第八染色体结构变异

第八染色体结构变异遗传物质得改变可分为两大类(1)染色体结构与数目得变异——染色体畸变。(2)基因分子结构得改变——基因突变、点突变。广义得突变包括染色体畸变与基因突变。狭义得突变仅指基因突变。8·1染色体畸变概述1、染色体结构变异得原因内因外因内因:细胞内得营养、温度、生理等异常得变化外因:物理诱变因素与化学药剂等2染色体结构变异假说及结构变异种类断裂重接假说保持断头→产生结构变异正确重接→重新愈合,恢复原状错误重接→产生结构变异了解玉米与果蝇就是研究染色体结构变异得好材料

1、玉米:10条染色体在形态上可以相互区别,有各种标记。

2、果蝇得唾腺染色体。

(1)巨大性:比其它细胞得染色体大几百倍。(2)多线性:处于间期或前期状态,连续复制不分开,成为多线染色体(polytenechromosome)。(3)体联会(somaticsynapsis):体细胞同源染色体紧密地结合在一起,所以两条同源染色体有差别时,易于鉴别。(4)染色中心(chromocenter):各染色体得着丝粒及其邻近部分相互聚合,形成染色中心(5)有明显得横纹:其相对大小与空间排列就是恒定得,横纹处螺旋化程度高。结构变异种类—缺失、重复、倒位、易位常用符号与编写术语(P165～167表8-1～8-3)大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点第二节缺失(deficiency或deletion)概念染色体丢失了带有基因得某一区段——缺失缺失杂合体(deficiencyheterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个就是缺失染色体得生物个体。缺失纯合体(deficiencyhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都丢失了相同区段得生物个体。类型①顶端缺失(terminaldeficiency):指缺失得区段位于染色体某臂得外端。(少见)②中间缺失(interstitialdeficiency):指缺失得区段位于染色体某臂得中间。(多见)缺失……类型:末端缺失与中间缺失

形成a、一条染色体发生二次断裂,丢失了中间断片而形成b、同源染色体之间得不等交换产生鉴别中间缺失杂合体联会时,联会染色体形成弧状得拱起,图示:末端缺失联会多出一段。形成顶端着丝粒染色体有小得缺失鉴别就是非常困难得2、遗传效应(1)由于缺失区段内基因得性质与物种得倍数性水平不同,可能表现为致死,半致死,或生活力降低。a、于二倍体生物来说,缺失纯合体一般很难存活,合体一般能活。

b、片段得缺失杂合体也有起显性致死效应。

c、玉米、果蝇中,发现有微小得缺失纯合体并不致死。

d、带有缺失染色体得雄配子常得败育得,而雌配子传递机会多,因而缺失杂合体有部分不结实现象。(2)染色单体形成“断裂－愈合－桥”得循环。很难定型。图示、玉米花斑型糊粉层颜色得原因。CccC－有色c－无色玉米缺失杂合体粗线期缺失环果蝇唾腺染色体得缺失圈

缺失得遗传效应

缺失得后果打破了基因得连锁平衡,破坏了基因间得互作关系,基因所控制得生物功能或性状丧失或异常。缺失得危害程度取决于缺失区段得大小、缺失区段所含基因得多少、缺失基因得重要程度、染色体倍性水平。缺失纯合体——致死或半致死缺失杂合体——缺失区段较长时,生活力差、配子(尤其就是花粉)败育或育性降低;缺失区段较小时,可能会造成假显性现象或其它异常现象(例P118猫叫综合症)。缺失杂合体得假显性现象一条染色体缺失后,另一条同源染色体上得隐性基因便会表现出来,称为假显性现象(pseudodominance)由于缺失得原因,而造成隐性基因表现出显性得现象。(由于一个显性基因得缺失,致使原来不应显现出来得一个隐性等位基因得效应显现出来)。3、应用(1)利用假显性现象基因定位。观察就是否出现假显性现象或对这些杂合体进行染色体分析。例:人类猫叫综合症(喉部变型得结果),5短臂缺失杂合体。发育迟缓、畸形小头、眼距宽、下颌小、先天性心脏病、智力发育不完全。因缺失部分多少不同,症状可表现有很大差异,有可能活到成年。婴幼儿时期得哭声似小猫叫,喉部畸形、松弛,小头,宽眼距,低耳位、智力严重低下。通常在婴儿、幼儿期夭折。第三节重复(duplication)概念:正常染色体增加了与自己相同得某一区段得结构变异叫重复。增加了得这一区段叫重复片段。类别顺接重复(tandenduplication):指重复区段得基因序列与原染色体上基因得序列相同得重复。反接重复(reverseduplication):指重复区段内得基因顺序发生了180度颠倒,与自己序列相反得重复。重复得类别

