第十章染色体畸变

《遗传学》教案——第十章遗传物质的改变（一）染色体畸变1第十章遗传物质的改变（一）——染色体畸变（6h）教学目的：掌握染色体结构变异的类型及遗传学效应及单倍体、多倍体、单体、三体等概念；明确染色体结构变异的细胞学鉴别；了解染色体畸变在实践中的应用。教学重点：染色体结构变异的类型及遗传学效应、染色体数目变异的有关概念。教学难点：染色体变异的有关遗传学效应。第一节染色体结构的变异一、果蝇唾腺染色体二、染色体结构变异的类型三、缺失四、重复五、倒位六、易位七、影响染色体结构变异的因素第二节染色体数目的变异一、染色体组与染色体倍性二、整倍体三、非整倍体四、人类染色体数目异常和疾病第三节染色体变化在进化中的意义《遗传学》教案——第十章遗传物质的改变（一）染色体畸变2第十章遗传物质的改变（一）——染色体畸变（6h）第一节染色体结构的变异一、果蝇唾腺染色体一般动植物的染色体虽有一定的形态结构特征。但在光镜下要识别每条染色体的不同区段是很难的。即使染色体上发生结构变异也不大容易发现。目前有关染色体结构变异的知识主要来自对果蝇和玉米等少数几种生物的研究。特别是果蝇的唾腺染色体。数目少，且很大，其上有易识别的标记。因此是研究染色体结构变异的好材料。果蝇唾腺染色体具有什么特点？果蝇唾腺染色体：在果蝇唾腺细胞中内，同源染色体进行配对，每条染色体经多次复制（10－11）。每次复制后不分开，仍并列聚合在一起。故每条染色体含有多条染色质线，故又叫多线染色体。所以看起来特别粗，约是其它体细胞染色体的200倍。特点：①巨大性；②体细胞内同源染色体配对；③染色体着丝粒相互靠拢，形成的结构――染色中心（从染色中心伸出5个长臂和一个短臂，有的短臂包含于染色中心）；④经碱性染料着色后，每条臂上有疏密不同或相同的带纹。这些条纹均具种的特征。唾腺染色体在遗传学研究中的一个突出优点是具有带纹。每条臂上所具有的带纹的大小和位置是恒定的。一般在同一种内的带纹一致，在不同种内表现不同。当染色体发生结构变异时，就可从的不同排列上显示出来。为了研究方便，把果蝇唾腺染色体的6个臂分为102个部。每部又分为6个分部（A－F）。每个分部里包括若干条带纹。给以编号（1、2、3……）。如3G：第三部的细胞分部第7带纹。二、染色体结构变异的类型（一）一般染色体的形态和结构特点（提问）原核生物的染色体是一裸露的DNA分子。真核生物的染色体由DNA、RNA和蛋白质（组蛋白和非组蛋白）组成。在细胞间期以染色质的状态存在；在细胞分裂期：染色质螺旋化形成染色体。每个染色体含2个染色单体。有丝分裂中期《遗传学》教案——第十章遗传物质的改变（一）染色体畸变3的染色体的形态是最典型的。现已证明：每一个染色单体――由一个连续的DNA大分子＋许多蛋白质分子组成染色质线，由此染色质线进一步折叠压缩成染色单体。完整的染色体：至少由一个着丝粒，染色体臂和端粒三部分组成。根据着丝粒的位置可氢染色体分为四种类型：中部着丝粒染色体、亚中着丝粒染色体、亚端着丝粒染色体和端部着丝粒染色体。没有着丝粒的染色体，在细胞分裂中是不能运动的。染色质：异染色质――一般不含基因或很少有基因存在，其所含的DNA主要是一些高度重复的序列。在遗传上是不活跃。故染色体如果在异染色质区发生断裂、重接甚至缺失或重复一点，对遗传并不造成大的影响。此区主要分布于着丝粒附近，末端及某些中间部分。常染色质：基因主要位于常染色质区，故常染色质区的任何变化都会给遗传带来严重的后果。端粒：是指染色体臂游离端的特化部分。这也是一个完整染色体所不能缺少的。到现在为止，端粒好象能把染色体的末端封闭起来，当端粒缺掉时，染色体就不能正常发挥作用。染色体断裂后两个断端可重新愈合。但断端与完整的染色体末端（端粒），却不能结合。（二）染色体结构变异的产生染色体结构变异也是发射物遗传变异的重要来源。与基因突变一样，也可自发产生，也可诱发产生。染色体结构变异发生的机制尚未完全了解，一般都认为染色体结构变异都要涉及到染色质线的断裂的重接过程，这就是所谓‘断裂—重接’假说。