高中生物竞赛:细胞质遗传课件共80张
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高中生物竞赛:细胞质遗传课件共80张

ID:720201

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时间:2021-06-09

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资料简介
第11章 细胞质遗传 v 本章教学时数:3学时。 v 本章重点:植物雄性不育性的遗传。 v 本章难点:母性影响;植物雄性不育性 的遗传特点。 §1 细胞质遗传的概念和特点 v 真核细胞中的线粒体、质体等有少量遗 传物质 v 原核细胞和某些真核细胞有附加体和共 生体,称为细胞质颗粒 v 带有遗传物质,多游离于染色体之外, 有些能与宿主的染色体整合 一 细胞质遗传的概念 v细胞质基因组(plasmon):细胞器和细胞质颗粒 中的遗传物质。 v核遗传(nuclear inheritance):由染色体基因 组控制的遗传现象和遗传规律。 v细胞质遗传(cytoplasmic inheritance):由细 胞质基因组所决定的遗传现象和遗传规律。 v 又称为非染色体遗传、非孟德尔遗传、核外遗传、 染色体外遗传、母体遗传。 二 细胞质遗传的特点 1、正交和反交的表现不同; 2、杂交后代的表型分离不符合Mendel比例; 3、通过连续回交,能把母体的核基因全部置换掉, 母体的细胞质基因及其控制的性状不消失; 4、由附加体或共生体决定的性状,其表现类似于病 毒的转导和感染; 5、只能通过卵细胞传递给后代。 v 在真核生物的有性繁殖过程中,卵细胞 带有细胞质及其所含的各种细胞器,精 子则基本上不携带细胞质。 v 在受精过程中,卵细胞既提供核基因, 又提供细胞质基因,而精子只提供核基 因而基本不提供细胞质基因。 精细胞与卵细胞的相对比例 正反交差异形成示意图 §2 叶绿体遗传 v一 紫茉莉花斑性状的遗传 v二 玉米埃型条纹斑的遗传 v三 叶绿体遗传的分子基础 一 紫茉莉花斑性状的遗传 接受花粉 的枝条 提供花粉 的枝条 杂交植株 的表现 白色 白色 绿色 花斑 白色 绿色 绿色 花斑 白色 花斑 绿色 花斑 白色 绿色 花斑 § 1908年,Correns § 紫茉莉 (Mirabilis jalapa)花斑植株 § 叶片有绿色、白 色、绿白相间的花 斑型 § 白色部分和绿色 部分有明显的界限 紫 茉 莉 花 斑 叶 遗 传 模 型 一 紫茉莉花斑性状的遗传 v 绿色叶片或花斑叶片的绿色部分细胞中 含有正常的叶绿体。 v 白色叶片或花斑叶片的白色部分细胞中 不含有正常的叶绿体。 v 叶绿体存在于细胞质中,叶绿体遗传符 合细胞质遗传的特征。 v 子代的叶绿体类型决定于种子产生于那 一种枝条,而与花粉来自于那一种枝条 无关。 二 玉米埃型条纹斑的遗传 A IjIj绿色♀×ijij条纹♂ ↓ Ijij全部绿色 ↓⊕ IjIj Ijij ijij 绿色 绿色 白色 (条纹) 1/4 2/4 1/4 B ijij ♀ × IjIj ♂ ↓ F1 Ijij Ijij Ijij 绿色 条纹 白化 ↓ ♀Ijij×IjIj♂ ↓ IjIj Ijij 绿色、条斑、白化植株均有, 且不成比例 二 玉米埃型条纹斑的遗传 v 纯合ijij条斑植株用作母本,不论父本 的基因型是什么,叶绿体的特征将持续下 去,子代没有典型的孟德尔比数,各种类 型都有 v 看不到核基因和质体表型间的对应关系。 