细胞质基因遗传方式的研究进展
08第八章 细胞质遗传
遗传学
三、几种与细胞质遗传相似的遗传现象
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遗传学
（一）欧洲麦蛾色素的遗传
欧洲麦蛾野生型幼虫的皮中含有色素，成虫复眼为深 褐色。现已鉴定这种色素是由犬尿氨酸所形成的，由 一对基因 （Aa）控制
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图11-2 欧洲麦蛾色素（眼色和皮色）的母性影响 遗传学
（二）母性影响
1. 概念：
母性影响：由于核基因的产物在卵细胞中积累决定其子代
Kappa 粒（细菌）：
– 外膜 —— 细胞壁
– 内膜 —— 细胞膜 – DNA —— 像细菌
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遗传学
3. 双核草履虫放毒性的遗传
草履虫基因型：K： 接合
k：
自体受精
无性繁殖
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A 接合时间短 遗传学
B
接合时间长
有 K 基因：无Kappa粒，Kappa粒不能无中生有
没有K基因：有Kappa粒，不能持久 可见： – K：是Kappa粒存在的必要条件，而不是充分条件。 – 质与核：既相互独立又相互影响。
的表型的一种遗传现象。
母性影响不属于胞质遗传的范畴，只是十分相似而已。
2. 特点： 子代个体表现型由母本的核基因型决定 。所有又称 为前定作用或延迟遗传 遗传学
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3. 例子－椎实螺外壳旋转方向的遗传： (1)背景知识
– 椎实螺是一种♀、♂同体的软体动物 – 能同时产生卵子和精子， – 多数异体杂交、但可以自体受精。 – 外壳的旋转方向有左旋和右旋之分，是一对相对性状。
RuBP羧化酶小亚基、叶绿素合成、电子传递、CO2固定 等主要由核编码。
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遗传学
（二）线粒体遗传的表现
1. 红色面包霉缓慢 生长突变型的遗传
细胞质遗传病
病理机制
• （2）原因 • ①受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞； • ②减数分裂时，细内的遗传物质控制的遗传方式叫细 胞核遗传，真核生物还有一些性状是通过细胞质内的遗传物质 控制的，这种遗传方式叫细胞质遗传。 • （1）细胞核遗传时，正交与反交的结果相同，即均表现显性 亲本的性状；细胞质遗传时，正交与反交的结果不同，即子一 代均表现母本性状（母系遗传）
细胞质遗传病
——————线粒体基因病
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
细胞质遗传病
• 细胞质中含有线粒体（对植物来说，含细胞质基因的细胞 器有线粒体和叶绿体），通过这些基因导致的遗传病就是 细胞质遗传病。以动物来说，形成卵细胞的过程，细胞质 虽然是不均一分配的，但会最大限度的将细胞质分配到卵 细胞中去 所以大部分的细胞器都遗留留在卵细胞内，由 于受精卵中的细胞质主要来源于卵细胞，因而细胞质遗传 病取决于母本，母亲若是患病 则她的大部分线粒体都是 携带缺陷基因的 那么保留大部分线粒体的卵细胞也是带 有缺陷基因的，表现为“母病子女全病”的特点。常见病 例有神经肌肉衰弱。
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根据双亲正交与反交来判断，如果正交与反交的结果不同，子一 代均表现母本性状，即该性状的遗传是细胞质遗传，如果正交与 反交的结果相同，后代性状表现与母本无关，则该性状的遗传为 细胞核遗传。
