六章染色体变异课件.ppt
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- 染色体 变异 课件
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1、六章染色体变异ABCFDEGHNormalAFDEGHBCFDEGHInterstitialTerminal123123123环状染色体自我连接断裂-融合桥4561254双着丝点染色体12 645 3平衡易位123123132末端缺失中间缺失35 445312124 312351245缺失5重复5断裂融合桥(breakage fusion bridge)12312377465deletion loopNormal chromotidsDeletion chromotids3)、假显性(pesudo-dominance)如果缺失的部分包括某些显性基因,那么同源染色体上与这一缺失相对位置上的隐性基
2、因就得以表现,这一现象称为假显性。如果蝇的缺刻翅遗传。+Nw红眼缺刻翅X+XN白眼正常翅XwY+w红眼正常+红眼正常wN白眼缺刻N死亡+b+c+Recessive b phenotypeRecessive c phenotypeWild type6.2.1.3 缺失与进化 进化的趋势是基因组C值的增加,而缺失减小C值,因此它在进化中没有直接的作用。6.2.1.4 缺失的应用 作为一种研究手段用来探测某些调控元件和蛋白质的结合位点,如E.coli的复制起始区的分析等。利用假显性原理可以进行基因的利用假显性原理可以进行基因的缺失定位缺失定位(deletion mapping)。ABCFDEGHBC
3、FADEGHBCCBFADEGHBCABCFDEGHBCNormalTandemReverseDisplacedABCFDEGHBCAABCFDEGHBCAAFDEGHBCFADEGHBCOverlap of homologuesSimultaneous breakReunion of homologues果蝇棒眼的遗传果蝇的棒眼基因(Bar,B)位于X染色体上,对野生型的复眼呈不完全显性,表型效应是减少复眼中的小眼数,使圆而大的复眼呈棒状。棒眼是由于X染色体上一个小片段(16A1A6区段)的顺接重复所造成。棒眼作为一个纯系很不稳定,大约16002000个子代个体中,会出现一个野生型的正常复眼
4、和一个眼睛更窄小的棒眼,名为“双棒眼”。正常复眼由约800个小眼组成,棒眼约有70个小眼,而双棒眼只有45个小眼。Bar+BarffuCrossover pointDoublebar+fWild-type+fuWild-typeHeterozygous Bar Homozygous BarHeterozygousDoublebarB+/B+B/B+B/BBB/B+800 facets350 facets70 facets45 facetsV型位置效应:局限于杂合状态的基因,其中常染色质区的显性基因由于倒位、易位而与异染色质区相连接,从而导致在部分组织中这些野生型基因受到抑制,最终表现为野生型和
5、突变型的镶嵌花斑。3)、剂量效应(dosage effect)如在细胞或个体中既有重复又有缺失,总的基因组平衡的话,除染色体重排引起的效应外,个体表型是正常的。但若总量因重复而增加,那么某些基因及其产物的剂量也随之增加,如这些基因或产物十分重要的话必然会引起表型异常。6.2.2.3 重复与进化 重复增加基因组含量和新基因,是进化的一种重要途径。6.2.2.4 重复的应用 通过重复可以研究位置效应。在细胞学研究中可以通过重复来给某一染色体进行标记。在育种中可用来固定杂种优势。对A/a来说因A,a会分离,但如通过不等交换获得了顺式,就不会分离而可固定杂种优势。ABCFDEGABCFDEGABCFD
6、EGParacentricABCFDEGABCFDEGACBFEDGPericentric6.2.3.2 倒位的细胞学和遗传学效应1)、产生倒位环(inversion loop)。ABCFDEGABCFDEGParacentricADFGADFGBCBCEEPericentricSingle inversionMultiple inversion2)、抑制倒位区内的重组,形成假连锁。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
