遺傳學(xué)第四章--性別決定與伴性遺傳

1、第四章 性別決定與伴性遺傳,第一節(jié) 性別決定,性染色體（sex-chromosomes)性染色體以外的染色體稱為常染色體（autosomes）2.性別由性染色體差異決定---性別決定的類型 (1)XY型：包括人在內(nèi)的哺乳動物，某些昆蟲和魚類等。 同配性別(heterogametic sex)：只產(chǎn)生一種配子的性別（XX） 異配性別(homogametic sex) ：可產(chǎn)生兩種配子的性別（XY）,果蠅與人類

2、的區(qū)別 染色體類型 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：有Y為男性，Y有強烈的雄性化

3、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：鳥類、某些兩棲類和爬行類。 雄性同配性別，雌性異配性別。 (3)XO型：蝗蟲、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

4、決定：大多屬于XY型，也有XO型或ZW型，也有單基因決定。,噴瓜：由一個復(fù)等位基因決定，aD,a+及ad。aD對a+及ad顯性，a+對ad顯性。 aDa+及aDad為雄性；a+a+和a+ad為雌雄同體；adad為雌性。,5. 位置,第二節(jié) 伴性遺傳 (sex-linked inheritance),性染色體上的基因的遺傳方式有一個特點, 就是與性別相聯(lián)系, 這種遺傳方式稱為伴性遺傳 (sex-linked inheritance),

5、一、果蠅白眼遺傳,P 紅眼♀ 白眼♂ X+X+ X XwYF1 精子 卵 Xw Y X+ X+ Xw X+ 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

6、眼,,,,P 紅眼♀ 白眼♂ X+Xw X X+ YF2 精子 X+ Y 卵 X+ X+ X+ X+ Y 紅眼♀ 紅眼♂ Xw X+ Xw Xw Y

7、 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,,,,,,F1 紅眼♀ 白眼♂ X+Xw X Xw YF2 精子 Xw Y 卵 X+ X+ Xw

8、 X+ Y 紅眼♀ 紅眼♂ Xw Xw Xw Xw Y 白眼♀ 白眼♂白眼雄蠅與子一代紅眼雌蠅交配，下代雌蠅和雄蠅中，紅眼和白眼各占一半,,,,,白眼♀ 紅眼♂ Xw Xw X X+ Y 精子

9、 X+ Y 卵 Xw X+ Xw Xw Y 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,第一次將一個特定的基因與一個特定的染色體聯(lián)系起來伴性遺傳 (sex-linked inheritance)，也可改稱為X連鎖

10、遺傳(X-linked inheritance),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-cross inheritance)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個孩子，四男五女，4個男孩子有3個患有遺傳病——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

11、樣聰明，先后嫁到了西班牙、俄國和歐洲的其他王室。維多利亞女王的兩個女兒，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黑森和萊茵大公家族，有6個女兒和2個兒子，她的次子腓特烈·威廉是血友病患者，3歲時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，生有三個兒子，長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歲時去世。阿莉克絲嫁給俄國沙皇

12、尼古拉二世，生有四女一子，獨子阿列克謝是血友病患者，四個女兒在成婚前即被布爾什維克殺害，因此無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男嬰，她憂慮地等待著命運的裁決。因她的前一個男孩行割禮儀式后嚴重流血而死。這種惡運是否還會降臨到這個男孩身上呢？正在焦慮之時，教士宣布免除這個孩子的割禮。原來在公元2世紀的猶太教法典中，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)。該條款對死

13、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，并傳給兒子的。所以姨母們也會把這種遺傳病帶給姨表兄弟。而此種病與父親無關(guān)。,四、ZW型伴性遺傳,48,Ｙ染色體連鎖遺傳：人類耳道長毛，基因位于Ｙ染色體上。,,父本XYＭ,母本X X,父親傳遞給兒子，女兒不表現(xiàn)性狀，兒子耳道全長毛。,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。

14、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(Cannabis sativa) 20XXXY 茜草(Hum

15、ulus lupulus)20XXXY 酸模(Rumex anglocarpus)14XXXY 女婁菜(Melandrium album)22XXXY,白剪秋蘿的伴性遺傳,P ♀寬葉 × 窄葉♂ XBXB XbY F

