遺傳學(xué)第四章 性別決定與伴性遺傳課件

第四章性別決定與伴性遺傳

第一節(jié)性別決定果蠅與人類(lèi)的區(qū)別染色體類(lèi)型果蠅人

XO雄性，不育女性，不育（Turner)XXY雌性，可育男性，不育(Klinefelter)XYY雄性，可育男性，可育（超雄）

XXX雌性（超雌）女性，育性下降人類(lèi)：有Y為男性，Y有強(qiáng)烈的雄性化作用。果蠅：X/A(常染色體的倍數(shù)）的比值，X/A=1為雌性，X/A=0.5為雄性，X/A>1為超雄，X/A<0.5為超雌，X/A=0.5~1為中間體。(2)ZW型：鳥(niǎo)類(lèi)、某些兩棲類(lèi)和爬行類(lèi)。雄性同配性別，雌性異配性別。

(3)XO型：蝗蟲(chóng)、蟋蟀和蟑螂。雌性為2n+XX，雄性為2n+X。(4)蜜蜂型：受精卵發(fā)育成蜂王（皇）及工蜂（2n=32），未受精卵發(fā)育成雄蜂（n=16）。

(5)植物的性別決定：大多屬于XY型，也有XO型或ZW型，也有單基因決定。噴瓜：由一個(gè)復(fù)等位基因決定，aD,a+及ad。aD對(duì)a+及ad顯性，a+對(duì)ad顯性。aDa+及aDad為雄性；a+a+和a+ad為雌雄同體；adad為雌性。第二節(jié)伴性遺傳(sex-linkedinheritance)

一、果蠅白眼遺傳P紅眼♀白眼♂

X+X+XXwYF1精子卵XwY

X+X+XwX+Y

紅眼♀紅眼♂白眼雄蠅與純種紅眼雌蠅雜交,子代不論雌、雄，都是紅眼P紅眼♀白眼♂

X+XwX

X+YF2精子X(jué)+Y

卵

X+X+X+X+Y

紅眼♀紅眼♂

XwX+XwXwY

紅眼♀白眼♂子一代紅眼雌蠅與紅眼雄蠅交配，子二代雌蠅全為紅眼，而雄蠅中，紅眼和白眼各占一半

白眼♀紅眼♂

XwXwXX+Y

精子X(jué)+

Y

卵

XwX+XwXwY

紅眼♀白眼♂白眼雌蠅與紅眼雄蠅交配，下代雌蠅是紅眼，雄蠅是白眼，出現(xiàn)絞花遺傳方式Morgan工作的意義第一次將一個(gè)特定的基因與一個(gè)特定的染色體聯(lián)系起來(lái)伴性遺傳(sex-linkedinheritance)，也可改稱(chēng)為X連鎖遺傳(X-linkedinheritance)二、伴性遺傳的特征1、與性別有關(guān)2、交叉遺傳（絞花遺傳）(criss-crossinheritance)3、隔代遺傳三、人的X-連鎖遺傳?。耗壳耙阎说腦伴性遺傳性狀及遺傳病共有368種。常見(jiàn)遺傳病有：歐洲皇室病維多利亞女王和她的表哥一共生下了9個(gè)孩子，四男五女，4個(gè)男孩子有3個(gè)患有遺傳病——血友病，都短命早夭。5位公主卻都美麗健康，也像她們的母親一樣聰明，先后嫁到了西班牙、俄國(guó)和歐洲的其他王室。維多利亞女王的兩個(gè)女兒，次女艾麗斯公主和幼女貝亞特麗絲公主是血友病基因帶原者。艾麗斯公主嫁給德國(guó)黑森和萊茵大公家族，有6個(gè)女兒和2個(gè)兒子，她的次子腓特烈·威廉是血友病患者，3歲時(shí)由住家高處摔下去世；三女伊蓮妮和四女阿莉克絲是基因帶原者。伊蓮妮娜嫁給德皇威廉二世的弟弟海因里希親王，生有三個(gè)兒子，長(zhǎng)子瓦爾德馬和幼子海因里希是血友病患者，分別在56歲和4歲時(shí)去世。阿莉克絲嫁給俄國(guó)沙皇尼古拉二世，生有四女一子，獨(dú)子阿列克謝是血友病患者，四個(gè)女兒在成婚前即被布爾什維克殺害，因此無(wú)法推斷血友病遺傳情況。古代猶太人：割禮有一位猶太婦女生下一個(gè)男嬰，她憂慮地等待著命運(yùn)的裁決。因她的前一個(gè)男孩行割禮儀式后嚴(yán)重流血而死。這種惡運(yùn)是否還會(huì)降臨到這個(gè)男孩身上呢？正在焦慮之時(shí)，教士宣布免除這個(gè)孩子的割禮。原來(lái)在公元2世紀(jì)的猶太教法典中，有一條教規(guī)規(guī)定，在行割禮手術(shù)后發(fā)生大量流血而引起死亡的家庭中，同母男嬰都免除環(huán)割手術(shù)。該條款對(duì)死亡男嬰的姨表兄弟也同樣有效，但該豁免條款不適于同父異母兄弟。同父異母兄弟仍接正常人處理。這證明猶太人在一千七百多年前就得知這種病是從母親及其家屬帶來(lái)，并傳給兒子的。所以姨母?jìng)円矔?huì)把這種遺傳病帶給姨表兄弟。而此種病與父親無(wú)關(guān)。四、ZW型伴性遺傳48Ｙ染色體連鎖遺傳：人類(lèi)耳道長(zhǎng)毛，基因位于Ｙ染色體上。XYＭXXXXYＭXXXYＭX父本XYＭ母本XX父親傳遞給兒子，女兒不表現(xiàn)性狀，兒子耳道全長(zhǎng)毛。五、限性遺傳：是一種常染色體遺傳病，但只限于一種性別受累。如男性性早熟（AD），女性陰道積水（AR）等。與伴性遺傳的區(qū)別：不表現(xiàn)隔代遺傳，每代都可能出現(xiàn)。六、偏（從）性遺傳：同樣是一種常染色體遺傳。但在兩性中得到表現(xiàn)程度和頻率不同。如早禿（AD）植物的伴性遺傳

