1、第九章 遺傳物質(zhì)的改變 染色體畸變,遺傳物質(zhì)的改變突變（mutation） 突變包括 染色體畸變 基因突變 染色體畸變（chromosomal aberrations） 包括（1）染色體數(shù)目改變 （2）染色體結(jié)構(gòu)改變,結(jié)構(gòu)變異的形成：斷裂重接,使染色體產(chǎn)生折斷的因素：自然：人為等。 染色體折斷的結(jié)果： 正確重接：重新愈合，恢復原狀； 錯誤重接：產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變異； 保持斷頭：產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變異。 結(jié)構(gòu)變異的基本類型：缺失、重復、倒位、易位。,第一節(jié) 染色體結(jié)構(gòu)的改變,一、缺失(deficiency),1、缺失的類型 末端缺失： 中間缺失： 2、缺失產(chǎn)生的原因 染色體損傷后產(chǎn)生斷裂或非重建性愈合會缺失，或形

2、成環(huán)狀染色體，經(jīng)“斷裂-融合-橋”產(chǎn)生缺失。 染色體扭結(jié) 不等交換,A B C D E,染色體的某一區(qū)段丟失。,缺失的形成：,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,3、缺失的細胞學鑒定,無著絲粒斷片； 最初發(fā)生缺失的細胞在分裂時可見無著絲粒斷片。 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)； 二價體末端突出； 頂端缺失雜合體粗線期、雙線期，交叉未完全端化的二價體末端不等長。 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)分裂過程也不表現(xiàn)明顯的細胞學特征。,玉米缺失雜合體粗線期缺失環(huán),果蠅

3、唾腺染色體的缺失圈果蠅第二染色體右臂44F45D區(qū)間的缺失,4、缺失的遺傳效應(yīng),缺失區(qū)段上基因丟失導致： 基因所決定、控制的生物功能喪失或異常； 基因間相互作用關(guān)系破壞； 基因排列位置關(guān)系改變。 影響缺失對生物個體危害程度的因素： 缺失區(qū)段的大?。?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)敗育或競爭不過正常配子； 缺失區(qū)段較小時，可能會造成假顯性現(xiàn)象或其它異?，F(xiàn)象。,（1）致死或出現(xiàn)異常 缺失部分太大 兩條同源染色體都缺失了 攜帶基因的重要性 例如：人類的貓叫綜合征是Lejeune

4、等在1963年首先報導了三例，患兒的哭聲似貓叫，故得名。它是由于5號染色體短臂缺失（5P-）所致,因而又稱5P- 綜合征，發(fā)病率約為1/5萬，女性多于男性，并有生長和智能發(fā)育不全。,（2）擬顯性現(xiàn)象（pseudo-dominant） 顯性基因的缺失使同源染色體上隱性非致死等 位基因的效應(yīng)得以顯現(xiàn)，此現(xiàn)象叫。例如：玉米花斑糊粉層、果蠅的缺刻翅。,*缺失雜合體的假顯性現(xiàn)象:McClintock（1931 ），進行玉米X射線輻射試驗。,二、重復（duplication） 在正常的染色體組外，染色體增加了片段,1、重復的類型 順接重復 反接重復 同臂重復 異臂重復,2、重復產(chǎn)生的原因,斷裂-融合-橋的

5、形成 染色體扭結(jié) 不等交換 非同源性重組,3、重復的細胞學鑒定,重復圈(環(huán)), 重復區(qū)段較長時：在雜合體中，重復區(qū)段的二價體會突出環(huán)或瘤；不能同缺失雜合體的環(huán)或瘤相混淆(染色體長度不同)。 重復區(qū)段很短時：可能不會有環(huán)或瘤出現(xiàn)。,直接檢查缺失和重復的最好材料： 果蠅的唾液腺染色體：特大、且是體細胞聯(lián)會，染色體數(shù)少，只有4對，4對染色體的聯(lián)會的4個二價體的總長達1000微米，肉眼可見。其上的許多寬窄不等和染色深淺不同的橫紋帶，可以做為鑒別缺失和重復的標志。,4、重復的遺傳效應(yīng),（1）擾亂基因的固有平衡體系：影響比缺失輕，主要是改變原有的進化適應(yīng)關(guān)系 例如：果蠅的眼色遺傳：紅色(V+)對朱紅(V)

