细胞遗传学cell genetics(打印版).doc

细胞遗传学期末复习第二章 染色体的形态结构染色质（Chromatin）：在尚未分裂的细胞核中，显微镜下可见的可被碱性染料染色较深的、纤细的网状物。染色体（Chromosome）:染色体是遗传物质(DNA)与蛋白质按一定方式结合成核小体，由核小体相连成丝状染色质(Chromatin)再经多重螺旋化形成的具有特定形态结构的一种细胞器。 染色体是核中重要和稳定的成分，具有特定形态结构，具有自我复制能力，积极参与代谢活动，出现连续而有规律性的变化。 染色体控制生物的遗传性状，它在形态、数目、结构上的变化，也会导致遗传性状的相应变化。研究染色体形态最适合的时期：有丝分裂中期 (metaphase)，减数分裂第一次分裂前期的粗线期(polytene)有丝分裂中期形态特征：长度、数目、着丝粒、臂比、次缢痕、随体。 染色体长度差别悬殊。0.5m-30m，小麦：染色体平均长度11.2 m, 总长235.4m。绝对长度：显微镜下染色体直接测量的长度。一般为125m。最短的长度为0.25m，最长的长度是30m。 相对长度：某一染色体绝对长度占该染色体组绝对长度的百分数。 在细胞周期中，染色体处于动态的收缩过程中。 染色体数目：正常情况每种生物不同时期的染色体数目是恒定的。不同物种间染色体数目差异很大。染色体大、数目少的物种是经典细胞遗传学研究的优良实验材料。如果蝇、玉米、蚕豆、洋葱、麦类。着丝粒(Centromere)：是真核生物细胞在进行有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)时，染色体分离的一种“装置”。也是姐妹染色单体在分开前相互联结的位置，在染色体的形态上表现为一个缢痕(constriction)。 在缢痕区内有一个直径或长度为400 nm左右的很致密的颗粒状结构，这称为动粒(kinetochore)的结构直接与牵动染色体向两极移动的纤丝蛋白相连结。按着丝粒位置将染色体分为几种类型：中着丝粒染色体M，近中着丝粒染色体m，亚中着丝粒染色体Sm，亚端着丝粒染色体St，近端着丝粒染色体t，端着丝粒染色体T。臂比(arm ratio,A)=长臂/短臂（q/p或L/S）核仁组织区(Nucleolus Organizer Region, NOR)：次级缢痕（副缢痕；核仁形成区） （secondary constriction):主缢痕外着色较浅的染色体缢缩区，不能弯曲，与核仁形成有关。常在短臂出现。位置相对稳定。 NOR是核糖体RNA合成的场所，植物中18S-5.8S-28SRNA 在该区域转录，5SrRNA在染色体组其他区域转录。随体 (Satellite, SAT)：从次缢痕到臂末端有一种圆形或略呈长形的染色体节段。随体一般由异染色质组成，常常位于具NOR的染色体短臂上，由一纤细的染色质丝连接于染色体臂上。随体有大有小随体被认为是由异染色质组成，因此随体上很少有基因。各物种随体的数目和位置一般是确定的，因此可作为物种染色体形态的重要特征。 L：长臂 S: 短臂 C: 着丝粒 SAT: 随体 SC: 次级缢痕减数分裂前期I粗线期形态特征：长度、数目、着丝粒、臂比、次缢痕、常染色质和异染色质、染色粒、端粒、疖。常染色质（Euchromatin）和异染色质(Heterochromatin)异固缩：在细胞周期中，某些染色体的某些部分在固缩程度和染色性质上与其他染色体或染色体其他部分不同步的现象。显微镜下观察染色质着色不均匀、深浅不同. 正异固缩在间期、前期固缩化过程较其它染色质早、染色深；负异固缩在中期、后期固缩化过程较其它染色质迟、染色浅。常染色质（euchromatin):固缩化过程与细胞周期一致。用碱性染料染色较异染色质区染色浅，一般由单拷贝或寡拷贝DNA组成，具有转录活性；在分裂间期，呈高度分散状态，DNA合成在S期的早、中期。异染色质（heterochromatin): 具有异固缩特性的染色质。 组成型或结构型异染色质(constitutive heterochromatin)：在任何情况下均表现异固缩特征。一般位于着丝粒、核仁组织形成区和端粒附近。也可出现在其它区域。 兼性或功能型异染色质（facultative heterochromatin)：具有常染色质的组成，在特定组织或特定时期表现异染色质特性。即异染色质化的常染色质，很可能与基因表达、调控有关。染色粒(Chromomere)、端粒(Telomere)、疖(Knob)染色粒（chromomere)：部分染色质在细胞分裂前期，尤其是粗线期聚集而成的呈念珠状颗粒，直线排列于染色体上，是DNA与蛋白质结合，在核小体组装染色体过程中形成的一种局部螺旋化结构。这种组装不是随机的，它随物种、细胞类型、细胞分裂阶段不同而异。因此可作为一种形态标记来识别特定物种的特定染色体。异染色质的染色粒一般比常染色质的染色粒大，且染色深。疖（Knob)：特别大染色特别深的染色粒称“疖”。它可作为某些物种特定染色体的识别标志。例如玉米第9、第10染色体。端粒（Telomeres）：末端特化的着色较深部位。由端粒DNA和端粒蛋白组成。