长江大学遗传学第十一章细胞质遗传.ppt

普通遗传学,长江大学,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,长江大学遗传学第十一章细胞质遗传,第一节 细胞质遗传的概念和特点,一 细胞质遗(cytoplasmic inheritance),由细胞质内的遗传物质即细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律,叫做细胞质遗传；(,又称非染色体遗传、非孟德尔遗传、染色体外遗传、核外遗传、母体遗传,),真核生物细胞质中的遗传物质主要存在于：线粒体、质体、中心体等细胞器中。,在原核和某些真核生物的细胞质中，除细胞器外，还有另一类称：,附加体(episome)和共生体(symbiont)的细胞质颗粒，,如，大肠肝菌的F因子,细胞质基因组 所有细胞器和细胞质颗粒中遗传物质的统称,二、细胞质遗传的特点,真核生物有性繁殖过程：,卵细胞：除细胞核外，能为子代提供核基因和全部或绝大部分胞质基因,精细胞：只有细胞核，极少或没有细胞质及细胞器，只能提供其核基因，基本不提供胞质基因。,正交,反交,细胞质遗传的特点：,1.遗传方式是非孟德尔式的；杂交后,代一般不表现一定比例的分离；,2.正交和反交的遗传表现不同；F,1,通,常只表现母本的性状；,3.通过连续回交能将母本的核基因几,乎全部置换掉，但母本的细胞质基,因及其所控制的性状仍不消失；,4.由附加体或共生体决定的性状，其,表现往往类似病毒的转导或感染。,第二节 母性影响,在核遗传中，正交及反交的子代表型通常是一样的。但有时正反交的结果并不相同，子代的表型受到母本基因型的影响，而和母本的表型一样。这种由于母本基因型的影响，而使子代表现母本性状的现象叫做母性影响，又叫前定作用。,母性影响的表现与细胞质遗传相似，但不是由于细胞质基因组所决定的，而是由于核基因的产物在卵细胞中积累所决定的，例:椎实螺外壳旋转方向的遗传,椎实螺外壳旋转方向由一对基因控制,右旋(S+)对左旋(S)为显性,母本基因型卵细胞状态后代表现型,F3出现3:1分离，故又叫做延迟遗传,S,+,S,+,S,+,S,+,SS,S,+,S,S,+,S,SS,SS,S,+,S,+,SS,S,+,S,S,+,S,+,S,+,S,SS,研究发现椎实螺外壳旋转方向是由受精卵第一次和第二次分裂时的纺锤体分裂方向所决定的。受精卵纺锤体向中线的右侧分裂时为右旋，向中线的左侧分裂时为左旋。,第三节 叶绿体遗传,一、叶绿体遗传的表现,1、紫茉莉花斑性状的遗传,早在1908年，孟德尔定律的重新发现者之一Correns就曾报道过不符合孟德尔定律的遗传现象。他发现紫茉莉中有一种，着生纯绿色、白色和花斑三种枝条。,花斑植株,接受花粉的枝条,提供花粉的枝条,杂种植株的表现,白 色,白 色,白 色,绿 色,白 色,花 斑,白 色,绿 色,白 色,绿 色,绿 色,绿 色,花 斑,绿 色,花 斑,白 色,白色,绿色,花斑,绿 色,花 斑,研究表明,绿叶细胞含正常绿色质体(叶绿体白细胞只含白色质体(白色体)绿白组织之间的交界区域，某些细胞里既有叶绿体，又有白色体。,植物的这种花斑现象是叶绿体的前体质体变异造成的。,由此可见，决定枝条和叶色的遗传物质是通过母本传递的。