遺傳學(xué)染色體畸變

1、染色體畸變 Chromosomal Aberration,遺傳物質(zhì)的改變（一）,主要內(nèi)容,一、染色體結(jié)構(gòu)變異果蠅唾腺染色體染色體結(jié)構(gòu)變異的類型缺失重復(fù)倒位易位,二、染色體數(shù)目的改變?nèi)旧w組與染色體倍性整倍體非整倍體人類染色體數(shù)目異常和疾病,主要內(nèi)容,一、染色體結(jié)構(gòu)的變異Variation of chromosomal structure,（一）果蠅唾腺染色體 The chromosomes in salivar

2、y gland of fruit flies,唾腺染色體(salivary gland chromosome) ：存在于雙翅目昆蟲幼蟲消化道細(xì)胞的有絲分裂間期核內(nèi)一種巨大的染色體。,唾腺染色體的特征：,1.巨大性和伸展性： 果蠅幼蟲的唾腺發(fā)育到一定階段后，細(xì)胞不再分裂，停留在間期，構(gòu)成了一個(gè)永久間期系統(tǒng)。唾腺細(xì)胞數(shù)目不增加，但細(xì)胞的體積增大，其中每條染色體的常染色質(zhì)區(qū)的核蛋白纖維不斷復(fù)制，成千上萬條的核蛋白纖維平行而且精巧地排列形

3、成寬而長(zhǎng)的帶狀物，故又稱多線染色體(polytenechromosome)。,2.體聯(lián)會(huì)(Somatic synapsis)由于體細(xì)胞同源染色體緊密地配對(duì)幾乎相互融合著，使得果蠅的唾腺染色體只有二倍體染色體數(shù)目的單元數(shù)，每對(duì)染色體的著絲粒集中形成一個(gè)染色中心(chromocenter)，從染色中心伸出各染色體的臂。,,3.具橫紋結(jié)構(gòu)：區(qū)(102)、段(A-F)唾腺染色體上有由染色質(zhì)濃縮而成致密的染色粒DNA被堿性染料深染的帶紋區(qū)(

4、bands)，與擴(kuò)展的染色粒間DNA被淺染的間帶區(qū)(interbands)交替排列而成的橫紋。,4.出現(xiàn)泡狀(puff)結(jié)構(gòu):核蛋白解離，環(huán)散開，DNA活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)。,(二)染色體結(jié)構(gòu)變異的類型,缺失（ deletion ）：染色體丟失了一段，其上的基因也隨之丟失的現(xiàn)象。,染色體上基因數(shù)目的改變：,重復(fù) (duplication)：染色體上的某一片段出現(xiàn)兩份或兩次份以上的現(xiàn)象，使其上的基因也多了一份或幾份。,倒位（inversion）：

5、染色體上某一片段顛倒180o，其上的的基因順序重排。易位（translocation） ：一個(gè)染色體上的一段連接到另一條非同源染色體上.,染色體上基因位置的改變,缺失（ deletion ）：染色體丟失了一段，其上的基因也隨之丟失的現(xiàn)象。,(三)缺失,1.缺失的類型,,,,當(dāng)一條染色體的兩臂各有一次斷裂，有著絲粒的節(jié)段彼此重新連接，可以形成環(huán)狀染色體。又稱著絲粒環(huán)。,△缺失雜合體：體細(xì)胞內(nèi)含有正常染色體及其缺失染色體的同源染色體

6、 （正常） （缺失）△缺失純合體：某個(gè)體缺失染色體是成對(duì)的,在減數(shù)分裂過程中同源染色體配對(duì)時(shí)，中間缺失雜合體出現(xiàn)缺失環(huán)（deletion loop）,2.缺失的細(xì)胞學(xué)效應(yīng),,,,,,,,,,a,b,c,d,e,f,丟失,,,,,a,b,c,e,f,d,正常染色

7、體,,,a,b,c,d,,,a,b,c,f,末端缺失染色體,中間缺失染色體,,,,,,,a,b,c,d,,b,c,d,,a,,b,c,d,,a,,,a,b,c,d,e,f,,,a,b,c,f,,b,c,f,,a,,b,c,f,,a,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a,b,,c,e,d,f,a,b,a,b,,c,f,f,d,e,c,丟失,,,,,,末端缺失雜合體 及其聯(lián)會(huì),中間缺失純合體及其聯(lián)會(huì),末端缺失純合體及其

