基因和染色體

基因和染色體第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第四章基因和染色體染色體變異及其生物學(xué)效應(yīng)染色體畸變的種類和機(jī)制第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.10PolytenechromosomesofDrosophila.?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:CourtesyToddR.Laverly,HHMVBerkeleyDrosophilaGenomeProject.第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四HumanGeneticsSidelightAmniocentesisandproceduresforprenataldiagnosisofchromosomalandbiochemicalabnormalities.?2003JohnWileyandSonsPublishers第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.1Preparationofcellsforcytologicalanalysis?2003JohnWileyandSonsPublishers第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四染色體顯帶技術(shù)a.G帶，Giemsa染色可顯示出富含AT堿基對(duì)的DNA部分b.Q帶，用quinacrinemustard染色，紫外燈下顯色c.C帶，顯示出著絲粒異染色質(zhì)d.R帶，顯示出富含GC堿基對(duì)的DNA部分。第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.13bKaryotypeofachildwithDownsyndrome,showingtrisomyforchromosome21(47,XX,+21).?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:CourtesyofR.M.Fineman.第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.4bMetaphasehumanchromosomesstainedwithacridineorangetoshowRbanding.?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:FromR.S.Verma,H.DosikandH.A.Lubs,Jr.,1977,“Demonstrationofcolor&sizepolymorphismsinhumanacrocentricchromosomesbyacidineorangereversebanding.”J.ofHeredity68:262-263,Fig.1.第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四染色體結(jié)構(gòu)的畸變?nèi)旧w基因組結(jié)構(gòu)大片段的改變。重復(fù)：染色體區(qū)段增加。缺失：染色體片段丟失。倒位：染色體位置顛倒。易位：非同源染色體片段位置互換。第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四染色體畸變的生物學(xué)效應(yīng)

許多腫瘤中可檢測出染色體畸變。缺失可能使控制細(xì)胞周期的基因丟失或失活;

倒位和缺失可能會(huì)使那些腫瘤抑制基因斷裂，使表達(dá)誘導(dǎo)腫瘤產(chǎn)生蛋白的基因融合或者使基因轉(zhuǎn)移到新的位置，受到新的調(diào)控元件的調(diào)節(jié)。第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四染色體結(jié)構(gòu)變化的類型

重復(fù)duplication

缺失deletion

倒位inversion

易位translocation第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四重復(fù)duplication

重復(fù)是指染色體的片段出現(xiàn)多個(gè)拷貝。重復(fù)往往可改變基因劑量，可能造成表型的顯著改變。第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四重復(fù)的細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)效應(yīng)細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：減數(shù)分裂時(shí)，同源染色體配對(duì)出現(xiàn)弧狀結(jié)構(gòu)?；罱Y(jié)構(gòu)是重復(fù)的部分。遺傳學(xué)效應(yīng)：出現(xiàn)突變，嚴(yán)重時(shí)死亡。第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四基因劑量不平衡造成發(fā)育異常.

第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig6.11aThefragileXandanormalXchromosomefromafemale(left),andthefragileXandanormalYchromosomefromamale(right).?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:FromRichardsandSutherland,TrendsinGenetics,vol.8(7),p.249,1992.PhotocourtesyGrantSutherland.第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四動(dòng)態(tài)突變（dynamicmutation）DNA序列中由于寡核苷酸拷貝數(shù)目的變化，引起生物表型改變的突變，稱為動(dòng)態(tài)突變。動(dòng)態(tài)突變通常是由三聯(lián)體密碼子重復(fù)數(shù)目的增加而形成的。X脆性染色體綜合癥是由于在X染色體P27.3位置上CGG拷貝數(shù)目增加到200以上，引起基因的改變，形成痕跡很重的染色體，突變的部分很容易被打斷，所以被稱為是脆性染色體。第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四脆性位點(diǎn)是染色體上在特殊條件下易斷裂的位點(diǎn)，可能為收縮或縫隙。在人類染色體上已發(fā)現(xiàn)一系列的脆性位點(diǎn)。其中研究最詳盡的位于