,2、玉米条纹叶的遗传,1943年，Rhoades报道玉米的第7染色体上有一个控制白色条纹的基因(ij),P IjIj,ijij,绿色 条纹,F,1,Ijij 全部绿色,F,2,IjIj Ijij ijij,3绿：1白条,P ijij,IjIj,条纹,绿色,F,1,Ijij Ijij Ijij,绿 条 白,Ijij,IjIj,绿,IjIj IjIj IjIj Ijij Ijij Ijij,绿 条 白 绿 条 白,二、,叶绿体遗传的分子基础,、叶绿体DNA的分子特点:,ct DNA与细菌DNA相似,，,裸露的DNA；,闭合双链的环状结构；,多拷贝：,高等植物每叶绿体中有3060个DNA，,整个细胞约有几千个拷贝；,高等植物,ct DNA,的,碱基成,分,与,核DNA,无,明显区别,，,但单细胞藻类中GC含量较核DNA小；,、叶绿体基因组的构成,二、叶绿体遗传的分子基础,共生体（symbionts）：不是细胞生存所必需的组成部分，仅以某种共生的形式存在于细胞之中，能够自我复制，或者在核基因组作用下进行复制；,孢子体不育:花粉的育性受植株基因型所控制，而与花粉本身所含基因无关,目前已普遍认为质粒仅指细菌、酵母和放线菌等生物中染色体以外的单纯DNA分子。,多数高等植物的ct DNA大约为150kbp：烟草ct DNA为155 844bp、水稻ct DNA为134 525bp。,乎全部置换掉，但母本的细胞质基,雄性不育成为了我们的好伙伴,单基因不育性和多基因不育性,F3出现3:1分离，故又叫做延迟遗传,遗传方式是非孟德尔式的；,第一节 细胞质遗传的概念和特点,母性影响的表现与细胞质遗传相似，但不是由于细胞质基因组所决定的，而是由于核基因的产物在卵细胞中积累所决定的，例:椎实螺外壳旋转方向的遗传,1、紫茉莉花斑性状的遗传,母性影响的表现与细胞质遗传相似，但不是由于细胞质基因组所决定的，而是由于核基因的产物在卵细胞中积累所决定的，例:椎实螺外壳旋转方向的遗传,酵母的GC含量为21%；,1,、低等植物的叶绿体基因组：,ct DNA,仅能编码,叶绿体本身结构和组成的,一,部分物质,；,如各种,RNA,、核糖体（,70S,）蛋白质、光合作用膜蛋白和,RuBp,羧化酶,8,个大亚基。,特性：,与抗药性、温度敏感性和某些营养缺陷有关。,2.高等植物的叶绿体基因组：,多数高等植物的,ct DNA,大约为,150kbp,：烟草,ct DNA,为,155 844bp,、水稻,ct DNA,为,134 525bp,。,ctDNA约,能编码,126,个蛋白质,：,12%,序列是专为叶绿体的组成进行编码,叶绿体的半自主性有一套完整的复制、转录和翻译系统，但又与核基因组紧密联系。,第四节 线粒体遗传,一、线粒体遗传的表现,例:红色面包霉缓慢生,长突变型的遗传,两种接合型,均可产生,原子囊果(卵细胞)和,分生孢子(精细胞),。,无突变型,突变型,二、线粒体的分子遗传,(一)线粒体,DNA,分子特点：,mt DNA,没有重复序列,；,mt DNA,的,浮力密度比较低,；,mt DNA,的,G,、,C,含量,比,A,、,T,少,，如,酵母的,GC,含量为,21%,；,mt DNA,两条,单链的密度不同,，分,别为重链,(H),和轻链,(L),；,mt DNA,非常小,，仅为核,DNA,十万,分这之一。,、线粒体基因组的构成：,1981年Kanderson最早测出人的mt DNA全序列为16569bp。,人、鼠、牛的mtDAN全序列均被测出：,2个rRNA基因；22个tRNA 基因；13个蛋白质基因等；,第五节 共生体和质粒决定的染色体外遗传,一、共生体的遗传,共生体（symbionts）：不是细胞生存所必需的组成部分，仅以某种共生的形式存在于细胞之中，能够自我复制，或者在核基因组作用下进行复制；对寄主表现产生影响，类似细胞质遗传的效应。