6、為顯性； 雜合體(V+V)表現(xiàn)為紅色； (V+VV)的表現(xiàn)型卻為朱紅色（重復隱性基因的作用超過與之相對應(yīng)的顯性基因的作用）。,位置效應(yīng)(position effect)： 一個基因隨著染色體畸變而改變它和鄰近基因的位置關(guān)系，從而改變了表型效應(yīng)的現(xiàn)象。 如果蠅棒眼（Bar）效應(yīng)： Bar在X染色體上16區(qū)A段,（2）重復引起基因的位置效應(yīng)： 基因的表現(xiàn)型效應(yīng)因其所在的染色體不同位置而有一定程度的改變。,果蠅的棒眼遺傳是重復造成表現(xiàn)型變異的最早和最突出的例子。棒眼表現(xiàn)型的果蠅只有很少的小眼數(shù)，其眼睛縮成狹條。,果蠅X染色體上16A區(qū)段重復的形成,“b”代表一個16區(qū)A段 “B”代表兩個16區(qū)A段

7、則“Bb”是三個16區(qū)A段 B/B雌蠅=Bb/b蠅的16區(qū)A段有4個重復，然而，B/B為小眼數(shù)為68個左右，Bb/b卻只有45個。 說明有位置效應(yīng)。,野生型果蠅：每個復眼由780個左右紅色小眼組成。 變異型之一（重復雜合體） ：X染色體16區(qū)A段因不等交換而重復了。每個復眼的平均小眼數(shù)358 變異型之二（重復純合體）：每個復眼的平均小眼數(shù)69,果蠅眼面大小遺傳的位置效應(yīng),正常眼,棒眼,純合棒眼,純合重棒眼,重棒眼,780,358,69,45,25,果蠅眼色的花斑效應(yīng),一條染色體的一段連接到另一條非同源染色體上去。,1、易位的類型 相互易位（reciprocal T） 兩個非同源染色體都折斷了，

8、而且這兩個折斷了的染色體及其斷片隨后又交換地重新接合超來，稱之相互易位。 單向易位（simple T） 某染色體的一個臂內(nèi)區(qū)段，嵌入非同源染色體的一個臂內(nèi)的現(xiàn)象，,三、易位（translocation）,整臂易位兩條非同源染色體之間整個(或幾乎整個)臂的轉(zhuǎn)移或交換，稱為整臂易位。它包括：非近端著絲粒的染色體都在著絲粒區(qū)發(fā)生斷裂，接著整臂易位，形成兩條近端著絲粒染色體；近端著絲粒染色體和非近端著絲粒染色體之間的整臂易位。 羅伯遜易位（Robersonian T）又稱著絲粒融合，是整臂易位的一種特殊方式。只發(fā)生在兩條近端著絲粒的非同源染色體之間，各自其著絲粒區(qū)發(fā)生斷裂，兩者的長臂進行著絲粒融合形成

9、一條大的亞中著絲粒的新的染色體，兩者的短臂也可能彼此連接成一條小的染色體，含很少的基因，一般在細胞分裂的過程中消失，導致染色體數(shù)目減少，但染色體臂數(shù)不變。,羅伯遜易位,2、易位的產(chǎn)生,1. 斷裂非重建性愈合 2. 轉(zhuǎn)座因子的作用,3、易位的細胞學鑒定,（2）相互易位雜合體： 在減數(shù)分裂的粗線期進行十字形配對：,（1）易位純合體沒有明顯的細胞學特征。,中期I的8字形或圓形 十字形配對結(jié)構(gòu)的交替式和相鄰式分離,易位雜合體的聯(lián)會和分離,玉米（2n=20）終變期染色體,4、易位的遺傳效應(yīng),（1） 半不育現(xiàn)象（semisterility）易位雜合體最突出的特點 相鄰式分離：產(chǎn)生重復、缺失染色體，配子不育

