第三讲染色体畸变电子教案

1、第九章 染色体畸变陇东学院课程教案课题及课时：第九章 染色体畸变授课类型 理论课授课时间第 周第 节教学目标：掌握染色体畸变的类型及发生机制。熟悉染色体畸变发生的原因。了解染色体畸变的分子细胞生物学效应。教学要点：染色体畸变的类型及发生机制。教学重点和难点：重点：染色体畸变的类型和发生机制。难点：染色体畸变的发生机制。 教学手段与方法：情境导入，多媒体演示、理论讲授教学过程：【导入新课】染色体畸变是体细胞或生殖细胞内染色体发生的异常改变。畸变的类型和可能引起的后果在细胞不同周期和个体发育不同阶段不尽相同。染色体畸变包括染色体数目变异和染色体结构变异。据调查，在新生活婴中染色体异常的发

2、生率为0.7%，在自发流产胎儿中约有50%是由染色体畸变所致。第1节 染色体畸变发生的原因染色体畸变可以自发的产生，称为自发畸变；也可以通过物理的、化学的和生物的诱变作用而产生，称为诱变畸变；还可由亲代遗传而来。母亲受孕时年龄 孕母年龄愈大，子代发生染色体病的可能性愈大，可能与母体卵子老化有关。物理因素 人类染色体对辐射甚为敏感，孕妇接触放射线后，其子代发生染色体畸变的危险性增加。病毒感染 传染性单核细胞增多症、流行性腮腺炎、风疹和肝炎等病毒都可以引起染色体断裂，造成胎儿染色体畸变。化学因素 许多化学药物、抗代谢药物和毒物都能导致染色体畸变。遗传因素 染色体异常的父母可能遗传给下一代。第2节

3、染色体数目异常及其产生机制多数真核生物的体细胞中，都具有两个染色体组，这样的生物体和它们的体细胞都称为二倍体(2n)。二倍体的生殖母细胞经过减数分裂产生的配子中只有一个染色体组,称为单倍体(n)。某一染色体的数目的增减称为非整倍性改变；成套的染色体组数目的增减则称为整倍性改变（见染色体倍性）。非整倍性和整倍性改变统称为异倍性改变。一、非整倍性改变非整倍性染色体数目畸变可分为：单体性二倍体细胞的某同源染色体只有一个而不是两个的现象，即2n-1。大多数动植物的单体性个体不能存活，存活的单体最初是在小麦中发现的。普通小麦中有成套的21种不同的单体，普通烟草有成套的24种不同的单体，它们是细胞遗传学研

4、究的有用工具（见基因定位）。在人类中，除特纳氏综合征（45，X）属性染色体单体外，常染色体单体性的胚胎常死于子宫内。缺体性二倍体生物的体细胞缺失了某一对同源染色体的现象，即2n-2。缺体最早在燕麦中发现。缺体性个体一般也不能存活。但普通小麦等少数物种有人工保存的成套缺体性个体。在恶性肿瘤细胞里也有缺体性细胞系。三体性二倍体细胞的某同源染色体为三个的现象，即2n+1。三体的存在最初是在茄科植物曼陀罗中发现的。人类的唐氏综合征患者的核型式是47，XX或XY， 21，即21号染色体比正常人多一个。克氏综合征患者的核型式是47，XXY，即性染色体X比正常人多一个。三体性个体一般都能存活。多体性二倍体细

5、胞的某同源染色体的数目在三个以上的现象。例如人类染色体病中见到的48，XXXX四体或49，XXXXX五体等都是。超二倍性和亚二倍性是指二倍体生物的体细胞多了若干个或少了若干个染色体的现象，也属于非整倍性畸变，常见于离体培养的肿瘤细胞。产生非整倍性个体的主要原因是在生殖母细胞经减数分裂形成配子的过程中或在受精卵的卵裂过程中染色体的复制和分配异常所致，而且主要是由减数分裂后期某一对同源染色体不分离或后期某一染色体的两个染色单体不分离引起的。如果不分离发生在配子形成过程中，那么就形成n 1和n-1两类异常的配子。当这些配子与正常配子(n)结合,就发育为单体性(2n-1)或三体性(2n

