细胞遗传学
Cytogenetics
张 霞
2005年 06月
绪论
染色体的形态结构与遗传的关系
染色体的动态
染色体的功能
特殊类型的染色体
染色体的结构变异
染色体的数目变异
核型与生物进化
授课内容
? 连锁遗传的细胞学基础
? 特殊交换
? 影响交换的因素
? 交换的机制
?基因定位和染色体遗传图
第四章 染色体的功能
1,从特殊交换中你如何理解交换发生的普遍性？
2,染色体学说的建立为什么说对细胞遗传学的
发展起着里程碑的作用?
3.从交换的细胞学证据中，说明果蝇为什么是研
究细胞遗传学极好的材料？
思考题
第一节 连锁遗传的细胞学基础
一,连锁遗传的发现及染色体学说的建立
二、测定连锁群的技术
三、连锁遗传的细胞学基础
一,连锁遗传的发现及染色体学说的建立
? Morgan 的果蝇实验 —— 性染色体与遗传
特征间的关系
? Creighton 与 McClintock 的玉米实验
二、测定连锁群的技术
1,果蝇连锁群测定技术
果蝇测定连
锁群遗传设
计的特点
? 染色体数目不多
? 雄果蝇不发生交换
? X染色体上的基因发生性连锁遗传
? 常染色体中有两个连锁群具有标记
? 一次杂交、一次回（测）交即可确定
果蝇的测验种 (S/s D/d)
杂合体,带有两个显性基因
星状眼 (Star),
位于 Ⅱ 号染色体上 — SS纯合致死
张开翅 (Dicheat):
位于 Ⅲ 号染色体上 — DD纯合致死
果蝇确定新性状 bb基因位置的设计方案
第一步：杂交
F1
P 纯合雌果蝇
测验种
雄果蝇×
bb S/s D/d
第二步：测交
测交后代
纯合
雌果蝇 F1×
bb
P,XbXb × XBY
如果新性状基因 b 在 Ⅰ 号染色体上
F1 XBXb XbY
F1中雄性果蝇全部为该基因性状表现
P,纯合变种（雌） × 测验种（雄）
sb/sb d/d SB/sB D/d
如果新性状基因 b 在 Ⅱ 号染色体上
F1 SB/sb D/d 星眼、张开翅
SB/sb d/d 星眼
sB/sb D/d 张开翅
sB/sb d/d 正常野生型
纯合变种（雌性） × F1星眼、张开翅
sb/sb d/d SB/sb D/d
sb/sb D/d 张开翅,b变种
SB/sb D/d 星眼、张开翅
sb/sb d/d b变种
SB/sb d/d 星眼
测交
P,纯合变种（雌） × 测验种（雄）
s/s db/db S/s DB/dB
如果新性状基因 b 在 Ⅲ 号染色体上
F1 S/s DB/db 星眼、张开翅
S/s dB/db 星眼
s/s DB/db 张开翅
s/s dB/db 正常野生型
纯合变种（雌性） × F1星眼、张开翅
s/s db/db S/s DB/db
s/s DB/db 张开翅
S/s DB/db 星眼、张开翅
s/s db/db b变种
S/s db/db 星眼,b变种
测交
P,纯合变种（雌） × 测验种（雄
s/s d/d b/b S/s D/d B/B
如果新性状基因 b 在 Ⅳ 号染色体上
F1 S/s D/d B/b 星眼、张开翅
S/s d/d B/b 星眼
s/s D/d B/b 张开翅
s/s d/d B/b 正常野生型
纯合变种（雌性） × F1星眼、张开翅
s/s d/d b/b S/s D/d B/b
测交
s/s D/d B/b 张开翅
S/s D/d B/b 星眼、张开翅
S/s d/d B/b 星眼
S/s D/d b/b 星眼、张开翅,b变种
s/s d/d B/b 正常
S/s d/d b/b 星眼,b变种
s/s d/d b/b b变种
s/s D/d b/b 张开翅,b变种
2,玉米的连锁群测定技术
利用三体 ( trisomic)来确定连锁群
三、连锁遗传的细胞学基础