v 埃型条纹斑性状一旦在纯合体植株中形 成,就显示出典型的细胞质遗传,即使有 正常的核基因Ij 存在,也不能对其进行 “矫正”。 三 叶绿体遗传的分子基础 v 叶绿体DNA(chloroplast DNA,ctDNA) v 双链闭环结构 v 与细菌DNA相似,没有复杂的染色体结构。 v 每一个叶绿体内ctNDA分子数目不确定,高等 植物中约30-60拷贝。 v ctDNA能自主复制、转录和翻译 v 叶绿体性状同时受核DNA和ctDNA控制,在遗 传上有半自主性 §3 线粒体的遗传 v一、红色面包霉缓慢生长突变型的遗传 v二、小菌落啤酒酵母的遗传 v三、线粒体遗传的分子基础 一、红色面包霉缓慢生长突变型的遗传 § 生长缓慢的突变型在 幼嫩培养阶段不含细 胞色素c氧化酶 § 线粒体结构不正常 § 细胞色素氧化酶的产 生与线粒体直接联系 § 有关生长缓慢的基因 存在于线粒体之中。 一、红色面包霉缓慢生长突变型的遗传 v 有一种缓慢生长突变型(poky),在正常情况下能稳 定遗传,即使通过多次接种移植,它的遗传方式和表 现型都不发生改变。 v 突变型原子囊果 × 野生型分生孢子 (缓慢生长型) (生长速度正常) ↓ 突变型 反交 : 野生原子囊果 × 突变型分生孢子 ↓ 野生型 二、小菌落啤酒酵母的遗传 v 啤酒酵母,属于子囊菌 v 在正常通气情况下,每个细胞都能在培 养基上产生一个圆形菌落,大部分菌落 的大小相近。 v 大约有1-2%的菌落很小,是正常菌落 的1/3-1/2,称为小菌落(petite)。 v 培养大菌落时经常产生少数小菌落 v 小菌落的后代则永远是小菌落 二、小菌落啤酒酵母的遗传 v 以正常个体为母本与小菌落杂交,只产 生正常的二倍体合子 v 它们的单倍体后代也表现正常,不再分 离出小菌落 v 说明小菌落的遗传与细胞质有关。 酿酒酵母胞质基因分离与重组 eryRspiS 和 erySspiR 是重组型 三、线粒体遗传的分子基础 v 线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA) v 多为闭合环状结构,也有线状的 v mtDNA与核DNA的区别: ① 没有重复序列。 ② G/C含量高。 ③ 两条单链的密度不同,一条为重链,一 条为轻链。 ④ 分子量小。 v 单倍体酵母细胞内可以有1-45个线粒 体,每个线粒体内可以有50-150个线粒 体DNA分子。 v 线粒体不仅含有DNA,亦含有核糖体 (74s)和各种RNA(tRNA、 rRNA和 mRNA)。 v 这些RNA均转录于mtDNA。 v 线粒体中有100种蛋白质,其中10种左右是线粒 体自身合成的 v 其中包括三种细胞色素氧化酶亚基,四种ATP 酶亚基和一种细胞色素b亚基。 v 编码这些蛋白质的基因都已经定位在mtDNA上。 v 线粒体内的其它蛋白质都是由核基因编码的。 v 小菌落酵母是mtDNA严重缺失的结果。 v 小菌落的mtDNA与大菌落的mtDNA显著不 同,有的小菌落甚至测不到mtDNA的存在。 v mtDNA全然缺失的称为ρ0小菌落 v mtDNA部分缺失的称为ρ- v 而野生型大菌落称为ρ+ v ρ-的mtDNA除了有大片段缺失外,还有 一些小片段多次重复。 v 红色面包霉的缓慢生长型是mtDNA点突 变的结果 v 可以回复突变 细胞器遗传的半自主性 v 叶绿体、线粒体具有DNA,具有翻译和转录功能, 构成染色体以外的遗传体系。 v 能合成与自身结构有关的一部分蛋白质, v 同时又依赖于核编码的蛋白质的输入。 v 遗传上具有半自主性,与核遗传体系相互依存。 