染色體數(shù)目畸變

1、Chapter 9,染色體畸變 chromosomal aberration,染色體數(shù)目變異現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),1901年，狄·弗里斯(De Vires)發(fā)現(xiàn)，普通月見草(Oenothera lamarckiana, 2n=14)中存在一些組織和器官巨大化的變異型，認(rèn)為是基因突變產(chǎn)生的新種，并將之命名為巨型月見草(O. gigas)。以后的研究發(fā)現(xiàn)，這些類型并不是由于基因突變產(chǎn)生，而是由于染色體數(shù)目加倍（2n=28） 造成的。,第

2、二節(jié) 染色體數(shù)目的改變Chromosome number variation,一、 染色體組與染色體倍數(shù)性二、整倍體三、非整倍體四、人類染色體數(shù)目異常和疾病,一、 染色體組與染色體倍數(shù)性,染色體組（genome，基因組）：是全部染色體及其所包含的基因的總和；二倍體生物的一個正常配子中所包含的全部染色體。染色體基數(shù)：每個染色體組中的染色體數(shù)目，以X表示。 請注意：一般以 n 表示配子染色體數(shù)。 染色

3、體組的基本特征 ● 同一屬的物種往往具有獨特的染色體基數(shù)； ● 一個染色體組的各個染色體具有不同的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和連鎖基因，并且構(gòu)成一個完整而協(xié)調(diào)的整體； ●任一成員或其組成部分的缺少均造成變異或不育。,染色體數(shù)目變異的類型,整倍體（Euploid） 以染色體基數(shù)為單位成倍數(shù)性增加或減少所造成的變異類型。非整倍體（Aneuploid） 在正常個體染色體數(shù)（2n）的基礎(chǔ)上增加或減少一條至數(shù)條染色體所造成的變異類型

4、。,整倍體（Euploid）,●單倍體 (haploid): 指具有配子染色體數(shù)(n)的個體。 ●水稻2n=2X=24，其單倍體是一倍體n=X=12 ●玉米2n=2X=20，其單倍體是一倍體n=X=10 ●煙草2n=4X=48，其單倍體是二倍體n=2X=24 ●普通小麥2n=6X=42，其單倍體是三倍體n=3X=21，X=7,非整倍體（Aneuploid）,二、整倍體（Euploid ）,1. 整倍體（Euploid

5、）： 染色體數(shù)目為X 的整倍數(shù)的個體。2. 一倍體（Monoploid）： 具有一個染色體組（1X）的個體。注意：單倍體（haploid）：具有配子染色體數(shù)（n）的個體。3. 多倍體（Polyploid） ：,一倍體的育性：,正常二倍體生物的一倍體：育性很低。 Why ?,一倍體的來源：,孤雌生殖；,,,自然界中，一倍體可以是正常的，也可能是異常的。,花藥（花粉）培養(yǎng)、子房

6、培養(yǎng)、染色體排斥法。,染色體倍數(shù)決定性別：雌性（2n）← 正常受精卵；雄性（n） ← 孤雌生殖。 如：蜜蜂、螞蟻等。,,花藥（花粉）培養(yǎng),選材；預(yù)處理；培養(yǎng)；加倍。,容易產(chǎn)生白化苗,缺點：,步驟：,未授粉子房或胚珠的培養(yǎng),子房、胚珠中的成熟胚囊包含單倍體細(xì)胞。,原理：,1976年，San Noeum,實驗：,培養(yǎng),,大麥未授粉子房,單倍體植株（大多為綠苗）,染色體排斥法,原理：,1970年，Kasha

7、,實驗：,全是綠苗,優(yōu)點：,遠(yuǎn)緣雜交,親本之一染色體排斥,單倍體胚,,,球莖大麥 × 普通大麥,普通大麥單倍體胚和植株,,3. 多倍體（Polyploid）,1926年木原均和小野第一次提出了同源多倍體和異源多倍體的概念。 同源多倍體（Autopolyploid）： —— 指增加的染色體組來自同一物種，一般是由二倍體的染色體直接加倍得到。 異源多倍體 Allopolyploid： —— 指增加的染色體組來自

8、不同物種，一般是由不同種、屬間的雜交種染色體加倍形成的。,同源多倍體與異源多倍體,Additional sets identical to parents.,Hybridization between closely related species.,Species A 2n=2X=AA,Species B 2n=2X=BB,Species C 2n=2X=CC,Monoploid（一倍體）and polyploid（多倍體）ar

9、e lethal（致死的）in most animals.But polyploid is frequently seen in plants.,同源多倍體,1. 形態(tài)特征：（一般情況下）,細(xì)胞與細(xì)胞核體積增大； 組織器官(氣孔、保衛(wèi)細(xì)胞、葉片、花朵等)巨大化，生物個體更高大粗壯； 成熟期延遲、生育期延長。,(一) 同源多倍體的特征,Tetraploids (4X), hexaploids (6X), octaploids (8