1,交换的细胞学证据
正常雄果蝇 肉红眼基因 car棒眼基因 B。
car
B
+
+
异形 X染色体 的雌果蝇
C.Stern(1931)的遗传设计
— 证明基因交换是由于染色体之间的互换造成的
肉红眼
雄果蝇
car
+
P：
car
B
+
+
异形 X染色
体的雌果蝇
car
B
+
+
car
+
car
B
+
+
car
+
如果不
交换
后代中：
两种表现型的雌果蝇
两种表现型的雄果蝇
car
+
car
+
car
B
+
+
car
+
+
B
car
B
+
+
如果
交换
四种雌果蝇
四种雄果蝇
2,交换发生的时期
果蝇的附着 X染色体
? 两条 X染色体在着丝粒一端连在一
起，在减数分裂中发生不分离，
像一条染色体一样；
? 同时具有附着 X染色体的雌果蝇还
都带有 Y染色体, X^XY
? 其性决定和性连锁行为与一般果
蝇不同。
死亡
灰身♂
×y y
y y 黄身♀
y y
灰身
超♀不育
带有附着 X染色体的杂合体
X+^X y Y
证明交换发生时期的实验
P：
灰身或黄身的雄果蝇
X+Y 或 XyY
y + 灰身♀
E.G.Anderson(1923)
在♀性果蝇中出现 80%的灰身,20%的黄身
Gm
如果：交换发生在二线期
雌果蝇表现型只有一种即灰身
y +
y + 灰身♀
y + 灰身♀
如果：交换发生在四线期
雌果蝇表现
型有两种即
灰身和黄身
+ +
y y
+ y
粗线期交换
配
子
类
型
黄身果蝇
的出现说
明发生了
四线交换
3,最大交换值 (maximum crossing over value)
如果,
最大交换值 = 50%
亲组合
重组合
如果,
最大交换值 ? 50%
亲组合
重组合
有 n个性母细胞，其中 m个发生交换
则：亲组合：重组合不等于 1,1
最大交换值 = 50%
亲组合
重组合
如果,
有 n个性母细胞，其中 n个发生交换
则：亲组合：重组合等于 1,1
多线交换（ mutistrand crossing over）
两次交换
偶数次交换
两次以上交换
奇数次交换
4,多线交换
a + c
+ b +
二线双交换 亲组合,重组合 = 1, 0
对于 a----c来说：
三线双交换 亲组合,重组合 = 1, 1
四线双交换 亲组合,重组合 = 0, 1
最大交换值为 50%
偶数次交换 = 非交换或双交换
奇数次交换 = 单交换
最大交换值为 50%
a + c
+ b +
a + c
+ b +
第二节 特殊交换
一、体细胞交换 (somatic crossing over)
二、姐妹染色单体交换
三、非对等交换（ unequal crossing over）
一、体细胞交换 (somatic crossing over)
基因型,y+/+sn 的雌果蝇 (X染色体上 )
正常情况下表现型：
正常灰身、正常刚毛
+ 灰身
y (yellow body)
黄身
+ 正常刚毛
sn (singed bristle)
焦灼刚毛
y +
+ sn
y +
+ sn
M!(S)
y + + sn
M!(中期 )y +
+ sn
y +
+ sn
C.Stern(1936) 发现局部体细胞镶嵌性状
基因型,y+/+sn 的雌果蝇
成对的大小相同的斑块
黄体
焦灼刚毛
较少的单独的黄体斑块
更少的单独的焦灼刚毛斑块
y +
+ sn
y +
+ sn
M!
M!(中期 )
y + y +
+ sn + sn
y +
y +
+ sn
+ sn
黄身
灼毛
y +
+ sn
y +
+ sn
M!
M!(中期 )
y + y sn
+ + + sn
y +
y sn
+ +
+ sn
黄身
正常
刚毛
y +
+ sn
y +
+ sn
M!