10、； 交替式分離：染色體具有全部基因，配子可育。2種分離的機會大致相等，即花粉和胚囊均有50%是敗育的，結(jié)實率50%。易位雜合體自交后代的表現(xiàn)：交替式分離產(chǎn)生可育配子：含兩個正常染色體(1和2)，或含兩個易位染色體(12和21)。自交后代中：1/4：完全可育的正常個體(1，1和2，2)；2/4：半不育易位雜合體(1，12，2，21)；1/4：完全可育的易位純合體(12，12，21，21)。,（2）易位雜合體鄰近易位接合點的一些基因之間重組率有所下降。 舉例：如玉米：T5-9a是第5染色體長臂的外側(cè)一小段染色體和第9色體短臂包括Wx在內(nèi)的一大段染色體的易位。在第9染色體中：,連鎖基因正常重組率(%

11、)易位雜合體重組率(%)yg2-sh2311sh-wx 20 5,（3）易位可使兩個正常的連鎖群改組為兩個新的連鎖群： 假連鎖現(xiàn)象（pseudo-linkage） 由于相互易位，原本不連鎖的基因總是同時出現(xiàn)在一個配子中，似乎是連鎖的，此現(xiàn)象叫。 舉例：原來屬于1連鎖群（染色體）的一部分基因，改為同2連鎖群（2染色體）的一些基因連鎖（21染色體）了，與仍然留在1連鎖群的那些基因反而成為獨立的遺傳關(guān)系。同理，原來屬于2連鎖群（2染色體）的一部分基因改為同一連鎖群（11染色體）的一些基因連鎖（12染色體）了，與仍然留在2連鎖群的那些基因反而成為獨立的關(guān)系。,月見草（2n=14），Renner復合體：

12、XII價體。,（4）易位會造成染色體“融合”而導致染色體數(shù)的變異。 這種遺傳效應(yīng)只可能發(fā)生在具有二對近端著絲點染色體的相互易位情形中。 例如：植物的還陽參屬通過上述的途徑，出現(xiàn)n=3，4，5，6，7，8等染色體數(shù)不同的種。 人類中稱羅迫遜易位，BrownC.(1966)，研究過1870例個體，該易位頻率為0.43%,而其它相互易位頻率為0.16%?？蛇M行核型分析。,易位融合造成染色體數(shù)目減少（女46 45）,四、倒位（inversion） 一條染色體片段斷裂后倒轉(zhuǎn)180度，又重新連接上。,1、倒位的類型 臂內(nèi)倒位(paracentric inversion) ：倒位區(qū)段在染色體的某個臂的范圍內(nèi)

13、。 臂間倒位(pericentic inversion):倒位區(qū)段內(nèi)有著絲點，即倒位區(qū)段涉及染色體的兩個臂。,2、倒位產(chǎn)生的原因（1）染色體扭結(jié)、斷裂和重接（2）轉(zhuǎn)座因子的作用。,3、倒位的細胞學鑒定,(1)倒位雜合體減數(shù)分裂前期 倒位區(qū)段過長：如果倒位片段很長,則倒位染色體就可能反轉(zhuǎn)過來，使其倒位區(qū)段與正常的同源區(qū)段配對，而倒位的外區(qū)段則保持分離。 倒位區(qū)段較短時倒位圈：如果倒位片段不長，則倒位染色體與正常的染色體所聯(lián)會的二價體就會在倒位區(qū)段內(nèi)形成“倒位圈”。,倒位雜合體的“倒位圈”,(2）臂內(nèi)倒位形成的“后期 I 橋”和染色體斷片,臂內(nèi)倒位雜合體的交換,（3）臂間倒位雜合體的交換,4、倒位

