遺傳學(xué)-第四章-性別決定與伴性遺傳

1、深圳大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,遺傳學(xué) Genetics,4.1 性別決定4.2 伴性遺傳4.3 性別分化,第四章 性別決定與伴性遺傳,4.1 性別決定,4.1.1 遺傳型性別決定類型4.1.2 環(huán)境決定性別類型,4.1.1 遺傳型性別決定類型,性別決定是指雌雄異性的動物決定性別的方式。一般而言，性別是由染色體決定的。染色體分為兩類： 一類是與性別決定無關(guān)的染色體稱為常染色

2、體，另一類是與性別決定有關(guān)的染色體為性染色體。,遺傳型性別決定類型（也稱基因決定型）是指子代的性別是通過受精作用來決定的一種機制，不受外界環(huán)境的影響。常見種類：1性染色體決定性別（1）XY型（2）ZW型（3）XO型,,雄性為異配子性XY: 哺乳動物、線蟲、軟體動物、棘皮動物、 大多數(shù)節(jié)肢動物以及雌雄異株植物,,ZW型,雌性為異配子性ZW,XO型  有的動物如蝗蟲、蟑螂等的性別決定屬于這種形式。

3、雄性比雌性少一條染色體，即只有一條決定性別的染色體；雌性帶有兩條X染色體。在形成配子時，精子有兩種，帶X的和不帶X的。含X染色體的精子與卵受精，將來發(fā)育成雌性個體（XX），不含X染色體的精子與卵受精，將來發(fā)育成雄性個體（XO）?；认x和蟑螂的性別決定除了跟性染色體有關(guān)外，還與常染色體上決定性別的基因有關(guān) .,X0型 型性別決定的形式與其他的xo染色體不同。XO型的蝗蟲或蟑螂是雄性可育個體。人類中的XO為女性不育個體。果

4、蠅中的XO個體為雄性不育個體。,2性指數(shù)決定性別 果蠅也有XY染色體，但其性別不取決于Y染色體是否存在，而取決于性指數(shù)，即X染色體與常染色體組數(shù)的比值。,果蠅的性別是由X染色體的雌性決定因子同常染色體的雄性決定因子之間的平衡關(guān)系所決定。2A表示具有兩套常染色體性指數(shù)為0.5（如X/2A,2X/4A）時，果蠅為雄性；性指數(shù)為1 （如2X/2A,3X/3A）時，果蠅為雌性；性指數(shù)介于0.5-1之間，果蠅為雌雄兼性；性指數(shù)1(

5、如3X/2A)，果蠅為超雌；在二倍體細胞中，只有一條X染色體又分為兩種情況： 有X的同源染色體Y的個體(XY)，是可育的雄果蠅。 沒有X的同源染色體Y 的個體(XO)，是不育的雄果蠅。,大多數(shù)的生物，如：昆蟲 X:A Diploid－Haploid兩棲類 zz/zw xx/xy 鳥類 zz/zw 哺乳類 xx/xy,3 染色體組的倍性

6、決定性別蜜蜂、螞蟻等膜翅目昆蟲的性別比較特殊，其性別決定于卵細胞是否受精。雄性蜜蜂是由未受精的卵孤雌生殖發(fā)育而成，只具有單倍體的染色體數(shù)（n=16）；雌蜂由受精卵發(fā)育而成，具有二倍體染色體數(shù)（n=32）。,,,蜜蜂二倍體雌體的減數(shù)分裂行為正常，產(chǎn)生單倍體卵，而雄體的減數(shù)分裂特殊，減數(shù)第一次分裂產(chǎn)生單極紡錘體，染色體全部向一極移動，第二次分裂正常，形成單倍體精子。,,,二倍體2n＝32 雌蜂單倍體n＝16 雄蜂,4