幾種雄性異配性別的植物

物種 常染色體數(shù)♀ ♂大麻(Cannabissativa) 20 XX XY

茜草(Humuluslupulus) 20 XX XY

酸模(Rumexanglocarpus) 14 XX XY

女婁菜(Melandriumalbum)22 XX XY 白剪秋蘿的伴性遺傳

P

♀寬葉

×窄葉♂

XBXBXbYF1

寬葉

×寬葉

XB

Xb

XBYF2

寬葉寬葉寬葉窄葉

XBXBXBXbXBYXbY♀♀♂♂

鳥(niǎo)類(lèi)的伴性遺傳

P♂

非蘆花

×蘆花♀F1♂蘆花

×非蘆花♀F2

蘆花非蘆花蘆花非蘆花

♂♂♀♀

雞羽色的伴性遺傳第三節(jié)遺傳的染色體學(xué)說(shuō)（chromosometheoryofinheritance）的直接證明

布里吉斯（Bridges,C）發(fā)現(xiàn)X染色體的不分離現(xiàn)象

P白眼♀

×

紅眼♂

(XwXw)

(X+Y)

紅眼♀白眼♂紅眼不育♂

白眼♀×紅眼♂正常初級(jí)例外

(X+Y)

紅眼♀白眼♂紅眼可育♂白眼♀

96％正常4％次級(jí)例外

圖2-19果蠅眼色遺傳的初級(jí)例外和次級(jí)例外

布里吉斯的模型比其它模型更具有說(shuō)服力：1、初級(jí)后代的細(xì)胞學(xué)研究表明雌性為XXY，雄性為XO，證實(shí)了布里吉斯的推論，2、次級(jí)后代的細(xì)胞學(xué)研究表明雌性為XXY，雄性為XY，和推理相符。3、例外白眼雌蠅的紅眼女兒一半為XXY，一半為XX，和鏡檢結(jié)果一致。4、例外白眼雌蠅的白眼兒子中也將產(chǎn)生例外的后代，這些白眼兒子都是XYY，此也同樣得到了證實(shí)。

布里吉斯的實(shí)驗(yàn)最終將W/W+基因定位在X染色體上，為遺傳的染色體學(xué)說(shuō)提供了有力而直接的證據(jù)，使遺傳學(xué)向前邁出了重要的一步。第四節(jié)表觀遺傳調(diào)控劑量補(bǔ)償效應(yīng)基因組印跡其它表觀遺傳調(diào)控的方式66

