染色體結(jié)構(gòu)的變異遺傳學

第五章染色體結(jié)構(gòu)的變異第一節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的概述第二節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異類型第三節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的誘發(fā)第四節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的應用本章要求復習思考題染色體畸變：指染色體的結(jié)構(gòu)或數(shù)目發(fā)生了異常的變化?？赡苁亲园l(fā)的可通過化學物質(zhì)或放射線處理而誘發(fā)。研究染色體畸變的幾種好材料玉米的染色體（特點）染色體形態(tài)易于區(qū)別。染色體上的標記明顯。著絲粒位置；兩臂的長短；球節(jié)的有無和染色粒的分布等。果蠅的唾液染色體（特點）巨大性、伸展性(永久間期系統(tǒng)；多線染色體)體聯(lián)會(somaticsnapisis)：同源染色體配對幾乎融合；著絲粒形成染色中心。果蠅的唾液染色體（特點）橫紋結(jié)構(gòu)帶紋區(qū)（bands）85%、間帶區(qū)(interbands)15%橫紋的相對大小和空間排列可作為識別唾液染色體的標志；橫紋的線性排列與基因的線性排列是等同的，因而可利用橫紋特征進行基因突變。果蠅的唾液染色體（特點）出現(xiàn)PUFF結(jié)構(gòu)在幼蟲發(fā)育不同時期，基因在行使特殊功能時(RNA轉(zhuǎn)錄)出現(xiàn)的特殊形態(tài)的泡狀結(jié)構(gòu)稱為puff，或染色體疏松。表明解旋，基因在活躍地轉(zhuǎn)錄。第一節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的概述變異的原因內(nèi)環(huán)境：細胞內(nèi)的營養(yǎng)、溫度、生理等異常的變化外環(huán)境：物理誘變因素和化學藥劑等染色體結(jié)構(gòu)變異假說及結(jié)構(gòu)變異種類斷裂重接假說（breakage-reunionhypothesis）正確重接重新愈合，恢復原狀錯誤重接產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變異保持斷頭產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變異結(jié)構(gòu)變異種類——缺失、重復、倒位、易位第二節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異類型一、缺失(deficiency)二、重復(duplication)三、倒位(inversion)四、易位(translocation)一、缺失(deficiency)缺失：染色體丟失了帶有基因的某一區(qū)段。㈠、缺失的類別㈡、缺失的細胞學鑒定㈢、缺失的遺傳學效應㈠、缺失的類別頂端缺失(terminaldeficiency)指缺失的區(qū)段位于染色體某臂的外端。中間缺失(interstitialdeficiency)指缺失的區(qū)段位于染色體某臂的中間。缺失形成的機理123123環(huán)狀染色體自我連接1231254雙著絲點染色體126453平衡易位456＋頂端缺失35445312124312351245缺失5重復5斷裂融合橋(breakagefusionbridge)缺失染色體（deficiencychromosome）指丟失了某一區(qū)段的染色體。缺失雜合體(deficiencyheterozygote)指同源染色體中，有一個正常而另一個是缺失染色體的生物個體。缺失純合體(deficiencyhomozygote)指同源染色體中，每個染色體都丟失了相同區(qū)段的生物個體。相關術(shù)語㈡、缺失的細胞學鑒定無著絲粒斷片缺失的細胞可見到遺棄在細胞質(zhì)里的無著絲粒的斷片(形成微核或丟失)。㈡、缺失的細胞學鑒定頂端缺失有絲分裂出現(xiàn)因斷裂——融合雙著絲粒染色體——后期染色體橋。減數(shù)分裂聯(lián)會時，有未配對的游離區(qū)段㈡、缺失的細胞學鑒定中間缺失減數(shù)分裂染色體聯(lián)會時形成缺失環(huán)。

