细胞遗传学知识点总结

着丝粒 着丝粒 centromere 是染色体上染色很淡的缢缩区 由一条染色体所复制的两个染色单体在此部位相联系 含有大量的异是染色体上染色很淡的缢缩区 由一条染色体所复制的两个染色单体在此部位相联系 含有大量的异 染色质和高度重复的染色质和高度重复的 DNA 序列 序列 包括包括 3 种不同的结构域 种不同的结构域 1 着丝点结构域 着丝点结构域 kinetochore domain 纺锤丝附着的位点 纺锤丝附着的位点 2 中央结构域 中央结构域 central domain 这是 这是 着丝粒区的主体 由富含高度重复序列的着丝粒区的主体 由富含高度重复序列的 DNA 构成 构成 3 配对结构域 配对结构域 pairing domain 这是复制以后 这是复制以后 的姊妹染色单体相互连接的位点 的姊妹染色单体相互连接的位点 着丝粒的这三种结构域具有不同的功能 但它们并不独立发挥作用 正是着丝粒的这三种结构域具有不同的功能 但它们并不独立发挥作用 正是 3 种结构域的整合功能 才能确种结构域的整合功能 才能确 保有丝分裂过程中染色体的有序分离 保有丝分裂过程中染色体的有序分离 发芽酵母发芽酵母 Saccharomyces cerevisiae 的着丝粒由的着丝粒由 125bp 左右的特异左右的特异 DNA 序列构成 其它模式生物包括裂解序列构成 其它模式生物包括裂解 酵母酵母 Schizosaccharomyces pombe 果蝇 果蝇 Drosophila melanogaster 以及人类 它们的着丝粒均由高度重以及人类 它们的着丝粒均由高度重 复的复的 DNA 序列构成 但序列均不同 序列构成 但序列均不同 染色体着丝粒中与纺锤丝相连接的实际位置 微管蛋白的聚合中心 由蛋白质所组成 染色体着丝粒中与纺锤丝相连接的实际位置 微管蛋白的聚合中心 由蛋白质所组成 与着丝粒的关系 着丝粒是动粒的附着位置 动粒是着丝粒是否活跃的关键 每条染色体上有两个着丝点 与着丝粒的关系 着丝粒是动粒的附着位置 动粒是着丝粒是否活跃的关键 每条染色体上有两个着丝点 位于着丝粒的两侧 各指向一极 位于着丝粒的两侧 各指向一极 功能 功能 姊妹染色单体的结合点 着丝点的组装点 纺锤丝的附着点 着丝粒的功能高度保守 在染色体配对及维系生物体遗传信 息稳定传递中起作重要作用 组成 组成 DNA 蛋白质复合体 蛋白质复合体 着丝粒 DNA 不同的生物中具有特异性 着丝粒蛋白 在真核生物中是 保守的 水稻着丝粒 DNA 的组成 CentO 155 bp 重复序列 CRR 着丝粒特异的逆转座子 在活性着丝粒中 着丝粒特异组蛋白 H3 CENH3 取代了核小体组蛋白八聚体中的组蛋白 H3 形成含 CENH3 的核小体 因此 CENH3 是真核生物内着丝粒的根本特征 是功能着丝粒的共同基础 可作为功 能着丝粒染色质的识别标记 着丝粒分裂 正常分裂 纵向分裂 正常分裂 纵向分裂 横分裂或错分裂 横分裂或错分裂 misdivision 说明问题 着丝粒并不是一 说明问题 着丝粒并不是一 个不可分割的整体个不可分割的整体 而是一个复合结构 而是一个复合结构 断裂的着丝粒具有完整功能 断裂的着丝粒具有完整功能 分散型着丝粒又称散漫型着丝粒分散型着丝粒又称散漫型着丝粒 holocentromere 又称多着丝粒 又称多着丝粒 polycentromere 某些生物中 染色体上着丝粒的位置不是固定在一个特定的区域 而是整个染色体上都有分布 或某些生物中 染色体上着丝粒的位置不是固定在一个特定的区域 而是整个染色体上都有分布 或 2 个或个或 2 个以上 纺锤丝可以与染色体上的许多点连接 个以上 纺锤丝可以与染色体上的许多点连接 特点 细胞分裂中期特点 细胞分裂中期 与赤道板平行排列与赤道板平行排列 细胞分裂后期细胞分裂后期 染色体平行地向两极移动染色体平行地向两极移动 X 射线照射射线照射 染色体断裂染色体断裂 无论断片大小无论断片大小 均能有规律地走向两极均能有规律地走向两极 偏分离现象偏分离现象 基因杂合体基因杂合体 Aa 产生的产生的 A 配子与配子与 a 配子的分离不等于配子的分离不等于 1 1 验证方式 验证方式 人类新着丝粒 人类新着丝粒 结构不同于普通的着丝粒 通常不具有高度重复的结构不同于普通的着丝粒 通常不具有高度重复的 卫星卫星 DNA 可以组装成动粒并行使着丝粒的功能可以组装成动粒并行使着丝粒的功能 16 条染色体上发现了条染色体上发现了 40 多个新着丝粒多个新着丝粒 端粒 真核细胞染色体末端的一种特殊结构 由端粒端粒 真核细胞染色体末端的一种特殊结构 由端粒 DNA 和蛋白质组成 其端粒和蛋白质组成 其端粒 DNA 是富含是富含 G 的的 高度保守的重复核苷酸序列 高度保守的重复核苷酸序列 组成 人和其它哺乳动物的端粒组成 人和其它哺乳动物的端粒 DNA 序列由序列由 5 TTAGGG 3 反复串联组成反复串联组成 拟南芥类型的端粒拟南芥类型的端粒 DNA 序列序列 5 TTTAGGG 3 在大多数被子植物中存在 如玉米 小麦 大麦 在大多数被子植物中存在 如玉米 小麦 大麦 水稻以及番茄水稻以及番茄 洋葱及其相关物种中没有相似的端粒洋葱及其相关物种中没有相似的端粒 DNA 存在 它们染色体的末端是由高度重复的卫星存在 它们染色体的末端是由高度重复的卫星 