7、.1.2 環(huán)境決定性別類型,環(huán)境決定型：卵細胞受精后，其子代性別由環(huán)境中的因子作用來決定（例如卵周圍的溫度、濕度、pH、激素等）1 爬行類的溫度決定性別 某些兩棲類 、魚類、蛇、蜥蜴、龜鱉、鱷魚 卵在孵化時會因為溫度的不同而決定子代的性別。,,,,不同溫度下孵化的揚子鱷性別比不同,在攝氏29度至攝氏32度之間，雌雄比相等；在攝氏34.5可獲全部雄性；在攝氏26度至攝氏27.5度之間則大部分為雌性。,不同溫

8、度下龜鱉卵的孵化,低于28度，孵化的小鱉都是雄性；高于32度，孵化的小鱉均是雌性；28～32度，同時孵化出雌性個體和雄性個體。,溫度決定性別的利與弊,有利的是可使一個物種的性別不是 1:1，從而促進了有性生殖。例如，鱷魚的性別可達 10雌:1雄。 溫度決定性別有利于人類對某些瀕危物種的人工繁育。例如通過調(diào)節(jié)鱷卵孵化溫度，完全可以控制人工繁育揚子鱷的性別比例。 溫度決定性別不利于物種的生存，因為使物種得以生存的溫度范圍變得很

9、窄。,例如，當(dāng)局部地區(qū)或全球性的溫度升高，氣溫變暖時，就可能造成物種在某個地區(qū)滅絕，因為在那種溫度下只可能孵化出一種性別的個體。 有人曾推測恐龍也許是溫度依賴的性別決定，因此恐龍的滅絕可能是由于地球上溫度的變化，造成了恐龍卵只能孵化出一種性別的個體所致。,,,2 后螠的位置決定性別海生蠕蟲后螠（Bonelliaviridis）的雌蟲大，寬10cm,口吻長；雄蟲很小1～3mm。這種蟲的性別決定很偶然，成熟的后螠在海里產(chǎn)卵，卵發(fā)育

10、成幼蟲，它們不具有性別。落到海底的幼蟲發(fā)育為雌蟲，落到雌蟲吻部的發(fā)育為雄蟲，落在海水中發(fā)育為中性，若把雌蟲吻上的幼蟲取下，它就成為中性，而雄性的程度由在雌蟲吻部停留時間決定。該雌蟲的吻上有一種類似激素的化學(xué)物質(zhì)， 它有力地影響著幼蟲的性分化。,海生蠕蟲―― 沙蠶(Platynereis dumerilii),其它魚類中多半無染色體性決定機制。有些物種至今仍無法確定其性別是如何決定的。,4.2 伴性遺傳,4

11、.2.1 X連鎖遺傳 4.2.2 Y連鎖遺傳 4.2.3 鳥類的伴性遺傳 4.2.4 植物的伴性遺傳 4.2.5 從性遺傳和限性遺傳,4.2.1 X連鎖遺傳,果蠅的X連鎖：紅眼白眼人類的X連鎖：X連鎖隱性遺傳（甲型血友病、色盲）X連鎖顯性遺傳（抗維生素佝僂?。┐嘈訶染色體綜合征,X隱性遺傳病例子,目前已發(fā)現(xiàn)300多種X連鎖隱性遺傳病。自毀

12、容貌綜合征一種嚴重的神經(jīng)學(xué)特征自身毀傷行為遺傳病?；颊?－3歲時開始強制性咬自己的手指、嘴唇和口腔粘膜，感覺疼痛又不能控制自己的行為，會侵襲他人，需捆綁雙手或拔掉牙齒。,,紅綠色盲（男性發(fā)生率7％，女性發(fā)病率0.5％）XbY XBXB兒子全部正常 女兒全為攜帶者XBXb XBY兒子一半正常，一半是患者； 女兒一半正常，一半是攜帶者XBXb XbY女兒一半發(fā)病一半是攜帶者； 兒子一半正常一半是患者,X顯

