染色体结构变异.ppt

掌握染色体结构变异的类型及其遗传学效应，了解染色体结构变异的应用,变异,环境引起的表型变异(不遗传),遗传物质的改变(可遗传),变异的分类,遗传物质的改变，称作突变（mutation）,传统上突变指基因突变，而较明显的染色体的改变，称为染色体变异或畸变（chromosomal variations or aberration）,一、染色体结构变异的类型染色体的结构变异起因于染色单体的断裂，断裂产生两个断裂端，表现为：保持原状，不愈合，无着丝粒片断丢失同一断裂的两个断裂端重新愈合或重建，回复到原来的结构某一断裂端或两个断裂端，可以与另一断裂所产生的断裂端连接，引起非重建型愈合,第一节 染色体的结构变异,缺失(deletion或deficiency):染色体丢失了一个片段，使之位于这个片段上的基因也随之发生丢失,缺 失,(一)缺失的类别,顶端缺失(terminal deficiency)：染色体缺失的区段可能是某臂的外端。,断片(fragment)：缺失的区段无着丝点,2.中间缺失(interstitial deficiency)：染色体缺失的区段可能是某臂的内段,(二)缺失的鉴定,缺失的细胞可见到遗弃在细胞质里的无着丝粒的断片(形成微核或丢失)中间缺失染色体，则在缺失杂合体的偶线期和粗线期，会出现环形或瘤型突出除检查二价体突出的环和瘤外，还必须参照染色体的正常长度，染色粒和染色节的正常分布,(三)缺失的遗传效应,缺失对生活力的影响缺失基因的数目和重要性缺失个体是二倍体还是多倍体缺失配子是雄配子还是雌配子缺失个体是纯合体还是杂合体,2.假显性(pseudodominance),如果缺失的部分包括某些显性基因，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,F1,pl,Pl,pl,假显性遗传现象,CALVIN BLACKMAN BRIDGES(1889-1938),born in Schuyler Falls,New York.He was orphaned at an early age,and raised by his grandparents.In 1909,the few courses taught by T.H.Morgan,and joined Morgans lab at Columbia to do research in the new field of genetics.A freshman at the time,Bridges was given the lowly job of washing out the fly bottles.As legend has it,Bridges found the first Drosophila mutant,the white-eyed fly,just as he was about to wash out one of the bottles.Alfred Sturtevant that Bridges had the best eyes in the lab for finding new Drosophila mutants and the most skill and patience for building new strains for testing.Many of these Drosophila strains are still in use today.,Bridges was also very inventivedeveloped a cheaper fly-food mix to replace bananas.designed the binocular microscope for examining flies,designed the temperature-regulated incubators to grow the flies in.,Some of Bridges scientific credits the theory of chromosomal non-disjunction setting up the nomenclature(命名)system for naming fly mutants providing most of the data correlating Drosophila genes with banding patterns in salivary(唾液腺)chromosomes.,Morgan wrote of Bridges that he was simple and unaffected and always helpful to anyone who came to him for advice.,P 缺刻红眼(雌蝇)正常白眼(雄蝇),F1 缺刻白眼(雌蝇)正常红眼(雌蝇)正常红眼(雄),Fl缺刻雌蝇都是白眼(显性),在雄蝇中没有缺刻翅性状出现?,Bridge从野生型果蝇中发现一种缺刻(Notched)的红眼雌蝇：,怎样来解释这一现象,？