動物遺傳學遺傳信息的改變

1、第四章 遺傳信息的改變,變異是生物界存在的一種普遍現(xiàn)象，變異可以使生物具有多樣性，使生物通過自然選擇產(chǎn)生進化，影響生物的性狀。,遺傳信息的改變可以發(fā)生在染色體上，也可以發(fā)生在DNA分子水平上。染色體結構和數(shù)目的改變稱為染色體畸變(chromosomal aberration)。DNA分子結構發(fā)生的化學變化稱為基因突變（gene mutation）。,第一節(jié) 染色體畸變,第二節(jié) 基因突變,第三節(jié) 突變的抑制與DNA的修復,第四節(jié)

2、 重組與轉座,染色體畸變(chromosomal aberration): 是指在自然突變或人工誘變的條件下，由于染色體數(shù)目或結構的改變，從而改變了基因的數(shù)目、位置和順序，導致個體性狀發(fā)生改變。主要包括染色體數(shù)目改變和染色體結構改變兩類，其中染色體結構改變包括缺失（deletion）、重復(duplication)、倒位(inversion)和易位(translocation) 4種類型。,染色體畸變,一、 缺失,缺失（deletion

3、）：是指一個正常染色體某區(qū)段的丟失，位于該區(qū)段的基因也隨之丟失。,1 缺失的種類,2 缺失的產(chǎn)生,⑴ 染色體損傷和非重建性愈合,⑵ 不等交換,⑷ 轉座,⑶ 染色體紐結、斷裂和非重建性愈合,3 缺失的細胞學特征,玉米缺失雜合體粗線期缺失環(huán),果蠅唾腺染色體的缺失圈,,3 缺失的遺傳與表型效應,①致死或出現(xiàn)異常,②假顯性或擬顯性,假顯性或擬顯性（psedo dominant）：是指顯性基因的缺失使其同源染色體上的隱性非致死基因的效應得以顯現(xiàn)

4、的遺傳現(xiàn)象。,Williams Syndrome is caused by a very small chromosomal deletion on the long arm of chromosome 7. The deleted region includes the elastin gene, which encodes a protein that gives blood vessels the stretchiness an

5、d strength required to withstand a lifetime of use. The elastin protein is made only during embryo development and childhood, when blood vessels are formed. Because they lack the elastin protein, people with Williams Syn

6、drome have disorders of the circulatory system, also known as vascular disorders.,Cri du chat is a rare syndrome (1 in 50,000 live births) caused by a deletion on the short arm of chromosome 5. The name of this syndrom

7、e is French for "cry of the cat," referring to the distinctive cry of children with this disorder. The cry is caused by abnormal larynx development, which becomes normal within a few weeks of birth. Infant

8、s with cri du chat have low birth weight and may have respiratory problems. Some people with this disorder have a shortened lifespan, but most have a normal life expectancy.Where does the abnormal chromosome 5 come from?

9、 In 80 percent of the cases, the chromosome carrying the deletion comes from the father's sperm.,Cri du chat syndrome,重復(duplication)：是指一個正常染色體增加了與本身相同的一段。,二、重復,1 重復的類型,2 重復的細胞學特征,⑴ 染色體斷裂-融合橋的形成,⑶ 染色體紐結和重接,⑵ 不等交換,3 重

10、復的產(chǎn)生,⑴ 劑量效應：基因數(shù)目不同引起表型改變；,4 重復的遺傳與表型效應,⑶ 表型異常,⑵ 破壞連鎖群,⑷ 位置效應：一個基因隨著與相鄰基因的位 置關系改變而影響表型改變。,倒位（inversion）：是指一個染色體上某區(qū)段的正常排列順序發(fā)生了180度的顛倒。,三、倒位,1 倒位的類型,A 臂內倒位（pericentric inversion）,B 臂間倒位 (paracentric inversion),⑴ 染

11、色體紐結和重接,⑵ 轉座,2 倒位的產(chǎn)生,3 倒位雜合體細胞學效應,3 倒位的遺傳與表型效應,①引起基因重排。,②改變基因的連鎖群，影響重組頻率。,③繁殖力下降。,④新物種的形成。,易位（translocation）：是指非同源染色體間染色體片段的轉移，主要包括相互易位（reciprocal translocation）、單向易位(simple translocation)和羅伯遜易位(Robertsonian translocatio

