第五章(1)連鎖遺傳分析

一、性別決定與性連鎖二、連鎖遺傳的現象和解釋；三、連鎖和交換機理；四、交換值及其測定；五、基因定位和連鎖遺傳圖。本章重點

當前第1頁\共有69頁\編于星期五\22點第一節(jié)性染色體與性別決定一、性別與性染色體

（1）性別（sex）是從酵母菌到人類所有真核生物的共同特征，是長期進化的產物。兩性生物中的雌性：雄性＝１:1，這是一個恒定的理論比率，稱為性比（sexratio，SR）。

在自然群體中，性別1：1的比率是同一物種內兩種性別表型選異交配的結果?！靶詣e”作為一種性狀，是按孟德爾方式遺傳的，因而1：1的性別比是一種測交結果，這意味著某一性別（例如哺乳動物的雌性）在遺傳上是純合體，而另一性別（雄性）則是雜合體。當前第2頁\共有69頁\編于星期五\22點

（2）性染色體的發(fā)現

1891年，Henking用半翅目昆蟲蝽進行減數分裂研究，發(fā)現雄體的細胞中有11對染色體和1條不配對的單條染色體，就稱其為”X”染色體。

1902年，C.E.McClung(麥克朗)等發(fā)現并確定了決定性別的染色體。他們采用蝗蟲和其他直翅目昆蟲為材料，發(fā)現在雄蟲細胞內有一條單獨的、不成對的染色體，在受精時，它決定昆蟲的性別，就稱其為副染色體（accessorychromosome）。當前第3頁\共有69頁\編于星期五\22點

1905年，N.M.Stevens(斯蒂文斯)發(fā)現粉蟲（Tenebriomolitor）雌雄個體的染色體數目是相同的，但在雄蟲中有一對是異源的，大小不同，其中有一條雌性也有，是成對的；另一條雌性沒有，Stevens稱之為Y染色體。當前第4頁\共有69頁\編于星期五\22點果蠅的染色體生物染色體可以分為兩類：性染色體（sex-chromosome）：直接與性別決定有關的一個或一對染色體。成對的性染色體往往是異型，即形態(tài)、結構、大小和功能都有所不同。常染色體(autosome)：其它各對染色體，通常以A表示。常染色體的各對同源染色體一般都是同型，即形態(tài)、結構和大小基本相同。如：果蠅n=4雌:3AA+1XX雄:3AA+1XY當前第5頁\共有69頁\編于星期五\22點

正常男人的染色體組型分析結果當前第6頁\共有69頁\編于星期五\22點二、性別決定的機制

1、性染色體決定性別：性別由性染色體的差異決定。?

XX-XY型性別決定

XY型.性染色體在結構上有X和Y兩種形態(tài)。人類、哺乳類、某些兩棲類和魚類、多種昆蟲和雌雄異株植物屬于此類。同配性別XX(homogametic-sex)是雌性；異配性別XY(heterogametic-sex)是雄性。當前第7頁\共有69頁\編于星期五\22點

X和Y染色體在性別決定中的作用是對等的嗎？有些XY型性別決定生物，Y染色體在性別決定中起著重要的作用，如哺乳類。有的XY型性別決定生物，如果蠅，X染色體起重要作用，Y染色體與育性有關。當前第8頁\共有69頁\編于星期五\22點?

X0型性別決定XX為雌性；而雄性只有一條X染色體為XO。

某些雙翅目、半翅目和直翅目的昆蟲，如蝗蟲、蟋蟀、蟑螂等，植物中花椒也屬于該類型。一種半翅目昆蟲當前第9頁\共有69頁\編于星期五\22點果蠅性別決定的染色體機制果蠅性別決定的染色體機制是在1921年由C.B.Bridges通過對不同染色體組成的果蠅性別表型的分析而提出的。當前第10頁\共有69頁\編于星期五\22點

ZW型.鳥類、鱗翅目昆蟲、某些兩棲類及爬行動物屬于此類。同配性別ZZ為雄性，異配性別ZW為雌性。與XY相反。?

ZW型性別決定?