M!(中期 )
y + + +
y sn + sn
y +
+ +
y sn
+ sn
灰身
焦灼
刚毛
二、姐妹染色单体交换
? McClintock(1938)利
用玉米的环形染色体证
明姐妹染色单体间交换
的存在。
? D.Schwartz(1952)利
用玉米大型环状 6号染色
体提供证据。
玉米环状 6号染色体的形成过程
着丝
粒
核仁组织者
核
仁
玉米
环状
与棒
状 6
号染
色体
的杂
合体
后期 Ⅰ 后期 Ⅱ交换
双桥
单桥
理论上,
后期 Ⅰ 双桥数 = 后期 Ⅱ 数单桥
后期 Ⅱ 无双桥
实际上,
后期 Ⅰ 双桥数 ? 后期 Ⅱ 数 单桥
后期 Ⅱ 有双 桥
后期 Ⅰ 后期 Ⅱ
双桥
单桥
三、非对等交换（ unequal crossing over）
在特殊情况下，特别是当染色体上有重复
段或重复 DNA序列存在时，同源染色体间可以
发生错配对（ displaced synapsis）或非对称配
对现象，随之而来的是非对等交换而导致同源
染色体的重复和缺失。
F-----分叉毛 fu-----并翅脉
第三节 影响交换的因素
一、性别
二、着丝粒
三、年龄
四、温度
第四节 交换的机制
一、经典假说 —— 交叉两面说
二、部分交叉型假说 —— 交叉一面说
三、拷贝选择假说
四、分子水平的解释
第五节 基因定位和染色体遗传图
一、基因定位
二、染色体遗传图
一、基因定位
将基因定位于某一特异的染色体上,以及测
定基因在染色体上线性排列的顺序和距离
遗传重组值定位
家系分析
非整倍体定位
细胞学定位
体细胞杂种定位
基因转移定位
物理学定位
1.遗传重组值定位
二点测交
三点测交
缺失重组定位
四分体分析
近端着丝粒染色体分析
利用卵巢畸胎瘤进行基因定位
同功酶标记定位 ----共显性标记
RFLP标记定位 ----共显性标记
RAPD标记定位
RNP标记定位
2.家系分析
性连锁
基因 ---染色体连锁
基因 ---基因连锁
杂种蛋白质的氨基酸顺序分析定位
连锁不平衡的分析定位
3.非整倍体定位
非整倍体分析
定位法
非整倍体剂量
定位
单体分析
缺体分析
三体分析
隐性基因分析
显性基因分析
初级三体分析
次级三体分析
三级三体分析
顶端着丝点三体分析定位
三体剂量定位
单体、缺体剂量定位
缺陷定位
病毒影响定位
基因剂量定位
4.细胞学定位
同线性测验
选择定位
易位定位
缺失定位
蛋白质分析定位
点杂交定位
Southein blot定位
利用放射性处理细胞定位
5.体细胞杂种定位
染色体介导的基因转移定位
载体介导的基因转移定位
细菌接合转移定位
6.基因转移定位
转移梯度定位
时间单位定位
计算重组值基因定位
变性定位
转录 R-环定位
异源双链定位
限制性内切酶分析定位
插入失活定位
原位杂交定位
7.物理学定位
遗传图 (Genetic map)
连锁图 (Linkage map)
物理图谱 (physical map)
基因图 (Gene map)
二、染色体遗传图
Cytogenetics
张 霞
2005年 06月
绪论
染色体的形态结构与遗传的关系
染色体的动态
染色体的功能
特殊类型的染色体
染色体的结构变异
染色体的数目变异
核型与生物进化
授课内容
? 连锁遗传的细胞学基础
? 特殊交换
? 影响交换的因素
? 交换的机制
?基因定位和染色体遗传图
第四章 染色体的功能
1,从特殊交换中你如何理解交换发生的普遍性？
2,染色体学说的建立为什么说对细胞遗传学的
发展起着里程碑的作用?
3.从交换的细胞学证据中，说明果蝇为什么是研
究细胞遗传学极好的材料？
思考题
第一节 连锁遗传的细胞学基础
一,连锁遗传的发现及染色体学说的建立
二、测定连锁群的技术
三、连锁遗传的细胞学基础
一,连锁遗传的发现及染色体学说的建立
? Morgan 的果蝇实验 —— 性染色体与遗传
特征间的关系
? Creighton 与 McClintock 的玉米实验
二、测定连锁群的技术
1,果蝇连锁群测定技术
果蝇测定连
锁群遗传设
计的特点
? 染色体数目不多
? 雄果蝇不发生交换
? X染色体上的基因发生性连锁遗传
? 常染色体中有两个连锁群具有标记
? 一次杂交、一次回（测）交即可确定
果蝇的测验种 (S/s D/d)
杂合体,带有两个显性基因
星状眼 (Star),
位于 Ⅱ 号染色体上 — SS纯合致死
张开翅 (Dicheat):
位于 Ⅲ 号染色体上 — DD纯合致死
果蝇确定新性状 bb基因位置的设计方案
第一步：杂交
F1
P 纯合雌果蝇
测验种
雄果蝇×
bb S/s D/d
第二步：测交
测交后代
纯合
雌果蝇 F1×
bb
P,XbXb × XBY
如果新性状基因 b 在 Ⅰ 号染色体上
F1 XBXb XbY
F1中雄性果蝇全部为该基因性状表现
P,纯合变种（雌） × 测验种（雄）
sb/sb d/d SB/sB D/d
如果新性状基因 b 在 Ⅱ 号染色体上
F1 SB/sb D/d 星眼、张开翅
SB/sb d/d 星眼
sB/sb D/d 张开翅
