1、1 重復(fù)、缺失、倒位、易位的類型及其細胞學(xué)和遺傳學(xué)效應(yīng)； 2 單倍體、二倍體、多倍體、非整倍體的概念、特點及其在育種上的應(yīng)用； 3 染色體畸變與人類疾病的關(guān)系； 4 染色體變異在進化中的作用。,12 染色體畸變的遺傳分析,12.1 染色體結(jié)構(gòu)變異及其遺傳學(xué)效應(yīng),12.1.1果蠅唾腺染色體的特性,唾液腺染色體(Polytene chromosome) ：存在于雙翅目昆蟲幼蟲消化道細胞的有絲分裂間期核內(nèi)一種巨大的染色體。 唾液腺染色體的特征： (1)巨大性、伸展性: 210-215染色質(zhì)線平行排列；比中期染色體長100-200倍。,(2)體細胞聯(lián)會(Somatic synapsis)：體細胞中同源

2、染色體配對。 (3)具橫紋結(jié)構(gòu): 區(qū)(102，X-2L-2R-3L-3R-4); 段(6，A-F);橫紋。eg.小眼不齊基因3C7； (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)，eg. 搖蚊幼蟲分泌絲狀蛋白。,12.1.2 染色體結(jié)構(gòu)變異的類型及機制,1.缺失(deletion, deficiency)：染色體丟失一段，其上的基因也隨之丟失的現(xiàn)象。 2.重復(fù)(duplication, repeat)： Chr上某一片段出現(xiàn)兩次或兩次以上的現(xiàn)象(同向或反向) 。 3.倒位(inversion)： Chr上某一片段顛倒180o，其上的的基因順序重排 (臂間或臂內(nèi))。 4

3、.易位(translocation)：一個染色體上的一段連接到另一條染色體上(非同源染色體間)。,染色體結(jié)構(gòu)變異的四種類型:,染色體結(jié)構(gòu)變異的機制-斷裂愈合假說,1 重建愈合：按原來的順序重新接合起來,不改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)。 2 不再愈合：無著絲粒的染色體部分最終丟失，有著絲粒的染色體部分的斷裂末端自身愈合。 3 非重建愈合：一個染色體末端與同一染色體上另一個斷裂末端愈合，或斷裂片段改變方向以后重新愈合；或者染色體上的斷裂末端與另一染色體上斷裂末端愈合，結(jié)果改變了基因的排列順序。,12.1.3 缺失,1. 缺失的類型： (1) 端部缺失：缺失的區(qū)段在染色體的一端。 a 同一染色體的兩斷裂端形成著

4、絲粒環(huán)。 b 兩條姊妹染色單體形成“斷裂愈合橋”的循環(huán)。 (2) 中部缺失：缺失發(fā)生在染色體兩臂的內(nèi)部。 a 一條染色體發(fā)生二次斷裂，丟失了中間斷片而形成 。b 同源染色體之間的不等交換產(chǎn)生。,C,c,斷裂端,c,雙著絲粒,新斷裂點,C c,C c,3,C C,C c,C c,4,1) 對于二倍體生物來說，缺失純合體一般很難存活;雜合體一般能活,但生活力很差。大片段的缺失雜合體也引起顯性致死效應(yīng)。2) 假顯性（pseudodominance）：由于一個顯性基因的缺失，致使原來不應(yīng)顯現(xiàn)出來的一個隱性等位基因的效應(yīng)顯現(xiàn)出來。,2 遺傳學(xué)效應(yīng),eg. 缺刻翅遺傳(Notched)：缺失發(fā)生在X-ch

5、r的白眼/紅眼基因所在區(qū)域。,假顯性,12-6,12.1.4 重復(fù),1) 重復(fù)的類型,1 順接重復(fù)（tandem duplication、串聯(lián)重復(fù)）：重復(fù)片段緊接在固有的區(qū)段之后，而且兩者的基因順序一致。2 反接重復(fù)（reverse duplication，反向串聯(lián)重復(fù)）：重復(fù)片段接在固有區(qū)段之后，但基因順序正好相反。3 移位重復(fù)（displaced duplication）：重復(fù)片斷插在與固有區(qū)段不相連的其它位置上。,2)重復(fù)的遺傳學(xué)效應(yīng),1 重復(fù)部分過大會影響個體的生活和發(fā)育，擾亂遺傳物質(zhì)的平衡關(guān)系，但不象缺失的影響嚴重。,2 劑量效應(yīng)（累加效應(yīng)）,eg:果蠅的棒眼（Bar eye）是X染