6、60;1)个体。如果不离开发生在受精卵经卵裂形成早期胚胎的过程中，那么单体性和三体性的体细胞就可以在同一个体中同时存在，从而形成嵌合体。2、 整倍性改变如果染色体的数目变化是单倍体(n)的整倍数，即以n为基数，成倍的增加或减少，则称为整倍性改变。在2n的基础上，如果增加一个染色体组，即染色体数为3n，即三倍体；若在2n的基础上增加2个n，则为4n，即四倍体。三倍体以上的有统称为多倍体，如果在2n的基础上减少一个染色体组，则成为单倍体。整倍性改变的机制主要有双雌受精、双雄受精、核内复制和核内有丝分裂等。 （一）双雄受精一个正常的卵子同时与两个正常的精子发生受精称为双雄受精，即两个精子同时进入一个

7、卵子内，形成3n合子，最后发育成3n个体。 （二）双雌受精一个二倍体的异常卵子与一个正常的精子发生受精，从而产生一个三倍体的合子，称为双雌受精，一个二倍体卵子与一个正常精子受精形成一个三倍体的合子。二倍体卵子形成的原因之一是第二次减数分裂过程中，次级卵母细胞没有形成第二极体，使应分给第二极体的染色体仍留在卵细胞中。 （三)核内复制核内复制是指在无有丝分裂的情况下细胞内发生一次或几次DNA合成并导致细胞多倍体化。核内复制是植物细胞内最普遍的细胞多倍体化的方式，能在正分化和扩张的细胞中发现。本文主要介绍了植物细胞核内复制的遗传发育、环境及激素等控制因素及其分子机制。第3节 染色体结构畸变及其产生机

8、制 染色单体或染色单体间结构的变化有两种形式：简单的缺失，即单体断裂下来的片断丢失；结构重排，即发生在同一染色体臂内或臂间的单体内互换和发生在不同染色体的单体间的互换。互换可以相等或不相等。 单体间互换按重接方式又可分为两种类型。如果断裂端以着丝粒为中心的近心部与近心部相接，远心部与远心部相接，称为U型互换。如果断裂端的近心部与远心部相接，则称为X型互换。U型互换是不对称互换，X型互换是对称互换。 （一）缺失染色体臂发生断裂并丢失一部分遗传物质的结果。一个染色体臂发生了断裂，而这种断裂端未能与别的断裂端重接，那么就形成一个带有着丝粒的片段和一个没有着丝粒的片段。后者在细胞分裂过程中不能定向而被

9、丢失。带有着丝粒的片段便成为一个发生了末端缺失的染色体。如果一个染色体发生两次断裂而丢失了中间不带有着丝粒的片段，留下的两个片段重接以后便成为发生了中间缺失的染色体。如果同一染色体的两臂同时发生了断裂，而余下的两臂的断面间又发生重接，便形成环形染色体。根据所丢失的染色体片段的大小，缺失所带来的危害性也各不相同。较大的缺失往往带来致死效应，而微小的缺失则并不致死。如果缺失部分包括某些显性等位基因，那么同源染色体上与这一缺失相对应位置上的隐性等位基因就得以表现，这一现象称为假显性。在玉米中，如果染色体上带有颜色决定基因的区段缺失则常能产生特定的表型效应，例如白苗与褐色中脉等。在人类中，染色体的部分

10、缺失常导致染色体病，如猫叫综合征就是由于5号染色体的短臂部分缺失所致。 （二）重复一个染色体上某一部分出现两份或两份以上的现象。首尾相接的重复称为衔接重复或串接重复;首尾反方向连接的重复称为颠倒衔接重复或倒重复。重复部分可以出现在同一染色体上的邻近位置，也可以出现在同一染色体的其他位置或者出现在其他染色体上。重复杂合体具有特征性的减数分裂图象，它的染色体在进行联会时重复片段在同源染色体上找不到相应的结构，因而形成称为重复环的环状突起。类似的图象可以在果蝇的重复杂合体的唾腺染色体中看到。在缺失杂合体细胞中也同样可以看到图象相似的缺失环。重复的遗传效应比缺失来得缓和，但重复太大也会影响个体的生活力

