细胞遗传学
Cytogenetics
张 霞
2005年 05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
无丝分裂
细胞周期及细胞周期时间的测定
有丝分裂及有丝分裂的异常
减数分裂
有性生殖时期的染色体第三章 染色体的动态
1,细胞分裂是一个十分复杂而又必须精确的生命过程,染色体在其中起何种作用?
2,有丝分裂异常对于某些生物或某些发育阶段却是正常的,那么这种异常有何生物学意义?
思考题第一节 无丝分裂是一种简单而常见的分裂方式
核仁先行分裂
细胞核伸长
核仁向核的两端移动
核的中部从一面或两面向内凹进,使核变成肾形或哑铃形
细胞中部直接收缩而形成两个相似的子细胞第二节 细胞周期及细胞周期时间的测定一、细胞周期 (cell cycle)
二、细胞周期时间的测定三、影响细胞周期的因素第二节 细胞周期及细胞周期时间的测定一、细胞周期 (cell cycle)
◆ 细胞周期时相组成
◆ 细胞周期时间
◆ 细胞周期中不同时相的主要事件细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的一个有序过程。又称为细胞生活周期 (cell life
cycle)，或细胞繁殖周期（ cell reproductive cycle）。
从细胞形态变化考虑
S,Synthesis
G,Gap
1.细胞周期时相组成 (标准 )
2.细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大
S+G2+M 的时间变化较小，细胞周期时间长短主要差别在 G1期。有些分裂增殖的细胞缺乏 G1,G2期。
细胞周期时间长短主要差别在 G1期细胞周期时间 ( 小时 )
细胞类型
G1 S G2 M 合计人宫颈癌细胞 8 6 4,5 1.5 20
人骨髓细胞 25 - 30 12 - 15 3 - 4 ---- 40 - 45
急性淋巴性白血病细胞 1 - 10d 20 2 - 3 1.0 2 - 10d
中国仓鼠成纤维细胞 2,7 5.8 2.1 0.4 11
蚕豆根尖细胞 4 9 3.5 2 18.5
小鼠成纤维细胞 9.1 9.9 2.3 0,7 22.0
3.细胞周期中不同时相的主要事件
G 1 期 与 DNA 合成启动相关，开始合成多种物质，染色质去凝集
S 期
DNA 复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构,S 期 DNA 合成不同步
G 2 期 DNA 复制完成，在 G2 期合成一定数量的蛋白质和 RNA 分子
M 期 即细胞分裂期,有丝分裂 (mitosis) 和减数分裂 (meiosis)
Experimental
demonstration of the
coordinated Synthesis
of DNA and histones
二、细胞周期时间的测定
观察切片上某一时期出现的频率,估算相对性时间
脉冲标记 DNA复制和细胞分裂指数观察测定法
流式细胞仪测定法 (Flow Cytometry)
缩时摄像技术测定方法,
细胞周期的总时间细胞周期中各个时期所持续的时间测定内容,
举例,脉冲标记 DNA复制和细胞分裂指数观察测定法
3H-TdR饲养细胞体外培养细胞为例,
细胞种类构成简单细胞周期时间相对较短周期运转均匀的细胞群体适用范围,
洗脱 3H-TdR
放射自显影观察分析数分钟或半小时置换新鲜培养液培养细胞间隔半小时或一小时取样
TG1 = TC - TG2 - TS - TM
TG2 TM TS TC
优点,
测定总时间测定各时期时间分析结果直接三、影响细胞周期的因素
受一般代谢特性 (如呼吸作用 )的影响
与核内 DNA含量有密切关系第三节 有丝分裂及有丝分裂的异常一、有丝分裂二、有丝分裂异常一、有丝分裂
● 前期 (prophase)
● 前中期 (prometaphase)
● 中期 (metaphase)
● 后期 (anaphase)
● 末期 (telophase)
● 胞质分裂 (Cytokinesis)
1.前期 (prophase)
前期开始的标志染色质开始浓缩 (condensation)形成有丝分裂染色体 (mitotic chromosome）
Prophase特征细胞骨架解聚有丝分裂纺锤体
(mitotic spindle)开始装配
Prophase特征
Golgi体,ER等细胞器解体，形成小的膜泡染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动粒 (kinetochore)
2.前中期 (prometaphase)
核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的 Ser(丝氨酸 )残基磷酸化导致核纤层解体
prometaphase
纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体后，
形成 三种类型 的微管不断运动的染色体开始移向赤道板星体微管 动粒微管 极性微管
3.中期 (metaphase)
所有染色体排列到赤道板 (Metaphase Plate)上是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？
染色体准确地排列在赤道板上对于遗传稳定性有何意义?