DNA 和和 或或 rDNA 组成组成 结构 端粒结构 端粒 DNA 的的 3 末端较末端较 5 末端伸出末端伸出 12 16bp 的一段弯曲呈帽状结构 在端粒酶的一段弯曲呈帽状结构 在端粒酶 一种核糖一种核糖 核蛋白 含有核蛋白 含有 RNA 分子分子 作用下 形成作用下 形成 t loop 结构 结构 功能 染色体的自然末端功能 染色体的自然末端 对染色体起封口作用对染色体起封口作用 维持染色体的稳定性维持染色体的稳定性 减数分裂时同源染色体配对减数分裂时同源染色体配对 端粒酶维持着端粒的长度 它在胚胎干细胞中高度表达 使得胚胎干细胞不断进行分裂却不会遭端粒酶维持着端粒的长度 它在胚胎干细胞中高度表达 使得胚胎干细胞不断进行分裂却不会遭 受染色体损伤 绝大多数成体细胞缺乏端粒酶 导致功能受染色体损伤 绝大多数成体细胞缺乏端粒酶 导致功能 DNA 的逐渐丧失 的逐渐丧失 端粒被认为是细胞有丝分裂的端粒被认为是细胞有丝分裂的 生物钟生物钟 随着细胞分裂的不断进行 端粒逐渐缩短 当其长度 随着细胞分裂的不断进行 端粒逐渐缩短 当其长度 减小到一定临界值时 细胞趋向衰老 死亡 减小到一定临界值时 细胞趋向衰老 死亡 在恶性肿瘤中 端粒酶活性明显增高 以延长端粒 弥补因细胞分裂而造成的端粒缩短 从而使细在恶性肿瘤中 端粒酶活性明显增高 以延长端粒 弥补因细胞分裂而造成的端粒缩短 从而使细 胞无限增殖恶化 甚至使癌细胞永生化 胞无限增殖恶化 甚至使癌细胞永生化 自主复制序列自主复制序列 autonomously replicating DNA sequence ARS 是 是 DNA 复制的起点 酵母基因组含复制的起点 酵母基因组含 200 400 个个 ARS 大多数具有一个 大多数具有一个 11 14 bp 富含 富含 AT 的共有序列 的共有序列 ARS consensus sequence ACS 含有这一序列的质粒能高效转化宿主细胞 并能在细胞中独立于宿主染色体存在 含有这一序列的质粒能高效转化宿主细胞 并能在细胞中独立于宿主染色体存在 次缢痕的特点 次缢痕的特点 在一个染色体组中 次缢痕的数目因物种而异 但至少有一个在一个染色体组中 次缢痕的数目因物种而异 但至少有一个 次缢痕通常在染色体的末端 次缢痕通常在染色体的末端 86 的物种中次缢痕位于染色体的短臂末端的物种中次缢痕位于染色体的短臂末端 功能 在细胞分裂末期具有形成核仁的功能 并与间期 前期的核仁密切相关 又被称为核仁组功能 在细胞分裂末期具有形成核仁的功能 并与间期 前期的核仁密切相关 又被称为核仁组 织者 织者 nucleolus organizer regoins NORs 组蛋白组蛋白 histone 是真核生物染色体的基本结构蛋白 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是一类小分子碱性蛋白质 有有 5 种类型种类型 即即 H1 H2A H2B H3 H4 它们富含带正电荷的碱性氨基酸 能够同 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中带负电荷的磷酸基团 相互作用 染色质中的组蛋白与相互作用 染色质中的组蛋白与 DNA 的含量之比为 的含量之比为 1 1 组蛋白的功能组蛋白的功能 核小体组蛋白核小体组蛋白 nucleosomal histone 包括包括 H2A H2B H3 和和 H4 作用是与作用是与 DNA 组装成核小体组装成核小体 H1 不参加核小体的组建不参加核小体的组建 在构成核小体时起连接作用在构成核小体时起连接作用 并赋予染色质以极性 并赋予染色质以极性 核小体的结构特点核小体的结构特点 由由 200 个左右碱基对的个左右碱基对的 DNA 和四种组蛋白结合而成 和四种组蛋白结合而成 其中四种组蛋白其中四种组蛋白 H2A H2B H3 H4 各各 2 分子组成八聚体的小圆盘 是核小体的核心结构 分子组成八聚体的小圆盘 是核小体的核心结构 146 个碱基对的个碱基对的 DNA 绕在小圆盘外面盘绕绕在小圆盘外面盘绕 1 75 圈 每一分子的圈 每一分子的 H1 与与 DNA 结合结合 起稳定核小体结起稳定核小体结 构的作用 构的作用 两相邻核小体之间以连接两相邻核小体之间以连接 DNA linker DNA 相连相连 长度为长度为 0 80bp 不等 不等 染色体的包装 核小体染色体的包装 核小体 nucleosome 螺线管螺线管 solenoid 超螺线管超螺线管 supersolenoid 染色体染色体 chromosome 从核小体开始到染色体从核小体开始到染色体 DNA 总共压缩总共压缩 压缩压缩 7 倍倍 压缩压缩 6 倍倍 压缩压缩 40 倍倍 压缩压缩 5 倍倍 DNA 核小体核小体 螺线管螺线管 超螺线管超螺线管 染色单体染色单体 染色质 染色质 1 细胞核内能被碱性染料染色的物质 细胞遗传学 细胞核内能被碱性染料染色的物质 细胞遗传学 2 指间期细胞核内由 指间期细胞核内由 DNA 组蛋白 非组蛋白及少量 组蛋白 非组蛋白及少量 RNA 组成的线性复合结构组成的线性复合结构 是间期细胞遗传是间期细胞遗传 物质存在的形式 分子遗传学 物质存在的形式 分子遗传学 