普通遗传学细胞质遗传ppt课件.ppt
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1、第十一章细胞质遗传,本章重点,1、细胞质遗传与核遗传的差异。2、细胞质遗传的特点。3、质核基因间的关系。4、雄性不育:核不育型、质核互作不育型;孢子体不育、配子体不育;生产应用。,本章要点,本章重点介绍核外遗传的特点、传递规律以及母性影响的特点与规律,使学生了解遗传的多样性,并介绍植物雄性不育的遗传。重点内容:细胞质遗传的特点和遗传机制,母性影响的遗传机制。难点内容:叶绿体DNA,线粒体DNA的传递特点。概 念:雄性不育系、保持系、恢复系、细胞质遗传、母性影响,DNA的分布,(所以说,染色体是DNA的主要载体),例:紫茉莉叶色的遗传,细胞核遗传与细胞质遗传,孟德尔遗传 孟德尔遗传定律:分别来自
2、父母双方的等位基因构成基因型控制生物性状;等位基因间有显隐性关系;非等位基因存在基因互作。孟德尔遗传:遗传方式符合孟德尔遗传定律的基因控制的性状,正反交时子代性状趋于一致,称为孟德尔遗传。,第一节细胞质遗传的特点,一、细胞质遗传的概念:,遗传物质,核基因组,细胞质基因组,细胞器基因组,非细胞器基因组,叶绿体基因组(ctDNA)线粒体基因组(mtDNA)中心粒基因组(centrol DNA)动粒基因组(kinto DNA)膜体系基因组(membrane DNA),共生体基因组(symbiont DNA)细菌质粒基因组(plasmid DNA),染色体,基因(核DNA),细胞质遗传:由胞质遗传物质
3、引起的遗传现象(又称非染色体遗传、非孟德尔遗传、染色体外遗传、核外遗传、母性遗传)。细胞质基因组:所有细胞器和细胞质颗粒中遗传物质的统称。,二、细胞质遗传的特点:,遗传方式非孟德尔式:杂交后代不表现一定比例的分离,因此,基因定位困难。正交和反交的遗传表现不同。通过连续回交能将母本的核基因几乎全部置换,但母本的细胞质基因及其所控制的性状仍不消失。由附加体或共生体决定的性状,其表现往往类似病毒的转导或感染。即可传递给其它细胞。,真核生物有性过程:卵细胞:有细胞核、大量的细胞质和细胞器。能为子代提供核基因和全部或绝大部分胞质基因。精细胞:只有细胞核,细胞质或细胞器极少或没有。只能提供其核基因,不能或
4、极少提供胞质基因。一切受细胞质基因所决定的性状,其遗传信息一般只能通过卵细胞传给子代,而不能通过精细胞遗传给子代。,母性遗传:,精细胞与卵细胞的相对比例,正反交差异形成示意图,连续回交能将母本的核基因几乎全部置换,第二节母性影响,母性影响:母体的基因型决定后代表型的现象。母性影响不属于胞质遗传的范畴。,一、母性影响(maternal effect)的概念:,二、母性影响的特点:,下一代表现型受上一代母体基因的影响。,三、椎实螺外壳旋转方向的遗传,椎实螺雌雄同体(精子和卵细胞都带有相同的核基因),一般进行异体授精,单独饲养时可进行自体授精。椎实螺外壳的旋转方向有右旋和左旋之分,拿一个螺壳的开口对
5、准自己,开口在你右边的就是右旋,开口在你左边的就是左旋。外壳的旋转方向由一对基因控制,右旋(D)对左旋(d)为显性。子代外壳的旋转方向由其母亲的基因型决定,而与父亲及它自己的基因型无关。,椎实螺的外壳,椎实螺外壳旋转方向的遗传,杂交试验的结果:正交组 右旋(D/D)左旋(d/d)F1(D/d)全为右旋 F2(D/D D/d d/d)全为右旋 F3(D/D D/d)右旋;d/d 左旋 F2 代中的d/d,其表型与自身的基因型不一致,是由于母亲基因型的效应(影响),延迟至F3才出现3:1的分离比。,反交组 左旋(d/d)右旋(D/D)F1(D/d)全为左旋 F2(D/D D/d d/d)全为右旋