端粒是染色体的天然末端，对染色体的稳定起十分重要的作用。端粒的存在使染色体末端形成一种封口，从而不与其它染色体的末端发生融合，当染色体发生断裂时，其断端不同于天然末端，具有粘性，能在断端处发生融合，形成倒位、易位等染色体结构变异，这表明端粒可能有其特殊的结构。端粒位于染色体末端，对染色体稳定起重要作用，起“封口”作用。主要由高度重复序列组成。端粒由不规则折叠的染色质纤丝组成，这些染色丝并不终止于染色体末端，而是折回到染色体中去。作用：防止染色体降解、连粘，抑制细胞凋亡，与寿命长短有关。染色体核型和核型分析1. 核型（Karyotype）：指染色体组在有丝分裂中期的表型, 是染色体数目、大小、形态特征的总和。2. 核型分析：在对染色体进行测量计算的基础上, 进行分组、排队、配对, 并进行形态分析的过程。真核生物的某一个体或某一分类群（亚种、种、属等）的细胞内具有的相对恒定特性的单倍或双倍染色体组的表型。染色体的特征以有丝分裂中期最为显著，主要包括染色体的数目、长度、着丝粒的位置、随体（指某些染色体末端的球形小体，由着色浅而狭细的次缢痕与染色体臂相连）与副缢痕的数目、大小、位置，以及异染色质和常染色质在染色体上的分布、染色体分带类型、同位素渗入等。也称“染色体组型”。3. 核型模式图（Idiogram）：将一个染色体组的全部染色体逐条按其特征画下来，再按长短、形态等特征排列起来的图称为核型模式图，它代表一个物种的核型模式。4.有丝分裂染色体核型分析所依靠的形态指标：染色体长度、着丝粒位置、次级缢痕的有无和位置、随体的有无、形状和大小、用低温处理加Feulgen反应染色显现的异染色质区的分布（数量、位置和大小），特别是用Giemsa法染色或荧光染色显现的带型。、5. 核型分析图版制作：一般按染色体长度从长到小依次排列，随体染色体排在最前或最后（也有的仍按该染色体长度排在相应位置）。着丝粒排在同一水平线上，短臂朝上，长臂朝下。在已知染色体组和部分同源归属的多倍体物种中，也可按染色体组和部分同源群次序排列。6. 粗线期染色体核型分析所依靠的形态指标：染色体长度，常、异染色质，染色粒数目和分布，端粒，核仁组织区的有无和位置，着丝粒位置。、7. 粗线期染色体核型分析所依靠的形态指标：染色体长度；常、异染色质；染色粒数目和分布；端粒核仁组织区的有无和位置；着丝粒位置。染色体分带和带型分析指借助于某些物理、化学处理，使中期染色体显现出深浅、大小、位置不同的带纹，特定的染色体其带纹数目、位置、宽度及深浅程度都有相对的恒定性，可以作为识别特定染色体的重要依据。Q带: 1968，Carspersson, Quinacrine （A=T rich region）；G带: Giemsa 带；C带: 1970, Pardue, Centromere Heterochromatin带；R带: Reverse带, G带的反带；T带：Telomere带；N带: 1973, Matsui, 显示NOR。G带（Giemsa bands）：用碱盐溶液或胰蛋白酶、或尿素、或链霉蛋白酶对染色体制片进行预处理，再用Giemsa染料染色。 G带显示的带纹多而细、分布在整个染色体上。 人类染色体（有丝分裂中期）可多达80条主带和数百条次带，已用于染色体识别，基因染色体物理定位，染色体结构变异分析，并已用于人类遗传疾病诊断。G-带显示的实际上是染色粒（常染色质）。C带：用酸、碱对染色体标本进行变性处理，然后用2SSC复性处理，再在Giemsa中染色，显示出的带叫C带。Centromere bands 着丝粒带 Constitutive hederochromation bands组成型异染色质带。C带主要分布在着丝粒及其附近区域，端粒区、NOR区及富Constitutive heterochromatin区域。植物染色体C-带主要包括以下四种带：着丝粒带（Centromeric Band):指着丝粒及其附近的带；中间带（Intercalary Band)：分布在着丝粒至末端之间的带；末端带（Telomere Band):位于染色体两臂末端的带；核仁组织区带（NOR band):位于NOR区的核仁染色体专一带。染色体核型分析和带型分析的应用：1. 物种起源与进化2. 染色体结构和数目变异3. 染色体与遗传的关系4. 染色体标图5. 染色体工程育种。Centromere，Chromomere，Telomere，NOR，Satellite，Euchromatin，Heterochromatin，Constitutive heterochromatin，Facultative heterochromatin，Karyotype，Idiogram第三章 染色体的物质组成及组装原核生物(Prokaryotic)：病毒、噬菌体、细菌无细胞核(只有一个类核体)只有一环状染色体(基因带)，小，在电境下才能看到。真核生物(Eukaryotic)：真菌、藻类、高等动、植物、人类有细胞核，染色体在核内具有2条以上线状染色体（也可能有环状的），大，可在光学显微镜下观察。原核生物染色体组成：1.DNA 除一些病毒外，原核生物（包括叶绿体、线粒体）染色体均含DNA，分子量大小因物种不同而异。