线粒体遗传.ppt

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1、关于线粒体遗传现在学习的是第1页，共35页线粒体是动物细胞核外唯一含有有DNA（mitochondrial DNA,mtDNA)的细胞器其遗传特点表现为非孟德尔遗传方式，又称核外遗传现在学习的是第2页，共35页现在学习的是第3页，共35页Bud scar9-6现在学习的是第4页，共35页一、线粒体遗传的表现1、酵母小菌落的突变1940年Boris Ephrussi 和他的同事首次描述了酵母中的小菌落（petite colony）突变现象。从一个酵母菌开始，让它以无性的方式增殖，长成一个培养物。按例，这个培养物应该是均一的，可是取一点儿菌样，涂布在固体培养基上，让每一个酵母菌长成一个菌落，他们发

2、现，其中有一小部分菌落，大约占12，比其它菌落小得多，即所谓小菌落突变体。而那些正常的较大的菌落（grand colony）,即所谓野生型酵母细胞了。现在学习的是第5页，共35页当把这些小菌落突变体分离出来单独培养时，从遗传上可将它们分成三类。分离型小菌落segragation petites:与正常大菌落的杂交后代一半为正常菌落，另一半为小菌落，这种孟德尔方式的1:1分离，表明此种表型是核基因突变的结果。中性小菌落neutral petites:与正常大菌落的杂交后代全部为正常菌落，表现为单亲遗传。抑制性小菌落suppressive petites:与正常大菌落的杂交后代一些长成大菌落，一些

3、长成小菌落，且比例不定，有些甚至只形成小菌落，具有菌系特异性。现在学习的是第6页，共35页中性小菌落是细胞质遗传的证明小菌落酵母的细胞内缺少细胞色素a和b，还缺少细胞色素氧化酶，不能进行有氧呼吸；线粒体是细胞呼吸的代谢中心，细胞色素a和b，细胞色素氧化酶等也存在于线粒体中；推断这些小菌落的变异与线粒体有关。现在学习的是第7页，共35页a aa aAAa a正常正常A小菌落小菌落A/a正常正常（减数分裂）（减数分裂）子囊孢子子囊孢子 图图 中中性性小小菌菌落落与与正正常常菌菌落落杂杂交交 现在学习的是第8页，共35页正反交结果是否相同？正反交结果是否相同？现在学习的是第9页，共35页A正常正常

4、mt缺失缺失 mt核基因核基因A正正常常酵酵母母的的某某些些线线粒粒体体的的DNA具缺失突变具缺失突变nAn线线粒粒体体DNA发发生生缺缺失失，发发育育为为小菌落，可真实遗传小菌落，可真实遗传an交交配配型型a，正正常菌落常菌落Aa2n质、核都融合了质、核都融合了AAaa减减数数分分裂裂成成4个个子子囊囊孢孢子子，萌萌发发后后发育为发育为酵酵母母，线线粒粒体体随随机机分分配配到到各各子子囊囊孢子中孢子中正常菌落正常菌落 核基因核基因 2A：2a=1：1 正常分离正常分离当小菌落与正常的酵母杂交时，胞质融合，线粒体均复制，并随机分配到子囊孢子中，每个子囊菌都获得正常的线粒体，小菌落消失。现在学习

5、的是第10页，共35页2 2、红色面包霉的缓慢生长突变型的遗传、红色面包霉的缓慢生长突变型的遗传1952年 Marry Mitchell 分离到了一种红色面包霉中的“缓慢生长型”突变（poky，po），这种 poky 突变体生长迟缓，呼吸贫弱，这一性状跟酵母菌的小菌落一样，也是细胞质遗传的。现在学习的是第11页，共35页v在红色面包霉的生活史中，两种接合型都可以产生原子囊果和分生孢子。v原子囊果相当于一个卵细胞，它包括细胞核和细胞质两部分。v原子囊果可以被相对接合型的分生孢子授精，分生孢子在授精中只提供一个单倍体的细胞核。现在学习的是第12页，共35页粗糙链孢霉是子囊菌纲的真菌，野生型的菌丝呈

