染色体的异常细胞遗传学行为演示文稿课件.ppt
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1、第九章第九章 染色体的异常细胞遗染色体的异常细胞遗传学行为传学行为 第一节第一节 细胞有丝分裂染色体的异常行为细胞有丝分裂染色体的异常行为 第二节第二节 细胞减数分裂染色体的异常行为细胞减数分裂染色体的异常行为 第三节第三节 染色体的其它异常行为染色体的其它异常行为1第一节第一节 细胞有丝分裂染色体的异常细胞有丝分裂染色体的异常行为行为 一、一、细胞联会和体细胞交换细胞联会和体细胞交换(一)体细胞联会(一)体细胞联会 根据同源染色体在这种配对构型中配对的结合根据同源染色体在这种配对构型中配对的结合紧密程度或称作体细胞配对紧密程度或称作体细胞配对(somatic pairing)或或称作体细胞联
2、会称作体细胞联会(somatic synapsis),具体是指在,具体是指在体细胞分裂的过程中,同源染色体互相靠近且平体细胞分裂的过程中,同源染色体互相靠近且平行配对联合成一体的现象。例如双翅目昆虫包括行配对联合成一体的现象。例如双翅目昆虫包括有瓣蝇类有瓣蝇类(如果蝇如果蝇 Drosophila、摇蚊、摇蚊 Chironomus等等)的多数体细胞染色体均存在联会(的多数体细胞染色体均存在联会(图图9-1););2在某些植物分生组织细胞(如蚕豆根尖细胞、玉米组织培养形成的在某些植物分生组织细胞(如蚕豆根尖细胞、玉米组织培养形成的愈伤组织细胞,等)的有丝分裂和孢母细胞减数分裂前的有丝分裂愈伤组织细
3、胞,等)的有丝分裂和孢母细胞减数分裂前的有丝分裂的中期的中期时,也能观察到体细胞联会或配对现象(图时,也能观察到体细胞联会或配对现象(图9-2)。)。图图 9-2 玉米愈伤组织体细胞染色体联会情况,箭头所指玉米愈伤组织体细胞染色体联会情况,箭头所指(引自郑(引自郑晓健,晓健,1995)3(二)体细胞交换(二)体细胞交换 不仅在减数分裂过程中有遗传物质的交换及重新组合,而不仅在减数分裂过程中有遗传物质的交换及重新组合,而且在有丝分裂中这种现象也是存在且在有丝分裂中这种现象也是存在这就是体细胞交换这就是体细胞交换(somatic crossing over)somatic crossing ove
4、r)。体细胞交换也称作体细胞交换也称作有丝分裂交换,就是指体细胞有丝分裂有丝分裂交换,就是指体细胞有丝分裂中同源的两条染色体不像减数分裂那样明显且严整的联会中同源的两条染色体不像减数分裂那样明显且严整的联会而形成四分体,但也能各自复制后形成而形成四分体,但也能各自复制后形成“四线体四线体”,在四,在四线期同源染色体的两条非姐妹染色单体间有时也可以进行线期同源染色体的两条非姐妹染色单体间有时也可以进行等价交换,两个互换了片段的染色单体到了分裂的后期同等价交换,两个互换了片段的染色单体到了分裂的后期同时趋向细胞的同一极或各自趋向一极,从而导致了体细胞时趋向细胞的同一极或各自趋向一极,从而导致了体细
5、胞染色体分离重组的现象。染色体分离重组的现象。4 体细胞染色体交换重组的频率比减数分裂的低得多;并体细胞染色体交换重组的频率比减数分裂的低得多;并且在一个细胞中,如果发生了一次有丝分裂的染色体交且在一个细胞中,如果发生了一次有丝分裂的染色体交换重组,则在同一条染色体上或甚至不同的染色体上再换重组,则在同一条染色体上或甚至不同的染色体上再次发生染色体重组的机会是非常小的次发生染色体重组的机会是非常小的.体细胞交换产生的遗传学效应分别取决于非姐妹染色单体细胞交换产生的遗传学效应分别取决于非姐妹染色单体交换的位置和着丝粒在细胞有丝分裂中的取向这两个体交换的位置和着丝粒在细胞有丝分裂中的取向这两个因素
6、。因素。5(三)(三)姊妹染色单体互换姊妹染色单体互换u体细胞体细胞中中不仅同源染色体的非姊妹染色单体之间可发生不仅同源染色体的非姊妹染色单体之间可发生联会联会交换交换,而且,而且同一条染色体的两条姐妹染色单体在同一位置也可以发生同源片段的交同一条染色体的两条姐妹染色单体在同一位置也可以发生同源片段的交换,即姐妹染色单体交换(换,即姐妹染色单体交换(sister chromatid exchange,SCE)。uSCE有简单互换有简单互换(single exchnge)和和孪生互换孪生互换(twin exchange)两两种类型种类型:(1)简单互换简单互换是指是指同源染色体之一的同源染色体之