8、聯(lián)會(huì),中間缺失雜合體及其聯(lián)會(huì),a,b,c,d,e,f,1.大片段缺失在雜合體時(shí)是致死的，X染色體的缺失半合子一般也會(huì)致死。2.假顯性(pseudodominance)：如果缺失的部分包括某些顯性基因，使對(duì)應(yīng)的同源染色體上的隱性等位基因得以表現(xiàn)的遺傳現(xiàn)象。,3.缺失的遺傳學(xué)效應(yīng),Example:果蠅的缺刻缺失,McClintock（1931 ）的玉米X射線輻射試驗(yàn)。,3.缺失造成染色體畸變綜合癥,嬰兒啼哭如貓叫，一般伴隨有小頭癥和智力遲

9、鈍。,貓叫綜合癥（第5號(hào)染色體短臂缺失）：,重復(fù) (duplication)：染色體上的某一片段出現(xiàn)兩份或兩次份以上的現(xiàn)象，使其上的基因也多了一份或幾份。,（四） 重復(fù),1、重復(fù)的類型,串聯(lián)重復(fù)(tandem duplication):重復(fù)片段緊接在固有的區(qū)段之后,兩者的基因順序一致.,倒位串聯(lián)重復(fù)(reverse duplication): :重復(fù)片段與固有片段銜接在一起,但重復(fù)片段中的基因排列順序相反.,染色體的不等交換（uneq

10、ual crossing over） :如同源染色體聯(lián)會(huì)時(shí)不能準(zhǔn)確配對(duì)，交換發(fā)生在不對(duì)應(yīng)的位置上，其結(jié)果使一條染色體具有重復(fù)，而另一條染色體具有缺失。,2.重復(fù)產(chǎn)生的原因,染色體重復(fù)與正常染色體聯(lián)會(huì)時(shí),會(huì)形成一個(gè)環(huán)狀突起.,3.重復(fù)的細(xì)胞學(xué)效應(yīng),(1)致死效應(yīng)比缺失緩和，當(dāng)重復(fù)區(qū)段大時(shí)，也會(huì)影響個(gè)體的生活力(2)擾亂基因的固有平衡體系：,4.重復(fù)的遺傳學(xué)效應(yīng),如果蠅的眼色遺傳：紅色(V+)對(duì)朱紅色(V)為顯性,說明2個(gè)隱性基因的作用大

11、于1個(gè)顯性等位基因，改變了原來一個(gè)顯性基因與一個(gè)隱性基因的關(guān)系。,黑腹果蠅X染色體上的棒眼(Bar，B)基因。棒眼基因?qū)σ吧偷膹?fù)眼呈不完全顯性，主要表型效應(yīng)是減少?gòu)?fù)眼中的小眼數(shù)，使圓而大的復(fù)眼呈棒狀。棒眼是由于X染色體上一個(gè)小片段的串聯(lián)重復(fù)所造成。,(3)重復(fù)可產(chǎn)生特定的表型,如果蠅的棒眼遺傳,棒眼(B)約有68個(gè)小眼,正常復(fù)眼是由約790個(gè)小眼組成,超棒眼(BB)只有45個(gè)小眼。,,(四)倒位(Inversion),倒位（i

12、nversion）：染色體上某一片段顛倒180o，其上的的基因順序重排。,1、倒位的類型,如果顛倒的片段包括著絲粒在內(nèi)的倒位,如果顛倒的片段不包括著絲粒在內(nèi)的倒位,倒位純合體的減數(shù)分裂完全正常，只是原來連鎖群的基因順序發(fā)生了改變，交換值也相應(yīng)發(fā)生改變。倒位雜合體 ①倒位片段小，倒位部分不配對(duì)，其余配對(duì)②倒位片段很大，倒位部分反向與正常配對(duì)，其余不配對(duì)；③倒位片段適中：配對(duì)形成倒位環(huán),2.倒位的細(xì)胞學(xué)效應(yīng),小范圍倒位,中等范圍倒位