10、X),Increasing ploidy, increasing size,2n 8n,同源多倍體,2. 生理特征,(一) 同源多倍體的特征,生化反應(yīng)與代謝活動加強(qiáng)； 許多性狀的表現(xiàn)更強(qiáng)。 如： 大麥同源四倍體 籽粒蛋白質(zhì)含量比二倍體原種增加10-12％； 玉米同源四倍體 籽粒胡

11、蘿卜素含量比二倍體原種增加43％。,同源多倍體,3. 生殖特征,(一) 同源多倍體的特征,配子育性降低（偶數(shù)），甚至完全不育（奇數(shù)）。,基因間平衡與相互作用關(guān)系破壞，表現(xiàn)出一些異常性狀。 —— 西葫蘆的果形變異：二倍體(梨形)?四倍體(扁圓)； —— 菠菜的性別決定：XY型性別決定，四倍體水平只要具有Y染色體就為雄性植株。,4. 特殊表型變異：,同源多倍體,(二) 同源多倍體的聯(lián)會與分離,同源組 —— 細(xì)胞內(nèi)，

12、具有同源關(guān)系的一組染色體。,多價體 —— 同源多倍體的每個同源組含有三條或三條以上同源染色體，減數(shù)分裂前期Ⅰ往往同時有三條以上的染色體參與形成聯(lián)會復(fù)合體，形成多價體(multivalent)。 如：三價體(Ⅲ)、四價體(Ⅳ)等。,1. 同源三倍體,同源組三條染色體的聯(lián)會,后期 I 同源組染色體的分離,分離結(jié)果與遺傳效應(yīng),(1) 三價體：Ⅲ(2) 二價體與單價體：Ⅱ+Ⅰ,(1) 2/1(2) 2/1

13、 (單價體隨機(jī)進(jìn)入一個二分體細(xì)胞) 1/1 (單價體丟失),(1) 配子的染色體組成極不平衡(2) 高度不育,,,,,聯(lián)會配對不緊密，為局部聯(lián)會。,,同源三倍體染色體的聯(lián)會,同源三倍體染色體的聯(lián)會與分離,,Triploids（三倍體）,三倍體無籽西瓜,The triploid seedless banana,Triploids,Triploids,2. 同源四倍體,1) 染色體的聯(lián)會和分離 染色體

14、聯(lián)會 后期I同源組染色體的分離(1) Ⅳ 2/2, 3/1(2) Ⅲ+Ⅰ 2/2, 3/1 (2/1)(3) Ⅱ+Ⅱ 2/2(4) Ⅱ+Ⅰ+Ⅰ 2/2, 3/1 (2/1, 1/1),2) 分

15、離結(jié)果與遺傳效應(yīng)：(1) 配子的染色體組成不平衡(2) 配子育性明顯降低,,,,同源四倍體染色體的聯(lián)會與分離,同源四倍體在減數(shù)分裂時聯(lián)會可形成一個四價體（Ⅳ），也可能是一個三價體和一個單價體（Ⅲ＋Ⅰ）或兩個二價體（Ⅱ＋Ⅱ），或一個二價體和兩個單價體（Ⅱ＋Ⅰ＋Ⅰ）等。,聯(lián)會配對不緊密，為局部聯(lián)會,同源四倍體染色體的聯(lián)會與分離,,同源四倍體的基因分離,以二顯體（AAaa）為例介紹同源四倍體的基因分離 ●基因距著絲點很近 ●基因距著絲

16、點較遠(yuǎn),同源四倍體的基因型,,,多倍體的基因型,倍性水平 基因型 二倍體 aa Aa AA 三倍體 aaaAaa AAa AAA 四倍體 aaaa Aaaa AAaa AAAa AAA,隱性純合體,單顯體,二顯體,三顯體,顯性純合體,,,●配子比例為

17、：AA:Aa:aa＝1:4:1,●基因與著絲粒之間不發(fā)生交換；●染色體隨機(jī)分離；●且后期I 的分離都是2/2式的?！袢N分離方式發(fā)生的幾率是相等的。,假設(shè)基因距著絲點很近：,● 假定♀、♂配子能以同樣比例參與受精， 則自交子代的基因型是:,,,● 復(fù)制后基因為：AAAAaaaa● 染色單體隨機(jī)分離情況下二顯體(AAaa)配子的基因型和比例：,如果基因距著絲粒較遠(yuǎn)，同源染色體非姐妹染色單體之間發(fā)生交換涉及到所研究的基因，即A與a發(fā)