染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变的的形态结构 染色质与染色体具有基本相同的化学组成 但包装程度不同染色质与染色体具有基本相同的化学组成 但包装程度不同 构象不同构象不同 常染色质常染色质 euchromatin 的特点 的特点 构成染色体构成染色体 DNA 的主体的主体 细胞分裂中细胞分裂中 螺旋与解螺旋与细胞周期同步螺旋与解螺旋与细胞周期同步 单一序列单一序列 DNA 和中度重复序列和中度重复序列 DNA 是孟德尔比率和各种遗传现象的基础是孟德尔比率和各种遗传现象的基础 常染色质状态只是基因转录的必要条件常染色质状态只是基因转录的必要条件 DNA 合成期发生在合成期发生在 S 期的早 中期期的早 中期 异染色质异染色质 heterochromatin 结构异染色质 或组成型异染色质 结构异染色质 或组成型异染色质 兼性异染色质 兼性异染色质 结构异染色质的分布因不同物种而异 结构异染色质的分布因不同物种而异 1 许多生物集中于着丝粒周围 许多生物集中于着丝粒周围 如果蝇 小鼠 月见草等如果蝇 小鼠 月见草等 2 分布在染色体的顶端 如茅膏菜 黑麦等 分布在染色体的顶端 如茅膏菜 黑麦等 3 不仅存在于着丝粒周围 而且可以分布在染色臂的任何部位 成为大大小小特征鲜明的染色纽 不仅存在于着丝粒周围 而且可以分布在染色臂的任何部位 成为大大小小特征鲜明的染色纽 如玉米等如玉米等 特点 特点 中期染色体上多定位于着丝粒区 端粒 次缢痕及染色体臂的某些节段中期染色体上多定位于着丝粒区 端粒 次缢痕及染色体臂的某些节段 除复制期外 在整个细胞周期均处于聚缩状态 永久性异染色质 除复制期外 在整个细胞周期均处于聚缩状态 永久性异染色质 相对简单 高度重复的相对简单 高度重复的 DNA 序列构成序列构成 如卫星如卫星 DNA 具有较高的 具有较高的 A T 不表现孟德尔比率 并不是对遗传无影响不表现孟德尔比率 并不是对遗传无影响 具有显著的遗传惰性具有显著的遗传惰性 不转录也不编码蛋白质不转录也不编码蛋白质 DNA 合成期发生在合成期发生在 S 期的后期 甚至在分裂期合成期的后期 甚至在分裂期合成 兼性异染色质 又称功能性异染色质兼性异染色质 又称功能性异染色质 在某些细胞类型或一定的发育阶段在某些细胞类型或一定的发育阶段 原来的常染色质聚缩原来的常染色质聚缩 并丧失基因转录活性并丧失基因转录活性 变为异染色质变为异染色质 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径 X 染色体失活 英国遗传学家染色体失活 英国遗传学家 Mary Lyon 在在 1961 年首先提出了上述年首先提出了上述 X 染色体失活假说 即染色体失活假说 即 Lyon 假假 说 说 在人类和哺乳动物胚胎发育早期 雌性胚胎细胞中两条在人类和哺乳动物胚胎发育早期 雌性胚胎细胞中两条 X 染色体中的一条出现异固缩现象 移向核染色体中的一条出现异固缩现象 移向核 膜处 成为染色很深的异染色质小体 称为性染色质或巴氏小体 膜处 成为染色很深的异染色质小体 称为性染色质或巴氏小体 巴氏小体能一直保持异染色质的特点 失去全部基因的活性 在白细胞中 呈鼓槌状外形 是医学上巴氏小体能一直保持异染色质的特点 失去全部基因的活性 在白细胞中 呈鼓槌状外形 是医学上 进行早期性别鉴定的重要标志 进行早期性别鉴定的重要标志 第四节第四节 有丝分裂中期染色体的带型有丝分裂中期染色体的带型 1 号 最大的中着丝粒染色体 短臂远端带少 号 最大的中着丝粒染色体 短臂远端带少 1 秃秃 2 号 亚中着丝粒染色体 长短臂上带较多 号 亚中着丝粒染色体 长短臂上带较多 2 蛇蛇 3 号 中央着丝粒染色体 着丝粒上下有两条深染的宽带相对称 号 中央着丝粒染色体 着丝粒上下有两条深染的宽带相对称 3 堞腰堞腰 4 号 短臂号 短臂 1 2 条带 长臂条带 长臂 4 条带 均匀 接近中心粒的一条深 条带 均匀 接近中心粒的一条深 5 号 短臂号 短臂 1 2 条带 长臂条带 长臂 4 条带 条带 3 条带集中 第条带集中 第 4 条带靠近末端条带靠近末端 6 短臂中段有一条明显而宽阔的浅带 短臂中段有一条明显而宽阔的浅带 似似 小白脸小白脸 7 短臂有 短臂有 3 条深带 远侧深带着色浓 似条深带 远侧深带着色浓 似 瓶塞瓶塞 8 长臂有三条分界极不明显的深带 远侧带着色浓 长臂有三条分界极不明显的深带 远侧带着色浓 9 长臂次缢痕不着色 呈现特有的狭长颈部区 长臂次缢痕不着色 呈现特有的狭长颈部区 细脖子细脖子 10 长臂有三条深带 近侧带着色最深 与 长臂有三条深带 近侧带着色最深 与 8 号鉴别号鉴别 11 长臂远侧段有一宽的深带 与近侧深带间有一宽浅带 长臂远侧段有一宽的深带 与近侧深带间有一宽浅带 12 长臂中段有一宽深带 与近侧深带之间有一窄的浅带 长臂中段有一宽深带 与近侧深带之间有一窄的浅带 X 长短臂各有一深带 以着丝粒为中点对称 呈竹节状长短臂各有一深带 以着丝粒为中点对称 呈竹节状 13 号 长臂远端有号 长臂远端有 3 条较深染的带条较深染的带 14 号 长臂的近端及远端各有一条深带号 长臂的近端及远端各有一条深带 15 号 长臂中央有一条深染的带号 长臂中央有一条深染的带 16 号 中央着丝粒 次缢痕着色浓 与着丝粒形成号 