遗传信息的改变

遗传信息的改变

一、染色体畸变二、基因突变三、突变的抑制与DNA的修复四、重组与转座遗传信息的改变主要内容第2页,共49页，2024年2月25日，星期天一染色体畸变

细胞在分裂过程中染色体的数量和结构发生变化称为染色体畸变。（一）染色体结构的改变指在自然突变或人工诱变的条件下使染色体的某区段发生改变，从而改变了基因的数目、位置和顺序。其类型主要包括：

缺失（丢失了某个DNA片段），

重复（增加了某个DNA片段），

倒位（DNA没有增加和减少，而是某一DNA片段的排列方向发生了改变）

易位(某一DNA片段的染色的某一位置在移到另一个新的位置上）。一对同源染色体存在相同的结构改变称结构纯合体，若仅其中一条染色体结构发生改变叫结构杂合体。第3页,共49页，2024年2月25日，星期天1、缺失Deletion：染色体断裂而丢失了一段，其中所含的基因也随之丧失，使生物性状有明显的改变。（1）缺失类型a.中间缺失：稳定、较普遍；b.末端缺失：缺少端粒，不稳定、少见；（2）缺失形成机制a.染色体损伤→断裂→末端缺失；b.染色体纽结→断裂→中间缺失；c.联会→不等交换→缺失+重复（3）缺失的表现（示例）a.致死：妊娠自发流产胎儿，经细胞遗传学分析检查，有2/3染色体异常，说明染色体异常常是致死性的，仅少数出生并存活。b.异常：儿童中的猫叫综合症由第五对常染色体一短臂缺失所致，患儿哭声像猫叫，两眼距离较远，智力低下，生活力差。c.显性基因缺失导致假显性或拟显性。（4）应用：部分功能基因定位（Y染色体区段缺失导致性反转→控制睾丸分化的SRY基因）；第4页,共49页，2024年2月25日，星期天2、重复Duplication：一条染色体的断裂片段接到同源染色体的相应部位，结果后者就有一段重复基因。（1）重复类型a.顺接重复；b.反接重复；c.同臂重复；d.异臂重复；e.重复杂合体（HD+HN）；f.重复纯合体（HD+HD）（2）重复形成机制a.断裂-融合桥的形成；b.染色体纽结；c.不等交换（3）重复的表现a.破坏正常连锁群，影响交换率；b.表型异常：c.位置效应：一个基因随着与相邻基因的位置关系改变而影响表型改变。d.剂量效应：基因数目不同引起表型改变；（4）应用：a.研究位置效应；b.固定杂种优势；第5页,共49页，2024年2月25日，星期天

顺接重复-重复片段上基因排列顺序与染色体的原基因排列顺序相同

反接重复-重复片段上基因排列顺序与染色体的原基因排列顺序相反ABCDEFABCDEEDCFABCDECDEF第6页,共49页，2024年2月25日，星期天Anincreaseinthenumberofcopiesofachromosomesegment第7页,共49页，2024年2月25日，星期天3、倒位Inversion：染色体某一片段作180°的颠倒，造成染色体上的基因排列顺序改变。（1）倒位类型a.臂内倒位：倒位片段在染色体一臂之内；b.臂间倒位：倒位片段涉及染色体两臂（跨着丝粒）；（2）倒位形成机制a.染色体纽结→断裂→重接；b.转座子引起倒位；（3）倒位的表现a.引起基因重排；b.形成环状倒位圈：c.倒位区段大则影响生活力；d.因生殖隔离促进物种进化；（4）应用：致死基因的保存；第8页,共49页，2024年2月25日，星期天Resultofpairingandcrossing-overwithinaninversion第9页,共49页，2024年2月25日，星期天4、易位Translocation：染色体发生断裂，断裂片段接到非同源染色体上的现象，易位可使原来不连锁的基因发生连锁。（1）易位类型a.相互易位；b.单向易位；c.罗伯逊易位：两个非同源端着丝粒染色体出现着丝粒融合，形成一大的中或近中着丝粒染色体。（2）易位形成机制a.断裂后的非重建性愈合；b.转座子作用；（3）易位的表现a.改变正常连锁群；b.位置效应；c.基因重排导致癌基因活化；d.假连锁；e.降低繁殖和生产性能；（4）应用：诱变易位用于动物育种；第10页,共49页，2024年2月25日，星期天易位的细胞与遗传学效应易位的细胞学效应--出现具有特征性的十字形图象遗传学效应--易位杂合体产生部分不育配子第11页,共49页，2024年2月25日，星期天Translocation第12页,共49页，2024年2月25日，星期天5、环状染色体

