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第六章染色体畸变的遗传学分析共55页文档_图文


遗传学 数 理 与 生 物 工 程 学 院

第六章 染色体畸变的遗传学分析

突变(mutation) 遗传物质本身发生质的变换称突变。 染色体畸变:染色体的结构和数目的改变 基因突变:基因(DNA或RNA)的突变

正常型红细胞

镰刀型贫血症红细胞

一 染色体结构变异
1 果蝇唾腺染色体 果蝇唾腺染色体结构和功能的特性: ?巨大性、伸展性 ?体联会(somatic synapsis)

?有横纹结构
染色质浓缩而成致密染色粒DNA被碱性染料深染的带 纹区与扩展的染色粒间DNA被浅染的带间区交替排列 而成形成横纹。

?横纹的宽窄、疏密程度相差很大 ?横纹结构相对稳定---可以识别每一条染色体 ?横纹特征具有物种的特异性

横纹的线性排列可以看作与基因的线性排列是等 同的,特定基因突变在特定的横纹上定位。

?出现puff结构:

在幼虫发育的某个阶段,多线 染色体的某些带区疏松膨大, 形成膨突(puff),或巴氏环 (Balbiani ring)。

用H3-TdR处理细胞,发现膨突 被标记,说明膨突是基因活跃

转录的形态学标志。

puff结构

氚标记的胸腺嘧啶核苷(3H -TdR)

2 染色体结构变异的类型
缺失 重复 倒位 易位

缺 失(deletion) 染色体丢失了一个片段,使之位于这个片段上的基 因也随之发生丢失。
类别:按染色体断裂点的数量和位置分为:
末端缺失 (terminal deletion)
中间缺失 (interdtitialdeletio
n)

缺失的细胞学效应--缺失环(deletion loop)
减数分裂过程只能够同源染色体配对时,缺失杂合 体出现特征性的环状结构。

缺失的遗传学效应 ?缺失一般对生物的发育和配子生活力有不利的 影响。
猫叫综合症第5号染色体短臂缺失
婴儿啼哭如猫叫,一般伴随有小头症和智力迟钝。

?缺失改变了基因间在遗传上的图距,因而导致 基因重组率发生变化。
?假显性:对于杂合体中如携带显性等位基因的 染色体区段缺失,则隐性等位基因得以实现其 表型效应。

重复 染色体的某一片段在同一染色体上出现不止一次的 现象称为重复。
串联重复(tandem duplication):重复片段紧接 在固有的区段之后,两者的基因顺序一致。
反向串联重复(reverse duplication):重复片段 与固有片段衔接在一起,但重复片段中的基因排列 顺序相反。

重复杂合体(duplication heterozygote):指同源染 色体中,有一个正常而另一个是重复染色体的生物 个体。 重复纯合体(duplication homozygote):指同源染色 体中,每个染色体都含有相同的重复片段且重复类 别相同的生物个体。

重复杂合体

A B C D E F E FG
A BC D E F E FG
重复纯合体

重复的细胞学效应 同源染色体联会时可见: ?重复环
?染色体末端不配对而突出
ABC D E F G E F G A BC D E F G

重复的遗传学效应
?重复对基因平衡的影响:扰乱了生物体本身基因 固有的平衡体系,影响了个体的生活力。 有害程度:取决于重复区段基因数量的多少及其重 要性,与缺失相比,有害性相对较小,但若重复区 段过长,往往使个体致死。

?产生特定的表型效应(剂量效应 dosage effect) 同一种基因对表型的作用随基因数目的增多而呈一 定的累加增长。细胞内某基因出现的次数越多,表 型效应越显著。
果蝇的棒眼遗传:由于X染色体上复眼基因16A横纹 区的重复使小眼数减少,形成棒眼。

?位置效应:重复区段的位置不同,表现效应也不同。 果蝇棒眼遗传:“b”代表一个16区A段;“B”代表 两个16区A段;则“Bb”是三个16区A段。

正常眼

棒眼 纯合棒眼 重棒眼 纯合重棒眼

780

358

69

45

25

倒位
一个染色体上同时出现两处断裂,中间的片段倒转 180°在重新连接起来随之使这一片段上的基因排 列的顺序颠倒。
倒位不改变染色体上基因的数量,只造成基因的重 排。

A BC

DE F GH

ABC D E F G H

AB C D E F G H

ABC D

H

AB

F GH

ABC D G F E H
臂内倒位

ABE D C F E H
臂间倒位

?臂内倒位:倒位区段发生在染色体的某一臂上。
?臂间倒位:倒位区段涉及染色体的两个臂,倒位 区段内有着丝点。

倒位杂合体(inversion heterozygote):指同源染色体 中,有一个正常而另一个是倒位染色体的生物个体。

倒位纯合体(inversion homozygote):指同源染色体 中,每个染色体都含有相同的倒位片段且倒位类别 相同的生物个体。

倒位纯合体 A B C
ABC

D GF DGF

EH EH

ABC
倒位杂合体
ABC

D GF DEF

EH GH

倒位的细胞学效应 ?倒位区段过长——倒过来配对,其余游离

BC D E F

BC D E F G

?倒位区段较短——正常部分配对,其余不配对

E

F

AB C

D

GH

A BC

D

GH

F

E

?倒位区段适中——形成倒位圈

Single inversion

Multiple inversion

缺失环 重复环 倒位圈

?倒位圈是由一对染 色体形成(而缺失 或重复杂合体的环 或瘤则是由单个染 色体形成)。

倒位的遗传学效应
倒位杂合体往往高度不育或胎儿畸形。
交换抑制 不论是臂间倒位还是臂内倒位,由于倒位环内非姐妹染 色单体间发生单交换,而交换的产物都带有缺失或重复, 不能形成有功能的配子,因而好象被抑制了,或相当程 度地减少杂合子中的重组。这种现象称为交换抑制因子 (crossover repressor,C)。