6、色體上16A16重復(fù)的個體，呈不完全顯性（B）。棒眼有二個16A區(qū)，重棒眼有三個16A區(qū)，重復(fù)越多，小眼數(shù)愈少，復(fù)眼愈小。,68,45,/,BB/+,800,12.5 倒位,1 倒位的類型： (1) 臂內(nèi)倒位：倒位的區(qū)段不包括著絲粒。 (2) 臂間倒位：顛倒的片段包括著絲粒在內(nèi)。,2 倒位的遺傳學(xué)效應(yīng)： (1) 位置效應(yīng): 基因在染色體上的位置變異，造成在表型上產(chǎn)生變異。,倒位純合體的減數(shù)分裂完全正常。而倒位雜合體在減數(shù)分裂聯(lián)會時，因倒位區(qū)段的大小不同而形成不同的配對圖象。,倒位片段小，倒位部分不配對，其余配對;倒位片段大，倒位部分反向與正常配對，其余不配對;倒位片段適中,配對形成倒位環(huán) 。,

7、(2)交換抑制,a 無論是臂內(nèi)還是臂間倒位雜合體，倒位圈內(nèi)發(fā)生單交換，形成的配子中，一個含正常的染色體，一個含倒位染色體，二個含有重復(fù)缺失的染色體（不育）,好象沒有發(fā)生交換一樣，這種現(xiàn)象即交換抑制(crossover repressor)。 b 降低倒位圈附近一些正常順序基因之間的重組率。 c 倒位環(huán)內(nèi)若發(fā)生雙交換，可產(chǎn)生正常配子 (可育) 。,d 交換抑制效應(yīng)的應(yīng)用,隱性基因以純合狀態(tài)保存，但隱性致死基因不能以純合體保存。,解決辦法：利用另一個致死基因（兩基因距離很近，或染色體的倒位）在雜合狀態(tài)下來保存。,eg.果蠅第染色體分別具有兩個致死基因:一條： 有顯性翹翅基因Cy，純合致死，左右臂L

8、、R上都有兩個大的倒位。另一條： 有星狀眼基因S（star），純合致死 。,平衡致死系統(tǒng)，必須滿足的條件： 一對同源染色體的兩個成員各帶有一個座位不同的隱性致死基因。,平衡致死品系（balanced lethal system）:永遠以雜合狀態(tài)保存不發(fā)生分離的品系。,12.1.6 易位,1. 易位的類型 相互易位 單向易位(轉(zhuǎn)座) 同一染色體內(nèi)易位(轉(zhuǎn)座) 整臂易位：非同源染色體之間整個臂的轉(zhuǎn)移或交換。 Robertson式易位；近端部著絲點染色體在著絲粒處斷裂的整臂易位。,2 易位的遺傳學(xué)效應(yīng)：,(1)易位純合體沒有什么特殊表現(xiàn)。 正常聯(lián)會 表現(xiàn)正常。(2)單向易位雜合體： 聯(lián)會成“T”形。

9、 (3)相互易位雜合體：粗線期兩對非同源染色體同源區(qū)段聯(lián)會成“+”字形,后期分離。 相鄰分離：“0”型結(jié)構(gòu)，配子全部致死； 相間分離：“8”型結(jié)構(gòu)，配子全部可育。,1）相互易位導(dǎo)致半不孕性,半不孕性,全部致死,可育,2）假連鎖(Pseudolinkage)：易位使非同源染色體上的基因間的自由組合受到嚴重限制 ，表現(xiàn)出類似于基因之間連鎖的表型效應(yīng)。實質(zhì)為易位后形成的不平衡配子致死造成的。,3) 花斑位置效應(yīng) eg:果蠅班駁色眼的位置效應(yīng)。W-w位于X-chr上，XW與4-chr。,X-chr,4-chr,相互易位,12.2 染色體數(shù)目變異,12.2.1 染色體倍性,1 染色體組（genome）：

10、二倍體生物中一個正常配子中所包含的全部染色體。 2 染色體基數(shù)（X）： 一個染色體組中所包含的染色體數(shù)目。 3 染色體倍性（Ploidy）:細胞中染色體組的數(shù)目。 一般，配子中的染色體數(shù)目用n表示，體細胞中染色體數(shù)目用2n表示。,4 一倍體（monoplood）： 只含有一個染色體組的個體或細胞。如蜜蜂的雄蜂 x = 16。5 二倍體（diploid）： 含有二個染色體組的個體或細胞。2n=2X 6 多倍體（polyploid）：細胞或個體中的染色體組數(shù)多于二個。 eg,三倍體（ triploid）:2n=3X,四倍體（ tetraploid）:2n=4X。 7 單倍體：含有配子染色體數(shù)目的細