,二、草履虫放毒型的遗传,结构,大核：多倍体,负责营养,小核：1-2个，二倍体负责遗传,繁殖方式：无性生殖、有性生殖、自体受精,AA和aa二倍体接合,自体受精(autogamy)产生基因分离和纯合,细胞质内有卡巴粒放毒素-草履虫素,核内有显性基因K 使卡巴粒在细胞质内持续存在,草履虫放毒型品系的遗传基础,：,纯合放毒型(KK+卡巴粒)与敏感型(kk、无卡巴粒)的交配可能出现两种情况：,接合,接合后,自体受精后,经多次繁殖后,K,k,三、质粒的遗传,质粒(plasmid)泛指染色体外一切能进行自主复制的遗传单位，包括共生生物、真核生物的细胞器和细菌中染色体以外的单纯的DNA分子。目前已普遍认为质粒仅指细菌、酵母和放线菌等生物中染色体以外的单纯DNA分子。,大肠杆菌的F因子的遗传最具代表性。,第六节 植物雄性不育的遗传,因此雄性不育不利于植物自身繁衍后代,植物雄性不育(male sterility),:,是指雌蕊发育正常，而雄蕊发育异常，不能产生正常功能的花粉，导致自交不结实，只能异交结实的现象。,雄配子败育,雄性不育,异交能结实,自交不结实,杂交水稻,杂交油菜,雄性不育成为了我们的好伙伴,杂交玉米,杂交高粱,一、雄性不育的类别,二、雄性不育的遗传特点,三、雄性不育在生产上的应用,讲解内容,质不育,一、雄性不育的类别,不存在,隐性核不育,显性核不育,三型学说,二型学说,雄性不育,MS,质核不育,CMS,核不育,NMS,F,1,Msms,可育,msms,MsMs,Msms,F,1,Msms,可育,msms,不育,二,各种类型雄性不育的遗传特点,雄性不育性可恢复得不到保持,不育,可育,可育,msms,不育,1、隐性核不育遗传特点：,1MsMs:2Msms:1msms,3可育,1不育,：,2、显性核不育的遗传特点,雄性可育,雄性不育性得不到恢复与保持,雄性不育,msms,雄性可育,Msms,雄性不育,Msms,msms,MsMs,雄性不育,F,1,正常可育,雄性不育育,胞质不,育基因,S,核不育基因,r r,雄性不育,S(,rr,),3、质-核不育遗传特点,S,r r,核可育基因R,胞质不育基因S,核不育基因r,胞质可育基因N,S,R-,雄性可育,S(R ),胞质可育基因,N,核基因,胞质不育基因,S,核可育基因,R,雄性可育,N,N(),N()或S(R ),S(r r),S(RR),N(Rr),S(Rr),可育,N(r r),N(RR),S(Rr),S(r r),不育,F,1,S,r r,可育,（1）遗传可能组配情况,不育,可育,S(Rr),S(r r),不育,把上述5种杂交组合归纳为：,S(rr)N(rr),S(rr),具有保持母本不育性在世代中稳定的传递能力的材料，称为,保持系,(B),。,把母本不育性在后代能被保持的雄性不育材料称为不育系(A)。,S(rr)N(RR)或S(RR),F,1,S(Rr),把具有恢复不育系后代全部植株育性能力的材料，称为恢复系(R)。