讲稿5连锁遗传分析与染色体作图

第五章连锁遗传分析5.1性染色体与性别决定位于一对同源染色体上的非等位基因间的遗传关系以及性染色体上基因的遗传一、性染色体的发现１性染色体(sexchromosome)成对染色体中直接与性别决定有关的一个或一对染色体。成对性染色体往往是异型的：形态、结构、大小、功能上都有所不同。２常染色体(autosome,A)同源染色体是同型的。例：果蝇(Drosophilamelangaster,2n=8)染色体组成与性染色体。[性染色体与性别决定.swf]二、性染色体决定性别的几种类型1雄杂合型(XY型)：两种性染色体分别为X、Y；雄性个体的性染色体组成为XY(异配子性别)，产生两种类型的配子，分别含X和Y染色体；雌性个体则为XX(同配子性别)，产生一种配子含X染色体。性比一般是1:1。２XO型：与XY型相似，但只有一条性染色体X；雄性个体只有一条X染色体(XO，不成对)，它产生含X染色体和不含性染色体两种类型的配子；雌性个体性染色体为XX。如：蝗虫、蟋蟀。3雌杂合型(ZW型)：两种性染色体分别为Z、W染色体；雌性个体性染色体组成为ZW(异配子性别)，产生两种类型的配子，分别含Z和W染色体；雄性个体则为ZZ(同配子性别)，产生一种配子含Z染色体。性比一般是1:1。三、性别决定畸变1果蝇性别决定畸变果蝇的性别决定与Y染色体有无与数目无关，而是由X染色体与常染色体的组成比例决定。其中：X：A=1→雌性X:A=0.5→雄性X：A大于1的个体将发育成超雌性，小于0.5时发育成超雄性，介于两者则为间性(intersex)；并伴随着生活力、育性下降。2人类性别决定畸变.人类也存在由于性染色体组成异常而产生的性别畸变现象，对这些畸变现象的研究表明：与果蝇不同，人类的性别主要取决于是否存在Y染色体。几种常见的人类性别畸变与症状表现：XO型(2n=45):表现为女性，但出现唐纳氏(Turner’s)综合症；性别为女性，身材矮小(120-140cm)，蹼颈、肘外翻和幼稚型生殖器官；部分表现为智力低下；卵巢发育不全、无生育能力。XXY型(2n=47):表现为男性，但出现克氏(Klinefelter’s)综合症；性别为男性，身材高大，第二性征类似女性，一般智力低下，睾丸发育不全、无生育能力。XYY型(2n=47)：性别为男性，智力稍差(也有智力高于一般人的)、较粗野、进攻性强，有生育能力。四、其它类型的性别决定1染色体倍数性决定蜜蜂等膜翅目的昆虫：性别取决于染色体的倍数性，并受到环境影响。雄蜂为单倍体，孤雌生殖产生，形成配子时不进行减数分裂；雌蜂(蜂王)为二倍体，受精卵发育而来，并在幼虫期得到足够的蜂王浆(5天)；如果幼虫期仅得到2-3天蜂王浆则发育为工蜂。2植物性别决定对于植物而言，存在性染色体决定个体性别(如雌雄异株的蛇麻XY型性别决定)的类型；也可能是由少数几对等位基因控制的个体性别。例如：正常情况下玉米为雌雄同株异花。Ba基因突变会导致雌花序不能正常发育形成；Ts基因突变会导致雄花序不能正常发育(发育成顶端雌花序)。３环境对性别的影响与决定（１）环境对性别决定的作用主要表现在遗传作用的基础上的修饰性作用，例如：蜂王(♀)与工蜂形成的差异；牝鸡司晨现象；雌雄同株异花植物的花芽分化；等。（２）少数情况下，环境也会超越遗传作用而决定性别：有些蛙类性别决定是XY型：蝌蚪在20℃以下环境发育时性别由其性染色体决定；但在30℃条件下XX和XY个体均会发育成雄性个体。恐龙的灭绝与此有关吗？5.2性连锁遗传(sexlinkage)性连锁：也称为伴性遗传(sex-linkedinheritance)，指位于性染色体上的基因所控制的某些性状总是伴随性别而遗传的现象；特指X或Z染色体上基因的遗传。一、摩尔根关于果蝇伴性遗传的研究1910年摩尔根等在研究果蝇性状遗传时最先发现性连锁现象，研究结果同时还最终证明了基因位于染色体上。果蝇的眼色不仅受pr+/pr基因控制(红眼对紫眼显性)；还受另一对基因W/w控制(红眼对白眼为显性)。