Z0型性別決定雄性為ZZ，雌性為Z0。

某些鱗翅目昆蟲屬于該類型。當前第11頁\共有69頁\編于星期五\22點

在玉米中有若干基因可以決定或改變植株的性別。正常的雌雄同株玉米的雌花序由基因Ba控制，雄花序由基因Ts控制。

2、基因決定性別：當前第12頁\共有69頁\編于星期五\22點

3、染色體組的數目決定性別：蜜蜂等膜翅目的昆蟲：性別取決于染色體組的數目，并受到環(huán)境影響。工蜂2n蜂皇2n雄蜂n當前第13頁\共有69頁\編于星期五\22點

雌雄同株和雌雄同體的生物有性別決定嗎？

性別決定指在各種因子的調控下性腺的形成。

性別分化指在性腺產生的性激素作用下，某些體細胞分化發(fā)育成內、外生殖器以及第二性征。當前第14頁\共有69頁\編于星期五\22點三、影響性別發(fā)育的環(huán)境因素1、外部環(huán)境因素的影響

如蛙類的性別決定類型是XY型。蝌蚪在20℃以下的環(huán)境發(fā)育時性別由其性染色體決定；但在30℃條件下XX和XY個體均會發(fā)育成雄性個體。

在葫蘆科的植物里，豐富的氮肥，短的日照和夜晚的低溫也有利于雌性的發(fā)育。當前第15頁\共有69頁\編于星期五\22點當前第16頁\共有69頁\編于星期五\22點當前第17頁\共有69頁\編于星期五\22點3、性反轉現象

生物從一種性別轉變?yōu)榱硪环N性別的現象稱為性反轉（sexreversal）。

假設有一只雌雞停止了產卵，并開始向雄雞轉變，最后能和雌雞交配。這只特殊的雄雞的性染色體組成應是怎樣的？

性別的表型是基因型和環(huán)境相互作用的結果，環(huán)境條件只能影響性別的表型，不能影響性別的基因型。

當前第18頁\共有69頁\編于星期五\22點總之：性別受遺傳物質控制：

通過性染色體的組成；

通過性染色體與常染色體二者之間的平衡關系；

通過染色體的倍數性等。環(huán)境條件可影響甚至轉變性別的特征，但不會改變原來決定性別的遺傳物質。環(huán)境影響性別的轉變，主要是性別有向兩性發(fā)育的特點（如玉米雌雄穗）。當前第19頁\共有69頁\編于星期五\22點第二節(jié)

性連鎖遺傳分析

伴性遺傳

從性遺傳

限性遺傳

劑量補償效應當前第20頁\共有69頁\編于星期五\22點1910年以前，就有許多生物學家推測基因位于染色體上，但缺乏確鑿的證據。研究者需要找到一個能確定地與一條染色體連在一起的基因。實現這個目標就要求可以通過一個突變等位基因來鑒別這個基因，而且這條染色體在形態(tài)上可加以區(qū)別。另外，基因傳遞的模式必須反映染色體在生殖階段的行為。摩爾根等人（1910）以果蠅為材料進行試驗時發(fā)現個別白眼個體（突變產生)。試驗結果表明白眼性狀的遺傳與性別相聯系，同X染色體的遺傳方式相似。性連鎖（sexlinkage）：指性染色體上基因所控制的某些性狀總是伴隨性別而遺傳的現象。又稱伴性遺傳（sex-linkedinheritance）。當前第21頁\共有69頁\編于星期五\22點一、伴性遺傳

1.1909年Morgan在自己培養(yǎng)的黑腹果蠅群體中發(fā)現了白眼雄蠅突變體(“例外”)。對這個白眼雄蠅他設計了一些雜交實驗，證明白眼性狀的遺傳與性別相關，是一種伴性遺傳。當前第22頁\共有69頁\編于星期五\22點1.果蠅白眼突變體的伴性遺傳實驗1：

a.野生紅眼雌蠅與突變體白眼雄蠅雜交。F1都是紅眼，表明紅眼為顯性；性別比為1比1。

b.紅眼F1雌雄性果蠅互交產生性狀分離。紅眼比白眼為3比1，符合分離定律；雌性比雄性為1比1。

c.假設白眼果蠅生活力低易死亡，F2的表型比為2:1:1，另外白眼只在雄蠅出現，無白眼雌蠅，也不符合分離組合定律。不是簡單地用Mendel遺傳規(guī)律所能解釋的。當前第23頁\共有69頁\編于星期五\22點測交實驗(Testcross)CrossB：CrossA所得F1紅眼雌蠅與親本白眼雄眼做測交實驗實驗2：

