细胞质遗传课时课件.ppt
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1、目 录一、细胞质遗传的概念及特点 0.5课时二、母体影响 0.5课时三、线粒体遗传 1.0课时四、叶绿体遗传 1.0课时五、共生体遗传 0.5课时六、核外遗传与雄性不育性 0.5课时一、细胞质遗传(cytoplasmic inheritance)(一)概念1.细胞质遗传(cytoplasmic inheritance)细胞质内遗传物质传递、表达规律细胞质内遗传物质的分布细胞器:线粒体、质体、中心体等共生体:卡巴粒附加体:质粒细胞质基因组细胞质基因组细胞器和细胞质颗粒中的遗传物质的统称一、细胞质遗传(cytoplasmic inheritance)(一)概念 细胞质基因位于细胞核之外,又称核外遗
2、传2.核外遗传(extranuclea inheritance)卵细胞:为子代提供细胞核和细胞质内各种物质精细胞:只提供细胞核,不提供或极少提供细胞质 细胞质基因决定的性状,只能通过卵细胞传给子代,受母本基因型控制,又称母体遗传。细胞质遗传、核外遗传及母体遗传都是研究细胞质基因的遗传规律及现象。一、细胞质遗传(cytoplasmic inheritance)(一)概念3.母体遗传(maternal inhertance)一、细胞质遗传(cytoplasmic inheritance)(二)特点 细胞质来自母亲,细胞质基因通过母体传递1.母体传递性母体传递性2.正交反交差异性正交反交差异性白枝白
3、枝绿枝绿枝白枝绿枝白绿正交F1白绿白反交F1绿正反杂交结果不同一、细胞质遗传(cytoplasmic inheritance)(二)特点4.连续回交非置换性连续回交非置换性 连续8代回交,母本细胞核被父核取代1-(1/2)8=0.9961,但细胞质基因却没有改变。3.基因分离不均衡性基因分离不均衡性 细胞质随机切割导致细胞质基因随机分配,F1斑枝F2白、绿、斑枝随机表达。随机分配随机切割绿枝 白枝 斑枝二、母体影响(maternal influence)核基因产物残留在卵细胞中使子代性状暂不表达包括 母体卵细胞残留物质对下代某生育阶段表型影响,地中海粉螟(Ephestia)色泽遗传(短暂影响)
4、。母体卵细胞残留物质对下代整个世代影响,如锥实螺的外壳旋转方向的遗传(终生影响)。与细胞质遗传相似,但不是细胞质遗传。(一)概念及特点1.母体影响(maternal influence)幼虫皮肤色泽及成虫眼睛色泽受Aa基因控制,AA幼虫有色、成虫褐眼,aa幼虫无色、成虫红眼。二、母体影响(maternal influence)(二)短期母体影响1.地中海粉螟(Ephestia)正反交后代中aa基因型相同,但表型均同母体。Aa母体后代因含有犬尿氨酸色素A(核基因产物)呈红色,成虫期A物质消失后表达正常;aa后代无A物质真实表达。上代卵细胞残留物质影响子代幼虫期性状正常表达。AA aa Aaaa1
5、/2Aa 1/2aa幼虫有色 红色成虫眼褐色 红色AA aa Aaaa1/2Aa 1/2aa幼虫有色 无色成虫眼褐色 红色2.杂交实验杂交实验正交反交规律:正反交F1均为母体遗传,F3均为右:左=3:1核基因遗传 子代表型受母体基因型控制,D后代全右旋、d全左旋 母体基因型使后代性状推迟一个世代表达。右右左左F1 右右F2 右右F F3 3 3 3右:右:1 1左左EX1左左右右F1 左左F2 右右F F3 3 3 3右:右:1 1左左EX2二、母体影响(maternal influence)(二)长期母体影响1.锥实螺(limnaea heredity)杂交实验2.前定作用 母体卵细胞的生命
6、活动状态决定受精卵或子代表型性状的现象,称前定作用或延迟遗传。所以,母体影响母体遗传:母体影响是核基因物质推迟子代性状表达;母体遗传是质基因控制性状表达。锥实螺旋转方向受卵细胞第一次卵裂纺锤体的倾斜方向决定。即母体受精卵卵裂方向旋转方向 D基因纺锤体右倾斜呈右旋,d基因纺锤体左倾斜呈左旋。二、母体影响(maternal influence)(二)长期母体影响三、线粒体遗传(mitochondrion inheritance)(一)酵母菌线粒体遗传 1949,Ephrussi 小菌落:突变率一般为0.1%1%,诱变时更高些。交配型Aa:核基因控制,异型能交配同型不交配1.酵母菌小菌落突变与交配型
