细胞质遗传核外遗传讲稿.ppt

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1、关于细胞质遗传核外遗传第一页，讲稿共六十九页哦一、核外遗传的性质与特点一、核外遗传的性质与特点n最早观察到不符合孟德尔遗传现象最早观察到不符合孟德尔遗传现象(非孟德尔遗传非孟德尔遗传)的是在紫茉莉中花斑叶遗传（的是在紫茉莉中花斑叶遗传（1909）n推测细胞质中可能存在遗传物质推测细胞质中可能存在遗传物质n1953-1964相继证实线粒体和叶绿体中存在相继证实线粒体和叶绿体中存在DNAn研究表明线粒体、叶绿体存在遗传系统，是半自主性研究表明线粒体、叶绿体存在遗传系统，是半自主性细胞器细胞器第二页，讲稿共六十九页哦紫茉莉（紫茉莉（Mirabilis jalapa）的花斑叶片。）的花斑叶片。(转引自

2、转引自Russell,1992)第三页，讲稿共六十九页哦第四页，讲稿共六十九页哦n子代性状取决于母本，与父本无关子代性状取决于母本，与父本无关n这是由于细胞器的分离规律不同于染色体分离规这是由于细胞器的分离规律不同于染色体分离规律所致律所致n分离比也不是核基因分离比分离比也不是核基因分离比1：1 第五页，讲稿共六十九页哦n特点特点：n1、遗传物质通过细胞质从亲代传到子代、遗传物质通过细胞质从亲代传到子代n2、不出现孟德尔分离比、不出现孟德尔分离比n3、正反交结果不同、正反交结果不同n4、子代只表现母本特征，与父本无关、子代只表现母本特征，与父本无关第六页，讲稿共六十九页哦n异核体测验（菌丝体融

3、合）证明细胞质遗传异核体测验（菌丝体融合）证明细胞质遗传 n粗糙脉孢菌的野生型粗糙脉孢菌的野生型+突变型突变型pokyn 异核体异核体(细胞质混合）细胞质混合）分生孢子（野生型核）分生孢子（野生型核）分生孢子（分生孢子（poky突变型核）突变型核）表现表现poky小菌落小菌落性状性状 表现野生型的某些性状表现野生型的某些性状第七页，讲稿共六十九页哦二、细胞内敏感性物质的遗传二、细胞内敏感性物质的遗传1、草履虫放毒型的遗传、草履虫放毒型的遗传 Kk(杂合子）经自体受精后转杂合子）经自体受精后转变为纯合子变为纯合子KK或或kk草履虫草履虫素是素是颗粒产生的，但颗粒产生的，但颗粒的颗粒的存在有赖于核

4、基因存在有赖于核基因K的存在，的存在，kk+是不稳定的，是不稳定的，58代后代后颗粒会丢失。颗粒会丢失。图图10-2第八页，讲稿共六十九页哦n以上三个遗传实例充分证明某些遗传因子是通过细胞以上三个遗传实例充分证明某些遗传因子是通过细胞质遗传的质遗传的第九页，讲稿共六十九页哦三、母体影响三、母体影响n正反交情况下，子代结果不同，子代某些性状相同于雌性正反交情况下，子代结果不同，子代某些性状相同于雌性亲本亲本n除核外遗传外，母体核基因的某些产物积累在卵母细胞除核外遗传外，母体核基因的某些产物积累在卵母细胞的细胞质，使子代表现不是自身基因决定的性状而是与的细胞质，使子代表现不是自身基因决定的性状而是

5、与母体表型相同的性状称为母体影响母体表型相同的性状称为母体影响第十页，讲稿共六十九页哦1、短暂的母体影响：、短暂的母体影响：n欧洲麦蛾幼虫皮肤色素（欧洲麦蛾幼虫皮肤色素（A有色有色-a无色），成虫眼色无色），成虫眼色（A褐眼褐眼-a红眼）红眼）母体形成的卵子细胞及之后的受精卵细胞母体形成的卵子细胞及之后的受精卵细胞质中存在母体基因质中存在母体基因A表达的产物，使表达的产物，使aa基因基因型个体幼虫肤色为有色，但成虫表现为型个体幼虫肤色为有色，但成虫表现为aa基基因型的性状因型的性状第十一页，讲稿共六十九页哦2、持久的母体影响、持久的母体影响n椎实螺的遗传椎实螺的遗传第十二页，讲稿共六十九页哦四

