第四章 孟德尔分析的扩展Word格式文档下载.docx
- 文档编号:16455293
- 上传时间:2022-11-23
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:526.51KB
第四章 孟德尔分析的扩展Word格式文档下载.docx
《第四章 孟德尔分析的扩展Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第四章 孟德尔分析的扩展Word格式文档下载.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
环境条件时多基因遗传的影响是十分明显的,如人的身高、胖瘦、肤色、智商等性状是受多基因控制的,营养状况,生活环境,受教育的情况对这些性状都有直接的影响,即使是单基因遗传的质量性状也或多或少受到环境条件的影响。
如半乳糖血症,是由于一个基因的突变使半乳糖苷酶缺失所致,但只要患儿不哺乳或不食用乳制品就不会患病。
水毛茛(Ranunculusaguatilis)的叶片形态在不同环境中是不同的。
同一株植株,基因型完全一致,长在水下的叶片呈丝状,长在水面上的叶片呈掌状(图2-1)。
藏报春(Primulasincnsis)有的品种在20℃时花是红色的,而在30º
C时花为白色的。
西马拉雅兔的毛色是受基因控制的在25º
C左右时在体温较低的部分,四肢和头部的尖端,尾巴和耳部的毛都是黑色的,其余部分全为白色。
但在30º
C以上的环境里长出的毛全为白色。
如果把它躯干部除去一部分毛再放到25º
C以下的温度下,这部分新长出的毛是黑色的。
当然生物有的遗传性状十分稳定,如人类的血型,也是受基因控制的,基因型一旦形成,表型就不会改变,不论生活在什么环境,营养状况如何,血型都不会改变。
二.反应规范:
有一种类型的精神分裂症是由多基因控制的,具有相应遗传背景的人在平和的环境中并不一定会发病,但遇到某种精神刺激和心理压力常常会发病。
因此这种类型的精神分裂症不仅和精神刺激有关,和遗传素质也有关。
对于基因型正常的人来说常可以耐受一定程度的精神刺激,而基因型异常的人在相同的刺激阈值中就可导致精神分裂。
图4-3可以表明基因型、环境和表型三者的关系。
1.反应规范:
我们怎样来衡量基因型,环境和表型三者之间的关系呢?
对于一个特定的基因型而言,我们可以制一个表格来表示在不同的环境中基因通过发育将产生什么样的表型。
对于特定的基因型而言,这样一套环境一表型的相关性就称为这种基因型的反应规范(normofreaction)。
也可以说是某一基因型不同环境中所显示出的表型变化范围。
例如果蝇在不同的温度下发育复眼大小也不同。
在这一物种中我们就可以用各种不同复眼数基因型来测果蝇的反应规范。
如有三个基因型:
野生型,中棒眼和小棒眼,在不同的温度下发育,然后来计算单眼的数目,绘成曲线(如图4-4),曲线就显示出三种反应规范。
野生型果蝇在15℃~30℃环境中,复眼是从1000逐步减少到700。
中棒眼随着温度的升高,单眼反而增加,小棒眼的在同样的环境下,复眼减少,虽然减少的数目比野生型小,但幅变减少得比野生型大。
2.表现度与外显率
表现度(expressivity)是指在一定的环境中,某一突变个体基因型表达的变异程度。
例如多指是由显性基因控制的,带有一个有害基因的人都会出现多指,但多出的这一手指有的很长,有的很短,甚至有的仅有一个小小突起,表明都有一定的表型效应,但变异程度不同。
如克汀病患者,同样患病,但症状有轻有重,重者无法自理,轻者可以从事简单劳动,可以做10以内的加减法。
这就是表现度的不同(图4-5)。
外显率(penetrance)指在特定环境中某一基因(常指杂合子)显示出相应表型的频率(百以分比表示)。
