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4.3剂量补偿效应及其分子机制4.3.1性染色质体性染色质体（sex-chromatinbody）又名巴氏小体（Barrbody）1949年，M.L.Barr发现雌猫神经元间期核中有一个染色很深的染色质小体，而雄猫中没有。此后在人类大部分正常女性表皮、口腔颊膜、羊水等细胞的间期核中也找到一个特征性的、浓缩的染色质小体。由于其与性别及X染色体数目有关，所以称为性染色质体。巴氏小体是一种惰性的异染色质化的小体4.3.2剂量补偿效应与Lyon假说哺乳动物性染色体异常（数目）成活常染色体数目异常往往死亡哺乳动物X染色体上的基因：在纯合的雌性细胞中有相同的两份拷贝，而雄性体细胞中只有一份，可是在表型上雌体与雄体却看不出任何显著的差别哺乳动物有一种剂量补偿机制，对超数的性染色体进行补偿，对额外的常染色体不存在这种机制。剂量补偿效应（dosagecompensationeffect）：在XY性别决定的生物中，使X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。剂量补偿效应有3种不同的机制：①在哺乳类（包括人类）中雌性XX中的随机的一条X染色体失活，在雄性XY中单条X染色体保持活性。在有袋动物中，总是从父本遗传下来的X染色体被失活；②在果蝇中，雌性中的两条X染色体都有活性，而在雄性XY或XO中唯一的一条X染色体超活；③线虫的剂量补偿机制是在XX个体为雌雄同体，两条X染色的连锁基因的转录活性同时减弱，使之处于低活性状态，即每条X染色体基因的表达水平是单条X染色体（雄性中）的表达水平的一半，以便实现与雄性（XO）个体的，只具一条X染色体上连锁基因活性的剂量补偿。莱昂假说（Lyonhypothesis）1962年英国学者MaryLyon提出莱昂假说（Lyonhypothesis），也称为有活性的单个X染色体的剂量补偿（dosagecompensation）和形成性染色质体的X染色体失活假说,其主要内容是：①正常雌性哺乳动物的体细胞中，两条X染色体中只有一条在遗传上有活性，另一条无活性。由于X连锁基因得到剂量补偿，雌性XX和雄性XY具有相同的有效基因产物。②X染色体失活是随机的。受精卵发育到胚胎早期，女性的两条X染色体在分化的各类细胞中，其中的一条X染色体随机失活。在某些细胞中父源的X染色体失活；而另一些细胞是母源的X染色体失活。③失活发生在胚胎发育的早期，如人类X染色体随机失活发生在胚胎发育第16天，合子细胞增殖到5000～6000个细胞时期。在小鼠中4～6天的胚胎中X染色体随机失活。某一个细胞的一条X染色体一旦失活，由这个祖先细胞分裂的所有后代细胞中的该X染色体均处于失活状态。④杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体（mosaic），即某些细胞中来自父方的伴性基因表达，某些细胞中来自母方的伴性基因表达，这两类细胞随机地相嵌存在于某些组织中，毛皮颜色的随机嵌合性特别引人注目。Lyon假说的证据之一是雌性杂合体玳瑁猫（calicocat）的毛皮上有黑色和黄色随机嵌合的斑块图4－6玳瑁猫及其X染色体失活模式（引自Griffiths等，2005）（a）玳瑁猫（b）X染色体失活模式Lyon假说最有力的证据是对不同个体葡萄糖6磷酸脱氢酶（G6PD）基因型电泳的研究结果。取自基因型GdAGdB杂合妇女的皮肤细胞原始培养物，测定G6PD酶活性，电泳图谱上出现A、B两种条带。进一步检测单个细胞的培养物时（克隆培养），它们或者完全表现为A型条带，或者完全为B型条带。细胞学的研究发现，性染色质体的数目正好是X染色体数目（n）减1，即n－1。这是因为正常雌性细胞中的2个X染色体中的1个在遗传上是失活的，并在间期形成Barr小体。所以：巴氏小体的数目＝X染色体数－1在女性中，1个X染色体的浓缩过程称为X失活（X-inactivation）。