18、生交換，染色單體隨機(jī)分離，表現(xiàn)為基因的均衡分離。,●配子比例為：AA:Aa:aa＝3:8:3,同源四倍體染色單體隨機(jī)分離的結(jié)果,,異源多倍體,異源多倍體是生物進(jìn)化、新物種形成的重要因素之一被子植物綱中30-35％禾本科植物70％許多農(nóng)作物：小麥、燕麥、甘蔗等其它農(nóng)作物：棉花、煙草等自然界中能正常繁殖的異源多倍體物種幾乎都是偶倍數(shù)細(xì)胞內(nèi)的染色體組成對存在，同源染色體能正常配對形成二價體，并分配到配子中去，因而其遺傳

19、表現(xiàn)與二倍體相似,例如：普通小麥的演化過程,,一粒小麥 × 擬斯卑爾脫麥草2n=AA=14=7Ⅱ 　 2n=BB=14=7Ⅱ,F1 2n=2X=AB=14=7Ⅰ+7Ⅰ,二粒小麥（異源四倍體）×　 滔氏麥草2n=4X=AABB=28=14Ⅱ　 2n=2X=DD=14=7Ⅱ,,F1 2n=3X=ABD=21=7I+7I+7I,異源六倍體 ( 相似于異源六倍體的

20、斯卑爾脫小麥)　　 　 　2n=6X=AABBDD=42=21Ⅱ,普通小麥　　　　　　　　　　2n=6X=AABBDD=42=21Ⅱ,普通小麥(T. aestivum)的染色體,●在云貴高原的高寒地帶種植，表現(xiàn)了一定增產(chǎn)效果。,先雜交，再將雜種染色體加倍,● 普通煙草的產(chǎn)生　　擬茸毛煙草　　×　　美花煙草2n=2X=TT=24=12Ⅱ 2n=2X=SS=24=12Ⅱ　　　　　　　　 F1

21、2n=2X=TS=24=12Ⅰ+12Ⅰ　　　　　　　　　 加倍　　　　　　　普通煙草（雙二倍體）　　　　　 2n=4X=TTSS=48=12Ⅱ+12Ⅱ,●雙二倍體（Amphidiploid）：特指異源四倍體。,,,異源多倍化是物種進(jìn)化的重要途徑。,1. 自然形成途徑：遠(yuǎn)緣雜種或原種形成未減數(shù)配子，由未減數(shù)配子受精結(jié)合形成；2. 人工誘導(dǎo)途徑：原種或雜種合子的染色體數(shù)加倍。,誘發(fā)異源多倍體： Generating All

22、opolyploids,Georgi Karpechenko (卡貝欽科) (1928),wanted to generate a plant that had the leaves of a cabbage(甘藍(lán)) and the roots of a radish (蘿卜).,,cabbage + radish = cabrad?,,蘿卜甘藍(lán)（Raphanobrassica）：希望根像蘿卜，葉像甘藍(lán)。但實際結(jié)果相反

23、。,蘿卜甘藍(lán)（Raphanobrassica）：其中蘿卜和甘藍(lán)的染色體各有兩套，2n=4X=BBRR=36，染色體能正常配對，因而是可育的。,由F1的未減數(shù)配子形成,蘿卜,甘藍(lán),=RR,=BB,（B）,（BR）,（BBRR）,人工誘發(fā)多倍體 ： Can artificially use colchicine（秋水仙堿 ） to increase ploidy.,嵌合體,正常二倍體枝條,三、非整倍體（Aneuploidy）,Hypop

24、loid（亞倍體）：Monosomy（單體）= the loss of one chromosome: 2n-1Double monosomy（雙單體）=2n-1-1Nullisomy（缺體）=the loss of one chromosome pair: 2n-2,Hyperploid（超倍體）：Trisomy（三體）= the addition of one chromosome: 2n+1Double Trisomy（

25、雙三體）= 2n+1+1Tetrasomy（四體）= 2n+2Pentasomy (五體）= 2n+3,Disome（二體）= the addition of one chromosome in a haploid: n+1,Aneuploidy,Diploid where 2n = 6,,Aneuploidy,Diploid wh

26、ere 2n = 6,,Monosomy ＝ 2n－1,Aneuploidy,Diploid where 2n = 6,,Nullisomy ＝ 2n－2,Aneuploidy,Diploid where 2n = 6,,Double monosomy ＝ 2n－1－1,Aneuploidy,Diploid where 2n = 6,,Trisomy ＝ 2n＋1,Aneuploidy,Diploid where 2n = 6,,Tet

27、rasomy ＝ 2n＋2,Aneuploidy,Diploid where 2n = 6,,Double trisomy ＝ 2n＋1＋1,Aneuploidy,Diploid where 2n = 6,,Haploid,Aneuploidy,Diploid where 2n = 6,,Disome（二體）＝ n＋1,非整倍體產(chǎn)生的原因,有絲分裂或減數(shù)分裂中，個別染色體不分離。,●有絲分裂不分離： 卵裂早期不分離會導(dǎo)致機(jī)體的