12、n)。,四、易位,reciprocal translocation,Robertsonian translocation,simple translocation,1 易位的分類,2 易位的產(chǎn)生,①斷裂非重建性愈合,② 轉座,Robertsonian translocation,reciprocal translocation,3 易位雜合體的聯(lián)會和分離,⑷ 基因重排導致癌基因的活化，產(chǎn)生腫瘤,⑵ 假連鎖現(xiàn)象,⑶ 位置效應,⑴ 改變正常

13、的連鎖群,⑸ 降低繁殖機能和生產(chǎn)性能,4 易位的遺傳與表型效應,Philadelphia Chromosome,This person has 46 chromosomes with a translocation of material between chromosome 9 and chromosome 22 (commonly known as the Philadelphia chromosome). Detailed stu

14、dies of the Philadelphia chromosome show that most of chromosome 22 has been translocated onto the long arm of chromosome 9. In addition, the small distal portion of the short arm of chromosome 9 is translocated to chrom

15、osome 22. This translocation, which is found only in tumor cells, indicates that a patient has chronic myelogenous leukemia (CML). In CML, the cells that produce blood cells for the body (the hematopoietic cells) grow un

16、controllably, leading to cancer.,The connection between this chromosomal abnormality and CML was clarified by studying the genes located on the chromosomes at the sites of the translocation breakpoints. In one of the tra

17、nslocated chromosomes, part of a gene called abl is moved from its normal location on chromosome 9 to a new location on chromosome 22. This breakage and reattachment leads to an altered abl gene. The protein produced fro

18、m the mutant abl gene functions improperly, leading to CML.,,,小結,1 掌握染色體畸變的概念。,2 掌握染色體結構畸變的種類、產(chǎn)生機制及 細胞遺傳學效應。,染色體數(shù)目的變異,染色體數(shù)目的變異：是指染色體數(shù)目發(fā)生不正常的改變，包括整倍體的變異和非整倍體的變異。,一個染色體組：就是每一種同源染色體之一所構成的一套染色體，即二倍體生物配子中含有的全套染色體。,一倍體(monop

19、loid)：是指含有一個染色體組的細胞或生物。,二倍體(diploid)：是指含有兩個染色體組的細胞或生物。,一、整倍體（euploid）的變異,整倍體的變異是指細胞中整套染色體的增加或減少。,1 一倍體和單倍體,單倍體(haploid)：是指含有配子染色體數(shù)的生物，它具有正 常體細胞染色體數(shù)的一半。,整倍體是指含有完整染色體組的細胞或生物。,①在自然條件下,由未受精的卵細

20、胞直接發(fā)育而來的。,⑴單倍體的來源,②在人為條件下,采用花藥離體培養(yǎng)也能得到。,①一種是體細胞在進行有絲分裂時,染色體已經(jīng)復制了,著絲點分裂了,但細胞沒有分裂,造成細胞內染色體數(shù)目的增加。,⑴多倍體的自然形成,②另一種是受精卵在分裂時,遇到特殊環(huán)境,會使整套染色體數(shù)目加倍。,2 多倍體,多倍體(ployploid)：是指具有兩個以上染色體組的細胞或生物統(tǒng)稱為多倍體,可分為同源多倍體(autopolyploid)和異源多倍體(allopo

21、lyploid) 。,貝類的精子在排放前已完成了減數(shù)分裂過程,而卵子尤其是雙殼貝類的卵子排放時,一般停止在第一次減數(shù)分裂的前期或中期,只有在受精后或經(jīng)精子激活后,才釋放第二極體,完成減數(shù)分裂.,④利用四倍體與二倍體雜交產(chǎn)生三倍體,③抑制受精卵第二極體的釋放。,二、非整倍體的變異,非整倍體：是指細胞中含有不完整的染色體組的生物。,缺體(nullsomy)：是指有一對同源染色體成員全部丟失，也稱為零體(2n-2) 。,單體(monosomy