6、、线粒体遗传及四、线粒体遗传及 其分子基础其分子基础1、酵母的小菌落突变、酵母的小菌落突变:缺乏细胞色素缺乏细胞色素ab及及 细胞色素细胞色素c氧化酶。氧化酶。小菌落性状的遗传小菌落性状的遗传 因子存在于细胞质因子存在于细胞质 线粒体线粒体DNA的突变的突变第十三页，讲稿共六十九页哦2、线粒体基因组、线粒体基因组n（1）线粒体基因组的一般性质）线粒体基因组的一般性质高等植物高等植物mtDNA链长链长250Kb2000 Kb。真菌、昆虫直到哺乳动物显示出一种趋势，即从低等到高真菌、昆虫直到哺乳动物显示出一种趋势，即从低等到高等真核生物等真核生物mtDNA越来越小，排列越来越紧密。如酵母：越来越小

7、，排列越来越紧密。如酵母：75Kb，粗糙脉孢菌：，粗糙脉孢菌：60Kb；曲霉：；曲霉：32Kb；爪蟾：；爪蟾：17,533bp；牛：；牛：16,338bp；小鼠：；小鼠：16,295bp；人类；人类16,569bp 第十四页，讲稿共六十九页哦n多拷贝：如酵母细胞有多拷贝：如酵母细胞有1-45个线粒体，每个线粒体含个线粒体，每个线粒体含10-30拟核，每个拟核拟核，每个拟核4-5个线粒体个线粒体DNA 人类细胞线粒体从几十（精子人类细胞线粒体从几十（精子70多个）到几百甚至上千，多个）到几百甚至上千，每个线粒体含每个线粒体含2-10个个DNAn裸露的双链环状裸露的双链环状DNA分子（少数线性）分

8、子（少数线性）nDNA大小：植物大小：植物200-2500kb，大；动物从，大；动物从真菌、昆虫真菌、昆虫直到哺乳动物大直到哺乳动物大 小（趋势）小（趋势）n半保留复制，复制受核半保留复制，复制受核DNA基因控制基因控制第十五页，讲稿共六十九页哦n人人mtDNA进行半保留复制，进行半保留复制，n其其H链复制的起始点（链复制的起始点（OH）与与L链复制起始点（链复制起始点（OL）相隔相隔2/3个个mtDNA。n在静止期或分裂的细胞都在静止期或分裂的细胞都 可能活跃复制，复制过程可能活跃复制，复制过程 H链先复制链先复制n复制受核基因的控制复制受核基因的控制第十六页，讲稿共六十九页哦n线粒体线粒体

9、DNA不仅能复制，且线粒体具有完整的遗传系统：不仅能复制，且线粒体具有完整的遗传系统：有核糖体、有核糖体、tRNA，能转录和翻译，能转录和翻译n编码线粒体部分蛋白质（占少数），基因表达受核基因编码线粒体部分蛋白质（占少数），基因表达受核基因调控调控n大部分线粒体蛋白由核基因编码大部分线粒体蛋白由核基因编码n线粒体为半自主性细胞器线粒体为半自主性细胞器第十七页，讲稿共六十九页哦（2）线粒体）线粒体DNA的组成的组成n不同物种的真核生物不同物种的真核生物 线粒体基因组大小差线粒体基因组大小差 异很大异很大n酵母和人类的酵母和人类的mtDNA 基因组图基因组图 转引自转引自Griffiths,A.J

10、.F.et al.:MODERE GENETIC ANALYSIS,1999,W.H.Freeman and Company第十八页，讲稿共六十九页哦n人类线粒体人类线粒体DNAn16569bp，闭环双链状，、链，闭环双链状，、链n除除D环外，几乎每个碱基都用于编码环外，几乎每个碱基都用于编码n编码区为保守序列，编码区为保守序列，不同种系间不同种系间75%的核苷酸同源性的核苷酸同源性n共编码共编码37个基因：个基因：13个蛋白基因、个蛋白基因、22个个tRNA、2个个rRNAn基因排列紧密，转录后的加工剪切发生在基因排列紧密，转录后的加工剪切发生在mt-tRNA前后，前后，mt-tRNA的二级

11、结构可能作为加工酶的识别信号。的二级结构可能作为加工酶的识别信号。n1981年年Anderson等人完成了人类线粒体基因组的全部核苷酸等人完成了人类线粒体基因组的全部核苷酸序列的测定序列的测定第十九页，讲稿共六十九页哦1981年年Anderson等人完成了人类等人完成了人类线粒体基因组的线粒体基因组的全部核苷酸序列的全部核苷酸序列的测定。测定。第二十页，讲稿共六十九页哦13个蛋白基因编码个蛋白基因编码:n3个为构成细胞色素个为构成细胞色素c氧化酶（氧化酶（COX）复合体（复合体）复合体（复合体）催）催化活性中心的亚单位（化活性中心的亚单位（COX、COX和和COX）n2个为个为ATP合酶复合体

