华中农业大学创建国家精品课程—细胞工程学文本教案(第三章) 主讲教师:柳俊博士、教授 染色体断裂与重组 染色体结构变异是体细胞变异的另一重要类型。染色体断裂与重组是离体培养中染色 体结构变异的主要原因之一,也是体细胞变异中经常发生的现象 染色体结构变异的细胞学特征是,分裂中期出现断裂的染色体片段、落后染色体以及 染色体桥,其结果是在体细胞中出现染色体易位、缺失、倒位等多种类型的结构变异 、非正常有丝分裂 离体培养中,染色体除了整倍性变异外,还可观察到大量的非整倍性变异,这种愈伤 组织往往分化能力低下,再生植株大多生长不正常,有性繁殖的遗传稳定性差。纺锤体形 成异常使得有丝分裂不正常是其原因之 非正常有丝分裂包括多极纺锤体形成和核裂。 第三节体细胞变异的分子遗传学基础 、碱基突变 碱基突变是指DNA序列中碱基的改变。如果改变碱基的DNA序列处于结构基因的位 置或调控序列的位置,就可能导致遗传状态的改变。碱基突变是产生体细胞变异的重要途 径之 对于单基因控制的遗传性状,大多数碱基突变可以稳定遗传,而且符合孟德尔遗传分 离规律,这一点已在水稻、烟草和玉米的体细胞变异中得以证实(张春义和杨汉民, 1994) 、DNA序列的选择性扩增与丢失 在许多植物中均观察到,DNA分子中一些重复序列在培养条件下发生了扩增。 Capitan 等(1988)以生物素标记的480bp重复序列DNA片段为探针,发现小黑麦杂种再生植株当 代限R染色体短臂端粒位置上的这种重复序列发生了扩增,而且这种扩增可以遗传至少三 在许多植物种类中还观察到,在组织培养过程中,以及经组织培养再生的植株,甚至 在这些植株的后代中,有时也会发生DNA序列丢失的现象。 现有资料显示,DNA序列丢失多发生在rDNA及其间隔序列,某些重复序列DNA区 域也易发生丢失 研究还发现,DNA的减少不仅发生在核DNA中,也有发生在叶绿体基因组中。一些 DNA序列的减少只发生在愈伤组织形成阶段,植株再生过程中又恢复到正常状态,目前还 不清楚这种变化的生物学意义 转座子活化 转座子( transposon)首先是由 McClintock在玉米中发现的,现已证实它是引起许多遗 传不稳定现象的重要原因。 上个世纪80年代, Larkin和 Scowcroft首先提出,转座因子的活化可能是体细胞无性系 变异的原因之 我国学者朱至清(1991)认为,也可能是转座子在培养环境中首先被激活而转座,从 而造成染色体的结构变异华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 文本教案(第三章) 主讲教师：柳俊博士、教授 二、染色体断裂与重组 染色体结构变异是体细胞变异的另一重要类型。染色体断裂与重组是离体培养中染色 体结构变异的主要原因之一，也是体细胞变异中经常发生的现象。 染色体结构变异的细胞学特征是，分裂中期出现断裂的染色体片段、落后染色体以及 染色体桥，其结果是在体细胞中出现染色体易位、缺失、倒位等多种类型的结构变异。 三、非正常有丝分裂 离体培养中，染色体除了整倍性变异外，还可观察到大量的非整倍性变异，这种愈伤 组织往往分化能力低下，再生植株大多生长不正常，有性繁殖的遗传稳定性差。纺锤体形 成异常使得有丝分裂不正常是其原因之一。 非正常有丝分裂包括多极纺锤体形成和核裂。 第三节 体细胞变异的分子遗传学基础 一、碱基突变 碱基突变是指 DNA 序列中碱基的改变。如果改变碱基的 DNA 序列处于结构基因的位 置或调控序列的位置，就可能导致遗传状态的改变。碱基突变是产生体细胞变异的重要途 径之一。 对于单基因控制的遗传性状，大多数碱基突变可以稳定遗传，而且符合孟德尔遗传分 离规律，这一点已在水稻、烟草和玉米的体细胞变异中得以证实（张春义和杨汉民， 1994）。 二、DNA 序列的选择性扩增与丢失 在许多植物中均观察到，DNA 分子中一些重复序列在培养条件下发生了扩增。Lapitan 等（1988）以生物素标记的 480 bp 重复序列 DNA 片段为探针，发现小黑麦杂种再生植株当 代 7R 染色体短臂端粒位置上的这种重复序列发生了扩增，而且这种扩增可以遗传至少三 代。 在许多植物种类中还观察到，在组织培养过程中，以及经组织培养再生的植株，甚至 在这些植株的后代中，有时也会发生 DNA 序列丢失的现象。 现有资料显示，DNA 序列丢失多发生在 rDNA 及其间隔序列，某些重复序列 DNA 区 域也易发生丢失。 研究还发现，DNA 的减少不仅发生在核 DNA 中，也有发生在叶绿体基因组中。一些 DNA 序列的减少只发生在愈伤组织形成阶段，植株再生过程中又恢复到正常状态，目前还 不清楚这种变化的生物学意义。 三、转座子活化 转座子（transposon）首先是由 McClintock 在玉米中发现的，现已证实它是引起许多遗 传不稳定现象的重要原因。 上个世纪 80 年代，Larkin 和 Scowcroft 首先提出，转座因子的活化可能是体细胞无性系 变异的原因之一。 我国学者朱至清（1991）认为，也可能是转座子在培养环境中首先被激活而转座，从 而造成染色体的结构变异