細(xì)胞質(zhì)遺傳的研究與應(yīng)用

1、遺傳學(xué)課程論文細(xì)胞質(zhì)遺傳的研究與應(yīng)用摘 要生物體所呈現(xiàn)的各種性狀是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果，其中細(xì)胞核基因與細(xì)胞質(zhì)基因共同作用，關(guān)系密切。由細(xì)胞質(zhì)基因控制的遺傳現(xiàn)象稱為細(xì)胞質(zhì)遺傳，多表現(xiàn)為母系遺傳、正反交結(jié)果不同且后代的性狀無(wú)一定的分離比。隨著分子生物學(xué)技術(shù)手段的提高，對(duì)細(xì)胞質(zhì)遺傳的研究逐漸深入，取得很大的進(jìn)展。關(guān)鍵詞：細(xì)胞質(zhì)遺傳 母系遺傳 雄性不育 限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性ABSTRACT All the traits are depend on the effect of gene and environment.Nucleur gene and cytoplasmic gene play a

2、n important role in this progress,who have an close contaction and work together.Cytoplasmid inheritance,which is controlled by cytoplasmic gene,often express the mode of maternal inheritance.With the rapid development of molecular biological technology,the study of cytoplamic inheritance has a mean

3、ingful achievement.Key words：cytoplasmic inheritance maternal inheritance male sterility Restrietion Fragments Longth polymorphism6目錄一前言1二本論2.細(xì)胞質(zhì)遺傳的特點(diǎn)2.質(zhì)體的細(xì)胞質(zhì)遺傳2.線粒體的細(xì)胞質(zhì)遺傳2.細(xì)胞質(zhì)遺傳與“雄性不育系”3.細(xì)胞質(zhì)遺傳與細(xì)胞核遺傳的關(guān)系3.細(xì)胞質(zhì)遺傳的研究方法4三 結(jié)語(yǔ)5參考文獻(xiàn)6一前言生物代代相傳，它的遺傳物質(zhì)主要是DNA(脫氧核糖核酸)。DNA主要分布在細(xì)胞核內(nèi)的染色體上，生物遺傳的分離規(guī)律，自由組合規(guī)律、連鎖互換規(guī)律都是核

4、遺傳的表現(xiàn)。但是細(xì)胞核基因并非唯一的遺傳物質(zhì)，生物遺傳除了受核基因控制外，有些性狀是受核外基因控制的，還有一些性狀是受核基因和核外基因共同作用的結(jié)果。在細(xì)胞質(zhì)里，如葉綠體、線粒體等都含有一些DNA，能進(jìn)行自我復(fù)制，在遺傳中發(fā)揮作用。由正常細(xì)胞質(zhì)成分引起的遺傳現(xiàn)象叫“細(xì)胞質(zhì)遺傳”或“核外遺傳”，它們具有自己的特殊遺傳規(guī)律。細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)在控制遺傳性狀中是相互聯(lián)系相互制約的。二本論.細(xì)胞質(zhì)遺傳的特點(diǎn)細(xì)胞質(zhì)遺傳基于細(xì)胞質(zhì)中構(gòu)成要素的作用，這些構(gòu)成要素能夠自律地復(fù)制，通過(guò)細(xì)胞質(zhì)由一代傳至另一代。一、遺傳方式是非孟德爾式的。孟德爾遺傳規(guī)律適用于細(xì)胞核基因的遺傳現(xiàn)象，而細(xì)胞質(zhì)遺傳中控制性狀的基因存在與細(xì)胞

5、之中的染色體上，子代不表現(xiàn)出孟德爾遺傳規(guī)律。二、細(xì)胞質(zhì)遺傳表現(xiàn)為多種形式,包括母系遺傳、父系遺傳和雙親遺傳1,2。具有相對(duì)性狀的親本雜交,總是表現(xiàn)出母本性狀的現(xiàn)象,叫母系遺傳。母系遺傳是細(xì)胞質(zhì)遺傳的主要特征,而不能代表細(xì)胞質(zhì)遺傳的全部?jī)?nèi)容。卵細(xì)胞含有大量的細(xì)胞質(zhì),而精子只含有極少量的細(xì)胞質(zhì)。受精后，合子中的細(xì)胞質(zhì)幾乎全部來(lái)自卵細(xì)胞，受細(xì)胞質(zhì)基因控制的性狀實(shí)際上是由卵細(xì)胞傳給了后代，故子代總是表現(xiàn)母本的性狀。三、兩個(gè)親本雜交,后代的性狀不會(huì)出現(xiàn)一定的分離比。生殖細(xì)胞在減數(shù)分裂時(shí),細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)不能像細(xì)胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)那樣有規(guī)律的分離，細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)隨機(jī)、不均等的分配，使后代的幾種表現(xiàn)型不