2. RNA 除一些RNA病毒以RNA作为遗传物质外，在原核生物染色体中也分离到RNA，但对RNA是否是染色体结构组成部分尚有争论，可能相当一部分为初生转录体。3.蛋白质 在很少一段时间里普遍认为细菌染色体不含碱性蛋白，并作为原核染色体不同于真核染色体的特征之一。但最新研究Rouviere Yaniv Gros(1975)发现大肠杆菌染色体中的Hu蛋白(分子量8000-10000 Daltan),以后又从细菌染色体中分离出另一些碱性蛋白及中性蛋白如Hu, H-NS, H, HLP-1。结构：类核体，环状染色体：电子显微镜观察RNA核心模型：原核生物的染色体分成许多区段，每个区段的两端连接在一个RNA核心上形成超螺旋的侧环；即使在一个侧环上造成一个单链缺口，侧环松驰，也不影响到其余侧环结构。但是这种假设提出一些质疑：如RNA核心没有得到电镜化学证实；至今也没有分离到构成这种RNA核心结构的RNA。类核小体模型:4个蛋白分子，40bpDNA，如果去蛋白，所有DNA被降解，说明40bp片段受蛋白质保护。真核染色质染色质(Chromatin)具有压缩结构，其中的大部分DNA 序列结构上难以接近且无功能活性，仅少数是活性序列。组成成分：由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成，比例为1：1：（1-1.5）：0.05。DNA与组蛋白的含量比较恒定，非组蛋白的含量变化较大，RNA含量最少。 1.DNA: 双链DNA, 双螺旋结构;2. RNA 大量非染色体RNA附着于染色体表面，主要是核糖体RNA（rRNA)，随着染色体分离以均衡分配到子细胞中。3.蛋白质:根据氨基酸组成、等电点将其分类两类：组蛋白、非组蛋白.（1）组蛋白（histone)：是一类小分子量的碱性蛋白，在进化上高度保守，在细胞中只局限于细胞核中的染色体上。在细胞周期含量稳定，真核生物组蛋白有5种：H1，H2a，H2b，H3，H4。所有组蛋白都不同程度地受到甲基化、乙酰化、磷酸化或ADP核苷化修饰，这些修饰可能与转录或染色体凝集等功能有关。（2）非组蛋白（Non-histone chromosome proteins)：指组蛋白以外的染色体蛋白，多达几百种，迄今分离到的有结构蛋白、酶蛋白、DNA结合蛋白、调控蛋白、激素受体和高迁移旋蛋白等。非常多样，是维持生命活动所需的一些蛋白质。4. 无机离子 K+，Cl-，Mg+2，Ca+2二价离子对染色体状态有影响，失去二价离子，染色体会膨胀，因此无机离子可以维持染色体的结构。染色体的组装一级结构 双链DNA, 双螺旋结构二级结构 核小体 间期细胞核中，直径11nm的颗粒与直径1.5-2nm的纤维相连接形成串珠结构，它们称这些颗粒为核小体。相邻核小体间的DNA连线一般长约50-60bp。也存在长达数百bp的无核小体DNA片段。这些不含核小体的染色质位点极易受到DNA酶I的攻击，称为核酸酶超敏感位点。在染色质中这样的位点约几千个bp才出现一个。以SV40质粒DNA所作的离体试验表明，这些位点多位于DNA复制或合成的起始点，其核小体为DNA特异结构蛋白所置换。串珠结构：颗粒直径：11nm 纤维直径：1.52nm复制中的核小体：在DNA复制时, 每一个核小体暂时分成两半, 允许DNA聚合酶复进行DNA的复制。在电镜下观察正在复制的染色质时, 可以看到复制叉上有一条DNA链没有核小体结构。并进一步证明, 有核小体的是先导链, 无核小体的是滞后链。 转录中的核小体：通过核小体转录的络纱模型(spooling model)。在该模型中，在DNA转录时, 核小体是全保留的, 通过“DNA成环机制”（DNA looping）,使RNA聚合酶通过核小体 通过核小体，DNA长度压缩了7倍，形成直径为11nm的纤维三级结构 螺线管（Solenoids）由核小体组成的直径10nm的纤维螺旋化，每圈6个核小体，形成外径30nm、内径10nm纤维，H1组蛋白位于螺线管的内侧（长度又压缩6倍）。四级结构 侧环（Loop）由螺线管中特定区域与细胞核基质结合后收缩形成。侧环长度约63000bp, 相当于一个复制单位。染色体联会及重组可能发生于该级结构水平上。（50圈/环）五级结构 染色单体纤维（chromatid fiber） 以细胞核基质为支撑基础的侧环结构进一步螺旋化，形成18个侧环组成的圆盘。许多圆盘上下重叠形成粗度约为200-300nm、中空的管状结构，内侧为染色体骨架，称染色单体纤维。5种组蛋白在结构和功能上有什么异同?组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白, 是一类小分子碱性蛋白质, 有五种类型：H1、H2A、H2B、H3、H4（表11-4），它们富含带正电荷的碱性氨基酸, 能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。5种组蛋白在功能上分为两组: 一组是核小体组蛋白(nucleosomal histone), 包括H2A、H2B、H3和H4, 这四种组蛋白相对分子质量较小(102135个氨基酸残基), 它们的作用是将DNA分子盘绕成核小体。