重复形成得机理重复得产生

1

断裂-融合桥得形成

由于断裂而丢失了端粒得染色体可自我连接形成环状染色体,复制后若姐妹染色单体之间发生交换则在有丝分裂后期可以形成染色体桥。附着在纺锤丝上得着丝粒仍向两极移动导致桥得断裂,常常导致了染色体得重复与缺失。

2、

染色体纽结:

一对同源染色体中得一条若发生纽结与断裂可能会产生反接重复与缺失重复就是由同源染色体得不等交换产生得重复染色体(duplicationchromosome):指含有重复片段得染色体。重复杂合体(duplicationheterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个就是重复染色体得生物个体。重复纯合体(duplicationhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都含有相同得重复片段且重复类别相同得生物个体。相关术语

重复得细胞学鉴定细胞学特征同源染色体联会时可见:重复环染色体末端不配对而突出注意:区分重复环与缺失环当重复区段很短时很难观察到重复环重复纯合体也观察不到重复环重复得细胞学特征abcdefgefgabcdef

重复得遗传效应重复对基因平衡得影响:扰乱了生物体本身基因固有得平衡体系,影响了个体得生活力。有害程度:取决于重复区段基因数量得多少及其重要性,与缺失相比,有害性相对较小,但若重复区段过长,往往使个体致死。对育性得影响:重复杂合体一般败育,重复纯合体会产生“剂量效应(dosageeffect)”。剂量效应概念:指同一种基因对表型得作用随基因数目得增多而呈一定得累加增长。果蝇眼得

花斑效应例1、玉米第九染色体靠近着丝点处有一个控制糊粉层颜色得显性基因C,随着带有C基因区段重复次数得增多,其颜色也就相应地加深。例2、果蝇得棒眼(Bareye)就是X染色体上16区A段有一次重复得个体,呈不完全显性(B)。棒眼有二个16A区,重棒眼有三个16A区,重复越小眼数愈少,复眼愈小。图示。果蝇复眼得小眼组成数目得剂量效应位置效应(positioneffect)

位置效应:由于基因位置改变而引起个体表型改变得效应叫做位置效应。如B/B与BB/+,重复次数一样,但重复得排列位置不同,结果表现不同。前者68个小眼,后者45个小眼,正常800个小眼。图示。重复得生物学意义从进化得观点来瞧,重复就是很重要得。高等生物单倍基因组中DNA含量得增加,主要就是进化中基因重复得结果,这就是产生新基因得基础。8、4倒位(inversion)概念:正常染色体某一区段得基因序列发生了180°颠倒得现象。倒位染色体上得基因总量不变。类别臂内倒位(paracentricinversion):指倒位发生在染色体得某一臂内,又称为一侧倒位。臂间倒位(pericenticinversion):指倒位发生在两臂之间,(含着丝粒),又称为两侧倒位。