极间微管长度增加后期 B
4.后期 (anaphase)
排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动动粒微管去装配变短后期 A
5.末期 (telophase)
染色单体到达两极并去浓缩
Golgi体和 ER重新形成并生长核膜开始重新组装核仁也开始重新组装
6.胞质分裂 (动物细胞 )
分裂沟 (furrow)
收缩环（ contractile ring)
Dividing Muscle Myoblast
(primative muscle cell)
(SEM x8,000)
6.胞质分裂 (植物细胞 )
与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜 和细胞壁而将细胞分开二、有丝分裂异常
● 内源有丝分裂 (endomitosis)
● 体细胞联会 (somatic synapsis)
● 多次有丝分裂 (polymitotic divisions)
● 染色体丢失和其它
● 有丝分裂异常的意义
1.内源有丝分裂 (endomitosis)
是指一个间期的核内，染色体复制以后，染色体发生凝缩，而后又松开、伸长，但不发生核分裂
（即不出现核膜破裂、不形成纺锤丝、染色体不在中期赤道板上取向、不分向两极等过程）和胞质分裂的一种现象。
多线性细胞 （ polyteny）
内源多倍性细胞 （ endopolyploidy）
2n=2x=4
2n=2x=4
(多线性细胞 )
2n=4x=8
(内源多倍性细胞 )
2n=4x=8(多线性 -内源多倍性细胞 )
二倍性染色体
2.体细胞联会 (somatic synapsis)
又称体细胞配对（ somatic pairing）
果蝇唾腺细胞内两条内源性多线性染色体配对
RD！与 M！联会的区别
RD！：两两配对
M！：同时平行配对
3.多次有丝分裂 (polymitotic divisions)
G.W.Beadle(1933)在玉米中发现一个多次有丝分裂基因 po，该基因影响 RD！后的有丝分裂。在小孢子
（ n=10)进行第一次核有丝分裂时，它使得染色体在尚未复制和分裂时,细胞质便连续多次发生分裂,将染色体分配到很小的细胞内，结果造成一个细胞内只有 1
条或无染色体，因而这些小细胞完全不育。
4.染色体的丢失和其它
（ 1）整条染色体的丢失例：尖眼蕈蚊（ Sciara coprophilo）
第五次胚裂分裂第八次、第九次分裂
L染色体从体细胞中丢失
♀ 体细胞 3个 X染色体中的一个丢失
♂体细胞 3个 X染色体中的二个丢失
（ 2）缺失或扩增染色体上的某一（些）区段
副蛔虫在胚裂期中，染色体中 60%的异染色质从体细胞中排除。
果蝇多线染色体核内，染色体中 30%的着丝粒 α -
异染色质减少。
非洲爪蟾的性母细胞内，染色体上 rDNA区段扩增，
并与染色体分开，而移到核膜，最后在核膜上形成若干核仁。
第四节 减数分裂一、减数分裂的过程二、减数分裂的特点有性生殖过程中的一种特殊的细胞分裂形式一、减数分裂的过程
(1) 遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次
(2) S期持续时间较长
Me io sis 前 S 期 Mitosi s 前 S 期蝾螈 10 天 12 小时小鼠 14 小时 5 ～ 6 小时小麦 12 小时 3.8 小时酵母 1.0 小时 0.5 小时二、减数分裂的特点
(3) 前期 I分为细线期，偶线期，粗线期，
双线期，终变期等五个阶段
(4) 同源染色体在减数分裂期 I(MeiosisI)配对联会、
形成联会复合体 (Synaptonemal Complex,SC)
重组结
(5) 同源染色体间遗传物质重组,产生新的基因组合
(6) 减数分裂同源染色体配对排列在中期板上第五节 有性生殖时期的染色体一、各种生物的生活史二、被子植物的有性生殖三、高等动物的有性生殖一、各种生物的生活史
1.单倍性生物 (haplont)的生活史成熟个体有丝分裂配子 配子受精合子减数分裂二倍体时期（ 2n）
单倍体时期（ n）
减数孢子有丝分裂
2.二倍性生物 (diplont)的生活史配子 卵子受精作用合子减数分裂 二倍体时期（ 2n）
单倍体时期（ n）
精子成熟个体有丝分裂
3.二倍 --单倍性生物 (diplo-haplont)的生活史减数孢子配子卵子受精作用合子减数分裂 二倍体时期（ 2n）
单倍体时期（ n） 精子成熟孢子体有丝分裂有丝分裂有丝分裂成熟配子体配子
