现代遗传学教程-从基因到表型的剖析（第4版）课件 第5章染色体畸变

第5章染色体畸变ChromosomeAberration中山大学《遗传学》2025版授课老师：XXXXXX@染色体结构的改变与遗传02染色体数目的改变与遗传03人类染色体疾病0123学习要点概念掌握染色体畸变缺失重复倒位易位罗伯逊易位整倍体非整倍体同源多倍体异源多倍体染色体病假显性嵌合体理解规律

各种染色体畸变的细胞学与遗传学效应了解应用

染色体畸变的遗传学规律在生产、生活中的应用，例如利用倒位的交换抑制效应可以保存带有致死基因的品系(平衡致死系)，同源多倍体和异源多倍体在植物育种和生产中的应用等。染色体结构的改变与遗传01SECONE45染色体畸变染色体是遗传物质的载体，在特定的物种中，通常有稳定的染色体数目和结构，但它们也会发生各种异常变化，染色体结构和数目的异常改变统称为染色体畸变。

猫叫综合征患者哭声像猫叫，智力低下，发育迟缓。病因何在？

慢性粒细胞白血病显微镜下可观察到患者的22号染色体比正常人短1截，而9号染色体比正常人长1段。这一切是怎么发生的？从熊进化到大熊猫的过程中，染色体发生了哪些重大的改变？6染色体畸变不同的染色体畸变导致生物产生不同的遗传学效应并导致许多人类疾病的发生。与此同时，染色体畸变在物种进化中具有重要的意义，在实际生产中也有很大应用价值。染色体畸变染色体结构的改变染色体数目的改变缺失重复倒位易位整倍体变化非整倍体变化71.染色体结构的改变与遗传染色体的结构变异：基因组结构大片段的改变，导致染色体部分增加、缺失、重排等变异。源于染色体的断裂（breakage）和重接（rejoin），包括：

缺失（Del:deletion,deficiency）

重复（Dp:duplication,repeat）

倒位（In:inversion）

易位（T:

translocation）

转座（transposition）（第12章遗传重组的分子机制）8染色体结构的变异类型91.1缺失—染色体部分片段的丢失

缺失的起源和检测

缺失的细胞学与遗传学效应：

缺失环（deletionloop,deficiencyloop）假显性（pseudodominance）

人类染色体缺失引起的疾病：

5p-引起的猫叫综合症（cri-du-catsyndrome）10缺失（Deletion）现象：染色体上部分片段的丢失。原因：断裂后没有重接。Deletionsremovegeneticmaterialfromgenome11缺失的类型（1）末端缺失（Terminaldeletion）一次断裂后没重接，无着丝粒片段丢失。（2）中间缺失（Intercalarydeletion）两次断裂后两个断点重接，无着丝粒的中间片段丢失。12缺失的检测13利用Southernblotting进行缺失断裂点的分子定位怎么解释图（c）中的条带及粗细？14缺失的细胞学和遗传学效应细胞学效应：

减数分裂时，同源染色体配对出现缺失环（deletionloop,deficiencyloop）。遗传学效应：

可能造成缺失突变，严重时致死。有时会出现假显性（又称拟显性，pseudodominance）现象。15缺失的细胞学效应-缺失环中间缺失的染色体，减数分裂联会时形成缺失环16缺失的遗传学效应16（1）致死缺失的片段太大，或同源染色体都发生了缺失，往往造成无法存活。（2）异常表型小片段的缺失虽不致死，但可造成表型异常。例如：人类的猫叫综合征（catcrysyndrome）（3）假显性（pseudodominance，拟显性）17缺失杂合子的表型结果缺失的纯合子经常是致命的，但并不总是致命的。缺失的杂合子经常是有害的。18猫叫综合症1963年JeromeLeJeune首先报道此病1964年证实是第5号染色体短臂部分缺失(5p-)哭声像猫叫，智力低下，发育迟缓，小头，满月形脸，眼距宽，耳位底，常伴有先天性心脏病。19缺失的遗传学效应（3）—假显性假显性（pseudo-dominance，又称拟显性）：