6、會(huì)出現(xiàn)一定的分離比。.質(zhì)體的細(xì)胞質(zhì)遺傳除細(xì)菌、藍(lán)藻等原核生物和某些真核生物的菌類外，一切植物細(xì)胞質(zhì)中都含有質(zhì)體。葉綠體是質(zhì)體的最主要的組成部分。高等植物質(zhì)體的遺傳方式可分為3種類型:母系遺傳、父系遺傳和雙親遺傳3。在高等植物中較低級(jí)植物質(zhì)體遺傳一般為雙親遺傳,推測(cè)其遺傳方式的進(jìn)化路線是：雙親遺傳父系遺傳為主，母系遺傳為輔母系遺傳為主，父系遺傳為輔，即質(zhì)體母系遺傳是比父系遺傳、雙親遺傳更高級(jí)、更完善的遺傳方式4。質(zhì)體母系遺傳主要是由于雄性生殖細(xì)胞在發(fā)育的不同階段或在受精時(shí)質(zhì)體被排除的結(jié)果。.線粒體的細(xì)胞質(zhì)遺傳線粒體是一種廣泛存在于各類真核細(xì)胞中的半自主性細(xì)胞器，是細(xì)胞的“動(dòng)力站”。線粒體DNA編

7、碼一些重要的生物學(xué)性狀，如植物細(xì)胞質(zhì)雄性不育性。由于線粒體的體積小、表型性狀不明顯和缺乏適當(dāng)?shù)倪z傳標(biāo)記的限制，目前對(duì)線粒體遺傳的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后。但是線粒體的傳遞有其不同于質(zhì)體遺傳的特征，線粒體在雄性生殖細(xì)胞中持續(xù)存在，甚至參與受精進(jìn)入合子，卻又更多地表現(xiàn)為母系遺傳。.細(xì)胞質(zhì)遺傳與“雄性不育系”一、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核共同控制的遺傳我國(guó)科學(xué)家利用核質(zhì)互作的遺傳學(xué)原理,首創(chuàng)“三系雜交水稻”。 雜種同源染色體上存在的一定數(shù)量的不同等位基因，比連年栽種優(yōu)良品種有更顯著的增產(chǎn)效果,即具有雜種優(yōu)勢(shì)。如果采用人工去雄的方法配制雜交種種子,在實(shí)踐上存在很大的困難,尤其對(duì)于水稻、小麥等雌雄同花的植物?？茖W(xué)家在自然界找到

8、雄性不育植株雄蕊發(fā)育不正常、雌蕊正?？捎?。在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都含有決定雄蕊是否可育的基因。其中,細(xì)胞核的可育基因Rf對(duì)不育基因rf為顯性;細(xì)胞質(zhì)的不育基因用S表示,可育基因用N表示。細(xì)胞核可育基因(Rf)能夠抑制細(xì)胞質(zhì)不育基因(S)的表達(dá),當(dāng)細(xì)胞核可育基因(Rf)存在時(shí),植株都表現(xiàn)為雄性可育;當(dāng)細(xì)胞質(zhì)基因?yàn)榭捎?N)時(shí),無(wú)論細(xì)胞核具有可育基因還是不育基因,植株都表現(xiàn)雄性可育;只有當(dāng)細(xì)胞核不育基因(rfrf)與細(xì)胞質(zhì)不育基因(S)同時(shí)存在時(shí),植株才表現(xiàn)為雄性不育。故雄性可育植株的基因型為S(RfRf)、S(Rfrf)、N(rfrf)、N(RfRf)、N(Rfrf);雄性不育植株的基因型為S(