孟德?tīng)栠z傳規(guī)律的例外

孟德?tīng)栠z傳規(guī)律認(rèn)為不管遺傳物質(zhì)來(lái)自雙親的哪一方，都具有相同的表型效應(yīng)。但是，有些遺傳現(xiàn)象是例外的——

馬騾和驢騾Today:GenomicImprintingandEpigenetics68

□人類(lèi)的PWS和AS綜合征○不同的癥狀：

PWS智力低下，過(guò)度肥胖，身材矮小，小手小足…AS特殊面容，大嘴呆笑，步態(tài)不穩(wěn)，智力低下…○相同的原因

15號(hào)染色體長(zhǎng)臂15q11—q13有微小缺失

○不同的原因

PWS患者缺失的15號(hào)染色體來(lái)自父親，即缺少父源15號(hào)染色體缺失片段上的基因。

AS患者缺失的15號(hào)染色體來(lái)自母親，即缺少母源15號(hào)染色體缺失片段上的基因。Prader-WilliAngelmanThesetwoverydifferentsyndromesarecausedbythesamedeletion70

用人工單性生殖的小鼠胚胎，一是全套染色體來(lái)自雄性親本，另一是全套染色體來(lái)自雌性親本，這兩種胚胎均在胚胎期死亡。亨廷頓病是一種常染色體顯性遺傳病，致病基因HD來(lái)自父親，則發(fā)病年齡??；致病基因HD來(lái)自母親，則發(fā)病年齡大?！鲜鼋Y(jié)果表明，父系基因組和母系基因組含有胚胎發(fā)育所需的不同信息，小鼠胚胎的正常發(fā)育需要分別來(lái)自雙親的一套染色體。

IdenticalTwinswithDifferentHairColorMosaicism:

AnIndividualwithTwoDifferentEyeColors“Diego”Mosaicism:

AnIndividualEyewithTwoColorsCoatColorsofGeneticallyIdenticalAgoutiMiceLiterMatesEnvironmentcanInfluenceEpigeneticChangesEmmaWhitelaw,HenryStewartTalksHongerwinter1944German’sblockedfoodtotheDutchinthewinterof1944.Calorieconsumptiondroppedfrom2,000to500perdayfor4.5million.Childrenbornorraisedinthistimeweresmall,shortinstatureandhadmanydiseasesincluding,edema,anemia,diabetesanddepression.TheDutchFamineBirthCohortstudyshowedthatwomenlivingduringthistimehadchildren20-30yearslaterwiththesameproblemsdespitebeingconceivedandbornduringanormaldietarystate.Epigenetics:

Lamarckwasright?Sortof…Imagefrom:HistoryofEpigeneticsDiscoveredbyPaulKammerer,alamarckianevolutionist,inthe1920s.Themidwifetoadexperimentwascontroversialandsoonfoundtohavebeenfraudulent.Recentreviewofhis

experimenthasshownittobepossible.C.H.Waddington80

表觀遺傳變異

基因結(jié)構(gòu)的改變會(huì)導(dǎo)致表型的改變，這種變異是可以遺傳的。新的發(fā)現(xiàn)表明，在基因DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)可發(fā)生可遺傳的變化，這種變化同樣導(dǎo)致表型的改變，這種改變稱(chēng)為表觀遺傳變異（epigeneticsvariation）。X染色體失活和基因組印跡都是表觀遺傳變異，此外還有DNA甲基化、RNA編輯等，這些變異的遺傳不符合孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律。劑量補(bǔ)償效應(yīng)一Barr小體1949年由Barr發(fā)現(xiàn)二劑量補(bǔ)償效應(yīng)

1概念：

2補(bǔ)償?shù)目赡茴?lèi)型：（1）♀性與♂性X染色體基因轉(zhuǎn)錄速度不同；（2）♀性?xún)蓷lX失活一條，♀♂都只有一條X有活性。三Lyon（萊昂）學(xué)說(shuō)

1要點(diǎn)：P7682圖6-6X染色體隨機(jī)失活83

圖6-7巴氏小體84

劑量補(bǔ)償——雌性哺乳動(dòng)物一條X染色體異染色質(zhì)化（失活），只有一條X染色體具有活性，使雌雄動(dòng)物雖然X染色體數(shù)目不同但基因產(chǎn)物的劑量是平衡的。

