第六章 染色體結(jié)構(gòu)變異

第六章染色體變異

在真核生物體內(nèi)，染色體是遺傳物質(zhì)的載體。當(dāng)染色體的數(shù)目發(fā)生改變時(shí)（缺少，增多）或者染色體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，遺傳信息就會(huì)隨之改變，結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致生物后代性狀的改變，這就是染色體變異。它是可遺傳變異的一種。根據(jù)產(chǎn)生變異的原因，把它分為結(jié)構(gòu)變異和數(shù)目變異兩大類。

人類的許多遺傳病是由染色體結(jié)構(gòu)改變引起的。染色體結(jié)構(gòu)變異與染色體數(shù)目變異引起的疾病統(tǒng)稱染色體病?，F(xiàn)在可以通過(guò)適當(dāng)手段產(chǎn)前診斷，有利于預(yù)防。第六章染色體變異(p115-148)

Chapter5ChromosomalVariation染色體變異

第一節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異第二節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的應(yīng)用第三節(jié)染色體數(shù)目變異及其應(yīng)用本章要點(diǎn)第一節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異在自然條件和人為因素的影響下，可能使染色體折斷，之后再接起來(lái)，在再接的過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生差錯(cuò)，導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異。這種通過(guò)“折斷—重接”出現(xiàn)的染色體結(jié)構(gòu)變異分為四類:

(1)缺失(2)重復(fù)(3)倒位(4)易位染色體結(jié)構(gòu)變異染色體結(jié)構(gòu)變異染色體上的基因的數(shù)目和排列順序改變生物性狀的變異多數(shù)不利

染色體結(jié)構(gòu)的變異導(dǎo)致生物變異的原因是什么？一、缺失

（一）缺失類型及形成

缺失：染色體的某一區(qū)段丟失了斷片：缺失的區(qū)段無(wú)著絲粒

頂端缺失：缺失的區(qū)段為某臂的外端某一整臂缺失了就成為

頂端著絲點(diǎn)染色體

中間缺失：缺失的區(qū)段為某臂的內(nèi)段圖6－1缺失的的類型與形成

缺失的形成頂端缺失染色體很難定型，因而較少見(jiàn)（1）斷頭很難愈合，斷頭可能同另一有著絲粒的染色體的斷頭重接，成為雙著絲粒染色體（2）頂端缺失染色體的兩個(gè)姊妹染色單體可能在斷頭上彼此接合，形成雙著絲粒染色體雙著絲粒染色體就會(huì)在細(xì)胞分裂的后期受兩個(gè)著絲粒向相反兩極移動(dòng)所產(chǎn)生的拉力所折斷，再次造成結(jié)構(gòu)的變異而不能穩(wěn)定

雙著絲粒染色體：兩條末端缺失的染色體末端之間相互連接，形成雙著絲粒染色體。用dic表示，如46，X，dic（Y）表示X正常，Y是雙著絲粒染色體。中間缺失染色體沒(méi)有斷頭外露，比較穩(wěn)定，因而常見(jiàn)的缺失染色體多是中間缺失的（1）缺失雜合體：某個(gè)體的體細(xì)胞內(nèi)雜合有正常染色體及其缺失染色體（2）缺失純合體：某個(gè)體的缺失染色體是成對(duì)的（二）缺失的細(xì)胞學(xué)鑒定

→在最初發(fā)生缺失的細(xì)胞內(nèi)，可見(jiàn)到遺棄在細(xì)胞質(zhì)里無(wú)著絲粒的斷片。但隨著細(xì)胞多次分裂，斷片即消失→頂端缺失的區(qū)段較長(zhǎng)，可在缺失雜合體的雙線期檢查交叉尚未完全端化的二價(jià)體，看非姊妹染色單體的末端是否長(zhǎng)短不等→中間缺失，且缺失的區(qū)段較長(zhǎng)，則在缺失雜合體的偶線期和粗線期，正常染色體與缺失染色體所聯(lián)會(huì)的二價(jià)體，常會(huì)出現(xiàn)環(huán)形或瘤形突出（與重復(fù)的不同）缺失的細(xì)胞學(xué)特征缺失個(gè)體的染色體聯(lián)會(huì)缺失染色體聯(lián)會(huì)(二價(jià)體形態(tài))缺失圈（瘤）果蠅唾腺染色體的缺失圈如果缺失區(qū)段微小，缺失雜合體也可能并不表現(xiàn)明顯的細(xì)胞學(xué)特征。因此進(jìn)行微小缺失的細(xì)胞學(xué)鑒定非常困難，需要借助更精細(xì)的細(xì)胞學(xué)、分子細(xì)胞學(xué)技術(shù)，如染色體顯帶、原位雜交等，并結(jié)合類似突變基因遺傳分析的程序才能完成。

