染色體結構變異

1、Chapter8 染色體結構的變異,本章要求8.1 染色體結構變異的概述8.2 染色體結構變異類型8.3 染色體結構變異的誘發(fā)8.4 染色體結構變異的應用,,本章要求,了解細胞遺傳學常用符號和編寫術語掌握四種染色體結構變異的類型，及其它們的形成方式、主要生物學特征和細胞學鑒定方法掌握結構變異的主要遺傳效應及其在遺傳研究與育種實踐中的應用了解誘發(fā)染色體結構變異的方法和原理,,8.1 染色體結構變異的概述,8.1.1

2、 變異的原因 內(nèi)環(huán)境：細胞內(nèi)的營養(yǎng)、溫度、生理等異常的變化 外環(huán)境：物理誘變因素和化學藥劑等 8.1.2 染色體結構變異假說及結構變異種類 斷裂重接假說正確重接→重新愈合，恢復原狀；錯誤重接→產(chǎn)生結構變異；保持斷頭→產(chǎn)生結構變異。結構變異種類—缺失、重復、倒位、易位常用符號和編寫術語（ P165～167表8-1～8-3）,,8.2 染色體結構變異類型,8.2.1 缺失8.2.2 重復8.2.3 倒位8

3、.2.4 易位,,8.2.1 缺失(deletion，del),概念 染色體丟失了帶有基因的某一區(qū)段——缺失類型①頂端缺失(terminal deficiency)：指缺失的區(qū)段位于染色體某臂的外端。 ②中間缺失(interstitial deficiency)：指缺失的區(qū)段位于染色體某臂的中間。,缺失染色體（deficiency chromosome）：指丟失了某一區(qū)段的染色體。缺失雜合體(deficiency heter

4、ozygote)：指同源染色體中，有一個正常而另一個是缺失染色體的生物個體。缺失純合體(deficiency homozygote)：指同源染色體中，每個染色體都丟失了相同區(qū)段的生物個體。,相關術語,缺失形成的機理,①無著絲粒斷片：最初發(fā)生缺失的細胞在分裂時可見落后染色體——無著絲粒斷片，②頂端缺失有絲分裂出現(xiàn)因斷裂—融合→雙著絲粒染色體——后期染色體橋。減數(shù)分裂聯(lián)會時，有未配對的游離區(qū)段③中間缺失減數(shù)分裂染色體聯(lián)會時形成缺

5、失環(huán)。 注意：較小的缺失往往并不表現(xiàn)出明顯的細胞學特征；缺失純合體減數(shù)分裂過程也無明顯的細胞學特征。,缺失的細胞學鑒定,,斷裂—融合—橋,頂端缺失的形成(斷裂)復制姊妹染色單體頂端斷頭連接(融合)有絲分裂后期橋(橋)新的斷裂,,,,,缺失的細胞學特征,缺失環(huán)(環(huán)形或瘤形突出)：中間缺失雜合體偶線期和粗線期出現(xiàn)；可以看到由于缺失配對的部分而形成的弧狀突起.這在果蠅的唾液腺染色體上非常清楚。,,缺失染色體的聯(lián)

6、會,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,,,缺失的后果 打破了基因的連鎖平衡，破壞了基因間的互作關系，基因所控制的生物功能或性狀喪失或異常。缺失的危害程度 取決于缺失區(qū)段的大小、缺失區(qū)段所含基因的多少、缺失基因的重要程度、染色體倍性水平。 缺失純合體——致死或半致死 缺失雜合體——缺失區(qū)段較長時，生活力差、配子(尤其是花粉)敗育或育性降低；缺失區(qū)段較小時，可能會造成假顯性現(xiàn)象或其它異常現(xiàn)象(例貓叫綜合癥