16、1 寬葉 × 寬葉 XB Xb XBY F2 寬葉 寬葉 寬葉 窄葉 XBXB XBXb XBY XbY ♀ ♀ ♂

17、 ♂,鳥類的伴性遺傳,P ♂ 非蘆花 × 蘆花 ♀ F1 ♂蘆花 × 非蘆花♀ F2 蘆花 非蘆花 蘆花 非蘆花 ♂ ♂ ♀ ♀

18、 雞羽色的伴性遺傳,第三節(jié) 遺傳的染色體學(xué)說（chromosome theory of inheritance）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♂ (Xw Xw ) (X+Y)

19、 紅眼♀ 白眼♂ 紅眼不育♂ 白眼♀×紅眼♂ 正常 初級例外 (X+Y) 紅眼♀ 白眼♂ 紅眼可育♂ 白眼♀ 96

20、％正常 4％次級例外 圖2-19果蠅眼色遺傳的初級例外和次級例外,,,,,,,,,,,,,布里吉斯的模型比其它模型更具有說服力：1、初級后代的細胞學(xué)研究表明雌性為XXY，雄性為XO，證實了布里吉斯的推論，2、次級后代的細胞學(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

21、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。,布里吉斯的實驗最終將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,劑量補償效應(yīng)基因組印跡其它表觀遺傳調(diào)控的方式,66,,孟德爾遺傳規(guī)律的例外 孟德爾遺傳規(guī)律認為不管遺傳物質(zhì)來自雙親的哪一方，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: Genomic

22、 Imprinting and Epigenetics,68,,□ 人類的PWS和AS綜合征 ○ 不同的癥狀： PWS 智力低下，過度肥胖，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號染色體長臂15q11— q13有微小缺失 ○ 不同的原因 PWS 患者缺失的15號染色體來自父親，即缺少

23、父源15號染色體缺失片段上的基因。 AS 患者缺失的15號染色體來自母親，即缺少母源15號染色體缺失片段上的基因。,Prader-Willi,Angelman,These two very different syndromes are caused by the same deletion,70,用人工單性生殖的小鼠胚胎，一是全套染色體來自雄性親本，另一是全套染色體來自雌性親本，這兩種胚胎均在胚胎期死亡。

24、 亨廷頓病是一種常染色體顯性遺傳病，致病基因HD來自父親，則發(fā)病年齡??；致病基因HD來自母親，則發(fā)病年齡大?！?上述結(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)育需要分別來自雙親的一套染色體。,Identical Twins with Different Hair Color,Mosaicism:An Individual with Two Different Eye Colors,,

25、“Diego”,Mosaicism:An Individual Eye with Two Colors,Coat Colors of Genetically Identical Agouti Mice Liter Mates,Environment can Influence Epigenetic Changes,Emma Whitelaw, Henry Stewart Talks,Hongerwinter 1944,German’s

26、 blocked food to the Dutch in the winter of 1944.Calorie consumption dropped from 2,000 to 500 per day for 4.5 million.Children born or raised in this time were small, short in stature and had many diseases including,

27、edema, anemia, diabetes and depression.The Dutch Famine Birth Cohort study showed that women living during this time had children 20-30 years later with the same problems despite being conceived and born during a normal

28、 dietary state.,Epigenetics: http://www.pbs.org/wgbh/nova/sciencenow/3411/02.html,Lamarck was right? Sort of…,Image from: http://www.sparknotes.com/biology/evolution/lamarck/section2.rhtml,History of Epigenetics,Discov

29、ered by Paul Kammerer, a lamarckian evolutionist, in the 1920s.The midwife toad experiment was controversial and soon found to have been fraudulent. Recent review of his experiment has shown it to be possible.,,C.

30、H. Waddington,80,,表觀遺傳變異 基因結(jié)構(gòu)的改變會導(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，這種改變稱為表觀遺傳變異（epigenetics variation）。 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爾的遺傳規(guī)律。,劑量補

31、償效應(yīng),一 Barr小體 1949年由Barr發(fā)現(xiàn)二 劑量補償效應(yīng) 1 概念： 2 補償?shù)目赡茴愋停?（1）♀性與♂性 X 染色體基因轉(zhuǎn)錄速度不同； （2）♀性兩條X失活一條，♀♂都只有一條X有活性。三 Lyon（萊昂）學(xué)說 1 要點：P76,82,圖6-6 X染色體隨機失活,83,圖6-7 巴氏小體,84,,劑量補償——雌性哺乳動物一條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