它们没有种属及组织特异性, 在进化上十分保守, 特别是H3和H4是所有已知蛋白质中最为保守的。H1属于另一组组蛋白, 它不参加核小体的组建, 在构成核小体时起连接作用, 并赋予染色质以极性。H1有一定的组织和种属特异性。H1的相对分子质量较大, 有215个氨基酸残基, 在进化上也较不保守。DNA包装成核小体大约压缩了7倍, 请说明计算的依据。一个核小体的直经是10nm, 由200个碱基对的DNA组成, 每个碱基对长度为0.34nm, 一个核小体伸展开来的长度是70nm, 因此, DNA包装成核小体, 大约压缩了7倍。第四章染色体的运动细胞周期:指从一次细胞分裂完成到下一次细胞分裂结束所经历的全过程。有丝分裂中的染色体染色体的复制和有丝分裂的准备间期：G1 S G2 DNA复制（核小体复制） DNA转录 蛋白质合成各个主要时期前期：a. 染色质浓缩为染色体b. 核膜解体 c. 核仁消失d. 形成纺锤体在前期，染色体以染色质的形式存在，呈细丝状，经连续的盘旋和折叠而成为染色体。每一前期染色体都由2条遗传组成相同的姊妹染色单体组成，这是S期DNA复制并凝集的结果。前中期：指核膜破坏染色体排列到赤道板上这段时间。染色体赤道板集合、着丝粒定向、染色体分布。秋水仙素、巯基乙醇和低温可以破坏纺锤体形成中期： 染色体高度螺旋化，适于进行细胞学研究染色单体间平行排列，秋水仙素处理，染色体臂分离，着丝粒处相连。后期：后期是染色体活跃、迅速运动的时期，也是有丝分裂最短的时期;染色单体分开移向两极，当子染色体到达两极时后期结束;染色单体分开从着丝粒处开始。移动速度一般在0.2-5m/min.同一细胞内无论染色体大小，以相同速度同步移向两极.末期及细胞质分裂：染色体到达两极，子核形成，产生2个子细胞。动物细胞的胞质分裂是在细胞质的周围边缘有1个由微丝组成的收缩环（contractile ring），它的紧缩使细胞产生缢束，最后在缢束处凹陷使细胞一分为二；植物细胞的胞质分裂是靠细胞板的形成，这个细胞板最终为将1个细胞分割成2个子细胞的细胞壁。减数分裂中的染色体减数分裂：是一种特殊方式的细胞分裂，是在配子形成过程中发生的，包括两次连续的核分裂，但染色体只复制一次，因而在形成的四个子细胞核中，每个核只含有单倍数的染色体，即染色体数减少一半.减数分裂包括两次连续的核分裂：减数分裂I和减数分裂II。染色体只分裂1次。主要事件有：同源染色体联会、配对、重组和染色体数目减半。 1 细线期 2 偶线期 3 粗线期 4 双线期 5 终变期 6 中期I 7 后期I 8 末期I 减数I 9 前期II 10 中期II 11 后期II 12 末期II 减数II减数间期减数分裂前的间期:G1,S:较长，合成总DNA的99.7%. G2:有丝分裂向减数分裂转变，减数分裂组蛋白前期I：同源染色体配对、重组。5个亚期（substages):细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期。细线期(Leptonema) （凝集期；花束期）：细长线状，每条细线含有2个姊妹染色单体，有些生物出现花束期、凝线期，核仁存在。细线期是减数分裂开始的时期，这一时期染色体由减数分裂前间期难识别的染色质状态凝为细长的线状结构，只在局部区段可见染色粒，故称之为细线期（leptonema）。这种细线是经过减数分裂前S期复制的染色体，每条细线都含有2个姊妹染色单体；在一些生物中（如大麦、小麦等）发现由于端粒受到核外微管的单极牵引而集中核膜上，而着丝粒端开放伸出呈花束状，称之为花束期（bouquet stage）；而另一些生物（多为植物）中，许多染色体细线密集成凝线结并偏向核的一侧，但并不与核膜接触，亦称该期为凝线期（synizesis）。偶线期(Zygonema)：（配对期或合线期）同源染色体开始联会（联会复合体），二价体（四分体）。同源染色体：指分别来自父母双亲、形态和遗传内容都十分相似的染色体。同源染色体的对应部位相互开始紧密并列，逐渐沿纵向配对在一起，称为联会(synapsis)。细胞内2n条染色体可配对形成n对染色体。配对的两条同源染色体称为二价体(bivalent)。细胞内二价体(n)的数目就是同源染色体的对数。联会复合体（Synaptonemal Complex, SC）：配对的一对同源染色体沿着染色体长轴之间紧密结合，这种结构称之为联会复合体（synaptonemal complex，SC）。只有在电子显微镜标本中才能分辨出联会复合体。粗线期(Pachynema, thick thread):发生交换，可见二价体。染色体配对完成，同源染色体沿长轴联会，形成二价体，此时着丝粒、染色粒、疖及NOR特征明显。由于配对紧密，表现为只有染色体预期粗度之一半。但实际上它含有2条染色体，每条染色体又含有2个染色单体，即含有4条染色单体，故名曰粗线。双线期（Diplotene): （合成期）：联会消失， 配对松弛，可见交叉结（Chiasma） 。 双线期，在光学显微镜下可以看到联会着的2个染色体都分别由2条染色单体组成，故称之为双线（diplotene，double thread）。