7、)。,缺失的遺傳效應,缺失雜合體的假顯性現(xiàn)象,,8.2.2 重復(duplication，dup),概念：正常染色體增加了與自己相同的某一區(qū)段的結構變異叫重復。增加了的這一區(qū)段叫重復片段。類別順接重復(tanden duplication)：指重復區(qū)段的基因序列與原染色體上基因的序列相同的重復。反接重復(reverse duplication)：指重復區(qū)段內(nèi)的基因順序發(fā)生了180度顛倒，與自己序列相反的重復。,重復的類別,重復染色

8、體（ duplication chromosome）：指含有重復片段的染色體。重復雜合體(duplication heterozygote)：指同源染色體中，有一個正常而另一個是重復染色體的生物個體。重復純合體(duplication homozygote)：指同源染色體中，每個染色體都含有相同的重復片段且重復類別相同的生物個體。,相關術語,重復形成的機理,重復是由同源染色體的不對等交換產(chǎn)生的,重復的細胞學鑒定,細胞學特征 同源

9、染色體聯(lián)會時可見：重復環(huán)染色體末端不配對而突出注意：區(qū)分重復環(huán)與缺失環(huán)當重復區(qū)段很短時很難觀察到重復環(huán)重復純合體也觀察不到重復環(huán),,重復的細胞學特征,,,,重復的遺傳效應,,重復對基因平衡的影響：擾亂了生物體本身基因固有的平衡體系，影響了個體的生活力。有害程度：取決于染色體倍性；重復區(qū)段基因數(shù)量的多少及其重要性，與缺失相比，有害性相對較小，但若重復區(qū)段過長，往往使個體致死。對育性的影響：重復雜合體和重復純合體一般敗育或育

10、性降低，會產(chǎn)生“劑量效應(dosage effect)”和“位置效應（position effect）”。,果蠅X染色體上16A區(qū)段重復的形成,果蠅復眼的小眼組成數(shù)目的“劑量效應”和”位置效應”,,位置效應：基因由于在染色體上的位置不同從而改變表型的現(xiàn)象。,8.2.3 倒位(inversion，inv),概念：正常染色體某一區(qū)段的基因序列發(fā)生了180°顛倒的現(xiàn)象。倒位染色體上的基因總量不變。 類別臂內(nèi)倒位(paracent

11、ric inversion) ：指倒位發(fā)生在染色體的某一臂內(nèi)，又稱為一側(cè)倒位。 臂間倒位(pericentic inversion)：指倒位發(fā)生在兩臂之間（含著絲粒），又稱為兩側(cè)倒位。,臂內(nèi)倒位與臂間倒位,相關術語,倒位染色體（inversion chromosome）：指含有倒位片段的染色體。倒位雜合體(inversion heterozygote)：指同源染色體中，有一個正常而另一個是倒位染色體的生物個體。倒位純合體(inve

12、rsion homozygote)：指同源染色體中，每個染色體都含有相同的倒位片段且倒位類別相同的生物個體。,倒位形成的機理,倒位的細胞學鑒定,細胞學特征 同源染色體聯(lián)會時：倒位區(qū)段較短——正常部分配對，其余不配對倒位區(qū)段適中——形成倒位圈倒位區(qū)段過長——倒過來配對，其余游離減數(shù)分裂時倒位雜合體的交換注意 區(qū)分倒位圈與缺失、重復圈的結構差異 倒位純合體無明顯細胞學特征,,倒位雜合體的聯(lián)會,,倒位雜合體的“倒

13、位圈”,,臂內(nèi)倒位雜合體的交換,,,臂間倒位雜合體的交換,,,,臂內(nèi)倒位形成的“后期 I 橋”,,倒位的遺傳效應,,對基因關系的影響：倒位改變了基因間的連鎖關系；因不能正常配對而降低了連鎖基因間的重組率。有害程度：取決于倒位區(qū)段的長短，倒位區(qū)段過長往往致死；基因的數(shù)目、重要性以及染色體的倍性。對育性的影響：倒位雜合體倒位圈內(nèi)發(fā)生交換后，產(chǎn)生的交換型配子(50%)含重復缺失染色單體，這類配子不育。所以倒位雜合體半不育。倒位純合的同源染