32、雌雄動物雖然X染色體數(shù)目不同但基因產(chǎn)物的劑量是平衡的。  補償方式 哺乳動物 X染色體隨機失活或父源X染色體失活 有袋動物 父源X染色體失活 黑腹果蠅 雄性個體X染色體基因表達水平加倍 秀麗線蟲 雌性個體兩條X染色體基因表達水平減半,,萊昂假說（Lyon hypothesiis）：（1）巴爾小體是一個失活的X染色體，失活的過程就稱為萊昂化（lyoniz

33、ation）；（2）在哺乳動物中，雌雄個體細胞中的兩個X染色體中有一個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）失活；（3）兩條X染色體中哪一條失活是隨機的；（4）X染色體失活后，細胞繼續(xù)分裂形成的克隆中，此條染色體都是失活的；（5）生殖細胞形成時失活的 X染色體可得到恢復(fù)的。1974年Lyon又提出了新萊昂假說，認為X染色體的失活是部分片段的失活。,2 Lyon假說的證據(jù),（1）玳瑁貓毛色遺傳

34、 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♀ 同一個體出現(xiàn)黃、黑斑塊 Xo失活 部位呈黃色,,,,,,,,單個細胞→組織培養(yǎng)→電泳單個細胞→組織培養(yǎng)→電泳,（2）6-PGD雜合體細胞電泳實驗 GdA/GdB多個細胞→組織培養(yǎng)→電泳,,

35、,,,87,圖6-8 毛色鑲嵌小鼠的成因,88,三、X染色體失活的機制 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，Xic位點的丟失會影響萊昂化，胚胎不能存活。 X染色體失活分起始、維持、擴散3個階段。 X染色體失活只是部分失活，在失活染色體的Xic位點上發(fā)現(xiàn)有活性的基因（XIST）。,89,圖6-10 Xic的失活作用,90,圖6-11 XIST基因的

36、表達,91,,來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，子代中來自不同性別親本的同一染色體或基因，當發(fā)生改變時可以引起不同的表型，這種現(xiàn)象稱為基因組印跡?；蚪M印跡的概念也可以理解為，基因組在傳遞信息的過程中對基因或DNA片段打下標識、烙印的過程。 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；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。 基因組印跡不服從孟德爾定律，是一種典型的非孟德

37、爾遺傳。,基因組印跡（基因組印記）,92,,小鼠的類胰島素生長因子2(Igf-2 )印跡基因 Igf-2突變?yōu)镮gf-2m將失去原有的影響動物生長的功能，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 ♂Igf-2 / Igf-2 × ♀Igf-2m / Igf-2m

38、 ↓ Igf-2 / Igf-2m ▲ 母源的Igf-2m被印跡，父源的Igf-2表達，后代為正常小鼠,93,,♂Igf-2m / Igf-2m × ♀Igf-2 / Igf-2 ↓ Igf-2▲ / Igf-2m

39、 母源的Igf-2被印跡，父源的Igf-2m表達，后代為矮小型小鼠。試驗結(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；被印跡的基因表達受抑制，失去生物學(xué)功能。,94,,○ 基因的印跡過程的三個階段 建立階段——上例母系印跡，印跡在卵子形成過程中建立。 維持階段——在胚胎和個體的體細胞中，來自母系的基因繼續(xù)維持被印跡的狀態(tài)，父源的等位基因得到表達。 抹除與

40、重建階段——發(fā)生在配子形成的過程中,95,圖 基因印跡過程的三個階段,96,基因印跡的機制,配子在形成過程中被打上標記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：不表達的基因,What is Imprinting?,Imprinted chromosomes are “marked” Imprinting differs in sperm and eggImprinting turns of

41、f specific genesImprinting does not change the nucleotide sequence,CH3,CH3,Think-Pair-Share/ review from last semester,Hypothesize some ways that the DNA is imprinted?,Formative Assessment; Bloom’s Synthesis (3/4),DNA

42、can be Methylated on cytosine residues,,Gene A,Paternal,Gene A,Maternal,With your clicker, press A for “yes” and B for “no”,No,Yes,Yes,Formative Assessment; Recall; Bloom’s 1,Formative Assessment; Analyze; Bloom’s 3/4,Me

43、thylation Changes During Development,Marisa Bartolomei, Henry Stewart Talks,Demethylation of the Paternal Genome,,Adrien Bird, Henry Stewart Talks,Methylation Changes During Development,Paula Vertino, Henry Stewart Talks