a.用實驗1的F1紅眼雌蠅為母本與實驗1的父本白眼雄蠅雜交。該實驗是一個假設白眼雄蠅是隱性親本，F1紅眼雌蠅是雜合的測交實驗。

b.子代出現四種表型：紅眼雌蠅、白眼雌蠅、紅眼雄蠅、白眼雄蠅，而且比例為1:1:1:1。這是典型的Mendel測交比例。

c.實驗結果表明：

1.實驗1F1紅眼雌蠅是雜合體。2.實驗1作父本的白眼雄蠅是隱性純合體。當前第24頁\共有69頁\編于星期五\22點雄蠅只有一個決定眼睛顏色的基因C實驗3：

a.以實驗2的子代白眼雌蠅為母本，與無親緣關系且取自另一種群的純種野生紅眼雄蠅進行雜交。

b.

F1代出現紅眼雌蠅和白眼雄蠅表型，且比例相等。但是，表型傳遞是交叉的，即白眼的雌性親本把性狀遺傳給了自己的雄性子代，而紅眼的雄性親本將性狀傳遞給了自己的雌性子代。這種性狀傳遞方式被稱作交叉遺傳(Criss-crossInheritance)。

c.將本實驗得到的F1代紅眼雌蠅與白眼雄蠅相互交配，其F2與實驗2的回交，即測交結果完全相同。

d.實驗結果表明：1.來自自然突變的白眼雄蠅(實驗1和實驗2)和由雜交(實驗3)產生的白眼雄蠅都是隱性純合體。2.由雜交產生純合體只有一種可能，即在雄蠅中只有一個控制眼睛顏色的基因－或者紅眼基因或者白眼基因，沒有紅眼或白眼的等位基因?；蛘哒f，雄蠅永遠是純合體，不會成為雜合體。當前第25頁\共有69頁\編于星期五\22點Morgan的假設1.控制白眼的隱性基因w位于果蠅的X染色體上。2.雄性果蠅的Y染色體上不帶有白眼隱性基因的顯性等位基因。根據假設Morgan圓滿地解釋了他設計的三個雜交實驗。在實驗分析中，Morgan首次把一個特定的白眼基因(w)與一條特定的染色體(X染色體)聯系在一起，并為遺傳的染色體學說提供第一個實驗證據。當前第26頁\共有69頁\編于星期五\22點

控制白眼性狀的基因w位于X染色體上，是隱性的，Y染色體上不帶有這個基因的顯性等位基因。Morgan的假設紅眼♀x

白眼♂X+X+

XwY紅眼♀紅眼♂

X+Xw

X+Y當前第27頁\共有69頁\編于星期五\22點

Morgan對假設的驗證XwXwX+YP白眼♀紅眼♂

F1

X+XwXwY紅眼♀白眼♂

F2

XwXw

X+XwX+YXwY白眼♀紅眼♀紅眼♂白眼♂當前第28頁\共有69頁\編于星期五\22點伴性遺傳由性染色體所攜帶的基因在遺傳時與性別相聯系的遺傳方式。

絞花遺傳（交叉遺傳）：外祖父的性狀通過女兒在外孫身上表現；或者說女兒像父親，兒子像母親的現象。當前第29頁\共有69頁\編于星期五\22點X連鎖遺傳Y連鎖遺傳2、人類的伴性遺傳人類性染色體當前第30頁\共有69頁\編于星期五\22點如色盲、A型血友病等表現為性連鎖遺傳。色盲性連鎖：①控制色盲的基因為隱性c，位于X染色體上，Y染色體上不帶其等位基因；②由于色盲基因存在于X染色體上，女人在基因雜合時仍正常；而男人Y基因上不帶其對應的基因，故男人色盲頻率高?！嗯篨CXc雜合時非色盲，只有XcXc純合時才是色盲；男：Y染色體上不攜帶對應基因，XCY正常、XcY色盲。當前第31頁\共有69頁\編于星期五\22點當前第32頁\共有69頁\編于星期五\22點