9、rfrf)。二、“三系”的遺傳5,6雄性不育系：其基因型為S(rfrf)，由于細(xì)胞質(zhì)中的不育基因S和核基因的互質(zhì)作用，在減數(shù)分裂形成配子時(shí)，只產(chǎn)生卵細(xì)胞而不能產(chǎn)生正常的花粉粒。保持系：其基因型為N(rfrf)，由于細(xì)胞質(zhì)中有可育基因N，所以在減數(shù)分裂形成配子時(shí)能夠產(chǎn)生正常的花粉粒。當(dāng)花粉粒傳給雄性不育系的植株時(shí)，可產(chǎn)生基因型為S(rfrf)的種子，解決了雄性不育系的自身留種問(wèn)題?；謴?fù)系：大田中使用的雜交種應(yīng)當(dāng)是雄性可育的，否則就不能自交結(jié)實(shí)。用基因型為N(RfRf)的品種做父本，與基因型為S(rfrf)的雄性不育系雜交，在植株上產(chǎn)生基因型為S(Rfrf)的種子。由于細(xì)胞質(zhì)基因和細(xì)胞核基因的互質(zhì)

10、作用，后代恢復(fù)了可育性。制造雜交種時(shí)一般要建立兩個(gè)隔離區(qū)。一區(qū)是繁殖不育系和保持系的隔離區(qū)，在區(qū)內(nèi)交替的種植不育系和保持系。不育系接受從保持系來(lái)的花粉，收獲的種子仍是不育系；保持系自花授粉，收獲的種子仍是保持系。如此，在此區(qū)同時(shí)繁殖了不育系和保持系。另一區(qū)是雜種制種隔離區(qū)，交替種植不育系和恢復(fù)系，不育系接受恢復(fù)系的花粉，生長(zhǎng)出雜交種子，用于大田生產(chǎn)；恢復(fù)系依舊結(jié)出恢復(fù)系種子。如此，在此隔離區(qū)制出大量雜交種以及繁殖了恢復(fù)系。這種制雜交種的方法稱“二區(qū)三系”制種法。.細(xì)胞質(zhì)遺傳與細(xì)胞核遺傳的關(guān)系盡管葉綠體和線粒體都是遺傳物質(zhì)的載體,而且它們都具有一定的遺傳自主性,能夠相對(duì)獨(dú)立地決定某些性狀的遺傳,

11、如紫茉莉的花斑。但是,這不意味著葉綠體和線粒體就可以完全不受核基因的控制而獨(dú)立發(fā)揮作用。事實(shí)上葉綠體和線粒體的形態(tài)發(fā)生與生物合成在很大程度上是依賴于本身的遺傳體系與核基因的相互作用。植物的質(zhì)-核互作雄性不育就是生物的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核兩大遺傳系統(tǒng)相互依賴和協(xié)調(diào)的具體體現(xiàn)7?？傊?細(xì)胞質(zhì)遺傳與細(xì)胞核遺傳既是獨(dú)立的,又是彼此密切聯(lián)系、互相滲透的。它們?cè)诟髯元?dú)立進(jìn)行自主遺傳和傳遞給子代遺傳物質(zhì)的同時(shí),細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成的蛋白質(zhì)大部分是受核內(nèi)基因控制、制約的,而核內(nèi)染色體和基因復(fù)制所需的能量、物質(zhì)都是由細(xì)胞質(zhì)提供的8。.細(xì)胞質(zhì)遺傳的研究方法在50年代以前，植物細(xì)胞質(zhì)遺傳的研究主要利用雜交試驗(yàn)對(duì)一些葉色自然突變體

12、，或通過(guò)組織培養(yǎng)篩選到的抗生素抗性突變體進(jìn)行分析。遺傳分析的方法確定了植物細(xì)胞的質(zhì)體遺傳存在單親母系和雙親遺傳兩種不同方式，而被子植物的大多數(shù)種表現(xiàn)為母系遺傳。60年代以來(lái)，應(yīng)用電子顯微技術(shù)，研究雄配子的發(fā)生和受精作用積累的資料，使認(rèn)識(shí)到質(zhì)體母系遺傳主要是由于雄性生殖細(xì)胞在發(fā)育的不同階段或在受精時(shí)質(zhì)體被排除的結(jié)果。超微結(jié)構(gòu)的研究使對(duì)質(zhì)體遺傳的細(xì)胞學(xué)機(jī)理有了基本的認(rèn)識(shí)。80年代初期，DNA的特異熒光探針DAPI熒光染色的技術(shù)被引入到植物細(xì)胞質(zhì)遺傳研究中，快速而有效地用于檢測(cè)雄性生殖細(xì)胞、精細(xì)胞的質(zhì)體和線粒體中的DNA存在的狀況。這一技術(shù)的研究使對(duì)細(xì)胞質(zhì)的母系和雙親遺傳方式在被子植物中的分布有更廣

