第六章遗传物质的改变与人类变异

1. 第六章遗传物质的改变与人类变异 • 主要内容 • 一 染色体突变 • 二 基因突变 • 三 基因重组

2. 第一节 染色体畸变 • 染色体畸变 是指染色体发生数目和结构上的异常改变，扰乱了遗传物质和基因间相互作用的平衡，使细胞的遗传功能受到影响而造成机体不同程度的损害，是染色体病形成的基础。造成染色体畸变的因素是多方面的，通常可由电离辐射、诱变剂等理化因素和病毒等生物因素诱发产生。

3. 一、染色体数目异常 • 二倍体（diploid）2n，一个体细胞中染色体数为46，XX或46，XY。 • 整倍体 （euploid）n或 n 的倍数。23、46、69 • 非整倍体 （aneuploid） 不是n 或n的倍数。增加或减少1条或几条。 • 三体性 （trisomy）某号染色体多一个拷贝，如21三体，47，XX，+21。 • 单体性 （monosomy） 某号染色体少一个拷贝，如Turner综合征，45，X。

4. 一）整倍体异常产生的机制 • 1、三倍体 • 细胞中有三个染色体组，人类全身三倍体是致死的。 • 核型：69，XXX；69，XXY；69，XYY。 2n/3n 嵌合体。 产生机制： 1）双雄受精 2）双雌受精

5. 1）双雄受精

6. 2）双雌受精

7. 在人类中完全是3n的个体是致死的。三倍体胎儿夭折的主要原因是在胚胎细胞有丝分裂中，形成了3极或4极纺锤体，使染色体多少不等地分散在3个或4个赤道板上，导致分裂后期和子细胞内染色体不规则的分布（图6－1）；破坏了子细胞中基因间的平衡，由此严重地干扰了胚胎或胎儿的正常发育。这些个体能活到临产或出生者仅报导有数十例。存活下来的个体一般都是2n和3n的嵌合体。这些个体都具有智力低下、并指、半侧肥大或萎缩等发育异常。在流产儿中，3n个体十分常见。在人类中完全是3n的个体是致死的。三倍体胎儿夭折的主要原因是在胚胎细胞有丝分裂中，形成了3极或4极纺锤体，使染色体多少不等地分散在3个或4个赤道板上，导致分裂后期和子细胞内染色体不规则的分布（图6－1）；破坏了子细胞中基因间的平衡，由此严重地干扰了胚胎或胎儿的正常发育。这些个体能活到临产或出生者仅报导有数十例。存活下来的个体一般都是2n和3n的嵌合体。这些个体都具有智力低下、并指、半侧肥大或萎缩等发育异常。在流产儿中，3n个体十分常见。

8. 全身为4n的个体较罕见。文献中曾报道过一名伴有严重的多发畸型的活产婴儿。但4n和多n细胞在一些肿瘤组织，如肝、支气管上皮、子宫内膜、膀胱上皮、骨髓细胞、瘤组织和培养细胞中却常见。全身为4n的个体较罕见。文献中曾报道过一名伴有严重的多发畸型的活产婴儿。但4n和多n细胞在一些肿瘤组织，如肝、支气管上皮、子宫内膜、膀胱上皮、骨髓细胞、瘤组织和培养细胞中却常见。

9. 2、四倍体--核内复制 • 是指细胞具有四个染色体组。临床上更为罕见。在自然流产儿中占5%。 • 主要原因是核内复制 和核内有丝分裂。 核内复制 细胞内仅有染色体复制，而没有伴随细胞或核的分裂，这种现象称为核内复制。核内复制如发生在生殖细胞形成的过程中，受精后亦可形成多倍体；如发生在体细胞中，则可形成多倍体与二倍体的嵌合体。

10. 四倍体-- --核内复制

11. 二)非整倍体异常及产生机制 • 非整倍性变异 比二倍体多或少了一条或几条染色体的细胞或个体称为非整倍体。比二倍体数目多的叫超二倍体，比二倍体数目少的叫亚二倍体。 • 非倍数性改变的基本类型见表6－2。 单体型 • 非整倍体 三体型 多体型

12. 1. 单体型 • 单体型(2n-1)细胞中染色体数为45条，即某一号染色体少了一条。由于单体型个体的细胞中缺少一条染色体而造成基因严重失衡。所以，常染色体单体型个体一般难以存活。临床上主要见于X染色体的单体型，核型为45，X。 • 这种个体大多数(约98％)死于胚胎期，少数存活者，虽具女性表型，但有一系列异常症状。