例1：有人发现某种花卉有红花和白花两种表现型。 （1）请你设计—个实验，探究花色的遗传是细胞质遗传还是细 胞核遗传。用图解和简洁语言回答。 （2）如果花色的遗传是细胞核遗传，请写出F2代的表现型及其 比例。
参考答案： F1 正交P 红花♀×白花♂ F1 反交P 白花♀×红花♂ 若正交与反交产生的F1的性状表现都与母本相同，则该花色 的遗传为细胞质遗传； 若正交与反交产生的Fl的性状表现与母本无关，表现为红花 或白花的一种，则该花色的遗传为细胞核遗传。
细胞质遗传-精品课件
杂种植株的表现 白色 白色 白色
绿色
白色 绿色 花斑
绿色 绿色 绿色
花斑
白色 绿色 花斑
白色、绿色、花斑 白色、绿色、花斑 白色、绿色、花斑
由此可见，决定枝条和叶色的遗传物 质是通过母本传递的。
研究表明： 绿叶细胞含正常绿色质体(叶绿体) 白细胞只含白色质体(白色体) 绿白组织之间的交界区域，某些细 胞里既有叶绿体，又有白色体。
→高等植物中每个叶绿体内含有30-60个拷 贝，而某些藻类中每个叶绿体内约有100 个拷贝。
→大多数植物中，每个细胞内含有几千个 拷贝。单细胞的鞭毛藻中约含有15个叶 绿体，每个叶绿体内约有40个拷贝，一 个个体中约含600个拷贝。
→目前，一些植物的ct
DNA的全部碱基序列已
被测出来，多数植物
的ctDNA大小约为150
细胞质遗传的特点： 1. 遗传方式是非孟德尔式的；杂交后
代一般不表现一定比例的分离； 2. 正交和反交的遗传表现不同；F1通
常只表现母本的性状； 3. 通过连续回交能将母本的核基因几
乎全部置换掉，但母本的细胞质基 因及其所控制的性状仍不消失； 4. 由附加体或共生体决定的性状，其 表现往往类似病毒的转导或感染。
也有人认为叶绿体DNA是雄性不育基因的载体。
2、关于质核不育型的假说
（1）质核互补控制假说：认为细胞质不育基因存在于线 粒体上。当线粒体DNA的某个(或某些)节段发生变异，并 使可育的胞质基因突变为S时，线粒体mRNA所转录的不育 性信息使某些酶不能形成，或形成某些不正常的酶，从而 破坏了花粉形成的正常代谢过程，最终导致花粉败育。 （2）能量供求假说：认为线粒体是细胞质雄性不育性的 重要载体。植物的育性与线粒体的能量转化效率有关。 （3）亲缘假说：认为遗传结构的变异引起个体间生理生 化代谢上的差异，与个体间亲缘关系的远近成正相关。两 亲间亲缘差距越大，杂交后的生理不协调程度也越大。当 这种不协调达到一定程度，就会导致植株代谢水平下降， 合成能力减弱，分解大于合成，使花粉中的生活物质减少
遗传学细胞质遗传
雄性不育得遗传决定类型
核质互作雄性不育型
由细胞质遗传因子和核基因 互相作用共同控制花粉育性 得类型
大多数正常品种与之杂交后 代仍为雄性不育
少数携带特殊恢复基因得品
种与之杂交后代正常可育
N
雄性不育得遗传决定类型
细胞质雄性不育型
决定花粉败育得基因在细胞质中 任何正常品种与其杂交,F1均为雄性不育 只能被保持而不能被恢复
胞质不育基因得载体
线粒体基因组(mtDNA)就是雄性不育基因得载体
不育系线粒体得亚显微结构和 mt DNA 与正常植株(如保持 系)有明显得差异
叶绿体基因组(cpDNA)就是雄性不育基因得载体
不育系和保持系之间在叶绿体超微结构和叶cpDNA上存在 明显不同
质核互作雄性不育性得发生机理
质核互补控制假说
终止子 亮氨酸 leu 异亮氨酸 ile 精氨酸 arg
例外情况
色氨酸 trp 苏氨酸 thr 甲硫氨酸 met
终止子
发现得生物
人和酵母得线粒体 酵母得线粒体 人得线粒体 人得线粒体
线粒体基因组
线粒体就是半自主性得细胞器
mtDNA虽能自主复制,但需要核基因组为其编码 DNA聚合酶 线粒体虽有自己得核糖体、tRNA,并能在线粒体内 翻译mtDNA转录得mRNA,但其核糖体蛋白质由核基 因编码 线粒体膜蛋白大多从核基因组中转录,在细胞质中合 成后再转运进入线粒体
