细胞质遗传遗传学.pptx

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,#,武汉生物工程学院生科系 遗传学课件,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,#,遗 传 学,Genetics,任课教师：瞿金旺,E-mail:qujinwang,Cell phone:[phone],遗传学,QQ,群,:,260035287,2,第六章 细胞质遗传,Chapter 6,Cytoplasmic,Inheritance,第一节 细胞质遗传的特点,第二节母性影响,第三节 叶绿体遗传,第四节 线粒体遗传,第五节,其它细胞质遗传因子,3,本章重点,1细胞质遗传与核遗传的差异。,2,、,细胞质遗传的特点。,3,、,质核基因间的关系。,4,第一节细胞质遗传的特点,5,生物的遗传,DNA,的分布,主要在染色体上,细胞质内,细胞核遗传,细胞质遗传,（所以说，染色体是,DNA,的主要载体）,例：紫茉莉叶色的遗传,8,在原核生物和某些真核生物的细胞质中，除了细胞器之外，还有另一类称为,附加体,和,共生体,的细胞质颗粒中也存在遗传物质。,（细胞的非固定成分）,果蝇的,粒子、细菌的,F,因子、草履虫的卡巴粒等,9,核遗传：,由核基因所控制的遗传现象和遗传规律。,细胞质遗传,(,cytoplasmic,inheritance,),：,由细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律，也称为非孟德尔遗传,(non-Mendelian inheritance),、核外遗传,(,extra-nuclear inheritance,),、母体遗传,(maternal inheritance),、非染色体遗传,(non-chromosomal inheritance),、染色体外遗传,(extra-chromosomal inheritance),。,细胞质基因组,(plasmon),：,所有细胞器和细胞质颗粒中遗传物质的统称。,10,二、细胞质遗传的特点,1,特点,正交和反交的遗传表现不同。,核遗传：,表现相同,，其遗传物质由雌核和雄核共同提供的；,质遗传表现不同,，某些性状只表现于母本时才能遗传给子代，故胞质遗传又称母性遗传。,11,代表两种细胞核,代表两种质体,代表两种线粒体,P,配子,F,1,正反交差异形成原因的示意图,12,在受精过程中，卵细胞不仅为子代提供其核基因，也为子代提供其全部或绝大部分细胞质基因；而精子则仅能为子代提供其核基因，不能或极少能为子代提供细胞质基因。,13,通过连续的回交能把母本的核基因全部置换掉，但母本的细胞质基因及其控制的性状仍不消失。,由附加体或共生体决定性状，其表现往往类似病毒的转导或感染。,遗传方式属于非孟德尔式；杂交后代一般不表现一定比例的分离。,14,2,、原因,真核生物有性过程：,卵细胞：,有细胞核、大量的细胞质和细胞器。,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，细胞质或细胞器极少或没有。,只能提供其核基因，不能或极少提供胞质基因。,一切受细胞质基因所决定的性状，其遗传信息只能通过卵细胞传给子代，而不能通过精细胞遗传给子代。,卵细胞,精细胞,15,第二节母性影响,16,一、概念,母性影响,：由,核基因的产物积累,在卵细胞中的物质所引起的一种遗传现象。,母性影响不属于胞质遗传的范畴，十分相似而已。,二、特点,下一代表现型受上一代母体基因的影响。,三、母性影响的类别,短暂的,（只影响幼龄期）,持久的,（影响子代终生）,17,成虫复眼深褐色,成虫复眼红色,、,欧洲面粉蛾,(Ephestia),遗传,18,幼虫皮肤无色,幼虫皮肤有色,Aa,aa,Aa,Aa,aa,aa,aa,Aa,aa,Aa,Aa,aa,19,、椎实螺的外壳旋转方向的遗传,椎实螺是一种、同体的软体动物，每一个体都能同时产生卵子和精子，但一般通过异体受精进行繁殖。,椎实螺既可进行异体杂交、又可单独进行个体的自体受精。,椎实螺外壳的旋转方向有,左旋和右旋,之分，属于一对相对性状。