7、 repressor,C)。据Schultz和Redfield(1951)在果蝇中的研究发现,一对染色体的杂合倒位,能增加同一染色体组中的非倒位片段的交换发生。这种现象称为Schultz-Redfield效应。3)、倒位杂合体育性降低,表现部分不育。ParacentricParacentricPericentric6.2.3.3 倒位的应用1)、ClB技术 是摩尔根学生Muller在20世纪20年代利用果蝇建立的一套检测基因隐性突变和致死突变的技术。C表示交换(crossover),Muller选择了X染色体上存在倒位的果蝇,目的是抑制交换。l 指致死基因(lethal),即在倒位的X染色体上
8、带有一个隐性致死基因。B指棒眼(Bar)基因,为显性突变。Herman J.Muller(1890-1967)C l B+C l B死 亡+野 生 型C l B棒 眼?+非 棒 眼?C l B死 亡?+非 棒 眼?可显现隐性突变和致死突变C l B+棒 眼可供下次检测用选择雄果蝇作为待测对象是因为:一只雄果蝇可和多只雌蝇交配,这样筛选突变的样本增加了。雄果蝇是完全连锁的,不会发生交换。用ClB雌果蝇有以下的优点:用C可抑制交换,使得结果明确,不受重组的干扰。B作为一种标记易区分两类雌蝇,可将ClB品系分离出来。使一半无待测X染色体的雄蝇致死。2)、平衡致死品系(balanced lethal
9、system)这是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。保存一个隐性基因必须使之处于纯合状态,因只有纯合体才能真实遗传。但致死基因不能以纯合保存,因纯合体是致死的,只能以杂合体状态保存。Muller提出可用另一个致死基因来“平衡”。其先决条件是,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。展 翅D +粘胶眼+Gl+展 翅D +展翅粘胶眼D +Gl野生型+粘胶眼+Gl平衡致死系的形成死 亡D +D +展翅粘胶眼D +Gl永久杂种并非真实不分离,但可真实遗传展翅粘胶眼D +Gl展翅粘胶眼D
10、 +Gl+Gl+Gl死 亡展翅粘胶眼D +GlABCFDEMNQOPAFDEMNQOPBCInterstitial translocationABCFDEMNQOPABCQOPMNFDEReciprocal translocationRobertsonian translocation6.2.4.2 易位的细胞学效应 相互易位杂合体在Metaphase I 由于同源部分的紧密配对而出现特征性的十字形图像。随着分裂的进行,十字形图像逐渐开放形成一个环形或双环状的“8”字形。到Anaphase I,染色体表现出不同的分离方式:1)相邻分离1(adjacent segregation-1)2)相邻分
11、离2(adjacent segregation-2)3)交互分离(alternate segregation)减数分裂中期 I 的相互易位杂合体ABCFDEMNQOPFEDABCOQPMN1234相互易位杂合体在减数分裂后期 I 的三种分离方式Alternate Adjacent-1Adjacent-21 34 213241342143212341324Alternate 产生的配子是正常的和平衡易位的,可存活Adjacent-1,2 产生的配子都有缺失和重复,是不可育的6.2.4.3 易位的遗传学效应1)、假连锁现象(pesudolinkage)非同源染色体上的基因在形成配子时相互不能自由组
12、合的现象称为假连锁。由于只有交互分离的产物可育,邻近分离的产物不可育,这样自由组合的类型就不会出现在后代中。2)、花斑型位置效应(variegated position effect)指由于位于常染色质区的基因经易位而移到异染色质区或其附近,引起这一基因的异染色质化,使其作用受到抑制,表现出不稳定的表型效应。如果蝇的红眼基因W+易位。bwbwee褐眼黑檀体+表型:野生型2332bwbwee+bwe2/23/3/32易位杂合体bwbwee褐眼黑檀体+bw+e野生型+bwee致死:2缺失,3重复+ebwbw致死:3缺失,2重复果蝇假连锁现象当果蝇X染色体上的红眼基因W+易位到异染色质区时会出现红白
13、相间的复眼3)、基因重排导致癌基因(oncogene)的活化产生肿瘤4)、异位可导致人类家族性染色体异常6.2.4.4 易位、倒位与进化 易位和倒位与进化较为密切,它们是引起爆发式新种起源的重要途径。6.2.4.4 易位的应用 用于动、植物育种。利用易位控制虫害:方法是以适当剂量的放射线照射雄虫,导致易位,使其后代约50%不能孵化,出现半不育。6.3 染色体数目的改变一套基本的染色体数目称为一倍体数(x)。带有多个一倍体染色体数的生物称为整倍体(euploid)。整倍体可分为一倍体、二倍体、多倍体。单倍体数(n)是指配子中所含的染色体数。大部分动、植物的单倍体数一倍体数是相同的。n和x可以交替