存在于Y染色體差別區(qū)段上的基因所決定的性狀僅由父親傳給兒子，不傳給女兒，稱為Y連鎖遺傳。

一種罕見的毛耳緣（hairyearrims）性狀只限于男性，其特殊的表型是外耳道長有許多長2～3cm黑色硬毛，常成叢生長伸于耳孔之外。男性青春期后即可出現當前第33頁\共有69頁\編于星期五\22點

位于X、Y染色體上非同源區(qū)域的基因稱為X連鎖基因、Y連鎖基因。

位于X、Y染色體上同源區(qū)域的基因稱為“X和Y連鎖”基因，因為該區(qū)域有交換重組的可能，也稱為不完全性連鎖基因。當前第34頁\共有69頁\編于星期五\22點果蠅伴性基因的遺傳分析--果蠅截毛基因(bobbed，bb)的遺傳黑腹果蠅中截毛突變種（bb）比正常果蠅（Xbb＋）的剛毛短而細。這個基因不僅在果蠅的X染色體上存在，而且Y染色體上也有它的等位基因，這是非常稀罕的情況。純合的雌蠅（XbbXbb）與雜合的雄蠅（Xbb＋Ybb）交配時，預期的子代所有的雌蠅（XbbXbb＋）將有正常的表型，所有的雄蠅（XbbYbb）則是截毛的。當前第35頁\共有69頁\編于星期五\22點♀非蘆花F1

ZbWZBZb♂蘆花1:1:1:1♂蘆花♂非蘆花

♀蘆花♀非蘆花P♀蘆花

♂非蘆花ZBWZbZbF2ZBZbZbZbZBW

ZbW交叉遺傳近親繁殖3、雞的伴性遺傳蘆花斑羽顯性基因B的遺傳當前第36頁\共有69頁\編于星期五\22點正反交的結果不同；交叉遺傳現象當前第37頁\共有69頁\編于星期五\22點決定性狀的基因在Z染色體上的伴性遺傳方式稱為Z連鎖遺傳。X連鎖遺傳Y連鎖遺傳Z連鎖遺傳伴性遺傳當前第38頁\共有69頁\編于星期五\22點伴性遺傳的特點※決定性狀的基因位于性染色體上；※性狀的遺傳與性別有關；※正交與反交F1的結果不同；※表現特殊的交叉遺傳規(guī)律。當前第39頁\共有69頁\編于星期五\22點二、從性遺傳從性遺傳（sex-controlledinheritance）或稱為性影響遺傳（sex-influencedinheritance）：指性狀的遺傳是由常染色體上的基因決定的，不是由X及Y染色體上基因所控制的性狀，而是因為內分泌及其它關系使某些性狀只出現于雌、雄一方；或在一方為顯性，另一方為隱性的現象。當前第40頁\共有69頁\編于星期五\22點有角綿羊X無角綿羊有角綿羊X無角綿羊

♀HHhh

♂♂

HHhh

♀

♀Hh無角Hh

♂有角例如，羊的有角因品種不同而有三種特征：

①.雌雄都無角；②.雌雄都有角；③.雌無角而雄有角。以前兩種交配，其F1雌性無角，而雄性有角。反交結果和正交相同。當前第41頁\共有69頁\編于星期五\22點

只是在某一性別中表現的性狀的遺傳方式，基因在常染色體上或性染色體上。

例如：人的毛耳的遺傳；奶牛的泌乳量等性狀。三、限性遺傳限性遺傳的性狀多與性激素有關。限性遺傳與伴性遺傳的區(qū)別：限性遺傳只局限于一種性別上表現，而伴性遺傳則可在雄性也可在雌性上表現，只是表現頻率有所差別。當前第42頁\共有69頁\編于星期五\22點四、劑量補償效應及其分子機制1、性染色質體