11、胞或個體。對diploid：n=X， tetraploid：n=2x.,8 整倍性（Euploidy）：染色體的變化以染色體組為單位的增減，稱為整倍性變化。因此，整倍體，如一倍體、二倍體、多倍體。 9 非整倍性 （Uneuploidy）：在二倍體的基礎(chǔ)上，增加或減少個別染色體，為非整倍性變異。因此，非整倍體（uneuploid） 如：2n-1, 2n-2, 2n+1, 2n+2, 2n+1+1 。,12.2.2 整倍體及其遺傳特征,1)單倍體的產(chǎn)生 無融合生殖； 花粉培養(yǎng)、子房培養(yǎng)等。,2）單倍體的遺傳表現(xiàn) 一般不能正常發(fā)育：體型小、生活力弱。 高度不育：沒有聯(lián)會，無規(guī)律分離。 3）單倍體的應(yīng)

12、用 獲得純合二倍體(雙單倍體，amphihaploid)。 研究基因突變。,2）多倍體, 同源多倍體 概念：具有3個以上相同染色體組的細胞或個體。如曼陀羅4x=48 香焦3x=33 黃花菜3x=33 。 產(chǎn)生： a 體細胞有絲分裂：染色體復(fù)制而細胞不分裂。 b 異常減數(shù)分裂：2n+2n4n,2n+n3n等。 c 機械損傷：如摘心、反復(fù)斷頂?shù)取?d 人工誘導(dǎo)：秋水仙素處理種子或幼苗等。,遺傳表現(xiàn)： 表型特征 巨大性（細胞核、莖、葉、花、種子等）。 b. 代謝活性增強（大麥蛋白質(zhì)1012%，玉米的類胡蘿卜素40%，番茄Vc倍）劑量效應(yīng)。 c.三倍體植物具有很強的生活力，但發(fā)育延遲，結(jié)實率低，如香蕉

13、、無籽西瓜等。 減數(shù)分裂 任何區(qū)段內(nèi)只有兩條之間配對。,a同染四倍體聯(lián)會和分離： . 一個四價體（）：2/2（可育，如曼陀羅4x=48）或3/1。 . 兩個二價體（+）：2/2（可育）。 . 三價體加一（+）：2/2（可育），3/1。 b 同源三倍體的聯(lián)會與分離： .三價體，2/1; .二價加一，2/1，1/1。 同源多倍體（特別是三倍體）高度不育的原因：三價體和單價體的頻率較高，產(chǎn)生n，2n配子的機會很?。?/2）n，交配更難。,同源四倍體的聯(lián)會,三倍體結(jié)實率低的原因,異源多倍體(allopolyploid) 概念：加倍的染色體來源于不同的物種 。 產(chǎn)生：先雜交再加倍。 eg：普通小麥2n=

14、6X=42。AABBDD eg：蘿卜甘藍2n= 4X =36（異源四倍體（雙二倍體） 部分異源多倍體：不同染色體組間存在部分同源，發(fā)生異源聯(lián)會(allosydesis) 。,hexaploid wheat 2n=6X = 42,異源六倍體小麥的可能起源途徑,蘿卜甘藍（Raphanobrassica）：其中蘿卜和甘藍的染色體各有兩套，2n=36，染色體能正常配對，因而是可育的。,12.2.3 非整倍體 產(chǎn)生：減數(shù)分裂時某一對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) ：正常的2n個體 單體(monosomy )：2n-1 缺體(nullisomy)： 2n-2 雙

15、單體(dimonosomy)：2n-1-1 三體(trisomy)： 2n+1 雙三體(ditrisomy)：(2n+1+1) 四體(tetrasomy)： 2n+2,12.3 染色體畸變在基因定位中的應(yīng)用,12.3.1 利用假顯性原理進行基因定位,eg. 黑腹果蠅X染色體上fa基因(小眼不齊)定位在3C7位置 待測定的X染色體某隱性基因的突變體與已知的缺失類型雜交, 在后代雌蠅雜合體中,觀察是否出現(xiàn)假顯性現(xiàn)象。,12.3.2 利用單體進行基因定位,ey/ey + 無眼 正常 +/ey ey 正常 無眼 1 : 1,第四染色 體單體,12.3.3 利用缺體進行基因定位,將小麥的某一隱性突變體與21種缺體品系分別雜交,F1雜種中,突變性狀以單體形式出現(xiàn),則該隱性突變基因在缺體中缺少的那條染色體上。,12.4 染色體畸變與人類疾病,12.4.1 染色體結(jié)構(gòu)改變與人類疾病,eg:5p-造成貓叫綜合癥; t(9,22)(q34;q11)，導(dǎo)致9q34上的基因BCR與22q11上的基因ABL融合，形成BCR-ABL融合基因，造成慢性骨髓性白血病(CML)； t(8;14)(q24;q32),導(dǎo)致8q24上的癌基因 c-m