13、性遺傳病例子,抗維生素D性佝僂?。阂环N以低磷酸血癥導(dǎo)致骨發(fā)育障礙為特征的遺傳性骨病?；颊叩哪I小管對磷的重吸收，造成尿磷增加，血磷減少，影響骨質(zhì)鈣化引起佝僂病。該病的致病基因已被克隆，基因的缺失和單個堿基置換是導(dǎo)致疾病的原因。XHY XhXh 所生子女中，男孩全部正常，女兒全部發(fā)病。XHXh XhY 所生子女，正常與患者均各占1/2,脆性X染色體綜合征一種主要表現(xiàn)為智力低下的染色體病，患者的外周血淋巴細胞在低葉酸

14、的培養(yǎng)條件下，出現(xiàn)脆性X染色體（fra x）。fra x是在Xq27和Xq28帶的交界處具有細絲樣部位或裂隙，而使其長臂末端呈現(xiàn)隨體樣結(jié)構(gòu)，該部位易斷裂，稱為脆性部位，可遺傳。,,?男性患者的fra X來自雜合體的母親。有的fra X女性攜帶者表現(xiàn)出輕度的智力低下。,核型：46，fra X（q27）Y Fra X 綜合征：男性患者的主要臨床癥狀：重度智力低下，語言障礙，性格孤僻。特殊面容—長臉、方額、前額突出、大耳朵、下頜大并前突

15、、鞏膜呈淡藍色，青春期后發(fā)育成大睪丸。,脆性X 發(fā)病機制,近年已發(fā)現(xiàn)X染色體的脆性位點Xq27.3存在致病基因FMR-1，全長38kb。該基因5‘端的不翻譯區(qū)有一段不穩(wěn)定的（CGG）重復(fù)序列，正常個體，重復(fù)序列約30個拷貝，患者拷貝高達230。CGG重復(fù)序列上游250bp處的CpG島被甲基化，引起FMR-1及相鄰基因關(guān)閉，稱為全突變。前突變：CGG拷貝數(shù)50-160，未甲基化，癥狀輕微。前突變?yōu)?130 ～150 ，全突變?yōu)?23

16、0 ～750 。,DNA堿基上添入甲基基團的化學(xué)修飾現(xiàn)象。高等生物中的甲基化主要是多核苷酸鏈的CpG島上胞嘧啶的5位碳原子，生成m5CpG。DNA的不同甲基化狀態(tài)(過甲基化與去甲基化)與基因的活性和功能有關(guān)。,,,甲基化可導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄被抑制,,4.2.2 Y連鎖遺傳,Y連鎖遺傳只在男性個體中表現(xiàn)，又稱為限雄遺傳。該類遺傳病僅有10多種，例如外耳道多毛癥。,,了 解,4.2.3 鳥類的伴性遺傳,雞的蘆花羽毛顏色的遺傳，其規(guī)律

17、與果蠅的眼色遺傳相同，不同的是鳥類雌性為異配性別（ZW），雄性為同配性別（ZZ）。,,了 解,4.2.4 植物的伴性遺傳,少數(shù)植物有異形性染色體的分化。例如女婁菜（p80）。,,了 解,4.2.5 從性遺傳和限性遺傳,從性遺傳：控制性狀的基因位于常染色體上，在表型上受性別影響而出現(xiàn)男女分布比例或表現(xiàn)程度上的差異的遺傳方式。例如遺傳性早禿常染色體遺傳病，從頭頂中心向周圍擴展的進行性對稱脫發(fā)，一般35歲左右開始，男性顯著

18、多于女性。男性雜合子（Bb）即出現(xiàn)早禿。女性雜合子不早禿，純合子（BB）才出現(xiàn)早禿。禿頂基因是否表達還受到雄性激素的影響，若女性帶有禿頂基因，體內(nèi)雄激素水平又較高，則表現(xiàn)為禿頂。,,限性遺傳：一種遺傳性狀或遺傳病的致病基因位于常染色體或性染色體上，其性質(zhì)可以是顯性或隱性，但由于性別限制，只在一種性別中得以表現(xiàn)，在另一種性別中完全不體現(xiàn)，但這些基因均可向后代傳遞的遺傳方式。例如 子宮陰道積水：由常染色體隱性基因決定，女性純合子