13、——倒位環(huán),大范圍倒位,3. 倒位的遺傳學(xué)效應(yīng),倒位純合體，動(dòng)物多數(shù)致死、植物很少，果蠅中有大量倒位。,(1) 交換抑制因子(crossover repressor，C),倒位環(huán)內(nèi)非姊妹染色單體之間單交換，而交換的產(chǎn)物都帶有缺失或重復(fù)，不能形成有功能的配子，因而好像交換被抑制了，或相當(dāng)程度地減少雜合子中的重組。 故稱為“交換抑制因子” 。,倒位的遺傳學(xué)效應(yīng)是可以抑制或大大地降低基因的重組。,臂內(nèi)倒位雜合子中的交換抑制效應(yīng),臂間倒位雜合子

14、中的交換抑制效應(yīng),(2) 平衡致死系(Balanced lethal system)或永久雜種（permanent hybrid ） ：利用倒位雜合體的交換抑制因子效應(yīng)，以永久的雜合狀態(tài)，同時(shí)保存兩個(gè)隱性致死基因的品系。,如果蠅顯性基因D(展翅)為隱性致死基因,,果蠅第2染色體上的顯性基因Cy為隱性致死基因Cy品系在其第2染色體的左臂存在倒位；右臂也有很大片段的倒位。,易位（translocation） ：一個(gè)染色體上的一段連接到另一

15、條非同源染色體上.,(五)易位(Inversion),1. 易位的類型,（1）相互易位（reciprocal translocation）,（2）單向易位（simple translocation）,（3）同一染色體內(nèi)易位,（4）整臂易位：,兩條非同源染色體之間整臂轉(zhuǎn)移或交換,（5）羅伯遜易位（Robertsonian translocation）又稱著絲粒融合（centric fusion）,2.易位的細(xì)胞學(xué)效應(yīng),相互易位的純合體沒有

16、明顯的細(xì)胞學(xué)特征，它們?cè)跍p數(shù)分裂時(shí)配對(duì)正常。易位雜合體，在粗線期，由于同源部分的緊密配對(duì)而出現(xiàn)了富有特征性的十字形圖象。,,,相鄰分離-1,相鄰分離-2,,相間分離,,,相鄰分離：產(chǎn)生的配子都有重復(fù)和缺失，稱為不平衡配子。一般是致死的。,相間分離：形成的配子都具有完整的染色體組，既沒有基因的重復(fù)，也沒有缺失。可存活。,3.易位的遺傳學(xué)效應(yīng),1．假連鎖(pseudolinkage)：兩對(duì)染色體上原來不連鎖的基因，如果靠近易位斷點(diǎn)，由于

17、相互易位雜合體總是以相間分離方式產(chǎn)生可育配子，其結(jié)果是，非同源染色體上的基因間的自由組合受到嚴(yán)重限制，出現(xiàn)假連鎖現(xiàn)象。非同源染色體上的基因在形成配子時(shí)相互不能自由組合的現(xiàn)象稱為假連鎖。,,,如果蠅的第2染色體上有褐眼基因bw， 第3染色體上有黑檀體基因e.,2. 易位容易導(dǎo)致腫瘤,位置效應(yīng)(position effect)：基因位置的改變引起個(gè)體表型改變的遺傳效應(yīng)?；ò咝臀恢眯?yīng)與異染色質(zhì)的影響有關(guān)。

18、原來處于常染色質(zhì)區(qū)的基因，經(jīng)過易位而移到染色體的異染色質(zhì)區(qū)或其附近，引起這一基因的異染色質(zhì)化，使它的作用受到抑制.,3. 易位造成花斑型位置效應(yīng)(variegated type of position effect),,雜合狀態(tài)時(shí)w+/w應(yīng)表現(xiàn)為紅眼。如果某些細(xì)胞中處在常染色質(zhì)區(qū)的包括w+的一段染色體易位到第4染色體的異染色質(zhì)區(qū)，表現(xiàn)為紅、白兩種顏色的斑駁色眼.,Example:果蠅,w 白眼基因w+

19、 紅眼基因,二、染色體數(shù)目的改變,(一)染色體組及其倍性,染色體組(genome)：來自生物一個(gè)配子的全部染色體稱為一個(gè)染色體組。單倍體(haploid):細(xì)胞內(nèi)含有一個(gè)完整染色體組的二倍體（diploid）:含有兩個(gè)染色體組的三倍體（triploid）四倍體（tetraploie）多倍體（ployploid):超過兩個(gè)染色體組的,●一個(gè)染色體組所包含的染色體數(shù)，在不同的種屬間不同。列表： 名稱 X