7、酵母菌小菌落突变与交配型2.杂交实验杂交实验菌落表型 小大子代全大,呈单亲性状遗传交配型 Aa 子代1A:1a,呈核基因遗传A交配型分离1:1,表现型全为野生型三、线粒体遗传(一)酵母菌线粒体遗传 1949,Ephrussi3.小菌落变异与线立体 小菌落的细胞色素a、b含量及氧化酶活性比野生型显著降低,因不能有氧呼吸和有效利用有机物而菌落变小。测定小菌落线粒体DNA,几乎检测不到。所以,小菌落突变是线粒体基因突变。细胞色素氧化酶和ATP酶基因大片段缺失多为无线粒体小菌落,杂交后代因野生型mtDNA随机分配呈野生型。但小片段缺失突变因自身mtDNA能复制转录,后代大小菌斑并存。三、线粒体遗传(二
8、)线粒体基因组(mitochondrion genome mtDNA)Ris1962,Nass1963分别观察到线粒体内有线状DNA1.mtDNA发现发现双链裸露,环状少有线状。称mtDNAmtDNA呈多拷贝存在。如酵母每个细胞有1-45个mtDNA基因组有轻重链之别(富GC或AT)基因组变化大,与编码基因数目关系不密切。动物16kbp编码26个基因,酵母78kb编码18-42个基因,玉米570kb编码54-68个基因2.mtDNA特点特点三、线粒体遗传(三)线粒体基因组(mitochondrion genome mtDNA)3.mtDNA组成多为呼吸相关基因,已定位38个3个rRNA基因(2
9、6s,18s,5s)22个tRNA基因(如Leu,Lle等)3个色素氧化酶:coxI、II、III2个NADH脱氢酶:ND1,DN53个核糖体蛋白:rps4、13、14 5个ATP酶:atpA1、2、6、9、10 基因组大小差异明显 人鼠牛16569.16275.16338bp,但酵母达78kb,植物达570kb酵母有内含子但哺乳动物无。三、线粒体遗传(三)线粒体基因组(mitochondrion genome mtDNA)植物mtDNA基因组反向有重复序列,能产生亚基因组环。如玉米有1/1,2/2等6个重复序列。当1/1反向重复序列重组时能产生两个亚环(488+82kb);12/12反向重复
10、序列重组时能产生两个亚环(530+67)。重复序列1-1间重组产生488+82亚组重复序列1重复序列13.mtDNA组成方式:不对称不同步D环式复制。重链H先复制并置换亲链产 生D环,当D环置换到轻链L起点时H反向复制新链,轻链L开始复制。特点:活跃不均一。如 0-多次/周期,核非分裂期能复制。特有复制系统和特定基因。如线粒体DNA聚合酶、细胞色素氧化酶、细胞色素和ATP酶等基因。三、线粒体遗传(三)线粒体基因组(mitochondrion genome mtDNA)4.mtDNA复制三、线粒体遗传(三)线粒体基因组(mitochondrion genome mtDNA)5.转录翻译的半自主性
11、特有转录系统,如核糖体和多种RNA(rRNA.tRNA.mRNA)特有翻译系统,如线粒体基因翻译的蛋白质8-62种,随基因组不同,编码的RNA和蛋白种类数不等。半自主性,与核基因组相互依存。如线粒体的核糖体蛋白是核基因合成产物与线粒体DNA转录的rRNA结合形成,称半自主性。如:细胞色素氧化酶 共7个亚基,核基因编码4个,mtDNA编码3个如:寡酶素 共9个亚基,核基因编码5个,mtDNA编码4个 这种现象又称混合起源。线粒体蛋白质共有100多种,约10种蛋白是自身合成,其余为核基因合成。三、线粒体遗传(三)线粒体基因组(mitochondrion genome mtDNA)6.转录翻译的双重