臂内倒位

ACB A BC

D E FG D E FG

倒位杂合体

ACB
A BC
配对

D E FG D E FG

分离 倒位圈内单交换产生的结果

臂内倒位形成的“后期 I 桥”

臂间倒位

ABE A BC

D C FG D E FG

倒位杂合体

ABC

E D FG

A BC

DE
配对

FG

倒 位 生圈 的内 结单 果交 换 产

分离

?平衡致死品系(balanced lethal system)

隐性基因保存

纯合体

致死基因保存

杂合体

Muller提出可用另一个致死基因来“平衡”。
利用倒位的交换抑制效应,为了同时保存两个 致死基因而设计建立的果蝇品系。

D+

+ Gl

×

++

++

展翅

粘胶眼

D+
++
展 翅

+ Gl

D+

++

++

+ Gl

++

粘胶眼 展翅粘胶眼 野生型

平衡致死系的形成

D+
+ Gl
展翅粘胶眼

D+
×
+ Gl
展翅粘胶眼

D+
D+
死亡

+ Gl
+ Gl
死亡

D+
+ Gl
展翅粘胶眼

永久杂种并非真实不分离,但可真实遗传

条件:两个致死基因紧密连锁,极不易发生交换, 或是利用倒位抑制交换,使两个非等位的隐性致 死基因永远处于一对同源染色体的不同成员上。

易位
一个染色体臂的一段移接到另一非同源染色体臂 上的结构变异。 相同点:都是交换染色体片段 不同点:见下表:

交换

易位

同源染色体的非姐 非同源(非同一)

交换的染色体

妹染色单体之间
A B C D E EFG

染色体之间
A B C D E 567

发生时期

ABC DF G
只发生粗线期

123 4FG
发生在各个时期

易位的类型 ?相互易位(reciprocal translocation):两个非同源 染色体各产生一个断裂,他们之间相互交换由断 裂形成的片段。
A B C D E 567
123 4FG

?简单易位:指一条染色体片断插入到另一条非 同源染色体的非末端区段中。(转座)
A B4 5 C DE F G 123 6 7

转座子(transposon,Tn)是存在于染色体DNA上可自主 复制和位移的基本单位。
1.是很小的DNA片段(约1kb),末端具有反向重复序列。 2.转座时常复制宿主靶位点4~15bp的DNA形成正向重复区。

?罗伯逊式易位(Robertsonian translocation) 也称着丝粒融合或整臂融合。由两个非同源
的端着丝粒染色体的长臂相互重接成一条长的中 间着丝粒染色体;短臂相互连接成交互的产物, 常在细胞分裂中丢失。
A B C D E F 融合

123 4 5 6

裂解

易位杂合体(translocation heterozygote):指同源 染色体中有一个是易位染色体的生物个体,又叫 杂易位体。

易位纯合体(translocation homozygote):指同源染 色体都含有相同易位片段的生物个体,又叫纯易 位体,由杂易位体自交获得。

易位杂合体 易位纯合体

ABC D 1 2 E F ABC D E F ABC D 1 2 E F ABC D 1 2 E F

相互易位的细胞学效应
?相互易位的纯合体没有明显的细胞学特征,在减 数分裂时配对正常。
?相互易位的杂合体在粗线期由于同源部分的紧密 配对而出现富有特征性的十字形图像。

Ⅰ Ⅱ




Ⅳ 后期Ⅰ

Ⅲ Ⅳ
粗线期
相邻分离-1: Ⅰ Ⅱ; Ⅲ Ⅳ
相邻分离-2: ⅠⅢ;ⅡⅣ
相间分离: ⅠⅣ;ⅡⅢ








相间分离





Ⅱ Ⅳ

相邻分离-1

ⅠⅢ ⅡⅣ
相邻分离-2

可育

不育

不育

相互易位的遗传学效应
?导致植物的半不孕性。 ?假连锁:非同源染色体之间的自由组合受到 抑制,原来不连锁的基因表现连锁遗传。 ?花斑型位置效应(variegated type of position effect)

bw

e

×

bw

e

褐眼黑檀体

+

+

×

bw

e

2/23/3/32易位杂合体

+

e

23 +

32 +

+

+

表型:野生型

bw

e

bw

e

bw

+

bw

e

致死:2缺失,3重复

+

+

bw

e

致死:3缺失,2重复

bw

e

bw

e

bw

e

野生型 果蝇假连锁现象 褐眼黑檀体

花斑型位置效应

花斑型

野生型

位置效应 (Position effect ):由于染色体畸变改变了一个基因 与其邻近基因或与其邻近染色质的位置关系,从而使它的 表型效应也发生变化的现象。 它可分为两大类: (1) 稳定型:如果蝇的棒眼,是由于x染色体上的区段重复。 (2)花斑型:如果蝇的班白眼是由于染色体结构变异使白 眼座位改变了位置,邻近于异染色质。

? 采集志愿者的少量静脉血(3~5毫升), EB病毒转化B淋巴细胞为永生细胞,经过技 术处理的数千株细胞被保存在零下196摄氏 度的液氮中,在需要的时候将冻存的细胞 复苏,可以保存志愿者基因供永久性研究。

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