染色体内畸变

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染色体畸变一般指染色体的较大范围的结构改变,在光学显微镜下可以识别。
中文名
染色体内畸变
实    质
染色体的较大范围的结构改变
观    察
光学显微镜下
识    别
在光学显微镜下可以识别

染色体内畸变概述

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染色体结构或数目的改变,可自发产
染色体图示 染色体图示
生或诱发产生。原核生物中的染色体结构改变虽然在光学显微镜下不能分辨,可是在电子显微镜下却能看到和真核生物相似的畸变杂合体图像。
染色体畸变的研究可以用来揭示染色体结构改变的规律和机制;可以用来绘制细胞学图(见基因定位);可以用来探讨物种形成机制;在行为遗传学研究中可以用来获得嵌合体;可以用作检测环境中的诱变和致癌物质的指标;可以用作人类染色体病诊断和预防的依据;并可以用培育优良的动植物品种。

染色体内畸变历史

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染色体结构畸变最早在黑腹果蝇中发现。美国遗传学家C.B.布里
染色体结构畸变 染色体结构畸变
奇斯在1917年发现染色体缺失,1919年发现重复,1923年发现易位。美国遗传学家A.H.斯特蒂文特在1926年发现倒位。染色体数目畸变最早也在果蝇中发现。1916年布里奇斯在果蝇的研究中发现多一个和少一个 X染色体的现象。1920年美国遗传学家A.F.布莱克斯利等在曼陀罗的研究中发现比正常植株多一个染色体的突变型。此后便陆续开展了烟草和小麦等植物的染色体畸变的研究。
1928年斯特蒂文特等发现 X射线可以诱发果蝇的染色体易位。1937年布莱克斯利等通过秋水仙素处理在植物中得到了多倍体,开始把染色体畸变的研究应用于动植物育种。1959年法国临床医生J.勒热纳等报道了人的21号染色体三体综合征。以后随着细胞遗传学和染色体显带技术的发展,染色体畸变的报道日益增多。

染色体内畸变类型

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按发生的原因可以把染色体畸变分为自发畸变和诱发畸变。
按畸变的性质可以把染色体畸变分为数目畸变和结构畸变。
染色体畸变 染色体畸变

染色体内畸变数目畸变

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多数真核生物的体细胞中,都具有两个染色体组,这样的生物体和它们的体细胞都称为二倍体(2n)。二倍体的生殖母细胞经过减数分裂产生的配子中只有一个染色体组,称为单倍体(n)。某一染色体的数目的增减称为非整倍性改变;成套的染色体组数目的增减则称为整倍性改变(见染色体倍性)。非整倍性和整倍性改变统称为异倍性改变。

染色体内畸变非整倍性

非整倍性染色体数目畸变可分为:

染色体内畸变①单体性

二倍体细胞的某同源染色体只有一个而不是两个的现象,即2n-1。大多数动植物的单体性个体不能存活,存活的单体最初是在小麦中发现的。普通小麦中有成套的21种不同的单体,普通烟草有成套的24种不同的单体,它们是细胞遗传学研
基因定位 基因定位
究的有用工具(见基因定位)。在人类中,除特纳氏综合征(45,X)属性染色体单体外,常染色体单体性的胚胎常死于子宫内。

染色体内畸变②缺体性

二倍体生物的体细胞缺失了某一对同源染色体的现象,即2n-2。缺体最早在燕麦中发现。缺体性个体一般也不能存活。但普通小麦等少数物种有人工保存的成套缺体性个体。在恶性肿瘤细胞里也有缺体性细胞系。

染色体内畸变③三体性

二倍体细胞的某同源染色体为三个的现象,即2n+1。三体的存在最初是在茄科植物曼陀罗中发现的。人类的唐氏综合征患者的核型式是47,XX或XY,+21,即21号染色体比正常人多一个。克氏综合征患者的核型式是47,XXY,即性染色体X比正常人多一个。三体性个体一般都能存活。

