第十章染色体畸变

第十章染色体畸变

学习要点： • 概念：假显性；假连锁；交换抑制因子；平衡致死系；单倍体；Schultz-Refield效应；单体；缺体；三体。 • 重复、缺失、倒位、易位的类型及其细胞学和遗传学效应； • 单倍体、二倍体、多倍体、非整倍体在育种上的应用； • 染色体畸变与人类疾病的关系；

第一节染色体结构变异 一、果蝇唾液腺染色体的特性唾液腺染色体(Polytene chromosome) ：存在于双翅目昆虫幼虫消化道细胞的有丝分裂间期核内一种巨大的染色体。唾液腺染色体的特征： (1)巨大性、伸展性: 210~215染色质线平行排列；比中期染色体长100-200倍。 (2)体联会(Somatic synapsis)：二倍体染色体数目为单元数。 (3)具横纹结构: 区(102)、段(A-F)、横纹，基因定位: eg.小眼不齐基因3C7； (4)出现泡状(puff)结构: 核蛋白解离，环散开，DNA活跃转录区。

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二、染色体结构变异的类型 1.重复：染色体上的某一出现两次或两次以上的现象(同向或反向) 。 2.缺失：Chr丢失一段，其上的基因也随之丢失的现象。 *以上涉及染色体上基因数目的改变。 3.倒位：染色体上某一片段颠倒180o，其上的的基因顺序重排，(臂间或臂内)。 4.易位：一个染色体上的一段连接到另一条染色体上，(相互，转座等)。 *以上涉及染色体上基因位置的改变。

三、缺失 1. 缺失的类型： (1) 端部缺失——B染色体、染色体环 (2) 中部缺失 2. 缺失的细胞学效应 (1) 缺失环、 (2) B染色体、 (3) 染色体环 3.遗传学效应大片段缺失致死，果蝇玉米等小片段缺失的纯合体存活. (1) 假显性(pseudodominance)：一对等位基因中的显性基因缺失，使对应的同源染色体上的隐性基因得以表现的遗传现象。

eg. 缺刻翅遗传(Notched). 缺刻：缺失引起；而且缺刻刚好发生在X-chr的白眼/红眼基因所在区域。实验三种现象： ① F1缺刻雌蝇全白眼—假显性； ② F1雄蝇中无缺刻性状—致死； ③ F1雌雄比例2:1. ——缺失 (2) 可用于基因定位。 (3)缺失遗传病： A. 猫叫综合症: 5p- B. 慢性骨髓性白血病：Ph染色体 22q-(40%) t(9,22)(q34,q11)

♀ ♂ 返回

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二重复(duplication) 1. 重复类型： 1.同向重复(tandem duplication) 2.反向重复(reverse repeat) 2. 重复的细胞学效应: 与正常染色体联会，会出现突环。 3. 重复的遗传学效应：重复片段大，个体生活力差，甚至死亡。 ①黑腹果蝇的棒眼(Bar, B)——不完全显性性状：正常眼(790小眼)：野生型—1×(16A1-16A6) 棒眼 (68小眼)： B基因控制—2×(16A1-16A6) 超棒眼(45小眼)：BB—3×(16A1-16A6) ，不对称重组。

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四倒位(Inversion) 1. 倒位的类型： (1) 臂内倒位 (2) 臂间倒位——着丝粒位置改变 2. 倒位的细胞学效应： ①倒位片段小，倒位部分不配对，其余配对； ②倒位片段大，倒位部分反向与正常配对，其余不配对； ③倒位片段适中：配对形成倒位环

3. 倒位的遗传学效应： 倒位纯合体，动物多数致死、植物很少，果蝇中有大量倒位。 eg.果蝇卷翅性状 (Cy, curly) :In(2L)22D1-2;33F5～34A1 或 In(2R)42A2-3;58A4~B1。 (1) 交换抑制因子(crossover repressor) 倒位环内非姊妹染色单体之间单交换，由交换后的染色体参与形成的配子不育[具有缺失（和重复）] ，使交换的结果无法在子代中检测出来，好象倒位抑制了交换发生的发生，故称为“交换抑制因子” 。 *交换抑制因子是一种遗传学现象，不是一种蛋白，也不是一种有机小分子。

配子致死 返回

(2) Schultz-Refield效应：果蝇中一对染色体杂合倒位，可以增加同一染色体组中非倒位片段的交换频率。使群体保持最适的交换频率。 (3) 平衡致死系(Balanced lethal system) ：利用倒位杂合体的交换抑制因子效应，以永久的杂合状态，同时保存两个隐性致死基因的品系。 *隐性致死基因：基因对野生型为显性性状，但纯合致死，故称为隐性致死基因。 *平衡致死系特点：两个基因，任何一个出现纯合，都是致死的，只有两个基因都为杂合状态的个体才能够保留下来。