联会消失，染色体配对松弛，只有重叠尚未分开。这种“X”形的接触点称为交叉结（chiasma）。终变期(Diakinesis)(浓缩期) 交叉端化。染色体超螺旋化，有相互分开的趋势，纺锤体形成，核膜破裂终变期是前期I的最后一个时期，几乎难以与双线期区分开。染色体超螺旋，每对染色体由1到2个交叉维系着，而具有相互分开的趋势，故而得名终变期（diakinesis）。就在终变期临结束时，纺锤体开始形成，核膜破裂。中期I（Metaphase I, MI）：核膜、核仁消失，染色体成对排列于赤道板上，同源染色体的着丝粒取向两极，纺锤丝附着于着丝点上,着丝粒不分裂。染色体构型(Chromosome configuration)：一对配对的染色体在第一次减数分裂的中期形成的具有一定的形态特征。后期I(Anaphase I, AI)：配对的同源染色体分离，向两极移动，姊妹染色单体不分开。染色体减半.2n-n末期I（Telophase I, TI）：同源染色体分开移动到达两极时，末期I开始。有的物种形成细胞板，形成“二分体”，有的不形成细胞板.核膜、核仁重现。减数分裂II（1） 前期II:每条染色体含2条姊妹染色单体,染色体数是n。（2）中期II:染色体着丝粒排列在赤道板上。（3）后期II:着丝粒纵裂,姊妹染色单体向两极移动。（4）末期II:核膜重新形成。减数分裂的生物学意义何在？减数分裂的生物学意义主要在两个方面：减数分裂保证了有性生殖生物在世代交替中染色体数目的恒定有性生殖是生物在长期进化历程中较无性生殖更为进步的一种繁殖方式。雌雄配子的融合, 把不同遗传背景的父母双方的遗传物质混在一起, 其结果既稳定了遗传,又添加了诸多新的遗传变异, 大大增强生物对千变万化环境的适应能力。然而, 如果没有一种机制使精卵细胞染色体数减少一半, 那么精卵细胞的融合, 将使染色体数倍增下去, 细胞的体积也就不断地膨胀, 细胞将不能适应环境而遭淘汰。减数分裂保证了生殖细胞在细胞周期中染色体的单倍化，然后通过受精作用还原为二倍体。没有减数分裂，有性生殖将是不可能的。减数分裂是遗传重组的原动力，增加了生物多样性 减数分裂也是遗传变异产生的主要原因。在生物进化过程中，如果没有遗传变异的话，生物就不能适应环境的变化，就会失去长期生存的能力。在减数分裂过程中，有两种方式发生遗传重组。一种是通过亲代染色体在单倍体细胞中的自由组合，产生的配子所含的染色体在组成上既有祖父的也有祖母的。第二种方式是同源染色体配对时发生的DNA交换。这种遗传重组过程产生的单个染色体中既有父本的也有母本的基因。减数分裂就是通过这样两种机制产生遗传上独特的四个单倍体细胞，每个细胞都含有新重组的遗传信息。染色体组 genome 指配子中所包含的染色体或基因的总和。HWinkler（1920）最初提出，单倍性的一整套染色体为一个染色体组。这是最先所给与染色体组的基本概念。木原均（1980）又赋与此概念以功能上的含义，即把各种生物为保持其生活机能协调谐和而不可或缺的一组染色体作为一个染色体组。在一个染色体组为A的二倍体生物中，体细胞与生殖细胞的染色体组分别为AA和A。单倍体的产生证明了仅一套染色体组即能维持生物的生存。在二套染色体中如其所包含的所有染色体彼此两两相同时称为同源染色体组，相反，如所有染色体都不相同，则称异源染色体。处于二者之间则为部分同源染色体。基因组（Genome）一般的定义是单倍体细胞中的全套染色体为一个基因组，或是单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。可是基因组测序的结果发现基因编码序列只占整个基因组序列的很小一部分。因此，基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列和非编码序列在内的全部DNA分子。说的更确切些，核基因组是单倍体细胞核内的全部 DNA分子；线粒体基因组则是一个线粒体所包含的全部DNA分子；叶绿体基因组则是一个叶绿体所包含的全部DNA分子。远缘杂种的减数分裂染色体行为及染色体组分析（Genome analysis）染色体配对的基础：同源性识别 联会前联合 形成SC减数分裂中单价体的行为：1）AI分向两极，MII正常分离，2/4孢子中具有该染色体；2）AI正常分离，AII随机分离；3）AI着丝粒错分裂为等臂染色体，AII为端着丝粒染色体；4）MI不与纺锤丝相连，丢失在细胞质中形成微核。染色体组分析- 分析异源多倍体的二倍体供体根据形态学、组织学、解剖学及生理生化方面的资料选择几个二倍体侯选物种作为测验种（Analyser），与待测的多倍体目标物种（Object）杂交，观察杂种F1的染色体配对行为，综合所有杂种的染色体配对资料推导出目标物种的染色体组来源。名词解释：同源染色体；二价体；连续型胞质裂；同质型胞质分裂。简答题：有丝分裂间期的主要特征是什么？有丝分裂前期、中期、后期和末期的主要特征是什么？减数分裂中的染色体主要发生的事件是什么？同源染色体开始配对的时期是什么？分析异源多倍体的二倍体供体种的思路是什么？