细胞质遗传的研究与应用 2

细胞质遗传的研究与应用 2 细胞质遗传的研究与应用 摘 要 生物体所呈现的各种性状是基因与环境共同作用的结果，其中细胞核基因与细胞质基 因共同作用，关系密切。由细胞质基因控制的遗传现象称为细胞质遗传，多表现为母系遗 传、正反交结果不同且后代的性状无一定的分离比。随着分子生物学技术手段的提高，对 细胞质遗传的研究逐渐深入，取得很大的进展。 关键词：细胞质遗传 母系遗传 雄性不育 限制性片段长度多态性 遗传学课程论文 ABSTRACT All the traits are depend on the effect of gene and environment.Nucleur gene and cytoplasmic gene play an important role in this progress,who have an close contaction and work together.Cytoplasmid inheritance,which is controlled by cytoplasmic gene,often express the mode of maternal inheritance.With the rapid development of molecular biological technology,the study of cytoplamic inheritance has a meaningful achievement. Key wordscytoplasmic inheritance maternal inheritance male sterility Restrietion Fragments Longth polymorphism 1 目 录 一 前言 .................................................................................................................................. 1 二 本论 .................................................................................................................................. 2 ２.１细胞质遗传的特点 ............................................................................................... 2 ２.２质体的细胞质遗传 ............................................................................................... 2 ２.３线粒体的细胞质遗传 ..................................................................................... 2 ２.４细胞质遗传与“雄性不育系” ................................................................... 3 ２.５细胞质遗传与细胞核遗传的关系 .............................................................. 3 ２.６细胞质遗传的研究方法 .................................................................................... 4 三 结语 .................................................................................................................................. 5 参考文献 .................................................................................................................................. 