13. 2. 三体型 • 三体型(2n+1) 细胞中染色体数为47，即某号染色体有3条。这是人类染色体数目畸变中发病率最高、种类最多的一类畸变。在常染色体中除17号和19号未发现三体型报道外，其它常染色体均有三体型，且少数常染色体三体型可活到成年。这说明三体型多一条常染色体对机体的危害要比少一条染色体的单体型为小。不过，增加的一条常染色体将严重影响胚胎的正常发育，所以，绝大多数常染色体三体型只见于自然流产儿中。

14. 2）实例：21—三体综合症， • 睾丸发育不全征（XXY）

15. 按理，X染色体较大，含遗传物质较多，如果丢失对人体形成的影响应该很大，但有部分X单体型（即核型为45，XO）能存活，根据Lyon假说，在女性卵子形成间期的细胞核里，只有一条X染色体有活性，另一条则处于“失活”状态，这就意味着能起转录作用的X染色体只有一条，也许这就是少数X单体型能存活下来的主要原因，但其个体发育仍受一定程度的影响。按理，X染色体较大，含遗传物质较多，如果丢失对人体形成的影响应该很大，但有部分X单体型（即核型为45，XO）能存活，根据Lyon假说，在女性卵子形成间期的细胞核里，只有一条X染色体有活性，另一条则处于“失活”状态，这就意味着能起转录作用的X染色体只有一条，也许这就是少数X单体型能存活下来的主要原因，但其个体发育仍受一定程度的影响。

16. 常染色体单体型一般不能存活。只有含遗传物质较少，对生命活动影响较小的个别染色体，如21号、 22号单体可以存活。如果某一对染色体都不存在（2n—1—1），则为缺体（nullisomic），人类的缺体型实际上没有发现，因为人类经受不起一对同源染色体的缺失。

17. 3.多体型 • 多体型 细胞内染色体数为48或48条以上，即某号染色体有4条或4条以上，主要有性染色体的多体型。如性染色体的四体型、五体型，不论男性或女性，随着染色体数目的增加，对性征和体征的影响程度亦随之递增。

18. 4.非整倍体异常产生机制非整倍体是不分离的结果，即在细胞分裂时染色体不能正常分离4.非整倍体异常产生机制非整倍体是不分离的结果，即在细胞分裂时染色体不能正常分离 减数I不分离 减数分裂不分离 不分离 减数II不分离 有丝分裂不分离 （卵裂不分离）

19. 2) 有丝分裂不分离（卵裂不分离） 46 46 46 不分离 46 46 47 45 46/47/45嵌合体

20. 3)丢失 46 丢失 46 45 46 46 45 45 46/45 嵌合体

21. （三）嵌合体（mosaic）的形成 • 1.嵌合体 是指个体具有二种或二种以上不同染色体组的细胞系组成，通过对多倍体的研究，发现了许多出生时成活的个体多为 2 n/4 n的嵌合体。嵌合体中，性染色体嵌合现象较常见，以46， XX/46， XY为例，即组成人体的细胞群，既含有性染色体XX的细胞，又有含性染色体XY的细胞，是两种或多种细胞系的混合体。此外，还有XY/XO、XX/XXY、XO/XYY等嵌合的细胞独立存在，出现了性别不明显的个体，就是人们通常所说的“阴阳人”。

22. 美籍波兰田径明星斯泰拉·瓦尔什，是1932年美国洛杉矶奥运会女子百米金牌的得主，就属于 XY/XO嵌合体。这位“女人”100m跑的成绩为11s9，一生中打破了一系列世界女子田径纪录，在她死后，经遗传学检查发现，瓦尔什主要是XY细胞，但也有少数XO细胞，从染色体组成情况看，虽然“她”有女性的外貌，以女性的身份生活在社会上，但应属男性。她具有男性发达的肌肉，皮下脂肪薄，因而在女选手中，她的田径成绩是超群的。这种现象在以前的体育大赛中，并不罕见，这种嵌合体所造成的变异，容易导致对男女运动能力判断失误，影响体育运动的公正性。

