遺傳學(xué)課件：第5章 連鎖遺傳分析2

1、5.3劑量補(bǔ)償效應(yīng)及其分子機(jī)制5.3.1 性染色質(zhì)體性染色質(zhì)體（sex-chromatin body） 又名巴氏小體（Barr body）巴氏小體是一種惰性的異染色質(zhì)化的小體1949年，M.L.Barr發(fā)現(xiàn)雌貓神經(jīng)元間期核中有一個(gè)染色很深的染色質(zhì)小體，而雄貓中沒有。此后在人類大部分正常女性表皮、口腔頰膜、羊水等細(xì)胞的間期核中也找到一個(gè)特征性的、濃縮的染色質(zhì)小體。由于其與性別及X染色體數(shù)目有關(guān)，所以稱為性染色質(zhì)體。5.3.2劑量補(bǔ)償效應(yīng)與Lyon假說哺乳動(dòng)物性染色體異常（數(shù)目） 成活常染色體數(shù)目異常 往往 死亡哺乳動(dòng)物X染色體上的基因在純合的雌性細(xì)胞中有相同的兩份拷貝，而雄性體細(xì)胞中只有一份，可

2、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(dòng)物有一種劑量補(bǔ)償機(jī)制，對(duì)超數(shù)的性染色體進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)額外的常染色體不存在這種機(jī)制。劑量補(bǔ)償效應(yīng)（dosage compensation effect）：指的是在XY性別決定的生物中，使性連鎖基因在兩種性別中有相等或近乎相等的有效劑量的遺傳效應(yīng)。劑量補(bǔ)償效應(yīng)有3種不同的機(jī)制：在哺乳類（包括人類）中雌性XX中的隨機(jī)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(dòng)物中，總是從父本遺傳下來的X染色體被失活。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染色體超活性線蟲（C.elegans）的劑量補(bǔ)償機(jī)制是在XX個(gè)體

3、為雌雄同體，兩條X染色的連鎖基因的轉(zhuǎn)錄活性同時(shí)減弱，使之處于低活性狀態(tài)，即每條X染色體基因的表達(dá)水平是單條X染色體（雄性中）的表達(dá)水平的一半，以便實(shí)現(xiàn)與雄性（XO）個(gè)體的，只具一條X染色體上連鎖基因活性的劑量補(bǔ)償。萊昂假說（Lyon hypothesis）1962年英國學(xué)者M(jìn)ary Lyon 提出萊昂假說（Lyonhypothesis） ，也稱為有活性的單個(gè)X染色體的劑量補(bǔ)償（dosage compensation）和形成性染色質(zhì)體的X染色體失活假說,其主要內(nèi)容是：正常雌性哺乳動(dòng)物的體細(xì)胞中，兩條X染色體中只有一條在遺傳上有活性，另一條無活性。由于X連鎖基因得到劑量補(bǔ)償，雌性XX和雄性XY具有

4、相同的有效基因產(chǎn)物。 X染色體失活是隨機(jī)的。受精卵發(fā)育到胚胎早期，女性的兩條X染色體在分化的各類細(xì)胞中，其中的一條X染色體隨機(jī)失活。在某些細(xì)胞中父源的X染色體失活；而另一些細(xì)胞是母源的X染色體失活。失活發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期，如人類X染色體隨機(jī)失活發(fā)生在胚胎發(fā)育第16天，合子細(xì)胞增殖到5 0006 000個(gè)細(xì)胞時(shí)期。在小鼠中46天的胚胎中X染色體隨機(jī)失活。某一個(gè)細(xì)胞的一條X染色體一旦失活，由這個(gè)祖先細(xì)胞分裂的所有后代細(xì)胞中的該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（mosaic），即某些細(xì)胞中來自父方的伴性基因表達(dá)，某些細(xì)胞中來自母方的伴性基因表達(dá)，這兩類細(xì)胞隨機(jī)地相嵌存在

5、于某些組織中，毛皮顏色的隨機(jī)嵌合性特別引人注目。Lyon假說的證據(jù)之一是雌性雜合體玳瑁貓（calico cat）的毛皮上有黑色和黃色隨機(jī)嵌合的斑塊圖58玳瑁貓及其X染色體失活模式（引自G riffiths等，2005）（a）玳瑁貓 （b）X染色體失活模式Lyon假說最有力的證據(jù)是對(duì)不同個(gè)體葡萄糖6磷酸脫氫酶（G6PD）基因型電泳的研究結(jié)果。取自基因型GdA GdB雜合婦女的皮膚細(xì)胞原始培養(yǎng)物，測(cè)定G6PD酶活性，電泳圖譜上出現(xiàn)A、B兩種條帶。進(jìn)一步檢測(cè)單個(gè)細(xì)胞的培養(yǎng)物時(shí)（克隆培養(yǎng)），它們或者完全表現(xiàn)為A型條帶，或者完全為B型條帶。細(xì)胞學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，性染色質(zhì)體的數(shù)目正好是X染色體數(shù)目（n）減1，

6、即n1。這是因?yàn)檎４菩约?xì)胞中的2個(gè)X染色體中的1個(gè)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(shù)目X染色體數(shù)1在女性中，1個(gè)X染色體的濃縮過程稱為X失活（X-inactivation）。因?yàn)檫@種X染色體在代謝上是失活的，所以不能產(chǎn)生mRNA；而其DNA的復(fù)制也較其他染色體為遲。5.3.3X染色體隨機(jī)失活的分子機(jī)制X染色體失活是個(gè)體發(fā)育過程中一種獨(dú)特的調(diào)節(jié)機(jī)制。（1）大多數(shù)的X連鎖基因在胚胎早期發(fā)育過程中表現(xiàn)為穩(wěn)定的轉(zhuǎn)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13的基因逃避完全失活。表達(dá)的基因（逃避失活）與失活的基因在X染色體上是穿插排列的。意味著失活基