19、表現(xiàn)癥狀，男性有這種基因但并不能表現(xiàn)該性狀。,4.3 性別分化,4.3.1 劑量補償效應(yīng)4.3.2 果蠅的性別分化4.3.3 哺乳動物的性別分化4.3.4 環(huán)境條件與性別分化,4.3.1 劑量補償效應(yīng),劑量補償效應(yīng)，英文名是dosage compensation。使細胞核中具有兩份或兩份以上基因的個體和只有一份基因的個體出現(xiàn)相同表型的遺傳效應(yīng)。一個細胞核中某一基因的數(shù)目稱為基因劑量。 在以性染色體決定性別的動物中，常染色

20、體上的基因劑量并無差別，因為雌雄兩性動物的常染色體的形態(tài)和數(shù)目都相同。但是對于性染色體來講，包括人類在內(nèi)的哺乳動物雌性個體的每一體細胞中有兩條X染色體，所以在X染色體上的基因劑量有兩份，而雄性個體只有一條 X染色體，基因劑量只有一份。人類中隨機失活的那條X染色體，凝縮為X染色質(zhì)，稱為巴氏小體。,,劑量補償效應(yīng)廣泛存在于生物界，其現(xiàn)象復(fù)雜,機制各異。而且當(dāng)兩個X染色體中有一個失活時，也并不是全部基因都失活。例如Xg血型基因和類固醇硫酸酯

21、酶基因雖是X連鎖基因,但并不失活。目前認為失活是從一個失活中心開始的，其位置很可能在 X染色體長臂鄰近著絲粒部位。有袋類動物的雌性個體細胞中，來自雌性親本的X染色體有一個敏感區(qū),它產(chǎn)生少許起控制作用的物質(zhì)，這物質(zhì)和同一條 X染色體上的毗鄰的受體相結(jié)合，能使該條X染色體不發(fā)生異固縮,保持不失活狀態(tài)。但來源于雄性親本的X染色體的相應(yīng)部位沒有,因而總是它發(fā)生異固縮而失活。有胎盤的哺乳動物和有袋類不同，敏感區(qū)不在 X染色體上而是在常染色體

22、上。敏感區(qū)產(chǎn)生的控制物質(zhì)隨機地和雄性或雌性親本來源的 X染色體上的受體結(jié)合，使相應(yīng)的X染色體保持不失活狀態(tài)。,4.3.2 果蠅的性別分化,X：A的比值是決定果蠅性別的第一步。這里涉及一系列基因和基因間的“級聯(lián)”反應(yīng)。X：A高比值時，雌性化基因--sxl基因在卵受精后最初2h內(nèi)被激活，使胚胎啟動朝向雌性發(fā)育的途徑；XX胚胎中如果sxl基因失去功能，則胚胎出現(xiàn)雄性表型。,,果蠅Sxl性別決定開關(guān),,X：A低比值時（＝0

23、.5），在胚胎發(fā)育早期sxl基因是失活的。雄性胚胎由于發(fā)育早期時sxl基因失活，所以沒有Sxl蛋白質(zhì)，于是后期轉(zhuǎn)錄后新合成的sxl轉(zhuǎn)錄物被加工處理成雄性胚胎的Sxl mRNA。不同性別胚胎的SxlmRNA是不同的。Sxl蛋白質(zhì)可與SxlmRNA的前體結(jié)合，將其剪接成雌性胚胎的Sxl mRNA。,,性別決定的“級聯(lián)”反應(yīng)中sxl基因的下游還有其他基因如tra、dsx等。如果x：A的比值為1，則sxl基因生成雌性專一的轉(zhuǎn)錄物，使

24、tra基因的轉(zhuǎn)錄物也剪接成雌性專一的，它的蛋白質(zhì)產(chǎn)物與tra-2相互作用，使dsx的mRNA前體剪接成雌性專一的mRNA。如果dsax轉(zhuǎn)錄物不按這種方式剪接，就產(chǎn)生另一種雄性專一的mRNA。,,,,,,,,,,,,,,Exon2,Exon1,Exon3,Exon4,Exon5,Dsax轉(zhuǎn)錄物的可變性剪接,,,,,,,,,,拼接形式2（剪去外顯子4）發(fā)育為雄性,拼接形式1（保留外顯子4）發(fā)育為雌性,成熟mRNA,成熟mRNA,5’,3

