细胞质遗传ppt课件

第十一章细胞质遗传 第一节细胞质遗传的概念特点 第二节母性影响 第三节叶绿体遗传 第四节线粒体遗传 第五节共生体和质粒决定的染色体外遗传 第六节植物雄性不育的遗传 本章内容 第一节细胞质遗传的概念和特点 一细胞质遗传 cytoplasmicinheritance 由细胞质内的遗传物质即细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律 叫做细胞质遗传 又称非染色体遗传 非孟德尔遗传 染色体外遗传 核外遗传 母体遗传 真核生物细胞质中的遗传物质主要存在于 线粒体 质体 中心体等细胞器中 在原核和某些真核生物的细胞质中 除细胞器外 还有另一类称 附加体 episome 和共生体 symbiont 的细胞质颗粒 如 大肠肝菌的F因子细胞质基因组 所有细胞器和细胞质颗粒中遗传物质的统称 二 细胞质遗传的特点 真核生物有性繁殖过程 卵细胞 除细胞核外 能为子代提供核基因和全部或绝大部分胞质基因 精细胞 只有细胞核 极少或没有细胞质及细胞器 只能提供其核基因 基本不提供胞质基因 正交 反交 细胞质遗传的特点 1 遗传方式是非孟德尔式的 杂交后代一般不表现一定比例的分离 2 正交和反交的遗传表现不同 F1通常只表现母本的性状 3 通过连续回交能将母本的核基因几乎全部置换掉 但母本的细胞质基因及其所控制的性状仍不消失 4 由附加体或共生体决定的性状 其表现往往类似病毒的转导或感染 第二节母性影响在核遗传中 正交及反交的子代表型通常是一样的 但有时正反交的结果并不相同 子代的表型受到母本基因型的影响 而和母本的表型一样 这种由于母本基因型的影响 而使子代表现母本性状的现象叫做母性影响 又叫前定作用 母性影响的表现与细胞质遗传相似 但不是由于细胞质基因组所决定的 而是由于核基因的产物在卵细胞中积累所决定的 例 椎实螺外壳旋转方向的遗传椎实螺外壳旋转方向由一对基因控制右旋 S 对左旋 S 为显性母本基因型 卵细胞状态 后代表现型F3出现3 1分离 故又叫做延迟遗传 S S S S SS S S S S SS SS 研究发现椎实螺外壳旋转方向是由受精卵第一次和第二次分裂时的纺锤体分裂方向所决定的 受精卵纺锤体向中线的右侧分裂时为右旋 向中线的左侧分裂时为左旋 第三节叶绿体遗传一 叶绿体遗传的表现1 紫茉莉花斑性状的遗传早在1908年 孟德尔定律的重新发现者之一Correns就曾报道过不符合孟德尔定律的遗传现象 他发现紫茉莉中有一种 着生纯绿色 白色和花斑三种枝条 花斑植株 研究表明绿叶细胞含正常绿色质体 叶绿体 白细胞只含白色质体 白色体 绿白组织之间的交界区域 某些细胞里既有叶绿体 又有白色体 植物的这种花斑现象是叶绿体的前体 质体变异造成的 由此可见 决定枝条和叶色的遗传物质是通过母本传递的 2 玉米条纹叶的遗传1943年 Rhoades报道玉米的第7染色体上有一个控制白色条纹的基因 ij PIjIj ijij 绿色条纹F1Ijij全部绿色F2IjIjIjijijij3绿 1白条 Pijij IjIj 条纹绿色F1IjijIjijIjij绿条白 Ijij IjIj绿IjIjIjIjIjIjIjijIjijIjij绿条白绿条白 二 叶绿体遗传的分子基础 叶绿体DNA的分子特点 ctDNA与细菌DNA相似 裸露的DNA 闭合双链的环状结构 多拷贝 高等植物每叶绿体中有30 60个DNA 整个细胞约有几千个拷贝 高等植物ctDNA的碱基成分与核DNA无明显区别 但单细胞藻类中GC含量较核DNA小 叶绿体基因组的构成 1 低等植物的叶绿体基因组 ctDNA仅能编码叶绿体本身结构和组成的一部分物质 如各种RNA 核糖体 70S 蛋白质 光合作用膜蛋白和RuBp羧化酶8个大亚基 特性 与抗药性 温度敏感性和某些营养缺陷有关 2 高等植物的叶绿体基因组 多数高等植物的ctDNA大约为150kbp 烟草ctDNA为155844bp 水稻ctDNA为134525bp ctDNA约能编码126个蛋白质 12 序列是专为叶绿体的组成进行编码 叶绿体的半自主性有一套完整的复制 转录和翻译系统 但又与核基因组紧密联系 第四节线粒体遗传 一 线粒体遗传的表现例 红色面包霉缓慢生长突变型的遗传两种接合型均可产生原子囊果 卵细胞 和分生孢子 精细胞 无突变型 突变型 二 线粒体的分子遗传 一 线粒体DNA分子特点 mtDNA没有重复序列 mtDNA的浮力密度比较低 mtDNA的G C含量比A T少 如酵母的GC含量为21 mtDNA两条单链的密度不同 分别为重链 H 和轻链 L mtDNA非常小 仅为核DNA十万分这之一 线粒体基因组的构成 1981年Kanderson最早测出人的mtDNA全序列为16569bp 人 鼠 牛的mtDAN全序列均被测出 2个rRNA基因 22个tRNA基因 13个蛋白质基因等 第五节共生体和质粒决定的染色体外遗传 不讲 一 共生体的遗传 共生体 