一条染色体上的显性基因缺失，导致同源染色体上的隐性等位基因（非致死）表现效应。缺失与点突变的区别：往往不会发生回复突变。20缺失杂合子影响遗传图距两条染色体之间的重组只能在二者都存在等位基因的时候才能发生。如果杂合子中存在缺失片段，则会形成缺失环。这是鉴定染色体上存在缺失现象的一种重要方法。缺失环中的基因不能通过重组进行分离。21缺失的应用-Deletionsinheterozygotescanuncovergenes假显性表明，缺失已经移走了染色体上的某个特定的基因。22缺失的应用—缺失作图（deletionmapping）缺失能被用于定位基因。左图展示了果蝇多线染色体上所携带的基因的缺失。互补测试：将缺失突变体与感兴趣的突变基因进行杂交。缺失杂合子揭示了突变基因在染色体上的位置。？23利用缺失在分子水平上定位基因如果标记的探针可以与野生型染色体杂交，但不能与缺失的染色体进行杂交，则该基因可定位在缺失的位置处。24例题解析假定果蝇中有按以下顺序连锁的6个基因：a-b-c-d-e-f。将果蝇abcdef/abcdef与野生型果蝇（ABCDEF/ABCDEF）杂交，大约一半的后代表现出完全的野生型表型，但一半后代呈现出de的隐性表型。请解释该实验结果。解题思路：将果蝇abcdef/abcdef与野生型果蝇（ABCDEF/++++++）杂交，预期结果应该都是野生型的，但一半的后代呈现出de的隐性表型，出现了假显性现象，可以考虑染色体结构发生了畸变。在染色体结构畸变的四种类型中，只有缺失会导致假显性现象。因此，染色体发生了缺失现象，导致野生型亲本中一条染色体上的DE区段丢失，所以造成这种现象出现。25例题解析P:abcdef/abcdef×ABCDEF/ABC_F↓ABCDEF/abcdefABC_F/abcdef261.2重复—染色体片段的增加

重复的类型与来源

重复的细胞学与遗传学效应

重复在进化中的意义27重复的类型

重复是指染色体的片段出现多个拷贝。

串联重复

非串联重复（散在重复）28重复产生的原因不等交换（unequalcrossing-over）29重复产生的后果重复引起的不等交换增加或减少了基因的拷贝数30重复的细胞学和遗传学效应细胞学效应：减数分裂时，同源染色体配对时重复的部分形成重复环(duplicationloop)。遗传学效应：出现突变，严重时死亡。重复往往可改变基因剂量，可能造成表型的显著改变。31重复的细胞学效应-重复环在重复型杂合子进行染色体配对时，重复环形成了！在减数分裂的前期I中，染色体配对过程中可以以各种方式形成重复环，以便实现相关区域的最大化配对。32重复的遗传学效应更多的基因拷贝数带来的果蝇翅膀的新表型（异常的翅脉）。Tpl:一个拷贝或3个拷贝均致死33重复的遗传学效应果蝇的Bareye（棒眼X-连锁显性）--1920年，A.H.Sturtvent和T.H.Morgan发现了这种突变。①基因型与表型正常野生型：椭圆形，由约800小眼构成B+/B+

34重复的遗传学效应杂合体Bar眼：长棒状，由约350小眼组成。B/B+纯合体Bar眼：长棒状，由约70小眼组成。B/B35Bar眼的原因1930年,C.Bridges和H.J.Muller比较野生型和Bar眼果蝇的多线染色体，发现Bar眼是由于16区A段的重复造成的。36重复在进化中的意义SusumuOhno(大野乾

ŌnoSusumu,February1,1928–January13,2000)wasanAsianAmericangeneticistandevolutionarybiologist,andseminalresearcherinthefieldofmolecularevolution.1970年，S.Ohno（大野乾）在他的专著EvolutionbyGeneDuplication中提出：重复是新基因产生的基础。如：trypsin（胰蛋白酶）和chymotrypsin（胰糜蛋白酶）；myoglobin（肌红蛋白）和hemoglobin（血红蛋白）。基因家族（genefamily）37ScientificcontributionsofOhnoOhnopostulatedthatgeneduplicationplaysamajorroleinevolutioninhisclassicbookEvolutionbyGeneDuplication(1970).Whilesubsequentresearchhasoverwhelminglyconfirmedthekeyroleofgeneduplicationinmolecularevolution,researchtoevaluateOhno'smodelforthepreservationofduplicategenes(nowtermedneofunctionalization)isongoingandveryactive.Healsodiscoveredin1956thattheBarrbodyofmammalianfemalenucleiwasinfactacondensedXchromosome.