6、红色，且多生在淀粉质食物如面包上，所以又叫红色面包霉。现在学习的是第13页，共35页链链 孢孢 霉霉 的的 生生 活活 史史现在学习的是第14页，共35页2、红色面包霉的缓慢生长突变型的遗传生长缓慢突变型在幼嫩阶段不含细胞色素氧化酶a,b;由于细胞色素氧化酶的产生是与线粒体直接关联，且观察到突变型的线粒体结构不正常；推测有关基因存在于线粒体中。现在学习的是第15页，共35页这种poky突变体与野生型的正反交后代在表型上有明显的差异：正交：poky（）野生型（）poky突变型 反交：野生型（）poky（）全为野生型杂交中如果用poky突变体作为母本，缓慢生长特性可以一直传递下去。现在学习的是第1

7、6页，共35页正交：正交：Aa正常正常mt缺失缺失mt接接合合时时只只提提供供核核AAAAaaaa（+）（野生型）（野生型）（）（poky）子囊孢子从“+”接合型那里得到正常线粒体，全部野生型。核基因 A：a=1：1现在学习的是第17页，共35页（+）（poky）（）（）（野生型）（野生型）反交：反交：AaAAAAaaaa核基因核基因 A：a=1：1全部全部poky现在学习的是第18页，共35页二、线粒体遗传的分子基础二、线粒体遗传的分子基础（一）线粒体（一）线粒体DNADNA（mitochondrial DNA,mtDNA)mitochondrial DNA,mtDNA)的分子特点的分子特点

8、mtDNA是双链分子，是裸露的，主要呈环状，但也有线性的。与核DNA有明显不同。mtDNA与原核生物的DNA一样，没有重复序列；mtDNA的浮力密度比较低mtDNA的两条链的密度不同（重链 H链、轻链 L链）线粒体基因组大小变化较大。现在学习的是第19页，共35页现在学习的是第20页，共35页（二）（二）mtDNAmtDNA的遗传学特点的遗传学特点1、半自主性线粒体DNA能够编码自己的mRNA、rRNA和tRNA，合成一部分自身所需的蛋白质，线粒体的这一功能称为线粒体的半自主性。2、母系遗传（maternal inheritance）3、阈值效应突变型mtDNA的表达受细胞中线粒体的异质性水平

9、以及组织器官维持正常功能所需的最低能量影响，可产生不同的外显率和表现度。4、遗传密码的差异性5、突变率极高现在学习的是第21页，共35页线粒体生物合成依赖于核基因的证明：线粒体生物合成依赖于核基因的证明：啤酒酵母细胞色素氧化酶的生物合成实验啤酒酵母细胞色素氧化酶的生物合成实验现在学习的是第22页，共35页为什么线粒体遗传表现为母系遗传？为什么线粒体遗传表现为母系遗传？现在学习的是第23页，共35页（三）三）人类线粒体基因组的结构及其特点人类线粒体基因组的结构及其特点1.结构：16,569bp的cccDNA,能够编码13个蛋白质、2个rRNA和22个tRNA:mRNA:cytb、CO(3个)、A

10、TPase(2个)、NADH脱氢酶系（7）rRNA:16S和12StRNA:22个tRNA,作为转录产物加工的“标点符号”在tRNA前后为加工酶切位点 现在学习的是第24页，共35页2.2.特点：特点：基因组结构小、基因排列紧密，无内含子和极少调节序列；22个tRNA用于蛋白质的合成充分体现密码子的兼并性；基因组中4个密码子不同于核基因组的密码子。对称转录每条DNA各一个启动子，完全转录。基因转录产物mRNA无5-“帽”结构。现在学习的是第25页，共35页三、典型的线粒体遗传病三、典型的线粒体遗传病（一）Leber遗传性视神经病Leber遗传性视神经病（LHON）是以德国眼科医师Theodor