12、（复合体合酶复合体（复合体）F0部分的部分的2个亚基（个亚基（A6和和A8）n7个为个为NADH-CoQ还原酶复合体（复合体还原酶复合体（复合体）的亚基（）的亚基（ND1、ND2、ND3、ND4L、ND4、ND5和和ND6）n1个编码的结构蛋白质为个编码的结构蛋白质为CoQH2-细胞色素细胞色素c还原酶复合体（复合还原酶复合体（复合体体）中细胞色素）中细胞色素b的亚基的亚基 第二十一页，讲稿共六十九页哦n脊椎动物脊椎动物mtDNA全序列结构的共同特点是：全序列结构的共同特点是：n基因数目和排列顺序相同，两条链均有编码功能基因数目和排列顺序相同，两条链均有编码功能n其中其中2个个rRNAs，14

13、个个tRNAs和和12个蛋白质基因在重链上（个蛋白质基因在重链上（H），），另另8个个tRNAs基因和基因和1个蛋白质基因在轻链（个蛋白质基因在轻链（L）上）上n有一个有一个D环，与环，与mtDNA的复制有关的复制有关n有有2个复制起始点，分别复制个复制起始点，分别复制H和和L链链n基因间没有间隔，基因间没有间隔，tRNA基因通常位于基因通常位于mRNA基因和基因和rRNA基因之基因之间间n某些蛋白质的密码子与核基因通用密码子不同某些蛋白质的密码子与核基因通用密码子不同n线粒体中的线粒体中的tRNA兼用性（反密码子摆动）更大兼用性（反密码子摆动）更大nmtDNA仅编码氧化呼吸酶类少部分亚基仅编

14、码氧化呼吸酶类少部分亚基第二十二页，讲稿共六十九页哦mtDNA中的密码子与通用密码子的某些差异中的密码子与通用密码子的某些差异AUA成为起始密码子，而不是通用的成为起始密码子，而不是通用的Ile密码子；密码子；UGA是色氨酸（是色氨酸（Trp）密码子，而不是终止密码子；）密码子，而不是终止密码子；AGA，AGG在哺乳动物在哺乳动物mtDNA中是终止密码子，而不是精氨酸中是终止密码子，而不是精氨酸（Arg）密码子。）密码子。第二十三页，讲稿共六十九页哦n线粒体中的线粒体中的tRNA兼用性（反密码子摆动）更大兼用性（反密码子摆动）更大 有些氨基酸的有些氨基酸的4个密码子的前两个碱基相同，组成了四密

15、码子家族个密码子的前两个碱基相同，组成了四密码子家族盒，由两个盒，由两个tRNAs来阅读（细胞质来阅读（细胞质tRNA）线粒体线粒体tRNAs，1个个tRNA可以阅读四密码子家族盒中所有的可以阅读四密码子家族盒中所有的4个密码子个密码子 G C*C G U第二十四页，讲稿共六十九页哦n线粒体基因组含有二个线粒体基因组含有二个rRNA基因，但在不同的生物中这基因，但在不同的生物中这两个基因组成不同两个基因组成不同人类细胞，小的（人类细胞，小的（12S）和大的（）和大的（16S）rRNAs紧紧密地连接在一起，在其间隔一个密地连接在一起，在其间隔一个tRNA基因基因链孢霉中两个基因相隔链孢霉中两个基

16、因相隔6Kb在酵母中两个基因相隔在酵母中两个基因相隔25-30Kb，大量的，大量的tRNA位于间位于间隔区隔区链孢霉和酵母的链孢霉和酵母的rRNA基因中含有内含子基因中含有内含子在四膜虫中有一个额外的大在四膜虫中有一个额外的大rRNA基因拷贝，但小基因拷贝，但小rRNA基因却没有基因却没有 第二十五页，讲稿共六十九页哦n线粒体基因转录特点线粒体基因转录特点与核基因转录比较，与核基因转录比较，mtDNAmtDNA的转录有以下特点：的转录有以下特点：1.1.两条链均有编码功能两条链均有编码功能2.2.两条链从两条链从D-D-环区的启动子处同时开始以相同速率转录，环区的启动子处同时开始以相同速率转录

17、，L L链按顺时针方向转录，链按顺时针方向转录，H H链按逆时针方向转录链按逆时针方向转录3.mtDNA3.mtDNA的基因之间无终止子的基因之间无终止子4.tRNA4.tRNA基因通常位于基因通常位于mRNAmRNA基因和基因和rRNArRNA基因之间基因之间第二十六页，讲稿共六十九页哦n酵母线粒体酵母线粒体DNA（78kb）基因间有大段非编码序列基因间有大段非编码序列两个两个rRNA基因相距基因相距25-30Kb,大大rRNA基因有内含子基因有内含子两个蛋白质基因有内含子（细胞色素氧化酶亚基两个蛋白质基因有内含子（细胞色素氧化酶亚基I基因、基因、cytb），且内含子序列具有自我剪切作用），