與重復環(huán)的區(qū)別參照染色體的正常長度染色粒和染色節(jié)的正常分布著絲點的正常位置㈡、缺失的細胞學鑒定注意！較小的缺失往往并不表現(xiàn)出明顯的細胞學特征缺失純合體減數(shù)分裂過程也無明顯的細胞學特征㈢、缺失的遺傳學效應致死或出現(xiàn)異常（缺失片段較長）缺失基因的數(shù)目和重要性缺失個體是二倍體還是多倍體缺失配子是雄配子還是雌配子含缺失染色體的配子一般敗育；缺失染色體主要是通過雌配子傳遞。缺失個體是純合體還是雜合體缺失純合體很難存活；缺失雜合體的生活力很低。假顯性（缺失片段較短）人類染色體缺失綜合癥1、假顯性(pseudodominance)如果缺失的部分包括某些顯性基因，那么同源染色體上與這一缺失相對應位置上的隱性等位基因就得以表現(xiàn)，這一現(xiàn)象稱為假顯性。玉米株色遺傳的假顯性現(xiàn)象McClintock（1931），玉米X射線輻射試驗。2、人類染色體缺失綜合癥Catcrysyndrome（貓叫綜合癥）喉部發(fā)育不良，哭聲似貓，1963年首次報道，1/5萬小頭、滿月形臉、眼距寬、低耳位、嬰幼兒期夭折5號染色體短臂缺失，故稱為5P-綜合癥smallheadcryofthecat(mewing)moonlikefacementalretardation5號染色體短臂缺失二、重復(duplication)重復：正常染色體增加了與自己相同的某一區(qū)段的結(jié)構(gòu)變異叫重復。增加了的這一區(qū)段叫重復片段。

㈠、重復的類別㈡、重復的細胞學鑒定㈢、重復的遺傳學效應㈠、重復的類別順接重復(tandemduplication)指重復區(qū)段的基因序列與原染色體上基因的序列相同的重復。反接重復(reverseduplication)指重復區(qū)段內(nèi)的基因順序發(fā)生了180度顛倒，與自己序列相反的重復。重復形成的機理由于同源染色體的不等交換。相關術(shù)語重復染色體（duplicationchromosome）指含有重復片段的染色體。重復雜合體(duplicationheterozygote)指同源染色體中，有一個正常而另一個是重復染色體的生物個體。重復純合體(duplicationhomozygote)指同源染色體中，每個染色體都含有相同的重復片段且重復類別相同的生物個體。㈡、重復的細胞學鑒定細胞學特征：同源染色體聯(lián)會時可見如下特征1、重復環(huán)2、染色體末端不配對而突出注意：區(qū)分重復環(huán)與缺失環(huán)當重復區(qū)段很短時很難觀察到重復環(huán)重復純合體也觀察不到重復環(huán)㈢、重復的遺傳學效應重復對基因平衡的影響擾亂了生物體本身基因固有的平衡體系，影響了個體的生活力。有害程度取決于重復區(qū)段基因數(shù)量的多少及其重要性，與缺失相比，有害性相對較小，但若重復區(qū)段過長，往往使個體致死。對育性的影響重復雜合體一般敗育，重復純合體會產(chǎn)生“劑量效應(dosageeffect)”。1、劑量效應(dosageeffect)同一種基因?qū)Ρ硇偷淖饔秒S基因數(shù)目的增多而呈一定的累加增長。如果蠅的眼色遺傳：V+（紅色）>V（朱紅色）V+V紅色；V+VV

朱紅色說明2個隱性基因的作用大于1個顯性等位基因，改變了原來一個顯性基因與一個隱性基因的關系。2、位置效應(positioneffect)一個基因隨著染色體畸變而改變它和鄰近基因的位置關系，從而改變了表型的現(xiàn)象稱位置效應。如果蠅的棒眼遺傳：果蠅的棒眼基因(Bar，B)位于X染色體上，對野生型的復眼呈不完全顯性，表型效應是減少復眼中的小眼數(shù)，使圓而大的復眼呈棒狀。棒眼是由于X染色體上一個小片段(16A1~A6區(qū)段)的順接重復所造成。果蠅X染色體16區(qū)A段的重復與棒眼變異的關系正常眼棒眼純合棒眼純合重棒眼重棒眼780358694525表現(xiàn)型基因型染色體結(jié)構(gòu)紅色小眼數(shù)果蠅X染色體上16A區(qū)段重復的形成三、倒位(inversion)倒位：正常染色體某一區(qū)段的基因序列發(fā)生了180°顛倒的現(xiàn)象。倒位染色體上的基因總量不變。㈠、倒位的類別㈡、倒位的細胞學鑒定㈢、倒位的遺傳學效應㈠、倒位的類別臂內(nèi)倒位(paracentricinversion)指倒位發(fā)生在染色體的某一臂內(nèi)，又稱為一側(cè)倒位。臂間倒位(pericenticinversion)指倒位發(fā)生在染色體的兩臂之間，（含著絲粒），又稱為兩側(cè)倒位。倒位形成的機理