13、泛的認(rèn)識(shí)。利用核酸限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(Restrietion Fragments Longth polymorphism，簡(jiǎn)稱RFLP)技術(shù)，是近幾年發(fā)展起來(lái)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)手段，為植物細(xì)胞質(zhì)遺傳研究提供了最新的研究方法9,10,11。其基本原理是用限制性內(nèi)切酶切親本細(xì)胞質(zhì)DNA，產(chǎn)生限制性酶切片段。不同物種由于酶切位點(diǎn)有差異就產(chǎn)生了限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)現(xiàn)象。由于胞質(zhì)DNA同源性較大，酶切圖譜中僅有少量帶具有差異，因而便于鑒別不同的基因型。當(dāng)用同種限制酶切雜種胞質(zhì)DNA，如果雜種酶切圖譜和母本酶切圖譜一樣，與父本酶切圖譜無(wú)關(guān)，那么可確定細(xì)胞質(zhì)為母系遺傳。同樣，也司利用RFLP技術(shù)鑒定細(xì)胞質(zhì)雙親

14、遺傳。RFLP技術(shù)用于研究細(xì)胞質(zhì)遺傳比經(jīng)典的遺傳分析法有明顯的優(yōu)越性。它是對(duì)DNA序列自然變異的直接檢測(cè)，只需選擇適當(dāng)?shù)南拗泼富駾NA探針作分子標(biāo)記，因此對(duì)植物不同種、屬或雜種后代的細(xì)胞質(zhì)遺傳變異及基因型的鑒定具有較高的靈活性、靈敏性，使之能較好地研究大量其它未知植物種的細(xì)胞質(zhì)遺傳方式。三結(jié)語(yǔ)細(xì)胞質(zhì)遺傳是由核外基因控制的重要的遺傳現(xiàn)象，其作用機(jī)理及具體表現(xiàn)是遺傳學(xué)研究的重要研究方向。目前，隨著各種科學(xué)技術(shù)手段的迅速發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)細(xì)胞質(zhì)遺傳的研究也逐步向前推動(dòng)，取得了眾多的成果，在生產(chǎn)生活中得到廣泛地應(yīng)用。然而，仍有相當(dāng)多的問(wèn)題有待于進(jìn)一步的研究和解釋，如雄性不育植株的不育機(jī)理、線粒體的遺傳方式

15、和細(xì)胞學(xué)機(jī)理等。參考文獻(xiàn)1劉大鈞.細(xì)胞遺傳學(xué)M.北京:農(nóng)業(yè)出版社,2004.2田志宏.細(xì)胞質(zhì)遺傳并非都是母系遺傳J.生物學(xué)通報(bào), 19934(10):1415.3劉興梁,胡贊民,胡適宜.RFLP技術(shù)在植物細(xì)胞質(zhì)遺傳研究中應(yīng)用J.生命科學(xué),1994,6(2):911.4劉春林,官春云.高等植物細(xì)胞質(zhì)遺傳研究新進(jìn)展質(zhì)體的父系遺傳J.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué), 1997,(1):3031.5周希澄，郭平仲等.遺傳學(xué).第4版.北京:高等教育出版社，1991:2572666劉祖洞.遺傳學(xué)(下冊(cè)).第2版.北京:高等教育出版社，1992:2322417楊業(yè)華.普通遺傳學(xué)M.北京:高等教育出版社,1999.8戴思蘭.園林植物遺傳學(xué)M.北京:中國(guó)林業(yè)出版社,1993. 9Hagemann R.Plastid geneties in higherplants.In Henmann R.G. ed，Cell Organelles，Springervergar，Newyork，1992，659610Kuroiwa T.The repli