11、，甚至引起个体的死亡。染色体上某些区域的重复可以产生特定的表型效应，例如果蝇的显性基因棒眼(Bar eye,B)就是重复的结果。主要的表型效应是复眼中的单眼数减少，使复眼呈棒状而不是通常的卵圆形。在这种果蝇的唾腺染色体上可以看到X染色体上明显的横纹重复（见位置效应）。可是对于一般的染色体来说,不通过显带法是很难检出重复的。 （三）倒位 一个染色体上同时出现两处断裂，中间的片断扭转180°，重新连接起来而使具有同源染色体的细胞这一片段的基因的排列顺序颠倒的现象。颠倒片段包括着丝粒的倒位称为臂间倒位；不包括着丝粒的倒位称为臂内倒位。两个断裂点与着丝粒之间的距离不等的臂间倒位是容

12、易识别的，等距离的倒位则除非应用显带技术一般不易察觉。倒位杂合体也具有特征性的减数分裂图象，它的倒位染色体和正常同源染色体联会时出现倒位环。臂内倒位杂合体如果在倒位环内发生一次交换便形成一个有两个着丝粒的染色单体和一个没有着丝粒的片断，这样在减数分裂后期就会出现染色体桥和没有着丝粒的片段，后者往往无法进入子细胞核中；而有两个着丝粒的桥被拉断后，虽然两个染色体可分别进入子细胞，但由于断裂位置不一，往往带来缺失而导致配子的死亡。 （四）易位一个染色体臂的一段移接到另一非同源染色体的臂上的结构畸变。两个非同源染色体间相互交换染色体片段称为相互易位。相互易位的染色体片段可以是等长的，也可以是不等长的。

13、两个或两个以上染色体之间发生相互易位时，如果这些染色体的近心端相接，就形成双着丝粒体或多着丝粒体。双着丝粒体同时具有两个有功能的着丝粒，它们在细胞分裂后期各自趋向两极，从而出现后期桥。如果这种桥被拉断，往往导致细胞死亡。然而根据玉米胚乳细胞的研究，认为染色体桥虽可被拉断，但两端的两个着丝粒仍可顺利地进入细胞的两极并参与子细胞的形成，而且它们的断裂端仍然开放着并可重接。当再次相接后就会在下一次分裂的后期形成另一个桥，这种“断裂-融合-桥”周期可以持续许多个细胞世代。整臂易位是整个臂（或几乎是整个臂）之间的易位，这种易位的结果可以产生结构不同的两个新的染色体。在整臂易位中又有一种特殊的情况，即两个

14、同源的（或非同源的）近端着丝粒染色体的着丝粒相互融合，成为一个中央（或亚中央）着丝粒染色体，结果导致染色体数目减少，但臂数不变。这种整臂易位称为罗伯逊氏易位,为W.R.B.罗伯逊于1916年所发现。例如小鼠属中,最普遍的核型是40个近端着丝粒染色体，可是在某些野鼠的细胞中则出现若干双臂染色体。这些双臂染色体就是通过着丝粒融合形成的。一般认为在哺乳动物的核型进化中，着丝粒融合是最普通的一种形式。 （五）环状染色体（ring)：如染色体的长、短臂同时各发生一次断裂后，含有着丝粒节段的长、短臂断端相接，即形成环状染色体。这一异常在遗传上是不稳定的，因为其染色体环随染色体复制而必须打开一次。 （六）等臂染色体(isochromosome):当染色体的着丝粒非以纵向分裂，而发生了横向分裂时，使一个子代细胞接受两条长臂，另一个接受两条短管所形成之。等臂染色体是最常见的染色体的结构异常。 （七）染色体复制（duplication）:系染色体的一部分被复制，新复制的一段染色体可位于同条染色体内，或附着到另一条染色体上，或成为独立的节段。实际上，染色体复制的发生率高于染色体缺失，但由于并无遗传物质的丢失，表型异常不常见，而可能被忽视之。第四节 染色体结构畸变的分子生物学效应（自学）思考题、讨论题及其他形式的作业：1. 什么是染色体畸变？2. 染色体畸变的类型