第六章染色体畸变

授课章节第八章染色体畸变授课对象生物技术专业本科授课时数4学时授课时间第三学年上学期授课地点科技楼302教室教学目的与要求要求深刻理解掌握的重点内容有：缺失的概念、类别、细胞学鉴定、遗传学效应；重复的概念、类别、细胞学鉴定、遗传学效应；倒位的概念、类别、细胞学鉴定、遗传学效应；介绍易位的概念、类别、细胞学鉴定、遗传学效应。染色体组的概念，一倍体、二倍体、三倍体、四倍体、同源多倍体、异源多倍体的概念；同源多倍体的形态特征，同源三倍体、同源四倍体；异源多倍体的形成和染色体配对；单倍体的染色体配对特点以及其在遗传育种上的应用；单体、缺体、三体、四体的联会和分离。教学重点与难点染色体结构变异的遗传学效应和鉴别，易位引起的半不育；倒位引起的部分不育。同源四倍体的联会和分离。非整倍体中单体、三体的联会和分离。染色体组。教学方法讲授法；启发式教学教具多媒体幻灯片教学步骤专业词汇缺失，倒位，假显性，位置效应，染色体组，单倍体亚倍体单体，三体思考题或作业1。在玉米中，蜡质基因和淡绿色基因在正常情况下是连锁的，然而发现在某一品种中，这两个基因是独立分配的。（1）你认为可以用那一种染色体畸变来解释这个结果？（2）那一种染色体畸变将产生相反的效应，即干扰基因之间预期的独立分配？2。有一个三倍体，它的染色体数是3n=33。假定减数分裂时，或形成三价体，其中两条分向一极，一条分向另一极，或形成二价体与一价体，二价体分离正常，一价体随机地分向一极，问可产生多少可育的配子？课后分析与小结.讲授内容注解染色体变异一、缺失deficiency一．定义：丢失了某一区段的染色体称为缺失染色体。二．分类①末端缺失（terminaldeficiency）缺失区段位于染色体的一端。ab·cdefg→ab·cdef②中间缺失（interstitialdeficiency）缺失了某一臂的中间一段。ab·cdefgh→ab·cdghTerminaldeficiency只涉及一次断裂，断裂后的chrm形成一个有centromere的片段和一个无centromere的片段。无centromere的片段在后来的细胞分裂过程中由于不能移向两极而丢失。有着丝粒的片段其断裂末端是不稳定的，有可能与原来的另一个片段重建愈合，不形成结构变异。也有可能与另一个有着丝粒的片段愈合形成双着丝粒（decentricchrm）染色体。双着染色体在细胞分裂的后期多数受两个着丝粒向相反方向移动形成的拉力所拉断，再次造成结构变异而不能稳定存在。顶端缺失染色体也可能在复制以后，姐妹染色体在断裂末端愈合，同样形成。双着丝粒染色体一定会在后续的细胞分裂中产生更为严重的断裂和结构变异，最终导致细胞或个体的死亡。一旦死亡，变异就被淘汰。所以，末端缺失染色体在自然界是很少见的。而中间缺失染色体没有粘性末端外露，因而比较稳定。常见的缺失染色体多是中间缺失的。染色体也可能缺失一条整臂，而变成端着丝粒染色体（telocentricchromosome）。在体细胞内，某一对同源染色体中若一条正常，另一条缺失，这个生物体被称为缺失杂合体若两个同源染色体均缺失相同区段的生物个体被称为缺失纯合体（deficiencyhomozygote）。三．缺失的成因和细胞学鉴定成因：断裂愈合。一次断裂，形成末端缺失，两次断裂，可能形成中间缺失。SeeFigure8-1细胞学鉴定：缺失的细胞学鉴定是比较困难的。在发生缺失的当代细胞中，其分裂过程中可以见到无着丝粒的染色体片段。随着细胞世代的增加，片段丢失。只能根据染色体在减数分裂过程中的配对情况加以鉴别。末端缺失杂合体形成的二价体不等长。中间缺失杂合体，与缺失区段相对应的正常区段会被排斥在外而形成瘤或环。缺失纯合体在形态上无法鉴别，只有通过核型分析，与正常细胞中的相应染色体比较，才能获得有关信息。若缺失区段很小，鉴定更加困难四．缺失的遗传效应chrm缺失的生物个体，由于chrm片段的丢失，势必丢失了缺失区段内的遗传物质，破坏在长期进化过程中适应了的遗传平衡。