第九章 非孟德尔遗传

1第九章非孟德尔遗传第一节非孟德尔遗传现象细胞核内染色体上的基因控制的性状，按照孟德尔定律传递，正交和反交的结果是一致的（伴性遗传现象除外），称为孟德尔式遗传。研究发现，有很多性状的遗传方式不服从孟德尔定律，称为非孟德尔式遗传。□母体效应——又称为母体影响，是一种由母体的基因型决定后代表型的现象，造成遗传方式的改变。2□剂量补偿效应——哺乳动物雌性个体的两条染色体有一条失活，以保持雌雄个体基因产物的剂量平衡。染色体的失活会导致染色体上的基因所决定的性状传递方式的改变。□基因组印迹——基因表达时发生可遗传的变化，造成基因产物的改变，最终导致表型的改变，这种变异的遗传不符合孟德尔定律。□核外遗传——细胞质中的细胞器（线粒体、叶绿体等）也含有基因，这些基因控制的性状也不按孟德尔式遗传。3第二节母体效应一、椎实螺外壳旋转方向的遗传□椎实螺雌雄同体（精子和卵细胞都带有相同的核基因），一般进行异体授精，单独饲养时可进行自体授精。椎实螺外壳的旋转方向有右旋和左旋之分，拿一个螺壳的开口对准自己，开口在你右边的就是右旋，开口在你左边的就是左旋。□外壳的旋转方向由一对基因控制，右旋（D）对左旋（d）为显性。子代外壳的旋转方向由其母亲的基因型决定，而与父亲及它自己的基因型无关。4图6-1椎实螺的外壳5图6-2椎实螺外壳旋转方向的遗传6□杂交试验的结果正交组右旋（D/D）♀×左旋（d/d）♂F1（D/d）全为右旋F2（D/DD/dd/d）全为右旋F3（D/DD/d）右旋；d/d左旋F2代中的d/d，其表型与自身的基因型不一致，是由于母亲基因型的效应（影响）延迟至F3才出现3：1的分离比。7反交组左旋（d/d）♀×右旋（D/D）♂F1（D/d）全为左旋F2（D/DD/dd/d）全为右旋F3（D/DD/d）右旋；d/d左旋F1代中的D/d，表型与自身的基因型不一致，不因为有D而表现右旋，而是受到其母亲的基因型的影响而表现为左旋。F2延迟至F3才出现3：1的分离比。8□椎实螺杂交试验结果的解释母体效应的概念——由母体的基因型决定后代表型的现象为什么延迟至F3才出现3：1的分离比？椎实螺的受精卵进行螺旋式卵裂，成体外壳的旋向取决于最初两次卵裂中纺锤体的方向，倾向右侧45°则为右旋，倾向左侧45°则为左旋。而纺锤体的方向取决于卵细胞质的特性，即取决于母体染色体上的基因，子代的基因型不能对之作改变，要等到子代产生卵细胞，才能决定下一代的表型，所以延迟了一代。9图6-3椎实螺的卵裂方式10母体的基因型如何影响下一代？卵细胞由其周围的滋养细胞提供营养，滋养细胞（杂合体基因型为D/d），其基因产物可进入卵细胞，未受精卵及胚胎的外壳旋转方向由母体的基因型决定。母体基因型D/D，其卵细胞有D基因产物，后代为右旋；母体基因型D/d，其卵细胞有D和d基因产物，由于D对d为显性，后代亦为右旋；母体基因型d/d，其卵细胞有d基因产物，后代为左旋。11图6-4椎实螺的母体效应12二、麦粉蛾眼色的遗传野生型（AA/Aa）幼虫复眼棕褐色皮肤有色突变型（aa）幼虫复眼红色皮肤无色AA×aa→F1Aa幼虫复眼棕褐色F1Aa♂×aa♀→幼虫棕褐色（Aa）：红色（aa）＝1：1F1Aa♀×aa♂→幼虫（Aa）棕褐色→成虫（Aa）棕褐色幼虫（aa）棕褐色→成虫（aa）红色13图6-5麦粉蛾眼色的遗传14麦粉蛾色素是由犬尿氨酸衍生的犬尿素形成。杂合体（Aa）雌蛾的卵母细胞在减数分裂完成前合成并积累了犬尿素，其形成的A或a卵细胞都有足量的犬尿素，甚至存在于aa受精卵发育成的幼虫中，所以复眼棕褐色。但是，aa受精卵发育成的幼虫由于缺少A，不能合成犬尿素，随着个体发育，犬尿素减少直至耗尽，成虫复眼成了红色。15第三节剂量补偿效应一、剂量补偿的概念□常染色质和异染色质真核细胞的染色体和染色质是细胞核内同一物质在细胞周期不同时期表现出来的不同构象，染色质分为常染色质和异染色质。○常染色质折叠程度低，处于伸展状态，染色时着色浅。DNA主要是单一序列和中度重复序列。