6 遗传学课程论文 生物代代相传，它的遗传物质主要是DNA(脱氧核糖核酸)。DNA主要分布在细胞核内 的染色体上，生物遗传的分离规律，自由组合规律、连锁互换规律都是核遗传的表现。但 是细胞核基因并非唯一的遗传物质，生物遗传除了受核基因控制外，有些性状是受核外基 因控制的，还有一些性状是受核基因和核外基因共同作用的结果。在细胞质里，如叶绿体、 线粒体等都含有一些DNA，能进行自我复制，在遗传中发挥作用。由正常细胞质成分引起 的遗传现象叫“细胞质遗传”或“核外遗传”，它们具有自己的特殊遗传规律。细胞核和细 胞质在控制遗传性状中是相互联系相互制约的。 1 遗传学课程论文 二 本论 ２.１细胞质遗传的特点 细胞质遗传基于细胞质中构成要素的作用，这些构成要素能够自律地复制，通过细胞 质由一代传至另一代。 一、遗传方式是非孟德尔式的。孟德尔遗传规律适用于细胞核基因的遗传现象，而细 胞质遗传中控制性状的基因存在与细胞之中的染色体上，子代不表现出孟德尔遗传规律。 [1,2]二、细胞质遗传表现为多种形式,包括母系遗传、父系遗传和双亲遗传。具有相对 性状的亲本杂交,总是表现出母本性状的现象,叫母系遗传。母系遗传是细胞质遗传的主要 特征,而不能代表细胞质遗传的全部内容。卵细胞含有大量的细胞质,而精子只含有极少量 的细胞质。受精后，合子中的细胞质几乎全部来自卵细胞，受细胞质基因控制的性状实际 上是由卵细胞传给了后代，故子代总是表现母本的性状。 三、两个亲本杂交,后代的性状不会出现一定的分离比。生殖细胞在减数分裂时,细胞 质中的遗传物质不能像细胞核内的遗传物质那样有规律的分离，细胞质中的遗传物质随机、 不均等的分配，使后代的几种表现型不会出现一定的分离比。 ２.２质体的细胞质遗传 除细菌、蓝藻等原核生物和某些真核生物的菌类外，一切植物细胞质中都含有质体。 叶绿体是质体的最主要的组成部分。高等植物质体的遗传方式可分为3种类型:母系遗传、 [3]父系遗传和双亲遗传。在高等植物中较低级植物质体遗传一般为双亲遗传,推测其遗传方式的进化路线是：双亲遗传?父系遗传为主，母系遗传为辅?母系遗传为主，父系遗传为 [4]辅，即质体母系遗传是比父系遗传、双亲遗传更高级、更完善的遗传方式。质体母系遗 传主要是由于雄性生殖细胞在发育的不同阶段或在受精时质体被排除的结果。 ２.３线粒体的细胞质遗传 线粒体是一种广泛存在于各类真核细胞中的半自主性细胞器，是细胞的“动力站”。线 粒体DNA编码一些重要的生物学性状，如植物细胞质雄性不育性。由于线粒体的体积小、 表型性状不明显和缺乏适当的遗传标记的限制，目前对线粒体遗传的研究远远滞后。但是 线粒体的传递有其不同于质体遗传的特征，线粒体在雄性生殖细胞中持续存在，甚至参与 受精进入合子，却又更多地表现为母系遗传。 2 遗传学课程论文 ２.４细胞质遗传与“雄性不育系” 一、细胞质和细胞核共同控制的遗传 我国科学家利用核质互作的遗传学原理,首创“三系杂交水稻”。 杂种同源染色体上存在的一定数量的不同等位基因，比连年栽种优良品种有更显著的增产效果,即具有杂种优势。如果采用人工去雄的方法配制杂交种种子,在实践上存在很大的困难,尤其对于水稻、小麦等雌雄同花的植物。科学家在自然界找到雄性不育植株——雄蕊发育不正常、雌蕊正 常可育。在细胞质和细胞核中都含有决定雄蕊是否可育的基因。其中,细胞核的可育基因Rf对不育基因rf为显性;细胞质的不育基因用S表示,可育基因用N表示。细胞核可育基因(Rf)能够抑制细胞质不育基因(S)的表达,当细胞核可育基因(Rf)存在时,植株都表现为雄性可育;当细胞质基因为可育基因(N)时,无论细胞核具有可育基因还是不育基因,植株都表现雄性可育;只有当细胞核不育基因(rfrf)与细胞质不育基因(S)同时存在时,植株才表现为雄性不育。故雄性可育植株的基因型为S(RfRf)、S(Rfrf)、N(rfrf)、N(RfRf)、N(Rfrf);雄性不育植株的基因型为S(rfrf)。 二、“三系”的遗传 [5,6] ?雄性不育系：其基因型为S(rfrf)，由于细胞质中的不育基因S和核基因的互质作用，在减数分裂形成配子时，只产生卵细胞而不能产生正常的花粉粒。?保持系：其基因 型为N(rfrf)，由于细胞质中有可育基因N，所以在减数分裂形成配子时能够产生正常的花 粉粒。