28、部分細(xì)胞的染色體數(shù)目正常，但有部分細(xì)胞是超二倍體或亞二倍體——嵌合體（mosaic）。,●減數(shù)分裂不分離,造成多一條或少一條染色體的配子，與正常配子受精后會導(dǎo)致亞二倍體或超二倍體。 ⑴ 減數(shù)分裂Ⅰ不分離 ⑵ 減數(shù)分裂Ⅱ不分離,●染色體丟失 細(xì)胞分裂的中期染色體未與紡錘絲相連或移動遲緩，不能被拉到細(xì)胞的兩極，滯留在細(xì)胞質(zhì)中丟失，造成亞二倍體。,四、人類染色體數(shù)目異常和疾病,Most common & cla

29、ssic autosomal(常染色體) aneuploidies(非整倍體)： trisomy(三體) 21, 18 and 13Most common & classic sex chromosome aneuploidies ：Turner(XO), Klinefelter(XXY), trisomy X & XYY syndromes 遺傳咨詢（Genetic counseling）●Prenatal d

30、iagnosis（產(chǎn)前診斷）●Recurrence risk（發(fā)病風(fēng)險）,先天愚型（Down Syndrome 唐氏綜合征）,caused by an extra copy of chromosome 21.（21號染色體三體）.by First described Langdon Down in 1866 Discovery of +21 by Lejeune in 1959 Epidemiology (流行病學(xué))：●In

31、cidence: 1/800 to 1/1,000 live births ●Prevalence: 1/3,000 in general population, reflecting high infant mortality rate(患病嬰兒的高死亡率)●Advanced maternal age effect.,主要特征,特殊面容：眼距寬、鼻扁平 、口半開、舌常伸出口外、 流口水、耳廓小、手足短。 發(fā)育不良：肌張力低、關(guān)

32、節(jié)松弛、新生兒有第三囟門。 部分患者有特殊膚紋。 半數(shù)患者伴有先天性心臟病，男性基本無生育能力，女性少數(shù)可有生育能力。大部分壽命不長，少數(shù)可達(dá)50歲以上。智力缺陷，先天愚型,21－三體照片,舟舟：上帝的愚人節(jié)禮物,1978.4.1出生其父親是武漢交響樂團(tuán)的低音提琴手。,以浪漫主義為基調(diào)，比抽象藝術(shù)更抽象，比現(xiàn)實主義更現(xiàn)實。他就是舟舟，23歲，天生愚型智障兒，智商只抵4歲幼兒，但他又是轟動全國、訪問過德國、法國、美國等國家的交響

33、樂指揮奇才?！读鹤！贰ⅰ犊ㄩT》和“波爾卡”是他的最愛，江澤民主席曾為他親筆簽名，中國殘聯(lián)主席鄧樸方曾因他有感而發(fā)，曰：“一切生命都是偉大的”。,Dependence of Downs Incidents on Age of Mother,Modern Genetic Analysis, Griffiths, et al ed. (1999),(1/800),95%因為母親發(fā)生了染色體不分離，并且發(fā)生在第一次減數(shù)分裂。,Oogenes

34、is(卵子發(fā)生) in human,Start in the fetus(胎兒),后期Ⅰ,后期Ⅱ,末期Ⅱ,極體,卵細(xì)胞,第一極體,次級卵母細(xì)胞,初級卵母細(xì)胞,減數(shù)分裂前期,A reminder: Meiosis in human females,●在哺乳動物中卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂是不連續(xù)的，是間斷發(fā)生的。人的卵母細(xì)胞到卵細(xì)胞的形成過程長達(dá)十余年到數(shù)十年之久?！袢祟惵鸭?xì)胞的發(fā)生都要經(jīng)過三個不同的階段：胚胎期的減數(shù)分裂，胚胎期卵母細(xì)胞的

35、減數(shù)分裂進(jìn)行至雙線期后停止；排卵前的減數(shù)分裂，當(dāng)女性進(jìn)入青春期后在性激素的作用下，初級卵母細(xì)胞恢復(fù)分裂，完成減數(shù)分裂Ⅰ后形成次級卵母細(xì)胞和極體，極體退化，次級卵母細(xì)胞再分裂至中期Ⅱ后排卵進(jìn)入輸卵管；受精前的減數(shù)分裂，在輸卵管中，次級卵母細(xì)胞若遇到精子，則在精子的激發(fā)下完成減數(shù)分裂Ⅱ ?！馜uring all these years, the chromosomes may become unpaired (不配對), and subs

36、equently chromosomes non-disjunction(不分離) will occur.,21-三體的類別：,純合型： 47, XY(XX), +21,Trisomy 21 Karyotype,I(21q) Karyotype,嵌合型,,21 21 14/21 14,嵌合型,,平衡易位,,Sex Chromosome Anomalies(異常),Turner syndrome (XO)Klinefelter