中央着丝粒 次缢痕着色浓 与着丝粒形成 浓染区浓染区 17 号 亚中着丝粒 长臂远侧段有号 亚中着丝粒 长臂远侧段有 1 条深带 与着丝粒之间为一明显而宽的浅带条深带 与着丝粒之间为一明显而宽的浅带 18 号 亚中着丝粒 长臂近侧和远侧各有一条明显的深带号 亚中着丝粒 长臂近侧和远侧各有一条明显的深带 19 号 是核型中染色最浅的染色体 号 是核型中染色最浅的染色体 着丝粒及其周围为深染 其余均为浅带着丝粒及其周围为深染 其余均为浅带 20 号 长臂及短臂各有一条深带 长臂较明显号 长臂及短臂各有一条深带 长臂较明显 21 号 着丝粒区着色淡 近侧有一明显浓染而宽的深带号 着丝粒区着色淡 近侧有一明显浓染而宽的深带 22 号 着丝粒区着色浓 长臂有二条深带号 着丝粒区着色浓 长臂有二条深带 Y 长度变化较大 无随体 有时整个长臂被染成深带 长度变化较大 无随体 有时整个长臂被染成深带 带型又叫染色体分带 整个染色体上显带带型又叫染色体分带 整个染色体上显带 Q 带 带 G 带 带 R 带 染色体上局部显带带 染色体上局部显带 C 带 带 N 带 带 F 带 带 T 带 带 cd 带 带 G 带特点 带特点 整个染色体上均有分布整个染色体上均有分布 显示带纹多而细显示带纹多而细 染色持久染色持久 深染带纹为深染带纹为 A T 多的异染色质区多的异染色质区 原位杂交技术显带 原位杂交原位杂交技术显带 原位杂交 In situ hybridization 就是利用了核酸的碱基配对的原则就是利用了核酸的碱基配对的原则 用已标记的用已标记的 核苷酸分子作为探针核苷酸分子作为探针 与另外一条已经变性的与另外一条已经变性的 DNA 单链进行杂交的技术 单链进行杂交的技术 荧光原位杂交技术荧光原位杂交技术 FISH 基因组原位杂交技术基因组原位杂交技术 GISH 染色体显带技术染色体显带技术 原位杂交技术原位杂交技术 染色体引物原位染色体引物原位 DNA 合成技术和原位合成技术和原位 PCR 技术技术 染色体涂色染色体涂色 多线染色体 多线染色体 1 体积巨大 染色体比其它体细胞染色体长 体积巨大 染色体比其它体细胞染色体长 100 200 倍 体积大倍 体积大 1000 2000 倍 倍 2 多 多 线性 每条多线染色体由线性 每条多线染色体由 500 4000 条解旋的染色体合并在一起形成 条解旋的染色体合并在一起形成 3 体细胞联会 同源染色体紧密体细胞联会 同源染色体紧密 配对 并合并成一个染色体 配对 并合并成一个染色体 横带纹 染色后呈现出明暗相间的带纹 横带纹 染色后呈现出明暗相间的带纹 膨突和环 在幼虫发育的膨突和环 在幼虫发育的 某个阶段 多线染色体的某些带区疏松膨大 形成膨突 某个阶段 多线染色体的某些带区疏松膨大 形成膨突 puff 或巴氏环 或巴氏环 Balbiani ring 用 用 H3 TdR 处理细胞 发现膨突被标记 说明膨突是基因活跃转录的形态学标志 处理细胞 发现膨突被标记 说明膨突是基因活跃转录的形态学标志 灯刷染色体 灯刷染色体 1882 年年 Flemming 首次报道 这种染色体最早发现于鱼类 两栖类和爬行类卵母细胞减首次报道 这种染色体最早发现于鱼类 两栖类和爬行类卵母细胞减 数分裂的双线期 由于染色体主轴两侧有侧环 状如灯刷 故名灯刷染色体 灯刷染色体中大部分数分裂的双线期 由于染色体主轴两侧有侧环 状如灯刷 故名灯刷染色体 灯刷染色体中大部分 DNA 以染色粒形式存在 没有转录活性 侧环是以染色粒形式存在 没有转录活性 侧环是 RNA 活跃转录的区域 一个侧环是一个转录单位或活跃转录的区域 一个侧环是一个转录单位或 几个转录单位的组合 侧环的粗细与转录状态有关 几个转录单位的组合 侧环的粗细与转录状态有关 染色体的复制染色体的复制 DNA 的复制 的复制 复制时间 细胞分裂间期的复制时间 细胞分裂间期的 S 期期 时间长短 不同物种 同一个体的不同发育时期时间有差异 时间长短 不同物种 同一个体的不同发育时期时间有差异 复制顺序 不同性质的复制顺序 不同性质的 DNA 复制的先后顺序不同复制的先后顺序不同 GC 含量多的部位先复制 含量多的部位先复制 AT 含量多的部位后复制 含量多的部位后复制 常染色质为早复制区 异染色质为晚复制区 常染色质为早复制区 异染色质为晚复制区 复制方式 半保留复制复制方式 半保留复制 复制方向 复制方向 5 3 复制是半不连续性的复制是半不连续性的 DNA 复制具特定的起始位点和终止位点复制具特定的起始位点和终止位点 复制的高度准确性复制的高度准确性 核小体的复制 核小体的复制 高等真核生物中高等真核生物中 S 期期 DNA 的复制实际上是核小体的复制的复制实际上是核小体的复制 DNA 的合成与组蛋白的合成是同步完成的的合成与组蛋白的合成是同步完成的 间期间期 DNA 的复制的复制 S 期期 DNA 合成占总合成量的合成占总合成量的 99 7 其余其余 0 3 在以后的偶线期和粗线期复在以后的偶线期和粗线期复 制制 这与有丝分裂不同这与有丝分裂不同 偶线期 粗线期偶线期 粗线期 DNA 的复制的复制 偶线期偶线期 DNA Z DNA zygotene DNA 其合成对染色体的配对作其合成对染色体的配对作 用 联会复合体的形成以及染色体结构的连续性都有重要作用 用 