染色体内畸变④多体性

二倍体细胞的某同源染色体的数目在三个以上的现象。例如人类染色体病中见到的48,XXXX四体或49,XXXXX五体等都是。
超二倍性和亚二倍性是指二倍体生物的体细胞多了若干个或少了若干个染色体的现象,也属于非整倍性畸变,常见于离体培养的肿瘤细胞。
产生非整倍性个体的主要原因是在生殖母细胞经减数分裂形成配子的过程中或在受精卵的卵裂过程中染色体的复制和分配异常所致,而且主要是由减数分裂后期Ⅰ某一对同源染色体不分离或后期Ⅱ某一染色体的两个染色单体不分离引起的。如果不分离发生在配子形成过程中,那么就形成n+1和n-1两类异常的配子。当这些配子与正常配子(n)结合,就发育为单体性(2n-1)或三体性(2n+1)个体。如果不离开发生在受精卵经卵裂形成早期胚胎的过程中,那么单体性和三体性的体细胞就可以在同一个体中同时存在,从而形成嵌合体

染色体内畸变整倍性

染色体内畸变结构畸变

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染色体内畸变染色单体畸变

染色单体或染色单体间结构的变化有两种形式:
①简单的缺失,即单体断裂下来的片断丢失;
②结构重排,即发生在同一染色体臂内或臂间的单体内互换和发生在不同染色体的单体间的互换。互换可以相等或不相等(图1)。
单体间互换按重接方式又可分为两种类型。如果断裂端以着丝粒为中心的近心部与近心部相接,远心部与远心部相接,称为U型互换。如果断裂端的近心部与远心部相接,则称为X型互换。U型互换是不对称互换,X型互换是对称互换。
同一染色体发生的臂间和臂内互换可以有 6种方式,而不同染色体单体间的互换则根据互换的类型、互换是否完全以及染色体的极性又可分为12种情况(图2)。
除了简单的单体内互换和单体间互换外,有些畸变是由于在染色体和染色单体水平上发生多次互换而产生的,例如三相互换。这种畸变的产生是由于在一个等位点染色单体畸变和一个简单的染色单体断裂之间发生了一次互换,或者在两个以上染色单体之间发生数次复杂的单体间互换造成的。

染色体内畸变染色体结构畸变

染色体的结构变化主要有以下几种:

染色体内畸变①缺失

染色体臂发生断裂并丢失一部分遗传物质的结果。一个染色体臂发生了断裂,而这种断裂端未能与别的断裂端重接,那么就形成一个带有着丝粒的片段和一个没有着丝粒的片段。后者在细胞分裂过程中不能定向而被丢失。带有着丝粒的片段便成为一个发生了末
端缺失的染色体。如果一个染色体发生两次断裂而丢失了中间不带有着丝粒的片段,留下的两个片段重接以后便成为发生了中间缺失的染色体。如果同一染色体的两臂同时发生了断裂,而余下的两臂的断面间又发生重接,便形成环形染色体。根据所丢失的染色体片段的大小,缺失所带来的危害性也各不相同。较大的缺失往往带来致死效应,而微小的缺失则并不致死。如果缺失部分包括某些显性等位基因,那么同源染色体上与这一缺失相对应位置上的隐性等位基因就得以表现,这一现象称为假显性。在玉米中,如果染色体上带有颜色决定基因的区段缺失则常能产生特定的表型效应,例如白苗与褐色中脉等。在人类中,染色体的部分缺失常导致染色体病,如猫叫综合征就是由于 5号染色体的
染色体病解说 染色体病解说
短臂部分缺失所致。

染色体内畸变②重复

一个染色体上某一部分出现两份或两份以上的现象。首尾相接的重复称为衔接重复或串接重复;首尾反方向连接的重复称为颠倒衔接重复或倒重复。重复部分可以出现在同一染色体上的邻近位置,也可以出现在同一染色体的其他位置或者出现在其他染色体上。重复杂合体具有特征性的减数分裂图象,它的染色体在进行联会时重复片段在同源染色体上找不到相应的结构,因而形成称为重复环的环状突起。类似的图象可以在果蝇的重复杂合体的唾腺染色体中看到。在缺失杂合体细胞中也同样可以看到图象相似的缺失环。重复的遗传效应比缺失来得缓和,但重复太大也会影响个体的生活力,甚至引起个体的死亡。染色体上某些区域的重复可以产生特定的表型效应,例如果蝇的显性基因棒眼(Bar eye,B)就是重复的结果。主要的表型效应是复眼中的单眼数减少,使复眼呈棒状而不是通常的卵圆形。在这种果蝇的唾腺染色体上可以看到X染色体上明显的横纹重复(见位置效应)。可是对于一般的染色体来说,不通过显带法是很难检出重复的。