InEvolutionbyGeneDuplication,healsosuggestedthatvertebrategenomeistheresultofoneormoreentiregenomeduplications;variationsofthisideahavecometobeknownasthe2Rhypothesis(alsocalled"Ohno'shypothesis").HeindicatedthatmammalianXchromosomesareconservedamongspecies;ithasbeenreferredtoasOhno'slaw.Ohno'shypothesis：哺乳动物中单条X染色体的总体表达量与两条常染色体的总表达量相当。38“Ohno假说”被否定NatureGenetics

volume

42,

pages1043–1047(2010)中山大学生命科学学院贺雄雷教授带领的研究小组利用基于第二代基因测序技术的RNA-Seq数据，发现相对于传统的基因芯片技术，RNA-Seq技术能更好的捕捉不同基因间的表达差异；同时，RNA-Seq数据表明哺乳动物中单条X染色体的总体表达量约为两条常染色体总表达量的一半，而不是之前认为的与两条常染色体的总表达量相当，由此否定了著名的关于性染色体演化的Ohno假说，并对性染色体相关的剂量补偿提出了新的问题。2010年在NatureGenetics上发表论文。39重复和缺失对表型的影响综述改变染色体上的基因数目，可能影响杂合子的表型；杂合性经常产生一个或三个基因拷贝，并造成基因产物的失衡，从而改变了表型(有些是致死的)；基因可能被放置在新的位置，从而改变其表达；缺失和重复通过产生串联重复的基因家族从而驱动了进化。401.3倒位（inversion）染色体发生两次断裂后，断裂点之间的片段颠倒180度后重接。41倒位重新组织了染色体上的DNA序列染色体断裂后，断裂片段旋转180度后重接产生了倒位。偶尔，染色体内部的基因交叉重组也会引起倒位。42倒位的类型（2）臂内倒位（paracentricinversion）倒位的片段不包括着丝粒。（1）臂间倒位（pericentricinversion）倒位的片断包括着丝粒。43倒位的细胞学效应和遗传学效应细胞学效应：倒位杂合体在减数分裂同源染色体配对时，形成倒位环（inversionloop）。遗传学效应：倒位区内重组，形成不可育配子。被称为“抑制重组”。44倒位的细胞学效应如果同源染色体只有一条有倒位，减数分裂联会时会产生倒位环。（1）倒位环（inversionloop）45光学显微镜下观察到的果蝇多线染色体倒位环46电镜下观察到的倒位环47倒位的遗传学效应（1）如果倒位破坏了一个基因，将会影响表型。48倒位的遗传学效应（2）倒位杂合子减少了重组后代的数目。在杂合子中，倒位环形成了使同源区域最紧密（最大限度）的配对！电镜下的倒位环49倒位产生不平衡配子