也就是说同样的基因型在一定的环境中有的个体表达了,而有的个体未得到表达,表型正常(图4-5),如具某显性基因A的杂合体有100人,其中仅有40人出现相应的表型,则外显率为40%,如100人都出现相应的性状外显率=1,称完全外显,若外显率<
1称不完全外显。
3.拟表型或表型模拟
环境的改变也能影响一个或多个基因的表达,最敏感的时期是在发育早期,在这个时期较小的变化可以导致以后较大的变化。
表型模拟的定义是:
用特殊环境条件下所作的一个非遗传的表型的修饰,使其和一个突变型的表型相仿。
产生表型模拟的药剂称表型模拟剂(phenocopyingagent)。
表型模拟的例子很多。
这种表型模拟的异常个体在遗传结构上并没有任何改变。
表型模拟存在各种生物中,从简单到复杂的生物都可找到一些例子。
如红色链孢霉(Neurosporacrassa)正常的生长表型是有很多分枝。
在网状团块中的菌丝很快地延伸、长成桔黄色,与灰霉或绿酶相似,有时长在面包上,有些突变的链孢霉分枝很多,而长得很慢,称为菌落样生长习性。
由于生长慢形成了接种点,前起来像是固体培养基上的一颗纽扣。
细胞壁结构缺陷使细胞壁很弱,因此菌丝中胞质的内部压力使得产生分枝比正常情况的要多。
这种菌落的表型也能被在培养基中加入影响细胞壁正常发育的化学试剂而进行表型模拟。
在野生型的链孢霉中加入山梨糖会影响菌落生长。
若将此菌落放在正常培养基上的话它将恢复原来的状况。
细胞壁的异常的表型模拟与菌落的基因突变表型相似,但本质不同,用生化的方法是可以加以区分的。
在人类中也有很多表型模拟的例子,白内障、耳聋、心脏缺陷等有的是遗传的,也有的是由于患者的母亲在怀孕后2周内感染了麻疹病毒而引起。
人类的其他一些性状也有表型模拟,如短肢畸型(phcomelia),这种畸型有的是受显性等位基因控制的,这个基因抑制了四肢长骨的发育(图4-6)。
在1959~1961年之间,发现孕妇在妊娠35~50天若服用镇静剂反应停(thalidomide)也会使孩子产生同样的表型,现在这种药物早已被淘汰了。
最近发现很多得复杂有机体在一个发育的敏感时期受到表型模拟剂的影响会产生表型模拟。
很多不同的药物都起到这种作用。
4.双生子研究
我们怎样来区别一个性状是由基因控制的,还是由环境控制的呢?
一种办法就是研究在不同环境下基因型相同的个体,如我们可以用同一基因型的实验动物。
典型的就是将一定品系的小鼠或大鼠,通过近亲杂交产生的后代用作实验材料。
它们大部分基因是纯合的。
这个动物群体一般说来都是同型的。
可用于一些未知药物的研究,如新的药物,食品添加剂,食品色素,防腐剂及染料等。
通过动物实验来评估对人类是否有潜在的危险。
表4-1
不同情况下肺结核的共发病率
关系
同时患病率%
同卵双生子
87.3
异卵双生子
25.6
同胞
25.5
半同胞
16.9
亲子
11.9
夫妻
7.1
不相关的人
1.4
虽然我们不可能制造人类近亲婚配品系用于实验,但我们可研究双胞胎。
双生子有异卵双生(fraternaldizygotictioins)和同卵双生子(identicalmonozygotictwins)。
异卵双生是两个卵同时受精的结果,他们的基因型和同胞的兄弟姐妹一样,但他们的胚胎发育环境以及以后的生长环境是相同的。
同卵双生子是单卵受精,第一次卵裂时分成两个细胞,然后各自发育成个体。
他们在遗传结构上是完全相同的,但他们后天生长的环境可以不同。
我们只要加以比较分析就能分辩某一性状是由环境决定的还是由基因决定的。
如很多孩子都患过麻疹,无论是同卵双生子,还是异卵双生子同时患病率都是高的,这表明是否患麻疹很大的程度是由环境决定的。
有的性状在两种不同的双生子中同一性是有明显差异的,如脉博的频率,血型及精神分裂的发病率在同双生子中是高度的一致性。
资料(表4-1)表明,肺结核在不同人之间的共发病率。
肺结核是由结核杆菌所引起,但在群体中有人患病,有人不患病,说明不同的人易感性不同,这种易感性是否由基因控制呢,从资料中明显得出同卵双生子的同时发病率为87.3%,而异卵双生子的同时发病率为25.6%,差异是明显的;