Aninversionrequirestwobreaksinthechromosomeandsubsequentreinsertionoftheinvertedsegment.Aninversionmayarisefromchromosomallooping．相關術(shù)語倒位染色體（inversionchromosome）指含有倒位片段的染色體。倒位雜合體(inversion

heterozygote)指同源染色體中，有一個正常而另一個是倒位染色體的生物個體。倒位純合體(inversionhomozygote)指同源染色體中，每個染色體都含有相同的倒位片段且倒位類別相同的生物個體。㈡、倒位的細胞學鑒定同源染色體聯(lián)會時：倒位區(qū)段過長——倒過來配對，其余游離倒位區(qū)段較短——正常部分配對，其余不配對倒位區(qū)段適中——形成倒位圈臂內(nèi)倒位形成的“后期I橋”注意區(qū)分倒位圈與缺失、重復圈的結(jié)構(gòu)差異倒位純合體無明顯細胞學特征deletioninversion㈢、倒位的遺傳學效應對基因關系的影響倒位改變了基因間的連鎖關系；因不能正常配對而降低了連鎖基因間的重組率。有害程度取決于倒位區(qū)段的長短，倒位區(qū)段過長往往致死。對育性的影響倒位雜合體倒位圈內(nèi)發(fā)生交換后，產(chǎn)生的交換型配子(50%)含重復缺失染色單體，這類配子不育。所以倒位雜合體部分不育。倒位純合體的同源染色體聯(lián)會完全正常，但會產(chǎn)生“位置效應”。1、臂間倒位雜合體產(chǎn)生大量缺失和重復染色單體Results:1normalchromosome2deletion/duplicationchromosomes(inviable)1inversionchromosome(allgenespresent;viable)2、臂內(nèi)倒位雜合體產(chǎn)生雙著絲點染色單體，隨著出現(xiàn)后期Ⅰ橋。Results:1normalchromosome2deletionchromosomes(inviable)1inversionchromosome(allgenespresent;viable)不論是臂間倒位還是臂內(nèi)倒位，由于倒位環(huán)內(nèi)非姐妹染色單體間發(fā)生單交換，而交換的產(chǎn)物都帶有缺失或重復，不能形成有功能的配子，因而好象被抑制了，或相當程度地減少雜合子中的重組。這種現(xiàn)象稱為交換抑制因子(crossoverrepressor,C)。Positioneffect倒位使基因位置發(fā)生改變，同時也改變了基因的原有的鄰近關系，從而引起表型改變的遺傳效應。主要與異染色質(zhì)有關。四、易位(translocation)易位：兩個非同源染色體間發(fā)生片段轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象稱為易位。有人稱之為非法交換。㈠、易位的類別㈡、易位的細胞學鑒定㈢、易位的遺傳學效應㈠、易位的類別相互易位(reciprocaltranslocation)指兩個非同源染色體都被折斷，兩個斷片交換重接到兩條被折斷的非同源染色體上的現(xiàn)象。

簡單易位(simpletranslocation)(單向)指一個染色體上的某一區(qū)段轉(zhuǎn)移到了另一非同源染色體上的現(xiàn)象，故又稱為轉(zhuǎn)移。羅伯遜易位（Robertsoniantranslocation，rob）又稱著絲粒融合或整臂融合，由兩個非同源的端著絲粒染色體的長臂相互重接成一條長的中央著絲粒染色體，短臂連接成交互的產(chǎn)物，其上含有一些不重要的基因，這種小染色體常在細胞分裂中丟失。易位形成的機理相關術(shù)語易位染色體（translocationchromosome）指含有易片段的染色體稱為易位染色體。易位雜合體(translocationheterozygote)指同源染色體中有一個是易位染色體的生物個體，又叫雜易位體。易位純合體(translocationhomozygote)指同源染色體都含有相同易位片段的生物個體，又叫純易位體，由雜易位體自交獲得。㈡、易位的細胞學鑒定相互易位雜合體粗線期呈十字形配對終變期呈四體環(huán)（十字形配對結(jié)構(gòu)發(fā)生交叉端化后所形成的大環(huán)結(jié)構(gòu)，用○4表示)或四體鏈（十字形配對結(jié)構(gòu)發(fā)生交叉端化后所形成的鏈狀結(jié)構(gòu)用C4表示)中期I呈8字形或圓環(huán)形（十字形配對結(jié)構(gòu)的交替式和相鄰式分離）相互易位純合體：同源染色體聯(lián)會一切正常。易位雜合體的聯(lián)會和鑒定偶線期和粗線期易位雜合體聯(lián)會成“十”字形終變期聯(lián)會就會因交叉端化而變?yōu)橛伤膫€染色體構(gòu)成的“四體鏈”或“四體環(huán)”中期Ⅰ終變期的環(huán)可能變?yōu)椤?”字形或環(huán)形交替式相鄰式1.在偶線期和粗線期時形成十字型特征果蠅巨染色體易位圖2、終變期形成環(huán)狀或8字型㈢、易位的遺傳學效應易位雜合體半不育降低了連鎖基因間的重組率易位改變了基因間的連鎖關系，抑制了正常連鎖群的重組；聯(lián)會的緊密程度降低。出現(xiàn)假連鎖現(xiàn)象——因易位改變了基因間的連鎖關系，使本應獨立遺傳的基因出現(xiàn)連鎖（假連鎖）。羅伯遜易位造成染色體融合而導致染色體數(shù)目的變異。1．半不育是易位雜合體的突出特點⑴相鄰式分離產(chǎn)生重復、缺失染色體，配子不育；⑵交替式分離染色體具有全部基因，配子可育。交替式和兩種相鄰式分離的機會大致相等，即花粉和胚囊均有50%是敗育的，結(jié)實率50%。⑴、相鄰式分離結(jié)果：相鄰式分離形成配子全為缺失重復配子，表現(xiàn)為全部不育。AD

