染色体结构与结构变异

来自osm&bio
跳转到导航 跳转到搜索

总论

  • 在一个自然的物种的细胞核中的染色体中,把大小、形态相同的染色体看成一组,从每一组中任取一条染色体,它们构成的集合称为一个染色体组。(性染色体视为一组)
  • 从一个物种的细胞的细胞核中能取出多少个完整染色体组,称该细胞是多少倍体。
  • 多数动物是二倍体,很多植物是多于二倍体,如小麦为六倍体。
  • 两个物种杂交时,亲本细胞中的每组染色体仍视为独立的一组染色体。
  • 染色体数目、倍数正常的细胞,称为整倍体(Euploid)。

染色体染色

  • 最早的染色体染色方法:Feulgen染色法(紫色)、醋酸洋红染色法(深红色),都不能区分染色体的形态。
  • 后来的染色体染色方法:Quinacrine染色法、Giemsa染色法,可区分染色体的形态。
  • Quinacrine和Giemsa均可在染色体上形成特征性的的亮暗条纹。(分别称为Q显带、G显带)
  • Quinacrine染色须在紫外线下观察。
  • 现代的染色体染色方法:染色体涂色(Chromosome Painting)。
  • 染色体涂色法:将特定带有荧光标记的DNA片段与染色体混合,一定条件下它能与染色体杂交。通过控制DNA片段的序列,即可使之只与特定染色体杂交,从而区分染色体形态。
  • 根据染色显带,我们将染色体划分为多个区。(图1)
    • 每个区有一个固定编号。
    • 第一位表示区所在的臂,短臂上的区记为p,长臂上的区记为q。
    • 后几位表示区的位置,最靠近着丝粒的区,第二位为1。
    • 第二位后的每一位数字都是对前一位所表示的区的细分。
    • 第二位和第三位数字间有点号。

多倍体(Polyploid)

  • 细胞中染色体组数超出自然的物种中的数目,称为多倍体。
  • 多倍体细胞中,基因比例平衡得到维持。
  • 每个染色体组来自同一物种的多倍体,称为同源多倍体(Autopolyploid)。
  • 染色体组来自不同物种的多倍体,称为异源多倍体(Allopolyploid)。
  • 一种大小、形态的染色体数目为3时,减数分裂联会时既可其中2条联会,也可3条一起联会;分离时也既可其中2条走向一极(可能性较大),也可3条都走向一极。
  • 由上述现象,同源多倍体一般为不孕不育的,但植物可以行营养生殖或孤雌生殖。
  • 异源多倍体,来自每个物种的染色体组数均为2时,一般可育。
  • 果蝇幼虫唾液腺(下简称“果腺”)的染色体反复复制,但不伴随细胞分裂或姐妹染色单体分离,形成约500个染色单体组成的多线染色体(Polytene)。
  • 果腺的细胞始终处于细胞周期的间期。
  • 果腺的细胞中有染色体联会现象。
  • 果腺的所有染色体的着丝粒聚集在一起,组成染色中心(Chromocenter)。
  • 果腺染色体光学显微镜下可见。
  • 人的肝细胞、肾细胞有部分细胞是四倍体,染色体复制一次,有姐妹染色单体分离,无细胞分裂。
  • 果腺和人的肝、肾细胞的多倍体形成过程称为核内有丝分裂(Endomitosis)。

非整倍体(Aneuploidy)