（三）染色体结构变异的类型基因数目变化：缺失（deletion/deficiency）：染色体丢失一个片段重复（duplication/repeat）：一个染色体上某一片段出现两份/两份以上的现象基因位置变化：倒位（inversion）：在同一染色体上某一片段作180的颠倒，造成染色体上基因顺序的重排。易位（translocation）：一个染色体臂的一段转移到另一非同源染色体的臂上的结构变异。《遗传学》教案——第十章遗传物质的改变（一）染色体畸变4二、缺失1、缺失的类型根据缺失区段所在的部位的不同分2类：（1）中间缺失：缺失区段发生于染色体的两臂内部，较稳定，易见。体细胞内一对染色体中如果有一条带有缺失，另一条正常，叫做缺失杂合体。缺失纯合体：体细胞内一对染色体都带有相同的缺失，为缺失纯合体。缺失杂合体：在减数分裂过程中同源染色体配对时，由于具缺失的染色体，不能和正常的同源染色体完全配对，正常的这条染色体，在相应部分形成拱起而与缺失染色体配对。在显微镜下可看到这种拱起，例如，果蝇唾腺染色体上可看得比较清楚。（2）顶端缺失：缺失区段发生于染色体的一端，不稳定，少见。为什么顶端不稳定且少见呢？主要是由于具有着丝粒的染色体（即具缺失的染色体）。具有一粘端，粘端可与另一同源/非同源染色体接合，形成双着丝粒染色体，此种染色体将在细胞分裂后期，由于两个着丝粒之间相反方向移动而拉断，再次出现结构变异，故不稳定且少见。顶端缺失的杂合体在减数分裂过程中，同源染色体配对时，正常的一条多出了一段，最初发生缺失的细胞内常有断裂的存在，这种断片有时可粘到其它染色体上，进一步组合到子细胞核中，有的则以断片或小环形式暂时存于细胞质中，经细胞分裂而被丢失。假如缺失区段较大，可通过（细胞学）显微镜观察，其杂合子的配对情况加以鉴定。假如缺失区很小，则难以鉴定。故有些微小缺失和基因突变很难区分。但基因突变又可产生回复突变。但微小缺失一般不能回复。2、缺失的表型效应由于缺失涉及到遗传物质的丢失，可想而知，这对生物的生长发育是有害的。对于二倍体生物来说，一般情况下，缺失纯合体受影响较大，多数不能存活。在片段的缺失杂合体也可以引起显性致死效应。这表明大多数基因对生物体的发育是不可缺少的。较小区段的缺失杂合体一般能存活。有的甚至提高了生活力（说明之）。假如缺失具有非致死效应，在杂合状态下也会出现某些特有的表型效应。例如：果蝇的X染色体缺失一小段（包括白眼位点w）缺失杂合体：♀：表现缺刻翅特征。《遗传学》教案——第十章遗传物质的改变（一）染色体畸变5♂：表现致死效应。猫叫综合症：表现为小头，严重的生长异常和智力减退。患者的哭声象猫叫，常在婴儿期或幼儿期夭折。染色体检查表明：患者为第5号染色体短臂缺失杂合体。严重的缺失，特别是缺失纯合体，除极少数例外都有致死的作用。短小的缺失，通常会导致变异，并且有时出现假显性现象。例如：玉米♀甜粒（susu隐性）×♂非甜粒（SuSu显性）（用X－ray处理花粉）F1中出现少数甜粒从理论上讲，子一代应全为非甜粒，基因型Susu，何故？原来经X射线处理的雄配子，其中有少数配子的染色体发生缺失，且缺失段正好含有Su，使得后代中仅含su的个体表现为甜粒这一隐性性状，出现假显性现象。所以，假显性现象也是识别缺失的一种方法。3、缺失作图缺失对生物体本身或对育种应用来说无实际价值，但在理论研究上具有一定的意义，其中之一可用作基因定位。例如，果蝇，确定小糙眼fa在X染色体上的位置。有14个不同的X染色体缺失区段的品系分别与白眼缺刻翅突变体杂交。在F1♀杂合体中：正常的X染色体上有一隐性突变基因，另一条X染色体是缺失的。假如缺失X染色体不包括这个突变基因的等位基因，这个隐性基因得到表现。假如缺失正好包括这个基因，则这个隐性突变基因就得以表现，即出现假显性现象，以下图说明：杂交结果：264－37，264－37，264－2，264－19，N－8，264－38均使fa基因出现假显性。