18、且内含子序列具有自我剪切作用第二十七页，讲稿共六十九页哦n植物线粒体植物线粒体DNA细胞色素细胞色素c氧化酶（氧化酶（COX）复合体的大亚单位的）复合体的大亚单位的COX、COX和和COX基因基因ATPase复合体的复合体的4个亚单位基因个亚单位基因核糖体小亚基蛋白的核糖体小亚基蛋白的rps4、rps13、rps14基因基因NADH-辅酶辅酶Q氧还酶复合体的几个亚单位基因氧还酶复合体的几个亚单位基因3个个rRNA（5S、18S、26S）基因）基因一些一些tRNA基因基因第二十八页，讲稿共六十九页哦n（3）线粒体的蛋白质合成）线粒体的蛋白质合成n线粒体有它们自己蛋白合成系统，且与细菌蛋白质合成系

19、统相似，线粒体有它们自己蛋白合成系统，且与细菌蛋白质合成系统相似，在很多的情况下线粒体蛋白质合成体系的成分和细菌的相关成分在在很多的情况下线粒体蛋白质合成体系的成分和细菌的相关成分在体外可以互换；体外可以互换；n线粒体线粒体mRNA没有没有5端的帽结构；端的帽结构；n线粒体核糖体较细胞质核糖体小线粒体核糖体较细胞质核糖体小第二十九页，讲稿共六十九页哦nmtDNA中的密码子与通用密码子的某些差异中的密码子与通用密码子的某些差异n密码子密码子-反密码子配对比较宽松，反密码子配对比较宽松，tRNA反密码子第三反密码子第三位位1种碱基可以识别密码子第三位上的种碱基可以识别密码子第三位上的4个核苷酸，个

20、核苷酸，1个个tRNA可以阅读四密码子家族盒中所有的可以阅读四密码子家族盒中所有的4个密码子个密码子 第三十页，讲稿共六十九页哦人类线粒体基因突变与疾病人类线粒体基因突变与疾病n1988年年Wallace等发现等发现Leber视神经病的发生与线粒体视神经病的发生与线粒体DNA突变有关（突变有关（mtDNA G11778A,1988，Wallace,ND4精精 组组)nPreznat,于于1993发现发现mtDNA 12rSRNA基因基因A1555G突变与氨基糖苷类抗生素敏感性耳聋有关突变与氨基糖苷类抗生素敏感性耳聋有关第三十一页，讲稿共六十九页哦n线粒体线粒体DNA突变率比核基因高突变率比核基

21、因高10-20倍倍mtDNA中基因排列紧凑，任何突变都可能会影响到其基中基因排列紧凑，任何突变都可能会影响到其基因组内的某一重要功能区域因组内的某一重要功能区域mtDNA是裸露的分子，不与组蛋白结合是裸露的分子，不与组蛋白结合mtDNA位于线粒体内膜附近，直接暴露于呼吸链代谢产位于线粒体内膜附近，直接暴露于呼吸链代谢产生的超氧离子和电子传递产生的羟自由基中，极易受氧化生的超氧离子和电子传递产生的羟自由基中，极易受氧化损伤损伤mtDNA复制频率较高，复制时不对称复制频率较高，复制时不对称缺乏有效的缺乏有效的DNA损伤修复能力损伤修复能力第三十二页，讲稿共六十九页哦n线粒体线粒体DNA突变的类型突

22、变的类型点突变点突变大片段重组大片段重组mtDNA数量减少数量减少第三十三页，讲稿共六十九页哦确定一个确定一个mtDNA是否为致病性突变的标准：是否为致病性突变的标准：突变发生于突变发生于高度保守的序列高度保守的序列或或发生突变发生突变的位点有明显的功能的位点有明显的功能重要性重要性该突变可引起呼吸链缺损该突变可引起呼吸链缺损正常人群中未发现该正常人群中未发现该mtDNA突变类型，在来自不同家系但突变类型，在来自不同家系但有类似表型的患者中发现相同的突变有类似表型的患者中发现相同的突变有异质性的存在有异质性的存在，而且异质性程度与疾病严重程度呈正相关。，而且异质性程度与疾病严重程度呈正相关。第

23、三十四页，讲稿共六十九页哦n点突变点突变n已知的疾病中，已知的疾病中，2/3的点突变发生在与线粒体内蛋白的点突变发生在与线粒体内蛋白质翻译有关的质翻译有关的tRNA和和rRNA基因上基因上n1/3点突变发生于编码点突变发生于编码mRNA的基因的基因第三十五页，讲稿共六十九页哦n大片段重组大片段重组n缺失和重复，以缺失为主缺失和重复，以缺失为主如：如：848313459之间之间5.0kb的缺失（的缺失（KS综合症）综合症）863716073之间之间7.4kb缺失（与衰老有关的退行性缺失（与衰老有关的退行性疾病）疾病）4977bp、7345bp和和7599bp缺失与精子活动力障碍有缺失与精子活动力

