的染色體長度一致。3、遺傳效應(yīng)inheritan

7、t effects(1)致死效應(yīng)比缺失緩和，當重復區(qū)段大時，也會影響個體的生活力(2)重復可產(chǎn)生特定的表型 例如，果蠅棒眼表型. X 16A116A6 六條橫紋串聯(lián)重復（16A116A6 ，16A116A6 ）(3)重復產(chǎn)生的原因：染色體的不等交換四：倒位（Inversion）概念1 倒位的類型Types of inversion 臂內(nèi)倒位(pare centric inversion ):不包括著絲點的倒位臂間倒位(per centric inversion):包括著絲點的倒位 2 細胞學鑒別 Cytological identification 倒位純合體：細胞正常，減數(shù)分裂只是原來的連鎖

8、群基因順序發(fā)生變化，交換值改變 倒位雜合體：出現(xiàn)以下形態(tài)變化a配對：如果倒位區(qū)段大時，倒位染色體倒過來與正常的染色體配對，兩端不配對的部位分開 b倒位區(qū)段很小時，倒位區(qū)段不配對，其余部位正常配對。 c介于兩者之間時，形成一個倒位圈inversion loopd臂內(nèi)倒位減數(shù)分裂中期出現(xiàn)染色體橋3 遺傳效應(yīng)(1)倒位雜合體，基因順序改變，交換值變化；(2)倒位雜合體產(chǎn)生半不育配子；(3)倒位雜合體又作為交換抑制因子(Cross repressor )。由于產(chǎn)生重組配子是重復、或缺失配子，多數(shù)死亡，降低了重組，類似于重組被抑制(4)倒位雜合體可作為平衡致死品系，保留兩個致死基因永久品系（balanc

9、ed lethal system ）：永久的雜合狀態(tài)保存下來的，同時保存兩個致死基因的品系叫永久品系。某些顯性基因在純合態(tài)死亡，保存時很難，隨著代數(shù)增多，顯性基因丟失。利用倒位抑制效應(yīng)設(shè)計平衡致死品系，第二條染色體Cy雙翅向背卷曲，雜合態(tài)時表現(xiàn)為該性狀，純合態(tài)時反之。Bridges等人發(fā)現(xiàn)，Cy品系在二號染色體的左臂各有一個大片段的倒位，這樣幾乎把2號染色體的交換全部抑制，2號染色體的任何致死基因都可用Cy品系來平衡，如下致死基因lethal(l)在人類遺傳中，世界上已報導過的臂內(nèi)倒位有23種，臂間倒位有24種。9號染色體臂間倒位較常見，人群中發(fā)生率1%，9號染色體臂間倒位比一般的多。五、易位

10、Translation 易位：發(fā)生在兩對非同源染色體之間1、易位的類型（1）相互易位：Reciprocal translation （2）單相易位（轉(zhuǎn)座）transposition （3）整臂易位Whole arm：兩條非同源染色體之間整臂轉(zhuǎn)移或交換 非近端染色體之間：著絲點發(fā)生斷裂，整臂易位 近端染色體之間： 著絲點發(fā)生斷裂，產(chǎn)生整臂易位，又稱羅伯遜易位，或著絲點融合，形成一條大的雙著絲點染色體，兩短臂也可能連接成一條小染色體。在人類和動物中都能找到染色體著絲點的融合，這是一種普遍現(xiàn)象。2、細胞學證據(jù)易位純合體沒有明顯的細胞學特征，可以從一個細胞世代傳到另一個世代。易位雜合體前期（1）單相易

11、位雜合體在粗線期呈“T”字型（2）相互易位雜合體在粗線期呈“+”字型后期：（1）相間式分離（ alternative segregation）（2）相鄰式分離3、遺傳效應(yīng)1）易位雜合體產(chǎn)生半不育配子2）假連鎖Pseudolinkage概念：位于不同染色體上的兩個基因在后代遺傳時表現(xiàn)出與親本一致的表型而沒有出現(xiàn)重組類型的現(xiàn)象。果蠅雄性為完全連鎖，易位雜合體表現(xiàn)為假連鎖更明顯。例如：果蠅第二號染色體褐眼 bw 紅眼 +第三號染色體黑檀體e 灰體 +易位引發(fā)人類遺傳病相互易位可引起個體不良遺傳效應(yīng)，其可致死，如：7 、9相互易位Burkitt 淋巴瘤致病的分子機制- 8號染色體重排致基因表達的失控

