遗传学性别决定及与性别有关的遗传.ppt

梁山伯与祝英台梁祝 西厢记西厢记 西厢记： 佛殿初遇之一见钟情。 第五章 性别决定以及 与性别有关的遗传 因为有了性别，才有了 人类最古老、最永恒的爱情 主题。而在这里，我们可以 找到这个主题的遗传基础！ 妄语ABC 本章内容 第一节 性别决定 第二节 性别决定的剂量补偿 第三节 激素和环境条件对性别分化的影响 第四节 伴性遗传 第五节 从性遗传和限性遗传 n重点： 性别决定与性别分化； 性别决定理论； 伴性遗传、限性遗传和从性遗传。 n难点： 各种性别决定理论的机理， 性别决定的剂量补偿效应。 本章重点与难点 第一节 性别决定 一、性别决定的性染色体理论 生物染色体的分类 n性染色体（sex-chromosome） 直接与性别决定有关的一个或一对染 色体。 成对的性染色体往往是异型，即形态 、结构、大小和功能都有所不同。 n常染色体 其它各对染色体，通常用A表示； 形态、大小、结构和功能基本相同， 如二倍体生物的同源染色体 性染色体决定生物性别 n雄杂合型： XY型：果蝇、人、猪、牛、羊 X0型：仅1个X，如蝗虫、蟋蟀 n雌杂合型： ZW型：家蚕、鸟类、鹅类、蝶类 n雌雄决定于倍数型：蜜蜂、蚂蚁 正常受精卵：2n，雌 孤雌生殖：n，雄 n多染色体类型：XYW XXXY决定型 精子卵细胞 XYXX X Y X XXXY 1 ： 1 子 代 受精卵 亲 代 XY型性别决定 人类染色体 XY染色体电子扫描图片 Y染色体X染色体 假常染色体区 SRY基因 ZFY锌指结构 H-Y抗原基因 异染色质区 AR基因 XIC RPS4X G6PD 红绿色盲 血友病 78个编码基因1098基因 危险，性染色体！性染色体与性别畸形 ZZZW决定型 多染色体类型 XYW，新月鱼 二、性别决定的遗传平衡理论 1932年，Bridges在以果蝇为材料研究 性别决定时提出性别决定的遗传平衡学说 ： 性染色体和常染色体上都带有决定性 别的基因，雄性基因主要在常染色体和Y染 色体上，雌性基因主要在X染色体上，受精 卵的性别发育方向取决于这两类基因系统 的力量对比。 n果蝇的性平衡理论： n当X染色体的数目：常染色体组数1时，超雌性； n当X染色体的数目：常染色体组数1时，正常雌性 或多倍体雌性（female）； n当X染色体的数目：常染色体组数0.51时，中 间性； n当X染色体的数目：常染色体组数0.5时，正常雄 性或多倍体雄性（male）； n当X染色体的数目：常染色体组数0.5时，超雄性 两个界线 2. 舞毒蛾的细胞质因子与性染色 体平衡决定性别假设（F/M） nF: 细胞质中的雌性决定因子 nM: Z染色体上的雄性决定因子 nZW型：雌，FM; 雄，MMF 三、基因组拷贝数与性别表现 单倍体为雄性，二倍体为雌性，包括蚂 蚁、蜜蜂、黄蜂和小蜂。 蜜蜂 的性别决定 雌蜂 受精卵发育二倍性 雄峰未受精卵发育而来单倍性 蜂王（可育） 喂5天以上 工蜂（不育） 喂2-3天 的蜂王浆 雄蜂由未受精的卵发育而成，具有单倍体的染雄蜂由未受精的卵发育而成，具有单倍体的染 色体数（色体数（n n1616）；）； 蜂王和工蜂是由受精卵发育而成，具有二倍体蜂王和工蜂是由受精卵发育而成，具有二倍体 的染色体数（的染色体数（n n3232） 四、性别取决于四、性别取决于X X染色体是否杂合染色体是否杂合 小茧蜂（Habrobracon） 雌性为杂合型： XaXb、XaXc、XbXc 雄性为纯合型： XaXa、XbXb、XcXc 五、H-Y抗原与性别 1.Y染色体与H-Y抗原 （ Histocompatibility Y antigen） (testis determining factor, TDF) n20世纪50年代，高度近交系小鼠的皮肤移植 实验发现： n同性别移植或者雌性移植给雄性，均不发生 免疫排斥反应；但是，雄性移植给雌性，则 发生排斥反应。