果蝇眼色基因W/w的遗传果蝇眼色：红眼(W)对白眼(w)为显性；P：红眼(♀)×白眼(♂)↓F1：红眼(♀♂)↓F2：¾红眼（½♀/¼♂）：¼白眼(♂)红：白=3：1，♀：♂=1：1，隐性的白眼性状只在雄蝇中出现为了证明F1中雌果蝇从父本得到的是带w基因的X染色体(Xw)；摩尔根等进行了下述测交试验：以F1中的雌性果蝇为母本；表型为白眼的雄果蝇为父本。测交结果(Ft表现)：¼红眼(♀)(XWXw)¼红眼(♂)(XWY)¼白眼(♀)(XwXw)¼白眼(♂)(XwY)交叉遗传(criss-crossinheritance)：母亲把性状传给儿子，父亲把性状传给女儿。二、人类的伴性遗传携带者（Carrier）半合子（hemizygote）第一性比男胎儿:女胎儿＝第二性比男婴:女婴＝（103～105）第三性比男青年:女青年＝（一夫一妻制）老翁:老妪＝62:100（男性仅有一条X染色体的缘故？）(85岁)1伴X显性遗传：e.g.VitaminDresistantrickets(1)患者女性多于男性；(2)每代都有患者；(3)男性患者的女儿都为患者；(4)女性患者的子女患病的机会为1/2。2伴X隐性遗传：解释：眼色基因(W,w)位于X染色体上，而Y染色体上没有决定眼色的基因，XwY的表现型为白眼。例如红绿色盲、A型血友病（HaemophiliaA）等。InheritanceSex-linkedIncidence1:5000malesClinicalfeaturesJointbleeding,Musclebleeding,CerebralhaemorrhageInvestigationFactorVIIIloworabsentMoleculargeneticsMutationsatfactorVIIIlocusXq28X连锁隐性遗传病的遗传特点：①人群中男性患者远较女性患者多，系谱中往往只有男性患者；②双亲无病时，儿子可能发病，女儿则不会发病；儿子如果发病，母亲肯定是一个携带者，女儿也有1/2的可能性为携带者；③男性患者的兄弟、外祖父、舅父、姨表兄弟、外甥、外孙等也有可能是患者；④如果女性是一患者，其父亲一定也是患者，母亲一定是携带者。3Y连锁遗传例如：毛耳缘遗传[姓氏基因]：中国人的姓氏与遗传基因之间有着密切的关系，姓氏的传递方式与代表人类男性的Y染色体的遗传方式相同，姓氏以其特殊的血缘文化，记录了中国人五千年父系社会的进化史。中国人姓氏几乎都以父传子的垂直方式世代相传，故姓氏形成了Y染色体上的一个特殊遗传位点，每个姓氏相当于这个位点上的一种等位基因。三、鸡的伴性遗传ZW性别决定型的Z染色体性连锁遗传。与X染色体上基因的遗传非常相似；只是在与性别关系上是相反的。例：鸡的芦花条纹遗传。四、从性遗传从性遗传(sex-controlledinheritance)，也称为性影响遗传(sex-influencedinheritance)：控制性状的基因位于常染色体上，但其性状表现受个体性别影响的现象。从性遗传的实质是常染色体上基因所控制的性状受到性染色体遗传背景和生理环境(内分泌等因素)的影响。例：绵羊角的从性遗传。H/h基因位于常染色体上。基因型雄性雌性H/H有角有角H/h有角无角h/h无角无角人的秃头性状也表现为类似的遗传现象。5.3剂量补偿效应（dosagecompensationeffect）一、Barr小体1949年，Barr等人发现：sex-chromatinbody二、剂量补偿效应1剂量补偿效应指在XY性别决定机制的生物中，使性连锁基因在两种性别中有相等或近乎相等的有效剂量的遗传效应。也就是说，在雌性和雄性细胞里，由X染色体编码产生的酶或其他蛋白质产物在数量上相等或近乎相等。2两种情况：（1）X染色体的转录速度不同（2）雌性细胞中有一条染色体是失活的。（哺乳类和人类）。