,Bridge将缺刻作为一个缺失很好地解释了这一结果：,唾液腺染色体观察表明，果蝇X染色体上这一片段包括红眼在内的缺刻翅缺失，丢失了45条横纹。,利用假显性现象可以进行基因定位：如果缺失包括隐性突变基因的等位（显性基因），从而表现假显性现象,带有13个缺失类型的个体分别与白眼-缺刻翅突变型进行杂交：,缺失与进化的关系,进化的趋势是基因组C值增加，缺失减少C值还阳参属植物（2n=6），它是由大于6条染色体的其它属进化而来（着丝粒和异染色质发生缺失，常染色质易位到其它染色体上，造成染色体的减少）,人的染色体缺失现象,Fragile X syndrome(or Martin-Bell syndrome):X chromosome fragile and mental retardation,Cri-du-chat syndrome in human,cry of the cat(mewing),small head,moonlike face,mental retardation,The down-turned mouth,absence of the midline indentation(齿痕)that runs between the nose and the mouth,and the peculiar shape of the ears are characteristic of these patients.,红细胞酸性磷酸酶1定位于2p23区段,用人工方法在体外造成杂种细胞内特定染色体的不同位置发生断裂，获得一套特定染色体缺失的杂种细胞，然后通过检测缺失杂种细胞内基因产物存在与否定位基因(如红细胞酸性磷酸酶1定位于2p23区段),神经细胞瘤,黑素瘤,阴囊肿瘤,(1)pseudodominance,(2)recessive lethality,and(3)lack of reverse mutation,and cytologically by(4)deletion loops.,Deletions are recognized genetically by：,重复(duplication或repeat)一个染色体上某一片段出现两份或两份以上的现象。使位于这些片段上的基因多了一份或几份,重 复,(一)重复可分为两大类型,1.顺接重复（tandem duplication）是指某区段按照自己在染色体上的正常直线顺序重复了,2.反接重复（reverse duplication）是指某区段在重复时颠倒了自己在染色体上的正常直线顺序,Duplication loop,Asymmetrical(不均等配对)pairing,(二)重复染色体的检查,重复染色体和正常染色体联会时，重复区段形成一个突出的环或瘤若重复很短，联会时重复染色体的重复区段可能收缩一点，正常染色体伸长一点，于是很难看出环或瘤的突出与正常染色体的比较也可以作为重复的鉴定标准(长度、染色粒和着丝点位置等),(三)重复的遗传效应,1.基因的重组率下降,2.重复对表型的影响主要是扰乱了基因的固有平衡体系,重复区段上的基因在重复杂合体是3份，在重复纯合体是4份，改变了生物在进化过程中长期适应了的成对的平衡关系，因而出现意想不到的效果,果蝇的眼色,A.剂量效应,B.位置效应,基因重复区段位置不同，引起表型效应不一致,Sturtevant认为：果蝇的棒眼转变现象，是由于在减数分裂时同源染色体发生了不等交换的结果,如果在棒眼区域发生不等交换，则后代雄蝇就会出现正常眼(1B)和叉刚毛(f)与超棒眼(3B)和翅脉融合(fu)的类型,Sturtevant试验设计把带有两个隐性基因标记基因的杂合子：一个是叉刚毛基因(f)在B的左边，一个是翅脉融合基因(fu)在B的右边,Bridges于10年后通过唾液染色体证实了棒眼B是由X染色体16A1A6的6条横纹串联重复的结果,2+21+3,棒眼纯合体,棒眼,正常眼,重棒眼,Duplication mapping,重复与进化的关系,生物从简单到复杂的进化最根本是基因组DNA含量的增加和新基因的产生，重复对进化的重要影响是增加基因组含量增加新基因,Six-year-old child with Chr.3 duplication-deletion syndrome:never suck