表明，雄性个体具有雄性特 异性的组织相容性抗原，称为HY抗原（ Histo-compatibility Y antigen）。 对于对于ZWZW型性决定体系而言型性决定体系而言HHY Y抗原在雌性中抗原在雌性中 表达。表达。 2020世纪世纪70708080年代，于是就有人提出了年代，于是就有人提出了HHY Y抗抗 原直接或间接诱导原始性腺分化为睾丸的假说原直接或间接诱导原始性腺分化为睾丸的假说 ，这就是，这就是HHY Y抗原性别决定假说。进而有人推抗原性别决定假说。进而有人推 测，测，HHY Y抗原基因就是睾丸决定因子抗原基因就是睾丸决定因子 (testis (testis determining factor, TDF)determining factor, TDF)。 2 2 H-YH-Y抗原与抗原与性别分化性别分化 最近发现，编码最近发现，编码HHY Y抗原的基因与睾丸分化的抗原的基因与睾丸分化的 启动密切相关。启动密切相关。HHY Y抗原对原始性腺分化为睾抗原对原始性腺分化为睾 丸有重要作用，促使性腺向雄性分化和发展。丸有重要作用，促使性腺向雄性分化和发展。 HY抗原是睾丸分化过程的调节因子，与睾丸 分化的启动有关，但不是性别的直接决定者。 六、性别决定基因 Y染色体上存在着睾丸决定因子TDF基因，它 决定了原生殖嵴向睾丸方向分化。1987年， 佩奇（D. C. Page）发现Y染色体短臂上有一 个锌指蛋白ZFY基因（zinc finger Y gene， ZFY）。ZFY可能是一个转录控制因子。 六、性别决定基因 1990年，辛克莱（A. H. Sinclair）等克隆到 人的SRY，这是性别决定研究的一个里程碑 。包括转基因动物在内的许多实验已证明， SRY就是TDF基因。 但近年来研究表明，SRY并非决定性别的唯 一基因，性别决定与分化是一个以SRY基因 为主导，至少包括6种基因（SRY、SOX9、 AMH、WT-1、SF-1和DAX-1）在内的多基 因参与的有序协调表达过程。 六、性别决定基因 英国新科学家杂志 报道，亿万年前Y染色 体刚刚形成时，它掌管 着大约1500个基因，但 之后这一数量却不断减 少。现在的Y染色体就 像个风烛残年的老人， 昔日威风荡然无存，它 掌管的基因已减少到40 个左右。 X-染色体（左），Y-染色体（右），放大了约13,000倍 六、性别决定基因 X-染色体（左），Y-染色体（右），放大了约13,000倍 一些研究人员估计， 五 百万年后Y染色体所掌管 的基因将会全部消失，那 时人类就不会再有男性存 在。（？） 六、性别决定基因 造成这种情况的主要原因是基因突变。由于Y染 色体是通过男性精子传给下一代的，一个30岁 男性的精子DNA复制次数，比卵子多了350次。 而染色体每多复制一次，发生基因突变的可能 性就大一点。基因突变会使新一代Y染色体不能 百分之百的遗传上一代Y染色体的功能，这样， 经过一段时间后，原始Y染色体的功能就会不复 存在。 第二节 性别决定的剂量补偿 一. 性染色质 1.巴氏小体 一种细胞核内着色较深的叫做性染色质体（ sex chromatin body)的结构,又称巴氏小体 （Barrs body）。 最早在哺乳动物雌猫中发现，它是由一条失 活的X染色体形成的。是它在间期细胞核中 呈现异固缩（即该染色体与其他染色体的 螺旋化不同步）状态，形成贴近于核膜边 缘的染色小体，又称X染色质。 