補(bǔ)償方式哺乳動(dòng)物X染色體隨機(jī)失活或父源X染色體失活有袋動(dòng)物父源X染色體失活黑腹果蠅雄性個(gè)體X染色體基因表達(dá)水平加倍秀麗線蟲(chóng)雌性個(gè)體兩條X染色體基因表達(dá)水平減半萊昂假說(shuō)（Lyonhypothesiis）：（1）巴爾小體是一個(gè)失活的X染色體，失活的過(guò)程就稱(chēng)為萊昂化（lyonization）；（2）在哺乳動(dòng)物中，雌雄個(gè)體細(xì)胞中的兩個(gè)X染色體中有一個(gè)X染色體在受精后的第16天（受精卵增殖到5000-6000，植入子宮壁時(shí)）失活；（3）兩條X染色體中哪一條失活是隨機(jī)的；（4）X染色體失活后，細(xì)胞繼續(xù)分裂形成的克隆中，此條染色體都是失活的；（5）生殖細(xì)胞形成時(shí)失活的X染色體可得到恢復(fù)的。

1974年Lyon又提出了新萊昂假說(shuō)，認(rèn)為X染色體的失活是部分片段的失活。2Lyon假說(shuō)的證據(jù)（1）玳瑁貓毛色遺傳玳瑁貓：毛色具黑色與黃色斑塊；總是雌性XO：黃色；Xo：黑色XO失活部位呈黑色XOXo♀同一個(gè)體出現(xiàn)黃、黑斑塊

Xo失活部位呈黃色單個(gè)細(xì)胞→組織培養(yǎng)→電泳單個(gè)細(xì)胞→組織培養(yǎng)→電泳（2）6-PGD雜合體細(xì)胞電泳實(shí)驗(yàn)

GdA/GdB多個(gè)細(xì)胞→組織培養(yǎng)→電泳87圖6-8毛色鑲嵌小鼠的成因88

三、X染色體失活的機(jī)制

X染色體上都存在與失活有關(guān)的Xic(X染色體失活中心)位點(diǎn)，Xic位點(diǎn)的丟失會(huì)影響萊昂化，胚胎不能存活。

X染色體失活分起始、維持、擴(kuò)散3個(gè)階段。

X染色體失活只是部分失活，在失活染色體的Xic位點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)有活性的基因（XIST）。89圖6-10Xic的失活作用90

圖6-11XIST基因的表達(dá)91

來(lái)自父母雙方的同源染色體或等位基因存在著功能上的差異，子代中來(lái)自不同性別親本的同一染色體或基因，當(dāng)發(fā)生改變時(shí)可以引起不同的表型，這種現(xiàn)象稱(chēng)為基因組印跡?；蚪M印跡的概念也可以理解為，基因組在傳遞信息的過(guò)程中對(duì)基因或DNA片段打下標(biāo)識(shí)、烙印的過(guò)程。如果母源染色體的基因被印跡，則父源染色體上的等位基因得到表達(dá)；如果父源染色體的基因被印跡，則母源染色體上的等位基因得到表達(dá)?；蚪M印跡不服從孟德?tīng)柖桑且环N典型的非孟德?tīng)栠z傳?；蚪M印跡（基因組印記）92

小鼠的類(lèi)胰島素生長(zhǎng)因子2(Igf-2)印跡基因

Igf-2突變?yōu)镮gf-2m將失去原有的影響動(dòng)物生長(zhǎng)的功能，導(dǎo)致可能產(chǎn)生矮小型小鼠，能否產(chǎn)生矮小型小鼠，則取決于Igf-2m的印跡情況

○正反交試驗(yàn)

♂Igf-2/Igf-2×♀Igf-2m/Igf-2m ↓Igf-2/Igf-2m▲

母源的Igf-2m被印跡，父源的Igf-2表達(dá)，后代為正常小鼠93

♂Igf-2m/Igf-2m

×♀Igf-2/Igf-2 ↓Igf-2▲/Igf-2m

母源的Igf-2被印跡，父源的Igf-2m表達(dá)，后代為矮小型小鼠。試驗(yàn)結(jié)果表明：正反交結(jié)果不一樣；都是母源的基因被印跡，是一種母系印跡；被印跡的基因表達(dá)受抑制，失去生物學(xué)功能。94

○基因的印跡過(guò)程的三個(gè)階段

建立階段——上例母系印跡，印跡在卵子形成過(guò)程中建立。維持階段——在胚胎和個(gè)體的體細(xì)胞中，來(lái)自母系的基因繼續(xù)維持被印跡的狀態(tài)，父源的等位基因得到表達(dá)。抹除與重建階段——發(fā)生在配子形成的過(guò)程中95圖

