第四章 基因的代代相传

1. 第四章 基因的代代相传 陈火英 chhy@sjtu.edu.cn

2. 基因（孟德尔因子）如何传递？ • 什么是伴性遗传？ • 血友病为什么又称皇室病？ • 有没有只传男不传女的性状？为什么？

3. 孟德尔(Gregor Johann Mendel，1822–1884)出生在奥地利的名叫海因策多夫(Heinzendorf)的小村中。由于家庭的影响，孟德尔自幼酷爱自然科学。他于1851年在维也纳大学学习，1853年从维也纳到修道院当修道士，直至1868年当选为修道院院长为止。孟德尔从1856年起就是在修道院的花园里种植豌豆，开始他的“豌豆杂交试验”，到1864年共进行了8年，发现了前人未认识到的规律，这规律后来称为孟德尔定律，即分离规律(the law of segregation)和独立分配规律(the law of independent assortment)。

4. 孟德尔的豌豆杂交试验 孟德尔选用严格自花授粉的豌豆(Pisum sativum)为试验植物，从中选取了许多稳定的、易于区分的性状作为观察分析的对象。 性状(character)：生物体所表现的形态特征和生理特性的总称 。 单位性状(unit character)：植株所表现的性状总体区分为各个单位作为研究对象，这些被区分开的每一个具体性状称单位性状 。 相对性状(contrasting character)：同一单位性状在不同个体间所表现出来的相对差异。

5. Mendel’s garden, as seen in the 1980s

6. 孟德尔豌豆的七对性状

7. 几个概念及符号： 去雄：在杂交时，必须先将母本花蕾的雄蕊完全摘除。 人工授粉：然后将父本的花粉授到已去雄的母本柱头上。 F (filial generation)：表示杂种后代。 F1：杂种第一代，是指杂交当代所结的种子及由它所长成的植株。 F2：杂种第二代，是指由F1自交产生的种子及由它所长成的植株。依此类推，F3、F4分别表示杂种第三代、杂种第四代等。 ：自交，是指同一植株上的自花授粉或同株上的异花授粉。

8. 孟德尔分离定律 基因型=1DD:2Dd:1dd 表现型=3tall:1dwart

9. 孟德尔分离定律的测交验证

10. 孟德尔遗传 1 基因型与表现型 2 纯合与杂合 3 生物个体基因型的推断 独立分配 自由组合

11. 孟德尔豌豆七对相对性状杂交试验的结果 性状 杂交组合 F1表现的 F2的表现 显性性状 显性性状 隐性性状 比例 花色 红花×白花 红花 705红花 224白花 3.15：1 种子形状 圆粒×皱粒 圆粒 5474圆粒 1850皱粒 2.96：1 子叶颜色 黄色×绿色 黄色 6022黄色 2001绿色 3.01：1 豆荚形状 饱满×不饱满 饱满 882饱满 299不饱满 2.95：1 未熟豆荚色 绿色×黄色 绿色 428绿色 152黄色 2.82：1 花着生位置 腋生×顶生 腋生 651腋生 207顶生 3.14：1 植株高度 高的×矮的 高的 787高的 277矮的 2.84：1

12. 7对相对性状的杂交结果共同特点 第一，F1所有植株的性状表现都是一致的，都只表现一个亲本的性状。 第二，F2植株在性状表现上是不同的，一部分植株表现一个亲本的性状，其余植株则表现另一个亲本的相对性状，即显性性状和隐性性状都同时表现出来了，这种现象叫做性状分离现象(character segregation)，并且在F2群体中显性个体(表现显性性状的个体)与隐性个体的分离比例大致总是3：1。

13. 显性性状(dominant character)：在F1表现出来的性状，如红花、圆粒等。 隐性性状(recessive character)：在F1未表现出来的性状，如白花、皱粒等。

14. 分离现象的解释 • 遗传性状是由遗传因子决定的； • 每个植株内有一对遗传因子控制花色，7对遗传因子分别控制7对相对形状。遗传因子在体细胞内是成对的。例如F1植株必须有一个控制显性性状的遗传因子和一个控制隐性性状的遗传因子； • 在形成配子时，每对遗传因子均等地分配到配子中，结果每个配子(花粉或卵细胞)中只含有成对遗传因子中的一个； • 配子的结合(形成一个新个体或合子)是随机的。