X染色體上，目前發(fā)現(xiàn)其與智障有關(guān)。脆性X綜合癥為X連鎖遺傳，出現(xiàn)幾率在男嬰中為1/2500，主要成因可能是因?yàn)镃GG三核苷片段重復(fù)數(shù)目的變化。第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

三聯(lián)體密碼子的重復(fù)與疾病疾病密碼子正?？截惢颊呖截惣顾杓∪馕s癥CAG(gln)11-3340--62亨廷頓癥CAG(gln)11-3442--100X脆性染色體CGG(arg)6-54250-4000強(qiáng)直型肌營養(yǎng)不良CTG(leu)7-2349-75小腦共濟(jì)失調(diào)CAG(glu)4-1840-200第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三核苷酸重復(fù)拷貝擴(kuò)增的致病機(jī)制蛋白質(zhì)交聯(lián)形成不溶性包膜

CAG-CAG-CAG-……….

富含谷氨酰氨的蛋白質(zhì)＋其它蛋白質(zhì)

轉(zhuǎn)谷氨酰氨酶不溶性包膜影響神經(jīng)細(xì)胞功能

第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三核苷酸重復(fù)拷貝擴(kuò)增的致病機(jī)制能量供應(yīng)不足

甘油醛磷酸脫氫酶（GAPDH）糖腦所需能量

GAPDH＋病人的polygln糖缺乏腦所需能量第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三核苷酸重復(fù)拷貝擴(kuò)增的致病機(jī)制蛋白質(zhì)翻譯受阻

FMR1基因表達(dá)的蛋白，是正常人智力發(fā)育中的重要功能蛋白。如果FMR1基因存在有過量的重復(fù)序列，產(chǎn)生的mRNA不能與完整的核糖體結(jié)合，阻止了FMR蛋白生成，導(dǎo)致脆性X染色體綜合癥。第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四三核苷酸重復(fù)拷貝擴(kuò)增的致病機(jī)制基因產(chǎn)物的毒性積累

(CAG)n人雄性激素受體猴腎細(xì)胞COS系富含gln的蛋白質(zhì)與細(xì)胞核結(jié)合

COS凋亡

第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四缺失deletion

缺失是指染色體部分片段的丟失。缺失往往不會(huì)發(fā)生回復(fù)突變，從而使得未發(fā)生缺失的染色體上的隱性等位基因得以表現(xiàn)，也可能造成表達(dá)產(chǎn)物不平衡第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

中間染色體缺失：ABCDEF

ABCDF端點(diǎn)染色體缺失：ABCDEFABCDE缺失純合體：ABCDF

ABCDF缺失雜合體：ABCDEF

ABCDF

染色體缺失第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四缺失的細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)效應(yīng)細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：減數(shù)分裂時(shí)，同源染色體配對(duì)出現(xiàn)弧狀結(jié)構(gòu)?；罱Y(jié)構(gòu)是正常的染色體部分。遺傳學(xué)效應(yīng)：出現(xiàn)突變，嚴(yán)重時(shí)死亡。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)擬顯性現(xiàn)象。第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

缺失的遺傳學(xué)效應(yīng)－擬顯性現(xiàn)象玉米：紫色基因A對(duì)綠色基因a顯性。綠色植株aaX紫色植株AA

紫色AaUVAA花粉XaaF1

綠色紫色花粉：正常___A

缺失A基因___

第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四果蠅缺刻表型Notchphenotype

是因?yàn)榘∟otch基因在內(nèi)的

染色體片段發(fā)生缺失造成的

上圖為正常表型

下圖為突變型第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.16bKaryotypeofinfantwithcri-du-chatsyndrome,46,XY(5p-).?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:CourtesyUniversityofUtahCytogeneticsLaboratory.第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.16aCri-du-chatsyndrome.?2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:CourtesyIreneA.Uchida,DepartmentofPediatrics,McMasterUniversity第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四倒位inversion

倒位是指染色體一

個(gè)片段發(fā)生顛倒。

倒位可能造成基因

被打碎或移位。

倒位往往形成無效

的配子，從而使計(jì)

算出的重組頻率偏

低。

第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四人和黑猩猩的四號(hào)染色體因一個(gè)臂間倒位而不同