三、Lyon假说（X染色体失活假说）英国遗传学家MaryLyon在1961年首先提出了X染色体失活假说，即Lyon假说，其要点是：①雌性哺乳动物细胞内只有一条X染色体有活性，另一条失活并固缩，后者在间期细胞表现为性染色质；②失活发生在胚胎的早期；③失活是随机的，即失活的X染色体既可来自父亲也可来自母亲，但一个细胞某条X－旦失活，由该细胞繁衍而来的子细胞都具有同一条失活的X染色体。后知，X染色体失活发生在囊胚期，约在妊娠16天左右。四、X染色体失活的分子机制现在知道，失活的一条XX染色体上的基因并非全都失活，如已知Xg血型基因、寻常牛皮癣基因等是不失活的。X失活中心五、应用：当怀疑有X染色体异常时，可以通过用性染色质检查作出初步诊断。例如，X染色质在XO时为0，正常女性为1，XXY患者为1，XXX患者为2。5.4连锁基因的交换和重组（linkagegene）孟德尔定律的例外位于一对同源染色体上的非等位基因间的遗传关系一、连锁现象的发现根据遗传的染色体学说与独立分配规律：位于非同源染色体上的非等位基因遗传时独立分配；如果有一些基因位于同一染色体上，必然会出现非独立分配的现象，否则各种性状的数目(基因对数)就不能超过细胞内染色体对数。在1906年，科学家贝特生等在研究香豌豆的两对相对性状时，发现同一亲本的两种性状，在杂交后代中，比较多地连在一起出现，并不按照孟德尔自由组合规律的比例发生分离，这使他们感到非常困惑，甚至对孟德尔的遗传规律产生怀疑。美国的遗传学家摩尔根(T.H.Morgan，1866-1945)和他的同事(1910)用果蝇做实验材料，进行了大量的遗传学研究，终于解开了人们心中的疑团，这不仅证实了孟德尔的遗传规律的正确性，并且丰富发展了关于两对(或两对以上)基因的遗传理论，提出了遗传的第三个规律----基因的连锁互换规律，并创立基因论(theoryofthegene)。摩尔根等的果蝇(Drosophilamelanogaster)遗传试验雄果蝇的完全连锁眼色与翅长的连锁遗传：眼色：灰身(b+)对黑身(b)为显性；翅长：长翅(vg+)对残翅(vg)为显性。结果：1：1雌果蝇的不完全连锁F1形成四种类型的配子；0.42：0.08：0.42：0.08但比例显然不符合1:1:1:1，且亲本类型配子明显多于重组型配子；两种亲本型配子数大致相等，两种重组型配子数也大致相等。连锁遗传现象的解释连锁遗传规律：连锁遗传的相对性状是由位于同一对染色体上的非等位基因间控制，具有连锁关系，在形成配子时倾向于连在一起传递；交换型配子是由于非姊妹染色单体间交换形成的。控制果蝇眼色和翅长的两对非等位基因位于同一同源染色体上。二、完全连锁和不完全连锁1完全连锁(completelinkage)：如果连锁基因的杂种F1(双杂合体)只产生两种亲本类型的配子，而不产生非亲本类型的配子，就称为完全连锁。2不完全连锁(incompletelinkage)：指连锁基因的杂种F1不仅产生亲本类型的配子，还会产生重组型配子。3交换(crossover)与不完全连锁的形成重组合配子的产生是由于：减数分裂前期I同源染色体的非姊妹染色单体间发生了节段互换。(基因论的核心内容)(1)同一染色体上的各个非等位基因在染色体上各有一定的位置，呈线性排列；(2)染色体在间期进行复制后，每条染色体含两条姊妹染色单体，基因也随之复制；(3)同源染色体联会、非姊妹染色单体节段互换，导致基因交换，产生交换型染色单体；(4)发生交换的性母细胞中四种染色单体分配到四个子细胞中，发育成四种配子(两种亲本型、两种重组合型/交换型)。(5)相邻两基因间发生断裂与交换的机会与基因间距离有关：基因间距离越大，断裂和交换的机会也越大。(6)重组型配子的比例尽管在发生交换的性母细胞所产生的配子中，亲本型和重组型配子各占一半，但是双杂合体所产生的四种配子的比例并不相等，因为并不是所有的性母细胞都发生两对基因间的交换。重组型配子比例是发生交换的性母细胞比例的一半，并且两种重组型配子的比例相等，两种亲本型配子的比例相等。连锁交换定律连锁：处在同一染色体上的两个或两个以上