五易位 1. 易位的类型： ①相互易位： ②单向易位(转座)： ③同一染色体内易位(转座)： ④整臂易位：非同源染色体之间整个臂的转移或交换 ⑤Robertson式易位；近端部着丝点染色体在着丝粒处断裂的整臂易位 2. 易位的细胞学效应：易位杂合体，在减数分裂的粗线期出现“十”型结构相邻分离：“0”型结构，配子全部致死；相间分离：“8”型结构，配子全部可育

3. 易位的遗传学效应： (1).假连锁(Pseudolinkage)：由于相互易位，使得非同源染色体上的基因在形成配子时，不能自由组合，表现出类似于基因之间连锁的表型效应。实为易位后形成的不平横配子致死造成的。 (2).与肿瘤的形成有关如，Burkitt淋巴瘤，t(8;14)(q24;q32)易位，产生两类异常染色体8q-和14q+。其中8q24存在癌基因c-myc, 而14q32存在IgH基因，相互易位使c-myc插入到IgH基因部位，并被激活，癌基因过量表达，导致肿瘤的发生。

3. 花斑位置效应 位置效应(posotion effect)：倒位和易位引起基因的位置该变，并造成相应的表型改变的遗传学现象。如果蝇班驳色眼的位置效应。W-w位于X-chr上，XW与4-chr相互易位 4. 农业选种家蚕：雄蚕——食量少、出丝率高。 10-chr：w2w2— 虫卵杏黄色；成虫眼白色 w3w3— 虫卵淡黄色；成虫眼黑色 w3 + — 虫卵紫黑色；成虫眼黑色 w2 + — 虫卵紫黑色；成虫眼黑色 + + — 虫卵紫黑色；成虫眼黑色 w3位点缺失后与Z染色体融合，然后交配易于选种。

X-chr 4-chr 相互易位返回

↘ ♀ ↓ ↓ ♂ 返回 ♂配子 ♀(2) ♀(1) ↓ ↘

A B A B F E D C O P Q R S F E D C N M N M O P Q R S A B C D E F F E D C N M F E D C N M M N O P Q R S F E D C N M A B O P Q R S F E D C B A M N O P Q R S A B O P Q R S S R Q P O N M F E D C B A A B O P Q R S F A S F M A S M F C N M S O B A M N C F A B O S A B C F M N O S F C N M S o B A 返回存活致死致死

♂亲本 ♀亲本 ↓ ↓ ♂配子1 ♀配子 ♂配子2 不育 ♂配子3 ↙ ↘ ♂配子4 不育 ↓ 返回

第二节染色体数目的改变 • 染色体组与染色体倍性 • 整倍体 • 非整倍体 • 染色体数目异常与疾病

一染色体组与染色体倍性 • 染色体组(genome):一个正常配子中的所包含的染色体的数目,用n表示。 genome也译为基因组,指正常配子中所带有的全部基因。 • 整倍体(euploid):以染色体组为基础,成套改变染色体数目后形成的个体。如：n, 2n, 3n, 4n, 6n等。 • 非整倍体(aneuploid):以二倍体为基础，添加或减少几条染色体后所形成的个体。如：2n-1, 2n-2, 2n+1, 2n+2, 2n+1+1 • 某些动植物以祖先中的配子染色体数作为基数，用“X”表示，如小麦中，各种小麦配子的染色体数目都是以7为基础变化，则X=7，二粒小麦(异源四倍体)：2n=4X=28; 普通小麦(异源六倍体)：2n=6X=42.

2n、4X

二整倍体 1、二倍体(diploid)：细胞内含有两套配子的染色体组。如多数动植物为二倍体生物：番茄2n=24，人2n=46.

2、单倍体(haploid):或一倍体(monoploid)，只有一个染色体组（只含有体细胞染色体数目一半）的细胞或者个体。2、单倍体(haploid):或一倍体(monoploid)，只有一个染色体组（只含有体细胞染色体数目一半）的细胞或者个体。 ①天然：如蜜蜂：雄蜂由未受精的卵发生而来——单倍体(n=7) ；雌蜂由受精卵发育而来—二倍体(2n=14)。 ②人工诱导：如用子房或花粉培养。单倍体植物很小，生活力弱，完全不育（n=10, 可育配子1/210）。多倍体产生的单倍体也不育—染色体不平衡。 *单倍体通过加倍以后可以得到纯二倍体(双单倍体，amphihaploid)。缩短育种时间，保证基因纯合存在，不会发生分离。

三、多倍体(polyploid): 超过两个染色体组的个体或细胞。 1.同源多倍体：具有3个以上相同染色体组的细胞或个体。如同源四倍体、六倍体、三倍体、五倍体等天然：染色体加倍但未减数配子受精后形成，或核内有丝分裂形成；人工：体细胞加倍——低温、秋水仙素处理。动物中同源多倍体少见，原因是加倍后产生的配子受精形成的个体(XX+XY→ XXXY)不育；植物中同源多倍体较多，如，兰科，天南星科，禾本科中的竹属等。