14、的遺傳效應(yīng),（1)倒位雜合體的部分不育現(xiàn)象： 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，這類配子是不育的; 只有部分孢母細胞在減數(shù)分裂時倒位圈內(nèi)會發(fā)生非姊妹染色單體間的交換； 倒位點可以當作一個顯性基因位點看待，其性狀表現(xiàn)就是倒位雜合體部分不育。,(2)倒位改變了基因在染色體上的排列： 基因間距離關(guān)系發(fā)生改變； 可能引起倒位區(qū)段基因的位置效應(yīng)； 倒位雜合體的基因間交換值降低： 倒位圈的結(jié)構(gòu)影響聯(lián)會復合體的正常形成； 倒位圈內(nèi)發(fā)生交換后產(chǎn)生的交換型配子是不育的。 (3)是物種進化的重要因素之一。 倒位可能導致新物種的產(chǎn)生。,5、倒位的應(yīng)用A：CLB技術(shù)（C：crossov

15、er，L：lethal，B：bar） 利用果蠅建立的一系列檢測基因隱性突變和 致死突變的技術(shù)。,X射線 果蠅 倒位雜合體的雌蠅（XClB X+）ClB(Crossover suppressor-lethal-Bar technique)： C 代表抑制交換的倒位區(qū)段； l 代表倒位區(qū)段內(nèi)的一個隱性致死基因，可使胚胎在最初發(fā)育階段死亡； B 代表該倒位區(qū)段范圍之外有一個16區(qū)A段的重復區(qū)段，其表現(xiàn)型為顯性棒眼性狀，故能為倒位的X染色體在某個體內(nèi)的存在提供可識別的表現(xiàn)型依據(jù)。,CLB測定法的原理：倒位雜合體的重組率很低，把倒位區(qū)段作為抑制交換的顯性基因或標志，而把正常染色體區(qū)段 作為不能抑制交換的

16、隱性標志。,B：抑制基因重組,C：保存帶有致死基因的品系平衡致死品系（balanced lethal system）。 致死基因是純合致死的， 只能以雜合體形式保存。 D/+ D/+ D/D， +/+， D/+ 1918，Muller建立了第一個平衡致死系：采用另一個致死基因來平衡，但要求這一致死基因與所要保存的致死基因不發(fā)生重組交換。果蠅：No 3染色體上有Gl（粘膠眼）基因 D （展翅）基因,Experiment： P： D + / + + Gl + / + + F1： + + / + +， D + / Gl + ，D + / + + ， + + / Gl + ， F2： D + / D

17、+ ， D + / Gl +， Gl + / Gl + 永久雜種（permanent hybrid） 永遠以雜合狀態(tài)保存下 來，不發(fā)生分離的品系 。也叫平衡 致死系。,平衡致死系的條件： 一對同源染色體上各有一座位不同的隱性致死基因 兩個致死基因間沒有交換發(fā)生（距離足夠近或有倒位存在）,五、平衡致死系,六、染色體結(jié)構(gòu)變異的發(fā)生機理,1.染色體斷裂愈合學說 （breakage-reunion hypothesis） 1931-1962由Stadler、Muller等科學家建立： 染色體斷裂是自發(fā)產(chǎn)生或由誘變劑誘發(fā)，一般在原來的位置按原來的方向通過修復而重聚，即重建；若經(jīng)重建改變原來的結(jié)構(gòu)則稱為非重建性愈合；若染色體片段斷裂后丟失，則稱為不愈合。,2.互換假說 由S.H.雷維爾于1959年提出： 互換假說認為導致染色體結(jié)構(gòu)畸變的根本原因是染色體上具有不穩(wěn)定部位，