绿藻ctDNA 基因组图 人(内)和酵母(外)mtDNA基因组图 §4 细胞共生体的遗传 v 在某些生物细胞质中还有另一类细胞质 颗粒。 v 共生体:不是细胞生存的必须组成部分, 而是以某种共生的形式存在于细胞中。 v 最典型的共生体颗粒的遗传实例是草履 虫放毒型的遗传。 草履虫 v 草履虫是单细胞原生动物,种类很多 v 有一种草履虫有两种细胞核,大核和小 核,有的有两个小核。 v 大核主管营养,是多倍性的;小核主管 遗传,是二倍性的。 草履虫模式图 • 放毒型:体 内有卡巴粒, 核内有K基 因,能产生 草履虫素 • 敏感型:体 内无卡巴粒, 核内有k基 因,不能释 放草履虫素 草履虫的生殖方式 这种草履虫有3种生殖方式 : v无性生殖 v有性生殖 v自体受精生殖 无性生殖 一个个体通过有丝分裂成为两个个体, 基因型仍然跟原来的个体一样 有性生殖,又名接合生殖 v 两个个体相互接合,在接合过程中,大核开 始解体,小核进行减数分裂产生8个小核,其 中7个解体; v 留下的一个再进行一次有丝分裂; v 尔后两个个体互换一个小核; v 换入的小核与原存的核融合,成为二倍体; v 大核完全解体,小核再进行连续的两次有丝 分裂,各形成四个小核; v 两个个体分开,完成结合过程。 v 其中两个核融合成大核,其余两个再进行一 次有丝分裂。又进入无性生殖过程。 草履虫的结合生殖 自体受精生殖 v 两个小核分别进行减数分裂,各形成4个 单倍体小核,7个解体; v 剩下的一个进行一次有丝分裂,成为两 个单倍体核,又继而融合成一个二倍体核。 v 合并后的核经两次有丝分裂形成四个二 倍体小核,两个发育成大核,其余两个再 分裂一次,尔后细胞分裂为二,各含有两 个二倍体的小核和一个多倍体的大核。 草履虫的自体受精 1、2. 两个小核分别进行减数分裂,形成8个单倍体小核, 7个解体 3.剩下的一个进行一次有丝分裂,形成两个单倍 体核 4.两个单倍体核融合成一个二倍体核 5.合并后的 核经两次有丝分裂形成四个二倍体小核 6.两个发育成大 核 7.其余两个再分裂一次,尔后细胞分裂为二,各含有 两个二倍体小核和一个多倍体大核。 • 不管以前是杂合体还是纯合体,自 体受精以后基因型均纯合。 草履虫放毒型的遗传 v 草履虫有一种特殊的放毒品系,它能够 产生一种物质,称为草履虫素。 v 对自身无害,而对不同品系的草履虫有 害,长时间作用能够杀死无毒品系。 v 能产生草履虫素的个体被称为放毒型, 不能产生草履虫素的叫做敏感型。 草履虫放毒型的遗传 v 在遗传上,两种因子同时具备的草履虫才能 成为稳定的放毒型: 细胞质中具有卡巴粒(Kappa particle) 核基因组中有一显性基因K v KK+卡巴粒 放毒型 v kk 敏感型 草履虫放毒型的遗传 v 有卡巴粒的草履虫是放毒型,没有卡巴 粒的是敏感型,可见草履虫素是卡巴粒 产生的。 v 卡巴粒的增殖依赖于核基因K的存在。 v 有核基因K,细胞质中没有卡巴粒,卡 巴粒不能无中生有,仍为敏感型。 v 卡巴粒的直径大约0.2μm,相当于一个小型 细菌的大小。 v 推测可能是退化的细菌,现已演化为草履虫 的内共生体。 v 卡巴粒含有DNA、RNA、蛋白质、醣类和酯类 等,其分子量和比例与细菌很相似。 v 卡巴粒的rRNA已被分离出来,能和E.coli的 DNA杂交,但不能与草履虫的DNA杂交。 v卡巴粒DNA的碱基成分与宿主的核DNA及mtDNA 均不同。 §5 母性影响 v母性影响(maternal influence):遗传现象 与细胞核遗传十分相似,但本质上却不一样。 