第 6 章染色体结构变异

第6章染色体结构变异

第6章染色体结构变异 导言 introduction 第1节缺失 deficiency 第2节重复duplication 第3节倒位inversion 第4节易位translocation

导言 • 染色体结构变异的概念和形成机理 • 结构变异的类型 • 染色体变异的自发和诱发

精确的细胞分裂是遗传规律的细胞学基础 • 细胞的有丝分裂是在时间上、空间上协调一致的有序过程，产生出可以进行科学预测的分裂产物。 • 有丝分裂形成两个核遗传组成完全相同的子细胞。 • 减数分裂形成各种基因型的四分孢子。

染色体也会发生变异 • 随着遗传学研究的对象越来越多，涉及面越来越广，偏离规律的异常现象日益增多。 • 最初，将这些异常现象一律用突变来解释。 • 随着细胞学研究逐步深入到遗传学领域，人们才认识到，除了基因突变以外，染色体的结构和数目也会产生变异，从而导致偏离遗传规律的异常结果。

果蝇棒眼的遗传 • 棒眼B＞正常眼B+，该基因位于Xchr.上，伴性遗传。 • 红眼♀蝇×棒眼♂蝇，F1代♀蝇应该是棒眼， ♂蝇应该是正常红眼。棒眼正常眼

缺失造成假显性 • 但C.B.Bridges在某些杂交组合的子一代群体内却发现了正常眼雌蝇。 • 唾腺细胞中，体细胞联会的两条Xchr中有一条短缺了一小段。 • 据此，Bridges推测子一代中之所以出现正常红眼♀蝇，是因为来自精子的那一条Xchr短缺了一小段，而缺少的这一小段，正是基因B 所在的区段，这就使得正常X chr上的B+处于半合状态，正常红眼效应得到了表达的机会，发育为正常红眼雌蝇。

一、染色体结构变异的概念和形成机理 • 在正常情况下，一个物种(species)chr的数目、形态和结构都是相对稳定的。 • 细胞分裂时，chr准确地复制和分配到子细胞中去，保证了物种的遗传稳定性。

染色体会发生断裂 • 自然辐射、温度、营养、生理环境等因素的异常变化，都可能使染色体发生断裂。 • 人为地用某些物理因素（如UV、x－ray、γ-ray、中子等）或化学试剂处理生物体、细胞，chr断裂的频率还会大大提高。

断裂－愈合假说： • 染色体发生断裂以后，形成粘性末端（cohesive end），具有与另一个断裂末端愈合的能力，而不能稳定存在。 A．重建愈合（restitution fusion） B．断裂末端自身愈合，或者称为自身封闭 C．错接，改变基因顺序，甚至改变连锁群

非重建愈合导致chr.结构变异: 断裂末端自身愈合和错接，都会导致chr结构发生变异。称为非重建愈合

二．结构变异的类型 chr结构变异：单个染色体片段的缺失、增加少数染色体之间片断互换

根据涉及到的染色体数归为两类： • 染色体内变异：只涉及一条chr，包括缺失、重复、倒位 • 染色体间变异：涉及两个以上非同源chr，包括易位、染色体间移位型重复

三．染色体变异的自发和诱发 • 断裂—愈合假说：断裂或损伤；伤口的接触；重接或交易等过程。 • 断裂是发生结构变异的前提。 • 断裂、重接或交换的过程可以是自发的（Spontoneous aberration），可以是人工诱发的（Induced aberration）。

自发变异的诱因 A．遗传因素 B．营养条件和生理状况 C．自然辐射 D．微生物尤其是病毒的侵染

营养条件和生理状况与chr结构变异： • 在植株生长期间，如果缺Ca、Mg，chr结构变异显著增加，而且这种植株对X-ray也特别敏感。 • 种子长期贮藏也有增加chr结构变异的趋势。原因:长期脱水。

自然辐射 • 大量事实证明，辐射处理不仅是诱发基因突变的重要途径，也是诱发chr结构变异的重要途径。 • 自然辐射是引起chr断裂的重要因素。

微生物尤其是病毒的侵染 • 人类在受到病毒（如寻麻疹，水痘，SV40，脑膜炎）的侵染后染色体可能发生断裂和重排。

结构变异的人工诱发 • 物理因素诱变 • 化学因素诱变 • X－ray和γ－ray等电离辐射穿透细胞以后使得被击中的物质发生电离，放出电子，电子又冲击其他原子，发生次级电离，引起一连串的连锁反应。 • 原子和分子由于电子数量的改变，从稳定状态变为不稳定的状态，发生各式各样的化学反应，使chr断裂，从而产生结构变异。

现在已知的化学诱变剂已经有很多种，如 • 芥子气 • 亚硝酸 • 2，3-环氧丙醚 • 8-乙氧基咖啡硷 • 顺丁烯联胺 • 甲醛 • 5-溴尿嘧啶 • 蓖麻油 • 某些抗菌素等。