12、控制性三、线粒体遗传(三)线粒体基因组(mitochondrion genome mtDNA)7.密码子的宽松性及偏离密码子线粒体tRNA能识别反密码子第3位AUGC任一碱基,称宽松性。偏离密码子,线粒体基因组与核基因组的密码子部分偏离 UGA:核DNA中是终止密码,mtDNA是色氨酸 UAG/UAA:核DNA中是终止密码,mtDNA是谷氨或半光氨酸 AGA/AGG:核DNA中是精氨酸,mtDNA终止密码三、线粒体遗传(三)线粒体基因组(mitochondrion genome mtDNA)8.人类mtDNA基因疾病mtDNA视神经基因突变疾病 呼吸异常,眼球炎症萎缩或失明 mtDNA肌陈挛基
13、因突变 肌肉红色,陈发性颠挛。遗传特点:母体传递;某基因全部mtDNA突变称纯质体,症状最严,部分mtDNA突变称异质体,症状与突变数目有关。携带者正常表型和纯、异质体的母体均可传递。(一)紫茉莉(Mirabilis jalap heredity)斑枝遗传1.紫茉莉茎色杂交实验 Corres 1909四、叶绿体遗传白枝()白、绿、斑枝F1白枝绿枝()白、绿、斑枝F1绿枝斑枝()白、绿、斑枝F1绿.白.斑不规则呈典型的细胞质遗传(一)紫茉莉(Mirabilis jalap heredity)斑枝遗传2.细胞质条斑基因不规则表达的原因四、叶绿体遗传花斑枝是细胞质中绿、白色质体基因控制花斑枝是交界区
14、绿、白质体细胞发育而成因胞质随机割裂质体随机分离,呈不规则表达随机分配随机切割(二)玉米叶条斑(striped iojap trait)遗传绿叶条斑F1绿F2绿:1条 条斑通过父本传递呈隐性核基因独立遗传。叶绿体遗传与核基因有关1.条斑通过父本传递四、叶绿体遗传2.条斑通过母本传递条斑绿叶F1无规则条斑F1条与绿多代回交无规则条斑 条斑通过母体传递呈胞质遗传。连续回交无法置换胞质基因。四、叶绿体遗传(chloroplast inheritance)(三)衣藻(chlamydomonas reiukardi)叶绿体遗传结论 链霉素抗性基因呈母体遗传 15N标记证明链霉素抗性基因传递与核基因有关,
15、交配型mt+时抗性基因r能表达,交配型mt-时r不能表达。smrmt+smsmt-sms mt+smrmt-子代抗子代抗smsmr r,mt,mt基因有标记基因有标记 子代感子代感smsms s,mt,mt基因无标记基因无标记15N标记mt+15N标记mt+SagerSager 1954,抗链霉素衣藻突变体sm-2有smr,与野生型正反杂交,子代抗性表现为细胞质遗传。1.衣藻杂交实验四、叶绿体遗传(三)衣藻叶绿体遗传2.核基因交配型为mt+时,叶绿体DNA不丢失 分别用14N、15N标记mt+、mt交配型,进行如下方式交配,6h后测定子代叶绿体DNA,结果如下:叶绿体DNA传递与核基因有关,m
16、t+核基因时叶绿体DNA不丢失,mt-时叶绿体DNA丢失。说明叶绿体发育与核基因有关。密度1.69,为14Nmt+叶绿体基因组密度1.70,为15Nmt+叶绿体基因组密度1.70,仅mt+叶绿体基因表达密度1.69,仅mt+叶绿体基因表达环状双链裸露,浮力密度小种间差异小120-190kb,无 5端甲基胞嘧啶反向重复序列将其划分成长短单链区(LSC,SSC)(四)叶绿体基因组(ctDNA genome)1.ctDNA的结构特点四、叶绿体遗传四、叶绿体遗传 已定位113个基因RNA基因36:rRNA4和tRNA32转录翻译基因26:核糖体蛋白21个,聚合酶3个和其他2个。叶绿体功能基因43:类囊
17、体及羧化酶32个,脱氢酶11个反密码子环和功能基因内均有内含子(四)叶绿体基因组(ctDNA genome)2.ctDNA的物理图谱(五)ctDNA复制、转录和翻译特点1.半自主性 四、叶绿体遗传复制半自主性。ctDNA能自我复制,但复制酶和参与蛋白是核DNA提供。转录半自主性。ctDNA能转录70s的核糖体,但众多核糖体小亚基和转录酶是核基因生产。翻译半自主性。ctDNA能翻译光系统膜蛋白,但光系统 电子固定蛋白是核基因生产。ctDNA能生产叶绿体组成相关的蛋白、但不能生产叶绿体发育增殖相关的蛋白。(五)ctDNA的复制、转录和翻译系统2.双重控制性 四、叶绿体遗传同一物质双重起源。如:二磷
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