24、障碍有关（关（Kao et al）第三十六页，讲稿共六十九页哦nmtDNA数量减少数量减少AD或或AR遗传，与遗传，与nDNA有关有关第三十七页，讲稿共六十九页哦线粒体基因病的遗传特点线粒体基因病的遗传特点n母系遗传母系遗传 在精卵结合时，卵母细胞拥有上百万拷贝的在精卵结合时，卵母细胞拥有上百万拷贝的mtDNA，而精子中，而精子中只有很少的线粒体，受精时几乎不进入受精卵，因此，受精卵中的线只有很少的线粒体，受精时几乎不进入受精卵，因此，受精卵中的线粒体粒体DNA几乎全都来自于卵子。几乎全都来自于卵子。n表现为母系遗传（表现为母系遗传（maternal inheritance），即母亲将），即母

25、亲将mtDNA传传递给她的儿子和女儿，但只有女儿能将其递给她的儿子和女儿，但只有女儿能将其mtDNA传递给下一传递给下一代。代。第三十八页，讲稿共六十九页哦第三十九页，讲稿共六十九页哦多质性多质性 人体不同类型的细胞含线粒体数目不同，通常有成百上人体不同类型的细胞含线粒体数目不同，通常有成百上千个，而每个线粒体中有千个，而每个线粒体中有210个个mtDNA分子，由于线分子，由于线粒体的大量粒体的大量中性突变中性突变，因此，绝大多数细胞中有多种，因此，绝大多数细胞中有多种mtDNA拷贝，其拷贝数存在器官组织的差异性。拷贝，其拷贝数存在器官组织的差异性。第四十页，讲稿共六十九页哦异质性异质性 n如

26、果同一组织或细胞中的如果同一组织或细胞中的mtDNA分子都是一致的，称为分子都是一致的，称为同质性同质性（homoplasmy）。n在克隆和测序的研究中发现一些个体同时存在两种或两种以上类在克隆和测序的研究中发现一些个体同时存在两种或两种以上类型的型的mtDNA，这是由于，这是由于mtDNA发生突变，导致一个细胞内同时存在发生突变，导致一个细胞内同时存在野生型野生型mtDNA和突变型和突变型mtDNA，称为，称为异质性（异质性（heteroplasmy）。n野生型野生型mtDNA对突变型对突变型mtDNA有保护和补偿作用，因此，有保护和补偿作用，因此，mtDNA突变时并不立即产生严重后果。突变

27、时并不立即产生严重后果。第四十一页，讲稿共六十九页哦遗传瓶颈效应 异质性在亲子代之间的传递非常复杂，人类的每个卵母细胞异质性在亲子代之间的传递非常复杂，人类的每个卵母细胞中大约有中大约有10万个万个mtDNA，但只有随机的一小部分（，但只有随机的一小部分（2-200个）可以个）可以进入成熟的卵细胞传给子代，这种卵细胞形成期进入成熟的卵细胞传给子代，这种卵细胞形成期mtDNA数量剧减数量剧减的过程称为的过程称为“遗传瓶颈效应遗传瓶颈效应”。瓶颈效应限制了下传的瓶颈效应限制了下传的mtDNA的数量和种类，造成子代个体间的数量和种类，造成子代个体间明显的异质性差异，甚至同卵双生子也可表现为不同的异质

28、性明显的异质性差异，甚至同卵双生子也可表现为不同的异质性水平。水平。第四十二页，讲稿共六十九页哦n阈值效应阈值效应 mtDNA突变可以影响线粒体突变可以影响线粒体OXPHOS的功能，引起的功能，引起ATP合成障碍，导致疾病发生。合成障碍，导致疾病发生。突变型突变型mtDNA的表达受细胞中线粒体的异质性水平。的表达受细胞中线粒体的异质性水平。即表型依赖于细胞内突变型和野生型即表型依赖于细胞内突变型和野生型mtDNA的相对比的相对比例例 n阈值：引起特定组织器官功能障碍的突变阈值：引起特定组织器官功能障碍的突变mtDNA的最少的最少数量称阈值。数量称阈值。第四十三页，讲稿共六十九页哦n阈值是一个相

