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1、Chapter5 体细胞遗传 somaticcellinheritance 体细胞遗传学 somaticcellgenetics 是以真核生物的体细胞为实验材料 采用细胞离体培养 细胞融合和遗传物质在细胞间转移等方法 研究真核细胞基因的结构与功能 基因的定位与作图 基因的表达与调控等规律的遗传学分支学科 意义 可以绕过减数分裂过程 研究基因的功能 把基因定位在染色体上 作成细胞学图 第一节体细胞交换与基因定位 一 异核体和二倍体构巢曲霉 野生型分生孢子是绿色 w y 突变型分生孢子有黄色 w y 白色 w y 两个不同营养缺陷型突变 A B w y 和 A B w y 的分生孢子混合接种在基本
2、培养基上 结果出现了原养型 原养型细胞含有两亲本的细胞核 称为异核体 每个细胞核是单倍体 如果两个单倍体细胞核融合在一起 就形成二倍体 两个细胞合并在一起形成一个细胞的过程 称为细胞融合 第一节体细胞交换与基因定位 一 异核体和二倍体如何区分原养型细胞是异核体还是二倍体 异核体 两个亲本细胞核是单独存在的 二倍体 两个细胞核融合成一个 第一节体细胞交换与基因定位 二 单倍体化与体细胞交换细胞融合形成的二倍体比较稳定 产生的分生孢子仍然是二倍体 杂合二倍体产生的分生孢子在表型上都是一致的 但是杂合二倍体也能产生少量表型不一致的分生孢子 出现表型的分离 即隐性性状表现出来 这些分生孢子称为体细胞分
3、离子 包括非整倍体 单倍体和重组体 产生非整倍体或单倍体的过程称为单倍体化 产生重组体的过程称为体细胞交换 第一节体细胞交换与基因定位 二 单倍体化与体细胞交换1 单倍体化是有丝分裂过程中染色体不分离的结果 有丝分裂时 一条染色体的两条单体都趋向一极 使得一个子细胞多了一条染色体 2n 1 称为三体 而另一个子细胞少了一条染色体 2n 1 称为单体 第一节体细胞交换与基因定位 二 单倍体化与体细胞交换1 单倍体化三体丢失一条染色体而成为二倍体 单体丢失其他染色体而成为单倍体 如果排除的染色体携带的是显性基因 相应的隐性基因就能表现出性状 第一节体细胞交换与基因定位 二 单倍体化与体细胞交换2
4、体细胞交换在有丝分裂过程中 同源染色体间发生染色体交换 称为体细胞交换 也称为有丝分裂交换 可导致原杂合二倍体的部分基因纯合化 4个隐性基因的杂合二倍体 第一节体细胞交换与基因定位 二 单倍体化与体细胞交换2 体细胞交换 第一节体细胞交换与基因定位 三 有丝分裂交换与基因定位1 原理体细胞交换使得交换位置一侧的杂合基因纯合化的规律 推导基因的位置和次序 第一节体细胞交换与基因定位 三 有丝分裂交换与基因定位1 原理 1 离着丝粒愈近的基因纯合化机会愈小 反之愈大 2 染色体一臂上的有丝分裂交换不引起另一臂基因的纯合化 两臂基因同时纯合化时 有可能是染色体丢失的结果 两臂同时进行有丝分裂交换的几
5、率很小 3 对于某一基因 如果它是随着某条染色体一臂上基因的纯合而呈现纯合 则该基因位于该染色体的这一臂上 第一节体细胞交换与基因定位 三 有丝分裂交换与基因定位2 举例 构巢曲霉 四个基因杂合二倍体 第一节体细胞交换与基因定位 三 有丝分裂交换与基因定位2 举例 构巢曲霉 有丝分裂交换都是单交换 多次交换几乎不出现 y pab pro ad 5 5 72 22 5 22 5 5 5 72 100 y y 第二节动物细胞融合与基因定位 一 培养细胞突变型的建立高等生物的单个细胞也可以象微生物一样培养 利用体外培养单个哺乳动物细胞的技术 在体外培养和克隆特定的突变型细胞 保证细胞在遗传背景上的均
6、一性 用于进一步的遗传分析 第二节动物细胞融合与基因定位 一 培养细胞突变型的建立现在已克隆到的突变型细胞主要有 药物抗性突变型 营养缺陷突变型 温度敏感突变型 紫外线敏感突变型 调节突变型 例如药物抗性突变型 氮鸟嘌呤 抗性突变型 5 溴尿嘧啶脱氧核苷 BrdU 抗性突变 第二节动物细胞融合与基因定位 一 培养细胞突变型的建立两种抗性突变产生机制 核酸的生物合成途径有两条 全合成途径 从小分子物质合成嘌呤 嘧啶 最后合成DNA 应急合成途径 直接利用外源的核苷酸合成DNA 嘌呤应急合成途径 次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 HGPRT 催化次黄嘌呤或鸟嘌呤到DNA中 嘧啶应急合成途径 胸苷激酶