染色体内畸变③倒位

一个染色体上同时出现两处断裂,中间的片断扭转180°,重新连接起来而使这一片段的基因的排列顺序颠倒的现象。颠倒片段包括着丝粒的倒位称为臂间倒位;不包括着丝粒的倒位称为臂内倒位。两个断裂点与着丝粒之间的距离不等的臂间倒位是容易识别的,等距离的倒位则除非应用显带技术一般不易察觉。倒位杂合体也具有特征性的减数分裂图象,它的倒位染色体和正常同源染色体联会时出现倒位环(图3)。臂内倒位杂合体如果在倒位环内发生一次交换便形成一个有两个着丝粒的染色单体和一个没有着丝粒的片断,这样在减数分裂后期就会出现染色体桥和没有着丝粒的片段,后者往往无法进入子细胞核中;而有两个着丝粒的桥被拉断后,虽然两个染色体可分别进入子细胞,但由于断裂位置不一,往往带来缺失而导致配子的死亡。

染色体内畸变④易位

一个染色体臂的一段移接到另一非同源染色体的臂上的结构畸变。两个非同源染色体间相互交换染色体片段称为相互易位。相互易位的染色体片段可以是等长的,也可以是不等长的。一般基因改变它在染色体上的位置时并不改变它的功能,可是在果蝇等生物中发现如果位置在常染色体的基因通过易位而处于异染色质近旁时,它的功能便会受到影响而呈现花斑位置效应现象。倒位也可能带来同一效应。易位纯合体没有明显的细胞学特征,它在减数分裂时的配对也不会出现异常,因而易位染色体可以从一个细胞世代传到另一个细胞世代。可是易位杂合体则不同,由于正常染色体和易位染色体的同源部分的配对,在减数分裂中期可以看到特有的十字形图象(图4)。随着分裂过程的进行,十字形逐渐开放,邻接的两个着丝粒趋向同一极或趋向两极,形成环形或8字形图象。前一种染色体离开方式称为邻近离开,后一种方式称为交互离开。相互易位杂合体的花粉母细胞中大约有50%的图象呈环形,属邻近离开,50%呈8字形,属交互离开。这说明四个着丝粒趋向两极的取向是随机的,行动是独立的。邻近离开的结果使配子内含有重复或缺失的染色体,形成致死的不平衡配子。交互离开导致非致死的平衡配子,其中半数配子的染色体是正常的,半数配子具有平衡的易位染色体,这就是说虽然发生了易位,可是易位并不带来基因的增加或缺少。交互离开使两个易位染色体进入一个配子细胞,两个非易位染色体进入另一配子细胞中。所以这种分离方式使非同源染色体上的基因间的自由组合受到限制,使原来在不同染色体上的基因出现连锁现象,这种现象称为假连锁(见基因定位)。
两个或两个以上染色体之间发生相互易位时,如果这些染色体的近心端相接,就形成双着丝粒体或多着丝粒体。双着丝粒体同时具有两个有功能的着丝粒,它们在细胞分裂后期各自趋向两极,从而出现后期桥。如果这种桥被拉断,往往导致细胞死亡。然而根据玉米胚乳细胞的研究,认为染色体桥虽可被拉断,但两端的两个着丝粒仍可顺利地进入细胞的两极并参与子细胞的形成,而且它们的断裂端仍然开放着并可重接。当再次相接后就会在下一次分裂的后期形成另一个桥,这种“断裂-融合-桥”周期可以持续许多个细胞世代。
整臂易位是整个臂(或几乎是整个臂)之间的易位,这种易位的结果可以产生结构不同的两个新的染色体。在整臂易位中又有一种特殊的情况,即两个同源的(或非同源的)近端着丝粒染色体的着丝粒相互融合,成为一个中央(或亚中央)着丝粒染色体,结果导致染色体数目减少,但臂数不变。这种整臂易位称为罗伯逊氏易位,为W.R.B.罗伯逊于1916年所发现。例如小鼠属中,最普遍的核型是40个近端着丝粒染色体,可是在某些野鼠的细胞中则出现若干双臂染色体。这些双臂染色体就是通过着丝粒融合形成的。一般认为在哺乳动物的核型进化中,着丝粒融合是最普通的一种形式。
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