,左旋,右旋,20,杂交试验：,过程：,椎实螺进行正反交，,F,1,旋转方向都与各自母本相似，即右旋或左旋，,F,2,均为右旋，,F,3,才出现右旋和左旋的分离。,延迟遗传,21,所谓迟延遗传，例如在蚕卵的颜色、田螺壳的右旋、左旋等所见的现象。虽然这些性状本身是由细胞核基因决定的，表现出明显的孟德尔式遗传，但是作为卵细胞质的性质却是在母体内形成的，因此子代的表型常常和母亲的基因型相同。这样在,F2,中基因型虽以,31,比例分离，但表型并不分离，与母体的性状完全一样，延迟一代后，在,F3,中表型才以,31,的比例分离。,延迟遗传,前定作用,由受精前母体卵细胞基因型,决定,子代性状表现的母性影响。,22,原因：,椎实螺外壳旋转方向是由受精卵分裂时,纺锤体分裂方向,决定的，并由受精前的母体基因型决定。,右旋,受精卵纺锤体向中线右侧分裂；,左旋,受精卵纺锤体向中线左侧分裂。,母体基因型,受精卵纺锤体分裂方向,椎实螺外壳旋转方向。,右旋左旋,前定作用或延迟遗传,由受精前母体卵细胞基因型,决定,子代性状表现的母性影响。,23,第三节 叶绿体遗传,24,叶绿体遗传,1,、紫茉莉花斑性状遗传,紫茉莉中花斑植株,1909,，柯伦斯,(Correns,C.E.),，非孟德尔遗传发现者，紫茉莉花斑枝条。,25,紫 茉 莉,紫茉莉，别名胭脂花、夜晚花、地雷花、洗澡花。紫茉莉科，一年生草本。,夏季开花，花萼漏斗状，有紫、红、白、黄等色，常傍晚开放，翌日早晨凋萎。,原产南美洲，我国各地均有栽培，供观赏。花可入药，治下痢。,26,着生,绿色、,白色,和,花斑,三种枝条，且白色和绿色组织间有明显的界限。,27,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、绿色、花斑,白色,绿色,白色、绿色、花斑,绿色,花斑,白色、绿色、花斑,白色、绿色、花斑,紫茉莉花斑性状的遗传,杂种植株所表现的性状完全由母本枝条所决定,，与提供花粉的父本枝条无关。,控制紫茉莉花斑性状的遗传物质是通过母本传递的。,28,紫茉莉杂交时母本细胞的细胞质不均等分配示意图,卵细胞,卵细胞,卵细胞,原因,29,花斑枝条：,绿细胞,中含有正常的绿色质体,(,叶绿体,),；,白细胞,中只含无叶绿体的白色质体,(,白色体,),；,绿白组织交界区域,：某些细胞内既有叶绿体、又有白色体。,紫茉莉的花斑现象是,叶绿体的前体,（质体）变异而引起的。,正常质体,和,白色质体,随机分配,细 胞,正常质体,白色质体,正常质体和白色质体,绿色,白色,花斑,原因,30,细胞学证据：,白色,白色质体,绿色,叶绿体,花斑,白色质体和叶绿体,31,花粉中精细胞内不含质体，上述三种分别发育的卵细胞无论接受何种花粉，,其子代只能与提供卵细胞的母本相似,，分别发育成正常,绿株,、白化株、,花斑株,。,花斑现象：,天竺葵、月见草、卫矛、烟草等,20,多种植物中发现。,32,33,Evidence for another mode of inheritance:Leaf variegation and,the inheritance of achlorophyllous(white)plants,不含叶绿,素的,叶绿体,含叶绿素,的,叶绿体,34,2,、玉米条纹叶的遗传,胞质基因遗传的独立性是相对的，有些性状的变异是由,质核基因共同作用,下发生的。,1943,年，,Rhoades,报道玉米细胞核内第,7,染色体上有一个控制,白色条纹,(iojap),的基因,ij,，纯合,ijij,株叶片表现为,白色和绿色相间,的条纹。,35,正交试验,3,：,1,（,纯合时,ij,核基因使胞质内质体突变,）,IjIj,绿色,ijij,条纹,P,Ijij,全部绿色,F,1,IjIj,绿色,Ijij,绿色,ijij,条纹,F,2,31,表明绿色和非绿色为一对基因的差别。,这个由隐性,核基因,所造成的质体变异具有,不可逆,的性质，质体变异一经发生，便能以细胞质遗传的方式而稳定传递。,36,反交试验,Ijij,条纹,IjIj,绿色,IjIj,绿,IjIj,条,IjIj,白,Ijij,绿,Ijij,条,Ijij,白,ijij,条纹,IjIj,绿色,P,Ijij,绿色,Ijij,条纹,Ijij,白色,F,1,（绿色、条纹、白化三类植株无比例）,在,连续回交,的情况下（轮回亲本为绿株），当,ij,基因被取代后，仍然未发现父本对这一性状产生影响。