缺失純合體在減數(shù)分裂過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)二價(jià)體配對(duì)異?，F(xiàn)象。（三）缺失的遺傳效應(yīng)(1)染色體的某一區(qū)段缺失了，其上原來(lái)所載基因自然就丟失了，這是有害于生物生長(zhǎng)和發(fā)育的

含缺失染色體的配子體一般是敗育的，花粉尤其如此，胚囊的耐性比花粉略強(qiáng)。含缺失染色體的花粉即使不曾敗育，在授粉和受精過(guò)程中，也競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)正常的雄配子，因此，缺失染色體主要是通過(guò)雌配子而遺傳(2)如果缺失的區(qū)段較小，含缺失染色體的個(gè)體可能存活下來(lái)。這類個(gè)體往往具有各種異常表現(xiàn)。

如人類第5染色體短臂缺失雜合個(gè)體生活力差、智力遲鈍、面部小，患兒哭聲輕，音調(diào)高，常發(fā)出咪咪聲，通常在嬰兒期和幼兒期夭折-貓叫綜合癥.貓叫綜合征患者的兩眼距離較遠(yuǎn)，耳位低下，生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，而且存在嚴(yán)重的智力障礙。例如，貓叫綜合征是人的第5號(hào)染色體部分缺失引起的遺傳病，因?yàn)榛疾和蘼曒p，音調(diào)高，很像貓叫而得名。貓叫綜合征患者的兩眼距離較遠(yuǎn)，耳位低下，生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，而且存在嚴(yán)重的智力障礙；果蠅的缺刻翅的形成也是由于一段染色體缺失造成的(3)如果缺失的區(qū)段較小，可能會(huì)造成

假顯性現(xiàn)象McClintock(1931):玉米植株顏色紫色(Pl)、綠色(pl)，位于6#長(zhǎng)臂外段

plpl

PlPl

紫株732株

綠株2株

（細(xì)胞學(xué)鑒定該區(qū)段缺失）

X射線缺失雜合體的假顯性現(xiàn)象♀♂PL缺失假顯性二、重復(fù)

（一）重復(fù)類型及形成

重復(fù)：染色體多了自身的某一區(qū)段順接重復(fù):重復(fù)區(qū)段與原有區(qū)段在染

色體上排列方向相同

。反接重復(fù):重復(fù)區(qū)段與原有區(qū)段在染

色體上排列方向相反。

重復(fù)的形成圖6－5重復(fù)的類型與形成

圖6－6不等交換與果蠅16A區(qū)段重復(fù)形成

重復(fù)區(qū)段內(nèi)不能有著絲粒,否則重復(fù)染色體就變成雙著絲粒的染色體，就會(huì)繼續(xù)發(fā)生結(jié)構(gòu)變異，很難穩(wěn)定成型。重復(fù)和缺失總是伴隨出現(xiàn)的。某染色體的一個(gè)區(qū)段轉(zhuǎn)移給同源的另一個(gè)染色體之后，它自己就成為缺失染色體了。*同源染色體的不等交換重復(fù)雜合體:某對(duì)同源染色體，一條為重復(fù)染色體而另一條為正常染色體。重復(fù)純合體:含有一對(duì)相同重復(fù)的同源染色體。

（二）重復(fù)的鑒定

→若重復(fù)的區(qū)段較長(zhǎng)，重復(fù)雜合體的重復(fù)染色體和正常染色體聯(lián)會(huì)時(shí)，重復(fù)區(qū)段就會(huì)被排擠出來(lái)，形成環(huán)或瘤-重復(fù)圈或重復(fù)環(huán)。