symbionts 不是细胞生存所必需的组成部分 仅以某种共生的形式存在于细胞之中 能够自我复制 或者在核基因组作用下进行复制 对寄主表现产生影响 类似细胞质遗传的效应 二 草履虫放毒型的遗传 结构 大核 多倍体负责营养 小核 1 2个 二倍体负责遗传 繁殖方式 无性生殖 有性生殖 自体受精 AA和aa二倍体接合 自体受精 autogamy 产生基因分离和纯合 细胞质内有卡巴粒 放毒素 草履虫素 核内有显性基因K 使卡巴粒在细胞质内持续存在 草履虫放毒型品系的遗传基础 纯合放毒型 KK 卡巴粒 与敏感型 kk 无卡巴粒 的交配可能出现两种情况 接合 接合后 自体受精后 经多次繁殖后 K k 三 质粒的遗传质粒 plasmid 泛指染色体外一切能进行自主复制的遗传单位 包括共生生物 真核生物的细胞器和细菌中染色体以外的单纯的DNA分子 目前已普遍认为质粒仅指细菌 酵母和放线菌等生物中染色体以外的单纯DNA分子 大肠杆菌的F因子的遗传最具代表性 第六节植物雄性不育的遗传 因此雄性不育不利于植物自身繁衍后代 植物雄性不育 malesterility 是指雌蕊发育正常 而雄蕊发育异常 不能产生正常功能的花粉 导致自交不结实 只能异交结实的现象 雄性不育成为了我们的好伙伴 杂交玉米 杂交高粱 一 雄性不育的类别 二 雄性不育的遗传特点 三 雄性不育在生产上的应用 讲解内容 质不育 一 雄性不育的类别 不存在 隐性核不育 显性核不育 三型学说 二型学说 F1 msms MsMs Msms F1 二各种类型雄性不育的遗传特点 雄性不育性可恢复得不到保持 不育 可育 可育 1 隐性核不育遗传特点 2 显性核不育的遗传特点 雄性可育 雄性不育性得不到恢复与保持 雄性不育 Msms msms MsMs 雄性不育 F1 正常可育 雄性不育 雄性不育 S rr 3 质 核不育遗传特点 核可育基因R 胞质不育基因S 核不育基因r 胞质可育基因N S R 胞质不育基因S 核可育基因R N N 或S R S rr S RR N Rr S Rr 可育 N rr N RR S Rr S rr 不育 F1 可育 1 遗传可能组配情况 不育 把上述5种杂交组合归纳为 S rr N rr S rr 具有保持母本不育性在世代中稳定的传递能力的材料 称为保持系 B 把母本不育性在后代能被保持的雄性不育材料称为不育系 A S rr N RR 或S RR F1S Rr 把具有恢复不育系后代全部植株育性能力的材料 称为恢复系 R 具有恢复不育系后代部分植株育性能力的材料 称恢复性杂合体 孢子体不育和配子体不育 孢子体不育 花粉的育性受植株基因型所控制 而与花粉本身所含基因无关 孢子体基因型 S rr S RR S Rr r R 败育 正常 正常 2 质核雄性不育遗传特征 配子体基因型 S rr S RR S Rr r R 败育 正常 r R 正常 败育 配子体不育 花粉育性直接受雄配子体 花粉 本身的基因所决定 株间分离 S Rr 败育 RR Rr 穗上分离 孢子体与配子体杂合基因型的遗传鉴定 孢子体 RR rr Rr Rr 正常 胞质不育基因多样性与核育性基因对应性 胞质基因多样性 S1 S2 S3 Sn 核育性基因对应性 r1 R1 r2 R2 单基因不育性和多基因不育性 单基因不育性 一对或两对核内主基因与对应的不育胞质基因决定的不育性 多基因不育性 由两对以上的核基因与对应的胞质基因共同决定的不育性 杂种优势利用 三系 配套育种 三 雄性不育性在生产上的应用 生产杂交种子 杂交水稻之父 袁隆平 甲材料 乙材料 F1杂交种子 优势很强 很难得到大量杂交种子 1 不育系和保持系的选育 甲材料N r1r1 不育系S rr 新不育系 S r1r1 育性要恢复好 产量要高 制种效益要好 2 水稻恢复系的选育 恢复系 F1杂交种 S Rr 杂交种生产 不育系生产 实践上如何应用三系法生产杂交种子 不育系繁殖 保持系 不育系 恢复系 保持系 不育系 杂交种 恢复系 不育系生产 杂交种生产 3 应用三系法配制杂交种示意图 四 质核基因互作雄性不育性机理的几种假说 1 质核互补控制假说 认为胞质不育基因存在于线粒体上 mtDNA某个或某些节段发生变异 胞质基因由Ns时 线粒体mRNA所转录的不育性信息使某些酶不能形成 或形成某些不正常的酶 从而破坏花粉形成的正常代谢过程最终导致花粉败育 mtDNA发生变异后是否一定导致花粉败育 还与核基因的状态有关 一般情况下 只要质核双方一方带有可育的遗传信息 无论是N或R均能形成正常育性的花粉 R可补偿S的不足 N可补偿r的不足 只有S与r共存时 由于不能互相补偿表现不育 2 能量供求假说 认为线粒体是胞质雄性不育的载体 育性与线粒体能量转化效率有关 进化程度较高 栽培品种中线粒体能量转化率高 供能高 供求平衡雄性可育 雄性不育 高供能母本 低耗能父本 低供能母本 高耗能父本 3 不育系的转育 不育株 珍汕97 回交 珍汕97A 珍汕97B 珍汕