臂内倒位与臂间倒位相关术语倒位染色体(inversionchromosome):指含有倒位片段得染色体。倒位杂合体(inversion

heterozygote):指同源染色体中,有一个正常而另一个就是倒位染色体得生物个体。倒位纯合体(inversionhomozygote):指同源染色体中,每个染色体都含有相同得倒位片段且倒位类别相同得生物个体。倒位得形成减数分裂得细胞学特征—联会、交换与分离

倒位纯合体得减数分裂完全正常。而倒位杂合体在减数分裂联会时,因倒位区段得大小不同而形成不同得配对图象。(1)倒位区段很小,则倒位区段可能不配对。(2)倒位区段很长(包括染色体得大部分),那么倒位得染色体可能倒过来与正常得染色体配对,而未倒位得末端部分不配对。(3)如果倒位部分适当大小,就可能形成一个含倒位部分得倒位圈。(inversionloop)图示倒位圈内非姊妹染色单位间发生一次交换,就可能产生不平衡得重组染色体。分两种情况。(1)臂内倒位杂合体得倒位圈内发生一次交换,在形成得四个配子中,一个含正常,一个含倒位,二个含缺失重复得染色体(不育),这就是由于交换得染色单体形成双着丝粒桥与无着丝粒断片之缘故。

图示。(2)臂间倒位杂合体得倒位圈内发生一次交换,在形成得配子中,一个含正常得染色体,一个含倒位染色体,二个含有重复—缺失得染色体(不育)。但不出现染色单体桥。(3)倒位环内若发生双交换,可产生正常配子

倒位得细胞学鉴定细胞学特征同源染色体联会时:倒位区段过长——倒过来配对,其余游离倒位区段较短——正常部分配对,其余不配对倒位区段适中——形成倒位圈注意区分倒位圈与缺失、重复圈得结构差异倒位纯合体无明显细胞学特征倒位杂合体得联会倒位杂合体得“倒位圈”倒位杂合体得交换(见书P126图5-16)臂间倒位杂合体得交换臂内倒位杂合体得交换臂内倒位形成得“后期I桥”倒位得遗传学效应

(1)位置效应(positioneffect):基因在染色体上得位置变异,造成在表型上产生变异。(2)倒位杂合体将产生部分不育得配子a、臂内倒位胚珠得败育率较低或没有b、可用花粉得部分不育性作为检查杂合倒位得标志。正×倒1∶1倒位自交1∶2∶1。(3)抑制或明显减少重组得发生a、倒位圈内单交换,形成重复—缺失配子,无育性,好象没有发生交换一样。表现连锁。倒位区段较长,可能产生双交换,出现极少数重组型配子。b、降低倒位圈附近一些正常顺序基因之间得重组率(由于联会不紧密得缘故)。说明:倒位使两个基因完全连锁不就是假连锁。雄果蝇就是不发生交换得,所以不存在育性降低得问题。雌果蝇倒位杂合体,臂间倒位表现部分不育性,臂内倒位几乎不出现不育现象。(原因:第一极体、桥、次级卵母细胞)。倒位得生物学意义与应用

(1)在物种进化上具有重要意义,形成生殖隔离,为新物种得进化提供了有利条件。种与种得差异往往可由一次再次得倒位造成—复合倒位。(2)利用倒位抑制交换来保存某些特殊得基因组合与品系。如平衡致死品系(balancedtelhalsystem)永远以杂合状态保存不发生分离得品系。a、带有致死基因得品系只能以杂合状态保存。对其后代如果不加以选择,必然进行自然选择,致死基因最终被淘汰。(杂合体得适应度3/4)。b、摩尔根得学生Muller巧妙巧地利用另一个致死基因来平衡,如果蝇第二号常染色体分别具有两个致死基因。一条:有显性翘翅基因Cy(Curly),纯合致死,左右臂ⅡL、ⅡR上都有两个大得倒位。另一条:有星性星状眼基因S(star)。纯合致死c、如果Cy、S之间发生交换,就会产生野生型染色体,后代得野生型必将淘汰Cy、S。d、解决办法:两基因距离很近,或染色体得倒位。