处于常染色质状态是基因转录的必要条件。16○异染色质折叠程度高，处于凝缩状态，染色时着深。组成性异染色质除复制期外，均处于凝缩状态，处于中期染色体的着丝粒区、端粒、次缢痕等节段。具有明显的遗传惰性，不转录也不编码蛋白。兼性异染色质指某些细胞或某一发育阶段，原来的常染色质凝缩失去基因转录活性而成。雌性哺乳动物一条X染色体异染色质化，在上皮细胞中形成巴氏小体、在多核白细胞中形成“鼓槌”。17图6-6X染色体随机失活18图6-7巴氏小体19剂量补偿——雌性哺乳动物一条X染色体异染色质化（失活），只有一条X染色体具有活性，使雌雄动物虽然X染色体数目不同但基因产物的剂量是平衡的。补偿方式哺乳动物X染色体随机失活或父源X染色体失活有袋动物父源X染色体失活黑腹果蝇雄性个体X染色体基因表达水平加倍秀丽线虫雌性个体两条X染色体基因表达水平减半20二、萊昂假说的内容与证据□萊昂假说的内容巴氏小体是一条失活的X染色体；哺乳动物雌性个体两条X染色体有其中一条在受精后失活；两条X染色体中哪一条失活是随机的；细胞中某染色体失活后，由该细胞产生的细胞都是该染色体失活；生殖细胞形成时，失活的染色体得以恢复。21□萊昂假说证据○雌性三色猫腹部白色，背部和头部散布黄色和黑色的斑块。基因型为XBXb,B基因产生黑斑，b基因产生黄斑。XB和Xb随机失活，有活性的基因表现出相应的斑块，形成黑黄相间的斑块。○毛色镶嵌小鼠黑白斑毛色镶嵌雌性小鼠基因型为XBXb,B基因产生黑斑，b基因产生白斑。XB和Xb随机失活，有活性的基因表现出相应的斑块，形成黑白相间的斑块。22图6-8毛色镶嵌小鼠的成因23○人类的6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G-6PD）的测定G-6PD基因位于X染色体，男女活性相同，表明女性有一条X染色体失活。G-6PD电泳分出快型F和慢型S，由一对等位基因F和S编码。FF或SS型出现一条带，F/S型出现两条带。用胰酶消材化处理F/S型女人的皮肤组织，使其分成单个细胞，进行单克隆培养，从各克隆取样电泳，每个克隆都只有一条带。24图6-9G-6PD的电泳检测25三、X染色体失活的机制X染色体上都存在与失活有关的Xic(X染色体失活中心)位点，Xic位点的丢失会影响萊昂化，胚胎不能存活。X染色体失活分起始、维持、扩散3个阶段。教材图10-10。X染色体失活只是部分失活，在失活染色体的Xic位点上发现有活性的基因（XIST）。26图6-10Xic的失活作用27图6-11XIST基因的表达28第四节基因组印迹一、表观遗传变异基因结构的改变会导致表型的改变，这种变异是可以遗传的。新的发现表明，在基因DNA序列不发生改变的情况下，基因表达可发生可遗传的变化，这种变化同样导致表型的改变，这种改变称为表观遗传变异（epigeneticsvariation）。前面讲过的X染色体失活，本节讲的基因组印迹都是表观遗传变异，此外还有DNA甲基化、RNA编辑等，这些变异的遗传不符合孟德尔的遗传规律。29二、孟德尔遗传规律的例外孟德尔遗传规律认为不管遗传物质来自双亲的哪一方，都具有相同的表型效应。但是，有些遗传现象是例外的——公驴与母马杂交生成骡子，公马与母驴的后代称为駃騠(jueti),两者有相当显著的差别。具有两条母源的11号染色体的小鼠在胚胎期比正常小鼠小，而具有两条父源的11号染色体的小鼠在胚胎期比正常小鼠大，但这两种胚胎都死于发育阶段。30用人工单性生殖的小鼠胚胎，一是全套染色体来自雄性亲本，另一是全套染色体来自雌性亲本，这两种胚胎均在胚胎期死亡。亨廷顿病是一种常染色体显性遗传病，致病基因HD来自父亲，则发病年龄小；致病基因HD来自母亲，则发病年龄大。※上述结果表明，父系基因组和母系基因组含有胚胎发育所需的不同信息，小鼠胚胎的正常发育需要分别来自双亲的一套染色体。31来自父母双方的同源染色体或等位基因存在着功能上的差异，子代中来自不同性别亲本的同一染色体或基因，当发生改变时可以引起不同的表型，这种现象称为基因组印迹。