当花粉粒传给雄性不育系的植株时，可产生基因型为S(rfrf)的种子，解决了雄性不育系的自身留种问题。?恢复系：大田中使用的杂交种应当是雄性可育的，否则就不能 自交结实。用基因型为N(RfRf)的品种做父本，与基因型为S(rfrf)的雄性不育系杂交，在植株上产生基因型为S(Rfrf)的种子。由于细胞质基因和细胞核基因的互质作用，后代恢 复了可育性。 制造杂交种时一般要建立两个隔离区。一区是繁殖不育系和 保持系的隔离区，在区内交替的种植不育系和保持系。不育系接 受从保持系来的花粉，收获的种子仍是不育系；保持系自花授粉， 收获的种子仍是保持系。如此，在此区同时繁殖了不育系和保持 系。另一区是杂种制种隔离区，交替种植不育系和恢复系，不育 系接受恢复系的花粉，生长出杂交种子，用于大田生产；恢复系 依旧结出恢复系种子。如此，在此隔离区制出大量杂交种以及繁 殖了恢复系。这种制杂交种的方法称“二区三系”制种法。 ２.５细胞质遗传与细胞核遗传的关系 尽管叶绿体和线粒体都是遗传物质的载体,而且它们都具有一定的遗传自主性,能够相对独立地决定某些性状的遗传,如紫茉莉的花斑。但是,这不意味着叶绿体和线粒体就可以 3 遗传学课程论文 完全不受核基因的控制而独立发挥作用。事实上叶绿体和线粒体的形态发生与生物合成在 很大程度上是依赖于本身的遗传体系与核基因的相互作用。植物的质-核互作雄性不育就是 [7]生物的细胞质和细胞核两大遗传系统相互依赖和协调的具体体现。 总之,细胞质遗传与细胞核遗传既是独立的,又是彼此密切联系、互相渗透的。它们在 各自独立进行自主遗传和传递给子代遗传物质的同时,细胞质内合成的蛋白质大部分是受 [8]核内基因控制、制约的,而核内染色体和基因复制所需的能量、物质都是由细胞质提供的。 ２.６细胞质遗传的研究方法 在50年代以前，植物细胞质遗传的研究主要利用杂交试验对一些叶色自然突变体，或 通过组织培养筛选到的抗生素抗性突变体进行分析。遗传分析的方法确定了植物细胞的质 体遗传存在单亲母系和双亲遗传两种不同方式，而被子植物的大多数种表现为母系遗传。 60年代以来，应用电子显微技术，研究雄配子的发生和受精作用积累的资料，使认识到质 体母系遗传主要是由于雄性生殖细胞在发育的不同阶段或在受精时质体被排除的结果。超 微结构的研究使对质体遗传的细胞学机理有了基本的认识。80年代初期，DNA的特异荧光探针DAPI荧光染色的技术被引入到植物细胞质遗传研究中，快速而有效地用于检测雄性生 殖细胞、精细胞的质体和线粒体中的DNA存在的状况。这一技术的研究使对细胞质的母系 和双亲遗传方式在被子植物中的分布有更广泛的认识。 利用核酸限制性片段长度多态性(Restrietion Fragments Longth polymorphism，简称RFLP)技术，是近几年发展起来的分子生物学实验手段，为植物细胞质遗传研究提供了 最新的研究方法[9,10,11]。其基本原理是用限制性内切酶切亲本细胞质DNA，产生限制性酶切片段。不同物种由于酶切位点有差异就产生了限制性片段长度多态现象。由于胞质DNA同源性较大，酶切图谱中仅有少量带具有差异，因而便于鉴别不同的基因型。当用同种限制 酶切杂种胞质DNA，如果杂种酶切图谱和母本酶切图谱一样，与父本酶切图谱无关，那么 可确定细胞质为母系遗传。同样，也司利用RFLP技术鉴定细胞质双亲遗传。RFLP技术用于研究细胞质遗传比经典的遗传分析法有明显的优越性。它是对DNA序列自然变异的直接检测，只需选择适当的限制酶或DNA探针作分子标记，因此对植物不同种、属或杂种后代 的细胞质遗传变异及基因型的鉴定具有较高的灵活性、灵敏性，使之能较好地研究大量其 它未知植物种的细胞质遗传方式。 4 遗传学课程论文 三 结语 细胞质遗传是由核外基因控制的重要的遗传现象，其作用机理及具体表现是遗传学研 究的重要研究方向。目前，随着各种科学技术手段的迅速发展和应用，对细胞质遗传的研 究也逐步向前推动，取得了众多的成果，在生产生活中得到广泛地应用。然而，仍有相当 多的问题有待于进一步的研究和解释，如雄性不育植株的不育机理、线粒体的遗传方式和 细胞学机理等。 5 遗传学课程论文 参考文献 [1]刘大钧.细胞遗传学[M].北京:农业出版社,2004. 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