→若重復(fù)區(qū)段很短，則聯(lián)會(huì)時(shí)重復(fù)染色體區(qū)段可能收縮一點(diǎn)，正常染色體在相對(duì)的區(qū)段可能伸張一點(diǎn)，于是二價(jià)體就不會(huì)有環(huán)或瘤突出，鏡檢時(shí)就很難。

→在染色體末端非重復(fù)區(qū)段較短時(shí)，重復(fù)區(qū)段可能影響末端區(qū)段配對(duì)，可能形成二價(jià)體末端不等長(zhǎng)突出。

圖6－7重復(fù)雜合體染色體聯(lián)會(huì)

重復(fù)的細(xì)胞學(xué)特征(三)重復(fù)的遺傳效應(yīng)重復(fù)對(duì)個(gè)體綜合表現(xiàn)的影響：重復(fù)區(qū)段內(nèi)基因重復(fù)，影響基因間平衡；影響個(gè)體的生活力(程度與重復(fù)區(qū)段大小、重要性有關(guān))劑量效應(yīng)(dosageeffect)：果蠅眼色遺傳：紅色(V+)對(duì)朱紅(V)為顯性雜合體(V+V)表現(xiàn)為紅色但(V+VV)的表現(xiàn)型卻為朱紅色位置效應(yīng)(positioneffect)：果蠅眼面大小遺傳的位置效應(yīng)位置效應(yīng)的意義（三）重復(fù)的遺傳效應(yīng)

(1)劑量效應(yīng)：隨著細(xì)胞內(nèi)基因拷貝數(shù)增加，基因的表現(xiàn)能力和表現(xiàn)程度也會(huì)隨之加強(qiáng),即細(xì)胞內(nèi)基因拷貝數(shù)越多，表現(xiàn)型效應(yīng)越顯著例1果蠅眼色：紅色(v+)朱紅色(v)

v+v眼色：紅色

v+vv眼色：朱紅色果蠅棒眼遺傳野生型果蠅的每個(gè)復(fù)眼大約由779個(gè)紅色小眼所組成果蠅X染色體上16A區(qū)段重復(fù)的形成果蠅眼面大小遺傳的位置效應(yīng)

重復(fù)區(qū)段所在染色體上的位置不同，其表現(xiàn)型效應(yīng)也不同。

位置效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)是對(duì)經(jīng)典遺傳學(xué)基因論的重要發(fā)展，它表明染色體不僅是基因的載體，而且對(duì)其載有基因的表達(dá)具有調(diào)節(jié)作用

(2)位置效應(yīng)圖果蠅染色體16A區(qū)段的遺傳效應(yīng)

三、倒位

（一）倒位類型及形成

倒位：染色體中發(fā)生了某一區(qū)段倒轉(zhuǎn)

臂內(nèi)倒位(一側(cè)倒位):倒位區(qū)段在染色體的某一個(gè)臂的范圍內(nèi)

臂間倒位(兩側(cè)倒位):倒位區(qū)段內(nèi)有著絲粒，即倒位區(qū)段涉及染色體的兩個(gè)臂

圖6－9倒位的類型與形成

臂內(nèi)倒位與臂間倒位倒位示例如女性習(xí)慣性流產(chǎn)——（第9號(hào)染色體長(zhǎng)臂倒置）（二）倒位鑒定

→若倒位區(qū)段很長(zhǎng)，則倒位染色體就可能反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，使其倒位區(qū)段與正常染色體的同源區(qū)段聯(lián)會(huì)，兩端區(qū)段則只能保持分離狀態(tài)→如果倒位區(qū)段比較短，則兩側(cè)區(qū)段正常配對(duì)，而倒位區(qū)段與對(duì)應(yīng)正常區(qū)段保持分離，二價(jià)體上形成一個(gè)泡狀

倒位雜合體的聯(lián)會(huì)→若倒位區(qū)段不長(zhǎng)，則倒位染色體與正常染色體所聯(lián)會(huì)的二價(jià)體就會(huì)在倒位區(qū)段內(nèi)形成“倒位圈”→臂內(nèi)倒位雜合體在倒位圈內(nèi)外非姊妹染色單體之間發(fā)生交換，產(chǎn)生雙著絲粒染色單體，出現(xiàn)后期Ⅰ橋或后期Ⅱ橋