sB/sb d/d 正常野生型
纯合变种（雌性） × F1星眼、张开翅
sb/sb d/d SB/sb D/d
sb/sb D/d 张开翅,b变种
SB/sb D/d 星眼、张开翅
sb/sb d/d b变种
SB/sb d/d 星眼
测交
P,纯合变种（雌） × 测验种（雄）
s/s db/db S/s DB/dB
如果新性状基因 b 在 Ⅲ 号染色体上
F1 S/s DB/db 星眼、张开翅
S/s dB/db 星眼
s/s DB/db 张开翅
s/s dB/db 正常野生型
纯合变种（雌性） × F1星眼、张开翅
s/s db/db S/s DB/db
s/s DB/db 张开翅
S/s DB/db 星眼、张开翅
s/s db/db b变种
S/s db/db 星眼,b变种
测交
P,纯合变种（雌） × 测验种（雄
s/s d/d b/b S/s D/d B/B
如果新性状基因 b 在 Ⅳ 号染色体上
F1 S/s D/d B/b 星眼、张开翅
S/s d/d B/b 星眼
s/s D/d B/b 张开翅
s/s d/d B/b 正常野生型
纯合变种（雌性） × F1星眼、张开翅
s/s d/d b/b S/s D/d B/b
测交
s/s D/d B/b 张开翅
S/s D/d B/b 星眼、张开翅
S/s d/d B/b 星眼
S/s D/d b/b 星眼、张开翅,b变种
s/s d/d B/b 正常
S/s d/d b/b 星眼,b变种
s/s d/d b/b b变种
s/s D/d b/b 张开翅,b变种
2,玉米的连锁群测定技术
利用三体 ( trisomic)来确定连锁群
三、连锁遗传的细胞学基础
1,交换的细胞学证据
正常雄果蝇 肉红眼基因 car棒眼基因 B。
car
B
+
+
异形 X染色体 的雌果蝇
C.Stern(1931)的遗传设计
— 证明基因交换是由于染色体之间的互换造成的
肉红眼
雄果蝇
car
+
P：
car
B
+
+
异形 X染色
体的雌果蝇
car
B
+
+
car
+
car
B
+
+
car
+
如果不
交换
后代中：
两种表现型的雌果蝇
两种表现型的雄果蝇
car
+
car
+
car
B
+
+
car
+
+
B
car
B
+
+
如果
交换
四种雌果蝇
四种雄果蝇
2,交换发生的时期
果蝇的附着 X染色体
? 两条 X染色体在着丝粒一端连在一
起，在减数分裂中发生不分离，
像一条染色体一样；
? 同时具有附着 X染色体的雌果蝇还
都带有 Y染色体, X^XY
? 其性决定和性连锁行为与一般果
蝇不同。
死亡
灰身♂
×y y
y y 黄身♀
y y
灰身
超♀不育
带有附着 X染色体的杂合体
X+^X y Y
证明交换发生时期的实验
P：
灰身或黄身的雄果蝇
X+Y 或 XyY
y + 灰身♀
E.G.Anderson(1923)
在♀性果蝇中出现 80%的灰身,20%的黄身
Gm
如果：交换发生在二线期
雌果蝇表现型只有一种即灰身
y +
y + 灰身♀
y + 灰身♀
如果：交换发生在四线期
雌果蝇表现
型有两种即
灰身和黄身
+ +
y y
+ y
粗线期交换
配
子
类
型
黄身果蝇
的出现说
明发生了
四线交换
3,最大交换值 (maximum crossing over value)
如果,
最大交换值 = 50%
亲组合
重组合
如果,
最大交换值 ? 50%
亲组合
重组合
有 n个性母细胞，其中 m个发生交换
则：亲组合：重组合不等于 1,1
最大交换值 = 50%
亲组合
重组合
如果,
有 n个性母细胞，其中 n个发生交换
则：亲组合：重组合等于 1,1
多线交换（ mutistrand crossing over）
两次交换
偶数次交换
两次以上交换
奇数次交换
4,多线交换
a + c
+ b +
二线双交换 亲组合,重组合 = 1, 0
对于 a----c来说：
三线双交换 亲组合,重组合 = 1, 1
四线双交换 亲组合,重组合 = 0, 1
最大交换值为 50%
偶数次交换 = 非交换或双交换
奇数次交换 = 单交换
最大交换值为 50%
a + c
+ b +
a + c
+ b +
第二节 特殊交换
一、体细胞交换 (somatic crossing over)
二、姐妹染色单体交换
三、非对等交换（ unequal crossing over）
一、体细胞交换 (somatic crossing over)
基因型,y+/+sn 的雌果蝇 (X染色体上 )
正常情况下表现型：
正常灰身、正常刚毛
+ 灰身
y (yellow body)
黄身
+ 正常刚毛
sn (singed bristle)
焦灼刚毛
y +
+ sn
y +
+ sn
M!(S)
y + + sn
M!(中期 )y +
+ sn
y +
+ sn
C.Stern(1936) 发现局部体细胞镶嵌性状
基因型,y+/+sn 的雌果蝇
成对的大小相同的斑块
黄体
焦灼刚毛
较少的单独的黄体斑块
更少的单独的焦灼刚毛斑块
y +
+ sn
y +
+ sn
M!
