1、第九章 非孟德尔遗传,第一节 非孟德尔遗传现象第二节 母体效应第三节 剂量补偿效应第四节 基因组印迹第五节 核外遗传,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，如：母体效应、剂量补偿效应、基因组印迹、核外遗传等。,第一节非孟德尔遗传现象,正反交F1代遗传物质：核没变，胞质变了,1. 持久的母性影响,椎实螺，软体动物，雌雄同体，繁殖时一般进行异体受精，但若将它们一个一个地分开来饲养，它们就进行自体受精。 椎实螺外壳的旋转方向有左旋和右旋之分，是一对相对
2、性状。拿起一个椎实螺，使尖顶向上，开口朝向自己，开口偏右，即为右旋，开口若偏左，称为左旋。受一对基因控制，右旋D 对左旋d是显性。 椎实螺外壳的螺旋方向受母体基因型控制，终生不变，看起来更像细胞质遗传，其实还是受母性影响。,第二节母体效应,椎实螺外壳旋转方向的母性影响,椎实螺卵裂方式,螺类的受精卵是螺旋式卵裂，成体外壳的旋转方向决定于受精卵的最初两次分裂中纺锤体的方向。而纺锤体的方向决定于卵细胞的特性，卵细胞的特性又决定于母体的基因型。,母性影响遗传现象与细胞核遗传十分相似，但本质上却不一样。 母性影响的遗传现象并不是细胞质所决定的，而是由核基因的产物积累在卵细胞中所决定的。 就其实质而言，它
3、不属于细胞质遗传的范畴。,母性影响与细胞质遗传的异同,相同点：正反交结果不一致不同点：细胞质性状的遗传表型是稳定的，受细胞质基因控制。母性影响的性状受核基因控制，有持久性的，也有短暂性的。,2. 短暂的母性影响,欧洲麦粉蛾（Ephestia kuehniella） 野生型(AA)的幼虫皮肤有色，成虫复眼深褐色。 突变型(aa)的幼虫皮肤无色，成虫复眼红色。这种色素是一种叫做犬尿素的物质所形成的，受 一对基因控制。突变型缺乏犬尿素。杂合体(Aa)与隐性纯合体的正反交结果不一样 （图示）。,欧洲麦粉蛾色素的母性影响,这种现象的解释：,精子不带细胞质，卵细胞带有大量细胞质，当Aa基因型的个体形成卵子
4、时，不论卵细胞带有A还是a，细胞质中都容纳了足量的犬尿素，所以它们的后代中，Aa与aa幼虫个体的皮肤都是有色的。 但在aa个体中母性影响是暂时的，aa个体中缺乏A基因，不能自己制造色素，随着个体发育，色素逐渐消耗，到成虫时犬尿素的浓度已经很低，所以复眼成为红色。,一、剂量补偿的有关概念1.常染色质和异染色质 染色质分为常染色质和异染色质。 (1)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。 (2) 异染色质折叠程度高，处于凝缩状态，染色时 着色深。,第三节剂量补偿效应(dosage compensation ef
5、fect),2.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。3.兼性异染色质( 如Barr氏小体) 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”。,1949年， Barr等发现，雌猫神经细胞间期核中存在一个染色很深的染色质小体，而雄猫无。由雌性哺乳动物体细胞中失活的X染色体在间期细胞核中呈异固缩状态（染色质高度螺旋化），形成直径约1m大小，贴近于核膜边缘的染色小体， Barr氏小体又称为X染色质体或性
6、染色质体(Sex-chromatin body)。,女性细胞中存在(左) 男性细胞中没有(右),巴氏小体,二、剂量补偿效应和莱昂（Lyon）假说,1. 剂量补偿效应（dosage compensation effect） 在XY性别决定机制中，使性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。或指具有两份或两份以上的基因量的个体与只有一份基因量的个体的基因表达趋于一致的遗传效应。,2. 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,3. Lyon假
7、说（Lyon hypothesis）,正常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，另一条在遗传上无活性。失活是随机的。在同一哺乳动物的体细胞中，有些父源X染色体失活，有些为母源失活。失活发生在胚胎发育的早期。某一细胞的一条X染色体一旦失活，这个细胞的所有后代细胞中的该染色体均处于失活状态。杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体(mosaic),4. 萊昂假说证据(1)雌性三色猫 腹部白色，背部和头部散布黄色和黑色的斑块。 (2)毛色镶嵌小鼠 黑白斑毛色镶嵌雌性小鼠(3)人类的6-磷酸葡萄糖脱氢酶 （G-6-PD）,（1）玳瑁猫：这种雌猫是一个X-连锁基因杂合体，X-连锁的b基因
8、控制橙色毛皮，其等位基因B是控制黑色的毛皮。若带有b基因的X染体失活，B基因表达产生黑色毛斑，若带有B基因的X染色体失活，b基因表达则产生橙黄色毛斑。,请问有没有玳瑁猫是雄性的？,玳瑁及其壳制品,（2）毛色镶嵌小鼠: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。,人类的6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G-6-PD）的测定G-6-PD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-6-PD电泳分出快型A和慢型B，由一对等位基因A和B编码。AA或BB型出现一条带，A/B型出现两条带。用胰酶消化处理A/B型女人的皮肤
9、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。（图示）,G-6-PD的电泳检测,5. X染色体随机失活的分子机制并非整条X染色体上所有基因都失活 在失活染色体的Xic位点上发现有活性的基因（XIST）。失活染色体上有活性基因与失活基因穿插排列X染色体上的特异失活位点 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染色体随机失活,Xic的失活作用,XIST基因的表达,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