25、’,胚胎發(fā)育早期未分化的性腺是中性的。,,性 腺,,外部皮質(zhì),,內(nèi)部髓質(zhì),,,發(fā)育為雄性生殖腺（睪丸）,XY染色體,,,發(fā)育為雌性生殖腺（卵巢）,XX染色體,XXY型染色體，皮質(zhì)、髓質(zhì)同時發(fā)育。,,,4.3.3 哺乳動物的性別分化,第12周,,雄性生殖腺分泌雄性激素，調(diào)節(jié)性別分化，形成男性外生殖器和第二性征。雌性生殖腺分泌雌性激素，同上。,,Y染色體的睪丸決定基因Y染色體短臂上的睪丸決定因子(TDF)在性別分化中起關(guān)鍵作用。凡有

26、Y染色體短臂而沒有Y染色體長臂的個體是男性；反之，如有Y染色體長臂而缺失短臂的個體是女性。,哺乳類性別決定基因,,,,,,人們一直在努力控尋TDF/Tdy基因的候選者，直到80年代末Palmer M.S等（1989）從真兩性畸形中發(fā)現(xiàn)，他們的基因組中具有35kb的Y特異DNA序列的存在。1990年Goodfelow等進一步克隆了這一片段，并鑒別出一個開放閱讀框，稱SRY（Sex-determining region Y），以下的證

27、據(jù)有力地支持SRY就是TDF。,（1）通過分子雜交發(fā)現(xiàn)在其它的哺乳動物中SRY僅在雄性中存在，且位于Y染色體上；（2）小鼠Sry表達的時空性符合Tdy對睪丸的決定作用，即Sry僅在受精后10.2-12 天 (days post coitus, DPC) 短期特異性表達，此期正值性嵴開始向雄性性腺分化之時，在雌性胎鼠性嵴細胞中無Sry的表達；（3）小鼠Sry基因定位于Y染色體上，小鼠Tdy突變體發(fā)育為XY雌性，用Sry為探針進行D

28、NA雜交，發(fā)現(xiàn)這種XY雌鼠缺失了Sry序列。相反XY性反轉(zhuǎn)小鼠可能是由于Y染色體片斷易位到X染色體上所致，經(jīng)分子雜交證實易位片段上確實具有Sry序列存在；,（4）在46xy女性的SRY編碼序列中曾發(fā)現(xiàn)過錯義，無義和移碼突變，除一種以外其余都發(fā)生在HMG的DNA結(jié)合區(qū)。例外的突變位點發(fā)生在HMG box的終止密碼上，也有的是SRY側(cè)翼基因序列發(fā)生突變所致；（5）最有力的證據(jù)是Koopman等將一段含有Sry的14kb DNA片斷作為轉(zhuǎn)

29、基因?qū)?XY雌性胎鼠中，結(jié)果部分轉(zhuǎn)基因鼠產(chǎn)生了性反轉(zhuǎn)、睪丸發(fā)育。,4.3.4 環(huán)境條件與性別分化,1 外界條件對性別分化的影響例如蜜蜂的受精卵可以發(fā)育成正常的雌蜂（蜂王），也可以發(fā)育成不育的雌蜂（工蜂）。個別的幼蟲采食蜂王漿的時間長，生殖系統(tǒng)發(fā)育正常，體型大，發(fā)育為蜂王。多數(shù)幼蟲生殖系統(tǒng)萎縮成為工蜂。,,了 解,,2 激素對性別分化的影響人、牛、雞中均有例子（P83）。,,了 解,要點小結(jié),1 性染色體決定性別的三種類型