,37,3,、衣藻的核外基因,1954,年,Ruth Sager,等,研究了单细胞藻类衣藻的红霉素抗性（,ery,r,）。,单细胞绿色藻类，属真核生物，含有一个大的叶绿体和数目众多的线粒体。两种交配类型：正接合型（,mt,+,）和负接合型（,mt,-,）。,38,解释：,抗生素抗性因子只能由,mt,+,亲本传递，且在减数分裂中不发生分离。抗性基因来自叶绿体，,mt,-,的叶绿体在接合中总是被丢失。,39,第四节 线粒体遗传,40,线粒体遗传,、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）。,41,原子囊果（卵细胞）,分生孢子（精子），仅提供单倍体的核,1,、,红色面霉缓慢生长突变型,生化分析：,突变型不含细胞色素氧化酶，这种酶是由线粒体控制合成的，观察到缓慢生长突变型线粒体结构不正常,认为有关基因存在于线粒体之中，由,母本传递,。,42,2,、啤酒酵母的小菌落突变,1940,年，,Boris Ephrussi,首次描述小菌落突变现象。,分离鉴定三类小菌落：,分离型（核基因突变）,中性小菌落（单亲遗传）,抑制性小菌落,43,正常菌落杂交的后代孢子中，一些长成大菌落，另一些为小菌落，不成比例。,44,两种交配型对二倍体的细胞质的贡献相等。,45,小菌落酵母细胞内,缺少细胞色素,a,和,b,、细胞色素氧化酶,不能进行有氧呼吸,不能有效利用有机物,产生小菌落,这种小菌落的变异与线粒体的基因组变异有关,46,第五节 其它细胞质遗传因子,47,一、共生体的遗传,、共生体symbionts,）,不是细胞生存所需要的必要组成部分，仅,以某种共生,的形式存在于细胞之中的细胞质颗粒。,能够,自我复制,，或者在核基因组的作用下进行复制；,对寄主表现产生影响,，类似细胞质遗传的效应。,48,、草履虫放毒性的遗传,1,、结构,草履虫,(,Paramecium aurelia,),是一种常见的原生动物，种类很多。,大核,(1,个,),，,是多倍体，主要负责营养；,小核,(1-2,个,),，,是二倍体、主要负责遗传。,2,、繁殖,无性生殖,一个个体经有丝分裂成两个个体。,49,有性生殖,AA,和,aa,二倍体接合；,大核开始解体，小核经减数分裂为,8,个小核；,每一个体中有,7,个小核解体，留下小核，再经一次有丝分裂。,两个体互换,1,个小核，并与未交换小核合并；,小核合并为二倍体，基因型为,Aa,；,大核已完全解体，小核又经两次有丝分裂,两个个体分开,接合完成；,每一个体中的两个小核发育成两大核；,小核再经一次有丝分裂，两个亲本各自进行分裂。,草履虫的接合生殖过程,50,自体受精,(autogamy),产生基因分离和纯合,a,、,b.,两个小核分别进行减数分裂，形成,8,个小核，其中,7,个解体，仅留,1,个小核；,c.,小核经一次有丝分裂而成为,2,个小核；,d.,两个小核融合成为一个二倍体小核；,e.,小核经,2,次有丝分裂形成,4,个二倍体小核；,f.2,个小核发育成,2,个大核；,g.,1,个细胞分裂成,2,个，各含,2,个二倍体体小核。,草履虫自体受精生殖,51,、草履虫放毒性的遗传特点,放毒型：,带有,K,基因，又有卡巴,(Kappa),粒，才能稳定分泌出一种毒素,(,草履虫素,),。,敏感性：,有,K,或,k,基因，而无卡巴粒，则不产生草履虫素。,Kappa,粒位于细胞质内,(,呈游离状态,),，,K,位于核内。,草履虫素能杀死其它无毒的敏感型。,52,放毒型的遗传基础,细胞质中的卡巴粒和核内,K,基因，同时存在时才能保证放毒型的稳定。,K,基因本身不产生卡巴粒，也不合成草履虫毒素，仅能保证卡巴粒在细胞质内持续存在。,杂交试验,放毒型,(KK,卡巴粒,),与敏感型,(kk,，无卡巴粒,),的杂交。,53,杂交时间短：,仅交换两个小核中的一个，未交换细胞质内的卡巴粒,，,F,1,其表型不变。,自体受精后基因分离纯合，,仅胞质中有卡巴粒和基因型为,KK,的草履虫为放毒型,，其余均为敏感型。,54,杂交时间长：,同时交换小核与胞质中的卡巴粒,，,F,1,均表现为放毒型。,F,1,自体受精后基因纯合；无性繁殖，,kk,基因型中的卡巴粒渐渐丢失而成为敏感型。