1949年，Barr等人發(fā)現在雌貓的神經細胞間期核中有一個染色很深的染色質小體，而雄貓中沒有。這種濃縮的、惰性的異染色質化的小體稱為巴氏小體（Barrbody）。由于巴氏小體與性別及X染色體的數目有關，所以又稱為性染色質體(sex-chromatinbody)。當前第43頁\共有69頁\編于星期五\22點劑量補償效應(DosageCompensationEffect)：指在XY型性別決定的生物中，使性連鎖基因產物在兩種性別中有相等或近乎相等的有效劑量的遺傳效應。2、劑量補償效應與Lyon假說哺乳動物性染色體異常（數目）成活常染色體數目異常往往死亡哺乳動物X染色體上的基因在純合的雌性細胞中有相同的兩份拷貝，而雄性體細胞中只有一份，可是在雌體與雄體的表型上卻看不出任何顯著的差別。哺乳動物有一種劑量補償機制，對超數的性染色體進行補償，對額外的常染色體不存在這種機制。當前第44頁\共有69頁\編于星期五\22點劑量補償效應有3種不同的機制：①在哺乳類（包括人類）中雌性XX中的隨機的一條X染色體失活，在雄性XY中單條X染色體保持活性。在有袋動物中，總是從父本遺傳下來的X染色體被失活。②在果蠅中，雌性中的兩條X染色體都有活性，而在雄性XY或XO中唯一的一條X染色體超活性③線蟲（C.elegans）的劑量補償機制是在XX個體為雌雄同體，兩條X染色的連鎖基因的轉錄活性同時減弱，使之處于低活性狀態(tài)，即每條X染色體基因的表達水平是單條X染色體（雄性中）的表達水平的一半，以便實現與雄性（XO）個體的只具一條X染色體上連鎖基因活性的劑量補償。當前第45頁\共有69頁\編于星期五\22點?正常雌性哺乳動物的體細胞中，兩條X染色體中只有一條X染色體在遺傳上有活性，另一條X染色體在遺傳上無活性。其結果使X連鎖基因得到劑量補償。萊昂假說（Lyonhypothesis）1961年，MaryLyon提出假說，解釋巴氏小體的來源。當前第46頁\共有69頁\編于星期五\22點?失活發(fā)生在胚胎發(fā)育的特定時期。某一個細胞的一條X染色體一旦失活，這個細胞的所有后代細胞中的該條X染色體均處于失活狀態(tài)。?雜合體雌性在伴性基因的作用上是嵌合體：某些細胞中來自父方的伴性基因表達，某些細胞中來自母方的伴性基因表達，這兩類細胞隨機鑲嵌存在。?失活是隨機的。在同一哺乳動物的體細胞中，有些細胞里父源的X染色體失活，另一些細胞里母源的X染色體失活。當前第47頁\共有69頁\編于星期五\22點Lyon假說的實驗證據玳瑁貓的雌性雜合體

黃色皮毛(orange)基因XO是黑色皮毛(black)基因Xo的顯性等位基因。在發(fā)育早期雜合XOXo的X染色體隨機失活。Xo失活的體細胞產生黃色皮毛斑點；XO失活的體細胞產生黑色皮毛斑點。偶有雜合雄貓XOXoY，有Barr小體。當前第48頁\共有69頁\編于星期五\22點Lyon假說最有力的證據是對不同個體葡萄糖6磷酸脫氫酶（G6PD）基因型電泳的研究結果。當前第49頁\共有69頁\編于星期五\22點細胞學的研究發(fā)現，性染色質體的數目正好是X染色體數目（n）減1，即n－1。這是因為正常雌性細胞中的2個X染色體中的1個在遺傳上是失活的，并在間期形成Barr小體。所以：巴氏小體的數目＝X染色體數－1在女性中，1個X染色體的濃縮過程稱為X失活（X-inactivation）。因為這種X染色體在代謝上是失活的，所以不能產生mRNA；而其DNA的復制也較其他染色體為遲。當前第50頁\共有69頁\編于星期五\22點X染色體隨機失活的分子機制X染色體失活是個體發(fā)育過程中一種獨特的調節(jié)機制。（1）大多數的X連鎖基因在胚胎早期發(fā)育過程中表現為穩(wěn)定的轉錄失活，但并非整條X染色體上的所有基因全失活。人類X染色體上可能有1／3的基因逃避完全失活。當前第51頁\共有69頁\編于星期五\22點（2）在哺乳動物X染色體上存在一個特異性失活位點，即X失活中心（Xinactivationcenter，XIC）。在Xq13，大約在一個450kb的克隆區(qū)域中包含了所有的XIC，在XIC內鑒定出了一個新的基因XIST（Xinactivespecifictranscript，X染色體失活特異轉錄物）一般認為在X－失活中心開始，朝兩個方向擴展。研究表明，當使一條X染色體失活時，有一專一表達的獨特形式，而一條有活性的X染色體沒被表達。XIST的表達產物是一順式作用的核RNA，而不編碼生成蛋白質。當前第52頁\共有69頁\編于星期五\22點