当一条染色体的两臂各有一次断裂，有着丝粒节段的两个断端如彼此重新连接，可形成环状染色体，这在辐射损伤时尤为常见。6、等臂染色体一次染色体断裂如果发生在着丝粒区，使着丝粒横断，则两个臂的姐妹染色单体可分别互相连接，结果形成两条与短臂和长臂相应的等臂染色体；等臂染色体还可能有其它的形成机理，如通过两条同源染色体着丝粒融合，然后短臂和长臂分开，两条短臂和两条长臂借着丝料分别各自连接成一条等臂。第13页,共49页，2024年2月25日，星期天7、双着丝粒染色体

两条染色体断裂后，具有着丝粒两个片段相连接，即形成一个双着丝粒染色体。两个无着丝粒片段也可以连接成一个无着丝粒片段，但后者通常在细胞分裂时丢失。双着丝粒染色体常见于电离辐射后，因此在辐射遗传学中常用以估算受照射的剂量。8、插入一条染色体的某一节段插入另一染色体中称为插入。显然，只有发生了三次断裂时插入才有可能，插入可以是正位的，也可以是倒转180度后反向的。插入如发生在同源染色体间，则导致一条染色体中发生重复，而另一条同源染色体中发生同一节段的缺失。第14页,共49页，2024年2月25日，星期天9、姐妹染色单体交换

一条染色体的两条单体在同一位置发生同源片段的变换，称为姐妹染色单体交换（SCE）。由于交换是对等的，所以染色体的形成没有改变，但用特殊的培养液和处理方法可以显示出来。

SCE的遗传学意义还不完全清楚，与DNA损伤和修复过程可能有关。它在诱变和肿瘤研究等领域中的应用十分广泛。例如，目前已知许多环境诱变剂、职业有害因素、抗肿瘤药物、病毒等都可以引起SCE率增加，Bloom综合征患者和某些肿瘤患者的SCE率也明显上升。第15页,共49页，2024年2月25日，星期天Cancerisoftenassociatedwithchromosomalabnormalities第16页,共49页，2024年2月25日，星期天核型描述常用符号及其意义第17页,共49页，2024年2月25日，星期天（二）Variationsofchromosomenumbers染色体数目变异染色体组型Euploid倍数性变异Aneuploid非倍数性变异Geneticmosaic嵌合体第18页,共49页，2024年2月25日，星期天1、染色体组及染色体数目的类型

（1）染色体组：细胞中形态和功能上各不相同，但是都携带着控制一种生物生长发育、遗传变异的全部信息的一组非同源染色体。基因组：每个人类体细胞中的细胞核中包含分别来自父体和母体的两套染色体，基因组就是每一套染色体上的全部基因。基因组包括有机体的全部遗传特征。（2）染色体数目变异的类型单倍体：是指体细胞含有本物种配子染色体数目的个体叫该物种的单倍体；二倍体：凡是体细胞中含有两个染色体组的个体。多倍体：凡是体细胞中含有三个以上染色体组的个体。

第19页,共49页，2024年2月25日，星期天2.染色体的倍数性变异第20页,共49页，2024年2月25日，星期天

普通西瓜为二倍体（2n=22），普通西瓜在幼苗期用秋水仙素处理，可以得到四倍体西瓜（4n=44）。把四倍体作为母本（配子2n=22），普通西瓜为父本（配子n=11），杂交产生三倍体西瓜（3n=33），它不能产生可育的配子，不能正常结子，即为无子西瓜。染色体的倍数性变异的应用：无子西瓜第21页,共49页，2024年2月25日，星期天3.非倍数性变异

在二倍体染色体数目基础上发生个别染色体增加或减少的个体叫做非整倍体（aneuploid）。染色体数目的这种变异叫做非倍数性变异第22页,共49页，2024年2月25日，星期天染色体的非倍数性变异单体：二倍体染色体组丢失一条染色体；2n-1；缺体：丢失一对同源染色体；2n-2；三体：多了一条染色体；2n+1；双三体：多了两条不同的染色体；2n+1+1；四体：多一对染色体，导致某染色体具有四倍性；2n+2第23页,共49页，2024年2月25日，星期天Aneuploidvariationsinmeiosis第24页,共49页，2024年2月25日，星期天Aneuploidvariationsinmitosis第25页,共49页，2024年2月25日，星期天Aneuploidvariationsinmitosis第26页,共49页，2024年2月25日，星期天4.嵌合体：嵌合体指含有两种以上染色体数目或类型细胞的个体；两种或两种以上细胞组成的个体称为嵌合体

，在受精及受精卵的早期，受精或早期卵裂阶段发生了异常受精或染色体不分离、染色体丢失及核内复制等可导致嵌合体发生，如46,XX/47,XXX或46,XX/45,XO。雌雄嵌合体指含有雌雄两种细胞类型。我们把以上染色体组成不同于二倍体的细胞或个体统称为异倍体。异倍体产生的机理主要与染色体不分离和内复制有关。形成机制：染色体的不正常分裂。