参考：某多倍体物种染色体组成为XXYYZZ, 将其与A物种杂交（染色体组成为AA），杂种F1减数分裂中期I的配对构型为 x III+ x I , 将其与B物种杂交（染色体组成为BB），杂种F1减数分裂中期I的配对构型为 2x II , 将其与C物种杂交（染色体组成为CC），杂种F1减数分裂中期I的配对构型为 x II+ 2x I , 试分析该多倍体的染色体组组成。（假定这些物种的染色体基数均为x）。连续型胞质分裂(Successive Cytokinesis):一些生物在减数分裂I末期，细胞核之间形成细胞板。同时型胞质分裂(Simultaneous Cytokinesis):另一些生物，第一次分裂后不形成细胞板，胞质分裂被延迟到第二次分裂结束时进行。选择同步法(selection synchrony)用物理方法将处于细胞周期中同一阶段的细胞从非同步的群体中分离出来。 选择同步化可克服同步化过程中对细胞的毒性影响。常用的方法有： 有丝分裂选择法是根据细胞在细胞周期的不同阶段的生理变化设计的一种方法。此法的优点是不受药物的影响, 同步化程度高, 不足之处是分离的细胞少, 手续繁琐。 细胞沉降分离法 此法主要用于悬浮培养的细胞，也可用于贴壁生长的细胞, 但获得的细胞的同步化程度有限, 因同一时相的细胞大小并非都是一致的。有丝分裂选择法和细胞沉降分离法获得同步化细胞方法的原理有何不同？ 条件突变体(conditional mutants)的利用利用条件突变体可研究细胞周期中的重要事件，发现细胞周期基因。例如温度敏感突变使细胞对于某种温度敏感，这样可用正常温度培养细胞而用突变温度来研究突变的事件。利用条件突变，在酵母中鉴定了几十种细胞分裂周期(cell-division cycle,cdc)突变体, 发现了一些重要的细胞周期调控基因。第五章染色体的功能 遗传的染色体学说的直接证明：摩尔根发现伴性遗传，第一次把特定基因（果蝇白眼基因）与特定染色体（X染色体）联系起来，为遗传的染色体学说提供了第一实验证据。 1916年, Bridges 在重复白眼伴性遗传的研究中又发现了例外, 对遗传的染色体学说作出了直接证明。X染色体不分开(nondisjunction)现象：Bridges推测这些例外是由于X染色体不分开造成的，即两条染色体在减数分裂中没有分开，一起进入同一极，产生的卵子是XX或者O。同时，用显微镜观察例外果蝇的染色体，证实了自己的推测。X染色体的次级不分开现象：次级例外的产生，是由于初级例外的白眼果蝇在减数分裂中X染色体的次级不分开(secondary nondisjunction)造成的。连锁与重组1906年，W. Batson 香豌豆实验：紫花基因（P）、红花基因(p)、长花粉基因（L）和圆花粉基因（l）在F2代分离比各自都符合于3：1，可是两对基因的分离比却不符合9：3：3：1，原来同属于一个亲本的两个基因更倾向于出现于同一配子中。1911年，Morgan 在果蝇中发现类似现象，提出连锁与交换的概念，认为倾向于伴同遗传的基因位于同一染色体上，而因同源染色体间的交换又使这些基因不在伴同遗传。1913年，Sturtevant获得了含6个基因的果蝇X染色体的连锁群。重组 位于同一染色体上相互连锁着的基因并非绝对不发生分离，像雄性果蝇中那样完全连锁的情况很少，而同源染色体上绝大多数非等位基因之间都有可能发生遗传重组。虽然连锁基因的重组频率低于受独立分配法则支配的非连锁基因重组，但它们仍然可表现出一定程度的独立性。 从重组的方式和产物看，连锁基因间的遗传重组可以分为2个大类：即相互重组和非相互重组。根据重组发生的时期和组织，它们又可以分为减数分裂重组和有丝分裂重组。前者在真核生物中非常普遍，是染色体正常功能的表现；后者则是染色体行为的异常突变引起。相互重组（Reciprocal recombination）即交换（Exchange , Cross-over）。特征：通过遗传重组产生1对互补的重组染色单体。四线期交换对重组频率的影响影响交换频率的生物学和非生物学因素1）干涉（Interference）: 指一个交换事件的发生阻碍（正干涉）或促进（负干涉）另一个交换事件的现象，如果不考虑染色单体，称染色体干涉，如果指前一交换所涉及的染色单体影响相同的两个染色单体邻位上的另一交换，称染色单体干涉。2）染色体位置效应：在所有测试的生物中着丝粒附近的交换频率明显下降。着丝粒对交换的抑制效应可能与着丝粒区的异染色质结构有关。 “重组热点” “重组冷点” “连锁不平衡”3）性别：雄性果蝇中通常不发生交换，在雌性家蚕中也未观察到交换；鸽子中雄性交换值总大于雌性，而鼠类中正好相反。4）基因型：在动物和植物中已经发现了大量的突变体,或者减少交换的发生或者改变交换的分布。5）年龄及温度：极端高温和低温有提高交换频率的趋势。辐射对交换影响很大，可刺激果蝇交换。温度和辐射能诱发正常条件下不发生交换区域发生交换。二价离子，如钙离子、镁离子等，能够改变交换的数量。过量的钙离子降低交换频率；在低于正常水平时，交换频率显著增加。另外，年龄等其它外部条件也可能影响某些基因间的重组。