X染色體失活始于X染色體上的XIC基因座的啟動。在X失活中，兩個非編碼基因，Xist和它的反義轉錄產物Tsix扮演了重要角色。Tsix在保留活性的染色體上表達，而表達Xist的X染色體則失活。

Xist基因的產物是一個從X失活中心轉錄出來的17Kb的未翻譯的核RNA。XistRNA順式包裹表達它的染色體并引發(fā)快速基因沉默。該發(fā)育過程導致了位于該染色體上的多達1000個基因沉默，使雄性和雌性性別連鎖基因的表達量平衡。當前第53頁\共有69頁\編于星期五\22點被XISTRNA覆蓋的X染色體上的大多數基因的活性被抑制，成為失活的X染色體。但是，XIST表達的沉默對活性X染色體非常必要，這是哺乳動物劑量補償的重要特征。當前第54頁\共有69頁\編于星期五\22點第三節(jié)遺傳的染色體學說1902年，美國的W.S.Sutton和德國的T.Boveri都在自己的細胞分裂研究中發(fā)現：性細胞在減數分裂過程中染色體的傳遞行為與Mendel的遺傳因子的分離和獨立分配原理有著平行關系；因此提出：1.染色體可能是Mendel遺傳因子－基因－的載體;2.減數分裂中的染色體的分離與分配可能是Mendel遺傳理論的細胞學基礎。這兩個假說后來在Morgan進行果蠅的伴性遺傳研究中得以證實。當前第55頁\共有69頁\編于星期五\22點

1916年，C.B.Bridges發(fā)現了X染色體不分開現象，為遺傳的染色體學說提供了無可辯駁的證據。當前第56頁\共有69頁\編于星期五\22點一、初級例外與次級例外當前第57頁\共有69頁\編于星期五\22點初級例外1/2000紅眼♂X+Y紅眼♀白眼♂正常子代(交叉遺傳)4%次級例外紅眼♂白眼♀(可育的)紅眼♂白眼♀(不育)白眼♀紅眼♂XwXwX+Y正常子代(交叉遺傳)X+XwXwY紅眼♀白眼♂當前第58頁\共有69頁\編于星期五\22點當前第59頁\共有69頁\編于星期五\22點X+XwXw(死)XwXwY白眼♀X+O紅眼♂(死)YO二、果蠅X染色體不分開現象精子X+YXwXw卵O初級例外子代當前第60頁\共有69頁\編于星期五\22點XwXwYX+Y白眼♀紅眼♂(初級例外)卵精子X+（50%）Y（50%）（1：1）X-X配對84%XW（42%）XwY（42%）X+Xw紅眼♀21%XwY白眼♂21%X+XwY紅眼♀21%XwYY白眼♂21%正常子代84%（交叉遺傳）X-Y配對16%XWXW（4%）Y

（4%）XW（4%）XWY

（4%）X+YX+XwXw（死）2%XwXwY白眼♀2%紅眼♂2%YY(死)2%X+XwX+XwY

紅眼♀2%紅眼♀2%XwY白眼♂2%XwYY白眼♂2%正常子代8%（交叉遺傳）次級例外子代4%當前第61頁\共有69頁\編于星期五\22點當前第62頁\共有69頁\編于星期五\22點間期由G1、S和G2組成。染色體在S期復制產生姊妹染色體。姊妹染色體在有絲分裂(Mitosisphase)M期分離進入子代細胞。高度分化細胞不在分裂，進入G0期。當前第63頁\共有69頁\編于星期五\22點當前第64頁\共有69頁\編于星期五\22點有絲分裂(Mitosis)和減數分裂(Meiosis)中的染色體(Chromosome)行為對比二倍體細胞有絲分裂減數分裂I前中期中期姊妹染色單體后期末期子代細胞前期I聯會兩個四聯體中期I減數分裂單聯體均等分裂四聯體二聯體減數II1.

減數分裂，同源染色體聯會，交