而264－33，264－37，264－39，264－2和264－19都只包括3G区的缺失。由此可见，fa基因就在3G中。《遗传学》教案——第十章遗传物质的改变（一）染色体畸变6四、重复1、重复的类型及其产生根据重复片段的排列顺序及所处位置，可分3种类型：（1）串联重复：重复片段紧接在固有的区段之后，而且两者的基因顺序一致。（2）反间串联重复：重复片段也紧接固有区段之后，但基因顺序正好相反。（3）移位重复：重复片段插在与固有区段不相连的其他位置上，也可以在其他染色体上。重复可以通过同源染色体间的不等交换而产生的。在重复杂合体的体细胞内，减数分裂同源染色体配对时，也可以形成拱起，这拱起的是重复部分。2、重复的表型效应重复对生物体的发育和配子生活力的影响一般比缺失的要轻一些，但重复部分过大，也会影响个体的生活和发育，甚至引起死亡。带有重复的配子。一般是不育的，不致死的重复可有复杂的表型变化。例如，果蝇的棒眼就是X染色体上16A区重复的结果。它好象基因的作用一样，故可把它叫做棒眼基因（B）为不完全显性。说明16A区的重复可使小眼数降低，并有累加效应，即重复数愈多，小眼数越少，眼睛越小。进一步研究表明：小眼数不仅与重复区的次数有关，且与重复区的排列位置有关。B/B与BB/＋均有4个16A区，但B/B者的一对同源染色体的每一条都有2个16A区，即重复1次而BB/＋个体的两次重复都集中在一条染色体上，即两者的重复次数一样，但重复的排列位置不同，结果表现型不同，这就是位置效应。3、位置效应位置效应：某些基因或染色体片段，通过染色体的重排，使它的位置发生了改变，由于基因位置改变而引起个体表型改变的效应叫位置效应。位置效应有两种类型：（1）稳定型位置效应/S型位置效应这种位置效应与重复有关，并向限于染色体的常染色质区。例如，上述果蝇棒眼的例子，就是由于常染色质区上的基因重复，使其在染色体上的位置不同而《遗传学》教案——第十章遗传物质的改变（一）染色体畸变7改变的原有的基因相邻关系。（2）斑杂型位置效应/V型位置效应这种位置效应与异染色体质的影响有关。即原来在常染色质区的基因，经过染色体断裂重排而移到异常色质区或其附近，就导致染色质化，使它的作用受到抑制，这类型只限于处在杂合状态的基因。例如：果蝇型W＋W一般为红眼。当染色体重排使W＋被移到接近染色质区时，该杂合体表现为红白嵌合的花斑眼，这表明W＋的显性作用在一些细胞里由于受异染色质的影响而失去了活性。即产生色素的能力受到抑制，但这种效应是不稳定的，即使是同一复眼的不同细胞之间，也会受到程度不同的抑制。在W＋W杂合体中，某些细胞含有足量的红色素，另些细胞，不含色素还有一些细胞含中等量色素，故呈红的嵌合的花斑眼。这种位置效应的可能解释是：异染色质区影响了正常基因片段中DNA的包装方式，使它部分地异染色质化，故不能作为转录的模板，说明一个基因的活性可能随DNA在染色体中的包装方式而不同。五、倒位1、倒位的类型和细胞学特点（1）臂内倒位：倒位区段不包括着丝粒，即倒位区位于着丝粒一侧的臂内。（2）臂间倒位：倒位区段包括着丝粒在内。倒位是一个染色体，同时发生两处断裂之后，中间的断片以颠倒顺序与两侧重新连接而形成的。遗传物并无增减，故一般不影响细胞的发育，是一种能够存活并能传递到后代的染色体结构变异。这两类倒位能以纯合态和杂合态存在。倒位纯合体减数分裂完全正常。倒位杂合体在减数分裂同源染色体联会时，具有倒位区段的染色体，倒位区部分扭转180°形成一个环形。而另一条正常的染色体，在相应的部位拱起相互联会，形成一个倒位圈。假如倒位区段占染色体大部分时：倒位的区段可能和正常染色体的相应部分联会，而非倒位部分不联会。倒位区段短时，往往是非倒位区联会。倒位区很短很短时，则很难从细胞学加以鉴别。①假如臂内倒位杂合体，倒位圈内发生1次交换。所形成的四种配子：2种《遗传学》教案——第十章遗传物质的改变（一）染色体畸变8亲组合正常、2种重组合GM（即一种为无着丝粒