29、对概念，个体差异很大。阈值是一个相对概念，个体差异很大。n例如，缺失例如，缺失5kb的变异的的变异的mtDNA比率达比率达60%，就急剧地，就急剧地丧失产生能量的能力。丧失产生能量的能力。线粒体脑肌病合并乳酸血症及卒中样发作线粒体脑肌病合并乳酸血症及卒中样发作(MELAS)患者患者tRNA点突变的点突变的mtDNA达到达到90%以上，能量代谢急剧以上，能量代谢急剧下降。下降。第四十四页，讲稿共六十九页哦n不同的组织器官对能量的依赖程度不同，阈值不同不同的组织器官对能量的依赖程度不同，阈值不同n中枢神经系统对中枢神经系统对ATP依赖程度最高，对依赖程度最高，对OXPHOS缺陷敏感，缺陷敏感，易受

30、阈值效应的影响而受累。易受阈值效应的影响而受累。n同一组织在不同功能状态对同一组织在不同功能状态对 OXPHOS 损伤的敏感性也损伤的敏感性也不同。如线粒体脑疾病患者在癫痫突然发作时，对不同。如线粒体脑疾病患者在癫痫突然发作时，对ATP的需求骤然增高，脑细胞中高水平的突变型的需求骤然增高，脑细胞中高水平的突变型 mtDNA无法满足这一需要，导致细胞死亡，表现为梗无法满足这一需要，导致细胞死亡，表现为梗塞或梗死。塞或梗死。第四十五页，讲稿共六十九页哦n突变突变mtDNA随年龄增加在细胞中逐渐积累，因而线粒随年龄增加在细胞中逐渐积累，因而线粒体疾病常表现为与年龄相关的渐进性加重。体疾病常表现为与年

31、龄相关的渐进性加重。n在一个伴有破碎红纤维的肌阵挛癫痫（在一个伴有破碎红纤维的肌阵挛癫痫（MERRF）家系）家系中，有中，有85%突变突变mtDNA的个体在的个体在20岁时症状很轻微，岁时症状很轻微，但在但在60岁时临床症状却相当严重。岁时临床症状却相当严重。第四十六页，讲稿共六十九页哦不均等的有丝分裂分离不均等的有丝分裂分离 细胞分裂时，突变型和野生型细胞分裂时，突变型和野生型mtDNA发生分离，发生分离，随机地分配到子细胞中，使子细胞拥有不同比例的突变随机地分配到子细胞中，使子细胞拥有不同比例的突变型型mtDNA分子。这种随机分配导致分子。这种随机分配导致mtDNA异质性变化异质性变化的过

32、程称为的过程称为复制分离复制分离。在连续的分裂过程中，异质性细胞中突变型在连续的分裂过程中，异质性细胞中突变型mtDNA和野生型和野生型mtDNA的比例会发生漂变，向同质性的方向的比例会发生漂变，向同质性的方向发展。发展。第四十七页，讲稿共六十九页哦n例例1nLeber遗传性视神经病遗传性视神经病（Leber hereditary optic neuropathy，LHON）于）于1871年由年由Leber医生首次报道。医生首次报道。n主要症状为视神经退行性变，主要症状为视神经退行性变，故又称故又称Leber视神经萎缩。临床视神经萎缩。临床表现为双侧视神经严重萎缩引起的急性或亚急性双侧中央视力

33、丧失，可表现为双侧视神经严重萎缩引起的急性或亚急性双侧中央视力丧失，可伴有神经、心血管、骨骼肌等系统异常。伴有神经、心血管、骨骼肌等系统异常。n患者多在患者多在1820岁发病，岁发病，男性较多见，个体细胞中突变男性较多见，个体细胞中突变mtDNA超过超过96时发病，少于时发病，少于80时男性病人症状不明显。时男性病人症状不明显。第四十八页，讲稿共六十九页哦第四十九页，讲稿共六十九页哦一个一个LHON的典型系谱的典型系谱第五十页，讲稿共六十九页哦n诱发诱发LHON的的mtDNA突变均为点突变突变均为点突变nG11778A（1988，Wallace,ND4精精 组组)n G14459A（ND6）、

34、）、G3460A（ND1）、）、T14484C（ND6）、）、G15257A（cytb）等）等4个位点对个位点对LHON也有也有重要作用。重要作用。第五十一页，讲稿共六十九页哦n例例2n氨基糖甙类抗生素诱发的耳聋氨基糖甙类抗生素诱发的耳聋n链霉素、庆大霉素、卡那霉素、拓普霉素、新霉素致耳链霉素、庆大霉素、卡那霉素、拓普霉素、新霉素致耳聋聋n1993年（年（Prezant)发现发现A1555G（12SrRNA)突变突变n又发现又发现A7445G、A1438G、A3243G、A8363G、G15915A突变突变第五十二页，讲稿共六十九页哦第五十三页，讲稿共六十九页哦管敏鑫教授管敏鑫教授n第一次发现