16. 表现型和基因型 • 基因(gene)，如红花基因C和白花基因c，相互为等位基因(alleles)，位于同源染色体对应位点的基因。 • 基因型(genotype)：个体的基因组合。例如，决定红花性状的基因型为CC和Cc，决定白花性状的基因型为cc。基因型是生物性状表现的内在遗传基础，是肉眼看不到的，只能通过杂交试验根据表现型来确定。 • 表现型(phenotype)：生物体所表现的性状，如红花和白花等。表现型简称表型，它是基因型和外界环境作用下的具体表现，是可以直接观测的。象CC个体和Cc个体，都开红花，其表现型相同，但基因型不同。

17. 纯合基因型(homozygous genotype)：CC和cc两个基因型，等位基因是一样的。 • 纯合体(homozygote)：具有纯合基因型的个体，CC个体为显性纯合体(dominant homozygote)，cc个体为隐性纯合体(recessive homozygote)。 • 杂合基因型(heterozygous genotype)：如Cc基因型，等位基因不同。 • 杂合体(heterozygote)：具有杂合基因型的个体。

18. 分离定律和我们的生活有密切的关系，略举两例加以说明： 分离定律和我们的生活有密切的关系，略举两例加以说明： • 有些农作物的某些抗病性是出显性基因控制的，如果抗病与4；抗病的个体杂交，虽然后代出现抗病的植株较多，但RR利Rr表现抗病，Rr则会继续分离所以须将选得的抗病植株自交后加以考丧，看后代是否分离，如果不分离，才能选出RR纯合的植株来，才能保证它们的后代是抗病且不分离的。

19. 我国婚姻法中近亲5代内个准婚配的规定就是根据分离定律和隐性遗传病的特点作出的。凡血缘关系近的男女，由于他们多数基因来自同一祖先，这就有可能把原来处于杂合状态的两个致病的隐性基因在后代中出现纯合而致病。我国婚姻法中近亲5代内个准婚配的规定就是根据分离定律和隐性遗传病的特点作出的。凡血缘关系近的男女，由于他们多数基因来自同一祖先，这就有可能把原来处于杂合状态的两个致病的隐性基因在后代中出现纯合而致病。

20. 人类遗传分析 例：白化病 A：色素合成基因， 显性遗传位点 a: 不能合成色素， 隐形遗传位点

21. 人类性状或疾病的孟德尔遗传方式是通过观察性状或疾病在家系内分离或传递而推断的，常用系谱分析法。人类性状或疾病的孟德尔遗传方式是通过观察性状或疾病在家系内分离或传递而推断的，常用系谱分析法。 系谱是指从先证者入手，追溯调查其家系所有成员的亲属关系及某种遗传病或性状为依据，按一定格式绘制成的图解。 先证者：指某个家庭中首先被医生或遗传研究者发现的罹患某种遗传病的患者或者具有某种遗传性状的成员。 通常对某个性状或遗传病进行系谱分析时需判断多个具有相同遗传性状的系谱做统计学分析，才能做出准确可靠的判断。

22. 人类遗传中常用的系谱符号

23. 人类单基因遗传病的主要遗传方式 常染色体 性染色体 其它（了解） 1显性 autosomal dominant,AD X染色体遗传 线粒体遗传 2隐性 autosomal recessive,AR Y染色体遗传

24. 2 常染色体上的遗传------显性 • 常染色体显性遗传特征 • 常染色体显性遗传的不同类型

25. 常染色体显性遗传特征 • 患者基因型: AA,Aa 正常基因型：aa • 群体中频率较低，患者往往是杂合子患病。 • 主要遗传特征： ①在一个家系中，往往连续遗传； ②患者双亲中必有一方患病。否则可能为突变； ③患者同胞有1/2几率患病； ④患者的正常同胞，后代正常。

26. 常染色体显性遗传的不同类型 • 完全显性 • 不完全显性 • 共显性 • 不规则显性 • 延迟显性 • 早现显性 • 从性遗传

27. 完全显性 • 杂合子Aa和纯合子AA患者在表现型上无差别。 • 实际性状分离与显隐性是相对应的。

28. 不完全显性 • 杂合子患者Aa的表现型介于纯合子AA患者和纯合隐性正常人aa之间。 • 例：家族性高胆固醇血症。 患者多为杂合子。发病率约为1/500. 症状：血清中胆固醇增高。 正常人： 150-250mg/dl 杂合患者： 300-600mg/dl，发病率约为1/500 纯合患者： 600-1200mg/dl，发病率约为1/25000