10、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（epigenetics variation）。 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。,第四节基因组印迹,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例1：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。例2：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
11、胚胎都死于发育阶段。,例3：亨廷顿病是一种常染色体显性遗传病，若致病基因HD来自父亲，则发病年龄小；若致病基因HD来自母亲，则发病年龄大。例4：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。 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。,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
12、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）,例：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，但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,Igf-
13、2m / Igf-2m Igf-2 / Igf-2 Igf-2m / Igf-2 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：正反交结果不一样；都是母源的基因被印迹，是一种母系印迹；被印迹的基因表达受抑制，失去生物学功能。,印迹遗传的特点：总是表现父方印迹、母方表达或母方印 迹、父方表达。正反交结果不同。基因印迹的实质是基因表达受到抑制， 导致被印迹基因的生物学功能的丧失。,基因的印迹过程的三个阶段建立阶段：印迹在配子形成过程中建立。 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
14、子形成的过程中,基因印迹的机制,配子在形成过程中被打上标记主要是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,甲基化导致基因组印迹,例如：人类的PWS和AS综合征相同的原因： 15号染色体长臂15q11 q13有微小缺失不同的症状： 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，智力低下不同的症状的原因： 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。,印迹基因广泛分布在基因组中，人类基因组约有100
15、-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P272 ,表10-3）。,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。,第五节 核外遗传,紫茉莉叶子的不同表型,不同叶色枝条杂交的结果,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： 叶绿体来自细胞质中
16、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。,叶绿体基因组,（二）核外遗传学 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。,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、呼吸、分泌、机械
17、运动等活动所需的化学能都是由线粒体提供的。线粒体基因组中的基因与氧化磷酸化作用密切相关，很多神经肌肉病变疾病都同线粒体基因有关，例如，遗传性视神经病、老年痴呆症、线粒体脑肌病、母系遗传糖尿病等。,（二）线粒体DNA的结构1963年，首先在鸡胚细胞中发现线粒体DNA，除少数低等真核生物的线粒体DNA是线状外，一般都呈环状。不同物种线粒体基因组大小相差悬殊，已知的是哺乳动物线粒体基因组最小，果蝇和蛙的稍大，酵母的更大，植物的线粒体基因组最大。人、大鼠、小鼠的线粒体基因组都是16.5kb左右。,（三）线粒体DNA的功能 1. 复制 2. 转录 3. 翻译 mtDNA的遗传密码不仅与真核和原核基因有一
18、定差异，甚至不同种属的线粒体所用的遗传密码也有所不同。,核基因组和mtDNA遗传密码子的比较,在线粒体中密码子的改变,（四）线粒体的双重遗传控制 线粒体的发育受核基因和线粒体基因双重调控。例如：线粒体最主要的功能是进行有氧呼吸合成 ATP；线粒体内膜呼吸链复合体的亚基， 小部分由线粒体基因编码，大部分由核基因 编码。,三、线粒体DNA的遗传特征和基因效应分析方法 （一）遗传特征 1线粒体存在于所有组织的细胞中，无组织特异性 2为多拷贝基因组，其含量约占总DNA的0.5%； 3结构多为共价、闭合、环状，分子量几百kb以下 4呈现严格的母性遗传； 5遗传上具有自主性； 6进化速率不同； 7基因转移。核基因组内随机插有mtDNA，称为核 mtDNA,（二）基因效应的分析方法 1非孟德尔现象 并非所有的非孟德尔现象都是核外基因的效应，但核外基因的效应必然表现出非孟德尔现象。 2正反交结果不同 精子含线粒体极少，卵子含线粒体很多，表现出母系遗传的特征。但正反交结果不同不一定是核外基因的效应，例如母体效应、伴性遗传。 3核移植后代的分析（例如克隆） 4F2代混合家系分析 （图示）,典型的mtDNA的母系遗传,F2代混合家系分析女性患者的后代均可发病，而男性患者的后代正常,作业题,教材P282：第1、3题,