①同源多倍体的表型特征： 四倍体：染色体加倍，核和细胞体积增大，各器官加大；基因数量加大，产量增加。但也有相反情况。三倍体：生活力强，营养器官茂盛，但高度不育。如天然的无子香蕉，人工的无子西瓜、甜菜、苹果等，可大大提高林木、花卉、水果等产量。 ②同源多倍体减数分裂和基因分离的特点： A. 染色体分离的特点：三倍体——三价体或二价体+单价体: 2n配子形成概率(1/2)n; n配子形成的概率(1/2)n。其余配子染色体不平衡，不育。四倍体：减数分裂可形成四价体（Ⅳ）、三价体+单价体（ Ⅲ+Ⅰ）、2个二价体（ Ⅱ+ Ⅱ）。四价体和二价体可育；三价体和单价体染色体不平衡，配子不育。

B. (四价体)基因分离特点： 正常二倍体(A/a): 三种基因型——AA, Aa, aa. 四价体(A/a): 五种基因型——分离比复杂。 AAAA(四显体)/AAAa/AAaa/ Aaaa/aaaa(无显体) **以二显体（AAaa）减数分裂形成（Ⅱ+Ⅱ）为例介绍基因分离的特点：子代基因型为1 : 8 : 18 : 8 : 1 (表型35 : 1)

2.异源多倍体(allopolyploid):两个及两个以上的物种杂交，形成的杂种加倍以后形成的多倍体。2.异源多倍体(allopolyploid):两个及两个以上的物种杂交，形成的杂种加倍以后形成的多倍体。 (1)异源多倍体： AA × BB→ AB → AABB(双二倍体) (2)部分异源多倍体：异源联会(allosydesis) : A.异源六倍体小麦(AABBDD, 2n=6X=42=21Ⅱ)：一粒小麦 (AA, 2n=2X=14=7Ⅱ ) 拟撕卑尔山羊草 (BB, 2n=2X=14=7Ⅱ ) 滔矢山羊草 (DD, 2n=2X=14=7Ⅱ ) B.异源八倍体小黑麦：小麦(AABBDD) ×黑麦(RR)→小黑麦(AABBDDRR, 2n=8X=56=28 Ⅱ)

C. 萝卜甘蓝的形成： 萝卜(RR,2n=18) 甘蓝(BB, 2n=18) 萝卜×甘蓝→ RB (2n=18=18Ⅰ) →萝卜甘蓝(2n=36=18 Ⅱ) 其根似甘蓝，叶似萝卜——萝卜甘蓝。

AA : Aa : aa 2 : 8 : 2

三非整倍体 非整倍体(aneuploid):由二倍体减数分裂时，其中的一对同源染色体不分离或提前分离形成n-1或n+1的配子。 • 双体(disomy) ：正常的2n个体 • 单体(monosomy):二倍体中缺少了一条染色体(2n-1) • 缺体(nullisomy)：二倍体中缺少了一对染色体(2n-2) • 双单体(dimonosomy)：二倍体中缺少了两条染色体(2n-1-1) • 三体(trisomy)：二倍体中增加了一条染色体(2n+1) • 双三体(ditrisomy)：二倍体中增加了两条不同的染色体 (2n+1+1) • 四体(tetrasomy)：二倍体中增加了一对染色体(2n+2)

1.单体和缺体 个体成活率低，出现假显性，天然如雄性果蝇(XO); 果蝇的4单体可以成活。小麦单体：2n减数形成配子只有n、n-1和n+1可育，n ×n-1 → 2n-1,可以制造21种单体，且绝大多数性状与2n相似。

利用缺体可以进行基因的染色体定位 P: 无眼野生正常眼  F1: 正常眼 ⊕ F2:正常眼 : 无眼（3 : 1）无眼与4-chr单体(野生型)交配： 4-chr

2.三体 三体对个体的影响比单体小，多数三体的性状与双体无明显差别，只少数有差异。天然：2n减数不正常分离， n ×n+1 → 2n+1, 人工：让2n(n配子)和3n(各种n+1配子)杂交， n ×n+1 → 2n+1 。三体自交可产生双体、三体、和四体。

三体的等位基因有4种基因型：AAA/AAa/Aaa/ aaa **双显体和单显体发生基因分离。分析：AAa 基因的分离比 ♀：A : a : AA : Aa (2 : 1 : 1 : 2) [n : n+1 = 1 : 1] ♂： A : a : (2 : 1) [只有n配子，*n+1(AA\Aa)不育 ] 三体自交——表型比17A-:1aa；基因型比：AAA : AAa : Aaa : AA : Aa : aa 2 : 5 : 2 : 4 : 4 : 1

四染色体数目异常与疾病 • Down’s Syndrome:先天愚型，21三体综合症。 • Pautau’ Syndrome: 13三体综合症。 • Edwards’ Syndrome: 18三体综合症。 • XO(Turner’s Syndrome) • XYY • XXY(Klinefelter’ Syndrome)

第三节染色体变异在进化中的意义 黑腹果蝇

第十章染色体畸变