  • 细胞内的染色体不能恰好组成若干个染色体组,称为非整倍体。
  • 非整倍体包括某一形态的染色体数目增多或减少。
  • 非整倍体细胞中,基因比例平衡被打破。
  • 人类的常见非整倍体疾病:
    1. +21(47):唐氏综合征,手短而宽,有掌皱,身材矮小,关节异常灵活,智障,头宽脸圆,嘴大舌长,内吡赘皮。
    2. +13(47):帕陶氏综合征,智障,耳聋,抽筋,唇裂或腭裂,先天性心脏病,脚后跟突出。
    3. +18(47):爱德华综合征,器官畸形,又矮又胖,耳朵畸形,下颚靠后,嘴小鼻小,像小矮人,智障,马蹄形肾,胸片较短,新生儿死亡率极高。
    4. X(45,女性):Turner综合征,性发育较慢,不孕,身材矮小,颈部皮肤厚,先天性心脏病,听力较差。
      • 缺少的性染色体可能是受精后部分细胞丢失的,此时患者只有部分区域呈现Turner综合征。
    5. XXY(47,男性):Klinefelter综合征,睾丸较小,生育能力差,有乳房,声调像女性,内翻膝,胳膊较长。
    6. XXXY(48)、XXYY(48)、XXXXY(49)、XXXXXY(50):其它能存活的男性性染色体非整倍体。
    7. XXX(47,女性):生育能力降低,轻微智障。

染色体结构变异

倒位(Inversion)

  • 倒位分为跨过着丝粒(Pericentric)型和不跨过着丝粒(Paracentric)型。
  • 跨过着丝粒型会改变两条臂的长度,因而更容易观察。
  • 减数分裂中,若一对同源染色体中一条有倒位,则联会时其中任意一条形成环状结构(称为倒位环),另一条形成假环,与之联会。(图4)
  • 倒位环边缘部位容易分开。

易位(Translocation)

  • 最常见的易位是相互易位(Reciprocal Translocation),即两条非同源染色体上的片段相互交换,无片段丢失。
  • 减数分裂中,发生相互易位的一对染色体形成十字架状结构。(图5)
  • 姐妹染色单体分离时,十字架状结构有三种分离方式,只有一种能维持基因比例平衡。(图6)

复合染色体(Compound Translocation)

  • 两个同源染色体或同源的片段可以融合,形成一条染色体,称为复合染色体。
  • 最早发现的复合染色体:果蝇的两条X染色体可以融合在一起。
  • 上述果蝇产生卵子时,一类有一条复合染色体,另一类无性染色体。
  • 上述果蝇与正常果蝇交配产生的后代只有一半能存活,只有1/4性染色体正常。(图7)
  • 非同源染色体也可能融合,如人的2号染色体是猿类的2条染色体短臂融合形成。

罗伯特易位(Robertsonian Translocation)

  • 两条非同源染色体可在着丝粒处融合,此现象伴随一小段片段丢失。(图8)
  • 上述融合现象称为罗伯特易位。
类型 细胞学效应(分) 细胞学效应(总) 遗传学效应 病例
缺失 顶端(末端)缺失 形成双着丝粒染色体;

有丝分裂、减II后期桥与断片;环状染色体

(缺失杂合体)在双线期两同源染色体长短不一 假(拟)显性;改变连锁关系;应用:基因定位 人5号染色体短臂缺失:猫叫综合征
中间缺失 缺失环
整臂缺失
重复 串联(顺接)重复 (来自同源染色体不等交换)一缺失一重复;重复环;末端不配对突出(一般重复区段内无着丝粒) 剂量效应;位置效应 果蝇棒眼
反向串联(反接)重复
错位(移位)重复
倒位 臂内倒位 减I后桥和断片 倒位区段大:染色体反过来与正常染色体配对;倒位区段中:倒位环;到位区段小:直接不配对 倒位杂合体部分不育(单交换1/2不育,双交换全可育;降低环内环外基因重组率(应用:作交换抑制因子→平衡致死系)
臂间倒位 倒位环(粗线期可见)
易位 相互易位 非同源染色体联会形成十字形结构,若相间/交互/交替分离(8字形),配子全可育;若邻近分离(0字形)配子全不育 基因重排导致致癌基因激活;位置花斑效应;假连锁;(相互易位)半不育(玉米型,一半相间,一半邻近)(月见草型全相间分离,全可育);(罗伯逊易位)形成新物种 人9/22易位(形成费城染色体):慢性粒细胞白血病
单向易位 非同源染色体联会形成T型结构
整臂易位
罗伯逊易位(着丝粒融合) 两条近端着丝粒染色体相互整臂易位,形成大的亚中着丝粒染色体,小的丢失,染色体数目变少