ABCD

BC+AD

DCAB

BC+⑵、相間式分離結(jié)果：相間式分離形成配子為正常和易位配子，表現(xiàn)為全部可育。＋ADABBCCDSemi-sterility2、對基因連鎖的影響⑴、易位改變了基因間的固有連鎖關系因此，使得連鎖基因改變?yōu)楠毩⑦z傳關系。⑵、假連鎖（pseudolinkage）現(xiàn)象兩對染色體上原來不連鎖的基因，如果靠近易位斷點，由于相互易位雜合體總是以相間分離方式產(chǎn)生可育配子，其結(jié)果是，似乎非同源染色體上的基因間的自由組合受到嚴重限制，這種現(xiàn)象為假連鎖現(xiàn)象。pseudolinkageobservedfromtestcrossoftranslocation

heterozygote：a/;a+b+/bxa/a;b/b3、position-effectvariegation4、羅伯遜易位造成染色體融合而導致染色體數(shù)目的變異。FamilialDownsyndromeisanexampleofaRobertsoniantranslocation.第三節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的誘發(fā)一、物理因素的誘發(fā)二、化學因素的誘發(fā)三、其它因素的誘變一、物理因素的誘發(fā)染色體結(jié)構(gòu)的變異需要相當大的能量，細胞必須在獲得大量的能量以后，染色體才可能發(fā)生畸變，輻射就是很好的能源。能量低的輻射（如可見光）只能產(chǎn)生熱量；能量較高的輻射（如γ射線）除產(chǎn)生熱能和使原子激發(fā)外，還能使原子“電離”（ionization），誘發(fā)突變。電離輻射源α射線、β射線和中子等粒子輻射，也包括γ射線和X射線等電磁波輻射。中子的誘變效果最好。輻射誘變的趨勢輻射的劑量越大，誘發(fā)的突變頻率越高，但與輻射強度無關。輻射劑量是指單位質(zhì)量被照射的物質(zhì)所吸收的能量數(shù)值。輻射強度是指單位時間內(nèi)照射的劑量數(shù)，即劑量率。只要照射的總劑量不變，無論輻射強度有多大，誘發(fā)的突變總是保持一定。輻射劑量與染色體結(jié)構(gòu)變異頻率的關系