6、F3(D/D D/d)右旋;d/d 左旋 F1代中的D/d,表型与自身的基因型不一致,不因为有D而表现右旋,而是受到其母亲的基因型的影响而表现为左旋。F2延迟至F3才出现3:1的分离比。,椎实螺杂交试验结果的解释:母体效应的概念子代表型不受自身基因控制,由母体的基因型决定后代表型的现象。为什么延迟至F3才出现3:1的分离比?椎实螺的受精卵进行螺旋式卵裂,成体外壳的旋向取决于最初两次卵裂中纺锤体的方向,倾向右侧45则为右旋,倾向左侧45则为左旋。而纺锤体的方向取决于卵细胞质的特性,即取决于母体染色体上的基因,子代的基因型不能对之作改变,要等到子代产生卵细胞,才能决定下一代的表型,所以延迟了一代。
7、,向中线的右侧分裂 向中线的左侧分裂,椎实螺的卵裂方式,母体的基因型如何影响下一代?卵细胞由其周围的滋养细胞提供营养,滋养细胞(杂合体基因型为D/d)的基因产物可进入卵细胞,未受精卵及胚胎的外壳旋转方向由母体的基因型决定。母体基因型 D/D,其卵细胞有D基因产物,后代为右旋;母体基因型D/d,其卵细胞有D和d基因产物,由于D对d为显性,后代亦为右旋;母体基因型d/d,其卵细胞有d基因产物,后代为左旋。,椎实螺的母体效应,母性影响遗传现象与细胞质遗传十分相似,但不属于细胞质遗传的范畴,是由核基因的产物在卵细胞中积累所决定的。母性影响其3:1分离比例比正常的孟德尔分离晚一代出现,也称为延迟遗传。,
8、1、紫茉莉花斑性状遗传:紫茉莉花斑植株:着生绿色、白色和花斑三种枝条,且白色和绿色组织间有明显的 界限。,一、叶绿体遗传的表现:,第三节叶绿体遗传,柯伦斯杂交试验:,杂种植株所表现的性状完全由母本枝条所决定,与提供花粉的父本枝条无关。控制紫茉莉花斑性状的遗传物质是通过母本传递的。,试验结果的解释:绿色叶子或花斑叶的绿色部分,其细胞中含正常的叶绿体;白色叶子或花斑叶的白色部分,缺乏正常的叶绿体是一些败育的无色颗粒白色体。叶绿体来自细胞质中的前质体,能独立复制。细胞分裂时,前质体大都通过卵细胞质传下去,而雄配子中前质体很少或没有。所以,叶绿体的性状大都由结种子的亲本传下去,即后代的叶绿体种类取决于
9、种子产生在哪一种枝条上。,二、叶绿体基因组,(一)叶绿体DNA(ct DNA)的分子特点,1、ct DNA与细菌DNA相似,裸露的DNA;2、闭合双链环状结构;3、多拷贝:高等植物每个叶绿体中有3060个DNA,整个细胞约有几千个DNA分子;藻类中,叶绿体中有几十至上百个DNA分子,整个细胞中约有上千个DNA分子。4、单细胞藻类中GC含量较核DNA小,高等植物差异不明显;,目前已经测定了烟草(shinozaki,1986)、水稻(Hiratsuka,1989)等叶绿体DNA的全序列。举例:烟草叶绿体基因组结构 大小:156kb,环状 分区(4个区):86.5kb的大单拷贝区(LSC)18.5k
10、b的小单拷贝区(SSC)两个等同的25kb IR,(二)ct DNA基因组成有以下特点:,1、基因组由两个IR和一个 SSC及一个 LSC2、IRA和IRB,编码相同,方向相反。3、ctDNA启动子和原核生物的相似,基因产生单顺反子或多顺反子的mRNA;4、不同ctDNA基因组成和数目几乎是相同的,产物多为类囊体的成分或和氧化还原反应有关;5、其tRNA基因中有内含子,有的位于D环上,此和原核及真核生物核tRNA都不相同;6、所有叶绿体基因转录的mRNA都由叶绿体核糖体翻译。,1、ctDNA与核DNA复制相互独立,但都是半保留复制方式;2、叶绿体核糖体为70S、而细胞质中核糖体为80S;3、叶
11、绿体中核糖体的rRNA碱基成分与细胞质和原核生物中rRNA不同;4、叶绿体中蛋白质合成需要的20种氨基酸载体tRNA分别由核DNA和ct DNA共同编码。其中脯氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和半胱氨酸为核DNA所编码,其余10多种氨基酸为ctDNA所编码。,(三)叶绿体内遗传信息的复制、转录和翻译系统:,玉米叶绿体DNA,玉米和菠菜的叶绿体基因组图,第四节 线粒体遗传,线粒体电镜照片,一、mtDNA的遗传特点,1、具有半自主性。2、部分遗传密码与核不同。3、母系遗传(不符合经典遗传定律)。4、在细胞分裂间经过复制和分离。5、突变率极高(比核基因大10-20倍)。6、主要编码与氧化磷酸化过程相关