而异卵双生了和同胞之间的差别并不明显,说明肺结核的易感性和遗传有关。
5.性状的多基因决定
我们说质量性是由单个基因控制,并不意味着产生某一性况仅由一对基因决定,其实任何一个性状都是经过一系列生化连锁反应的结果,在反应的过程中可能存在多个步骤,而每一步也都由相应的酶进行催化,这一系列的酶同样是由一系列基因控制合成的,因此每一个性状都涉及到多个基因。
将突变型和野生型相比较并不是一系列基因同都发生了突变,而仅仅是其中一个基因发生突变,使整个生化反应不能完成,从而不能表现出来正常的性状,我们指单个基因控制也就是指仅一个基因发生突变也会改变表型的性状。
比如哺乳动物皮毛的颜色就是一个好的例子。
小鼠的毛色至少由5对基因来决定,即A,B,C,D和S。
野生型等位点基因A控制的表型称野鼠色(agouti),也就是在黑毛的前端产生一段黄色(图4-8),从整个动物前来像野兔子那种深棕色。
其等位基因是不能产生黄斑,毛呈纯黑色即aa鼠为黑色。
B基因是使色素元形成黑色素,其等位基因b是不能形成黑色素,毛呈纯黄色。
C基因是控制允许色素(clolor)的表达,而其等位基因c则色素不能形成,毛色为白色,各种白化的动物都是这个基因突变所致。
有些动物C基因的表达同时受到环境条件湿度的影响,即在30°
C以上这个基因不表达,即使是野生型,不能产生色素而呈白色,而在25°
C下才能表达,所以喜玛拉雅白化兔和泰国猫和尾巴是黑色,其他部位是白色。
D基因是起淡化(dilutes)颜色作用的基因,野生型D不起淡化作用,突变d可将颜色变淡,杂合型Dd起到中等淡化的作用。
P基因是控动物量上有无花斑,P:
控制无斑,p:
控制有班;
人们常见的花斑马、狗、猫、鼠等都是由这个基因控制的。
那么一只纯黑色小鼠它的基因型如果用5个基因来表达的话应当是aaBBCCDDPP。
在a.C.D.P相同的情况下,B-为黑色bb为综色,我们就说是B基因控制黑色和棕色,其实纯黑色是五对基因共同作用的结果。
图4-6野生型等位点基因A控制的表型称野鼠色(agouti),也就是在黑毛的前端产生一段黄色(引自Griffithsetal1999)
6.基因的多效应
一个基因的产物无论是酶还是其它的蛋白,它的生化功能或生理功能不可能是唯一的或独立的,常会影响到其他生化反应及生理功能,因此一个基因的突变引起的表型变化也是多方面的,这种现象我们称之为多效现象(pleiotropism),多效现象的例子也是很多的,如人类的先天性成骨不全(Osteogenesisinperfecta),这是种常染色体的显性遗传病,患者骨骼发育不良,骨质疏松,一生中反复发生多次骨折;
大多数患者巩膜呈淡兰色;
患者成年后还常常出现耳聋。
这样,一个座位上的基因发生改变,产生3种不相关的表现改变。
人类的指甲一髌骨综合征(Nail-petallasyndrome)也出现多效现象,此病属常染色体显性遗传。
患者指甲异常。
第一、二指指甲萎缩,角化不全,纵裂或缺如。
髌骨缺如或发育不良,桡骨小头,肱骨髁不对称发育,脱位,髌骨畸形等。
少数病人还有眼和精神方面的异常
第二节
显隐性关系的扩展
孟德尔在植物杂交实验中所观察的7对性状都属于完全的显性和隐性关系。
但并不是所有情况都是如此。
有时会遇到一些例子在显隐性关系上出现各种变异。
一.不完全显性
不完全显性(incomplestdominance)又叫做半显性(semidominance),其特点是杂合子表现为双亲的中间性状。
如柴茉莉(Mirabilisjalapa),红花品系和白花品杂交,F1代即不是红花,也不是白花,而是粉红色花,F1互交产生的F2代有三种表型,红花,粉红花和白花,其比例为1:
2:
1(图4-8a)。
金鱼草的花色也是如此。
安大路西亚(西班牙南部一个区域)鸡的羽毛,家蚕的体色,马的皮毛,金鱼身体的透明度等(图4-8b)都属此类不完全显性。
为什么会产生不完全显性的现象呢?