1．缺失的致死效应染色体是遗传物质的载体，染色体缺失必然导致遗传物质的丢失。遗传物质的丢失，通常都是对生物体的生长和发育都是有害的。其有害程度视缺失的遗传物质的多少及其重要性大小而不同。在高等生物中，缺失纯合体通常是很难生存下来的。在缺失杂合体中，若缺失区段较长时，或缺失区段虽不很长，但缺少了对个体发育有重要影响的基因时，通常也是致死的。只有缺失区段不太长，且又不含有重要基因的缺失杂合体才能生存，但其生活力也很差。含缺失染色体的配子体一般都是败育的。花粉尤其如此，♀配子的耐受性略强。含缺失染色体的♂配子即使不败育，在授粉后受精过程中也因竞争不过正常♂配子而不能传递。因此，缺失染色体主要是通过♀配子而遗传的。2．假显性现象如果缺失的区段很小，而又不带有重要基因，缺失杂合体是可以存活下来。如果某一隐性基因所对应的等位显性基因正好位于缺失区段内，则该隐性基因处于半合状态。由于没有显性基因的遮盖，该隐性基因得以表现。这种现象被称为假显性现象（pseudodominance）。染色体结构变异最早就是从缺失的假显性中发现的。1915年，C.B.Bridges在研究黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster）的棒眼遗传时发现，棒眼（Bareye,B）对正常红眼（B+）是显性。该基因位于Xchrm上，伴性遗传。红眼♀蝇×棒眼♂蝇（B+B+）↓（B）BB+F1♀应该是棒眼B+-♂应该是红眼但是，C.B.Bridges在某些杂交组合的子代群体中却发现了红眼♀蝇。开始以为是发生了突变，B+→B。检查部分的唾腺染色体，发现在少数幼虫的唾腺细胞内，体细胞联会的两条Xchrm中都一条短缺了一小段。据此，Bridges推测，子一代中之所以出现红眼♀蝇，是因为它的那一条由精子带来的Xchrm上缺失了一小段，而基因B正是位于缺失区段上，这就使正常Xchrm上B+的红眼效应得到了表达的机会，发育为红眼雌蝇。这种假显性现象，很容易与隐性突变混淆，二者很难区分，必须通过相应的细胞学检查才能确定，不能仅根据表现型来判断。当chrm的缺失区段很小时，正常区段与缺失区段的关系，相当于正常基因与隐性等位突变基因的关系。如何区别微缺失和基因突变?二、重复Duplication重复Duplication五．定义：chrm的某一区段加倍的结构变异称为重复。六．分类：一般分为两大类。1．在同一染色体臂内重复，称为同臂重复。又可分为①顺接重复abcdecdef·ghi②反接重复abcdeedcf·ghi2．在一个臂内重复了另一个臂内的一部分，称为异臂重复。abcdef·gcddehi七．重复的细胞学鉴定缺失与重复都必须通过细胞学检查才能确定，然而，这种细胞学检查并不是很容易的。对于缺失杂合体和重复杂合体，一般是在减数分裂的偶线期和粗线期进行检查。如果缺失和重复的区段位于染色体臂的中部，且既不是太长，又不是太短，则正常chrm和变异chrm所联会成的二价体常会出现环形或瘤状突出。二者都能形成这种突出物，如何区分呢？从理论上讲，这两种突起是有本质的不同的。在缺失杂合体内，瘤或环是由正常chrm形成的。而在重复杂合体内，瘤或环则是由变异chrm形成的。所以，必须参照chrm的正常长度、着丝粒的位置、染色体和染色粒的正常分布等进行比较才能区别这两种结构变异。对于缺失和重复纯合体的鉴别就更难了。除了参照少数特征进行比较以外，还必须应用染色体分带的技术。对于微小的缺失和重复也是很难鉴别的。四、重复的遗传学效应。1．总体上说，对于生物体而言，不论重复的区段是长还是短，其危害程度均小于缺失。换句话说，生物体对重复的耐受性大于对缺失的耐受性。即使是重复纯合体也能较好地生长，更不用说杂合体了。含有重复chrm的配子也较少败育。尽管如此，重复毕竟改变了生物进化过程中长期形成的遗传平衡，必然会带来相应的遗传效应。2．重复的剂量效应果蝇的Xchrm上有一对与眼色有关的基因，V+-V，位于第10区B段与C段交界处。