7、一的姐妹姐妹染色单体在某一点上发生互染色单体在某一点上发生互换换;(2)孪生互换孪生互换是指一是指一对同对同源源染色体的染色体的姐妹姐妹染色单体在同一点上发生染色单体在同一点上发生一一个个SCE。u在在染色体染色体的不同位置,的不同位置,SCE的发生频率的发生频率是不同的,如是不同的,如蚕豆蚕豆的实验结果的实验结果表表明明次缢次缢痕附近频率最高痕附近频率最高,而且还有不等交换。这种不等而且还有不等交换。这种不等SCE会造成缺失会造成缺失-重复重复,并且,并且具有具有积累积累效应。这种不均等的效应。这种不均等的SCE可能可能是导致是导致DNA串联重复串联重复序列序列的重要原因。的重要原因。6二、
8、二、染色体消减及其应用染色体消减及其应用生物的生物的正常有丝分裂过程形成的两个子细胞,它们的染色体数目和正常有丝分裂过程形成的两个子细胞,它们的染色体数目和遗传组成与母细胞是完全相同的,这样有利于维持生物的稳定性。遗传组成与母细胞是完全相同的,这样有利于维持生物的稳定性。但这不是绝对的,研究发现,在一些远缘杂交后代体细胞有丝分裂但这不是绝对的,研究发现,在一些远缘杂交后代体细胞有丝分裂及受精卵中,其中一方的全部或绝大多数染色体受到排斥会逐渐丢及受精卵中,其中一方的全部或绝大多数染色体受到排斥会逐渐丢失而只保留另一方的染色体;失而只保留另一方的染色体;双翅类、膜翅类等昆虫的胚在特定的卵核分裂中,
9、部分染色体不进双翅类、膜翅类等昆虫的胚在特定的卵核分裂中,部分染色体不进入核也会产生染色体丢失的现象。入核也会产生染色体丢失的现象。这些现象统称为染色体消除这些现象统称为染色体消除(chromosome elim-ination)或染色体消或染色体消减减(chromosome diminution)现象,是指多倍体或混倍体组织回复到现象,是指多倍体或混倍体组织回复到二倍体亲本之一原来的染色体数目的趋势。二倍体亲本之一原来的染色体数目的趋势。7 染色体消减的种种染色体消减的种种实验体系和细胞系已成为细胞实验体系和细胞系已成为细胞遗传学及分子遗传学的重要研究方法及实验材料。遗传学及分子遗传学的重要
10、研究方法及实验材料。随着染色体消减现象研究的深入,其已经广泛运用随着染色体消减现象研究的深入,其已经广泛运用于单倍体育种、远缘杂交、细胞变异体等研究中,于单倍体育种、远缘杂交、细胞变异体等研究中,如:胡萝卜(如:胡萝卜(2n=16)与川西獐牙菜()与川西獐牙菜(2n=20)不)不对称体细胞融合产生单倍体(赵军胜等,对称体细胞融合产生单倍体(赵军胜等,2004)(图图9-10)。8三、内源有丝分裂三、内源有丝分裂内源有丝分裂(内源有丝分裂(endogenous mitosis)是指在一个间)是指在一个间期细胞内,染色体复制以后,染色体发生了凝缩期细胞内,染色体复制以后,染色体发生了凝缩-松松开开
11、-伸长等一系列过程,但细胞质不发生分裂,其结伸长等一系列过程,但细胞质不发生分裂,其结果是长期处于间期核状态。内源有丝分裂包括三种果是长期处于间期核状态。内源有丝分裂包括三种情况:情况:(1)染色体复制和核分裂正常进行,但不发生细胞)染色体复制和核分裂正常进行,但不发生细胞质分裂,最终形成具有多个游离细胞核的多核细胞质分裂,最终形成具有多个游离细胞核的多核细胞(multinucleate cell,polykaryocyte)(图图9-11)。如:)。如:单子叶植物胚乳形成早期。单子叶植物胚乳形成早期。9(2)细胞核内染色体一再复制却不发生着丝点分裂,并且不)细胞核内染色体一再复制却不发生着丝
12、点分裂,并且不进行核、质分裂,整个细胞经常性处于间期状态,使得染进行核、质分裂,整个细胞经常性处于间期状态,使得染色体的染色质线成倍增加,从而形成多线染色体色体的染色质线成倍增加,从而形成多线染色体(polytene chromosome)。如:在果蝇中唾腺染色体经。如:在果蝇中唾腺染色体经1011次内源有次内源有丝分裂可形成丝分裂可形成1024、2048条染色质线的多线染色体。条染色质线的多线染色体。(3)核内有丝分裂)核内有丝分裂(endomitosis):细胞核内复制后的染色体:细胞核内复制后的染色体发生着丝粒分裂,则核内染色体的数目按倍性水平增加,发生着丝粒分裂,则核内染色体的数目按倍
13、性水平增加,最终形成内源多倍性最终形成内源多倍性(endopolyploidy)细胞。如:花药绒毡细胞。如:花药绒毡层细胞。层细胞。10四、多次有丝分裂四、多次有丝分裂 多次有丝分裂(多次有丝分裂(polymitosis)是指减数分裂形成的四分)是指减数分裂形成的四分孢子的进一步分裂过程中,染色体没有发生复制,但细孢子的进一步分裂过程中,染色体没有发生复制,但细胞核和细胞质连续发生多次分裂且染色体是随机分配到胞核和细胞质连续发生多次分裂且染色体是随机分配到子细胞中去,使得子细胞的染色体数目极不完整,还会子细胞中去,使得子细胞的染色体数目极不完整,还会出现只有一条染色体甚至没有染色体的小细胞的现