20、 名稱 X 大麥屬 7 煙草屬 12 蔥屬 8 稻屬 12 高梁 10,,,,,同一個(gè)染色體組的各個(gè)染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和連鎖基因群都彼此不同，但它的構(gòu)成一個(gè)完整而協(xié)調(diào)的體系；缺少之一造成不育或變異。這是染色體組最基本的特征。,整倍體(euploid):以染色體組為基礎(chǔ),成套改變?nèi)旧w數(shù)目后形成的個(gè)體。如：n, 2n, 3n, 4n, 6n等.非整倍體(an

21、euploid):整倍體中缺少或額外增加一條或幾條染色體的變異類型。如：2n-1, 2n-2, 2n+1, 2n+2, 2n+1+1某些動(dòng)植物以祖先中的配子染色體數(shù)作為基數(shù)，用“X”表示，如小麥中，各種小麥配子的染色體數(shù)目都是以7為基礎(chǔ)變化，則X=7， 二粒小麥(異源四倍體)：2n=4X=28; 普通小麥(異源六倍體)：2n=6X=42.,,1、二倍體(diploid)：細(xì)胞內(nèi)含有兩套配子的染色體組。

22、,(二)整倍體,2.單倍體(haploid):是指具有配子染色體數(shù)（n）的個(gè)體。 ① 二倍體植物：n=X 單元單倍體水稻、玉米的單倍體就是一倍體(n=X=12、10)。② 多倍體生物：n≠X 多元單倍體普通煙草的單倍體是二倍體(n=2X=TS=24)；普通小麥的單倍體是三倍體(n=3X=ABD=21)。,單倍體的形成：,①天然：如蜜蜂：雄蜂由未受精的卵發(fā)生而來——單倍體(n=7) ；雌蜂由受精卵發(fā)育而來—二倍體(2n=14)。

23、 ②人工誘導(dǎo)：如用子房或花粉培養(yǎng)。,高等植物單倍體的表現(xiàn),單倍體植物很小，生活力弱，完全不育（n=10, 可育配子1/210）。多倍體產(chǎn)生的單倍體也不育—染色體不平衡。,單倍體通過加倍以后可以得到純二倍體(雙單倍體，amphihaploid)?？s短育種時(shí)間，保證基因純合存在，不會(huì)發(fā)生分離。,3.多倍體(polyploid),多倍體(polyploid): 超過兩個(gè)染色體組的個(gè)體或細(xì)胞。(1)同源多倍體：具有3個(gè)以上相同染色體組的細(xì)

24、胞或個(gè)體。天然：染色體加倍但未減數(shù)配子受精后形成，或核內(nèi)有絲分裂形成；人工：體細(xì)胞加倍——低溫、秋水仙素處理。,①同源多倍體的表型特征：,同源四倍體：染色體加倍，核和細(xì)胞體積增大，各器官加大；基因數(shù)量加大，產(chǎn)量增加。但也有相反情況。同源三倍體：生活力強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)器官茂盛，但高度不育。如天然的無子香蕉，人工的無子西瓜、甜菜、蘋果等，可大大提高林木、花卉、水果等產(chǎn)量。,煙草2倍體，4倍體和8倍體葉片表皮細(xì)胞的比較,2倍體和4倍體葡萄的比較

25、,②同源多倍體減數(shù)分裂,同源三倍體——三價(jià)體或二價(jià)體+單價(jià)體,同源四倍體,各染色體都以四價(jià)體或二價(jià)體構(gòu)型出現(xiàn)，配子可育；三價(jià)體和單價(jià)體染色體不平衡，配子不育。,(2)異源多倍體(allopolyploid):兩個(gè)及兩個(gè)以上的不相同的物種雜交，形成的雜種加倍以后形成的多倍體。,,Tritcum monococum × Aegilops speltoides 野生一粒小麥

26、 擬斯捭爾脫山羊草 AA（2n=14） BB（2n=14） 雜種AB 加倍

27、 T. dicoccoides × Ae.sguarrosa 野生二粒小麥 方穗山羊草 AABB(2n=28) DD(2n =14)