29. 茉莉花色的遗传

30. 共显性 • 一对等位基因，没有显隐性区别，在杂合状态下，两种基因的作用都完全表现出来。 • 例：人类ABO血型。

31. 血 型 基 因 型 O IOIO A IAIA或IAIO B IBIB或IBIO AB IAIB

33. 不规则显性 • 杂合子在不同内外环境作用下可以表现为显性，也可以不表现出相应的表型，而且表现为显性的程度也可以不同。 • 例：Marfan综合征。 • 肌原纤维蛋白基因突变所致。影响身体的结缔组织，主要为骨骼系统、眼和心血管系统受累。 • 马方综合征出现的心血管病变是不可逆的改变，自然预后极差，是造成猝死的主动脉疾病的主要原因，手术可以完全改变这一严重疾病的预后。 • 不同患者之间发病程度不一致。 • 研究认为该表现型还有其他基因对该主基因起作用，增强或减弱。

34. 延迟显性 • 在生命的早期不表达，而是到达一定年龄后表现出疾病。 • 例：亨廷顿舞蹈症(即Huntington Disease) 。 肌肉持续收缩引起的面部、颈部和背部的肌肉异位；身体不自主的运动；行走时出现平衡障碍；出现舞蹈样动作、扭动躯体动作、强直性抽搐、摇摆不稳不连贯的步态；

35. 早现显性 • 患者在降级后代中，发病年龄变小，病情变重。 • 原因：突变在连续时代中重复扩增。 • 例：强直性肌营养不良。

36. 从性遗传 • 杂合子Aa的表达受性别的影响，在某一性别中表现出相应表现，而另一性别不表达相应表现；或者某一性别中的发病率远高于另一性别。 • 例：秃顶。 杂合子男性表现为秃顶，而女性则不表现。

37. 2 常染色体上的遗传------隐性 • 常染色体隐性遗传基因型 • 正常基因型: AA,Aa • 患者基因型：aa • 群体中频率较低，患者往往是杂合子患病。 • 主要遗传特征： • 患者的双亲一般不患病，但是携带者； • 系谱中是散发的病例，通常看不到连续遗传； • 患者同胞有1/4几率患病； • 近亲婚配是子女发病风险明显增高。

38. 2 常染色体上的遗传------隐性 例：白化病(前面已讲) A：色素合成基因， 显性遗传位点 a: 不能合成色素， 隐形遗传位点

39. 3 性染色体上的遗传 • 概念：性染色体上的基因所控制的遗传性状，在上下代之间的传递总是和性别相关。 • 分类：X连锁遗传；Y连锁遗传 • 目前所认识的性连锁的遗传致病基因大都在X染色体上。

40. X连锁显性遗传 • 一些性状或遗传病的基因位于X染色体上，其性质是显性的，这种遗传方式称为X连锁显性遗传，这种疾病称为X连锁显性遗传病。目前所知X连锁显性遗传病不足20种。 • 由于致病基因是显性的，并位于X染色体上，因此，不论男性（XAY）和女性（XAXa）只要有一个这种致病基因XA就会发病。与常染色体显性遗传不同之处是，女性患者既可将致病基因传给生子，又可以传给女儿，且机会均等；而男性患者只能将致病基因传给女儿，不传给儿子。由此可见，女性患者多于男性，大约为男性的1倍。另外，从临床上看，女性患者大多数是杂合子，病情一般较男性轻，而男患者病情较重。

42. 抗维生素D佝偻病（vitamin D resistant rickets, VDRR）可以作为X连锁显性遗传病的实例。VDRR是一种以低磷酸血症导致骨发育障碍为特征的遗传性骨病。患者主要是肾远曲小管对磷的转运机制有某种障碍，因而尿排磷酸盐增多，血磷酸盐降低而影响骨质钙化。患者身体矮小，有时伴有佝偻病等各种表现。患者用常规剂量的维生素D治疗不能奏效，故有抗维生素D佝偻病之称。从临床观察，女性患者的病情较男性患者轻，多数只有低血磷，佝偻症状不太明显，表现为不完全显性，这可能是女性患者多为杂合子，其中正常X染色体的基因还发挥一定的作用。