因为这种X染色体在代谢上是失活的，所以不能产生mRNA；而其DNA的复制也较其他染色体为迟。4.3.3X染色体随机失活的分子机制X染色体失活是个体发育过程中一种独特的调节机制。（1）大多数的X连锁基因在胚胎早期发育过程中表现为稳定的转录失活，但并非整条X染色体上的所有基因全失活。人类X染色体上可能有1／3的基因逃避完全失活。表达的基因（逃避失活）与失活的基因在X染色体上是穿插排列的。意味着失活基因转录的关闭不是由它们在X染色体上所在区域决定，而是与某些位点的特殊作用有关。（2）在哺乳动物X染色体上存在一个特异性失活位点，即X失活中心（Xinactivationcenter，XIC）。在Xq13，大约在一个450kb的克隆区域中包含了所有的XIC，在XIC内鉴定出了一个新的基因XIST（Xinactivespecifictranscript，X染色体失活特异转录物）一般认为在X－失活中心开始，朝两个方向扩展。研究表明，当使一条X染色体失活时，有一专一表达的独特形式，而一条有活性的X染色体没被表达。XIST的表达产物是一顺式作用的核RNA，而不编码生成蛋白质。该发育过程导致了位于该染色体上的多达1000个基因沉默，使雄性和雌性性别连锁基因的表达量平衡。X染色体失活始于X染色体上的XIC基因座的启动。在X失活中，两个非编码基因，Xist和它的反义转录产物Tsix扮演了重要角色。Tsix在保留活性的染色体上表达，而表达Xist的X染色体则失活。Xist基因的产物是一个从X失活中心转录出来的17Kb的未翻译的核RNA。XistRNA顺式包裹表达它的染色体并引发快速基因沉默。被XISTRNA覆盖的X染色体上的大多数基因的活性被抑制，成为失活的X染色体。但是，XIST表达的沉默对活性X染色体非常必要，这是哺乳动物剂量补偿的重要特征。4.4连锁交换与重组4.4.1果蝇的完全连锁与不完全连锁（1）基本概念：连锁（Linkage）：某些基因由于它们位于相同的染色体上，在一起遗传。这些在相同染色体上的基因表现为连锁。决定不同性状的基因位于相同的染色体上称为连锁基因（LinkedGenes）。连锁群（Linkagegroup）：位于同一对染色体上的全部基因称作一个连锁群。对于某一生物而言，连锁群的数目应该等于染色体的对数。连锁基因属于同一个连锁群。亲代组合（parentalcombination）：表现为亲本等位基因组合的子代。重组子（合）/重组型（recombinant/recombinanttype）：表现为非亲本等位基因组合的子代。例：AB和ab亲本杂交，亲本型的子代是：AB和ab重组合的子代是：Ab和aB产生重组子（重组合）的过程叫做：遗传重组（Geneticrecombination）。当做遗传分析时，两个基因的重组值＜50％时，这两个基因就被认为是连锁的。在F2中：亲组合＞＞重组合基因在染色体上成直线排列，并在遗传上表现连锁与交换的现象——连锁法则（遗传学第三定律）（2）完全连锁与不完全连锁Morgan在黑腹果蝇中发现：B（灰体）对b（黑体）是显性，Vg（长翅）对vg（残翅）为显性，它们位于常染色体上。BBVgVgbbvgvgF1BbVgvg（灰体长翅）取F1的杂合体进行下列两种方式的测交，所得到的结果却完全不同。（1）当F1的雄蝇和黑体残翅的雌蝇测交时，按两对基因的自由组合定律来预测，应产生：灰体长翅（BbVgvg）灰体残翅（Bbvgvg）黑体长翅（bbVgvg）黑体残翅（bbvgvg）4种表型的后代，且比率应为1:1:1:1。可是实验的结果并非如此，而是只有数目相同的灰体长翅（BbVgvg）和黑体残翅（bbvgvg）两种表型。（a）测交1雄果蝇的完全连锁对于这个结果，摩尔根假定基因B和Vg同处于一条染色体上，基因b和vg同处于同源染色体的另一成员上。他将这种处于同一染色体上的基因遗传时较多地联系在一起的现象称为连锁（linkage）。对于上述第一种测交结果摩尔根称其为完全连锁（completelinkage）完全连锁：是指杂种个体在形成配子时没有发生非姊妹染色单体之间交换的连锁遗传。