第九章 非孟德爾遺傳

第九章

非孟德爾遺傳第一節(jié)

非孟德爾遺傳現(xiàn)象細(xì)胞核內(nèi)染色體上的基因控制的性狀，按照孟德爾定律傳遞，正交和反交的結(jié)果是一致的（伴性遺傳現(xiàn)象除外），稱為孟德爾式遺傳。研究發(fā)現(xiàn)，有很多性狀的遺傳方式不服從孟德爾定律，稱為非孟德爾式遺傳?！跄阁w效應(yīng)——又稱為母體影響，是一種由母體的基因型決定后代表型的現(xiàn)象，造成遺傳方式的改變。1

□劑量補(bǔ)償效應(yīng)——哺乳動(dòng)物雌性個(gè)體的兩條染色體有一條失活，以保持雌雄個(gè)體基因產(chǎn)物的劑量平衡。染色體的失活會(huì)導(dǎo)致染色體上的基因所決定的性狀傳遞方式的改變。□基因組印跡——基因表達(dá)時(shí)發(fā)生可遺傳的變化，造成基因產(chǎn)物的改變，最終導(dǎo)致表型的改變，這種變異的遺傳不符合孟德爾定律。□核外遺傳——細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞器（線粒體、葉綠體等）也含有基因，這些基因控制的性狀也不按孟德爾式遺傳。2

第二節(jié)

母體效應(yīng)

一、椎實(shí)螺外殼旋轉(zhuǎn)方向的遺傳□椎實(shí)螺雌雄同體（精子和卵細(xì)胞都帶有相同的核基因），一般進(jìn)行異體授精，單獨(dú)飼養(yǎng)時(shí)可進(jìn)行自體授精。椎實(shí)螺外殼的旋轉(zhuǎn)方向有右旋和左旋之分，拿一個(gè)螺殼的開口對(duì)準(zhǔn)自己，開口在你右邊的就是右旋，開口在你左邊的就是左旋?！跬鈿さ男D(zhuǎn)方向由一對(duì)基因控制，右旋（D）對(duì)左旋（d）為顯性。子代外殼的旋轉(zhuǎn)方向由其母親的基因型決定，而與父親及它自己的基因型無(wú)關(guān)。3圖6-1椎實(shí)螺的外殼4圖6-2椎實(shí)螺外殼旋轉(zhuǎn)方向的遺傳5

□

雜交試驗(yàn)的結(jié)果正交組右旋（D/D）♀×左旋（d/d）♂F1（D/d）全為右旋 F2（D/DD/dd/d）全為右旋F3（D/DD/d）右旋；d/d左旋F2代中的d/d，其表型與自身的基因型不一致，是由于母親基因型的效應(yīng)（影響）延遲至F3才出現(xiàn)3：1的分離比。

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反交組左旋（d/d）♀×右旋（D/D）♂F1（D/d）全為左旋F2（D/DD/dd/d）全為右旋F3（D/DD/d）右旋；d/d左旋

F1代中的D/d，表型與自身的基因型不一致，不因?yàn)橛蠨而表現(xiàn)右旋，而是受到其母親的基因型的影響而表現(xiàn)為左旋。F2延遲至F3才出現(xiàn)3：1的分離比。7

□椎實(shí)螺雜交試驗(yàn)結(jié)果的解釋母體效應(yīng)的概念——由母體的基因型決定后代表型的現(xiàn)象為什么延遲至F3才出現(xiàn)3：1的分離比？椎實(shí)螺的受精卵進(jìn)行螺旋式卵裂，成體外殼的旋向取決于最初兩次卵裂中紡錘體的方向，傾向右側(cè)45°則為右旋，傾向左側(cè)45°則為左旋。而紡錘體的方向取決于卵細(xì)胞質(zhì)的特性，即取決于母體染色體上的基因，子代的基因型不能對(duì)之作改變，要等到子代產(chǎn)生卵細(xì)胞，才能決定下一代的表型，所以延遲了一代。8圖6-3椎實(shí)螺的卵裂方式9

母體的基因型如何影響下一代？

卵細(xì)胞由其周圍的滋養(yǎng)細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)，滋養(yǎng)細(xì)胞（雜合體基因型為D/d），其基因產(chǎn)物可進(jìn)入卵細(xì)胞，未受精卵及胚胎的外殼旋轉(zhuǎn)方向由母體的基因型決定。母體基因型D/D，其卵細(xì)胞有D基因產(chǎn)物，后代為右旋；母體基因型D/d，其卵細(xì)胞有D和d基因產(chǎn)物，由于D對(duì)d為顯性，后代亦為右旋；母體基因型d/d，其卵細(xì)胞有d基因產(chǎn)物，后代為左旋。10圖6-4椎實(shí)螺的母體效應(yīng)11