基因印跡過(guò)程的三個(gè)階段96基因印跡的機(jī)制配子在形成過(guò)程中被打上標(biāo)記DNA的甲基化，阻止基因的轉(zhuǎn)錄低甲基化或不甲基化：轉(zhuǎn)錄活躍的基因高度甲基化：不表達(dá)的基因WhatisImprinting?Imprintedchromosomesare“marked”

ImprintingdiffersinspermandeggImprintingturnsoffspecificgenesImprintingdoesnotchangethenucleotidesequenceCH3CH3Think-Pair-Share/

reviewfromlastsemesterHypothesizesomewaysthattheDNAisimprinted?FormativeAssessment;Bloom’sSynthesis(3/4)DNAcanbeMethylatedoncytosineresiduesGeneexpressionactiveGeneexpressioninactive-CH3(METHYLgroup)GeneAPaternalGeneAMaternalXCH3CH3XCH3CH3MendelianImprintedAmutationinGeneAmaycauseachangeinphenotypewhen:DominantRecessiveMaternallyimprintedPaternallyimprinted1.Thematernalcopyismutated2.Thepaternalcopyismutated3.WhenbothcopiesaremutatedWithyourclicker,pressAfor“yes”andBfor“no”YesYesYesNoNoYesNoYesYesYesNoYesFormativeAssessment;Recall;Bloom’s1FormativeAssessment;Analyze;Bloom’s3/4MutationMutationMutationMethylationChangesDuringDevelopmentMarisaBartolomei,HenryStewartTalksDemethylationofthePaternalGenomeAdrienBird,HenryStewartTalksMethylationChangesDuringDevelopmentPaulaVertino,HenryStewartTalksMethylationChangesDuringDevelopmentPaulaVertino,HenryStewartTalksMethylationChangesDuringDevelopmentPaulaVertino,HenryStewartTalks106圖6-15甲基化導(dǎo)致基因組印跡Composea1minuteessaythatexplainsthebasisforthedifferencebetweenPrader-WilliandAngelman.Formativeassessment;Bloom’slevelAnalysis3108圖6-14基因組印跡的轉(zhuǎn)變109

四、基因組印跡○印跡基因廣泛分布在基因組中，人類(lèi)基因組約有100-200個(gè)印跡基因。目前研究教為深入的是小鼠印跡基因。110圖

小鼠的印跡基因Homework:TofurtherassessyourunderstandingofMendelianinheritanceversusinheritanceofimprintedgenesIsthisdiseasedominant?Whyorwhynot?Isthisdiseaserecessive?Whyorwhynot?Canthediseasebeinheritedfromthepaternalside?Canthediseasebeinheritedfromthematernalside?DoesthisshowMendelianinheritance?Defineimprintinginyourownwords.Lookatthefollowingpedigreeandanswerthequestionsbelow.TranscriptionEpigeneticSilencing第五節(jié)人類(lèi)性別畸形114人類(lèi)的性別決定和性別畸形人的性別由Y染色體決定，Y染色體上有一特定區(qū)段，稱(chēng)為性決定基因SRY，產(chǎn)生睪丸決定因子。正常男性XY，有性決定基因SRY，產(chǎn)生睪丸。正常女性XX，無(wú)性決定基因SRY，不產(chǎn)生睪丸，產(chǎn)生卵巢。當(dāng)性染色體數(shù)目異?；蛐詻Q定基因SRY異常，會(huì)導(dǎo)致性別畸形。SRYSRY基因人SRY基因位于Yp11.3，只含有一個(gè)外顯子，沒(méi)有內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄單位長(zhǎng)約1.1kb，編碼一個(gè)204氨基酸的蛋白質(zhì)。由于SRY蛋白含有一個(gè)典型的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域：高泳動(dòng)類(lèi)非組蛋白（highmobilitygroup，HMG）盒基序，類(lèi)似于已知的轉(zhuǎn)錄因子，所以推測(cè)SRY編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。SRY的HMG域以一種序列特異的方式與DNA相結(jié)合，在雙螺旋結(jié)構(gòu)中引入一個(gè)尖銳的轉(zhuǎn)折。Klinefelter綜合征：有一個(gè)Bar