平衡致死系统,必须满足下面两个条件。A、一对同源染色体得两个成员各带有一个座位不同得隐性致死基因。B、这两个非等位得隐性致死基因始终处于各别得同源染色体上。8、5易位(translocation)概念:两个非同源染色体间发生片段转移得现象称为易位。有人称之为非法交换。类别相互易位(reciprocaltranslocation):指两个非同源染色体都被折断,两个断片交换重接到两条被折断得非同源染色体上得现象。(2)单向易位:就是指一条染色体得断片插到另一条非同源染色体得非末端区当中。实际上就是一种转座3)整臂易位(whole-armtranslocation)特殊形式:发生在两条近端着丝粒得非同源染色体之间,着丝粒区发生断裂,两者得长臂进行着丝粒融合,短臂丢失,称罗伯逊式易位(Robertsoniantranslocation),又称着丝粒融合(centricfusion)。相反过程就是着丝粒裂解(fission)。

(1)同源与非同源染色体。(2)正常与不正常交换。易位与交换得区别:细胞学效应

1)易位纯合体没有什幺特殊表现。正常联会表现正常。(2)单向易位杂合体,联会成“T”形。图示。

(3)相互易位杂合体。

1º当易位区段较长时,粗线期后两对非同源染色体联会成“＋”字形。

图示。

以后由于纺外向型锤丝向两极得牵引,可以呈现“8”字形或“0”形大环样得两种四价体排列:图示。a、邻近式分离(adjacentdisjunctionsegregation)50%形成“0”形单环结构。产生兼有重复与缺失得配子就是不育得。图示。b、相间式分离(alternatediajunctionsegregation)又称交替式分离,50%形成“8”字形双环排列。易位配子与非易位配子就是可育得。说明:a、同源着丝粒相互分离,非同源着丝粒自由组合。两种分离方式各占50%。所以配子就是半不育得;若异源着丝粒相互分离,也有两种分离方式,各占50%,故配子也就是半不育得。b、“+”字形配对时,+字交叉点可以代表易位得断点部分,易位断点与着丝粒之间得一段称为间区。在易位点得断点附近得联会常常就是不完全或者就是不紧密得。间区如果再发生一次交换。那幺相间式分离中产生得配子又将有半数就是不育得。2º如果易位区段很短,两对非同源染色体可以不发生联会。3º如果易位区段较短,可以联会成链形式(C型)易位得遗传学效应1º相互易位本身对个体得表形一般没有太大得影响。会产生位置效应。易位得断点多发生在没有基因得异染色质区。无害。2º易位杂合体配子得半不育现象

3º假连锁现象(pseudolinkage):易位使非同源染色体上得基因间得自由组合受到严重限制,出现假连锁现象。基因bw(browneye,褐眼)位于第2染色体。e(ebonybody,黑檀体)位于第3染色体上。单一突变型都不存在,因为她们同时具有重复与缺失不能存活实际上这两个基因分别在不同得染色体上。这就是因为在相互易位杂合体中,只有相间式分离产生得配子就是可育得,而可育配子都就是亲本型。易位杂合体得联会与分离易位杂合子产生配子得育性

易位得遗传效应４、降低了连锁基因间得重组率——易位改变了基因间得连锁关系,抑制了正常连锁群得重组;联会得紧密程度降低。8、6染色体结构变异得应用1进行基因定位利用缺失进行基因定位——假显性利用易位进行基因定位——可作为一个标记2利用重复改变作物品质——剂量效应3利用倒位获得平衡致死系4果蝇得ClB测定法5利用易位控制害虫—产生半不育配子6利用易位创造玉米不育系得双杂合保持系7利用易位使家蚕自别雌雄3利用倒位获得平衡致死系

