三章遗传的染色体学说ppt课件.ppt
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1、三章遗传的染色体学说ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望引言 孟德尔的工作被认为是生物学史上最重大的发现之一,然而他的工作在沉没30多年以后才被人们重新发现,这其中非常重要的一点是,在孟德尔时代没有一个人知道基因的物理结构是怎样的,它们位于细胞中的什么地方,它们又是怎样从亲代传到子代的,等等。也就是说至1866年的时候还没有关于染色体、有丝分裂及减数分裂的描述。孟德尔定律重新发现后,有大量的杂交实验证明他的理论是正确的,这样就迫使人们去思考、
2、去研究孟德尔的遗传因子究竟是什么,它的结构是怎样的,它们在细胞的什么地方,细胞中什么样的结构与假设的遗传因子(基因)是相一致的等等。在孟德尔的工作被重新发现后不久的1903年,WSuntton和TBoveri各自独立地认识到,染色体从一代到一代的传递方式与基因从一代到一代的传递方式有着密切的平行关系。为了解释这种相关性,他们提出了基因位于染色体上的假设,即遗传的染色体学说(Chromosome theory of heredity)。遗传学发展的重要里程碑正是由于接受了这一概念,即细胞学提供的在显微镜下可以看到的染色体的行为与杂交实验的遗传因子的行为相关联,它标志着遗传学与细胞学的结合。直到今
3、天,这一学说仍然是遗传分析最本质的一部分。第一节第一节 细胞分裂细胞分裂一、染色质与染色体一、染色质与染色体二、染色体在有丝分裂中的行为二、染色体在有丝分裂中的行为三、染色体在减数分裂中的行为三、染色体在减数分裂中的行为染色质(Chromatin):由Flemming 1882年提出,当时专指细胞分裂间期能够被碱性染料着色的核物质,在光镜下呈现均质状态。染 色 体(Chromosome):由 Waldeyer 1884年提出,1888年定名,专指细胞分裂期能够被碱性染料着色的核物质,在光镜下呈现棒状或点状。一、染色质与染色体一、染色质与染色体现代遗传学给出的定义:由于两种物质没有本质区别,因此
4、认为染色体或染色质是由DNA、蛋白质(主要是组蛋白)和RNA组成的复合线状物,并含有遗传信息的特殊线性序列构成的连锁结构。1.着丝粒(初缢痕)着丝粒(初缢痕)2.臂:臂比臂:臂比 长长/短短3.次缢痕次缢痕:核仁形成区核仁形成区4.随体:随体:5.5.a.a.常在短臂;常在短臂;常在短臂;常在短臂;6.6.b.b.位置恒定;位置恒定;位置恒定;位置恒定;7.7.c.c.染色体组的标志;染色体组的标志;染色体组的标志;染色体组的标志;8.8.d.d.核仁形成:随体染色体核仁形成中心染色体核仁形成:随体染色体核仁形成中心染色体核仁形成:随体染色体核仁形成中心染色体核仁形成:随体染色体核仁形成中心染
5、色体 各各各各物物物物种种种种差差差差异异异异很很很很大大大大,染染染染色色色色体体体体大大大大小小小小主主主主要要要要指指指指长长长长度度度度,同一物种染色体宽度大致相同;同一物种染色体宽度大致相同;同一物种染色体宽度大致相同;同一物种染色体宽度大致相同;长长长长:0.20-50:0.20-50:0.20-50:0.20-50微米、宽微米、宽微米、宽微米、宽:0.20-2.00:0.20-2.00:0.20-2.00:0.20-2.00微米。微米。微米。微米。定义:定义:根据染色体的长度、着丝粒的位置、臂比、随根据染色体的长度、着丝粒的位置、臂比、随体的有无,并借助体的有无,并借助染色体分带