联会复合体的形成以及染色体结构的连续性都有重要作用 测定连锁群的技术 测定连锁群的技术 1 果蝇连锁群测定技术 杂交 测交 果蝇连锁群测定技术 杂交 测交 2 玉米的连锁群测定技术 利用三体玉米的连锁群测定技术 利用三体 trisomic 来确定连锁群 来确定连锁群 连锁遗传的细胞学基础 完全连锁 位于同源染色体上的非等位基因的杂合体在形成配子时 只有亲连锁遗传的细胞学基础 完全连锁 位于同源染色体上的非等位基因的杂合体在形成配子时 只有亲 本型配子而没有重组型配子的产生现象 本型配子而没有重组型配子的产生现象 不完全连锁 位于同源染色体上的非等位基因的杂合体在形成配子时 除了有亲本型不完全连锁 位于同源染色体上的非等位基因的杂合体在形成配子时 除了有亲本型 配子外 还有重组型配子产生的现象 配子外 还有重组型配子产生的现象 对基因的杂合体在形成配子时 不仅有亲本型配子 也 对基因的杂合体在形成配子时 不仅有亲本型配子 也 有少量的重组型配子 所形成的配子中 两种亲本型配子的比例大致相等 两种重组型配子的比有少量的重组型配子 所形成的配子中 两种亲本型配子的比例大致相等 两种重组型配子的比 例也大致相等 同源染色体之间发生了遗传物质的交换 使生物后代个体表现为不完全连锁现象 例也大致相等 同源染色体之间发生了遗传物质的交换 使生物后代个体表现为不完全连锁现象 交换发生的时期 交换发生的时期 在减数分裂过程中 同源染色体之间可以发生相互交换 但交换是发生在尚未进行复制的同源染色体在减数分裂过程中 同源染色体之间可以发生相互交换 但交换是发生在尚未进行复制的同源染色体 二线期 之间 还是完成复制以后的染色单体之间 四线期 呢 二线期 之间 还是完成复制以后的染色单体之间 四线期 呢 许多实验证明 交换发生在完成复制的染色单体之间许多实验证明 交换发生在完成复制的染色单体之间 在第一次减数分裂前期的粗线期 在第一次减数分裂前期的粗线期 任何一次交换只涉及到四条染色单体中的两条 两次以上的交换可以涉及到两条 三条或四条染任何一次交换只涉及到四条染色单体中的两条 两次以上的交换可以涉及到两条 三条或四条染 色单体 色单体 交换交换 crossover 与交叉与交叉 chiasma 的关系 的关系 试验证明试验证明 细胞学上在双线期观察到的交叉就是在粗线期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生物质细胞学上在双线期观察到的交叉就是在粗线期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生物质 交换的交换点 交换的交换点 交叉与交换是一致的 它们只是染色质互换在细胞学和遗传学上的不同表现形式 交叉与交换是一致的 它们只是染色质互换在细胞学和遗传学上的不同表现形式 交叉随着染色体的聚缩而向二价体的末端移动交叉随着染色体的聚缩而向二价体的末端移动 这一过程称为交叉端化这一过程称为交叉端化 交叉干扰 交叉干扰 chiasma interference 与染色单体干扰 与染色单体干扰 1 交叉干扰 染色体干扰 交叉干扰 染色体干扰 chromosome interference 在减数分裂中 一个二价体上一个交叉的 在减数分裂中 一个二价体上一个交叉的 发生对第二个或以后的其他交叉会有一定的影响 发生对第二个或以后的其他交叉会有一定的影响 2 染色单体干扰 染色单体干扰 chromatid interferce 两条同源染色体的两条同源染色体的 4 条染色单体参与多线交换机会的非随条染色单体参与多线交换机会的非随 机性 机性 影响交换的因素 性别 雌性与雄性交换值相等 如豌豆 雌性交换值大于雄性 人类 许多哺乳动影响交换的因素 性别 雌性与雄性交换值相等 如豌豆 雌性交换值大于雄性 人类 许多哺乳动 物 雄性交换值大于雌性 如鸽子 雄性不发生交换 如果蝇 雌性不发生交换 如家蚕 物 雄性交换值大于雌性 如鸽子 雄性不发生交换 如果蝇 雌性不发生交换 如家蚕 着丝粒着丝粒 着丝粒对附近基因的交换值有明显的影响 使基因交换值降低原因不清楚 可能着丝粒本身特性引 着丝粒对附近基因的交换值有明显的影响 使基因交换值降低原因不清楚 可能着丝粒本身特性引 起的或着丝粒周围的异染色质引起的 起的或着丝粒周围的异染色质引起的 年龄 一般来说 年龄会降低交换值 年龄越大 交换值年龄 一般来说 年龄会降低交换值 年龄越大 交换值 越小 位于着丝粒附近的基因的交换值降低最多 离着丝粒越远受影响越小 越小 位于着丝粒附近的基因的交换值降低最多 离着丝粒越远受影响越小 外界环境 温度 外界环境 温度 水分 营养状况 理化因子 在适合生物生长的范围内 提高温度可以提高交换值 温度对交换值的水分 营养状况 理化因子 在适合生物生长的范围内 提高温度可以提高交换值 温度对交换值的 影响也是以着丝粒区为最大 影响也是以着丝粒区为最大 体细胞交换 体细胞交换 姊妹染色单体交换 姊妹染色单体交换 姊妹染色单体区分染色法 姊妹染色单体区分染色法 5 溴脱氧尿嘧啶核苷 溴脱氧尿嘧啶核苷 5 Bromodeoxy urdine BrdU 在 在 DNA 的复制过程的复制过程 中 掺入新合成的链并占有胸腺嘧啶 中 掺入新合成的链并占有胸腺嘧啶 thymidine T 的位置 根据 的位置 根据 DNA 的半保留复制规律 