第27页,共49页，2024年2月25日，星期天人类的两性嵌合体人类的两性嵌合体既具有男性内生形殖腺睾丸，又具有女性的卵巢。有一种类型的两性嵌合体为xo/xyy，此可能是在xy合子发育早期,在有丝分裂中两条y染色体的姐妹染色体单体没有分离，同趋于一极，使另一极缺少了y染色体。这样，一个子细胞的后代为xyy,另一个子细胞的后代为xo。这种个体的表型性别取决于身体的某一组织是由什么样类型细胞克隆组成的，是xyy型，还是xo型。如果不是在受精卵一开始分裂就产生染色体不分离的话，就可能产生三种类型的嵌合体xy/xo/xyy。它含有一个正常男性细胞的克隆。

另一种两性嵌合体为xo/xy。此可能是xy合子在发育早期的有丝分裂中丢失了一条y染色体所致。真两性畸形中的xx/xy可能是两个受精卵融合的结果,产生了异源嵌合体(chimera)。通常称两性嵌合体为两性畸形（gynandromorphs）。在动物中也发现两性畸形的存在。第28页,共49页，2024年2月25日，星期天嵌合体与癌的关系体细胞非整倍体和其产生的嵌合体往往和癌也有关。前面(见19章)已介绍了费域染色体是22号染色体长臂易位到了9号染色体上。但在慢性髓性白血病（CML）患者中发现了非整倍体，即增加了一条Ph染色体。在一项研究中发现在67例CML患者中有33人带有额外的Ph染色体和各种非整倍体，其中确定28人是17号染色体的长臂三体。在58例急性髓性白血病患者中有21人为8号染色体的非整倍体；16人为9号染色体的非整倍体；10人为21号染色体的非整倍体。在另一项研究中发现15例肠癌患者中有12人的带有异常染色体。它们常为8，13，15，17或21染色体的三体。这些研究建立了染色体异常和癌的相关性，但具体的致癌机理尚不清楚。有可能影响到某些癌基因表达的异常所致。第29页,共49页，2024年2月25日，星期天

（三）人类染色体疾病1、常染色体病：主要包括三体综合征、单体综合征、部分三体综合征、部仿单体综合征和嵌合体５类。这类疾病的共同临床特征有生长发育迟缓、智力发育不良并伴有多发畸形等。(1)21三体综合征：称先天愚型或唐氐综合征。是发病率最高的染色体病，在新生儿中的发病率约为１/800－1/600。男性多于女性。核型分为单纯三体型（92.5%）；罗伯逊易位型及相互易位型（4.8%）；嵌合体型(2.7%)。(2)18三体综合征：又称爱德华综合征。核型可有18三体型（80%）；嵌合型（10%）；易位型（10%）。(3)三体综合征：又称帕韬综合征。核型80%为游离型，20%为易位型和嵌合型。(4)5P－综合征：又称为猫叫综合征。为最常见的染色体缺失综合征。核型为5号染色体的短臂缺失，其缺失部位内含5P14或5P15。该综合征的最大特征是患儿有猫叫样啼哭声。第30页,共49页，2024年2月25日，星期天2、性染色体病：性染色体病是由性染色体X或Y染色体结构或数目异常引起的疾病。这类疾病的共同特征是性发育不全或两性畸形、智力低下等，也可表现为原发闭经、生殖力下降或智力较差。1、Klinefelter综合征：也称为先天性睾丸发育不全或原发性小睾丸症。其核型较正常多出一条X染色体。80%为47,XXY；15%患者为嵌合型，如46,XY／47，XXY；46,XY／48,XXXY，其它约为5%，如48,XXXY，49,XXXXY。多数无精子产生及无生育能力；其性情体态表现趋于女性化。2、Turner综合征：又称先天性卵巢发育不全综全征。其核型有多种类型，但以一条X染色体的缺失或部分缺失或其它改变为特征。该综合征在女性新生儿中的发病率约为1/2500，在成年女子中约为1/3500，在原发闭经患者中约占1/3。一般无生育能力。第31页,共49页，2024年2月25日，星期天二基因突变（一）、基因突变的概念及其类型1.基因突变：指染色体上某一基因位点内部发生了化学性质的变化，与原来基因形成对应关系；通常指DNA序列的改变，不包括DNA重组。