以紫茉莉为例,两个正常R基因产生的酶的剂量才能产生足够的红色素。
当基因发生无效突变时,便失去功能,不能催化红色素的产生、故rr为白色。
只有一个正常的R基因,其产生的酶就只能产生部分红色素,所以RR为红色,Rr为粉红色,rr为白色(图4-9)。
马皮毛的颜色是因为D是淡化基因,马的棕色由bb决定DD不起淡化作用,dd起很强的催化作用,使皮毛呈白色,Dd只有一个d起淡化作用,使马呈淡棕色。
同样具有剂量效应(图4-8d)。
我国学者陈桢曾系统地研究了金鱼的起源和遗传。
发现普通金鱼(TT)能合成酪氨酸氧化酶,使酪氨酸在细胞里合成各种色素,呈现出绚丽的色彩。
有一种突变型(tt)是酪氨酸氧化酶缺陷型,不能合成色素颗粒,所以身体透明,从外面可以看到金鱼的内脏。
普通金鱼和身体透明的这两种金鱼的F1代是一种半透明鱼,也就是说单个“T”基因合成的色素量尚不能完全改变透明状态,所以杂合体呈半透明状态(图4-3e)。
杂合子的一对等位基因各自都具有自己的表型效应,称为共显性(codominance)。
MN血型是最好的例子。
在人类的M-N血型系统中有三种血型,M,N和MN型,他们是由基因型LMLM,LNLN和LNLN决定的。
M型个体的红细胞膜上有M抗原,N型个体的红细胞膜上有N抗源,而MN型个体的红细胞膜上既具有M抗原又有N抗原,也就是两种基因在同种组织中都得到了表达。
这是由一对等位基因中的一个发生了异效突变,它会产生不同的表型效应,当这一对等位基因杂合时,两种表型(M抗原和N抗原)同时共存。
三.
嵌镶显性(mosaicdominance)
我国遗传学家谈家桢先生早年系统地研究了鞘翅瓢虫(Harmoniaaxyridis)的遗传。
发现了嵌镶显性。
一种瓢虫鞘翅的底色为黄色,前缘呈黑色,称为黑缘型(SAVSAV),另一种情况相反,鞘翅的后缘为黑色,称为均色型(SESE),两者杂交产下的F1代同时具有双亲的特点,即鞘翅前后缘都呈黑色,这就是嵌镶显性(mosaicdominance),他和共显性是有不同的,共显性是在同一组织同一空间表现了双亲各自的特点,而嵌镶显性是在不同的部位分别表现了双亲的表型。
嵌镶在一起。
四.显隐性的相对性
1、
标准不同显隐性不同
我们在讨论显隐性关系时,总要以某种性状为标准来分析,同一对等位基因若以不同的标准来讨论,那么显隐的关系可能是不同的,如人类的镰刀型贫血(sicklecellamemia)是由于珠蛋白β链上的第6个疏水性的氨基酸取代负电性的亲水性的谷氨酸所引起,使镰刀型血红蛋白HbS在脱氧状态下比正常血红蛋白HbA的溶解度低5倍,于是在氧张力低的毛细血管区,HbS溶解度大大降低而形成管状结构凝胶化,导致红细胞成镰刀状,称为镰变。
从下表4-2中可以看出
红色花×
淡黄色
↓
光充足低温:
红色花
光不足温暖:
光充足温暖:
粉红色
图4-5金鱼草的显性花色和外界条件的关系
2、
不同环境条件对显隐性的影响
不同品系,所产生的F1代在不同的条件下,表型不同
光照和温度对生化反应是有重要的影响,这样也必然会影响到表型效应,以致改变显隐性关系。