哺乳的半保留复制规律 哺乳 动物或人的细胞在动物或人的细胞在 BrdU 的培养液中经历了两个周期后 它的两条姊妹染色单体的的培养液中经历了两个周期后 它的两条姊妹染色单体的 DNA 双链在化学双链在化学 组成上有了差别 当染色体的组成上有了差别 当染色体的 DNA 链的两条多核苷酸链都被链的两条多核苷酸链都被 BrdU 所替换 所替换 Giemsa 染色显示浅色 染色显示浅色 如果染色体的如果染色体的 DNA 链中仅有一条多核苷酸链被链中仅有一条多核苷酸链被 BrdU 所替换 所替换 Giemsa 染色显示深色 染色显示深色 非对等交换 在特殊情况下 特别是当染色体上有重复段或重复非对等交换 在特殊情况下 特别是当染色体上有重复段或重复 DNA 序列存在时 同源染色体间可序列存在时 同源染色体间可 以发生错配对 以发生错配对 displaced synapsis 或非对称配对现象 随之而来的是非对等交换而导致同源染色体 或非对称配对现象 随之而来的是非对等交换而导致同源染色体 的重复和缺失 的重复和缺失 交换的机制 交换的机制 联会复合体是交叉和交换的先决条件联会复合体是交叉和交换的先决条件 没有联会复合体的细胞中看不到交叉的形成没有联会复合体的细胞中看不到交叉的形成 当然并非所有的联会复合体部位都发生交换当然并非所有的联会复合体部位都发生交换 假说 部分交叉型假说假说 部分交叉型假说 交叉一面说 假说对细胞学上观察到的交叉和由遗传试验所证实的交交叉一面说 假说对细胞学上观察到的交叉和由遗传试验所证实的交 换之间的关系作出了最合理的解释 因而曾经得到大多数学者的支持 根据这个假说 交叉是交换之间的关系作出了最合理的解释 因而曾经得到大多数学者的支持 根据这个假说 交叉是交 换的直接结果 非姊妹染色单体在发生断裂和互换以后愈合 在愈合的地方形成交叉 在任何一换的直接结果 非姊妹染色单体在发生断裂和互换以后愈合 在愈合的地方形成交叉 在任何一 个交叉点上 互换只能在两条染色单体之间进行 但在任何一个区域内 均有可能发生三线或四个交叉点上 互换只能在两条染色单体之间进行 但在任何一个区域内 均有可能发生三线或四 线参加的交换 线参加的交换 模板选择假说模板选择假说 断裂重接假说断裂重接假说 遗传重组的分子机理遗传重组的分子机理 Holliday 重组模型 重组模型 1964 年年 Holliday 提出提出 该模型认为 该模型认为 同源染色体在联会期间 一对同源染色体各有一条单链同源染色体在联会期间 一对同源染色体各有一条单链 DNA 断裂 然后要发生重接断裂 然后要发生重接 在重接的过程中 不是原来断开的染色体重新连接起来而是交换连接 并且要通过一种在重接的过程中 不是原来断开的染色体重新连接起来而是交换连接 并且要通过一种 Holliday 中中 间结构的变化最后形成不同类型的重组体间结构的变化最后形成不同类型的重组体 在此过程中需要特殊的在此过程中需要特殊的 DNA 重组蛋白 重组蛋白 RecA 蛋白蛋白 染色体结构变异染色体结构变异 倒位 是一个染色体上同时发生了两处断裂 其间的区段倒转倒位 是一个染色体上同时发生了两处断裂 其间的区段倒转 180 后再重新连接起来后再重新连接起来 倒位是自然界中常见的一种染色体结构变异倒位是自然界中常见的一种染色体结构变异 它并不改变染色体上的基因数量它并不改变染色体上的基因数量 因而对细胞和个体的发因而对细胞和个体的发 育过程影响不大育过程影响不大 可以代代传递可以代代传递 但其有许多特殊的细胞遗传行为但其有许多特殊的细胞遗传行为 可以用于遗传设计和植物育种可以用于遗传设计和植物育种 倒位的类别 臂内倒位 臂间倒位 倒位的类别 臂内倒位 臂间倒位 二 倒位的细胞学鉴定二 倒位的细胞学鉴定 粗线期染色体行为粗线期染色体行为 三 倒位的遗传学效应三 倒位的遗传学效应 1 倒位杂合体产生部分败育配子倒位杂合体产生部分败育配子 2 能够抑制或降低倒位区段内基因间的重组 交换能够抑制或降低倒位区段内基因间的重组 交换 倒位段内基因之间发生的任何单交换都导致重组型配子死亡 在双交换的情况下 也只有少数重倒位段内基因之间发生的任何单交换都导致重组型配子死亡 在双交换的情况下 也只有少数重 组型配子可以传递给后代 所以倒位段内的基因表现为很强的连锁或是很低的交换组型配子可以传递给后代 所以倒位段内的基因表现为很强的连锁或是很低的交换 靠近断点附近的染色体配对不好 常常发生局部不联会甚至异源联会 阻碍正常交换的进行 靠近断点附近的染色体配对不好 常常发生局部不联会甚至异源联会 阻碍正常交换的进行 3 染色单体桥染色单体桥 的纽带效应与的纽带效应与 桥桥 断裂断裂 融合融合 桥桥 循环 大孢子母细胞减数分裂产生的循环 大孢子母细胞减数分裂产生的 4 个大孢子 是个大孢子 是 呈直线排列的 交换后产生的缺失呈直线排列的 交换后产生的缺失 重复配子 由于重复配子 由于 桥桥 的存在 总是处于中间两个大孢子的位置 的存在 总是处于中间两个大孢子的位置 而胚囊是由基部大孢子发育而成 这样 缺失而胚囊是由基部大孢子发育而成 这样 缺失 重复大孢子就被排除在有功能的大孢子之外 这种现重复大孢子就被排除在有功能的大孢子之外 这种现 象称作象称作 染色单体纽带效应染色单体纽带效应 这也是胚囊和花粉的育性不同的原因这也是胚囊和花粉的育性不同的原因 