30、，每種類型可舉例說明。2 什么是性指數(shù)？給你一個性指數(shù)的值可以判斷出果蠅的性別。3 染色體組的倍性決定性別的例子（蜜蜂、螞蟻）4 環(huán)境決定性別中環(huán)境因子的類型：卵周圍的溫度、濕度、pH、激素等。不同溫度下龜鱉卵的孵化性別。5 闡述溫度決定性別的利弊。6 后螠的位置決定性別是什么物質(zhì)在起作用？（激素）7 伴性遺傳例題分析（重要） 。8 脆性X染色體綜合征發(fā)病機制（重要） 。9 從性遺傳與限性遺傳的概念，遺傳性早禿屬于哪種遺

31、傳類型。10 劑量補償效應(yīng)、巴氏小體的概念（重要）。11 果蠅性別分化中的基因級聯(lián)反應(yīng)。12 哺乳底物的性別決定因子是什么？（SRY）,第四章思考題2,例5： 基因型BB的貓毛色是黑色，bb是黃色，Bb是玳瑁色。已知這對基因位于X染色體上，，一個玳瑁雌貓和一個黑色雄貓交配，預(yù)期子代表型如何？如果出現(xiàn)玳瑁雄貓如何解釋？,玳瑁雌貓 X B Xb,黑色雄貓 X B Y,,,黑色雌貓 X B XB,玳瑁雌貓 X B Xb,黑色雄貓 X B

32、 Y,黃色雄貓 X b Y,玳瑁雄貓X B XbY,性染色體不分離,例6 通過生殖腺移植試驗獲得一只性反轉(zhuǎn)雄性蠑螈，把這只蠑螈與正常雌蠑螈交配，得到雄性與雌性后代，根據(jù)蠑螈的性決定方式加以解釋。題解：蠑螈屬于爬行動物，性染色體為ZW型。正常雌性zw，正常雄性ZZ。 通過性腺移植性反轉(zhuǎn)的蠑螈，說明它的基因型是雌性ZW型，通過性腺移植變?yōu)樾坌?，但基因型不會改變。該ZW與正常雌性ZW的后代ZZ與ZW雌雄2：1。,第四章思考題3,例7：

33、 人類的色盲和血友病均為X連鎖隱性性狀，兩基因的重組值約為10％，問下列系譜中，個體III-4和III-5的兒子患血友病的概率？（黑色符號表示該個體有血友病，叉號表示該個體有色盲癥，色盲基因用Ｂb，血友病基因用Ｈh表示。）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ｉ,II,III,題解：世代II 1的表型是色盲無血友病，其基因型為X bHY，標明bH連鎖，Bh連鎖。,1 2 3

34、 4 5,1,2,3,1,2,根據(jù)世代III 1，2，3個體的表現(xiàn)型推測出其基因型1,3均為X b hY，2為XBHY，，因此母親為雙雜合子，其后代的兒子中 X bh Y較多，推測II 2的基因型為 X bh X BH。,第四章思考題4,,,h,B,b,H,,b,H,,生殖細胞,,b,H,,B,h,,B,H,,b,h,親型配子,重組配子,45％ 45％ 5％ 5％,

35、,b,H,,b,h,,B,H,,B,h,,b,H,,b,H,,B,h,,B,h,,b,H,,,b,H,,b,H,,b,H,,b,H,,,,正常女性,女性色盲,正常女性,女性色盲,生殖細胞,,,親本,母親,父親,血友男性,正常男性,色盲血友男,色盲男性,重組值為10％，所以兩重組型配子均為5％,4號為正常女基因型有兩種，其兒子患血友病的概率分別為5％*50％＝2.5％和0.,5號為色盲女基因型有兩種，其兒子患血友病的概率分別為45％*50

36、％＝22.5％和0 .,45％ 45％ 5％ 5％,例8 人類的褐眼（B）對藍眼（b）顯性，一個父親為色盲的藍眼女人與一個母親為藍眼的褐眼男人婚配，其后代中藍眼且色盲的兒子的比例？題解：從題干中父親無藍眼性狀，女兒為雙隱性藍眼，說明該基因位于常染色體上。色盲基因用Aa表示。推測出女人的基因型 bb X A X a推測出男人的基因型Bb X AY故其子代中藍眼的概率為1/2兒子的概率1/2兒子