14、象。出现只有一条染色体甚至没有染色体的小细胞的现象。11第二节第二节 细胞减数分裂染色体的细胞减数分裂染色体的异常行为异常行为12一、一、减数分裂联会变异减数分裂联会变异 减数分裂联会变异主要包含两种情况:不联会和联会消失。减数分裂联会变异主要包含两种情况:不联会和联会消失。不联会不联会(asynapsis)是指在减数分裂时,同源染色体在偶线期是指在减数分裂时,同源染色体在偶线期完全不能配对或不能完整配对的现象。造成这种变异的突变完全不能配对或不能完整配对的现象。造成这种变异的突变基因为不联会基因(基因为不联会基因(as)。)。联会消失(联会消失(desynapsis)是指在减数分裂过程中,同
15、源染色体)是指在减数分裂过程中,同源染色体在偶线期开始配对,但在中期在偶线期开始配对,但在中期以前(即双线期或刚过双线以前(即双线期或刚过双线期)就提前分开,在第一次分裂前期作为期)就提前分开,在第一次分裂前期作为价染色体而移动价染色体而移动的现象。造成这种变异的基因被命名为的现象。造成这种变异的基因被命名为des。as突变和突变和des突变的不同点是:(突变的不同点是:(1)在于偶线期联会复合体在于偶线期联会复合体(SC)的形成与否;()的形成与否;(2)as突变和突变和des突变发生在减数分裂突变发生在减数分裂进程上是非同步化的(进程上是非同步化的(图图9-13);();(3)as 突变的
16、遗传效应是突变的遗传效应是扰乱染色体联会配对,而扰乱染色体联会配对,而des突变则是降低了交叉结频率或完突变则是降低了交叉结频率或完全阻止了交叉结的形成。全阻止了交叉结的形成。13(一)(一)基因突变型异常基因突变型异常 基因突变是引起减数分裂不联会和联会消失的主基因突变是引起减数分裂不联会和联会消失的主要因素,也是研究的重点。要因素,也是研究的重点。多年来,虽然发现了许多受遗传控制的不联会或多年来,虽然发现了许多受遗传控制的不联会或联会消失的证据,但就其发生机理、染色体行为联会消失的证据,但就其发生机理、染色体行为及遗传学研究进行得较少,现研究较为深入的及遗传学研究进行得较少,现研究较为深入
17、的as和和des突变体有:这当中不联会突变体有油菜、突变体有:这当中不联会突变体有油菜、曼陀罗、大麦、水稻和豌豆等;而联会消失突变曼陀罗、大麦、水稻和豌豆等;而联会消失突变体有赖草、燕麦、大豆、香碗豆、番茄、豌豆、体有赖草、燕麦、大豆、香碗豆、番茄、豌豆、普通小麦、火葱等。普通小麦、火葱等。这些突变均为单基因隐性突变,都是在分离群体这些突变均为单基因隐性突变,都是在分离群体中发现的,因为它们往往雄性不育而与正常个体中发现的,因为它们往往雄性不育而与正常个体明显不同。明显不同。14(二)(二)远缘杂种后代的不联会远缘杂种后代的不联会 远缘杂交不仅产生染色体消减,还导致染色体联会混乱。远缘杂交不仅
18、产生染色体消减,还导致染色体联会混乱。远缘杂交的两个亲缘物种由于在长期进化过程使得染色体已远缘杂交的两个亲缘物种由于在长期进化过程使得染色体已有所改变,它们的有所改变,它们的DNA序列同源性已不尽相同,势必导致配序列同源性已不尽相同,势必导致配对频率下降。同时,一些对频率下降。同时,一些DNA序列同源性相近、分化不算很序列同源性相近、分化不算很久的物种间,正常情况下,它们的染色体是能够联会配对的;久的物种间,正常情况下,它们的染色体是能够联会配对的;但由于但由于as/des基因的控制,其杂种基因的控制,其杂种F1染色体却没有发生配对,染色体却没有发生配对,表现为单价体。表现为单价体。通过细胞遗
19、传学方法分析证明,小麦族部分同源染色体通过细胞遗传学方法分析证明,小麦族部分同源染色体配对行为是受小麦染色体配对控制基因影响的。在小麦染色配对行为是受小麦染色体配对控制基因影响的。在小麦染色体配对控制体系中,体配对控制体系中,Ph1和和Ph2是主要的抑制部分同源配对是主要的抑制部分同源配对基因,另外在基因,另外在3AS、4D、3BS、7A上还存在弱的抑制部分同上还存在弱的抑制部分同源配对基因;而在源配对基因;而在5BS、5AS、3BL、3DL、2AS上则存在弱上则存在弱的促进部分同源配对基因。的促进部分同源配对基因。15(三)(三)非整倍体非整倍体 在非整倍体中,往往会有单价体的出现,这样含有
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