v 母性影响的遗传现象并不是细胞质所决定的, 而是由核基因的产物积累在卵细胞中所决定的。 v 就其实质而言,它不属于细胞质遗传的范畴。 一、短暂的母性影响 v 在欧洲麦粉蛾(Ephestia kuehniella) v 野生型的幼虫皮肤有色,成虫复眼深褐色。 v 这种色素是一种叫做犬尿素的物质所形成的, 受一对基因控制。 v 突变型个体缺乏犬尿素,幼虫无色,成虫复 眼红色。 短暂的母性影响 欧洲麦粉蛾色素的母性影响 这种现象的解释: v 精子不带细胞质,卵细胞带有大量细胞质, 当Aa基因型的个体形成卵子时,不论卵细胞带 有A还是a,细胞质中都容纳了足量的犬尿素, v 它们的后代中,Aa与aa幼虫个体的皮肤都是 有色的。 v 在aa个体中母性影响是暂时的,aa个体中缺 乏A基因,不能自己制造色素,随着个体发育, 色素逐渐消耗,到成虫时犬尿素的浓度已经很 低,所以复眼成为红色。 二、持久的母性影响 v 椎实螺,软体动物,雌雄同体,繁殖时一般 进行异体受精,但若将它们一个一个地分开来 饲养,它们就进行自体受精。 v 椎实螺外壳的旋转方向有左旋和右旋之分, 是一对相对性状。拿起一个椎实螺,使尖顶向 上,开口朝向自己,开口向右,即为右旋,开 口若向左,称为左旋。受一对基因控制,右旋 S+ 对左旋S是显性。 v 椎实螺外壳的螺旋方向受母体基因型控制, 终生不变,看起来更像细胞质遗传,其实还是 受母性影响。 持久的母性影响 持久的母性影响 椎实螺外壳旋转方向的母性影响 椎实螺卵裂方式 a、右旋 b、左旋 螺类的受精卵是螺旋式卵裂,成体外壳的旋转方向决 定于受精卵的最初两次分裂中纺锤体的方向。而纺锤 体的方向决定于卵细胞的特性,卵细胞的特性又决定 于母体的基因型。 母性影响的实质 v 母性影响又叫前定作用 v 其实质是: 受精前卵细胞质的状态决定子代某些性状 的表现。 v 试比较: 细胞质遗传、母性影响、伴性遗传、胚乳 直感现象 §6 植物育性不育性的遗传 v 在细胞质基因决定的许多性状中,与农 业生产关系最密切的是植物的雄性不育 性(male sterility)。 v 雌雄同株的植物雄蕊发育不正常,不能 产生正常花粉,但雌蕊发育正常,能接 受外来花粉而受精结实。 雄性不育性的分类 根据遗传机制,植物的雄性不育性分为: v 细胞核雄性不育性 v 细胞质雄性不育性 v 细胞质-细胞核互作雄性不育性 1、核不育性 v 核雄性不育性简称核不育性 v 由核内基因所决定的雄性不育类型 核不育性的遗传 v 多数核不育性受一对隐性基因(ms)控制, 纯合体(msms)表现为雄性不育 v 这种不育性能为相对显性基因(Ms)所恢复 v 杂合体(Msms)后代呈简单的孟德尔式分离。 v 用普通的遗传学方法不能使整个群体均保持 这种不育性。 v 这是核不育性的一个重要特征,也是人们利 用核不育性的最大障碍。 • 亦有显性基因控制的雄性不育。 细胞质雄性不育性 v 由细胞质基因控制的雄性不育类型 v 简称质不育性 v 表现细胞质遗传的特征 v 用这种不育株作母本与可育株杂交,后 代仍是不育株。 v 不育性能保持,但不能恢复 细胞质-细胞核互作雄性不育性 v 由细胞质基因和细胞核基因相互作 用共同控制的雄性不育类型 v 简称为质核互作不育性。 v 质核互作不育性由不育的细胞质基因和 与其相对应的核内不育基因共同决定。 v 胞质不育基因 S 对应的可育基因 N v 核内不育基因 r 对应的可育基因 R v R又称为育性恢复基因 核 质 互 作 不 育 性 遗 传 示 意 图 核质互作雄性不育性的遗传 三系配套 v S(rr)雄性不育,称为不育系 v N(rr)花粉正常可育,作父本与不育系 杂交,F1仍然保持不育,称为保持系。 