22、)：是指二倍體染色體組中丟失一條染色體的生物個體(2n-1)。,多體(ploysomy)：是指二倍體染色體組增加了一個或多個染色體的生物個體的通稱。根據(jù)染色體增加的多少不同可分為三體、雙三體和四體等。,三體(trisomy)：是指二倍體染色體組增加了某一條染色體的生物個體的通稱(2n+1)。,雙三體(double trisomy)：是指二倍體染色體組增加了兩條不同的染色體的生物個體的通稱(2n+1+1)。,雙三體(tetrasomy)：

23、是指二倍體染色體組增加了兩條相同的染色體的生物個體的通稱(2n+2)。,Turner Syndrome affects 60,000 girls and women in the United States. This disorder occurs in 1 in 2000 to 1 in 2500 live births, with about 800 new cases diagnosed each year. Girls wit

24、h Turner Syndrome do not develop secondary sex characteristics such as breast tissue and underarm or pubic hair. Women and girls with Turner Syndrome have only one X chromosome. This is an example of monosomy.,Down Syndr

25、ome is a genetic disorder caused by extra genetic material. It affects over 350,000 people in the United States alone and is the most common (1 in 800 live births) imbalance in the number of autosomes in people. The effe

26、cts of Down Syndrome vary greatly from person to person but can include mental retardation, eyes that slant upward, and heart defects. People with Down Syndrome have 3 copies of chromosome 21. For this reason, Down Syndr

27、ome is also called "Trisomy 21".,Klinefelter Syndrome occurs in 1 in 500 to 1 in 1000 live births. People with this disorder develop as males with subtle characteristics that become apparent during puberty. Th

28、ey are often tall and usually do not develop secondary sex characteristics .,三、嵌合體,嵌合體動物(Chimeras)：是指由兩種或兩種以上具有不同遺傳性的細胞系組成的聚合胚發(fā)育成的個體, 例如XX/XY、XO/XY和XO/XYY。,雙生間雌（free martin）是指在異性雙生中雌性個體呈現(xiàn)間性(或稱雄性化個體)的一種性別變異現(xiàn)象。,⑴雙生間雌,牛的雙生間

29、雌現(xiàn)象,五、染色體數(shù)目變異在育種上的應用,1 染色體加倍的多倍體育種,2 二倍體染色體數(shù)減半的單倍體育種,第二節(jié) 基因突變,A gene mutation is a permanent change in the DNA sequence that makes up a gene. Mutations range in size from a single DNA building block (DNA base) to a larg

30、e segment of a chromosome.,概 念,,自發(fā)突變（spontaneous mutation）,人工誘變（induced mutation）,顯性突變（dominant mutation）,隱性突變（recessive mutation）,正向突變,回復突變,突變的分類,突變的表型,突變的方向,,,,,,突變的原因,一、突變的類型,二、突變的時期和頻率,1 突變發(fā)生的時期,種系突變（germline mutat

31、ion, hereditary mutations ）,體細胞突變（somatic mutation, Acquired mutation ）,2 突變發(fā)生的頻率,突變率（mutation rate）:是指在一定時間內突變可能發(fā)生的次數(shù)，即突變個體占觀察個體數(shù)的比值。,三、基因突變的特征,⑴突變的重演性:是指相同的突變在同種生物的不同個體、不同時間、不同地點重復發(fā)生和出現(xiàn)。如果蠅的白眼突變。,⑵突變的可逆性:是指突變可以從一種相對性狀突

32、變?yōu)榱硪环N相對性狀，又可從另一種相對性狀突變?yōu)樵瓉淼南鄬π誀睢?⑶突變的多向性:是指一個基因可以突變成它的不同的復等位基因，如A-a1，a2，a3。,⑷突變的平行性:是指親緣關系相近的物種往往發(fā)生相似的基因突變，如白化基因、矮化基因。,⑸突變的有利性和有害性: 突變的有利性是指基因突變能夠創(chuàng)造新的基因，增加生物的多樣性，為育種工作提供更多的素材，同時，突變加選擇可以促進生物的進化。,突變的有害性是指就現(xiàn)存的生物或具