35、了核基因对线粒体第一次发现了核基因对线粒体DNA致聋相关突变致聋相关突变A1555G临床表型的决定性作用临床表型的决定性作用 n发现核修饰基因对线粒体发现核修饰基因对线粒体DNA突变分子耳聋外显突变分子耳聋外显率的影响，并发现三个新的修饰基因率的影响，并发现三个新的修饰基因n第一次发现氨基糖甙类相关致聋位点第一次发现氨基糖甙类相关致聋位点C1494T第五十四页，讲稿共六十九页哦A1555G突变1555A1555G1993年年Prezant等人首先在一个阿拉等人首先在一个阿拉伯以色列非综合征母系遗传的家伯以色列非综合征母系遗传的家系中发现系中发现mtDNA 12S rRNA基因基因A1555G突

36、变。突变。Guan等人从阿拉伯以色列家系中等人从阿拉伯以色列家系中有有mtDNA A1555G突变的耳聋病突变的耳聋病人取得淋巴细胞系进行功能研究。人取得淋巴细胞系进行功能研究。现在已经发现全世界不同种族的人现在已经发现全世界不同种族的人群中携带群中携带A1555G突变的家系有突变的家系有1000多例多例第五十五页，讲稿共六十九页哦浙江省各地市聋校A1555G突变筛查情况第五十六页，讲稿共六十九页哦环环 境境 因因 素素（氨基糖甙类抗生素等）（氨基糖甙类抗生素等）mtDNA突变突变遗遗 传传 因因 素素线粒体基因线粒体基因核基因核基因线粒体功能缺失线粒体功能缺失内耳、前庭细胞内耳、前庭细胞AT

37、P合成合成自由基生成自由基生成氧化还原平衡破坏氧化还原平衡破坏凋亡凋亡 功能缺失功能缺失听力下降听力下降第五十七页，讲稿共六十九页哦 利用基因诊断的方法可以常规地利用基因诊断的方法可以常规地对患者进行对患者进行A1555G突变位点的筛突变位点的筛查，如果该突变阳性，则要给他查，如果该突变阳性，则要给他们发用药指南，提醒该患者及其们发用药指南，提醒该患者及其所有的母系亲属避免使用氨基糖所有的母系亲属避免使用氨基糖甙类抗生素，从而减少该家系耳甙类抗生素，从而减少该家系耳聋的患病人数，降低耳聋的发病聋的患病人数，降低耳聋的发病率。此项研究可以避免全国至少率。此项研究可以避免全国至少100万人口因用氨

38、基糖甙类抗生素而万人口因用氨基糖甙类抗生素而导致耳聋，具有深远的社会意义。导致耳聋，具有深远的社会意义。第五十八页，讲稿共六十九页哦五、叶绿体遗传及其分子基础五、叶绿体遗传及其分子基础n叶绿体是植物细胞中特有的细胞器，起光能转换作用叶绿体是植物细胞中特有的细胞器，起光能转换作用n1、衣藻的叶绿体遗传、衣藻的叶绿体遗传n依藻（单细胞），一个单倍体核、一个叶绿体、约依藻（单细胞），一个单倍体核、一个叶绿体、约20个线粒体个线粒体n无性生殖为主无性生殖为主n有时有性生殖：有时有性生殖：mt+mt-(不同的交配型不同的交配型)n 合子合子n （减数分裂）（减数分裂）n 4个单倍体（核基因个单倍体（核基

39、因2：2分离）分离）第五十九页，讲稿共六十九页哦 mt+sm-r mt-sm-s(链霉素抗性）链霉素抗性）合子合子 4个单倍体（子代）全部抗性个单倍体（子代）全部抗性 mt+sm-s mt-sm-r(链霉素敏感）母性链霉素敏感）母性 合子合子 4个单倍体（子代）全部敏感个单倍体（子代）全部敏感n实验证明实验证明mt-亲本的叶绿体亲本的叶绿体DNA传递下来了传递下来了衣藻的一些遗传表现为母性遗传，如链霉素抗性衣藻的一些遗传表现为母性遗传，如链霉素抗性第六十页，讲稿共六十九页哦n2、叶绿体遗传的分子基础、叶绿体遗传的分子基础n（1）叶绿体）叶绿体DNAn裸露的环状双链分子，裸露的环状双链分子，n1

40、20kb190kb之间之间第六十一页，讲稿共六十九页哦n叶绿体中叶绿体中ctDNA的拷贝数是多拷贝的，不同的生物拷贝数不同，的拷贝数是多拷贝的，不同的生物拷贝数不同，n大多数植物大多数植物ctDNA含有两个反向重复序列，之间有两段非含有两个反向重复序列，之间有两段非重复序，在复性过程中两个重复序列恰好互补形成双链，重复序，在复性过程中两个重复序列恰好互补形成双链，非重复区形成单链环非重复区形成单链环nctDNA的复制是以半保留复制的，可能与线粒体相似的复制是以半保留复制的，可能与线粒体相似 n叶绿体基因组含有自已的转录翻译系统叶绿体基因组含有自已的转录翻译系统第六十二页，讲稿共六十九页哦n（2