14、使用。但在某些植物如小麦其n和x的意义是不同的。少数二倍体生物增加或减少了一条或几条完整的染色体,而不发生整套染色体的增减,称为非整倍体(aneuploid)。6.3.1 整倍体(euploid)6.3.1.1 二倍体和单倍体大多数真核生物是二倍体(diploid)。单倍体(haploid)含有配子染色体数目。由二倍体产生的单倍体也称为一倍体(monoploid)。雄性蜜蜂、黄蜂、蚁都是一倍体。单倍体一般可由无融合生殖产生,也可通过花粉和花药培养来获得。单倍体植株矮小,生活力很弱,而且完全不育。单倍体通过染色体加倍,可获得纯合的二倍体。整倍体(euploid):一套基本的染色体数目称为染色 体
15、组(x)(x)。带有染色体组数的生物称为整倍体(euploideuploid)。整倍体可分为一倍体、二倍体、多倍体。非整倍体非整倍体(aneuploidaneuploid):少数二倍体生物增加或减少了一条或几条完整的染色体,而不发生整套染色体的增减,称为非整倍体(aneuploidaneuploid)。罗伯逊易位 减数分裂 罗伯逊易位亲本 产生配子 合子 正常亲本 产生配子正常配子 21-三体 21-单体 14-三体 表型正常的 14-单体 携带者 正常个体 图 22-2 人类 21,14 染色体罗伯逊易位的个体其减数分裂有三种分离的方式,当和正常人婚配可能 产生 21-三体,21-单体,14
16、 三体,14 单体,携带者和正常人,形成了家族性染色体异常。表 22-2 母亲年龄和 21-三体发生率的关系母亲的年龄21-三体发生率291/300030-341/60035-391/28040-441/7045-491/40 母亲年龄的频率分布()40 正常群体 Down s 综合征 30 患儿的母亲 20 10 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 母亲的年龄 图 22-Down s 综合征患儿的母亲的年龄频率分布和 正常人群年龄频率分布的比较 T.turgidum AABB 7+7 AA T.monococcum (2n=28)(2n=14)14+7 7+7 7+7
17、T.aestivum(2n=42)14 AABBDD 14 7+7 7+7 T.searsii BB 14 DD T.taus (2n=14)(2n=14)图 22-38 小麦属(Tyiticum)中,几种野生小麦和普通小麦的染色体组分析 2 个二价体 1 个四价体 单价体 +三价体 图 22-34 同源多倍体减数分裂时 4 条同源染色体可能的配对形式及分离 伞花山羊(A.umbellulata)二粒小麦(T.dicoccoides)CC AABB 不育杂种 ABC 染色体加倍 普通小麦(T.aestivum)异源多倍体 AABBDD AABBCC 杂种 普通小麦 AA BB C D 回交 A
18、A BB DD 配子 配子 某些配子:A B D+几条 C 染色体 A B D 选择:AA BB DD+抗性染色体 诱变 小麦 AA BB DD 经照射后的花粉 选育成抗性 AA BB DD 染色体上含抗性基 图 22-37 E.R.Sears 培育具有抗锈病小麦的技术路线 培养成单粒小麦 一种野生二倍体小麦 一种野生二倍体小麦 AA (T.monococcum)可能(T.searsii)AA BB A B (2)一种野生四倍体小麦 (T.turgidum)AA BB 一种野生二倍体小麦 经一万年栽培成二粒小麦 DD AA BB A B D (2 约 8 千年前)六倍体小麦 (T.aestiv
19、um)AA BB DD 图 22-33 现在的六培体小麦可能的演化途径 (引自 Griffiths A.J.F.et alAn Introduction to Genetic Analysis5th Ed.1993,Fig.9.12.)花椰菜(2n=18)(B.oleracea)n=9 n=9 阿比西尼亚芥菜(2n=34)芜菁(2n=38)(B.carinata)(B.napus)n=8 n=10 黑芥菜(2n=16)n=8 卷叶甘蓝(2n=36)n=10 中国甘蓝(2n=20)(B.nigra)(B.juncea)B.campestris 图 22-32 芸苔属植物中由三个亲本种相互杂交,经
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