v S(RR)、N(RR)花粉正常可育,作父本 与不育系杂交,F1花粉恢复育性,称为恢 复系。 三系配套 v 由于细胞质基因和核基因的互作,既可 以找到保持系而使不育性得到保持,又可 以找到相应的恢复系而使育性得到恢复。 v 若一不育系既找到了保持系,又找到了 恢复系,称之为三系配套。 质核互作不育性的遗传特点 1、孢子体不育和配子体不育 2、胞质不育基因的多样性与核育性基因的 对应性 3、单基因不育性和多基因不育性 1、孢子体不育和配子体不育 v 孢子体不育 v 花粉的育性受孢子体(植株)基因型控 制,而与花粉本身所含基因无关。 v 若植株的基因型为rr,全部花粉败育 基因型为RR,全部花粉可育 基因型为Rr,也是全部花粉可 育,尽管有一半的花粉含有r基因 v 杂合体自交后代表现为株间分离。 1、孢子体不育和配子体不育 v 配子体不育 v 花粉育性直接受雄配子体(花粉)本身 的基因型所控制。 v 配子体内的核基因为R,可育 配子体内的核基因为r,不育 v 杂合株的花粉一半可育,一半不育,表 现为穗上分离。 v 杂合体自交后代中,有一半植株上的花 粉是半不育的。 配子体不育的遗传 2、胞质不育基因的多样性与核育性基因的对应性 v 同一物种内,可以有多种质核互作不育类型。 由于胞质不育基因和核内不育基因的来源和性质不 同,在表现型特征和恢复特性上表现出明显的差异。 v 每一种不育类型都需要特定的恢复基因 来恢复 v 细胞质中、染色体上都有许多对应的基 因座位与雄配子的育性有关 v 用N1 ,N2, N3…Nn 代表细胞质中的正常可育基因, v 相应的不育胞质基因为 N1→S1、N2→S2、N3→S3… Nn→Sn v 同时核内染色体上相对应的不育基因分别为r1、r2、 r3…rn v 其对应的恢复基因为R1、R2、R3…Rn v 核内的育性基因与细胞质中的育性基因发生对应 的互作 r1→R1对N1→S1 R2→r2对N2→S2 v 每一个体的育性表现决定于有关质核对应基因的 互作关系。 玉米自交系对3组雄性不育细胞质的恢复性反应 T C S Ayx187y-1 恢复 恢复 恢复 能恢复3组 Oh43 不育 恢复 恢复 能恢复2组 NyD410 恢复 不育 不育 能恢复1组 Co150 不育 恢复 不育 能恢复1组 Oh51A 不育 不育 恢复 能恢复1组 SD10 不育 不育 不育 保持3组 恢复特性自交系名称 细胞质组 3、单基因不育性和多基因不育性 v 核不育性表现为单基因遗传,很少有多 基因的报导。 v 质核互作不育性既有单基因控制的,又 有多基因控制的。 单基因不育性 v 一对或两对核内主基因与对应的不育细 胞质基因决定的不育性。 v一对或两对显性的核基因就能使育性完 全恢复。 多基因不育性 v 两对以上的核内基因与对应的胞质不育 性共同决定的不育性。 v 核内基因有累加效应。 v 不育系与恢复系杂交,表现为数量性状 的遗传,F1的育性视恢复系携带的恢复 因子的多少而有所差异,F2的分离范围 较广,有育性较好到接近不育等多种过 渡类型。 v 质核互作不育性易受环境条件的影响, 尤其是多基因不育性 雄性不育性的应用 v 对植物本身不利,对人类有利 v 主要应用于植物杂种优势利用 v 节省去雄工作 v 提高杂种纯度 v 利用的前提是三系配套 三系法杂交制种示意图 玉 米 三 系 二 区 杂 交 制 种 水稻两系法制种示意图

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