44、,Methylation Changes During Development,Paula Vertino, Henry Stewart Talks,Methylation Changes During Development,Paula Vertino, Henry Stewart Talks,106,圖6-15 甲基化導(dǎo)致基因組印跡,Compose a 1 minute essay that explains the basis

45、for the difference between Prader-Willi and Angelman.,Formative assessment; Bloom’s level Analysis 3,108,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，人類基因組約有100-200個印跡基因。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: To fur

46、ther assess your understanding of Mendelian inheritance versus inheritance of imprinted genes,Is this disease dominant? Why or why not?Is this disease recessive? Why or why not?Can the disease be inherited from the pat

47、ernal side?Can the disease be inherited from the maternal side?Does this show Mendelian inheritance?,Define imprinting in your own words.Look at the following pedigree and answer the questions below.,第五節(jié) 人類性別畸形,,114,人

48、類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，無性決定基因SRY，不產(chǎn)生睪丸，產(chǎn)生卵巢。當性染色體數(shù)目異?；蛐詻Q定基因SRY異常，會導(dǎo)致性別畸形。,,SRY,SRY基因,人SRY基因位于Yp11.3，只含有一個外顯子，沒有內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄單位長約1.1kb，編碼一個204氨基酸的蛋白質(zhì)。由于SRY蛋白含有一個典

49、型的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域：高泳動類非組蛋白（high mobility group，HMG）盒基序，類似于已知的轉(zhuǎn)錄因子，所以推測SRY編碼一個轉(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)中引入一個尖銳的轉(zhuǎn)折。,Klinefelter綜合征：有一個Barr小體及一個Y小體，因此，核型為47，XXY。該病外生殖器呈男性，但不育（無精子產(chǎn)生），青春期乳房發(fā)育，胡須稀少，喉結(jié)不明顯，皮膚細致如女性，性情體態(tài)如女性，體

50、力較弱。Turner綜合征：也稱先天性卵巢發(fā)育不全綜合征，細胞內(nèi)既無Baar小體,也無Y小體。外生殖器呈女性且發(fā)育不良，乳房不發(fā)育，身材矮小，面容呆板、智力發(fā)育遲緩，無生育能力。 XYY綜合征（超雄）：細胞內(nèi)有兩個Y小體?；颊咄獗砟行?，表型大多正常，可生育，但身材特別高大，性格受損，表現(xiàn)為極度不安定和不負責；有暴力傾向，但通常針對財產(chǎn)（盜竊、搶劫、詐騙、放火等），犯罪年齡平均13.1歲。 多X綜合征（超雌）：細胞內(nèi)有一個以上

51、的X小體，大多數(shù)與正常女性無明顯差別，有生育能力，但智力發(fā)育較差；也有些表現(xiàn)為性發(fā)育幼稚，原發(fā)性閉經(jīng)，不育,117,非整倍體產(chǎn)生機制：減數(shù)分裂染色體分離不完全（以性染色體為例）,X,X,X,X,X,Y,X,Y,,卵母細胞不正常分裂，產(chǎn)生異常配子,卵細胞,精細胞,,,XXY,,,XO,Klinefelter綜合癥,Turner綜合癥,性別畸形產(chǎn)生的原因,YO是致死的，XXX也極少見,118,45,X: Turner 綜合癥（45條染色體

52、，性染色體只有一條X）,,,Turner綜合癥（性腺發(fā)育不全）,,119,Turner綜合癥（性腺發(fā)育不全） 外貌女性，個矮（1.3米左右）第二性征發(fā)育不良，原發(fā)性閉經(jīng)，肘外翻，盾狀胸，35%有心血管病，智力低下或正常. 染色體組成：45, X0,120,47, XXY: Klinefelter 綜合癥（47條染色體，多一條X染色體）,,Klinefetter綜合癥(先天性睪丸發(fā)育不全),,121,,,Kl

53、inefetter綜合癥(先天性睪丸發(fā)育不全) 外貌男性,睪丸萎縮,具有乳房,不育,低智商. 身高>183cm; 染色體組成: 47, XXY,122,XYY或多個Y個體：個高 （1.80米以上) , 外貌男性,病癥類似 47,XYY,智力一般較低,性格粗暴,易沖動,生殖器官發(fā)育不良,多數(shù)不育 。,123,XYY或多個Y個體：,,124,多X、無Y女性:表現(xiàn)為女性