二、麥粉蛾眼色的遺傳野生型（AA/Aa）幼蟲復(fù)眼棕褐色皮膚有色突變型（aa）幼蟲復(fù)眼紅色皮膚無(wú)色AA×aa→F1Aa幼蟲復(fù)眼棕褐色F1Aa♂×aa♀→幼蟲棕褐色（Aa）：紅色（aa）＝1：1F1Aa♀×aa♂→幼蟲（Aa）棕褐色→成蟲（Aa）棕褐色幼蟲（aa）棕褐色→成蟲（aa）紅色12圖6-5麥粉蛾眼色的遺傳13

麥粉蛾色素是由犬尿氨酸衍生的犬尿素形成。雜合體（Aa）雌蛾的卵母細(xì)胞在減數(shù)分裂完成前合成并積累了犬尿素，其形成的A或a卵細(xì)胞都有足量的犬尿素，甚至存在于aa受精卵發(fā)育成的幼蟲中，所以復(fù)眼棕褐色。 但是，aa受精卵發(fā)育成的幼蟲由于缺少A，不能合成犬尿素，隨著個(gè)體發(fā)育，犬尿素減少直至耗盡，成蟲復(fù)眼成了紅色。14

第三節(jié)

劑量補(bǔ)償效應(yīng)一、劑量補(bǔ)償?shù)母拍?/p>

□常染色質(zhì)和異染色質(zhì) 真核細(xì)胞的染色體和染色質(zhì)是細(xì)胞核內(nèi)同一物質(zhì)在細(xì)胞周期不同時(shí)期表現(xiàn)出來(lái)的不同構(gòu)象，染色質(zhì)分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)?！鸪Ｈ旧|(zhì)折疊程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)，染色時(shí)著色淺。DNA主要是單一序列和中度重復(fù)序列。處于常染色質(zhì)狀態(tài)是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件。15

○異染色質(zhì)折疊程度高，處于凝縮狀態(tài)，染色時(shí)著深。

組成性異染色質(zhì)除復(fù)制期外，均處于凝縮狀態(tài)，處于中期染色體的著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕等節(jié)段。具有明顯的遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白。兼性異染色質(zhì)指某些細(xì)胞或某一發(fā)育階段，原來(lái)的常染色質(zhì)凝縮失去基因轉(zhuǎn)錄活性而成。雌性哺乳動(dòng)物一條X染色體異染色質(zhì)化，在上皮細(xì)胞中形成巴氏小體、在多核白細(xì)胞中形成“鼓槌”。16圖6-6X染色體隨機(jī)失活17

圖6-7巴氏小體18

劑量補(bǔ)償——雌性哺乳動(dòng)物一條X染色體異染色質(zhì)化（失活），只有一條X染色體具有活性，使雌雄動(dòng)物雖然X染色體數(shù)目不同但基因產(chǎn)物的劑量是平衡的。

補(bǔ)償方式哺乳動(dòng)物X染色體隨機(jī)失活或父源X染色體失活有袋動(dòng)物父源X染色體失活黑腹果蠅雄性個(gè)體X染色體基因表達(dá)水平加倍秀麗線蟲雌性個(gè)體兩條X染色體基因表達(dá)水平減半19

二、萊昂假說(shuō)的內(nèi)容與證據(jù)

□萊昂假說(shuō)的內(nèi)容

巴氏小體是一條失活的X染色體；哺乳動(dòng)物雌性個(gè)體兩條X染色體有其中一條在受精后失活；兩條X染色體中哪一條失活是隨機(jī)的；細(xì)胞中某染色體失活后，由該細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞都是該染色體失活；生殖細(xì)胞形成時(shí)，失活的染色體得以恢復(fù)。20

□萊昂假說(shuō)證據(jù)○雌性三色貓腹部白色，背部和頭部散布黃色和黑色的斑塊。

基因型為XBXb,B基因產(chǎn)生黑斑，b基因產(chǎn)生黃斑。XB和Xb隨機(jī)失活，有活性的基因表現(xiàn)出相應(yīng)的斑塊，形成黑黃相間的斑塊。○毛色鑲嵌小鼠黑白斑毛色鑲嵌雌性小鼠