6、技术染色体分带技术对某一生物对某一生物的染色体进行分析、比较、排序、编号。的染色体进行分析、比较、排序、编号。意义:意义:(1)系统发育)系统发育 (2)亲缘关系)亲缘关系 (3)疾病诊断)疾病诊断 什么是染色体分带技术什么是染色体分带技术 特特殊殊的的染染料料、染染色色方方法法,使使同同一一染染色色体体的的不不同同区区段段呈呈现现不不同同的的染染色色效效果果带带型型,一般带型是相对稳定的。一般带型是相对稳定的。人类染色体核型分析人类染色体核型分析女女男男A染染色色体体(常常染染色色体体):生生物物体体内内数数目目、形形状状、大小恒定,增减有害。大小恒定,增减有害。性性染染色色体体:雌雌雄雄异
7、异体体生生物物中中正正常常个个体体中中一一条条或或一对异型并与性别直接相关的染色体。一对异型并与性别直接相关的染色体。B染色体(副染色体、超数染色体):染色体(副染色体、超数染色体):a)小小b)异染色质异染色质c)能复制,数目不稳定能复制,数目不稳定d)增减对生物影响小,太多则有害增减对生物影响小,太多则有害多线染色体(polytenie chromosome):意大利细胞学家Balbiani 1881年在双翅目昆虫摇蚊幼虫唾腺细胞中首次发现。研究意义:对基因突变和染色体结构畸变等机理研究具有重要意义,另外对基因定位研究具有重要价值。灯刷染色体(lampbrush chromosome)50
8、年代对该染色体的组成和微细胞结构研究报道较多。研究意义:对研究基因转录活性机理具有重要意义。普遍存在于动物卵巢的卵母细胞中,多数在减分双线中易观察到。每一种生物的染色体数目是恒定的。多数高等动植物是二倍体(diploid),也就是说,每一身体细胞中有两组同样的染色体,用2n表示;亲本的每一配子带有一组染色体,叫单倍体(haploid),用n表示。如人的染色体是46(2n46),果蝇的染色体是8(2n8)。但多数微生物的营养体是单倍体,如链孢霉的单倍体染色体数是7(n7)。生物染色体的一般特点:生物染色体的一般特点:1 1数目恒定。数目恒定。2 2体细胞体细胞(2n)(2n)是性细胞是性细胞(n
9、)(n)的二倍。的二倍。3 3与生物进化程度无关。但可用于物种分类。与生物进化程度无关。但可用于物种分类。4 4染染色色体体数数目目恒恒定定也也是是相相对对的的(如如动动物物的的肝肝、植植物物的种子胚乳)。的种子胚乳)。二、染色体在有丝分裂中的行为 像细菌、蓝藻等原核类生物,体细胞和生殖细胞不分,细胞的分裂就是个体的增殖。而高等生物是通过单个细胞即合子(zygote)的一分为二、二分为四的细胞分裂发育而成的具有亿万个细胞组成的个体,譬如说人就是通过单个细胞即受精卵的细胞分裂发育而成的具有1014个细胞组成的。细胞的增殖是通过有丝分裂(mitosis)实现的,有丝分裂的结果是把一个细胞的整套染色
10、体均等地分向两个子细胞,所以新形成的两个子细胞在遗传物质上跟原来的细胞是相同的。1 细菌的有丝分裂 细菌属原核类(prokaryote)。细菌染色体位于细胞内的核区,核区外面没有核膜,所以称为原核。每一原核类细胞中通常只有一个染色体,染色体的结构简单,是一个裸露的DNA分子。1 细菌的有丝分裂 根据电镜观察,细菌染色体附着在一个称为间体(mesomere)的圆形结构上,这一结构是由细胞质膜内陷而成的。染色体分裂为二后,原有染色体和新复制的染色体分别附着在与膜相连的间体上(图)。图 细菌细胞的有丝分裂 2 真核类的有丝分裂 因为真核类的细胞所含有的染色体数目往往较多,因而其细胞分裂也更为复杂。有