12、Burkitt 淋巴瘤常見的染色體重排是 t（8；14）（q24；q32） 約占75%; t（8；22）（q24；q11） 約占16%; t（2；8） （p12；q24） 約占 9%; 三種易位都涉及8q24的MYC基因，另一關(guān)鍵之處是參與易位的三條染色體點斷裂點恰好均在免疫球蛋白重鏈或輕鏈基因處. MYC基因轉(zhuǎn)位后，在免疫球蛋白基因有關(guān)增強子的影響下出現(xiàn)異常激活和過量表達，量的變化導致了Burkitt 淋巴瘤。第二節(jié) 染色體數(shù)目變異一、染色體組及染色體基數(shù)的概念1、染色體組（genome）：遺傳學上把二倍體生物一個正常配子中所含的全部染色體稱為一個染色體組。染色體基數(shù)：每個染色體組所包含的染

13、色體數(shù)目稱為染色體基數(shù)，用“x”表示。2、染色體組的基本特征v 每個染色體組中各個染色體具有不同的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和連鎖基因，構(gòu)成一個完整而協(xié)調(diào)的體系，任何一個成員或其組成部分的缺少對生物都是有害的(生活力降低、配子不育或性狀變異) v 不同屬的生物往往具有獨特的染色體基數(shù)，同屬不同種的生物其染色體基數(shù)很多是相同的。如茄屬x=12，棉屬x=13，小麥屬x=7等。蔥屬（x=7，8，9） 、蕓苔屬（x=8，9，10）等則不同。3、 整倍體與非整倍體v 整倍體（euploid）：指體細胞中的染色體數(shù)成完整的染色體組的個體。v 非整倍體（aneuploid）：指體細胞中的染色體數(shù)比正常個體染色體數(shù)（2n）增

14、加或減少1條至數(shù)條的個體。v 整倍體變異：指在正常染色體數(shù)（2n）的基礎(chǔ)上，體細胞中染色體數(shù)目按染色體組（x）成倍數(shù)增加或減少的現(xiàn)象。v 非整倍體變異：在正常染色體數(shù)（2n）的基礎(chǔ)上，體細胞中的染色體數(shù)目增加或減少1條至數(shù)條的現(xiàn)象。 4、 2n 、n、x 的含義v 2n：表示生物正常個體體細胞內(nèi)的染色體數(shù)。v n：染色體組v x：表示染色體基數(shù)。每個染色體組所包含的染色體數(shù)目稱為染色體基數(shù)5、染色體數(shù)目的變異類型（1）、整倍體染色體數(shù)目以染色體組的整數(shù)倍進行增加或減少，稱為整倍體。 整倍體中包括同源多倍體和異源多倍體 同源多倍體：增加的染色體組來源于同一物種或在原有染色體組的基礎(chǔ)上加倍而成的稱

15、為同源多倍體。異源多倍體：增加的染色體組來源于不同種屬。（2）非整倍體：染色體組內(nèi)的個別染色體數(shù)目有所增減，使體細胞內(nèi)的染色體數(shù)目不成基數(shù)的整數(shù)倍，這種變異類型稱為非整倍體。單體：二倍體基礎(chǔ)上，某對染色體缺少了一條，使體細胞的染色體數(shù)目為2n-1。雙單體：從兩對染色體各中缺少了一條染色體，體細胞的染色體數(shù)目為2n-1-1。缺體：某個體缺少了一對染色體，體細胞的染色體數(shù)目為2n-2。三體：增加了一條染色體，體細胞的染色體數(shù)目2n+1。雙三體：增加兩條來自不同來源染色體，體細胞的染色體數(shù)目2n+1+1。二、整倍體整倍體包括單倍體、二倍體、多倍體（一）單倍體單倍體是指體細胞內(nèi)具有本物種配子染色體數(shù)目