叶绿体基因组
叶绿体就是半自主性得细胞器
cpDNA虽能自主复制,编码其核糖体RNA及部分 tRNA,但不能编码自身得DNA复制、转录和翻译过 程所需得全部蛋白质因子和酶 不能编码类囊体所有得结构蛋白和酶系,膜脂代谢所 需得酶系
非细胞质组分得遗传因子
细胞质遗传
Chapter Ten Cytoplasmic Inheritance指染色体基因组所控制的遗传现象和遗传规律。
A B B A子代只能提供核基因，不能或极少提供细胞质基因。
因此，一切受细胞质基因所决定的性状，其遗传信息子代。
代表两种细胞核代表两种细胞质代表两种质体细胞质遗传和细胞核遗传的异同细胞质DNA 细胞核DNA细胞质遗传的特点§10.1 母性影响1短暂的母性影响：麦粉蛾（野生型：幼虫皮肤有色，成虫复眼深褐色（犬尿素） 图13-1图11-2椎实螺外壳旋向的遗传受母亲基因型制约正交反交椎实螺外壳旋向的遗传F母性影响与细胞质遗传的区别母性影响§10.2 细胞质遗传1 植物叶绿体的遗传）茉莉绿白斑植株杂交结果父本枝条的来源母本枝条的来源子代（1）酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）小菌落酵母菌生活史2 真菌类线粒体的遗传加酵母菌落图小菌落（petite colony）缺少细胞色素a和b以及细胞色素c氧化酶，在通气情况下，细胞长得慢。
图12-83 草履虫（Paramecium aurelia）放毒型遗传图12-9 图12-10草履虫放毒型必有因子：卡巴粒+K放毒型：/K+卡巴粒敏感型：k 图12-12Kk Kk Kk Kk kk KK kk KK kk KK kk KK kk KK kk KK kk KK质基因组间的相互关系 图12-13粒4（1）植物雄性不育的类别male sterility（也叫核不育型隐性核基因不育显性核基因不育-太谷小麦核不育基因核质互作不育型核质互作不育型的不育性是由细胞质基因和细胞玉米（2）雄性不育性的利用S（rr）×育系二区三系制种法不育系繁殖区杂种制种区图13-15 -16水稻三系杂种优势的利用年，实现水稻三系配套、并成功的应用于大田生产。
年，获得国家第一个特等发明奖，以第一个农业技术专二00四年十月十四日，在美国艾奥瓦州得梅因市，世界粮食奖创立者、诺贝尔和平奖得主诺曼·博洛格（左）在油菜三系杂种优势的利用1972年，傅廷栋等发现25日，2003年第三世界科学院（TWAS Trisre 城举行。
细胞质遗传物质在分子遗传学中的作用
细胞质遗传物质在分子遗传学中的作用分子遗传学是现代遗传学的一个重要领域，它的研究对象是基因和DNA分子。
然而，在分子遗传学中，细胞质遗传物质也占据了重要地位。
细胞质遗传物质是通过母亲传递给下一代的遗传物质，它包括一些位于线粒体、质体、叶绿体等细胞质结构内的DNA分子。
这些细胞质遗传物质作为一种重要的细胞质组分，对于生命的诸多方面都起着至关重要的作用。
1. 细胞质遗传物质的基本特征细胞质遗传物质又称为线粒体DNA或质体DNA。
它与细胞核DNA不同，不仅存在于细胞质中，而且存在于多个拷贝的线粒体或质体内。
正常情况下，每个细胞中线粒体或质体数量较多，这些线粒体或质体都含有同样的DNA序列，这种现象称为复合体现象。
细胞质遗传物质的遗传方式属于非孟德尔遗传。
它只由母本遗传，而不受父本的影响。
这与线粒体或质体与卵细胞的亲合力有关。
2. 细胞质遗传物质对生命机制的影响细胞质遗传物质是基因活性和表达的重要调控因子。
线粒体和质体都含有特定基因，这些基因编码一些与能量代谢过程和呼吸有关的酶或蛋白质。
如果其中任何一个发生变异，都会影响膜电位、ATP生成以及ROS的产生等，进而导致疾病的发生。
例如，在线粒体移植实验中，患有代谢性或遗传性线粒体疾病的患者可以接受捐献者的线粒体。