主要是在发生臂内倒位时 会产生主要是在发生臂内倒位时 会产生 染色单体纽带效应染色单体纽带效应 的现象 的现象 倒位的应用 果蝇的倒位的应用 果蝇的 ClB 测定法测定法 鉴别果蝇鉴别果蝇 X 染色体上的隐性突变 染色体上的隐性突变 染色体易位染色体易位 translocation 是指染色体的片段转移 主要是非同源染色体之间的区段转移 是指染色体的片段转移 主要是非同源染色体之间的区段转移 1 易位与交换的区别易位与交换的区别 2 易位的易发性 是自然界中存在最广泛的一种结构变异易位的易发性 是自然界中存在最广泛的一种结构变异 3 基因连锁群的改变 染色体的形态 数目的改变基因连锁群的改变 染色体的形态 数目的改变 4 生物进化 物种形成的重要因素之一生物进化 物种形成的重要因素之一 易位的类别 单向易位 相互易位 插入易位 多对染色体易位易位的类别 单向易位 相互易位 插入易位 多对染色体易位 复合易位复合易位 多对染色体易位多对染色体易位 独立易位 独立易位 易位的细胞学行为 粗线期联会 易位的细胞学行为 粗线期联会 交叉形成与终变期构形 简单易位杂合体 联会配对 相互易位交叉形成与终变期构形 简单易位杂合体 联会配对 相互易位 杂合体 联会配对 杂合体 联会配对 易位的遗传学行为 易位的遗传学行为 易位杂合体的配子具有半不育性易位杂合体的配子具有半不育性 易位杂合体自交后代的表现类似于带有一对杂合基因个体自交后代的表现易位杂合体自交后代的表现类似于带有一对杂合基因个体自交后代的表现 假连锁 假连锁 pseudo linkage 现象 现象 假连锁假连锁 现象 两对染色体上原来不连锁的基因现象 两对染色体上原来不连锁的基因 如果靠近易位断点如果靠近易位断点 由于杂易位总是以交替分离方式产由于杂易位总是以交替分离方式产 生可育配子生可育配子 所以两个基因总是进入到一个配子所以两个基因总是进入到一个配子 表现出连锁现象 表现出连锁现象 易位的应用 易位的应用 雄蚕雄蚕 身体较壮身体较壮 食桑量少食桑量少 吐丝较早吐丝较早 茧层率高茧层率高 出丝率比雌蚕高出丝率比雌蚕高 20 30 丝质要好丝质要好 雄蚕的性染色体雄蚕的性染色体 ZZ 型型 雌蚕的性染色体雌蚕的性染色体 ZW 型型 染色体数目变异染色体数目变异 四倍体的产生四倍体的产生 自然产生 体细胞有丝分裂过程中偶然的染色体加倍 体细胞有丝分裂过程中偶然自然产生 体细胞有丝分裂过程中偶然的染色体加倍 体细胞有丝分裂过程中偶然 的染色体加倍 的染色体加倍 四倍体的产生四倍体的产生 人工产生 人工产生 愈伤组织愈伤组织 高温或低温处理授粉后的幼胚高温或低温处理授粉后的幼胚 秋水仙素等化学药品秋水仙素等化学药品 加倍药剂 除莠剂 杀虫剂 化学诱变剂 生物碱 富民农 有机汞杀菌剂加倍药剂 除莠剂 杀虫剂 化学诱变剂 生物碱 富民农 有机汞杀菌剂 组织培养结合秋水仙素处理组织培养结合秋水仙素处理 体细胞杂交体细胞杂交 四倍体效应 四倍体效应 外部形态外部形态 巨大性巨大性 化学成分化学成分 降低降低 生理功能生理功能 生长缓慢生长缓慢 代谢产物代谢产物 某些产物含量增加某些产物含量增加 对生态环境的要求对生态环境的要求 引起二倍体自交不亲和系统的改变引起二倍体自交不亲和系统的改变 变弱或完全消失变弱或完全消失 形成机制 形成机制 2n 配子也称为未减数配子配子也称为未减数配子 是可育的是可育的 2n 配子发生在植物界极为普遍配子发生在植物界极为普遍 2n 配子的发生主要由遗传决定配子的发生主要由遗传决定 但环境条件有时可能影响但环境条件有时可能影响 2n 配子的出现频率 配子的出现频率 但目前还没有任何一种环境条件可以频率地诱导但目前还没有任何一种环境条件可以频率地诱导 2n 配子形成 配子形成 前减数分裂异常 造孢细胞前减数分裂异常 造孢细胞 孢原细胞孢原细胞 在进行前减数分裂时发生失调在进行前减数分裂时发生失调 将导致体细胞染色体数的加倍将导致体细胞染色体数的加倍 形成形成 4n 的花粉母细胞 有两种失调情况 造孢细胞核内有丝分裂 的花粉母细胞 有两种失调情况 造孢细胞核内有丝分裂 共二倍性 共二倍性 减数分裂异常 减数分裂核复原 指由于第一次或第二次减数分裂失败 形成具有染色体数目未曾减减数分裂异常 减数分裂核复原 指由于第一次或第二次减数分裂失败 形成具有染色体数目未曾减 半的单个核的现象 方式 第一次分裂复原半的单个核的现象 方式 第一次分裂复原 第二次分裂复原第二次分裂复原 第二次分裂纺锤体愈合第二次分裂纺锤体愈合 胞质分裂异常 染色体分离后 不能正常进行胞质分裂或胞质分裂异常 也将导致产生多倍体配胞质分裂异常 染色体分离后 不能正常进行胞质分裂或胞质分裂异常 也将导致产生多倍体配 子子 造孢细胞核内有丝分裂 减数分裂前发生了体细胞染色体数加倍造孢细胞核内有丝分裂 减数分裂前发生了体细胞染色体数加倍 如樱桃 草莓 小麦与黑麦的杂种如樱桃 草莓 小麦与黑麦的杂种 共二倍性 在减数分裂以前 造孢细胞最后一次分裂后产生的两个分离细胞发生融合共二倍性 在减数分裂以前 造孢细胞最后一次分裂后产生的两个分离细胞发生融合 第一次分裂复原 概念 减数分裂过程中 第一次分裂失败形成复原核 而第二次分裂正常并由此形成未第一次分裂复原 概念 减数分裂过程中 第一次分裂失败形成复原核 而第二次分裂正常并由此形成未 