16、的個體。單倍體是配子未經(jīng)受精而發(fā)育起來的個體，所以又稱一倍體。單倍體有正常的單倍體和非正常的單倍體。正常的單倍體低等植物中的藻類、面包酶的菌絲、工蜂、雄蟻等。非正常的單倍體孤雌、孤雄生殖個體，花粉誘導的植株等。遺傳表現(xiàn)：比二倍體和多倍體體態(tài)小；由配子產(chǎn)生的個體高度不育，原因是配子中的染色體減數(shù)分裂時隨機向兩極移動，只有到達一極的染色體完全時，配子才是可育的。用途：有利于研究基因的性狀表達；單倍體經(jīng)染色體可使基因型純合，縮短育種年限一倍體與單倍體v 一倍體與單倍體的概念 一倍體（x）： 是指體細胞內(nèi)只含一個染色體組的生物個體，如雄蜜蜂、雄蟻等。 單倍體（n）：是指體細胞內(nèi)所含染色體數(shù)目與正常個體

17、配子中染色體數(shù)目相同的個體。 單倍體與一倍體是兩個不同的概念，單倍體可能是一倍體（單元單倍體），也可能是二倍體或多倍體（多元單倍體）。 如：普通小麥是異源六倍體（2n=6x=AABBDD=42），其單倍體為三倍體（n=3x=ABD=21）； 甘藍型油菜是異源四倍體（2n=4x=AACC=38），其單倍體含兩個染色體組（n=2x=AC=19）。 v 單倍體的形態(tài)及遺傳表現(xiàn) 顯著小型化。與雙倍體相比，高等生物單倍體的細胞、組織、器官和整個植株均較正常個體弱小。除此而外，單倍體也會產(chǎn)生新的性狀。 高度不育。單倍體結(jié)實率極低。原因是染色體在減數(shù)分裂時不能正常聯(lián)會和分離，從而使形成的配子高度不育，這也是

18、鑒別單倍體的重要標志。v 單倍體形成的原因 生物自發(fā)產(chǎn)生 原因是生殖過程不正常，如孤雌生殖或孤雄生殖。多數(shù)單倍體是孤雌生殖的結(jié)果。如番茄、棉花、小麥、油菜、家鼠、蠑螈等動植物中均發(fā)現(xiàn)有單倍體存在。高等動植物中自發(fā)出現(xiàn)單倍體的頻率極低，如玉米出現(xiàn)單倍體的頻率僅有0.0005%。 人工創(chuàng)造單倍體 通過誘變、花藥培養(yǎng)等可直接獲得單倍體。植物花藥的培養(yǎng)是產(chǎn)生單倍體最成功的技術(shù)之一，即在小孢子有絲分裂時取出花藥，在培養(yǎng)基上即可培養(yǎng)成植株。 v 單倍體的應(yīng)用 培育完全純合的品系，縮短育種進程。 用于研究基因的性質(zhì)及其作用。 分析染色體組之間的同源性。 （二）多倍體1、同源多倍體形態(tài)特征：體態(tài)較大、生長期長

19、、蛋白質(zhì)脂肪含量高、結(jié)實率等（1）同源四倍體聯(lián)會和分離：減數(shù)分裂偶線期可聯(lián)會形成：四價體，三價體和一價體，兩個二價體，兩個單價體和一個二價體。 后期時，四價體可發(fā)生2/2、3/1分離；三價體和一價體可發(fā)生2/2，3/1，2/1分離；二價體2/2；可發(fā)生2/2，3/1，2/1，1/1同源四倍體基因分離：一對基因時共有AAAA,AAAa.,AAaaAaaa,aaaa五種基因型。以AAaa為例AAaa共產(chǎn)生1AA：4Aa：1aa配子，雌雄配子隨機組合后，產(chǎn)生1AAAA,8AAAa.,18AAaa，8Aaaa,1aaaa基因型，表型比35A： 1a。（2）同源多倍體的獲得同源四倍體是通過二倍體加倍獲得

20、同源三倍體是同源三倍體和同源四倍體雜交獲得（3）同源多倍體的應(yīng)用同源三倍體無籽西瓜的選育是通過二倍體（父本）和同源四倍體（母本）雜交，獲得三倍體后再與二倍體間行種植，因同源三倍體高度不育，所以產(chǎn)生不育種子。但是同源三倍體并非絕對沒有種子，可育率為（1/2）n-12、異源多倍體（1）異源多倍體的獲得通過不同種屬間雜交，然后進行加倍例 野生一粒小麥擬絲卑爾脫山羊草 2n=2X=AA=14 2n=2X=BB=14 2n=2X=AB=14 加倍AA BBDDABD加倍（普通小麥）2n=6X = 42 不同種屬間同源四倍體雜交雜種個體減數(shù)分裂時獲得的2n 配子進行雜交（2）異源多倍體的類型偶數(shù)倍異源多倍