非相互重组（Non-reciprocal recombination）：重组产物不互补，表现为遗传物质的不对称交流，等位基因分离严重偏离孟德尔分离比例。基因转换（Gene Conversion）指减数分裂过程中一个等位基因转变为另一等位基因的现象(6 : 2)减数后分离（Post-meiotic segregation）由于重组过程中形成的杂合双链DNA分子未能及时进行错配碱基的修复，杂合双链部分在随后的细胞周期中随着DNA的复制而纯合，并随染色单体分裂(5 : 3和异常4 : 4)。连锁图谱（Linkage Map）或遗传图谱（Genetic Map）连锁群(linkage group)：一条染色体上的所有基因，在传递行为上具有共分离的趋势，共同组成一个连锁群。一个生物连锁群的数目等于其配子染色体数。遗传图谱: 反映位于同一染色体上的基因间的排列顺序和相对距离，图谱的建立以交换为基础，基因间距是由交换频率转换而来，1%的交换值作为一个作图单位，常称为分摩（Centi-Morgan, cM）。连锁和重组的生物学意义遗传稳定性：一条染色体即为一个连锁群 基因精确分配 功能和进化需要减少重组 Y染色体操纵子 交叉保证同源染色体均等分配生物多样性：无重组：2n种基因型（n=配子染色体数） 有重组：2m种基因型（m=物种基因总数） 连锁和重组是生物界的普遍现象，对生命的延续都十分重要。原核生物只有1条染色体，进化的真核生物，染色体数目增加了，但基因数量的增加远远超过其染色体增加。如果真核生物上万个基因各自分散，或者分布在许多像质粒大小的载体上，那么很难想像出一种机制能保证细胞分裂过程中每一个基因都能精确而均等地分配给子细胞，而不发生丢失。而基因在染色体上排列成连锁群还符合功能和进化上的需要。如性染色体上的基因多数与生殖器官的发育有关，尤其是Y染色体，由于缺少重组机会，几乎在整个哺乳动物中都具有相同的基因组成。交换后产生的交叉结使同源染色体结合在一起形成二价体，有利于同源染色体在减数分裂中的均等分裂，有利于遗传稳定性。此外，重组还是DNA损伤的重要修复方式。重组机制交换的细胞学证据(Creighton and Mclintock，1931)：玉米第9染色体：疖，C/c（有色子粒/无色子粒）,Wx/wx(非糯/糯)。其实验结果表明：证明了有色基因（C）非糯性（Wx）座位上的重组确实是伴随着染色体间的交换，是染色体交换的经典细胞学证据。（参见庄南生，王英：细胞遗传学教程.2008 P171）交叉与交换：交叉是同源染色体交换的结果。一个交换产生50重组的遗传学论断。重组中间产物的一个臂旋转180度,形成所谓的Holliday结构。在这个模型中，遗传重组始于2个同源染色单体DNA双螺旋的2条平行单链缺口，这2个断开的平行单链部分解离，然后相互插入对方的螺旋中进行单链交换，缺口处再连接起来，形成的单链分枝迁移（branch migration），每一条DNA分子中产生一段对称的杂合双链，这个重组中间产物的一个臂旋转180度，形成所谓的Holliday结构；在特异核酸酶作用下，对称的Holliday结构中的单链部分被切开，形成2种产物，再由连接酶将这些单链断头连接起来。经过对杂合双链部分的错配碱基修复后，其中一种产物为交换，另一种为基因转换，如果错配修复不完全或整个过程受阻，则杂合双链部分在随后的细胞周期中随着DNA复制得到纯合并发生减数后分裂，在子囊菌中出现孢子5：3和异常4：4分离。性别决定与性染色体的功能性染色体与常染色体(sex-chromosome and autosome) 与性别有关的一对形态、大小不同的同源染色体称为性染色体(XY或ZW)，除性染色体之外的其他染色体称为常染色体(A)。性别决定（sex determination)多数高等植物和低等动物：雌雄同株(体)，无性别决定问题。高等动物和某些植物：多数为雌雄异体(株),性别由性染色体的构成决定，可以分为：XY型性别决定：人类、哺乳类、两栖类、鱼类、昆虫、植物。如人类：44A+XY；ZW型性别决定：鸟类、爬行类、鳞翅目昆虫：如家蚕：54A+ZW；XO型性别决定：直翅目昆虫如蝗虫、蟋蟀、蟑螂。性别决定机制性基因平衡理论(Bridges,1925)：物种有两套不同的基因与雌雄性别的分化有关,一套为雄性的决定基因,位于常染色体上;另一套为雌性决定基因,位于X染色体上,两套基因的平衡决定性别的遗传.性比(X : A ratio): 决定性别 2A+2X X:A=1 雌性（XX, XXY）；2A+1X X:A=0.5 雄性(XY, XO)0.5 X:A 1 雌雄间性 Y染色体与雄性育性有关，对性别无决定作用。Y染色体的雄性决定作用 剪秋箩: XX:雌性 XY:雄性 Y染色体存在，植株即发育为雄株或雌雄同株。从进化的角度看，性染色体是由常染色体分化来的，随着分化程度的逐步加深，同源部分则逐渐缩小，或Y染色体逐渐缩短，最后消失。例如雄蝗虫的性染色体可能最初是 XY型，在进化过程中，Y染色体逐渐消失而成为XO型。因此X与Y染色体愈原始，它们的同源区段就愈长，非同源区段就愈短。由于Y染色体基因数目逐渐较少，最后它们变成不含基因的空体，或只含有一些与性别决定有关的基因。所有它们在性别决定中失去了作用。