M!(中期 )
y + y +
+ sn + sn
y +
y +
+ sn
+ sn
黄身
灼毛
y +
+ sn
y +
+ sn
M!
M!(中期 )
y + y sn
+ + + sn
y +
y sn
+ +
+ sn
黄身
正常
刚毛
y +
+ sn
y +
+ sn
M!
M!(中期 )
y + + +
y sn + sn
y +
+ +
y sn
+ sn
灰身
焦灼
刚毛
二、姐妹染色单体交换
? McClintock(1938)利
用玉米的环形染色体证
明姐妹染色单体间交换
的存在。
? D.Schwartz(1952)利
用玉米大型环状 6号染色
体提供证据。
玉米环状 6号染色体的形成过程
着丝
粒
核仁组织者
核
仁
玉米
环状
与棒
状 6
号染
色体
的杂
合体
后期 Ⅰ 后期 Ⅱ交换
双桥
单桥
理论上,
后期 Ⅰ 双桥数 = 后期 Ⅱ 数单桥
后期 Ⅱ 无双桥
实际上,
后期 Ⅰ 双桥数 ? 后期 Ⅱ 数 单桥
后期 Ⅱ 有双 桥
后期 Ⅰ 后期 Ⅱ
双桥
单桥
三、非对等交换（ unequal crossing over）
在特殊情况下，特别是当染色体上有重复
段或重复 DNA序列存在时，同源染色体间可以
发生错配对（ displaced synapsis）或非对称配
对现象，随之而来的是非对等交换而导致同源
染色体的重复和缺失。
F-----分叉毛 fu-----并翅脉
第三节 影响交换的因素
一、性别
二、着丝粒
三、年龄
四、温度
第四节 交换的机制
一、经典假说 —— 交叉两面说
二、部分交叉型假说 —— 交叉一面说
三、拷贝选择假说
四、分子水平的解释
第五节 基因定位和染色体遗传图
一、基因定位
二、染色体遗传图
一、基因定位
将基因定位于某一特异的染色体上,以及测
定基因在染色体上线性排列的顺序和距离
遗传重组值定位
家系分析
非整倍体定位
细胞学定位
体细胞杂种定位
基因转移定位
物理学定位
1.遗传重组值定位
二点测交
三点测交
缺失重组定位
四分体分析
近端着丝粒染色体分析
利用卵巢畸胎瘤进行基因定位
同功酶标记定位 ----共显性标记
RFLP标记定位 ----共显性标记
RAPD标记定位
RNP标记定位
2.家系分析
性连锁
基因 ---染色体连锁
基因 ---基因连锁
杂种蛋白质的氨基酸顺序分析定位
连锁不平衡的分析定位
3.非整倍体定位
非整倍体分析
定位法
非整倍体剂量
定位
单体分析
缺体分析
三体分析
隐性基因分析
显性基因分析
初级三体分析
次级三体分析
三级三体分析
顶端着丝点三体分析定位
三体剂量定位
单体、缺体剂量定位
缺陷定位
病毒影响定位
基因剂量定位
4.细胞学定位
同线性测验
选择定位
易位定位
缺失定位
蛋白质分析定位
点杂交定位
Southein blot定位
利用放射性处理细胞定位
5.体细胞杂种定位
染色体介导的基因转移定位
载体介导的基因转移定位
细菌接合转移定位
6.基因转移定位
转移梯度定位
时间单位定位
计算重组值基因定位
变性定位
转录 R-环定位
异源双链定位
限制性内切酶分析定位
插入失活定位
原位杂交定位
7.物理学定位
遗传图 (Genetic map)
连锁图 (Linkage map)
物理图谱 (physical map)
基因图 (Gene map)
二、染色体遗传图