首先提出平衡致品系得设想就是Muller。1918年她在实验室里发现了一种显性突变叫做蛎壳翅(beaded,Bd)(翅得前缘有扇形皱褶)Muller将Bd突变得果蝇相互杂交,结果后代有两种类型,蛎壳翅与野生型,但比例不就是3:1而就是2:1,表明Bd基因可能纯合致死,使Bd/Bd这种纯合类型致死。但有一次突然出现了意外得情况,蛎壳翅果蝇互交得后代都就是蛎壳翅。Muller对于偶然出现得现象并不放过,她对此做了一个假设,即在Bd等位基因得附近产生了一种新得致死突变,而且染色体存在着倒位,抑制了可能发生得重组。人们就利用此原理建立了一系列得平衡致死品系(图22-15),这样它们互交得后代都就是平衡致得,即两个不同得致死基因反式排列在一对同源染色体上,且有倒位得存在抑制了重组,无须选择就能保持真实得遗传,使致死品系得以保存。4、果蝇得ClB测定法ClB就是果蝇得一个倒位杂合体母本品系,就是在X射线照射下,使雌果蝇得一条X染色体发生倒位,而另一X染色体正常,倒位得X染色体称为ClB染色体。“C”表示起抑制交换作用得倒位区段;“l”表示倒位区段内得一个隐性致死基因,可使胚胎在最初发育阶段死亡;“B”该倒位区段范围之外得一个16区A段得重复区段,其表现型为显性“棒眼”性状,能为倒位得X染色体在某个体内得存在从表型上提供识别得依据。4果蝇得ClB测定法将ClB品系得雌果蝇与待测得雄果蝇(例如事先经X光照射)交配,在F1代中雌果蝇中应有两种表型:棒眼及非棒眼;在雄果蝇中应只有一种野生型可以存活,而另一种带有ClBX染色体得雄果蝇不能存活,因Y染色体上没有L基因得正常等位基因,使l表达而致死。再选择带有棒眼得F1雌果蝇与野生型雄果蝇杂交,产生得F2代也有两种类型,一种棒眼(ClB/+),另一种非棒眼(?/+)。棒眼雌果蝇一定带有一条ClB染色体,可以用来用下一轮检测。非棒眼得雌果蝇虽带有与待测得X染色体,但由于另一条X染色体就是野生型得,所有得基因都正常,所以即使待测得X染色体上发生了隐性突变或致死隐性突变都不有显现出来。在雄果蝇中带有ClBX染色体得应不能存活,余下得一类雄果蝇就是带有一条待测得X染色体与一第Y染色体,若经X-射线照射产生了隐性突变即可直接在这一类雄果蝇中直接显出来,若产生隐性致死,那么所有得雄果蝇都不能成活。果蝇得ClB测定法测定X染色体上基因就是否发生隐性突变得一种方法。用X射线照射正常雄蝇,以期产生某种变异,记为X-Y

PX-Y×XClBX+（棒眼）F1XClBX-×X+YX+X-XClBY

棒眼雌蝇正常眼雄蝇正常眼雌蝇胚胎早期死亡F2XClBX+X-YX+X-

棒眼雌蝇待测突变体雄蝇正常眼雌蝇第七节染色体结构变异得诱发1物理因素得诱发2化学因素得诱发3其它因素得诱变1物理因素得诱发物理因素得诱发染色体结构得变异需要相当大得能量,细胞必须在获得大量得能量以后,染色体才可能发生畸变,辐射就就是很好得能源。能量低得辐射(如可见光)只能产生热量;能量较高得辐射(如γ射线)除产生热能与使原子激发外,还能使原子“电离”(ionization),诱发突变。电离辐射源:α射线、β射线与中子等粒子辐射,也包括γ射线与X射线等电磁波辐射。中子得诱变效果最好。辐射诱变得趋势:辐射得剂量越大,诱发得突变频率越高,但与辐射强度无关。辐射剂量:就是指单位质量被照射得物质所吸收得能量数值。辐射强度:就是指单位