（a）臂间倒位

（b）

臂内倒位

（a）臂间倒位

（b）

臂内倒位缺失或重复无着丝粒碎片随机断裂的双着丝粒染色体从臂内倒位（a）和臂间倒位（b）产生的配子都是不平衡的：50倒位抑制重组A从臂内倒位和臂间倒位产生的配子都是不平衡的;B重组配子通常是带有缺失和重复的配子（重组配子经常致死）；C缺失的显性突变体通常具有一个容易区分的表型(例如卷曲的翅膀)。51倒位在进化中的意义人和黑猩猩的四号染色体因一个臂间倒位而不同52倒位的应用—平衡致死系紧密连锁或中间具有倒位片段的相邻基因由于生殖细胞的同源染色体不能交换，所以可以用非等位基因的双杂合子，保存非等位基因的纯合隐性致死基因，该品系被称为平衡致死系（balancedlethalsystem）或永久杂种（permanenthybrid）。详见第6章基因突变的检出53例题解析通过核型分析，发现A品种昆虫和B品种昆虫的染色体构成相同，只不过A品种昆虫在5号染色体上有一大片段的倒位，而且是倒位纯合体，而B品种昆虫是正常核型。请问：（1）A品种与B品种昆虫杂交后，是否会得到表型正常的后代？（2）A品种与B品种昆虫的杂交后代育性如何？为什么？54例题解析参考答案：（1）根据A品种是倒位纯合体，而且表型正常，推断染色体构成相同的A品种与B品种昆虫杂交后，得到的倒位杂合体表型正常；（2）A品种与B品种昆虫的杂交后代属于倒位杂合体，倒位杂合体的一个遗传效应是抑制重组。因为倒位杂合子在减数分裂时会产生倒位环，倒位环内如果发生交换，则会形成缺失或重复的不平衡配子。这种不平衡配子没有生活力，因此）A品种与B品种昆虫的杂交后代虽然表型正常，但育种不佳，后代数量会大大降低。551.4易位—染色体片段在基因组中的位置的改变

易位的类型与来源

易位的细胞学与遗传学效应

假连锁（pseudolinkage）

易位在进化中的意义56易位（translocation）易位是指染色体片段的转移，既可发生在非同源染色体间，亦可发生在同一条染色体内的不同位置之间。易位往往造成基因移位或断裂，影响基因功能。57易位易位导致染色体上的一个片段转移到另一个位置上。

易位：一条染色体上的一个片段粘附到非同源染色体上。相互易位：两条染色体上的不同片段彼此交换位置。58易位的类型（1）相互易位（reciprocaltranslocation）非同源染色体之间相互交换了染色体片段。59荧光显微镜下的染色体相互易位60罗伯逊易位（Robertsonicantranslocation）发生于近端着丝粒染色体之间的特殊易位方式。近端着丝粒染色体：有些染色体的着丝粒位于染色体的一端，其短臂极短。这种染色体称为近端着丝粒染色体。如人类染色体D组（13、14、15号染色体）和G组（21、22号染色体）染色体就是近端着丝粒染色体。61罗伯逊易位：着丝粒融合断点位于着丝粒附近，两条染色体的长臂粘接成一条较大的衍生染色体，短臂粘接成一条小染色体（往往丢失）。62罗伯逊易位能改变染色体的形状在两条近端着丝粒染色体之间发生了相互易位，产生了一条大的具有中间着丝粒的染色体和一条小的染色体。微小的染色体可能从生物体中丢失。63易位产生的原因染色体断裂后交换重接64易位的细胞学和遗传学效应细胞学效应：易位杂合体在减数分裂同源染色体配对时，形成十字型结构。遗传学效应：形成不可育和可育配子，各占1/2，称为“半不育”。65易位的细胞学效应易位杂合体在减数分裂前期同源染色体配对时，形成十字型结构66易位的遗传学效应（1）导致基因异常表达，甚至激活癌基因。慢性粒细胞白血病（CML）的费城染色体，是9和22号染色体易位后形成的小染色体。导致bcr-abl基因融合。（2）假连锁现象。减数分裂联会时形成“十”字形配对。67“费城染色体”abl:tyrosinekinase68白血病患者血细胞异常增生69Burkitt’s淋巴瘤（lymphoma）Burkitt’s淋巴瘤中8和14易位使c-myc

基因被置于IgH（免疫球蛋白重链）基因的增强子附近。70Burkitt’s淋巴瘤（lymphoma)71(2)假连锁现象减数分裂联会时形成“十”字形配对。分离时产生假连锁或缺失、重复72易位的杂合性会降低生育能力，并导致假连锁73易位杂合子从十字架结构产生的三种可能的分离模式假连锁

–因为只有交叉分离组合产生的配子可存活，断裂点附近的基因看起来仿佛是连锁的。74玉米的半不育现象玉米中的半不育现象通常是由易位杂合子引起的：~50%的配子来自交叉分离模式，这些配子是可存活的。