减数配子减数配子 称为第一次分裂复原称为第一次分裂复原 first division restitution FDR 特点 前期特点 前期 I 染色体很少或根本不配对 中期染色体很少或根本不配对 中期 I 不形成赤道板 后期不形成赤道板 后期 I 染色体不能移向两极染色体不能移向两极 而由核膜而由核膜 把所有的染色体包围起来形成复原核把所有的染色体包围起来形成复原核 复原核再分裂成二分体复原核再分裂成二分体 二分体发育成未减数配子二分体发育成未减数配子 形成的配子染形成的配子染 色体组成是具有每一对同源染色体的各一个染色单体色体组成是具有每一对同源染色体的各一个染色单体 第二次分裂复原 概念第二次分裂复原 概念 在减数分裂在减数分裂 II 不能进行正常的核分裂不能进行正常的核分裂 则称为第二次分裂复原则称为第二次分裂复原 second division restitution SDR 特点特点 若减数分裂若减数分裂 I 正常而接着发生正常而接着发生 SDR 亦形成未减数配子 形成的配子染色体组成是拥有其中一亦形成未减数配子 形成的配子染色体组成是拥有其中一 个同源染色体的两个姊妹染色体 如果在个同源染色体的两个姊妹染色体 如果在 SDR 之前已发生了之前已发生了 FDR 会产生 会产生 4n 配子 配子 第二次分裂纺锤体愈合 减数分裂第二次分裂纺锤体愈合 减数分裂 II 时 细胞中两个中期核板的纺锤体愈合成一个纺锤体 结果产时 细胞中两个中期核板的纺锤体愈合成一个纺锤体 结果产 生二倍体的二分体 在植物中比较普遍生二倍体的二分体 在植物中比较普遍 四倍体的花粉育性与结实性 同源四倍体的共同特征四倍体的花粉育性与结实性 同源四倍体的共同特征 花粉育性与结实性降低花粉育性与结实性降低 不育性产生的两种解释 不育性产生的两种解释 染色体的不平衡造成的 染色体的不平衡造成的 基因平衡的改变是主要基因平衡的改变是主要 单体单体 2n 1 的起源 的起源 减数分裂时染色体不分离现象减数分裂时染色体不分离现象 物理 化学因素诱发物理 化学因素诱发 遗传控制的染色体不联会或联会消失 在减数分离时单价体出现 后期无规律分配遗传控制的染色体不联会或联会消失 在减数分离时单价体出现 后期无规律分配 缺体产生缺体产生 n 1 配子配子 单倍体产生单体 重要来源 单倍体产生单体 重要来源 单体转移 有些小麦单体能够诱发其他染色体的部分不联会 从而引起别的染色体丢失 如果由这种单体转移 有些小麦单体能够诱发其他染色体的部分不联会 从而引起别的染色体丢失 如果由这种 部分不联会个体产生的部分不联会个体产生的 n 1 配子卵中包含有原来的单体染色体 丢掉的是其他染色体 这个卵子与带配子卵中包含有原来的单体染色体 丢掉的是其他染色体 这个卵子与带 有有 n 条染色体的正常精子结合产生的单体将与当初的单体不同 这种现象叫做单体转移 条染色体的正常精子结合产生的单体将与当初的单体不同 这种现象叫做单体转移 小麦的小麦的 5B 效应 效应 5B 染色体的存在与否 对于部分同源染色体配对有重要作用的现象染色体的存在与否 对于部分同源染色体配对有重要作用的现象 Ph 基因 基因 位于位于 5B 染色体的长臂上 控制小麦部分同源染色体配对的基因 显性纯合状态时 染色体的长臂上 控制小麦部分同源染色体配对的基因 显性纯合状态时 促进同源染色体配对 严格 促进同源染色体配对 严格 隐性纯合或缺体 隐性纯合或缺体 5B 部分同源染色体配对 出现三价体或多价体 部分同源染色体配对 出现三价体或多价体 单体在遗传研究中的应用 单体在遗传研究中的应用 1 单体分析单体分析 利用单体测定基因的所在染色体利用单体测定基因的所在染色体 2 部分同源染色体和染部分同源染色体和染 色体组的鉴别色体组的鉴别 染色体代换 染色体代换 chromosome substitution 以某品种或近缘种的某条染色体来取代另一个栽培品种以某品种或近缘种的某条染色体来取代另一个栽培品种 一条相应的同源染色体或部分同源染色体 一条相应的同源染色体或部分同源染色体 染色体添加 染色体添加 chromosome addition 在不改变原有栽培种染色体组结构的情况下 仅仅添加个别 在不改变原有栽培种染色体组结构的情况下 仅仅添加个别 近缘种 野生种 的染色体 输入某些野生种的优良性状 在此基础上 还以诱发部分同源染色体之近缘种 野生种 的染色体 输入某些野生种的优良性状 在此基础上 还以诱发部分同源染色体之 间的交换 向栽培品种转移部分有用的外源基因或染色体 间的交换 向栽培品种转移部分有用的外源基因或染色体 三体传递率低的原因 三体传递率低的原因 单价体在减数分裂过程中滞后 消失单价体在减数分裂过程中滞后 消失 n 1 配子体或孢子相对较低的生活力配子体或孢子相对较低的生活力 2n 1 合子和胚胎发育的不正常合子和胚胎发育的不正常 种子较低的发芽力和较弱的幼苗种子较低的发芽力和较弱的幼苗 三体三体 2n 1 在遗传研究中的应用 在遗传研究中的应用 1 利用三体测定基因的所在染色体利用三体测定基因的所在染色体 2 利用三体配制大麦一代杂利用三体配制大麦一代杂 种种 染色体数目的进化染色体数目的进化 基本染色体组的增加基本染色体组的增加 个别染色体的增加个别染色体的增加 1 染色体结构改变的类型 染色体结构改变的类型 缺失 重复 倒位 易位缺失