如进行杂交玄参科的金鱼草有红色花和淡黄色花两种不同的品系,若果将这两种不同品系,所产生的F1代在不同的条件下,表型不同(如图4-5)。
在光充足低温时F1为红色,那么红色为显性;
当光不足温暖条件下,F1为淡黄色,那么红色为隐性;
当光充足温暖时,F1为粉红色,呈不完全呈性。
可见外部的环境条件会影响到显隐性的关系。
前面介绍的早秃等也是属于内环境影响显隐性的例子。
Bb杂合的情况在男性中受到雄性激素的作用,单个的秃发基因可以表达,产生早秃性状,成为显性基因,而在女性中,由于没有雄性激素,所以不能表达,一定在有害基因纯合的情况才能表达,从而表现为隐性性状。
第三节.复等位基因
在遗传学发展的早期就已经清楚,一个基因可能有二种以上的形式,然而一个二倍体生物在一个基因座位上只可能具有其中一对等位基因,而在一种生物群体中,某一个基因座位上的不同等位基因的总数常是相当大的。
这种情况称复等位基因(multipleallelism),一套等位基因的本身就称为等位系列(allelicseries)。
等位性是遗传学中重要概念之一。
所以我们我们要了解几个例子。
人类的血型遗传
人类的血型系统共发现24种,其中最常用的是ABO系统。
伯恩斯坦(Bernstein)对ABO血型的遗传提出了复等位基因的假设,此系统共由3个复等位基因IA,IB和i控制的,
表4-3人类ABO系统血型表
血型表型
基因型
抗原(在细胞膜上)
抗体
基因和产物
A
IAIA,IAi
A
β(抗B)
IA(9q34)N-乙酰半乳糖转移酶
B
IBIB,IBi
B
α(抗A)
IB(9q34)半乳糖转移酶
AB
IAIB
AB
-
O
ii
-
αβ(抗A抗B)i(9q34)无相应产物
IA和IB互为共显性,但对i为显性。
各种血型的基因型如表4-3所示。
IA基因已定位在9q34,控制合成N-乙酰半糖转移酶,此酶能把α-N-乙酰半乳糖分子接到蛋白上,产生A抗原决定族;
IB基因控制合成半乳糖转移酶,能把α-N-半乳糖接到糖蛋白上,产生B抗原决簇,i基因为缺陷型,不能合成A抗原和B抗原。
血型在法律上常用于亲子鉴定,排查嫌疑犯的依据,血型的遗传是十分稳定的,但也有一些特殊的情况,在分析时必须注意。
(1)顺式A.B.(CisA.B)型。
有位AB型的妇女和O型的男子结婚,生育了O型的子女(如图4-6)表面上看起来似乎是不符合血型遗传的规律,经仔细的分析发现一般正常情况下IA和IB是在一对同源染色体上,称为反式AB(transAB),但也有极少数的人,由于交换重组IA和IB同位于一条染色体上,另一条同源染色体上没有任何等位基因。
这种情况称为CisAB。
发生率为0.18‰。
当带有cisAB染色体的配子和O型人的配子结合,此配子的染色体带有三基因,故合子发育成AB血型,而cisAB的同源染色体进入配子,这个配子和正常O型血型的配结合,合子仅能发育成O型(图4-7)。
(2)孟买型
一个O型的男子和B型的女子结婚,生育了一个表型为O型的女孩,O型女孩长大后和一个A型血男子结婚,生育了两个女儿,一个为O型,一个为AB型(图4-8)。
一个O型的和A型人结合,怎么会生育出AB型的子女呢?