此外，‌玉米的半不育现象还可能受到多种因素的影响，‌包括种植密度、‌水分失调、‌病虫害、‌农药使用不当等。玉米的半不育现象是多因素共同作用的结果，‌其中染色体易位是导致半不育的主要原因之一。‌同时，‌环境因素和管理措施也会对玉米的繁殖能力产生影响。‌‌75易位导致的家族性染色体病人类的14/21染色体罗伯逊易位型21三体76易位导致的唐氏综合征21号染色体很小，因此易位后产生可存活的配子，但是配子配对后产生的合子具有明显的非正常表型，形成易位型先天愚型。77易位在进化中的意义易位是新物种起源的重要途径大熊猫的1号染色体可能是熊的2、3号染色体罗伯逊易位的产物；2号染色体可能是熊的1、9号易位；3号染色体可能是熊的6、16号易位。①大熊猫与熊染色体的比较78易位在进化中的意义②人（human）与黑猩猩（chimp）、大猩猩（gorilla）、猩猩（orangutan）、长臂猿（gibbon）的进化图。79易位在进化中的意义

人类二号染色体有一个罗伯逊易位，在黑猩猩、大猩猩与猩猩中均无。

染色体的G带染色结果表明，人类发生罗伯逊易位的两条近端着丝粒祖先染色体在其他三类灵长类动物中仍然存在。80人类、黑猩猩、大猩猩、猩猩的1-3号染色体比较81例题解析在玉米中，蜡质基因和淡绿色基因在正常情况下总是连锁的，然而在某一个玉米品种中，这两个基因是独立分配的。你认为可以用哪一种染色体畸变来解释这一结果？为什么？82例题解析参考答案：可以考虑发生了易位。其中的一个基因易位到非同源染色体上，因而可以和另一个基因独立分配。染色体数目的改变与遗传02SECTWO83842.染色体数目的改变与遗传染色体数目的改变源于减数分裂中同源染色体不分离，造成染色体数目的增加或减少，包括：

整倍体（euploid）非整倍体（aneuploid）

85整倍体与非整倍体◆整倍体是生物基因组中整套单倍体染色体数目的增加或减少。◆非整倍体是生物基因组增加或减少一条或多条染色体，而不是整套染色体的变化。

86整倍体与非整倍体的有关名词名词解释非整倍体（Aneuploidy）2n加或减染色体

单体

（Monosomy）2n-1

三体（Trisomy）2n+1

四体（Tetrasomy）五体（Pentasomy）……2n+22n+3……名词解释整倍体（Euploidy）N的整倍数二倍体（Diploidy）2n多倍体（Polyploidy）3n,4n,5n……三倍体（Triploidy）3n四倍体（Tetraploidy）4n五倍体（Pentaploidy）5n同源多倍体（Autopolyploidy）相同基因组的多倍异源多倍体（Allopolyploidy）不同基因组的多倍872.1染色体数目改变的起因非整倍体染色体数目改变的起因：有丝分裂或减数分裂过程中，个别染色体不分离或者个别染色体丢失。整倍体染色体数目改变的起因：在减数分裂过程中，所有的染色体在减数I或减数II都不发生分离，如果这种配子存活并且与单倍体配子结合，或者偶然有两个精子与单倍体卵子受精，这样产生的合子就是三倍体；通过二倍体与四倍体杂交也可以获得三倍体。882.2整倍体及其遗传表现单倍体：是指体细胞内具有本物种配子染色体数目（n）的个体，它可以是天然的，也可以是人工诱变或培育的。多倍体：是具有三个或三个以上染色体组的个体。通常表现为细胞体积增大和具有更大的生长势，它们通常产生更大的种子和果实，使农业获得更高的产量。小麦、棉花、西瓜等是常见的多倍体作物。89多倍体分类同源多倍体：染色体已经复制而细胞质不分割可形成同源多倍体，未减数的配子结合或一个卵细胞与多个精细胞结合等都可发育成同源多倍体。异源多倍体：是指加倍的染色体组来源于不同的物种。它可以通过不同种、属间个体杂交的杂种后代经过自然或人为地使体细胞染色体加倍而得到；也可以由于杂种不正常的减数分裂，所形成的极少数具有全部染色体（2n）的配子结合而成。90同源多倍体在农业上的应用同源多倍体可以产生更大的叶、花或果实，使得它倍受植物育种工作者和消费者的喜爱。例如许多多倍体花卉植物具有更大更艳的花，多倍体马铃薯、三倍体香蕉、三倍体西瓜等有名的经济作物都是同源多倍体。八倍体草莓大粒、无核的三倍体葡萄二倍体和四倍体的萱草比较91异源多倍体在农业上的应用异源多倍体现在已被用作植物常规育种的一种手段。例如八倍体小黑麦具有小麦高产和黑麦的耐贫瘠、耐寒的特点，它就是由普通小麦和黑麦杂交而成。八倍体小黑麦八倍体小黑麦除有较强的抗逆性以外，麦粒的蛋白质含量和赖氨酸含量也高于小麦，发酵、烘烤性能也很好，但目前存在种子不够饱满和丰产性较差的缺点，因而尚难与普通小麦竞争，推广范围也仅限于小麦低产地区。922.3非整倍体及其遗传表现失去或获得一条或更多的染色体导致了非整倍体非整倍体产生的原因