正常情况下，V+为V的显性。V+的表型效应为红色，V为朱红色，V+V为红眼。Bridges曾经得一条Xchrm，其上有V，又重复了一小段带有V+的区段，在同一染色体上有V+V。该重复纯合体♀蝇的基因型是V+V/V+V。表现为红色眼。这种情形是可以理解的。当该♀蝇与朱红色眼的♂蝇（V∥）杂交后，F1群体中的♂蝇基因型为V+V∥，红眼，这是正常的。♀蝇的基因型为V+V∥V，眼色却是朱红色的。这种情形就是不正常的了。这说明两倍剂量的隐性基因V的表型效应超过了只有一份剂量的显性基因V+的表型效应，这就是基因的剂量效应。3．重复的位置效应最著名的关于基因剂量效应和位置效应的例子还是关于果蝇棒眼的研究。1925年，发现棒眼的许多种形状的出现与Xchrm上B所在区段的不等交换有关。（见图8-4）由于不等交换，产生了一条16A区段重复的Xchrm，表现为棒眼。野生型果蝇的每个复眼大约由780个左右的红色小眼组成。16区A段重复以后小眼数量显著减少，只有358个左右。而重复纯合体的小眼数只有69个。这是基因的剂量效应的最好例证。假如16区A在一条Xchrm上重复两次，而另一条Xchrm正常，就剂量而言，与重复纯合体相同，但其小眼数则下降为45个。这是由于重复区段所在的位置不同，这就是所谓的位置效应。重复区段的位置不同，表现型的效应不同。基因的表现型效应因其所在染色体的位置不同而有一定程度的改变，这种现象称为基因的位置效应。三、倒位定义：染色体的某一区段或某些区段的直线顺序颠倒了的染色体结构变异称为Inversion。分类：1、简单倒位（simpleinversion）：一条染色体内只发生一次倒位。又分为：a.臂内倒位：倒位的区段不包含着丝粒（paracentricinversion）.b.臂间倒位：倒位的区段包含着丝粒（pericentricinversion）.2、复杂倒位：一条染色体内发生两次或两次以上的倒位。复杂倒位又分为若干种，这里不多讲。一个个体对于倒位可以是纯合体，也可以是杂合体。倒位纯合体在细胞学上是完全正常的，也不会影响个体的生活力。倒位的细胞学鉴别用细胞学方法鉴别倒位的根据仍是倒位杂合体在减数分类列时的形象。倒位杂合体在减数分裂时，两条同源染色体不能以直线形式配对。可以分为以下三种情况。若倒位区段很长，减数分裂的偶线期（zygotene）和粗线期（pachytene）倒位区段会反转方向配对，正常区段则排除在配对区段之外。若倒位区段太短，则有可能倒位区段不配对。若倒位区段既不太长又不太短，就有可能形成可见的倒位圈。这样，倒位区段能够联会，非倒位区段也能联会。倒位圈也许看起来同缺失、重复而形成的环相似，但本质不同。倒位圈是两条chrm共同形成的，后者则是由一条chrm组成的。四、的遗传学效应所以常见的缺失多为中间缺失。3．对于倒位纯合体而言，倒位区内与倒位区外的基因之间的重组率改变了。染色体发生倒位以后，倒位区段内的基因的直线顺序颠倒了。倒位区内的基因与倒位区外的基因的距离随之发生改变。如上图，f与g之间原来交换值为5%（5centimorgan）。Def区段倒位以后，f与g之间的交换率变为15%了。倒位不仅改变了基因之间的交换值，也改变了基因之间固有的相邻关系，从而造成遗传性状的变异。因此，倒位是物种进化的重要途径之一。据研究，很多近缘物种就是由于一次再次的倒位形成的。通过种间杂交，根据杂种减数分裂时染色体的联会情况，就可以分析物种之间的进化关系。2．倒位杂合体的部分不育对于臂内倒位杂合体而言，只要非姐妹染色单体在倒位圈内发生交换，就有可能产生下列四种染色单体。①无着丝粒的染色单体片段。②双着丝粒的缺失染色单体③缺失染色单体或既缺失又重复的染色单体。④正常染色单体和倒位但不缺失的染色单体臂间倒位杂合体，着丝粒在倒位圈的外面，环内发生交换以后，虽然不会出现桥和断片，但也会使交换过的染色单体带有缺失和重复，形成不平衡的配子。这些配子一般也是没有生活力的。不论是臂间倒位还是臂内倒位，只要在环内有交换