,55,以上实验可知：,只有,KK,或,Kk,+,卡巴粒的个体能保持放毒性。,核内,K,基因,细胞质内,卡巴粒的增殖,产生草履虫素。,kk,+,卡巴粒个体虽有卡巴粒，但无,K基因而不能保持其放毒性，多次无性繁殖后使卡巴粒逐渐减少,为敏感型。,KK,或,kk,基因型个体无卡巴粒时均为敏感型。,卡巴粒不受,K,或,k,基因的控制,。卡巴粒虽然依附于,K,基因，但仍有一定的独立性，可以自行复制。,核基因可以引起质基因的突变，质基因的存在决定于核基因，但质基因具有一定的独立性，能够决定遗传性状的表现。,56,二、质粒的遗传,1,、质粒,(plasmid),一种附加体，几乎存在于每一种细菌细胞中，是一种自主的遗传成分，能够独立地进行自我复制。,质粒嵌合到染色体上称,附加体,。,大部分质粒独立于染色体，决定细菌的某些性状，其遗传具有类似细胞质遗传的特征。,57,2,、,E.coli,的,F,因子的遗传,E.coli,一般进行无性繁殖，有时也能进行个体间接合生殖。,除,F,-,(,无,F,因子,),细胞不能彼此接合外，其它细胞的接合都可能发生。,如：,F,+,F,+,、,F,+,F,-,；,HfrF,+,、,HfrF,-,；,F,因子：,性因子或致育因子。,58,三、核外遗传和细胞核遗传的异同,、共同点,虽然,细胞质,DNA,在分子大小和组成上与,核,DNA,有某些区别，但作为一种遗传物质，在结构和功能上仍与核,DNA,有许多相同点。,均按半保留方式复制；,表达方式一样，,核糖体,DNA,mRNA,蛋白质,均能发生突变，且能稳定遗传，其诱变因素亦相同。,59,、不同点,细胞质,DNA,核,DNA,突变频率大,突变频率较小,较强的定向突变性,难于定向突变性,正反交不一样,正反交一样,基因通过,雌,配子传递,基因通过,雌,雄,子传递,基因定位困难,杂交方式基因定位,载体分离无规律,有规律分离,细胞间分布不均匀,细胞间分布均匀,某些基因有感染性,无感染性,60,1.,核外遗传的特点,正、反遗传表现不同,：性状通过母本才能传递给后代。,连续回交,，可置换母本全部核基因，但母本胞质基因及其控制的性状不消失。,基因定位困难,，有时表现出类于病毒的传导或感染。,细胞质中由附加体或共生体决定的性状，其表现类似于病毒的传导或感染，即,能传递给其它细胞,。,本章小结,612,、母性影响,母性影响所表现的遗传现象与胞质遗传,相似,，但其,本质不同,，因为母性影响不是细胞质遗传，而是,F,1,受母本基因的影响，以后还要分离。,3,、核外遗传的表现,叶绿体遗传；,线粒体遗传；,质粒遗传；,共生体遗传。,62,4,、核外遗传与核遗传的异同。,*,共同点,(3,个,),*,不同点,(8,个,),5,、胞质基因与核基因的关系,核基因可引起质基因突变，质基因的存在决定于核基因，但质基因具有一定的独立性，能够决定遗传性状的表现。,63,课堂思考题（一）,将野生鳑鲏鱼受精卵中细胞核除去，然后注入金鱼受精卵的细胞核，由这样的受精卵发育成的鱼具备金鱼和鳑鲏鱼两个亲本的性状。该实验说明生物的遗传是,。,下列说法正确的是（）,A.,受精卵中的染色体一半来自父方，一半来自母方,B.,受精卵中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方,C.,受精卵细胞核中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方,D.,受精卵细胞质中的遗传物质一半来自父方，一半来自母方,细胞核和细胞质共同作用的结果,A C,64,课堂思考（二）,下图是某种遗传病的系谱图，分析回答：,此遗传病的致病基因最可能存在于人体细胞的中，它是遗传属于遗传。,线粒体,细胞质,65,课后习题,玉米中，,a,、,b,、,f,三个基因都位于第一染色体上，三点测验，得到以下结果：,请解答：（,1,）确定三个基因的排列顺序；,（,2,）计算遗传距离和符合系数；,（,3,）画出这三个基因的连锁图。,课后习题,母体遗传：,母性影响：,论述核外遗传和细胞核遗传的异同点。,+f,+b+,+bf,abf,a+,a+f,ab+,+,合计,21,2,339,55,355,2,17,88,879,66,本章结束,，,谢谢大家！,