剂量补偿与X失活剂量补偿效应（Dosage compensation): 使细胞中具有两份或两份以上基因的个体和只有一份基因的个体出现相同表型的遗传效应。（Muller等, 1931）巴氏小体（ Barr body）: 即性染色质。无论一个个体有多少条X染色体，在体细胞中只有1条X染色体具有转录活性，其余的X染色体全部失活沉默，在细胞学上表现为异固缩，两个端粒互相靠近形成功能型异染色质体存在于核膜内侧，这种异染色质称性染色质，1949年由Barr发现故称巴氏小体。 性别决定体系是性别分化的潜在基础，但拥有XX性染色体构型个体并不一定发育成雌性，同样XY个体不一定为雄性。因为性别分化过程会受到遗传背景及环境条件的影响。认识性别的遗传决定体系及影响性别分化的因素，就可以进行性别控制，以提高有利性别的比例。无论是否存在性别决定的遗传体系，性别分化过程都需要适合的环境条件。影响性别分化的环境因素一旦改变，也会导致性别变异和性比变化。蛙类属于XY决定型，当蝌蚪在20度发育时，雌雄各半，雌者为XX,雄者为XY型；当环境温度上升至30度时，蝌蚪全部发育为雄蛙，其中一半具有XX性染色体组成。名词：染色体 chromosome;着丝粒 centromere;核小体 nucleosome;染色体分带 chromosome banding核型 karyotype;同源染色体 homologous chromosome;染色体构型 chromosome configuration;遗传图谱 genetic mapping;连锁群 linkage group;巴氏小体 bar body.有丝分裂中期染色体的形态结构特征？染色体的基本结构模型？染色体组分析的具体思路是什么？构建遗传图谱的细胞学基础是什么？染色体核型和分带技术有哪些具体的应用？第六章 特殊类型的染色体多线染色体核内DNA多次复制产生的子染色体平行排列, 且体细胞内同源染色体配对, 紧密结合在一起, 从而阻止了染色体纤维进一步聚缩, 形成体积很大的由多条染色体组成的结构叫多线染色体。多线化的细胞处于永久间期, 体积也相应增大, 它存在于双翅目昆虫的幼虫组织内, 如唾液腺、气管、前肠、中肠及马氏管细胞中；原生植物；显花植物的反足细胞、胚柄等组织中。核内有丝分裂（Eudoreduplication）：染色体的DNA链经过复制，染色线分离，而细胞并不分裂，形成核内多倍性。 多线性（Polytene）：染色体的DNA链多次复制，而细胞并不分裂，染色线亦不分离，形成多线染色体。多线染色体的形态特征：1.多线性和巨大性。2.体细胞配对：同源染色体配对是减数分裂期细胞的一个特征性过程，它也可以发生在其它类型的细胞中，这种现象通常被称为体细胞配对。果蝇唾液腺多线染色体在整个间期内都并行紧靠在一起，是体细胞配对中最明显的类型。3.横纹带：深色的染色带，带与带之间具有明显的带间区域。这些带的大小和着色能力各不一样。染色体上各种大小不同、着色深浅不同的带纹出现是恒定的。 多线染色体的膨突及其功能膨突（puff or Balbiani ring）:指多线染色体上从小到大的隆起部位。巴氏环是很大的膨突，只在摇蚊科内发现，而在所有的双翅目昆虫中都有膨突。一般认为膨突是由于紧紧折叠或盘曲着的染色纤丝逐渐解旋，然后以环的形式向外凸出而形成的。在不同的组织中，膨突在染色体上出现的部位不同；同一组织中，在不同的发育时期，多线染色体上膨突出现的部位也不一样；特定的基因只有在特定的发育阶段才能发挥作用，由此推测膨突可能是基因活动的场所，即基因活跃区。并不是染色体上所有的横纹带都能形成膨突，在一种摇蚊中，估计约2000条带中有15与膨突有关。膨突的大小也有很大的变化，可以为带纹稍有膨大到向外扩散得很厉害形成得大膨突。灯刷染色体为转录活跃的一类巨型染色体，存在于卵母细胞第一次减数分裂前期的双线期，二价染色体配对后，染色丝两侧产生无数突起，呈灯刷状，称灯刷染色体。灯刷染色体比双翅目昆虫得多线染色体长，但直径比多线染色体小。最长的灯刷染色体是在两栖纲有尾目中发现的，约有1mm长。目前，对灯刷染色体的研究资料多数来源于有尾两栖类，即蝾螈、美西螈和鲵。形状：灯刷染色体是1对由1个或多个交叉联系在一起的同源染色体，呈可见交叉的典型的双线期二价体状。每个灯刷染色体纵轴的直径约为50nm，由2条染色单体组成，形似细线。结构与功能：大部分染色质紧紧结合起来，形成较为致密而不规则的串珠状染色体。转录活跃的DNA从染色粒上伸展出来，形成1个或数个成对的侧环呈轴对称，每个环的形态和大小不同，小者只有几个微米，大者可达到100um，它们都是染色体中连续DNA的一部分。在染色粒和侧环之间存在着互为消长的关系，这充分说明侧环是由染色粒伸展而成的。灯刷染色体侧环与多线染色体膨突的区别膨突是由数千个相同地DNA环组成的，每个环都产生于膨突发生位点上的那个染色粒，而灯刷染色体的侧环是由单个的DNA双链分子与有关蛋白质构成的。在灯刷染色体上，全部或几乎全部染色粒都组成了侧环，而在多线染色体上，在发育的任何一个阶段或任何一个特定的组织中仅有少数染色粒松开形成膨突。B染色体又称辅助染色体、超数染色体或额外染色体，指真核生物中常染色体