7、因轉(zhuǎn)錄的關(guān)閉不是由它們?cè)赬染色體上所在區(qū)域決定，而是與某些位點(diǎn)的特殊作用有關(guān)。（2）在哺乳動(dòng)物X染色體上存在一個(gè)特異性失活位點(diǎn)，即X失活中心（X inactivation center，XIC）。在Xq13，大約在一個(gè)450 kb的克隆區(qū)域中包含了所有的XIC，在XIC內(nèi)鑒定出了一個(gè)新的基因XIST（X inactive specific transcript， X染色體失活特異轉(zhuǎn)錄物）一般認(rèn)為在X失活中心開始，朝兩個(gè)方向擴(kuò)展。研究表明，當(dāng)使一條X染色體失活時(shí)，有一專一表達(dá)的獨(dú)特形式，而一條有活性的X染色體沒被表達(dá)。XIST的表達(dá)產(chǎn)物是一順式作用的核RNA，而不編碼生成蛋白質(zhì)。該發(fā)育過程導(dǎo)致了

8、位于該染色體上的多達(dá)1000個(gè)基因沉默，使雄性和雌性性別連鎖基因的表達(dá)量平衡。X染色體失活始于X染色體上的XIC基因座的啟動(dòng)。在X失活中，兩個(gè)非編碼基因，Xist和它的反義轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物Tsix扮演了重要角色。Tsix在保留活性的染色體上表達(dá)，而表達(dá)Xist的X染色體則失活。Xist基因的產(chǎn)物是一個(gè)從X失活中心轉(zhuǎn)錄出來的17Kb的未翻譯的核RNA。Xist RNA順式包裹表達(dá)它的染色體并引發(fā)快速基因沉默。被XIST RNA覆蓋的X染色體上的大多數(shù)基因的活性被抑制，成為失活的X染色體。但是，XIST表達(dá)的沉默對(duì)活性X染色體非常必要，這是哺乳動(dòng)物劑量補(bǔ)償?shù)闹匾卣鳌?.4連鎖交換與重組5.4.1 果蠅的

9、完全連鎖與不完全連鎖（1）基本概念：連鎖（Linkage）：某些基因由于它們位于相同的染色體上，在一起遺傳。這些在相同染色體上的基因表現(xiàn)為連鎖。決定不同性狀的基因位于相同的染色體上稱為連鎖基因（LinkedGenes）。連鎖群（Linkage group）：位于同一對(duì)染色體上的全部基因稱作一個(gè)連鎖群。對(duì)于某一生物而言，連鎖群的數(shù)目應(yīng)該等于染色體的對(duì)數(shù)。連鎖基因?qū)儆谕粋€(gè)連鎖群。親代組合（parental combination）：表現(xiàn)為親本等位基因組合的子代。重組子（合）/重組型（recombinant /recombinant type）：表現(xiàn)為非親本等位基因組合的子代。例：AB和ab親本雜

10、交，親本型的子代是：AB和ab重組合的子代是：Ab和aB產(chǎn)生重組子（重組合）的過程叫做：遺傳重組（Genetic recombination）。當(dāng)做遺傳分析時(shí)，兩個(gè)基因的重組值50時(shí)，這兩個(gè)基因就被認(rèn)為是連鎖的。在F2中：親組合重組合基因在染色體上成直線排列，并在遺傳上表現(xiàn)連鎖與交換的現(xiàn)象連鎖法則（遺傳學(xué)第三定律）（2）完全連鎖與不完全連鎖Morgan在黑腹果蠅中發(fā)現(xiàn)： B（灰體）對(duì)b（黑體）是顯性， Vg （長(zhǎng)翅）對(duì)vg（殘翅）為顯性，它們位于常染色體上。BBVgVg bbvgvgF1 BbVgvg（灰體長(zhǎng)翅）取F1的雜合體進(jìn)行下列兩種方式的測(cè)交，所得到的結(jié)果卻完全不同。（1）當(dāng)F1的雄蠅和

11、黑體殘翅的雌蠅測(cè)交時(shí)，按兩對(duì)基因的自由組合定律來預(yù)測(cè)，應(yīng)產(chǎn)生：灰體長(zhǎng)翅（BbVgvg）灰體殘翅（Bbvgvg）黑體長(zhǎng)翅（bbVgvg）黑體殘翅（bbvgvg）4種表型的后代，且比率應(yīng)為1:1:1:1?？墒菍?shí)驗(yàn)的結(jié)果并非如此，而是只有數(shù)目相同的灰體長(zhǎng)翅（BbVgvg）和黑體殘翅（bbvgvg）兩種表型。對(duì)于這個(gè)結(jié)果，摩爾根假定基因B和Vg同處于一條染色體上，基因b和vg同處于同源染色體的另一成員上。他將這種處于同一染色體上的基因遺傳時(shí)較多地聯(lián)系在一起的現(xiàn)象稱為連鎖（linkage）。對(duì)于上述第一種測(cè)交結(jié)果摩爾根稱完全連鎖（complete linkage）完全連鎖：是指雜種個(gè)體在形成配子時(shí)沒有發(fā)生非姊妹染色單體之間交換的連鎖遺傳。（2）當(dāng)F1雌蠅和黑體殘翅的雄蠅測(cè)交時(shí)，后代出現(xiàn)了灰體長(zhǎng)翅、灰體殘翅、黑體長(zhǎng)翅和黑體殘翅4種類型，但比例卻是：第二種方式的測(cè)交