11、丝分裂过程是一个连续的过程,但为说明的方便起见,通常将其分成前期、中期、后期和末期四个时期,在两次有丝分裂中间的时期称为间期。2 真核类的有丝分裂 间期时的细胞核中一般看不到染色体结构,DNA是在间期进行复制合成的,因而以DNA为主体的染色体也由原来的一条成为两条并列的染色单体。2 真核类的有丝分裂 间期又可细分为三个时期,即合成前期(G1),这时DNA没有合成;进入合成期(S)时DNA才开始合成,即染色体开始复制;然后是合成后期(G2)。间期结束后,进入分裂期(M)。从一个细胞的任何一个分期阶段到子细胞 的 同 等 阶 段 称 为 个 细 胞 周 期(cell cycle)(图)。图 真核生
12、物细胞周期示意图(1)前期(prophase):间期核内的染色体细丝开始螺旋化,缩短变粗,染色体逐渐清晰起来。每一染色体含有纵向并列的两条染色单体,前期快结束时,染色体缩得很短。核仁和核膜逐渐模糊不明显,出现纺缍丝。(2)中期(metaphase):中 期 开 始 时,核 膜 崩 解,核 质(nucleoplasm)与胞质混和。纺锤体的细丝纺锤丝(spindle fibers)与染色体的着丝粒区域连接。染色体向赤道面移动,着丝粒区域排列在赤道板上。这时最为容易计算染色体的数目。(3)后期(anaphase):每一染色体的着丝粒已分裂为二,相互离开。着丝粒离开后,即被纺锤丝拉向两极,同时并列的染
13、色单体也跟着分开,分别向两极移动。这时染色体又是单条了,也可叫做子染色体。(4)末期(telophase)和胞质分割(cytokinesis):两组子染色体到达两极,染色体的螺旋结构逐渐消失,又出现核的重建过程。两个子核形成后,接着便发生细胞质的分割过程,把母细胞分隔成两个子细胞,细胞分裂结束。2 真核类的有丝分裂 有丝分裂前期时,每个染色体的两条染色单体在体积和形态上一模一样,所以末期时两个子细胞内的染色体在数目和形态上也完全一样。由于这个缘故,有丝分裂保证了细胞内染色体精确地分配到子细胞,这就是有丝分裂的主要特点,即细胞分裂一次,染色体复制一次,两个子细胞中的遗传物质不变,含有与母细胞相等
14、的遗传信息。2 真核类的有丝分裂 在有丝分裂过程中染色体的变迁是这样的:从间期的S期前期中期,每个染色体具有两根染色单体(即具两条完整的DNA双链);从后期末期下一个细胞周期的G1期,在这些阶段中,所谓的染色体实质上只有一根染色单体(即只有一条DNA双链)。三、染色体在减数分裂中的行为 减数分裂(meiosis)是一种特殊方式的细胞分裂,是在配子形成过程中发生的,包括两次连续的核分裂,但染色体只复制一次,因而在形成的四个子细胞核中,每个核只含有单倍数的染色体,即染色体数减少一半,所以把它叫做减数分裂。两次连续的核分裂分别称为第一次减数分裂(减数分裂I,meiosis I)和第二次减数分裂(减数
15、分裂II,meiosis II),在两次减数分裂中都能区分出前期、中期、后期和末期(图)。减数分裂过程示意图减数分裂过程示意图 1 细线期细线期 2 偶线期偶线期 3 粗线期粗线期 4 双线期双线期 5 终变期终变期 6 中期中期I 7 后期后期I 8 末期末期I 9 前期前期II 10 中期中期II 11 后期后期II 12 末期末期II(1)前期I:细线期:虽然染色体已在间期时复制,每一染色体已含有两染色单体,但在细线期还看不出它的双重性。第一次减数分裂的前期特别长,包括细线期、偶线期、粗线期、双线期、浓缩期。(1)前期I:偶线期:两个同源染色体开始配对。(1)前期I:粗线期:染色体继续缩
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