21、體和奇數(shù)倍異源多倍體同源異源多倍體 （3）異源多倍體的應(yīng)用普通小麥 黑麥 AABBDD RR ABDR 加倍AABBDDRR 小黑麥 3、 多倍體形成途徑及應(yīng)用v 形成途徑 自發(fā)形成未減數(shù)配子結(jié)合 人工誘發(fā)體細胞染色體數(shù)加倍v 人工多倍體的應(yīng)用 自發(fā)形成未減數(shù)的配子結(jié)合(蘿卜甘藍)F1未減數(shù)配子融合 人工誘發(fā)體細胞染色體數(shù)加倍 秋水仙素處理分生組織，阻礙分裂細胞紡錘絲(體)的形成。 處理濃度：0.01-0.4%(0.2%) 處理時間：視材料而定 間歇處理效果更好。 同源多倍體的誘導：誘導二倍體物種染色體加倍同源多倍體(偶倍數(shù)) 異源多倍體的誘導： 誘導雜種F1染色體加倍雙二倍體； 誘導二倍體物

22、種染色體加倍同源四倍體不同物種的同源四倍體雜交雙二倍體。v 人工多倍體的應(yīng)用 克服遠緣雜交的不孕性：親本之一染色體加倍可能克服其不孕性。 克服遠緣雜種的不實性：遠緣雜種不實，其原因是配子不育。解決辦法有：雜種F1染色體加倍(雙二倍體)；親本物種加倍后再雜交。 創(chuàng)造種間雜交育種的中間親本：實質(zhì)是克服遠緣雜交不育性。 人工合成新物種、育成作物新類型 人工合成同源多倍體直接加倍 人工合成異源多倍體物種間雜交，雜種F1染色體數(shù)目加倍。六倍體小黑麥的人工合成與應(yīng)用八倍體小黑麥的人工合成與應(yīng)用三、非整倍體Aneuploid1、非整倍體的形成原因-減數(shù)分裂過程中發(fā)生染色體不分離某對染色體不分離，或X分離，某

23、對進入一極，而另一條缺少這條染色體，即n+1、n-1配子。2、育性：非整倍體對二倍體的余性大于異源多倍體3、自然界中的非整倍體普通小麥為21個缺體、21個單體 XO雄蠅 （1 ）單體v 概念：體細胞中染色體數(shù)目為2n-1的生物個體叫單體。v 單體的特點 動物：某些物種的種性別特征，XO型性別決定 植物：不同植物的單體表現(xiàn)有所不同，如二倍體的單體，一般生活力極低，且不育。 異源多倍體的單體：具有一定的生活力和育性。 例：普通煙草(2n=4x=TTSS=48)的單體系列 普通小麥(2n=6x=AABBDD=42)的單體系列普通煙草的單體系列普通小麥的單體系列普通小麥(2n=6x=AABBDD=42

24、)具有21種單體。普通小麥染色體按ABD染色體組及部分同源關(guān)系編號為：A組：1A, 2A, 3A, , 6A, 7A；B組：1B, 2B, 3B, , 6B, 7B；D組：1D, 2D, 3D, , 6D, 7D。21種單體對應(yīng)的表示方法為：2n-11A，2n-12A， 2n-11B， 2n-12B， 2n-11D， 2n-12D， v 單體染色體的傳遞 減數(shù)分裂 四分體細胞種類：n, n-1 四分體細胞比例：nn-1(單價體丟失而產(chǎn)生更多的n-1配子) 受精結(jié)合 n-1配子的生活力、競爭力遠遠低于n配子， n-1花粉的競爭力尤其低，n-1胚囊生活力相對較高，所以n-1主要靠雌配子傳遞。 合子及自交后代 三種類型：雙體、單體、缺體例：普通小麥單體染色體的傳遞硬粒小麥(2n=4x=AABB=28)1A單體單體染色體的傳遞（2） 缺體v 概念：缺體是指在正常染色體數(shù)目2n的基礎(chǔ)上缺少了一對同源染色體的生物個體（2n-2）。v 缺體的形成及存在 缺體一般都通過單體自交產(chǎn)生。缺體僅存在于多倍體生物中，二倍體生物中的缺體一般不能存活。v 遺傳效應(yīng) 表現(xiàn)廣泛的性狀變異 (例) 通過缺體的性狀變