33、體到一個個體，突變多是有害的，因為在進化過程中，其遺傳物質及其調控下的代謝過程，與環(huán)境都已達到相對平衡和高度的協(xié)調統(tǒng)一，一旦某個基因發(fā)生突變，往往不可必免地造成整個代謝過程的破壞，從而表現(xiàn)為生活力降低，生育反常，極端的會造成當代致死。,四、突變發(fā)生的分子機制,移碼突變（frameshift mutation）,DNA鏈的斷裂,堿基替換（base-pair substitution）,1 堿基替換,堿基替換（base-pair subst

34、itution）:是指一個堿基對被另一個不同的堿基對所替換，為DNA分子中單個堿基的改變，即點突變。替換方式有轉換和顛換兩種。,轉換(transition):是指一種嘌吟被另一種嘌吟所取代，或是一種嘧啶被另一種嘧啶所取代。例如異常血紅蛋白HbC就是由于α珠蛋白基因的第6位三聯(lián)體GAA變?yōu)锳AA，轉錄后mRNA中的密碼子也有相應的改變，翻譯出的多肽鏈中，谷氨酸變?yōu)橘嚢彼崴隆?顛換(transversion):是嘌吟取代嘧啶，或是嘧啶取代

35、嘌吟。例如，異常血紅蛋白HbS就是由于α珠蛋白基因的第6位三聯(lián)體GAG變?yōu)镚TG，轉錄后mRNA中的密碼子由GAG變?yōu)镚UG，翻譯出的多肽鏈中，谷氨酸變?yōu)槔i氨酸所致。,堿基替換的遺傳效應,同義突變(synonymy mutation) : 是指堿基替換后，一個密碼子變成了另一個密碼子，但所編碼的氨基酸還是同一種，實際上并不發(fā)生表型的改變。,錯義突變(missense mutation) :指堿基替換后形成了新的密碼子，導致所編碼 的氨

36、基酸發(fā)生改變，影響基因產(chǎn)物的功能。,無義突變(nonsense mutation): 指堿基替換后，使一個編碼氨基酸的密碼子變?yōu)椴痪幋a任何氨基酸的終止密碼子UAC、UAA、UGA的任何一個，使多肽鏈的合成提前終止。,2 移碼突變,移碼突變（frameshift mutation）:是指在基因組中增加或減少堿基對，使其該位點之后的密碼子都發(fā)生改變的現(xiàn)象。,移碼突變的遺傳效應,3 DNA鏈的斷裂,五、 突變產(chǎn)生的原因,能夠引起基因突變的

37、理化因素很多,已知的有輻射、化學物質、溫度、病毒、轉座子和DNA聚合酶的復制錯誤等。,5.1 自發(fā)突變,DNA的復制錯誤—堿基錯配,DNA的復制錯誤—復制跳格,自發(fā)的化學變化—脫氨基,,,,自發(fā)的化學變化—脫嘌呤,過氧化物原子團（O2-）,（H2O2），（-OH）等需氧代謝的副產(chǎn)物都是有活性的氧化劑， 它們可導致DNA的氧化損傷，T氧化后產(chǎn)生T－乙二醇，G氧化后產(chǎn)生8-氧-7,8二氫脫氧鳥嘌呤、8-氧鳥嘌呤(8-O-G) 。,自發(fā)

38、的化學變化—氧化損傷,5.2 誘發(fā)突變,化學誘發(fā)突變—堿基類似物的加入,5-溴尿嘧啶,化學誘變劑-亞硝酸,,,化學誘變劑-烷化劑,化學誘變劑-羥胺,化學誘變劑-結合到DNA分子上的誘變化合物,放射線引起DNA結構或堿基的變化,放射線包括非離子射線(紫外線)和離子射線(X-射線α射線和γ射線等)。,六、誘變在育種上的應用,青霉素的產(chǎn)量由250U/ml提高到5000 U/ml.,印度的“阿隆那”蓖麻產(chǎn)量提高50%,且成熟期縮短了120天.,

39、第三節(jié) 基因突變的抑制與DNA修復,⑴密碼子的兼并性,一、突變的抑制,64個密碼子中，3個是終止密碼子，61個是編碼20種氨基酸的密碼子，除色氨酸和甲硫氨酸只有一個密碼子外，其余18種氨基酸有2—6個密碼子。一個氨基酸有多個密碼子的現(xiàn)象稱為密碼子的兼并性。,ATC CCG CCC GGG ACG ATC CGC CCG GGA CG