圖6－10倒位雜合體染色體聯(lián)會(huì)圖與倒位雜合體聯(lián)會(huì)復(fù)合體的電鏡圖

(1)倒位是物種進(jìn)化的一個(gè)重要因素。種與種之間的差異常常是一次又一次的倒位造成的。(2)倒位導(dǎo)致倒位雜合體的部分不育

非姊妹染色單體之間在倒位圈內(nèi)外發(fā)生交換，產(chǎn)生四種交換染色單體：→無(wú)著絲粒斷片(臂內(nèi))，后期Ⅰ丟失→雙著絲粒缺失染色單體(臂內(nèi))，后期橋折斷→缺失染色體→配子不育→單著絲粒重復(fù)缺失染色體(臂間)和缺失染色體(臀內(nèi))→配子不育→正?；虻刮蝗旧珕误w→配子可育

(3)降低倒位雜合體的連鎖基因重組率（三）倒位的遺傳效應(yīng)

臂間倒位雜合體的交換正常倒位重復(fù)缺失重復(fù)缺失臂內(nèi)倒位雜合體的交換玉米第5染色體倒位之后的重組率分別下降到0.4%,0%,4.5%圖6－11倒位圈內(nèi)交換與配子敗育機(jī)制

四、易位

（一）易位的類型及形成易位：某染色體的一個(gè)區(qū)段移接到其非同源的另一個(gè)染色體上

相互易位:非同源染色體間發(fā)生了區(qū)段互換

（常見(jiàn)）

簡(jiǎn)單易位(轉(zhuǎn)移):某染色體的一個(gè)臂內(nèi)區(qū)段嵌入非同源染色體的一個(gè)臂內(nèi)（少見(jiàn)）

圖6－12易位類型及形成

易位的形成易位與交換的異同相同點(diǎn)：都是交換染色體片段。交換易位交換的染色體同源染色體的非姊妹染色單體之間非同源染色體之間發(fā)生時(shí)期只發(fā)生在粗線期發(fā)生在各個(gè)時(shí)期不同點(diǎn)：見(jiàn)下表易位示例如慣性粒白血?。ǖ?4號(hào)與第22號(hào)染色體部分易位），夜來(lái)香也經(jīng)常發(fā)生這樣的變異。(二)易位的細(xì)胞學(xué)鑒定相互易位雜合體：粗線期的十字形配對(duì)十字形配對(duì)的形成與結(jié)構(gòu)(圖)細(xì)胞學(xué)圖(圖1、圖2)終變期的四體環(huán)或四體鏈?zhǔn)中闻鋵?duì)結(jié)構(gòu)發(fā)生交叉端化后所形成的大環(huán)結(jié)構(gòu)(常用○4表示)，或鏈狀結(jié)構(gòu)(用C4表示)中期I的8字形或圓環(huán)形十字形配對(duì)結(jié)構(gòu)的交替式和相鄰式分離(圖1、圖2)易位雜合體的聯(lián)會(huì)和分離（二）易位的鑒定

1和2代表兩個(gè)非同源正常染色體12和21代表兩個(gè)相互易位染色體

l–12–2–21的“+”字聯(lián)會(huì)形象易位雜合體的聯(lián)會(huì)和分離圖6－13相互易位雜合體染色體聯(lián)會(huì)、分離與配子育性

（三）易位的遺傳效應(yīng)

(1)易位可使兩個(gè)正常的連鎖群改組為兩個(gè)新的連鎖群，是生物進(jìn)化的一種重要途徑。許多植物的變種就是由于染色體易位形成的。直果曼陀羅的許多品系是不同染色體的易位純合體(2）易位還可能導(dǎo)致物種染色體數(shù)目改變

圖6-14羅伯遜易位與染色體融合染色體融合(羅賓遜易位)易位發(fā)生在兩條近端著絲粒染色體的著絲粒或接近著絲粒處，易位純合體的一對(duì)易位染色體包含原來(lái)兩條染色體的長(zhǎng)臂，而另一對(duì)易位染色體只包含原來(lái)兩條染色體的短臂，這種易位現(xiàn)象叫羅伯遜易位由兩對(duì)近端著絲粒染色體通過(guò)羅伯遜易位和染色體丟失變?yōu)橐粚?duì)染色體的過(guò)程稱為染色體融合。(3)玉米型相互易位雜合體為半不育