23. 2.嵌合体形成机制 嵌合体的形成有两种可能。 • （1）受精卵卵裂时，发生染色体不分离或染色体丢失（图6－5）：受精卵第一次卵裂时，染色体不分离，产生的子细胞均为不平衡者，其中单体可能死亡，若染色体不分离发生在第二次卵裂，则留下正常和三体细胞系，单体细胞死亡，其余发育成嵌合体；染色体丢失也会造成个别染色体数目异常而出现嵌合现象。在有丝　 • 分裂的后期，染色单体的迟留（anaphase lagging）使本应向子细胞移动的某一染色体（此时为单体状态）丢失，未能随其他染色体一起移动而进入任何一个子细胞，这样就导致某一细胞少了这条丢失的染色体。随着该细胞的分裂增殖，就会有一群此类细胞的产生。

24. （2）不规则受精：一个卵子同时与两个精子结合形成一个三倍体合子，在以后有丝分裂中，三极纺锤体上染色体分布不规则，由此形成 3 n/2 n/n三种细胞系的嵌合体，单倍体细胞系不存活，留下3n和2n细胞系，形成3n/2n嵌合体，或者受精时，一个卵子和两个精子结合形成3n细胞系，一个极体又和一个精子结合形成2n细胞系，结果形成3n/2n嵌合体（图 6－6）。 • ）。

25. 3.嵌合体的类型 嵌合体的类型一般包括两种。 • （1）异源嵌合体（heterologous mosaic）：卵子分出较大极体后，卵和极体各自受精，极体与一个精子受精发育成二倍体细胞系，卵子与两个精子同时受精发育成三倍体细胞系，两个起源不同的细胞系联合成一个胚胎，由此形成的机体，称为异源嵌合体（图 6－6A）。 • （2）同源嵌合体（homologous mosaic）：同一合子发育成不同的细胞系所组成的个体，称为同源嵌合体（图6－6B

26. 二、染色体结构畸变 • 在某种因素的作用下，染色体发生断裂重接，染色体重排，形成特殊结构的染色体——标记染色体（marker chromosome）。

27. 染色体结构异常类型： 1、缺失 deletion-del 2、易位 translocation-t 相互易位 罗伯逊易位 Robertsonian translocation-rob 3、等臂染色体 isochromosome-iso 4、插入 insersion-ins 5、重复 duplication-dup 6、倒位 inversion-inv 7、双着丝粒染色体dicentric chromosome-dic 8、环状染色体 ring chromosome –r

28. 1、缺失 deletion-del 简式 46,XX/XY,del(1)(p21) 详式 46，XX/XY，del（1）（qter→p21）

29. 缺 失

30. 2、易位 translocation-t 2q21 5q31 简式 46，XY，t（2；5）（q21；q31） 详式 46，XY，t（2；5）（2pter→2q21：：5q31→5qter； 5pter→5q31：：2q21→2qter）

32. 易 位

33. 罗伯逊易位 Robertsonian translocation-rob 13 14 D/D D/G G/G

34. 慢性粒细胞白血病是易位的一个实例，它是一种血液恶性肿瘤，患者中年后，出现全身乏力、胸痛、关节疼及其他异常，致病原因就是第22号染色体之一的长臂发生断裂，断片大多数易位于第9号染色体的长臂上，患者核型为46， XX（或XY）， t（9q；22q）。

35. 2.易位类型 如果是一个染色体的片段单一地转接到非同源染色体上，则称简单易位（simple translocation）或转移（shift），这种情况较少见，比较多的是两个非同源染色体之间的互换片段，称为相互易位（reciprocal translocation）。类型如图6－14所示。新生儿中发生相互易位者约占1～2/1000。

36. 　相互易位的区段可能是等长的，也可能是不等长的，如果这些易位都保留原有基因数，只改变易位区段在染色体上的相对位置，对基因作用和个体发育一般无严重影响，又称平衡易位（balanced translocation）。