2.基因突变的类型

（1）显隐性突变：显性突变：a→A；隐性突变：A→a

（2）自发突变与诱发突变自发突变：自然条件下自发形成的突变；诱发突变：人为理化因素处理生物体或细胞引起的基因突变。

（3）正向突变与回复突变：正向突变：野生型基因经过突变成为突变型基因的过程。回复突变：突变型基因通过突变而成为原来野生型基因。第32页,共49页，2024年2月25日，星期天（二）、基因突变的频率及时期

1.突变率：自然条件下，基因突变的频率是很低的。基因突变率的估算方法因生物生殖方式的不同而不同。在有性生殖的生物中，突变率通常用每一个配子发生突变的概率，即用一定数目配子中的突变配子数表示。在无性繁殖的细菌中，突变率是用每一个细胞世代中每个细菌发生突变的概率，即用一定数目的细菌在一次分裂过程中发生突变的次数表示。不同生物和同一生物个体的不同基因的自发突变率是不相同的。

2.突变可以发生在性细胞或体细胞的不同阶段：种系突变：发生在性细胞，在后代的体细胞和性细胞中都存在；体细胞突变：发生在体细胞，不能遗传给下一代：致死突变：能使生物体死亡的突变称为致死突变。第33页,共49页，2024年2月25日，星期天（三）、基因突变的一般特征

1.重复性:---2.可逆性:---3.多向性:---4.平行性:---5.有利性与有害性:---第34页,共49页，2024年2月25日，星期天（四）、基因突变的分子机制

1.碱基替换：（1）类型：a.转换（嘌呤取代嘌呤；嘧啶取代嘧啶）；b.颠换（嘌呤与嘧啶间互换）；（2）遗传效应：a.同义突变（samesensemutation）：碱基替换翻译出的氨基酸不改变。b.错义突变（missensemutation）：碱基替换的结果引起氨基酸顺序的变化。有些错义突变严重影响蛋白质活性，从而影响表型，甚至是致死的。第35页,共49页，2024年2月25日，星期天c.无义突变（nonssensemutation）：碱基替换导致终止密码子（UAG/UAA/UGA）出现，使mRNA的翻译提前终止。d.非编码区的碱基替换影响基因表达效率。2.移码突变概念：在DNA分子的外显子中插入或缺失1个或2个或4个核苷酸而导致的阅读框的位移。从插入或缺失碱基的地方开始，后面所有的密码子都将发生改动，翻译出来氨基酸完全不同于原来的，遗传性状发生很大差异。遗传效应：往往产生无功能的蛋白质。第36页,共49页，2024年2月25日，星期天（五）、自发与诱发突变1、自发突变（1）DNA复制错误（2）自发的化学变化（脱氨基和脱嘌呤）（3）转座成分的致变（4）增变基因的作用：某些基因突变后引起整个基因组突变频率的增加。2、诱发突变（1）化学诱变：碱基类似物；烷化剂、亚硝酸；EB（2）物理诱变因素：电离射线：X、r紫外光线：254~260nmUV；嘧啶（TT二聚体）（3）应用：诱变育种、航空育种第37页,共49页，2024年2月25日，星期天

正常人的红细胞是圆饼状的，镰刀型细胞贫血症患者的红细胞却弯曲的镰刀状的。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会导致死亡。分子生物学的研究表明，镰刀型细胞贫血症是由基因突变引起的一种遗传病，β基因第6位密码子GAG变成GTG。

镰刀型细胞贫血症第38页,共49页，2024年2月25日，星期天三突变的抑制与DNA的修复

细胞中存在完整的突变抑制及DN修复系统，其作用能降低生物的突变频率，从而保证遗传的稳定性。（一）突变的抑制1.密码子的兼（简）并性功能基因编码区的碱基突变多为同义突变（DNA中的碱基突变导致密码子改变，但未改变编码的氨基酸）。2.基因内突变的抑制双移码突变-/+；+/-3.基因间的突变抑制无义、错义和移码突变时的tRNA基因改变，使装配系统氨基酸。第39页,共49页，2024年2月25日，星期天（二）DNA的修复1.DNA复制的修复DNA的聚合酶修复；错配修复；U糖基酶修复2.DNA损伤的修复

DNA分子结构的改变称作DNA损伤。紫外线引起DNA损伤的修复包括a.光修复：在光复活酶作用下利用光能使损伤的DNA复原；b.暗修复：不利用光能，在多种酶作用下修复，即切割修复；c.重组修复：通过DNA重组完成修复；d.SOS修复：急救修复或差错倾向修复；e.二聚体糖基酶修复。3.其他损伤的修复

第40页,共49页，2024年2月25日，星期天四重组与转座

（一）DNA重组DNA重组是指由于不同DNA链的断裂和连接而产生的DNA片段的交换和重新组合，形成新的DNA分子的过程。DNA重组与基因突变是生物变异的主要来源，有利于维持遗传多样性和促进生物进化。根据重组的机