,具有恢复不育系后代部分植株育性能力的材料，称恢复性杂合体,S(rr)N(Rr)或 S(Rr)F,1,S(Rr)或S(rr),孢子体不育和配子体不育,孢子体不育:花粉的育性受植株基因型所控制，而与花粉本身所含基因无关,孢子体基因型,S(rr),S(RR),S(Rr),r,R,败育,正常,r,R,正常,（2）质核雄性不育遗传特征,配子体基因型,S(rr),S(RR),S(Rr),r,R,败育,正常,r,R,正常,败育,配子体不育:花粉育性直接受雄配子体(花粉)本身的基因所决定,株间分离,S(Rr),(败育),RR,Rr,穗上分离,孢子体与配子体杂合基因型的遗传鉴定,孢子体,S(Rr),配子体,RR,rr,Rr,Rr,正常,R,r,R,r,S,R,r,R,r,S,绿 条 白,mt DNA两条单链的密度不同，分,长江大学遗传学第十一章细胞质遗传,孢子体不育:花粉的育性受植株基因型所控制，而与花粉本身所含基因无关,孢子体不育和配子体不育,孢子体不育和配子体不育,R可补偿S的不足、N可补偿r的不足。,进化程度较高，栽培品种中线粒体能量转化率高、供能高，供求平衡 雄性可育。,1MsMs:2Msms:1msms,1MsMs:2Msms:1msms,乎全部置换掉，但母本的细胞质基,Ijij IjIj绿,2个rRNA基因；,核内有显性基因K 使卡巴粒在细胞质内持续存在,二、雄性不育的遗传特点,1、紫茉莉花斑性状的遗传,他发现紫茉莉中有一种，着生纯绿色、白色和花斑三种枝条。,2、能量供求假说：认为线粒体是胞质雄性不育的载体，育性与线粒体能量转化效率有关。,单基因不育性和多基因不育性,胞质不育基因多样性,与核育性基因对应性,胞质基因多样性：,S,1,S,2,S,3,S,n,野败型,红莲型,滇一型,包台型,核育性基因对应性,r,1,R,1,r,2,R,2,r,3,R,3,r,n,R,n,S,1,N,1,S,n,N,n,单基因不育性和多基因不育性,单基因不育性：一对或两对核内主基因与对应的不育胞质基因决定的不育性,多基因不育性：由两对以上的核基因与对应的胞质基因共同决定的不育性,1 选育不育系,选育保持系,选育恢复系,杂种优势利用,“三系”配套育种,三、雄性不育性在生产上的应用,生产杂交种子,杂交水稻之父袁隆平,甲材料,乙材料,F,1,杂交种子,优势很强,很难得到大量杂交种子,1、不育系和保持系的选育,甲材料N(r,1,r,1,),不育系S(rr),新不育系,S(r,1,r,1,),保持系,S(r,1,r,1,),N(r,1,r,1,),S(r,1,r,1,),育性要恢复好,产量要高,制种效益要好,2、水稻恢复系的选育,恢复系,F,1,杂交种,不育系,S(rr),可育水稻,N(RR),S(Rr),杂交种生产,不育系生产,不育系,（母本）,保持系,（父本）,实践上如何应用三系法生产杂交种子？,不育系繁殖,保持系,不育系,恢复系,保持系,不育系,杂交种,恢复系,不育系生产,杂交种生产,3、应用三系法配制杂交种示意图,四、质核基因互作雄性不育性机理的几种假说：,1、质核互补控制假说：认为胞质不育基因存在于线粒体上。mt DNA某个或某些节段发生变异、胞质基因由N s时，线粒体mRNA所转录的不育性信息使某些酶不能形成，或形成某些不正常的酶，从而破坏花粉形成的正常代谢过程 最终导致花粉败育。,mt DNA发生变异后是否一定导致花粉败育，还与核基因的状态有关：一般情况下，只要质核双方一方带有可育的遗传信息，无论是N或R 均能形成正常育性的花粉。R可补偿S的不足、N可补偿r的不足。只有S与r共存时，由于不能互相补偿 表现不育。,2、能量供求假说：认为线粒体是胞质雄性不育的载体，育性与线粒体能量转化效率有关。进化程度较高，栽培品种中线粒体能量转化率高、供能高，供求平衡 雄性可育。,雄性不育,高供能母本、低耗能父本,低供能母本、高耗能父本,