41、）叶绿体）叶绿体DNA的基因组成的基因组成n从地钱、烟草和水稻叶绿体全序列分析（表从地钱、烟草和水稻叶绿体全序列分析（表20-6）表）表明明ctDNA基因组成有以下特点：基因组成有以下特点：第六十三页，讲稿共六十九页哦n基因组由两个反向重复序列（基因组由两个反向重复序列（IR）和一个短单拷贝序列（和一个短单拷贝序列（SSC）及一个）及一个 长单拷贝序列（长单拷贝序列（LSC）组成；）组成；nIRA和和IRB长各长各10-24Kb，编码相同，方向相反；，编码相同，方向相反；nctDNA启动子和原核生物的相似；启动子和原核生物的相似；n尽管尽管ctDNA大小各不相同，但基因组成是相似的，而大小各不

42、相同，但基因组成是相似的，而且所有基因的数目几乎是相同的，它们大部分产物是类且所有基因的数目几乎是相同的，它们大部分产物是类囊体的成分或和氧化还原反应有关（表囊体的成分或和氧化还原反应有关（表10-5）；）；ntRNA基因基因,约约3032个，有内合子存在；个，有内合子存在；n所有叶绿体基因转录的所有叶绿体基因转录的mRNA都由叶绿体核糖体翻译。都由叶绿体核糖体翻译。第六十四页，讲稿共六十九页哦n（3）叶绿体遗传系统与核遗传系统的关系）叶绿体遗传系统与核遗传系统的关系n叶绿体蛋白分为三类：叶绿体蛋白分为三类：n一是叶绿体一是叶绿体DNA编码的编码的n二是核二是核DNA编码的编码的n三是核三是核

43、DNA和叶绿体和叶绿体DNA共同编码的（亚基）共同编码的（亚基）n叶绿体也是半自主性细胞器叶绿体也是半自主性细胞器第六十五页，讲稿共六十九页哦n叶绿体中所有的核糖体与线粒体核糖体、胞质核糖叶绿体中所有的核糖体与线粒体核糖体、胞质核糖体完全不同。它们的沉降系数为体完全不同。它们的沉降系数为70S，由大小不等的，由大小不等的两个亚基（两个亚基（50S和和30S）组成，和原核生物的核糖体）组成，和原核生物的核糖体十分相似十分相似n核糖体的大亚基至少含有核糖体的大亚基至少含有2个个rRNA片段，每个片段一片段，每个片段一个拷贝：个拷贝：23S和和5S。小亚基含有一个拷贝的。小亚基含有一个拷贝的16S

44、rRNAn很多核糖体蛋白是由核基因编码在细胞质核糖体上合很多核糖体蛋白是由核基因编码在细胞质核糖体上合成的。成的。第六十六页，讲稿共六十九页哦六、核外遗传与植物雄性不育六、核外遗传与植物雄性不育1、植物的雄性不育、植物的雄性不育n雄性不育雄性不育:植物花粉的败育现象植物花粉的败育现象,在植物界是较为普遍的现在植物界是较为普遍的现象。象。n雄性不育的利用：雄性不育的利用：在杂交育种中一个很大的问题就是如在杂交育种中一个很大的问题就是如何防止自花受粉，以免干扰产生杂交种子。用人工去何防止自花受粉，以免干扰产生杂交种子。用人工去雄的办法是不可能在万顷大田中实现杂交育种。雄的办法是不可能在万顷大田中实

45、现杂交育种。而雄性而雄性不育就解决了这一问题。不育就解决了这一问题。第六十七页，讲稿共六十九页哦n雄性不育产生的机制：核不育型和质雄性不育产生的机制：核不育型和质-核不育型核不育型（1）核不育型：基因的突变，较少，不能产生后代）核不育型：基因的突变，较少，不能产生后代 隐性基因控制，隐性基因控制，msms纯合子表现雄性不育，杂合子后代呈现孟德纯合子表现雄性不育，杂合子后代呈现孟德尔式分离尔式分离（2）质）质-核不育型核不育型它是细胞质和细胞核基因相互作用所控制的不育它是细胞质和细胞核基因相互作用所控制的不育n(1)雄性不育系：雄性不育系：（s）rfrf，（，（s）是指细胞质不育因子，）是指细胞质不育因子，Rf是表示核内可使雄性不育得到恢复的一对等位基因（是表示核内可使雄性不育得到恢复的一对等位基因（rf 隐性基隐性基因不起作用）。因不起作用）。第六十八页，讲稿共六十九页哦感谢大家观看第六十九页，讲稿共六十九页哦