单体

（Monosomy，2n-1）

三体（Trisomy，2n+1）

四体（Tetrasomy，2n+2）93非整倍体中的单体与三体

单体（monosome,monosomic），2n-1。

人类Turner综合症为X染色体单体：45，XO。常染色体单体在人和动物中一般是致死的；植物中已在玉米、烟草等中发现，生活力一般低于正常二倍体。

三体（trisomy），2n+1曼陀罗中不同的三体会产生不同的果实表型人类21号染色体三体：DownSyndrome人类18号染色体三体：EdwardsSyndrome人类13号染色体三体：PatauSyndrome94非整倍体的形式主要有两类（4种）形式：i）缺体（nullisome）：丢失一对同源染色体。（2n—2）ii）单体（monosome）：丢失一条染色体。（2n—1）缺少一条或几条染色体。①亚二倍体：i）三体（trisomy）：多一条染色体。

（2n+1）ii）四体（tetrasomy）：多一对同源染色体。（2n+2）多一条或几条染色体。②超二倍体：95亚二倍体的组成形式缺体单体双单体三体四体96曼陀罗中不同的三体及果实的表型

曼陀罗曼陀罗不同三体的果实表型1922年，F.Blakeslee发现了植物曼陀罗的12种三体的独特表型97非整倍体产生的原因有丝分裂或减数分裂中，个别染色体不分离①有丝分裂不分离：卵裂早期不分离会导致机体的部分细胞的染色体数目正常，但有部分细胞是超二倍体或亚二倍体——嵌合体（mosaic）。98非整倍体产生的原因②减数分裂不分离造成多一条或少一条染色体的配子，与正常配子受精后会导致亚二倍体或超二倍体。i）减数分裂Ⅰ不分离ii）减数分裂Ⅱ不分离99减数分裂I不分离减数分裂II不分离100染色体丢失细胞分裂的中期染色体未与纺锤丝相连或移动迟缓，不能被拉到细胞的两极，滞留在细胞质中丢失。造成亚二倍体。为什么人类中常见X染色体丢失？101非整倍体变异的后果在动物中大部分情况是致死的，少数能成活，但有严重的疾病。植物中常得以生存。102常染色体非整倍体对生物体是有害的单体通常致死三体–高度有害三体18–Edwardssyndrome（爱德华兹综合征）三体13–Patausyndrome（帕陶综合征）Trisomy21–Downsyndrome（唐氏综合征）103例题解析假设某三体植株自交时，参与了受精的有50%的n+1胚囊（种子植物的雌配子体），而参与受精的n+1花粉粒只有10%。那么，自交子代群体内四体占多大比例？三体占多大比例？正常2n个体占多大比例？104参考答案三体植株自交时有50%的n+1胚囊参与了受精，因而有50%的正常n胚囊参与了受精；参与受精的n+1花粉粒只有10%，因此参与受精的n花粉应该有90%。花粉与胚囊的结合方式如下：

花粉花粉胚囊n+1（10%）n（90%）n+1(50%)2n+2（5%）2n+1（45%）n(50%)2n+1（5%）2n（45%）所以，自交子代群体内四体占5%，三体