1.大孢子发生和雌配子体二、被子植物的有性生殖在月见草属（ Oenothera）植物中，通常有功能部位的（近珠孔一端）的大孢子，如果发生败育，那么另一端合点处的大孢子才能发育，这种现象称为大孢子竟争。
大孢子竟争（ megaspore competition）
2.小孢子发生和雄配子体小孢子发生雄配子发育小孢子进行的两次有丝分裂，因为是在减数分裂之后进行的，所以称作“后减数分裂”。
“后减数分裂,（ postmeiosis）
3.双受精现象和,异雄核受精,
双受精 double fertilization
花粉粒 胚囊受精卵 oosperm 受精极核 gamic polar nucleus
种胚 embryo 胚乳 endosperm
种子 seed
一般情况下，双受精过程中与卵核、极核相结合的两个精子来自同一个花粉粒。但在玉米中有例外，即同一个胚囊受精的两个精子，
来自于不同的花粉粒，这种现象称“异雄核受精”。玉米某些品系中有 10%。
“异雄核受精,（ heterofertilization）
4.剂量效应（ dosage effect）
一种与胚乳三倍体性质有关的遗传现象。
AAA AAa
Aaa aaa
胚乳基因型（以一对基因为例 Aa）
当 A对 a为完全显性时,AAA AAa Aaa表现相同当 A对 a为不完全显性时,AAA AAa Aaa表现各异玉米淀粉层颜色和维生素 A含量的 Y基因基因型 VA 含量 （国际单位）
YYY 7.50
YYy 5.00
Yyy 2.25
yyy 0.05
aa 基因型使糊粉层表现无色显性基因 Dt,可以引起 a回复突变为 A
所以 aa + Dt 出现无色背景下的有色斑点玉米糊粉层色泽表现
（ 互补基因 a与 Dt基因的关系 ）
玉米糊粉层产生有色斑点数目与 Dt基因数的关系斑点数目
Dt基因数指数关系三、高等动物的有性生殖
Cytogenetics
张 霞
2005年 05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
无丝分裂
细胞周期及细胞周期时间的测定
有丝分裂及有丝分裂的异常
减数分裂
有性生殖时期的染色体第三章 染色体的动态
1,细胞分裂是一个十分复杂而又必须精确的生命过程,染色体在其中起何种作用?
2,有丝分裂异常对于某些生物或某些发育阶段却是正常的,那么这种异常有何生物学意义?
思考题第一节 无丝分裂是一种简单而常见的分裂方式
核仁先行分裂
细胞核伸长
核仁向核的两端移动
核的中部从一面或两面向内凹进,使核变成肾形或哑铃形
细胞中部直接收缩而形成两个相似的子细胞第二节 细胞周期及细胞周期时间的测定一、细胞周期 (cell cycle)
二、细胞周期时间的测定三、影响细胞周期的因素第二节 细胞周期及细胞周期时间的测定一、细胞周期 (cell cycle)
◆ 细胞周期时相组成
◆ 细胞周期时间
◆ 细胞周期中不同时相的主要事件细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的一个有序过程。又称为细胞生活周期 (cell life
cycle)，或细胞繁殖周期（ cell reproductive cycle）。
从细胞形态变化考虑
S,Synthesis
G,Gap
1.细胞周期时相组成 (标准 )
2.细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大
S+G2+M 的时间变化较小，细胞周期时间长短主要差别在 G1期。有些分裂增殖的细胞缺乏 G1,G2期。
细胞周期时间长短主要差别在 G1期细胞周期时间 ( 小时 )
细胞类型
G1 S G2 M 合计人宫颈癌细胞 8 6 4,5 1.5 20
人骨髓细胞 25 - 30 12 - 15 3 - 4 ---- 40 - 45
急性淋巴性白血病细胞 1 - 10d 20 2 - 3 1.0 2 - 10d
中国仓鼠成纤维细胞 2,7 5.8 2.1 0.4 11
蚕豆根尖细胞 4 9 3.5 2 18.5
小鼠成纤维细胞 9.1 9.9 2.3 0,7 22.0
3.细胞周期中不同时相的主要事件
G 1 期 与 DNA 合成启动相关，开始合成多种物质，染色质去凝集
S 期
DNA 复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构,S 期 DNA 合成不同步
G 2 期 DNA 复制完成，在 G2 期合成一定数量的蛋白质和 RNA 分子
M 期 即细胞分裂期,有丝分裂 (mitosis) 和减数分裂 (meiosis)