14、色體聯(lián)會完全正常，但會產(chǎn)生“位置效應”。倒位雜合體通過自交（自群繁育），可能產(chǎn)生倒位純合體后代，這些倒位純合體后代與其原來的物種不能受精，形成生殖隔離，產(chǎn)生新的變種，促進了生物進化。,8.2.4 易位(translocation，t),概念：兩個非同源染色體間發(fā)生片段轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象稱為易位。有人稱之為非法交換。 類別相互易位(reciprocal translocation)(雙向)：指兩個非同源染色體都被折斷，兩個斷片交換重接到兩條

15、被折斷的非同源染色體上的現(xiàn)象。 簡單易位(simple translocation)(單向)：指一個染色體上的某一區(qū)段轉(zhuǎn)移到了另一非同源染色體上的現(xiàn)象，故又稱為轉(zhuǎn)移。,羅伯遜易位（Robertsonian translocation，rob）：是一種涉及兩條近端著絲粒或端著絲粒染色體間的易位類型。 兩條非同源染色體在著絲粒或近著絲粒處斷裂，一個染色體的長臂與另一個染色體的短臂發(fā)生交換，形成的兩條易位染色體中一條很大，幾乎包

16、含兩條染色體的大部份甚至全部基因；而另一條染色體很小，僅含極少量的基因，在減數(shù)分裂過程中極易丟失。根據(jù)易位后基因是否丟失，可將其分為平衡易位和不平衡易位。,類別,羅伯遜易位,羅伯遜易位示意圖,相關術語,易位染色體（translocation chromosome）：指含有易位片段的染色體稱為易位染色體。易位雜合體(translocation heterozygote)：指同源染色體中有一個是易位染色體的生物個體，又叫雜易位體。易位純

17、合體(translocation homozygote)：指同源染色體都含有相同易位片段的生物個體，又叫純易位體，由雜易位體自交獲得。,易位形成的機理,相互易位的細胞學鑒定,相互易位雜合體 減數(shù)分裂同源染色體聯(lián)會時：粗線期呈十字形配對終變期呈8字形、圓環(huán)形或棒狀結構中期I呈8字形或圓環(huán)形（十字形配對結構的交替式和毗鄰式分離）相互易位純合體：同源染色體聯(lián)會一切正常。,,易位雜合體粗線期十字形配對,果蠅巨大染色體易位圖,,易位

18、雜合體的聯(lián)會和分離,,易位雜合體的聯(lián)會和分離,交替式,毗鄰式,易位雜合子產(chǎn)生配子的育性,,易位的遺傳效應,降低了連鎖基因間的重組率——聯(lián)會的緊密程度降低；抑制了正常連鎖群的重組。易位改變了基因間的連鎖關系——出現(xiàn)假連鎖現(xiàn)象，使本應獨立遺傳的基因出現(xiàn)假連鎖。易位雜合體半不育：易位雜合體十字形配對進行交替式分離所產(chǎn)生的配子是可育的，而進行毗鄰式分離產(chǎn)生的配子是不育的;相鄰式與交換式各占50％。羅伯遜易位造成染色體融合而導致染色體數(shù)目的

19、變異。物種進化的因素之一：易位純合體后代與其原來的物種形成生殖隔離，產(chǎn)生新的變種，促進了生物進化。有害程度：取決于易位區(qū)段的長短，易位區(qū)段過長往往致死；基因的數(shù)目、重要性以及染色體的倍性。,,8.3 染色體結構變異的誘發(fā),8.3.1 物理因素的誘發(fā) 8.3.2 化學因素的誘發(fā) 8.3.3 其它因素的誘變,,8.3.1 物理因素的誘發(fā),物理因素的誘發(fā) 染色體結構的變異需要相當大的能量，細胞必須在獲得大量的能量以后，染

