在生物界，不论是原核生物，还是真核生物，都发生各种可遗传变异，而这些变异分为3大类：基因重组（包括自由组合和连锁交换）、染色体变异和基因突变，其中染色体变异又分为染色体结构变异和染色体数目变异。
所谓染色体畸变（chromosome aberration or chromosome variation）是指染色体结构变异和数目变异的合称。
第一节 染色体结构变异
据研究，在自然条件下，光照、温度、生理等异常的变化，都有可能使染色体断裂为各种片段。如果人为地用某些物理因素（如紫外线、X射线、γ射线、中子等）或化学药剂处理细胞，染色体断裂的频率还会大大增加。自从1927年发现电离辐射能使染色体发生结构变异之后，又发现了各种各样的染色体结构变异，归纳为4大类：缺失、重复、倒位、易位。
一、缺失
1．缺失的类型
缺失（deficiency）是指染色体的某一区段丢失了。它是1917年Bridges首先发现的。他在培养的野生型果蝇中偶然发现一只翅膀边缘有缺刻的雌蝇。研究证明，它的产生是由于果蝇X染色体上一小段包括红眼基因在内的染色体缺失。
染色体缺失的区段若是某臂的外端，称为顶端缺失（terminal deficiency），这种情况比较少见；染色体缺失的区段若是某臂的内段，则称为中间缺失（interstitial deficiency）。如某染色体各区段的正常直线顺序是ab·cdef（·代表着丝粒），缺失“ef”区段就成为顶端缺失染色体； 缺失“cd”区段就成为中间缺失染色体。缺失的“ef”或“cd”区段无着丝粒，称为断片（fragment）。
（1）顶端缺失：染色体在缺失了某臂的外端之后，就在该臂上留下断头。某染色体没有愈合的断头若同缺失的顶端断片重接，重建的染色体仍是单着丝粒的，可以是稳定的染色体，也能遗传下去。若有断头的染色体同另一个有着丝粒的染色体断头重接，就成为双着丝粒染色体（dicentric chromosome），它在细胞分裂的后期受两个着丝粒向相反两极移动所产生的拉力所折断，再次造成结构的变异而不能稳定。若顶端缺失染色体的两个姊妹染色单体在断头上彼此融合，则形成不稳定的双着丝粒染色体，在下次细胞分裂时，在任意位点发生断裂，又出现了新的顶端缺失和其他染色体结构变异，这就是“断裂-融合-桥”循环。
（2）中间缺失：染色体没有断头外露，比较稳定，此类缺失常见。染色体也可能缺失一个整臂，成为端着丝粒染色体（telocentric chromosome）。若体细胞内的一对染色体一条是正常，另一条缺失，该个体称为缺失杂合体（deficiency heterozygote）；若一对染色体都是同一位置的缺失，该个体为缺失纯合体（deficiency homozygote）。
2．缺失的鉴定
细胞内发生过染色体的缺失是不太容易鉴定的。在最初发生缺失的细胞进行分裂时，一般都可以见到遗弃在细胞质里无着丝粒的染色体断片。该细胞经多次分裂后，断片逐渐在子细胞内消失。
如果中间缺失的染色体区段较长，在缺失杂合体的粗线期，正常染色体与缺失染色体所联会的二价体，常会出现环形或瘤形突出（图8-3）。这个环是正常染色体的无配对区段被排挤出来形成的。
细胞学鉴定顶端缺失和微小的中间缺失是比较困难的。倘若顶端缺失的区段较长，缺失杂合体形成的二价体常出现非姊妹染色单体的末端长短不等的现象。
3．缺失的遗传学效应
（1）生活力降低：染色体的某一区段缺失后，缺失染色体自然丢失了许多基因，它必然影响到生物体的生长和发育；其有害程度因缺失区段长短及基因的重要性而不同。缺失纯合体通常是难以存活，缺失杂合体的生活力也很差。含缺失染色体的雄配子是不育的，含缺失染色体的胚囊能成活，因此，缺失染色体主要是通过雌配子而遗传。
（2）假显性（pseudodominance）现象：它是指染色体发生缺失后，在杂合体中，隐性基因得以显现的现象。如玉米植株颜色有关的一对基因Pl（紫色）和pl（绿色）在第6染色体长臂的外段。紫株玉米（Pl Pl）与绿株（pl pl）杂交的F1植株（Pl pl）应该都是紫色的。有人用经过X射线照射的紫株玉米的花粉给绿株玉米授粉杂交，734株F1幼苗中意外地出现2株绿苗。对这两株进行细胞学检查，发现花粉带给F1的那个载有Pl基因的第6染色体缺失了长臂的外段，Pl基因随着缺失的区段丢失了，于是另一个正常染色体上的pl基因显示了它的作用。
（3）改变基因间的连锁强度：发生染色体中间缺失后，再经各种方式交配，可形成缺失纯合体，而缺失之外的基因相互连接起来，使相距较远的基因连锁强度增强，交换率下降。