adequately,and at six years is still spoon or tube feed.,All developmental milestones(阶段)have been grossly delayed,hadrecurrent urinary,respiratory,and eye infections.,GOTs:the soluble glutamic oxaloacetic transaminase(可溶谷草转氨酶),(1)Dosage effects,(2)Position effects(3)Asymmetrical pairing(unequal crossover),and(4)cytologically by duplicated loops.,Duplication are recognized genetically by：,倒 位,倒位(inversion)在同一染色体上某一个片段作180的颠倒，造成染色体上基因顺序的重排(rearrangement),(一)倒位的种类,1.臂间倒位(pericentric inversion)：如果颠倒的片段包括着丝粒在内的倒位称为臂间倒位2.臂内倒位(paracentric invrsion)：如果颠倒的片段不包括着丝粒的倒位称为臂内倒位,重叠倒位,3.多倒位,A 倒位的形成,Inversion loop,B.倒位的鉴定,鉴别倒位的细胞学方法是根据倒位杂合体减数分裂的联会形象倘若倒位区段很长，则倒位染色体就可能反转过来，使其倒位区段与正常同源区段进行联会，于是二价体的倒位区段以外部分就只得保持分离,倒位圈与缺失杂合体和重复杂合体的环与瘤不同在于：后两者是由单个染色体形成的，前者是一对染色体形成的,2、倘若倒位区段不长，则倒位染色体与正常染色体所联会的二价体就会在倒位区段内形成倒位圈,3、倒位区段很短时，染色体配对形成小口,(三)倒位的遗传学效应,1、改变了连锁关系，使基因间交换值也相应改变,2、交换抑制因子,指臂内或臂间倒位，由于倒位环内非姊妹染色单体间发生单交换，而交换的配子是无功能的缺失或重复配子，因而交换似乎被抑制，或相当程度地减少了杂合子的重组。,倒位杂合子在杂交后代不会出现能成活重组体规律有几个注意的例外：,(1)如果倒位圈内发生双交换，没有缺失-重复配子产生，重组子能正常成活,(2)如果交换的染色体上重复和缺失片段很小，不会影响配子的形成或合子的生活力,(3)在果蝇和其他蝇科中，雄性减数分裂不发生交换，因此雄性的倒位杂合子并不表现倒位抑制交换或引起生育力降低,3、平衡致死系,利用倒位的交换抑制效应，可以保存带有致死基因的品系,例如果蝇中第3染色体上的显性基因D(dichaete，展翅)。当DD纯合时有致死效应，因而D属隐性致死基因,D/+,+/D,D/D(die),(1/3)+/+,(2/3)D/+,果蝇中第3染色体上的显性基因Gl(glued，粘胶眼)，也是隐性纯合致死基因，将D和Gl个体交配，挑选后代中既表现D又表现Gl的雌雄个体传代，后代全为D+/+Gl,D/+Gl/+,Cy/Cy(curly,翻翅)纯合致死，Cy/+表现双翅向后卷曲的显现性状。Bridge等发现果蝇第2染色体上倒位品系在IIL(第2染色体左臂)有个倒位，在IIR(第2染色体的右)也有个倒位，几乎抑制整个第二染色体交换，而Cy纯合致死，因此第2染色体上任何致死基因l都可以用Cy来平衡,Cy+/+l Cy+/+l,要保持一个平衡致死系统，必须满足两个条件：,一对同源染色体的两个成员各带有一个座位不同的隐性基因这两个非等位的隐性致死基因始终处于各别的同源染色体上,4、降低了倒位杂合体连锁基因的重组率,b.双着丝点的缺失染色体单体(臂内倒位杂合体)，形成后期I桥而折断，得到的这种缺失染色体的孢子是不育的,c.臂间倒位杂合体因交换产生的重复-缺失染色体，得到的小孢子也是不育的,综上所述：因为倒位杂合体的大多数含交换染色体的孢子是不育的，它所产生的交换配子数自然就显著地减少,这就是倒位杂合体连锁基因重组率下降的原因,5、倒位杂合体导致部分不育,因为倒位杂合体的大多数含交换染色单体是不育的，所以倒位的一个明显的效应就是导致倒位杂合体的部分不育,a.杂倒位的自交,1正常(全育)：2杂倒(半不育)：1纯倒(全育),结果：50%半不育,b.