Experimental
demonstration of the
coordinated Synthesis
of DNA and histones
二、细胞周期时间的测定
观察切片上某一时期出现的频率,估算相对性时间
脉冲标记 DNA复制和细胞分裂指数观察测定法
流式细胞仪测定法 (Flow Cytometry)
缩时摄像技术测定方法,
细胞周期的总时间细胞周期中各个时期所持续的时间测定内容,
举例,脉冲标记 DNA复制和细胞分裂指数观察测定法
3H-TdR饲养细胞体外培养细胞为例,
细胞种类构成简单细胞周期时间相对较短周期运转均匀的细胞群体适用范围,
洗脱 3H-TdR
放射自显影观察分析数分钟或半小时置换新鲜培养液培养细胞间隔半小时或一小时取样
TG1 = TC - TG2 - TS - TM
TG2 TM TS TC
优点,
测定总时间测定各时期时间分析结果直接三、影响细胞周期的因素
受一般代谢特性 (如呼吸作用 )的影响
与核内 DNA含量有密切关系第三节 有丝分裂及有丝分裂的异常一、有丝分裂二、有丝分裂异常一、有丝分裂
● 前期 (prophase)
● 前中期 (prometaphase)
● 中期 (metaphase)
● 后期 (anaphase)
● 末期 (telophase)
● 胞质分裂 (Cytokinesis)
1.前期 (prophase)
前期开始的标志染色质开始浓缩 (condensation)形成有丝分裂染色体 (mitotic chromosome）
Prophase特征细胞骨架解聚有丝分裂纺锤体
(mitotic spindle)开始装配
Prophase特征
Golgi体,ER等细胞器解体，形成小的膜泡染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动粒 (kinetochore)
2.前中期 (prometaphase)
核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的 Ser(丝氨酸 )残基磷酸化导致核纤层解体
prometaphase
纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体后，
形成 三种类型 的微管不断运动的染色体开始移向赤道板星体微管 动粒微管 极性微管
3.中期 (metaphase)
所有染色体排列到赤道板 (Metaphase Plate)上是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？
染色体准确地排列在赤道板上对于遗传稳定性有何意义?
极间微管长度增加后期 B
4.后期 (anaphase)
排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动动粒微管去装配变短后期 A
5.末期 (telophase)
染色单体到达两极并去浓缩
Golgi体和 ER重新形成并生长核膜开始重新组装核仁也开始重新组装
6.胞质分裂 (动物细胞 )
分裂沟 (furrow)
收缩环（ contractile ring)
Dividing Muscle Myoblast
(primative muscle cell)
(SEM x8,000)
6.胞质分裂 (植物细胞 )
与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜 和细胞壁而将细胞分开二、有丝分裂异常
● 内源有丝分裂 (endomitosis)
● 体细胞联会 (somatic synapsis)
● 多次有丝分裂 (polymitotic divisions)
● 染色体丢失和其它
● 有丝分裂异常的意义
1.内源有丝分裂 (endomitosis)
是指一个间期的核内，染色体复制以后，染色体发生凝缩，而后又松开、伸长，但不发生核分裂
（即不出现核膜破裂、不形成纺锤丝、染色体不在中期赤道板上取向、不分向两极等过程）和胞质分裂的一种现象。
多线性细胞 （ polyteny）
内源多倍性细胞 （ endopolyploidy）
2n=2x=4
2n=2x=4
(多线性细胞 )
2n=4x=8
(内源多倍性细胞 )
2n=4x=8(多线性 -内源多倍性细胞 )
二倍性染色体
2.体细胞联会 (somatic synapsis)
又称体细胞配对（ somatic pairing）
果蝇唾腺细胞内两条内源性多线性染色体配对
RD！与 M！联会的区别