40、 ATC XCG CCC GGG ACG,⑵基因內突變的抑制（雙移碼突變） 基因內DNA序列的某處發(fā)生插入或丟失堿基會因密碼子誤讀而產(chǎn)生突變，若在其附近又發(fā)生丟失或插入，有可能使其后面的密碼子恢復正常閱讀。,,⑶基因間突變的抑制,①無義突變和錯義突變：結構基因發(fā)生堿基替代會造成無義突變和錯義突變，如果相應密碼子的tRNA基因也發(fā)生突變，tRNA反密碼子也發(fā)生變異，就會帶有相同氨

41、基酸合成完整的多肽，使突變得到抑制。,琥珀突變（AAG→UAG）就是當ORF中的一個密碼子突變?yōu)殓晷徒K止子后，生物體采取了一種措施，原來此密碼子對應的反密碼子也突變?yōu)榕c琥珀密碼子配對，從而是ORF閱讀后的產(chǎn)物和突變后的產(chǎn)物一樣．這樣就對突變進行了抑制．,②移碼突變的抑制：也可由tRNA分子結構的改變而被抑制,二、DNA的修復,①DNA的聚合酶修復,1 DNA的復制修復,錯配修正酶,聚合酶I,連接酶,②錯配的修復系統(tǒng),③尿嘧啶糖基酶修復

42、系統(tǒng),2 DNA損傷的修復,①光修復,②暗修復 (切除修復),③重組修復,④二聚體糖基酶修復系統(tǒng),⑤SOS修復系統(tǒng),1 基因突變的概念,2 基因突變的特征,3 基因突變的分子機制,小 結,第四節(jié) 重組與轉座,重 組,重組：是指遺傳物質的重排，根據(jù)對DNA序列和所需蛋白質因子的要求可分為同源重組（homologous recombination），位點專一性重組(site specific recombination)和轉座重組

43、(transposition recombination).,1、同源重組,同源重組發(fā)生在DNA的同源序列之間，真核生物非姊妹染色單體的交換，姊妹染色單體的交換，細菌及某些低等真核生物的的轉化，細菌的轉導、接合和噬菌體的重組等。,同源重組的分子機制：Holliday模型,,,基因轉換：通過對異源雙鏈區(qū)內不配對堿基的修復而進行的基因校正過程稱為基因轉換（gene conversion）,位點專一性重組(site specific reco

44、mbination)：是指不依賴于DNA序列的同源性，而是依賴于能與某些酶相結合的特異DNA序列，這些特異的酶能催化DNA鏈的斷裂和重接，進而引發(fā)專一性重組。,2 位點專一性重組,λ噬菌體與細菌DNA之間的重組溶菌狀態(tài)：λ噬菌體在宿主細菌中獨立存在。溶源狀態(tài)：λ噬菌體通過重組作用整合進宿主細菌染色體的特異 位點。整合: 溶菌狀態(tài)——溶源狀態(tài)切除：溶源狀態(tài)——溶菌狀態(tài)整合和切除發(fā)生在

45、細菌DNA和λ噬菌體DNA的專一性位點。λDNA專一性重組具有以下兩個特點：1、交換是可逆的2、噬菌體和細菌的DNA之間有一段很短的同源序列，重組交換必須通過特定的核苷酸完成,attB和attP核心序列的交叉切割,整合識別位點： attP(POP’) ，attB(BOB’)切除識別位點：attL(BOP’)，attR(POB’),轉座重組(transposition recombination):是指一段DNA序列不依賴于序列的

46、同源性而插入到另一段DNA序列中。,轉座子(transposon):又稱轉座元件是指基因組中能移動的獨立的DNA序列，可在基因組內由一個部位移動到另一個部位，也稱為跳躍基因。,3 轉座重組,轉座子類型: 簡單轉座子或插入序列（insertion sequence,IS）和復合轉座子(composition transposon, Tn)。,轉座因子的結構特點：a.兩端有20-40bp的反向重復序列；b.編碼轉座酶；,1 基因突變,2