基因型為XBXb,B基因產(chǎn)生黑斑，b基因產(chǎn)生白斑。XB和Xb隨機(jī)失活，有活性的基因表現(xiàn)出相應(yīng)的斑塊，形成黑白相間的斑塊。21圖6-8毛色鑲嵌小鼠的成因22○人類的6-磷酸葡萄糖脫氫酶（G-6PD）的測(cè)定G-6PD基因位于X染色體，男女活性相同，表明女性有一條X染色體失活。G-6PD電泳分出快型F和慢型S，由一對(duì)等位基因F和S編碼。FF或SS型出現(xiàn)一條帶，F(xiàn)/S型出現(xiàn)兩條帶。用胰酶消材化處理F/S型女人的皮膚組織，使其分成單個(gè)細(xì)胞，進(jìn)行單克隆培養(yǎng)，從各克隆取樣電泳，每個(gè)克隆都只有一條帶。23圖6-9G-6PD的電泳檢測(cè)24

三、X染色體失活的機(jī)制

X染色體上都存在與失活有關(guān)的Xic(X染色體失活中心)位點(diǎn)，Xic位點(diǎn)的丟失會(huì)影響萊昂化，胚胎不能存活。X染色體失活分起始、維持、擴(kuò)散3個(gè)階段。教材圖10-10。X染色體失活只是部分失活，在失活染色體的Xic位點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)有活性的基因（XIST）。25圖6-10Xic的失活作用26 圖6-11XIST基因的表達(dá)27

第四節(jié)

基因組印跡一、表觀遺傳變異

基因結(jié)構(gòu)的改變會(huì)導(dǎo)致表型的改變，這種變異是可以遺傳的。新的發(fā)現(xiàn)表明，在基因DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)可發(fā)生可遺傳的變化，這種變化同樣導(dǎo)致表型的改變，這種改變稱為表觀遺傳變異（epigeneticsvariation）。前面講過(guò)的X染色體失活，本節(jié)講的基因組印跡都是表觀遺傳變異，此外還有DNA甲基化、RNA編輯等，這些變異的遺傳不符合孟德爾的遺傳規(guī)律。28

二、孟德爾遺傳規(guī)律的例外

孟德爾遺傳規(guī)律認(rèn)為不管遺傳物質(zhì)來(lái)自雙親的哪一方，都具有相同的表型效應(yīng)。但是，有些遺傳現(xiàn)象是例外的——公驢與母馬雜交生成騾子，公馬與母驢的后代稱為駃騠(jueti),兩者有相當(dāng)顯著的差別。具有兩條母源的11號(hào)染色體的小鼠在胚胎期比正常小鼠小，而具有兩條父源的11號(hào)染色體的小鼠在胚胎期比正常小鼠大，但這兩種胚胎都死于發(fā)育階段。29

用人工單性生殖的小鼠胚胎，一是全套染色體來(lái)自雄性親本，另一是全套染色體來(lái)自雌性親本，這兩種胚胎均在胚胎期死亡。亨廷頓病是一種常染色體顯性遺傳病，致病基因HD來(lái)自父親，則發(fā)病年齡??；致病基因HD來(lái)自母親，則發(fā)病年齡大?！鲜鼋Y(jié)果表明，父系基因組和母系基因組含有胚胎發(fā)育所需的不同信息，小鼠胚胎的正常發(fā)育需要分別來(lái)自雙親的一套染色體。

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來(lái)自父母雙方的同源染色體或等位基因存在著功能上的差異，子代中來(lái)自不同性別親本的同一染色體或基因，當(dāng)發(fā)生改變時(shí)可以引起不同的表型，這種現(xiàn)象稱為基因組印跡?；蚪M印跡的概念也可以理解為，基因組在傳遞信息的過(guò)程中對(duì)基因或DNA片段打下標(biāo)識(shí)、烙印的過(guò)程。如果母源染色體的基因被印跡，則父源染色體上的等位基因得到表達(dá)；如果父源染色體的基因被印跡，則母源染色體上的等位基因得到表達(dá)?；蚪M印跡不服從孟德爾定律，是一種典型的非孟德爾遺傳。三、基因組印跡（基因組印記）31

小鼠的類胰島素生長(zhǎng)因子2(Igf-2)印跡基因

Igf-2突變?yōu)镮gf-2m將失去原有的影響動(dòng)物生長(zhǎng)的功能，導(dǎo)致可能產(chǎn)生矮小型小鼠，能否產(chǎn)生矮小型小鼠，則取決于Igf-2m的印跡情況

○正反交試驗(yàn)

♂Igf-2/Igf-2×♀Igf-2m/Igf-2m ↓Igf-2/Igf-2m▲母源的Igf-2m被印跡，父源的Igf-2表達(dá)，后代為正常小鼠32

♂Igf-2m/Igf-2m

×♀Igf-2/Igf-2 ↓Igf-2▲/Igf-2m母源的Igf-2被印跡，父源的Igf-2m表達(dá)，后代為矮小型小鼠。試驗(yàn)結(jié)果表明：正反交結(jié)果不一樣；都是母源的基因被印跡，是一種母系印跡；被印跡的基因表達(dá)受抑制，失