第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig8.21Suppressionofrecombinationinaninversionheterozygote.?2003JohnWileyandSonsPublishers第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig8.22Doublecrossingoverinaninversionheteroygote.?2003JohnWileyandSonsPublishers第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四倒位區(qū)之間的交換第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四倒位雜合子將會(huì)產(chǎn)生異常配子圖一臂內(nèi)倒位第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

環(huán)內(nèi)倒位區(qū)單交換第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四倒位雜合子將會(huì)

產(chǎn)生異常配子。

圖二臂間倒位第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四倒位的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)和遺傳學(xué)效應(yīng)細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：倒位雜合體在減數(shù)分裂同源染色體配對(duì)時(shí)，形成倒位環(huán)。遺傳學(xué)效應(yīng)：倒位區(qū)內(nèi)重組，形成不可育配子。被稱為“抑制重組。”第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四平衡致死系緊密連鎖或中間具有到位片段的相鄰基因由于生殖細(xì)胞的同源染色體不能交換，所以可以非等位基因的雙雜合子，保存非等位基因的純合隱性致死基因，該品系被稱為平衡致死系。第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Cy:翻翅，顯性；純合致死(Cy/Cy)S:，星狀眼致死基因(S/S)翻翅果蠅與待保留致死基因果蠅雜交

Cy+XCy++S+SCy+Cy++SCy++S+S死亡保存死亡

第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Muller-5檢測突變

xBWaXx_______xBWayx________XxBWaxBWay

xBWa_______BWa_____xBWaBWa

Muller-5雜合體Muller-5?

第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四易位translocation

易位是指染色體片段的轉(zhuǎn)移，既可發(fā)生在非同源染色體間，亦可發(fā)生在同一條染色體的不同位置。

易位往往造成基因移位或斷裂，影響基因功能。第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

人類二號(hào)染色體有一羅伯遜易位，在黑猩猩，大猩猩，猩猩中均無。

G帶表明，人類發(fā)生羅伯遜易位的兩條近端著絲粒祖先染色體在其他三類靈長類動(dòng)物中仍然存在.第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.22Structureandpairingbehaviorofareciprocaltranslocationbetweenchromosomes.?2003JohnWileyandSonsPublishers第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四易位的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)和遺傳學(xué)效應(yīng)細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：易位雜合體在減數(shù)分裂同源染色體配對(duì)時(shí)，形成十字型結(jié)構(gòu)。遺傳學(xué)效應(yīng)：形成不可育和可育配子，各占1/2。被稱為“半不育?！钡?3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四染色體數(shù)目的改變整倍數(shù)改變單倍體n2倍體2n3倍體3n多倍體4n，5n….同源多倍體（ABC）（ABC）（ABC）異源多倍體（ABC）（A’B’C’）（A’’B’’C’’）第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.9Originofhexaploidwheatbysequentialbybridizationofdifferentspecies.?2003JohnWileyandSonsPublishers第65頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四Fig7.14MeioticnondisjunctionandtheoriginofDownsyndrome.?2003JohnWileyandSonsPublishers第66頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四小麥染色體組成分析普通小麥：(2n=42)一粒小麥:（2n=14）二粒小麥:(2n=28）山羊草：（2n=14）第67頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

二粒小麥普通小麥一粒小麥7II+7I7II+14IAAAA+BAA+B+D二粒小麥14II14II+7IAABBAABBAABB+D山羊草21I7II+14IDDA+B+DDD+A+B第68頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四單體果蠅染色體基因定位ey/ey:無眼

+/+：有眼單體果蠅：2n-1(1);2n-1(2);2n-1(3);2n-1(4)ey/eyX2n-1(1);2n-1(2);2n-1(3);2n-1(4)ey/+ey/-

有眼無眼

與某一單體雜交，出現(xiàn)了無眼果蠅，證明ey基因在該單體的染色體上

第69頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四染色體數(shù)目的改變非整倍數(shù)改變單體2n-1缺體2n-2雙單體2n-1-1第70頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第71頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四第72頁，共76頁，2023年，2月20日，星期四

表觀遺傳變異

（epigeneticvariation)）

基因的DNA序列不發(fā)生改變，但是