20、色體才可能發(fā)生畸變，輻射就是很好的能源。能量低的輻射（如可見光）只能產(chǎn)生熱量；能量較高的輻射（如γ射線）除產(chǎn)生熱能和使原子激發(fā)外，還能使原子“電離” 誘發(fā)突變。 電離輻射源：α射線、β射線和中子等粒子輻射，也包括γ射線和X射線等電磁波輻射。中子的誘變效果最好。紫外線也可做為輻射源。,輻射誘變的趨勢：輻射的劑量越大，誘發(fā)的突變頻率越高，但與輻射強度無關。輻射劑量：是指單位質(zhì)量被照射的物質(zhì)所吸收的能量數(shù)值。輻射強度：是指單位

21、時間內(nèi)照射的劑量數(shù)，即劑量率。只要照射的總劑量不變，無論輻射強度有多大，誘發(fā)的突變總是保持一定。,輻射劑量與染色體結構變異頻率的關系,物理誘變的特點,物理因素誘發(fā)的突變是隨機的，無特異性可言，性質(zhì)和條件相同的輻射可以誘發(fā)不同的變異。因此，目前只能期望通過輻射處理得到變異，而不能期望通過一定的輻射處理得到定向的變異。,,8.3.2 化學因素的誘發(fā),誘變劑 根據(jù)其化學結構和功能的不同可區(qū)別為：烷化劑：有一個或多個不穩(wěn)定的烷基（C2H5

22、），它們能轉(zhuǎn)移到電子密度較高的分子中去，改變?nèi)旧w的結構，導致染色體結構變異。 常用的烷化劑有甲基磺酸乙酯[EMS，CH3SO2（OC2H5）]、硫酸二乙酯[DES，SO2（OC2H5）2]、乙烯亞胺等。,堿基類似物：其分子結構與基因分子的堿基相似，它在不防礙染色體復制的情況下，作為組成成份參入DNA分子，導致突變的發(fā)生。 常用的堿基類似物有5-溴尿嘧啶（Bu）、5-溴脫氧尿核苷（BudR）、2-氨基嘌呤（AP）

23、等。前兩種是胸腺嘧啶（T）類似物，后一種是腺嘌呤（A）類似物。,誘變劑,抗生素、抗腫瘤藥物、農(nóng)藥、食品添加劑如重氮絲氨酸、絲裂霉素C、環(huán)磷酰胺、有機磷農(nóng)藥、環(huán)己基糖精、黃曲霉素等也能誘發(fā)染色體結構變異，因其具有破壞DNA分子結構的能力，因而造成染色體斷裂，目前很少實際應用。,,誘變劑,化學誘變的特點 具有特異性，一定性質(zhì)的藥物能誘發(fā)一定類型的變異，這使動植物育種中定向地誘發(fā)和篩選變異看到了希望。,8.3.3 其它因素的誘變,某些病毒

24、也可引起宿主細胞染色體畸變，如猿猴空泡病毒（SV40病毒）、Rous肉瘤病毒、帶狀皰疹病毒等。生物老齡化也會導致染色體畸變，如染色體端粒脫落等。溫度過高也會引起結構變異。,,8.4 染色體結構變異的應用,8.4.1 利用缺失進行基因定位——假顯性8.4.2 利用重復改變作物品質(zhì)——劑量效應8.4.3 利用倒位獲得平衡致死系8.4.4 果蠅的ClB測定法——倒位8.4.5 利用易位、倒位控制害蟲—產(chǎn)生半不育配子8.4.6

25、利用易位創(chuàng)造玉米不育系的雙雜合保持系8.4.7 利用易位使家蠶自別雌雄—與性染色體連鎖,,8.4.3 利用倒位獲得平衡致死系,用倒位的交換抑制效應，可以保存帶有致死基因的品系。如 果蠅：展翅(D，純合致死基因)＞正常翅（+） 粘膠眼（Gl，純合致死基因）＞正常眼（+）,,ClB是果蠅的一個倒位雜合體母本品系，是在X射線照射下，使雌果蠅的一條X染色體發(fā)生倒位，而另一X染色體正常，倒位的X染色體稱為ClB染色體。