7、TK 催化胸腺嘧啶到DNA中 第二节动物细胞融合与基因定位 一 培养细胞突变型的建立 氮鸟嘌呤 抗性突变 氮鸟嘌呤 是鸟嘌呤的类似物 可以通过嘌呤应急合成途径在次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 HGPRT 的作用下 渗入细胞自身DNA中 野生型细胞死亡 氮鸟嘌呤 抗性突变型细胞是HGPRT 型 HGPRT无活性 HGPRT 型细胞可以通过全合成途径合成DNA 但不能将 氮鸟嘌呤 渗入细胞自身DNA中 HGPRT 型细胞存活 第二节动物细胞融合与基因定位 一 培养细胞突变型的建立5 溴尿嘧啶脱氧核苷 BrdU 抗性突变 胸苷激酶 TK 是嘧啶应急合成途径的酶 可以催化BrdU渗入细胞自身DNA中 T
8、K 细胞死亡 突变型 TK 细胞不能利用BrdU 所以存活 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位1 细胞融合 cellfusion 是体细胞遗传学的核心内容 也是应用体细胞遗传学技术进行基因定位的基础 也称体细胞杂交1958年Okada第一次观察到两个不同的肿瘤细胞在注射了日本血凝病毒 即仙台病毒 HVJ 后可融合在一起 用聚乙二醇 PEG 可以代替仙台病毒 HVJ 细胞融合过程分成两个阶段 异核体和杂种细胞 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位 细胞融合过程分成两个阶段 异核体和杂种细胞 异核体 杂种细胞 有丝分裂 核膜崩解 两个细胞核的基因组合在一起 第二节
9、动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位 同一物种细胞融合形成的杂种细胞通常能稳定存在 不同物种的体细胞融合 形成杂种细胞 通常不能稳定存在 有丝分裂时一个物种的染色体会随机的丢失 只留下少数染色体稳定存在 人鼠杂种细胞含有全套小鼠染色体 少数人染色体 每个杂种克隆含有的人染色体不一定相同 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位2 杂种细胞筛选遗传互补的原理 1 HAT选择系统 HAT培养基 加入下列成分Hypoxanthine 次黄嘌呤 Aminopterin 氨基喋呤 Thymidine 胸腺嘧啶 氨基喋呤抑制全合成途径 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因
10、定位2 杂种细胞筛选 1 HAT选择系统 HAT培养基 加入下列成分Hypoxanthine 次黄嘌呤 Aminopterin 氨基喋呤 Thymidine 胸腺嘧啶 氨基喋呤抑制全合成途径 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位2 杂种细胞筛选 2 营养缺陷突变型标记系统 CHO细胞营养缺陷突变型与人细胞融合 在不含这种营养的培养基上生长 筛选出的杂种细胞含有与CHO突变型互补的人染色体 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位3 基因定位用体细胞杂种进行基因定位有下列两个层次 1 将某个基因定位于某一条染色体上 这称为染色体定 配 位 chromosomalass
11、ignment 2 将该基因定位于某一染色体的具体区段上 这称为区域定 配 位 regionalassignment 人的HPRT和TK基因的定位 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位3 基因定位 人鼠杂种细胞优先丢失人染色体 形成含有不同人染色体的杂种细胞 不同的人鼠杂种细胞与TK基因 根据染色体的存在与基因产物的平行关系确定基因位于那条染色体上 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位3 基因定位连锁基因的体细胞杂交定位 同线分析 syntenyanalysis 如果两个基因在一条染色体上 它们总是共同分离的 如果两个基因位于不同的染色体上 它们之间或多或少会发
12、生自由组合 如果两个基因产物和某条染色体的存在有平行关系 表明它们具有同线性而位于同一染色体上 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位3 基因定位连锁基因的体细胞杂交定位 同线分析 syntenyanalysis 如果两个基因在一条染色体上 它们总是共同分离的 如果两个基因位于不同的染色体上 它们之间或多或少会发生自由组合 如果两个基因产物和某条染色体的存在有平行关系 表明它们具有同线性而位于同一染色体上 同线分析 第二节动物细胞融合与基因定位 二 细胞融合与基因定位3 基因定位通过相互易位进行区域定位 X和14号染色体相互易位 HgprtPgkG6pd Np 根据着丝粒判断是哪条染色体 本章主要内容 体细胞杂交的原理和应用基因定位 作业