28、 雜種ABD 加倍 T. spelta

29、 斯捭爾脫小麥 AABBDD(2n=42) 基因突變

30、 普通小麥,,,,,,A.普通小麥形成示意圖,,B.異源八倍體小黑麥： 小麥(AABBDD) ×黑麥(RR)→小黑麥(AABBDDRR, 2n=8X=56=28 Ⅱ),(三)非整倍體,非整倍體(aneuploid):整倍體中缺少或額外增加一條或幾條染色體的變異類型。由二倍體減數(shù)分裂時(shí)，其中的一對(duì)同源染色體不分離或提前分離形成n-1或n+1的配子。,雙體(disomy) ：

31、正常的2n個(gè)體單體(monosomy):二倍體中缺少了一條染色體(2n-1)缺體(nullisomy)：二倍體中缺少了一對(duì)同源染色體(2n-2)雙單體(dimonosomy)：二倍體中缺少了兩條非同源染色體(2n-1-1)三體(trisomy)：二倍體中增加了一條染色體(2n+1)雙三體(ditrisomy)：二倍體中增加了兩條非同源染色體 (2n+1+1)四體(tetrasomy)：二倍體中增加了一對(duì)同源染色體(2n+2)

32、,1.單體和缺體,單體個(gè)體成活率低，可出現(xiàn)類似于假顯性的現(xiàn)象。,蝴蝶（2n-1,受精卵第一次分裂丟失一條Y 染色體所產(chǎn)生）,小麥單體：,用單倍體和雙體雜交可得21種單體。小麥單倍體有21條染色體，減數(shù)形成的配子只有n、n-1可育， n-1的卵細(xì)胞中所缺的可以是21條染色體中的任何一條。單體自交可得缺體(2n-2) 。,普通小麥(n=21)缺體,利用單體和缺體可以進(jìn)行基因的染色體定位,P: 無眼?野生正常眼

33、 ? F1: 正常眼 ?⊕ F2:正常眼 : 無眼（3 : 1）,證明無眼是隱性的,無眼與4-chr單體(野生型)交配,證明ey在第四染色體上,2.三體,三體對(duì)個(gè)體的影響比單體小，增加這條染色體對(duì)生物體形態(tài)方面的影響因物種不同而異。,曼陀羅12種三體的不同果形,三體自交

34、可產(chǎn)生雙體、三體、和四體。,(四)染色體數(shù)目異常與疾病,Down’s Syndrome:先天愚型，21三體綜合癥。Pautau’ Syndrome: 13三體綜合癥。Edwards’ Syndrome: 18三體綜合癥。,常染色體異常,,21三體綜合癥,性染色體異常,先天性卵巢發(fā)育不全綜合征(45，XO； Turner’s Syndrome)先天性睪丸發(fā)育不全綜合征(47，XXY)XYY綜合征,,Klinefelter綜合征：有

35、一對(duì)X染色體及一個(gè)Y染色體，核型為47，XXY。外貌男性，但不育（無精子產(chǎn)生），青春期乳房發(fā)育，胡須稀少，喉結(jié)不明顯，體力較弱。Turner綜合征：也稱先天性卵巢發(fā)育不全綜合征，有一個(gè)X染色體。核型為45，XO。外貌女性，乳房不發(fā)育，身材矮小，面容呆板、智力發(fā)育遲緩，無生育能力。XYY綜合征：有一個(gè)X染色體及兩個(gè)Y染色體，核型為47，XXY?；颊咄獗砟行?，表型大多正常，可生育，但身材特別高大，性格受損，表現(xiàn)為極度不安定和不負(fù)責(zé)；有暴

36、力傾向。,本章小結(jié),,*名詞解釋：多線染色體、缺失、重復(fù)、倒位、易位、假顯性、交換抑制因子、平衡致死系或永久雜種、假連鎖、染色體組、整倍體、非整倍體果蠅唾腺染色體及特點(diǎn)：巨大性和伸展性、體聯(lián)會(huì)、具橫紋結(jié)構(gòu)、出現(xiàn)泡狀(puff)結(jié)構(gòu)缺失的類型缺失的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)及遺傳學(xué)效應(yīng)*重復(fù)的類型重復(fù)的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)及遺傳學(xué)效應(yīng)*倒位的類型倒位的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)及遺傳學(xué)效應(yīng)*易位的類型易位的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)及遺傳學(xué)效應(yīng)*,一、染色體結(jié)構(gòu)變異,染色體組、