第1节缺失 • 一缺失的概念和种类 • 二缺失的效应 • 三缺失的细胞学鉴定 • 四缺失的遗传学鉴定

一．缺失的概念和种类 • 丢失了某一区段的chr称为缺失chr（deficiency，deletion） • 中间缺失 • 末端缺失

缺失的类型与形成

末端缺失 • 一次断裂，形成一个有着丝粒的片段和一个无着丝粒的片段。 • 无着丝粒片段在后来的细胞分裂过程中丢失。 • 有着丝粒片段的断头具有粘性，因而也是不稳定的，将会在后续的分裂过程中产生一系列的连锁变化。

中间缺失 • 一个染色体的中间区段丢失称为中间缺失。 • 中间缺失至少牵涉到两个断裂。

二缺失的细胞学鉴定 • 末端缺失，形成异形二价体倘若缺失区段很小在形态上很难看出 • 中间缺失，则形成缺失环

缺失杂合体和缺失纯合体 • 一对染色体中一条缺失，另一条正常，这样的个体或细胞称为缺失杂合体（deficiency heterozygote）。 • 一对同源染色体缺失相同区段，这样的个体或细胞称为缺失纯合体（deficiency homozygote）

三缺失的效应 • 缺失势必丢失缺失区段内的遗传物质。 • 致死（lethal） • 假显性（Pseudodominance）

1．缺失与致死 • 缺失区段较大，或缺失纯合体，大多致死。至于缺失片段较小的个体，则情况较复杂一些。 • 缺失的致死效应可分为合子致死和配子致死有两种情况。

1．缺失与致死 • 1915年，C.B.Bridges报道了关于果蝇X染色体上决定棒眼（B）性状的区段缺失。他发现该区段的缺失能引起雄性个体致死。

猫叫综合症 智力差，面部小，哭声似猫叫。

配子体对缺失更敏感 • 在高等植物中，大多数物种的配子体对缺失的反应更为敏感，尤其是雄配子。 • 含缺失染色体的花粉不完全败育，在受精过程中也会因竞争不过正常花粉而不能参与受精。

低等生物对缺失的忍受性相当强 • 有些低等生物，如细菌和噬菌体，对缺失的忍受性相当坚强，而他们却都是单倍体。 • 在基因工程上，用噬菌体作克隆基因的载体，切除了其本身的相当一部分DNA，甚至是大部分DNA，而代之以外源DNA。

2．缺失与假显性现象 • 在缺失杂合体内，如果某一隐性基因所对应的等位显性基因正好位于缺失区段内，而缺失区段又很小，不至于影响基本生命活动，则该隐性基因因处于半合状态而得以表现。 • 从表面现象上看，似乎该基因是显性的。因而称之为假显性现象（pseudodominance）。

玉米植株颜色的假显性

第2节重复 • 重复的概念和种类 • 重复的细胞学鉴定三重复的遗传学效应

一重复的概念和种类 • 染色体某一区段加倍的结构变异称为重复(duplication)。 • 生物体对染色体重复的耐受性大于对缺失的耐受性。

重复的种类 • 染色体内重复 • 染色体间重复

染色体重复的类型与形成

染色体内重复可分为： • 同臂重复顺接重复 abcde cde·fghi 反接重复 abcde edc·fghi • 异臂重复 abcde·fcde ghi

不等交换与果蝇16A区段重复

二重复的细胞学鉴定 • 根据重复杂合体（duplication heterozygote）在减数分裂过程中的联合现象。 • 要求熟悉正常染色体的形态和结构，如染色粒、染色带、染色纽、随体和核仁组织区等染色体特殊结构的有无、大小和位置等。

重复杂合体在减数分裂中的联会

三重复的遗传学效应 ①重复导致基因组的演化 ②基因剂量的改变引起剂量效应 ③位置变化引起位置效应

1、重复是生物进化的源泉之一 • 总体上说，重复对生物体是有害的，但其危害程度小于缺失。 • 重复导致基因在chr上的相对位置改变。 • 重复区域及其附近基因间的重组率降低。 • 重复使染色体含量增加，为积累变异提供了材料。

2．重复的剂量效应和位置效应 • 果蝇的X－chr上与眼色有关的基因v+－v，位于第10区B段与C段的交界处。 • v+红色＞v朱红色，v+//v基因型♀蝇为红眼。 • C.B.Bridges得到一条X－chr，其上有v，又重复了载有v+的一个区段，v+v。 • 重复纯合体♀蝇v+v/v+v，红色。

果蝇眼色的遗传 • ♀蝇v+v/v+v× v/Y♂ ↓ F1 v+v/Y ♂红色眼 v+v/v ♀ 眼色却是朱红色的 • 两倍剂量的v表型效应超过了只有一倍剂量的显性基因v+的表型效应。 • 改变了一个隐性基因与一个显性基因之间的平衡关系。

果蝇棒眼 • 重复的剂量效应和位置效应 • 果蝇的棒眼性状也是伴性遗传的，棒眼的效应与Xchr上16区A段内的一个重复有关。 • 如果这个区段重复，果蝇复眼内小眼的数目就下降，形成棒眼。 • 小眼的数目与重复的次数、重复的位置有关。

第 6 章 染色体结构变异