这一移植可以部分成功，但不是每个人都适合。
这显示出线粒体与宿主细胞之间的相互作用是非常重要的，也揭示了细胞质遗传物质在正常生命机制中的重要性。
3. 分子诊断中的应用细胞质遗传物质在分子诊断中也具有一定的应用价值。
如果一个患者罹患了特定的线粒体疾病，通过分析细胞质遗传物质变异的类型和程度，便可以进行分子诊断，了解疾病的具体情况和发展趋势。
此外，一些药物、毒物甚至环境因素都可能引起细胞质遗传物质的变异，这些变异可能会导致有害的代谢、甚至是致命的疾病。
因此，诊断过程中需要对细胞质遗传物质进行检测。
4. 如何判断某种疾病是否与细胞质遗传物质有关一般而言，如果一个疾病是由鉴定基因导致的，则其与细胞质遗传物质无关。
细胞融合技术研究进展
细胞融合技术研究进展随着生物科技的发展，细胞融合技术已成为重要的研究手段之一。
细胞融合技术是指将两个或多个不同来源的细胞融合成为一个细胞而形成的一种技术。
这种技术可以改变细胞表达的基因、蛋白质和代谢物质等特征，从而产生新的生物功能。
细胞融合技术目前已广泛应用于生物医学、农业、食品工业等多个领域。
本文将从细胞融合技术的基本原理、研究进展和应用前景三个方面进行阐述。
一、细胞融合技术的基本原理1.1 细胞融合机制细胞融合是指两个或多个细胞膜在一定条件下融合成为一个细胞的现象，融合的机制与人体生殖细胞和免疫细胞有关。
其中，生殖细胞是通过卵子与精子的融合而产生的新生命，免疫细胞则是为了对抗病原体而融合形成多核细胞，起到放大杀伤作用。
1.2 细胞融合技术的操作步骤细胞融合技术通常是通过两种或多种不同来源的细胞融合来产生新的细胞，按照操作方式的不同，可分为自然融合和人工融合两种方式。
自然融合：几乎所有人类细胞都可以形成细胞融合状态，如卵子和精子的结合。
人工融合：通常需要特殊条件，比如高浓度聚乙二醇、电脉冲等。
细胞融合技术常用于以下几个方面：构建免疫融合瘤细胞、制备单克隆抗体、制备基因工程生物等。
2.1 核移植技术核移植技术是指将一个细胞的细胞核移植到另一个细胞的胞浆中，以此产生新的生物体。
这种技术被称为克隆技术的基础。
2.2 基因重组基因重组是指将两种不同的基因或同一基因的不同部分重新组合形成一个新的基因。
借助细胞融合技术可以使共同表达基因的细胞融合，从而实现新的基因重组。
2.3 细胞融合生物的生成细胞融合技术可以产生许多特殊的细胞，如免疫融合瘤、核仁瘤、杂交瘤等细胞。
这些细胞除了具备父母双亲的某些特征外，还拥有一些新的遗传特征，可以应用于生物医学等领域。
3.1 微生物发酵工程利用细胞融合技术可以构建新的高效发酵菌株，改良微生物代谢途径，增加产物产量、提高发酵效率等，实现绿色、可持续的生产方式。
3.2 细胞治疗细胞融合技术可用于干细胞和分化细胞的融合，产生细胞重构或细胞异核瘤等特殊细胞，促进体内细胞再生，缓解或治疗某些疾病。
人类基因组学的研究进展与应用前景展望
人类基因组学的研究进展与应用前景展望随着科技的快速发展，基因科学日益成为人们关注的热点。
基因是人类身体构成和功能实现的重要基础，而人类基因组学的研究侧重于对人类基因组的解析和理解，以期为疾病的治疗和个性化治疗提供更好的远景。
本文将重点介绍人类基因组学的研究进展和应用前景展望。
一、人类基因组学的研究进展人类基因组是指所有的DNA序列，包括编码基因和非编码区域。
通过大规模DNA测序技术以及计算生物学手段，可以对人类基因组进行全序列的解析和研究。
1. 基因组测序技术的不断升级随着高通量测序技术的快速发展，人类基因组的测序速度和质量得到了大幅度提高。
当代的测序技术已经从最初的Sanger测序逐渐演变到放大和直接测定人类基因组，其速度和精度显著提高。
同时，新一代基因组测序技术，如单分子测序、纳米孔高速测序、第三代基因组测序等，也在不断提高人类基因组学的研究效率。
2. 遗传学的深度研究人类基因组的变异是造成个体差异的主要原因之一，而遗传学研究着重于探究这些变异的原因和机制。