RD！：两两配对
M！：同时平行配对
3.多次有丝分裂 (polymitotic divisions)
G.W.Beadle(1933)在玉米中发现一个多次有丝分裂基因 po，该基因影响 RD！后的有丝分裂。在小孢子
（ n=10)进行第一次核有丝分裂时，它使得染色体在尚未复制和分裂时,细胞质便连续多次发生分裂,将染色体分配到很小的细胞内，结果造成一个细胞内只有 1
条或无染色体，因而这些小细胞完全不育。
4.染色体的丢失和其它
（ 1）整条染色体的丢失例：尖眼蕈蚊（ Sciara coprophilo）
第五次胚裂分裂第八次、第九次分裂
L染色体从体细胞中丢失
♀ 体细胞 3个 X染色体中的一个丢失
♂体细胞 3个 X染色体中的二个丢失
（ 2）缺失或扩增染色体上的某一（些）区段
副蛔虫在胚裂期中，染色体中 60%的异染色质从体细胞中排除。
果蝇多线染色体核内，染色体中 30%的着丝粒 α -
异染色质减少。
非洲爪蟾的性母细胞内，染色体上 rDNA区段扩增，
并与染色体分开，而移到核膜，最后在核膜上形成若干核仁。
第四节 减数分裂一、减数分裂的过程二、减数分裂的特点有性生殖过程中的一种特殊的细胞分裂形式一、减数分裂的过程
(1) 遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次
(2) S期持续时间较长
Me io sis 前 S 期 Mitosi s 前 S 期蝾螈 10 天 12 小时小鼠 14 小时 5 ～ 6 小时小麦 12 小时 3.8 小时酵母 1.0 小时 0.5 小时二、减数分裂的特点
(3) 前期 I分为细线期，偶线期，粗线期，
双线期，终变期等五个阶段
(4) 同源染色体在减数分裂期 I(MeiosisI)配对联会、
形成联会复合体 (Synaptonemal Complex,SC)
重组结
(5) 同源染色体间遗传物质重组,产生新的基因组合
(6) 减数分裂同源染色体配对排列在中期板上第五节 有性生殖时期的染色体一、各种生物的生活史二、被子植物的有性生殖三、高等动物的有性生殖一、各种生物的生活史
1.单倍性生物 (haplont)的生活史成熟个体有丝分裂配子 配子受精合子减数分裂二倍体时期（ 2n）
单倍体时期（ n）
减数孢子有丝分裂
2.二倍性生物 (diplont)的生活史配子 卵子受精作用合子减数分裂 二倍体时期（ 2n）
单倍体时期（ n）
精子成熟个体有丝分裂
3.二倍 --单倍性生物 (diplo-haplont)的生活史减数孢子配子卵子受精作用合子减数分裂 二倍体时期（ 2n）
单倍体时期（ n） 精子成熟孢子体有丝分裂有丝分裂有丝分裂成熟配子体配子
1.大孢子发生和雌配子体二、被子植物的有性生殖在月见草属（ Oenothera）植物中，通常有功能部位的（近珠孔一端）的大孢子，如果发生败育，那么另一端合点处的大孢子才能发育，这种现象称为大孢子竟争。
大孢子竟争（ megaspore competition）
2.小孢子发生和雄配子体小孢子发生雄配子发育小孢子进行的两次有丝分裂，因为是在减数分裂之后进行的，所以称作“后减数分裂”。
“后减数分裂,（ postmeiosis）
3.双受精现象和,异雄核受精,
双受精 double fertilization
花粉粒 胚囊受精卵 oosperm 受精极核 gamic polar nucleus
种胚 embryo 胚乳 endosperm
种子 seed
一般情况下，双受精过程中与卵核、极核相结合的两个精子来自同一个花粉粒。但在玉米中有例外，即同一个胚囊受精的两个精子，
来自于不同的花粉粒，这种现象称“异雄核受精”。玉米某些品系中有 10%。
“异雄核受精,（ heterofertilization）
4.剂量效应（ dosage effect）
一种与胚乳三倍体性质有关的遗传现象。
AAA AAa
Aaa aaa
胚乳基因型（以一对基因为例 Aa）
当 A对 a为完全显性时,AAA AAa Aaa表现相同当 A对 a为不完全显性时,AAA AAa Aaa表现各异玉米淀粉层颜色和维生素 A含量的 Y基因基因型 VA 含量 （国际单位）
YYY 7.50
YYy 5.00
Yyy 2.25
yyy 0.05
aa 基因型使糊粉层表现无色显性基因 Dt,可以引起 a回复突变为 A
所以 aa + Dt 出现无色背景下的有色斑点玉米糊粉层色泽表现
（ 互补基因 a与 Dt基因的关系 ）
玉米糊粉层产生有色斑点数目与 Dt基因数的关系斑点数目
Dt基因数指数关系三、高等动物的有性生殖