（2）当F1雌蝇和黑体残翅的雄蝇测交时，后代出现了灰体长翅、灰体残翅、黑体长翅和黑体残翅4种类型，但比例却是：雌果蝇的不完全连锁第二种方式的测交，后代出现数目不等的4种表型，其中亲本的类型远远多于新类型。摩尔根称这种连锁方式为不完全连锁（incompletelinkage）。不完全连锁（incompleteLinkage）：是指某种个体的连锁基因，在配子形成过程中同源染色体非姊妹染色单体间发生了互换的连锁遗传。4.4.3遗传的第三定律（1）交换的细胞学证据（2）连锁定律（1）交换的细胞学证据在同一染色体上连锁的基因，为什么会在其测交后代中出现一定频率的重组？即：形成新组合的机制是什么？1909年Janssens提出了交叉型假说（chiasmatypehypothesis）；1931年Reighton和McClintock用玉米的具有特殊结构的第9号染色体，设计了著名的实验为Janssens的假说提供了强有力的细胞遗传学证据。玉米实验第一个证据:1931年B.Creighton和B.McClintock用玉米材料的实验，证实了交换的发生。品系间的杂交实验，用两条带有标记的染色体进行观察分析。No.chromosome9两个等位基因决定种子颜色：有色C和无色c标准植株Wx支链淀粉决定植物的淀粉合成：直链淀粉蜡质植株wx(waxy)支链淀粉一条染色体形态正常：基因型cWx其同源染色体基因型Cwx，C基因末端有一大而染色深的染色纽（Knob）(5.6)且在上一代时，第8染色体断裂后易位接到了第9条染色体靠wx的末端以上这种个体在减数分裂形成配子时在两个座位间出现交换两种类型的重组子：CWx，cwx在F2代出现。Creighton和Mcclintok发现：一旦基因发生重组，其细胞学特征（染色组和额外延长的染色体部分）也已经重组，而且子代中属亲本类型的子代没有观察到细胞学标记的染色体物理交换的发生。象这些在细胞学上能够区别的特性叫做细胞学标记（cytologicalmarkers），而这些染色体上所带的基因称为遗传标记（geneticmarkers）或基因标记（genemarkers）5.6交换的细胞学证据：交叉及其产物的模式图可表示如下研究也证明：染色体交换是重组的物质基础（2）连锁定律连锁定律即基因的连锁和交换定律（lawoflinkageandcrossing-over），也称遗传的第三定律，是指位于同一对染色体上的基因联合在一起伴同遗传的频率大于重新组合的频率，重组体（recombinant）的产生是由于在配子形成过程中同源染色体的非姐妹染色单体间发生了局部交换。①重组率的测定判断某两对特定的基因是否连锁，是通过对其杂交F1进行测交来确定，如果测交后代表型比率为1:1:1:1，或近乎这个比率，则是不连锁的；如果亲本组合类型高于预期比率，而重组型比率显著地低于预期的孟德尔第二定律的比率，则说明它们是连锁的。①重组率（recombinationfrequency，RF）测交后代中重组型或交换型数目占测交后代总数目（亲本型数目＋重组型数目）的百分率定义为重组率，其计算公式为：②交换率（值）与重组率（值）的关系交换是指遗传物质的局部互换，而重组则是交换后形成基因的重新组合。交换的遗传学效应体现在重组体中，但无法检测其实际大小，只能用重组率来估计，只有紧密连锁的基因间的重组率才是可靠的交换值，因为两个连锁基因间的相对距离越大，发生双交换或其他偶数次交换的可能性越多，在这种情况下，重组率会低估交换率。遗传学校正的方法将在后续的内容中讲述。③重组率的测定以玉米的测交实验为例：已知，支配玉米籽粒的两对基因是连锁的，其糊粉层有色（C）对无色（c）为显性，籽粒饱满（Sh）对凹陷（sh）为显性。取亲本植株互引相（couplingphase）CSh／CSh与csh／csh杂交，其F1与双隐性亲本测交时，有如下结果：重组率（RF）＝（149＋152）/（4032＋4035＋149＋152）＝301／8368＝3.6%如果杂交在互斥相（repulsionp