物理誘變的特點物理因素誘發(fā)的突變是隨機的，無特異性可言，性質(zhì)和條件相同的輻射可以誘發(fā)不同的變異。因此，目前只能期望通過輻射處理得到變異，而不能期望通過一定的輻射處理得到定向的變異。二、化學因素的誘發(fā)根據(jù)其化學結(jié)構(gòu)和功能的不同可區(qū)別為：烷化劑有一個或多個不穩(wěn)定的烷基（C2H5），它們能轉(zhuǎn)移到電子密度較高的分子中去，改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)，導致染色體結(jié)構(gòu)變異。常用的烷化劑有甲基磺酸乙酯[EMS，CH3SO2（OC2H5）]、硫酸二乙酯[DES，SO2（OC2H5）2]、乙烯亞胺等。二、化學因素的誘發(fā)根據(jù)其化學結(jié)構(gòu)和功能的不同可區(qū)別為：堿基類似物其分子結(jié)構(gòu)與基因分子的堿基相似，它在不防礙染色體復制的情況下，作為組成成份參入DNA分子，導致突變的發(fā)生。常用的堿基類似物有5-溴尿嘧啶（Bu）、5-溴脫氧尿核苷（BudR）、2-氨基嘌呤（AP）等。前兩種是胸腺嘧啶（T）類似物，后一種是腺嘌呤（A）類似物。二、化學因素的誘發(fā)根據(jù)其化學結(jié)構(gòu)和功能的不同可區(qū)別為：抗生素如重氮絲氨酸、絲裂霉素C等也能誘發(fā)染色體結(jié)構(gòu)變異，因其具有破壞DNA分子結(jié)構(gòu)的能力，因而造成染色體斷裂，目前很少實際應用?；瘜W誘變的特點具有特異性，一定性質(zhì)的藥物能誘發(fā)一定類型的變異，這使動植物育種中定向地誘發(fā)和篩選變異看到了希望。三、其它因素的誘變某些病毒也可引起宿主細胞染色體畸變，如SV40病毒、Rous肉瘤病毒、帶狀皰疹病毒等。生物老齡化也會導致染色體畸變，如染色體端粒脫落等。溫度過高也會引起結(jié)構(gòu)變異。第四節(jié)染色體結(jié)構(gòu)變異的應用一、進行基因定位1、利用缺失進行基因定位2、利用易位進行基因定位二、利用倒位獲得平衡致死系三、果蠅的ClB測定法四、利用易位創(chuàng)造玉米不育系的雙雜合保持系五、利用易位使家蠶自別雌雄—與性染色體連鎖一、基因定位1、利用缺失造成的假顯性現(xiàn)象，可以進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”。對表現(xiàn)假顯性的個體進行細胞學鑒定，發(fā)現(xiàn)某染色體缺失了某一區(qū)段，就說明該顯性基因位于該染色體的缺失區(qū)段上。Deletionmapping-pseudodominance1、人為造成各種不同的缺失類型2、分別與待定位的隱性突變體雜交，依假顯性效應確定突變位點果蠅fa基因的缺失定位定位fa(facet,果蠅小眼面不齊)基因果蠅fa基因的缺失定位N-8至264-32都表現(xiàn)假顯性，都包括3C7區(qū)域果蠅fa基因的缺失定位264-33至264-19只缺失了3C7中的一條帶紋，也使fa

假顯性果蠅fa基因的缺失定位fa基因定位在3C7帶紋處2、以易位點為遺傳標記(半不育)進行連鎖分析易位雜合體自交后代的表現(xiàn)：交替式分離可育配子：含兩個正常染色體(1和2)，或含兩個易位染色體(12和21)。自交后代中：1/4：完全可育的正常個體(1，1和2，2)2/4：半不育易位雜合體(1，12，2，21)1/4：完全可育的易位純合體(12，12，21，21)易位接合點相當于一個半不育的顯性遺傳單位(T)，易位雜合體基因型為（Tt）。兩點或三點測定法具體實例：玉米的株高遺傳，玉米長節(jié)間（即株高正常）基因（Br）為短節(jié)間（矮化）基因（br）的顯性。其中有株高正常，但半不育，結(jié)果表明：易位點(T)與Br-br之間的重組率為11.85%，即T距Br-br座位11.8個重組單位。已知Br-br的座位在第1染色體上，故第1染色體是所涉及的兩個非同源染色體中一個，至于另一個則需根據(jù)T-t與另外基因之間的連鎖關系進行測定。株高正常，半不育植株矮化，完全可育tTBrtBrT×brttbrtt♂♀brtbrtBrtbrtBrTbrtttTttt×FtF1半不育完全可育可育的親型配子可育的交換配子

♂♀brttBrTTBrttbrTTbrttbrttbrBrTtbrbrTtbrBrttbrtttt表現(xiàn)型植株矮化，完全可育株高正常，半不育植株矮化，半不育株高正常，完全可育植株數(shù)2792344227重組率（69/592）×100%=11.85%根據(jù)易位與某基因間的重組率定易位點位置二、利用倒位獲得平衡致死系平衡致死系或永久雜種（balancedlethalsyst