杂倒位的测交,结果：正常(全可育)：杂倒位(50%可育)50为半不育,位置效应(Position effect),(四)倒位与进化的关系,倒位使连锁基因发生改变，从而使得种间产生差异,倒位圈相当于一个基因，则此基因保持下来，使得生物的适应性发生改变，对环境产生一定的适应性,倒位是物种进化的一个因素,因为它不仅改变了倒位染色体上的连锁基因的重组率，也改变了基因与基因之间的固有的相邻关系，从而造成遗传性状的变异,The main diagnostic features of inversions are:reduction of rebinant frequency(crossover repressor)inversion loops,reduced fertility from unbalanced(or duplicated and deleted)meiotic products,all observed in individuals heterozygous inversions.,易位(translocation)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变异,易 位,1.相互易位(reciprocal):指非同源染色体间相互交换染色体片段，造成染色体间基因的重排,2.简单易位：指一条染色体片断断裂转移到另一条染色体上，又称转移或变位,(一)易位的类型,3.整臂易位(whole-arm translocation)：指两条非同源染色体之间(或几乎整个)臂的转移或交换，称为整臂易位,近端着丝粒染色体和非近端着丝粒染色体之间的整臂易位,非近端着丝粒的染色体都在着丝粒区发生断裂，接着整臂易位，形成两条近端着丝粒染色体,罗伯逊式易位(robersonian translocation)：Nonhomologous chromosomes can also fuse at their centromeres,creating a structure called a Robertsonian translocation,named for the cytologist E W.Robertson.,易位杂合体和易位纯合体,(二)易位的细胞学鉴定,易位杂合体的两个基本特征：,Zygotene,CA21,Alternate Adjacent I Adjacent II,Anaphase I,相邻式分离1,相邻式分离2,结果：相邻式分离形成配子全为缺失重复配子，表现为全部不育,相间式分离,相间式分离,结果：相间式分离形成配子为正常和易位配子，表现为全部可育,结论：,后期I形成配子为半不育，相邻式和相间式属随机，各占50，因而育性表现为半不育,1、对基因连锁的影响,杂易位中出现假连锁现象,例题：A(迟熟)，a(早熟)；B(高杆)，b(矮杆),表明A/b和a/B总是表现分别到一极的现象，即为假连锁,(三)易位的遗传效应,可育,不育,纯易位改变了基因间的固有连锁关系,因此，使得连锁基因改变为独立遗传关系,2.育性,A.杂易位的遗传育性,易位杂合体的测交表现,P,G,1正常、可育：1杂易位、半不育,易位杂合体的自交表现,1正常：2杂易位：1纯易位,B、性染色体和常染色体之间的易位遗传行为,A和Y易位,P AAXX AAYXYA,G,A和Y的杂合易位(杂不育)只有雄果蝇才能传递,A和X易位,AXAXXAXA AXAXAY,AXXA,AXAXXAXA(纯易位),AAXXAY(杂易位),因此，A、X易位雌雄果蝇均能传递,C.易位点的位置确定,易位染色体的易位接合点相当于一个半不育的显性遗传单位(T)，而正常染色体与易位接合点相对的等位点，相当于一个可育的隐性遗传单位(t)，易位杂合体(Tt)半不育。,遗传学根据易位杂合体T、t的遗传行为，可以利用两点或三点测验测定易位点。,方法：把易位点作为一个半不育显性基因，再根据易位点附近的连锁基因，求交换率,例如，玉米长节间基因(Br)对短节间基因(br)为显性，它与一个基因连锁，求Br和易位点的重组率？,已知Br-br位于第1染色体上，故第1染色体是所涉及的两个非同源染色体的中一个，至于所涉及另一染色体，需要根据T-t与另外基因连锁关系测定,(四)易位的应用,1、利用易位创造玉米核不育系的双杂合保持系,玉米含有缺失-重复(DP-Df)染色体的花粉一般是败育的，不能参与受精；而含有DP-Df染色体的胚囊一般可育或大部分可育，能参与受精结实,双杂合体是因为Ms和ms属杂合，而DP-Df染色体和正常染色体也属杂合,2、利用缺失、易位育成家蚕性别自动鉴别品系,蚕的卵色B(黑)b(白)位于Chr10。用X射线处理雌蚕，将B易位到W染色体上，获得了可以鉴别雌雄性别的品系，表现为：,总 结,缺失的遗传效应(缺失环；假显性；隐性致死)重复的遗传效应(剂量效应；位置效应；不对称交换；重复环)倒位的遗传效应(倒位圈；杂合倒位可作为一个抑制交换基因；降低了连锁基因重组率；倒位杂合体部分不育)易位的遗传效应(易位环和十字架；易位杂合体半不育；假连锁现象；易位点可作为一个不育显性基因),