人类遗传学可以研究单基因遗传病、复杂疾病等遗传现象。
在单基因遗传病的研究方面，人类基因组学已取得了较大的进展，如囊性纤维化、癌症、唐氏综合征等疾病的致病基因已经鉴定或部分鉴定。
针对复杂疾病，人类基因组学的研究正层出不穷。
3. 高分辨率基因组学技术的发展基于大规模的基因单核苷酸多态性（SNP）基因芯片、CNV （Copy number variation，拷贝数变异）分析和基因关联分析（GWAS），人类基因组学可以实现更加高分辨率的基因组浏览，这对某些高频复杂疾病的发生有一定的研究意义。
此外，其他高通量技术的发展，如单细胞转录组学、单细胞蛋白质组学和单细胞结构组学，也在向人类基因组学的精细化方向推进。
4. 基因编辑技术的突破CRISPR-Cas9是目前最常用的基因编辑技术之一，已被广泛应用于基因组工程和制药等领域。
通过“剪切-取代”或“剪切-关闭-注册”的原理，CRISPR-Cas9在基因组编辑方面具有极高的效率和精度。
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细胞质基因遗传方式的研究进展
细胞质基因遗传是指在生物遗传变异的过程中，由通过胞质遗
传将遗传物质传递给下一代。多数生物的遗传信息都是基因在核
内传递，但胞质基因也在进化的过程中扮演着重要的角色。在遗
传方面，含有核基因和质基因的生物分别进行本体遗传和质体遗
传。
随着分子生物学和遗传学研究的不断深入，对胞质遗传的研究
也不断取得了进展。在这篇文章中，我们将简要介绍一些最新的
研究成果，以及对这些成果所带来的影响和潜在的应用。
1. 胞质基因组的进化和多样性
胞质原因的性状可以影响机体的适应性和生存力。胞质基因组
一般不会如核基因组那样经受高度复制和修复过程，所以它的突
变率很高。然而，随着胞质基因组的多样性提高，它在生物系统
中越来越受到关注，成为系统发育和多样性进化的主要研究领域。
最近一篇关于这个话题的文章表明，胞质基因的多样性并不完
全源于自然选择或突变。相反，还涉及到与生態环境变化相应的
基因转移、重组等生物机制。因此，对胞质基因组多样性的进化
研究，并将其与生态和环境因素相结合，可以更好的帮助我们了
解生物进化的演变过程。
2. 胞质RNA和基因表达调控
在近年来的研究中，人们开始将更多的关注放在胞质RNA在
基因表达方面的调控作用上。以拟南芥为例，在此研究优良品种
的线粒体基因组时，发现其基因组伴随有大数量的小RNA
（sRNA）调控尿苷酰基转移酶（Pentatricopeptide Repeat Protein）
的表达。这些 sRNA 可能是由叶绿体和线粒体小RNA合成酶产生
的，并且可以透过质体移动，对细胞核基因组的表达产生调节作
用。
这些研究揭示了 RNA 在基因表达调控和物质和能量代谢过程
中的作用。它也表明了 RNA 在生物体内部协调胞质和核的信息流
动方面可能扮演着更为重要的角色。
3. 胞质基因遗传和繁殖隔离
繁殖隔离是生物多样性重要的驱动力之一。它是一种区域性适
应和分化的结果，以防止基因流的发生。胞质分离作为一种隔离
机制在不同物种的繁殖隔离期间发挥了重要作用。
近些年，研究者通过实验证明，胞质分离更容易刺激形态、生
理等特征的变异，对物种进化产生一定意义。另外，通过胞质遗
传和核基因组间的互动作为进化和种群分化机制开拓了新的思路
和研究方向。因此，研究胞质基因遗传和繁殖隔离对物种进化的
理解具有重要意义。
结语
总之，对细胞质基因遗传的研究不仅对我们更好地了解生物系
统的进化和分化等基本生物学问题有帮助，同步也会推动一些新
技术和新生物的研发和应用。这里所阐述的这些成果，只是一个
开端，未来有望为我们打开一个更为开阔的研究空间来了解生物
系统的动态和机理。
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为学术依据。）