基因组印迹的概念也可以理解为，基因组在传递信息的过程中对基因或DNA片段打下标识、烙印的过程。如果母源染色体的基因被印迹，则父源染色体上的等位基因得到表达；如果父源染色体的基因被印迹，则母源染色体上的等位基因得到表达。基因组印迹不服从孟德尔定律，是一种典型的非孟德尔遗传。三、基因组印迹（基因组印记）32小鼠的类胰岛素生长因子2(Igf-2)印迹基因Igf-2突变为Igf-2m将失去原有的影响动物生长的功能，导致可能产生矮小型小鼠，能否产生矮小型小鼠，则取决于Igf-2m的印迹情况○正反交试验♂Igf-2/Igf-2×♀Igf-2m/Igf-2m↓Igf-2/Igf-2m▲母源的Igf-2m被印迹，父源的Igf-2表达，后代为正常小鼠33♂Igf-2m/Igf-2m×♀Igf-2/Igf-2↓Igf-2▲/Igf-2m母源的Igf-2被印迹，父源的Igf-2m表达，后代为矮小型小鼠。试验结果表明：1.正反交结果不一样；2.都是母源的基因被印迹，是一种母系印迹；3.被印迹的基因表达受抑制，失去生物学功能。34○基因的印迹过程的三个阶段建立阶段——上例母系印迹，印迹在卵子形成过程中建立。维持阶段——在胚胎和个体的体细胞中，来自母系的基因继续维持被印迹的状态，父源的等位基因得到表达。抹除与重建阶段——发生在配子形成的过程中35图6-12基因印迹过程的三个阶段36基因印迹的机制配子在形成过程中被打上标记–DNA的甲基化，阻止基因的转录–低甲基化或不甲基化：转录活跃的基因–高度甲基化：不表达的基因37图6-15甲基化导致基因组印迹38□人类的PWS和AS综合征○不同的症状：PWS智力低下，过度肥胖，身材矮小，小手小足…AS特殊面容，大嘴呆笑，步态不稳，智力低下…○相同的原因15号染色体长臂15q11—q13有微小缺失○不同的原因PWS患者缺失的15号染色体来自父亲，即缺少父源15号染色体缺失片段上的基因。AS患者缺失的15号染色体来自母亲，即缺少母源15号染色体缺失片段上的基因。39图6-14基因组印迹的转变40四、基因组印迹○印迹基因广泛分布在基因组中，人类基因组约有100-200个印迹基因。目前研究教为深入的是小鼠印迹基因（见教材表10-3,P272）。41图6-16小鼠的印迹基因42第五节核外遗传一、核外遗传现象与核外遗传学（一）核外遗传现象□叶绿体的遗传——紫茉莉的绿白斑遗传紫茉莉有一种品系，同一个体上有些枝条长绿色叶子，有些枝条长白色叶子，有些枝条长绿白相间的花斑叶子。以不同表型枝条上的花朵相互授粉时，其后代的表型完全取决于结种子的枝条，而与采集花粉枝条的表型无关。43图6-17紫茉莉叶子的不同表型44图6-18不同叶色枝条杂交的结果45试验结果的特点：1.正反交的结果不一样，也不出现孟德尔的分离比；2.后代表型与母本一致,而与父本无关。这种遗传方式称为母体遗传。试验结果的解释：绿色叶子或花斑叶的绿色部分，其细胞中含正常的叶绿体；白色叶子或花斑叶的白色部分，缺乏正常的叶绿体是一些败育的无色颗粒——白色体。叶绿体来自细胞质中的前质体，能独立复制。细胞分裂时，前质体大都通过卵细胞质传下去，而雄配子中前质体很少或没有。所以，叶绿体的性状大都由结种子的亲本传下去，即后代的叶绿体种类取决于种子产生在哪一种枝条上。46（二）核外遗传学孟德尔的分离定律和自由组合定律，以及摩尔根的连锁交换定律，是揭示位于细胞核染色体上的基因控制性状的传递规律。基因不单存在于细胞核，还存在于细胞质的某些细胞器（叶绿体、线粒体）、质粒、病毒、细菌等之内。。核外基因所控制的性状的遗传规律不同于核基因所控制的性状的遗传规律，表现出母系遗传的特性，即后代只表现出母本的某些基因型。因为核外基因在细胞质中，所以又称为细胞质遗传研究细胞核染色体以外的遗传物质的结构、功能及遗传信息传递规律的遗传学分支学科称为核外遗传学。47二、线粒体DNA的结构与功能（一）线粒体的功能线粒体是生物体内进行氧化磷酸化的场所，生物体内的合成