37. 反复流产夫妇染色体核型分析结果表明，夫妇中一方染色体畸变是造成流产的重要细胞遗传学因素，其中平衡易位是流产夫妇的主要染色体异常类型，约占染色体异常者的83.33％，流产次数与染色体异常有平行关系，即随流产次数的增加，夫妇一方染色体异常有相应增高的趋势。染色体的平衡易位对生殖作用起着不良影响，平衡易位携带者表型正常，但由于减数分裂和同源染色体配对时可产生不平衡配子，不平衡的程度越大，流产机会越多。因为新生儿接受一条易位衍生染色体，从而造成某个易位节段的缺失或多余，破坏了基因间的平衡，易引起胎儿畸型发育，给后代健康带来严重危害。反复流产夫妇染色体核型分析结果表明，夫妇中一方染色体畸变是造成流产的重要细胞遗传学因素，其中平衡易位是流产夫妇的主要染色体异常类型，约占染色体异常者的83.33％，流产次数与染色体异常有平行关系，即随流产次数的增加，夫妇一方染色体异常有相应增高的趋势。染色体的平衡易位对生殖作用起着不良影响，平衡易位携带者表型正常，但由于减数分裂和同源染色体配对时可产生不平衡配子，不平衡的程度越大，流产机会越多。因为新生儿接受一条易位衍生染色体，从而造成某个易位节段的缺失或多余，破坏了基因间的平衡，易引起胎儿畸型发育，给后代健康带来严重危害。

38. 3.易位染色体的细胞学检测 相互易位的杂合体在减数分裂前期I，同源染色体联会的粗线期，呈“十”字型图像（图6－15A）。配对易位断点就在“十”字形中心，到了终变期，“十”字形图像因交叉端化而变成4个染色体构成的“四环体”，到了中期“四环体”在赤道板上有三种可能的排列形式，不同的排列形式决定着后期I的不同分离（图6－15B、C、D），B图像为邻近式分离，产生配子不育；C图像是交替式分离，产生可育配子；D图像也是邻近式分离，配子不育。

39. 3. 等臂染色体 isochromosome-iso

40. 4. 插入 insertion-ins • 5. 重复 duplication-dup A B A B

41. 染色体重复了一个片段，这额外片段上的基因也随之重复，与缺失效应相比，重复的遗传效应不明显，但重复太多也会影响生活力，甚至造成死亡。染色体重复了一个片段，这额外片段上的基因也随之重复，与缺失效应相比，重复的遗传效应不明显，但重复太多也会影响生活力，甚至造成死亡。 • 　　有一婴儿56天患支气管炎住院，以后经常感冒发烧，而且智力低下，1.6岁仍不会喊爸，不能坐，不认识父母，特殊的面容，染色体检查核型为46， XX7p+，即 7号染色体短臂部分重复而其他染色体正常（父母核型正常），7号染色体在7p13处断裂，另一条染色体在7p13～7p22处断裂，p13～p22片段插入7p13断裂处，而造成多处性状异常。

42. 2.重复类型 重复基因的排列顺序可以是相同的，称串联重复（tandem repeat），也可以是反向的，称反向重复（invertedrepeat）。常见的是串联重复（图6－10）。

43. 6. 倒位 inversion-inv B A A B

44. 2.倒位类型 由于倒位区段的位置不同，可分为臂内倒位（paracentric inversion）和臂间倒位（pericentric inversion）。臂内倒位是指倒位区段发生在染色体的一个臂上。臂间倒位是指倒位区段涉及包括着丝粒在内的两个臂的倒位（图6－12）。 • 　　）。

45. 人类臂内倒位尚未见报道，臂间倒位比较常见，如1、2、3、4、 5、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 15、 17、 18、 19、 21号染色体及X、Y染色体，都曾见到臂间倒位。 • 3.倒位染色体的细胞学检测 臂内倒位和臂间倒位都可以通过倒位杂合体减数分裂前期I同源染色体联会的情况进行细胞学测定，如果倒位区段较长，则倒位区段进行配对，而不倒位的部分配不上对（图6－13A、B）。倒位区段不是很长，通常可形成倒位圈（图6－13C

46. 7. 双着丝粒染色体dicentric chromosome-dic

47. 8.环状染色体 ring chromosome -r

48. 例题1 • 用秋水仙素处理萌发的种子幼苗，可获得多倍体植物。秋水仙素的作用是（ ） • A、抑制纺锤体的形成 • B、诱发染色体多次复制 • C、加速细胞分裂 • D、抑制细胞壁的形成 A

49. 例题2 • 单倍体育种，可以明显地缩短育种年限，这是由于（ ） • A、培养技术操作简便 • B、幼苗成活率高 • C、单倍体植物生长迅速 • D、后代不发生性状分离 D

50. 例题3 • 用花粉离体培养可以获得（ ） • A、单倍体 • B、二倍体 • C、三倍体 • D、多倍体 A