11、 Leber的名字命名的。该病是人类发现的第一种母系遗传的疾病。本病起病为急性或亚急性眼球后神经炎，导致双侧视神经萎缩和大片中心暗点而突然丧失视力，周围视力通常无损害。现在学习的是第26页，共35页现在学习的是第27页，共35页(二）mtDNA突变与氨基糖甙类抗生素致聋mtDNA12SrRNA基因1555位点AG的突变与这类耳聋有关，随后国内外的一些研究证实该突变导致机体对氨基糖甙类抗生素感性升高。AAID的发生是遗传因素和环境因素共同作用的结果。耳聋基因携带者仅在接触氨基甙类抗生素后才出现听力下降。现在学习的是第28页，共35页（三）MELAS综合征（线粒体脑肌症）MELAS综合征又称为线粒

12、体肌病脑病伴乳酸中毒及中风样发作综合征。又称为肌阵挛性癫痫伴碎红纤维病,是一种线粒体肌病，它除了具有破碎的肌红纤维和形态异常的线粒体外，还伴有失调的阵挛性癫痫（周期性抽搐）。本病有明显的母系遗传特点，患者的母系亲属常表现一定症状如脑电图异常、扩张性心肌病等。现在学习的是第29页，共35页现在学习的是第30页，共35页 80%90%的患者的mtDNA的tRNALys基因8344 bp AG突变；小部分病人是该基因的8356位存在TC突变。突变使tRNA结构改变，线粒体蛋白质合成受阻，产生了一系列MERRF特定的翻译产物，而几乎所有氧化磷酸化成分含量都减少。现在学习的是第31页，共35页 MERR

13、FMERRF综综合合征征家家族族成成员员mtDNAmtDNA通通常常为为杂杂质质性性，氧氧化化磷磷酸酸化酶水平会随年龄的增大而迅速降低。化酶水平会随年龄的增大而迅速降低。2020岁岁以以下下的的个个体体，其其mtDNAmtDNA突突变变达达95%95%时时才才会会出出现现MERRFMERRF症症状状，突突变变85%85%时时表表型型仍仍正正常常；60-7060-70岁岁的的人人mtDNAmtDNA突突变变在在63%63%时就表现中度异常，突变为时就表现中度异常，突变为85%85%时则表现严重症状。时则表现严重症状。现在学习的是第32页，共35页(四）Kearns-Sayre 综合征Kearns

14、-Sayre 综合征（KSS）又称为慢性进行性眼外肌麻痹。常见临床表现是进行性眼外肌麻痹和视网膜色素变性。还包括心肌传导功能异常、共济失调、耳聋、痴呆和糖尿病。现在学习的是第33页，共35页KSS mtDNAmtDNA的结构改变主要是大片段的缺失。的结构改变主要是大片段的缺失。的结构改变主要是大片段的缺失。的结构改变主要是大片段的缺失。缺失大多发生在重链与轻链的两个复制起始点之间。缺失大多发生在重链与轻链的两个复制起始点之间。缺失大多发生在重链与轻链的两个复制起始点之间。缺失大多发生在重链与轻链的两个复制起始点之间。由由于于缺缺失失丢丢掉掉了了许许多多基基因因，尤尤其其是是tRNAtRNA基基基基因因因因，因因因因此此此此患者都有不同程度的患者都有不同程度的患者都有不同程度的患者都有不同程度的mtDNAmtDNA蛋白合成缺陷。蛋白合成缺陷。蛋白合成缺陷。蛋白合成缺陷。有有有有约约约约三三三三分分分分之之之之一一一一的的的的KSS患患者者缺缺失失发发生生在在4977bp4977bp区区区区域域域域，该缺失在该缺失在该缺失在该缺失在ATP酶亚单位酶亚单位8 8和和和和NDND5 5基因存在断裂点。基因存在断裂点。基因存在断裂点。基因存在断裂点。现在学习的是第34页，共35页2022/10/5感谢大家观看现在学习的是第35页，共35页