12、的酶系。,二、线粒体遗传的分子基础,(一)线粒体DNA的分子特点(二)线粒体基因组的构成(三)线粒体内遗传信息的复制、转 录和翻译系统,(一)线粒体DNA(mtDNA)的分子特点,裸露的双链闭合环状分子(也有线性的)基因数目和排列顺序不同。2rRNA+22tRNA+13膜蛋白基因+1氧化代谢所需基因一条为重链(H链)2rRNA+14RNA+12膜蛋白基因,一条为轻链(L链)有2个复制起点,分别复制重链和轻链每个细胞含多个线粒体,每个线粒体含多个mtDNA,图20-2线粒体DNA的电镜照片(转引自Russell,1992),(二)线粒体基因组的构成,基因组大小变化较大基本遗传信息结构相似蛋白质结
13、构基因、rRNA基因、tRNA基因,线粒体数目及mt DNA大小:,几种生物的mt DNA,被子植物线粒体基因组一般特征,高等植物的线粒体基因组是真核生物中最大的,也是结构最复杂的。植物的线粒体基因组大小介于200(Brassica hira:Palmer,1987)2500kb(Cucumismelo var.reticulatu:Ward,1981),较动物(哺乳动物线粒体DNA有15-18kb)和真菌的大15-150倍。,线粒体基因组,1981年,Anderson完成了人线粒体基因组全序列的测定。双链16569bp,其中一条为重链,一条为轻链。基因编码物各不相同。2种rRNA;22种tR
14、NA;13种蛋白质。基因中不含非编码序列,多数情况下,几乎不含终止密码,mRNA在特定区域加PolyA。转录与翻译均在线粒体中进行。DNA不与组蛋白结合。,(三)线粒体内遗传信息的复制、转录和翻译系统,1、半保留复制,由线粒体DNA聚合酶完成。,人的HeLa细胞线粒体核糖体为60S,由45S和35S两个亚基组成,而细胞质核糖体为74S;酵母核糖体(75S)和各种RNA(rRNA、tRNA和mRNA),而细胞质核糖体为80S。,2、有自身的核糖体,且不同的生物差异大:,不同生物的线粒体核糖体大小不同,由55S到80S不等。,人类和酵母线粒体核糖体和细胞质核糖体的大小,每个线粒体基因组含有二个rR
15、NA基因,但在不同的生物中这两个基因组成不同。,图20-3 在HeLa细胞等真核细胞中mRNA的组成(转引自Russell,1992),人链孢霉酵母四膜虫,密码子 核DNA mtDNA,UGA 终止 色氨酸 AGA,AGG 精氨酸 终止 AUA 异亮氨酸 甲硫氨酸 AAA 赖氨酸 天冬酰胺CUU,CUC,CUA CUG 亮氨酸 苏氨酸,3、线粒体的密码子与核基因密码子有差异:,线粒体内100多种蛋白质中,约有10种是线粒体本身合成的,包括细胞色素氧化酶亚基、4种ATP酶亚基和1种细胞色素b亚基。线粒体的蛋白是由线粒体本身和核基因共同编码的,是一种半自主性的细胞器。,4、半自主性的细胞器:,叶绿
16、体和线粒体起源于原核生物,在真核细胞起源时期,原始真核生物吞噬了原核生物。在进化过程中,这些内共生体变成了细胞必需的组分。与线粒体亲缘关系最近的细菌是立克次体(Rickettsia),这是一种专性细胞内寄生菌。线粒体与立克次体有共同的祖先。,内共生起源假说:,第五节共生体和质粒决定的 染色体外遗传,不是细胞生存所必需的组成部分,仅以某种共生的形式存在于细胞之中。能够自我复制,或者在核基因组作用下进行复制;对寄主表现产生影响,类似细胞质遗传的效应。,一、共生体的遗传:,(一)共生体(symbionts):,共生体颗粒,(二)草履虫放毒型的遗传:,1、结构:草履虫(Paramecium aurel
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