43. X连锁隐性遗传 • 一种性状或遗传病有关的基因位于X染色体上，这些基因的性质是隐性的，并随着X染色体的行为而传递，其遗传方式称为X连锁隐性遗传（X-linked recessive inheritance，XR）。

44. 以隐性方式遗传时，由于女性有两条X染色体，当隐性致病基因在杂合状态（XAXa）时，隐性基因控制的性状或遗传病不显示出来，这样的女性表型正常的致病基因携带者。只有当两条X染色体上等位基因都是隐性致病基因纯合子（XaXa）时才表现出来。在男性细胞中，只有一条X染色体，Y染色体上缺少同源节段，所以只要X染色体上有一个隐性致病基因（XaY）就发病。这样，男性的细胞中只有成对的等位基因中的一个基因，故称为半合子（hemizygote）。以隐性方式遗传时，由于女性有两条X染色体，当隐性致病基因在杂合状态（XAXa）时，隐性基因控制的性状或遗传病不显示出来，这样的女性表型正常的致病基因携带者。只有当两条X染色体上等位基因都是隐性致病基因纯合子（XaXa）时才表现出来。在男性细胞中，只有一条X染色体，Y染色体上缺少同源节段，所以只要X染色体上有一个隐性致病基因（XaY）就发病。这样，男性的细胞中只有成对的等位基因中的一个基因，故称为半合子（hemizygote）。

45. 红绿色盲可作X连锁隐性遗传病实例。色盲有全色盲（achromatopsis）和红色绿色盲（dyschromatopsia of the protan and deutan）之分。前者不能辨别任何颜色，一般认为是常染色体隐性遗传；后者最为常见，表现为对红绿色的辨别力降低。呈X连锁隐性遗传，致病基因定位于Xq28。

48. 据报道，男性红绿色盲发生率7.0%，女性为0.5%。一个红绿色盲男患者（XbY）和正常辩色能力女性(XBXB)结婚，他们的女儿都应从父亲那里接受一个X染色体，从母亲那里得到一条正常的X染色体而成为致病基因携带者杂合了(XBXb)，他们的儿子必定由母亲那里接受一条XB，故辩色能力全部正常(XBY)。凡携带致病基因的女性(XBXb)与正常辩色男人结婚，下一代中，儿子有一半是正常(XBY)的，一半是绿色盲(XbY)，女儿中一半是致病基因携带者(XBXb)，一半则完全正常(XBXB)。因此，女性患者的父亲一定是患者，其母亲是致病基因携带者。这里可见“父传女，母传子”的交叉遗传（criss-cross inheritance）现象，如果女性携带者(XBXb)与男性患者(XbY)s结婚，后代中，女儿1/2可能发病，1/2可能为携带乾，独生子中发病者和正常者各占1/2。

49. 从红绿色盲系谱中，可反映出X连锁隐性遗传系谱和特点，表现在：①男性患者多于女性患者，系谱中的病人几乎都是男性；②男性患者的双亲都无病，其致病基因来自携带者母亲；③由于交叉遗传，男患者的同胞、舅父、姨表兄弟、外甥中常见到患者，偶见外祖父发病，在此情况下，男患者的舅父一般正常；④由于男患者的子女都是正常的，所以代与代间可见明显的不连续（隔代遗传）。从红绿色盲系谱中，可反映出X连锁隐性遗传系谱和特点，表现在：①男性患者多于女性患者，系谱中的病人几乎都是男性；②男性患者的双亲都无病，其致病基因来自携带者母亲；③由于交叉遗传，男患者的同胞、舅父、姨表兄弟、外甥中常见到患者，偶见外祖父发病，在此情况下，男患者的舅父一般正常；④由于男患者的子女都是正常的，所以代与代间可见明显的不连续（隔代遗传）。

50. Y连锁遗传 • 控制某种性状或某种疾病的基因位于Y染色体上，随Y染色体传递并表现出相应的性状，称Y连锁遗传。其规律是父传子，子传孙，女性不会出现相应的遗传性状和遗传病，也不传递有关基因，故Y遗传又叫全男性遗传。