（4）人类染色体缺失显示了严重的遗传病：如果缺失的区段较小，对个体生活力损伤不严重时，存活下来的含缺失染色体的个体，常表现各种临床症状。如人类中第5染色体短臂缺失的个体（5p–），称为猫叫综合征（图8-5），该个体生活力差，智力低下，面部小，最明显的特征是患儿哭声轻，音调高，常发出咪咪声，通常在婴儿期和幼儿期夭折。另外人类第4、13、18染色体的杂合缺失也都伴有生理和智力上的缺陷。
4．缺失的应用——基因定位
利用缺失造成的假显性现象，可进行基因定位。在玉米紫株基因Pl缺失的条件下，其隐性等位基因p1处于半杂合状态（hemizygous condition），使绿色隐性性状得以表现，从而确定该隐性基因（p1）的位置。这种基因定位的方法是：首先使载有显性基因的染色体发生缺失，让它的隐性等位基因有可能表现假显性；其次对表现假显性现象的个体进行细胞学鉴定，发现某染色体缺失了某一区段，就说明该显性基因及其等位的隐性基因位于该染色体的缺失区段上。
二、重复
1．重复的类别
重复（duplication）是指某条染色体多了自身的某一区段。
重复一般分为顺接重复（tandem duplication）和反接重复（reverse duplication）两大类。顺接重复是指重复的区段内基因顺序同原染色体上的正常顺序相同。反接重复则是指重复的区段内基因顺序与原染色体上的正常顺序相反。如某染色体各区段的正常基因顺序是a b·c d e f ，倘若“c d”区段重复了，顺接重复染色体上的基因顺序是a b·c d cd e f，反接重复染色体上的基因顺序是a b·c d d c e f 。重复区段内不能有着丝粒。如果着丝粒所在的区段重复了，重复染色体就变成双着丝粒染色体，就会继续发生结构变异（断裂-融合-桥循环），很难稳定成型。
重复和缺失总是伴随出现
2．重复的鉴定
检查重复染色体仍可采用重复杂合体联会图象。倘若重复的区段较长，重复染色体在和正常染色体联会时，重复区段就会被排挤出来，成为二价体的一个突出的环（图8-7）。倘若重复区段极短，联会时重复染色体区段可能收缩一点，正常染色体在相对的区段可能伸张一点，于是二价体就不会有环或瘤突出，镜检时就很难察觉是否发生过重复了。果蝇的唾液腺染色体是直接检查缺失和重复的最好材料。
一旦在显微镜下观察到染色体联会成环，可采用以下方法将缺失和重复分开：
（1）利用联会后染色体长度进行比较：若某个二价体上有环状突起，但长度与正常染色体相等，必为重复环；若染色体已缩短，必为缺失环。
（2）利用多线染色体上的带纹进行比较：若某条联会的染色体有环状突起，但带纹数与正常相比不变，此环为重复环；若有环的染色体带纹数减少了，则表明该染色体发生了缺失。
3．重复的遗传学效应
（1）剂量效应（dosage effect）：重复对表现型的影响主要是扰乱了基因的固有平衡体系，呈现出随着基因数目的增加，表型效应发生改变的现象。因为重复区段上的基因在重复杂合体的细胞内是3个，在重复纯合体的细胞内是4个，改变了生物在进化过程中长期适应了的成对基因的平衡关系，因而出现某些意想不到的后果。如果蝇的棒眼遗传，野生型果蝇的每个复眼大约由780个左右的红色小眼所组成。若果蝇X染色体的16区A段因不等交换而重复了，则小眼数量显著减少，重复杂合体的红色小眼数只有358个左右，不到野生型的红色小眼数的一半，这些红色小眼聚集在复眼当中，好象一根凹凸不平的粗棍棒。重复纯合体的红色小眼数更少，只有68个左右，是野生型红色小眼数的1/11。
（2）位置效应（position effect）：对果蝇棒眼的深入研究，设以“b” 代表一个16区A段，以“B”代表两个16区A段，则“Bb”是3个16区A段。一个基因型为B/B的雌蝇和一个Bb/b的雌蝇的16区A段数同样是4个，然面前者的红色小眼数有68个左右，后者的红色小眼数却只有45个左右。出现这种差异是因为基因型为B/B的雌蝇的4个16区A段平均分配在两个染色体上，而基因型为Bb/b的雌蝇的4个16区A段之中有3段在一个X染色体上，在另一个染色体上只有一段。这是说，染色体上重复区段的位置不同，表现型的效应也不同，这种现象称为位置效应。
4．重复在生物进化中的应用
重复虽对生物的生活力影响不大，但在生物进化中却有非常重要的意义。因为重复所增加的片段很可能有独特的功能，可能更适应环境的变化，有利于生物的生存。现已知，在真核生物中，有许多重复序列，特别是中度重复序列，大都是与蛋白质合成有关的DNA序列。可推测这些重复序列很可能是由染色体多次重复形成的。