似乎又是违反了血型遗传的规律,实际上这是由于抗原的形成由多个基因控制的结果(图4-9)。
前体在H基因控制下产生H抗原,即岩藻糖基转移酶,作为A、B抗原的前体。
明白了这道理,就不难解释上叙的现象。
那就是Ⅱ-2女子的“O”型是一个假象,她的“H”座位基因型可能为hh,即不能产生H抗原,所以即使其ABO系统为IBi型,因没有前体物也不能形成B抗原,故定为“O”型。
当和一个基因型为HH/IAi正常男性结婚,他们的孩子H座位的基因型为Hh,能产生H抗原,ABO座位的基因型可能是IAi,IBi,IAIB,ii,当为IAIB和ii时为O型和AB型。
这一情况是在印度孟买发现的,故称孟买型。
(3)HAB的分泌型和非分泌型。
HAB不仅存在于红细胞的表面,还可以通过分泌系统运到血清,唾液,胃液,精液经及体液中,因此法医除了收集血样还可以通过唾液,精液等来确定血型,这种能分泌的称为分泌型(Secretor),也有的人不能分泌,称非分泌型(nonsecrtors)。
分泌型为显性。
非分泌型为隐性。
(4)Rh血型与新生儿溶血症
Rh血型也是常用的一种血型系统,表型只有两种Rh+和Rh-,Rh有Rh+抗原,其化学本质为粘多糖,基因型为RR和Rr;
Rh-无Rh抗原,基因型为rr。
R对r为显性,在欧州和北美Rh-在群体中的比例为15%,在中国人中仅有1.5%。
Rh-的比例较高会给新生儿带来一种潜在的危险。
当Rh-的女子和Rh+男子结婚,怀孕时胎儿为Rh+,胎儿产生的Rh抗原少量经胎盘进入母体。
使母亲产生Rh抗体。
由于母亲本身并无抗原,所以抗体的存在对自己毫无影响。
但抗体也同样可以通过胎盘进入胎儿体内,和胎儿的Rh抗原结合,引起溶血。
特别是第二胎,母亲受到2个胎儿Rh抗原的刺激,相应产生Rh抗体的量就比较多。
第二胎产生的溶血现象也就较为严重。
假如母亲为Rh+,胎儿为Rh-时,则不会产生溶血,因为母亲体内产生的抗原进入胎儿体内,胎儿此时尚无产生抗体的能力,所以不会产生溶血反应。
(图4-10)。
2组织相容性抗原
人类在进行器官移植时会产生异体排斥现象,这是由于异体之间组织相容性抗原(majorhistocompatibility,MHC)或称人类白细胞抗原(humanlencocyteantigens,HLA)的差异所致。
人类的MHC基因在第6号染色体上有9个座位(A.B.C.D.DR.DQ.DP.DZ.DC),每个座位又由多个复等位基因构成。
小鼠的MHC基因在第17号染色体上,有6个座位,K,D,L.R基因编码移植抗原;
I编码B细胞和T细胞的表面蛋白;
S编码补体。
就以人类的4个位点为例(表4-4)基因型组合有4,358,651,661种,表型组合也有四亿多(434,194,112)如果以9个位点计算,数字更为宠大,所以除同卵双生子外,世界上很难找到MHC完全相同的人。
但器官移植并不要求供体和受体的MHC完全一致,而要求供体的基因受体都具有(表4-5)当然这也相当困难的。
表4-4人类MHC四个位点的基因数和表型数
C
DR
复等位基因数
21
38
9
13
表型数
211
704
37
79
表4-5两个位点供受体基因的排斥反应
移植组
受体基因型
供体基因型
反应
1
A1A2B5B5
A1A1B5B7
排斥
2
A2A3B7B12
A1A2B7B7
3
A1A2B7B5
接受
4
A2A
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第四章 孟德尔分析的扩展 第四 孟德尔 分析 扩展