→玉米、豌豆、高粱、矮牽?；ǚ?0%敗育，胚囊50％敗育，結(jié)實(shí)率只有50％由半不育植株的種子所長(zhǎng)出的植株又會(huì)有半數(shù)是半不育的，半數(shù)是正?？捎?/p>

易位雜合體后期分離時(shí)：1,21/12,2相鄰式，重復(fù)缺失-敗育,1/21,12/2,21

1,2/12,21交替式，正常/易位-可育,1/2(三)易位的遺傳效應(yīng)易位雜合體半不育易位雜合體十字形配對(duì)進(jìn)行交替式分離所產(chǎn)生的配子是可育的，而進(jìn)行相鄰式分離產(chǎn)生的配子是不育的(圖)玉米型：相鄰式與交換式各占50％，配子半不育，可當(dāng)作一個(gè)半不育顯性基因看待月見(jiàn)草型：全部采用交替式分離，所有配子都可育

月見(jiàn)草型相互易位雜合體為全育

→月見(jiàn)草、曼駝羅、風(fēng)鈴草、紫萬(wàn)年青易位雜合體后期分離100%是交替式

(4)同倒位雜合體相似，易位雜合體鄰近易位接合點(diǎn)的某些基因之間的重組率有所下降

玉米T5-9a是第5染色體和第9染色體的一個(gè)易位。在正常的第9染色體上，yg2與sh兩基因之間重組率為23%，sh與wx為20%，在易位雜合體中分別下降到11%和5%。第二節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的應(yīng)用

一、基因定位1、利用缺失造成的假顯性現(xiàn)象，可以進(jìn)行基因定位→使載有顯性基因的染色體發(fā)生缺失，

讓其隱性等位基因表現(xiàn)“假顯性”→對(duì)表現(xiàn)假顯性個(gè)體進(jìn)行細(xì)胞學(xué)鑒定，

發(fā)現(xiàn)某染色體缺失了某一區(qū)段，就說(shuō)明該顯性基因位于該染色體的缺失區(qū)段上。

2、利用易位進(jìn)行基因定位易位雜合體自交子代群體內(nèi)，1/4正?？捎齻€(gè)體2/4半不育易位雜合體1/4可育易位純合體

易位染色體的易位接合點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)半不育的顯性遺傳基因(T)，正常染色體與易位接合點(diǎn)相對(duì)的等位點(diǎn)，則相當(dāng)于一個(gè)可育的隱性遺傳基因(t)。

用兩點(diǎn)或三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)，根據(jù)T–t與某鄰近基因之間的重組率,確定易位接合點(diǎn)在染色體上的位置已知玉米長(zhǎng)節(jié)間正?；颍˙r）對(duì)短節(jié)間（br)為顯性，Br基因位于玉米第1染色體上；某玉米第1染色體、第2染色體易位雜合體的株高正常、配子半不育（BrT//Brt）。它與完全可育的矮生品系（brt//brt）雜交得到F1（BrT//brt與Brt//brt），再用半不育F1（BrT//brt）與矮生親本品系（brt//brt）測(cè)交?？疾鞙y(cè)交子代株高與配子育性得到：株高正常、完全可育的27株，株高正常、半不育的234株，植株矮化、完全可育的279株，植物矮化、半不育的42株。求Br基因與第1染色體上易位點(diǎn)間的重組率為多少？（二）在育種中的應(yīng)用染色體結(jié)構(gòu)變異是育種工作重要的遺傳變異來(lái)源之一1、利用重復(fù)區(qū)段基因的劑量效應(yīng)，提高性狀表現(xiàn)水平例如：誘導(dǎo)大麥的a淀粉酶基因所在染色體區(qū)段重復(fù)，可大大提高a淀粉酶表達(dá)量，從而顯著改良大麥品質(zhì)。2、利用染色體易位進(jìn)行物種間基因轉(zhuǎn)移栽培植物的野生近緣物種具有許多有益基因，如抗逆性、品質(zhì)好等，通過(guò)物種雜交得到種間雜種，再誘導(dǎo)雜種及其后代發(fā)生栽培植物染色體與野生物種染色體間易位，可以將野生物種的基因轉(zhuǎn)移到栽培植物中。三、利用易位防治