巴氏小体特点： A、只存在于XXXY型性别决定的雌性细胞 B、灭活多余的X染色体，使一条具有活性； C、性质不活泼，复制滞后，间期不解螺旋； D、灭活染色体事件发生在胚胎早期； E、灭活哪条染色体是完全随机的。 2 2、X X染色体失活的分子机制染色体失活的分子机制 （1）XIST座位控制失活起点； （2）甲基化酶通过碱基的甲基化 而使约80的X染色体基因关闭而失去表 达活性 二、二、剂量补偿效应剂量补偿效应 1、概念：使具有两份或两份以上的基因 量的个体与只具有一份基因量的个体的基因表 现趋于一致的遗传效应 2、莱昂假说： （1）雌性个体的两条X染色体必有一条是 随机失活的 （2）X染色体的失活发生在胚胎早期 如人类（合子细胞增殖到56千个细胞时）， 且一旦失活，此细胞所有后代细胞的此染色体 均处于失活状态 二、二、剂量补偿效应剂量补偿效应 2、莱昂假说： （3）失活染色体永久保持失活特征 （4） A、猫的皮毛颜色 B、人的G6PD基因 XOXO XoY XOY XOXo 橙色雄猫龟甲壳雌猫 O: 阻碍产生黑色素与棕色素, 但可以产生橙色素 o: 产生深色素 XOXo 中一部分体细胞中XO失 活(黑色或棕色),一部分体细 胞中Xo 失活(橙色) 龟甲壳猫 人G-6-PD缺乏症 G-6-PD缺乏症全名称为葡萄糖-六-磷酸盐脱氢酶缺乏 症是一种基因异常而导致的先天代谢疾病，致红血 球内G-6-PD缺乏所致。为台湾地区常见的先天性代谢 异常疾病，平均每一百个新生儿中，就有三个病例， 其中男性发生率比女性高。 因此症的异常基因是位于X染色体上，因此女性若带一 个不正常的X染色体，另一个正常的X染色体即会弥补 此缺陷，故不易发病，或症状较轻微。至于男性，因 只有一个X染色体，因此只要获得一个异常的X染色体 即会得病。 葡萄糖-六-磷酸盐脱氢酶 (即G-6-PD)是一种酵素，它在 人体内协助葡萄糖进行新陈代谢，而在此过程中产生 一种保护红血球的物质，以对抗某些特别的氧化物； 患此症的小孩，因缺乏这种酵素，使红血球容易受到 某些特定物质的破坏而发生溶血，如程度严重即发生 急性溶血性贫血。 当某特定的氧化物质侵入身体后若血球被破坏即会产 生溶血现象，此时患儿会出现脸色苍黄、疲累、食欲 差、黄疸(眼白及皮肤均变黄)，茶色尿(尿色较深如茶 般)。严重时，可能会昏迷，甚至有生命危险。患此症 的小孩在新生儿期比正常新生儿容易出现较严重的新 生儿黄疸症。 正常功能: XGD+ 失去功能的隐性突变XGD XGD+ XGD+ 的女性与XGD+ /Y的男性G-6-PD活 性无差异, XGD+ XGD- 女性是XGD+ /Y男性活性 的一半，是因为一条染色体随机失活 第三节 激素和环境条件对性别 分化的影响 n1、性别决定与性别分化的关系 n 性别决定是基因型意义上的，性别分化 是发育意义上的。 n2、哺乳动物性别分化的特征 n 中心和外周性器官在不受任何作用的情 况下具有自动发育成雌性器官的特性。 第三节 激素和环境条件对性别 分化的影响 n3、环境对性别分化的影响 （1）内环境 （free-martin） n（2）外环境（蜜蜂性别、两栖类的温度 决定性别） n（3）性反转(Sex reverse) 后螠的性别 幼虫在海中自由生活，发育成雌虫；幼虫在成年雌虫 口吻上，发育成雄虫；幼虫先在口吻上后在海中自由 生活，发育成中间性。 雌虫口吻部的生理环境条件是决定性别的关键，而非 受精决定。 蛙和某些爬行类的性别 蝌蚪：20，雌雄各半；30，全雄； 蜥蜴：2627，雌性；29，雄性； 鳄鱼：33，雄性；31，雌性；两种温度之间，雌 性各半。 需要指出的是，环境条件只改变性别发育的方向，并 不改变性染色体组成。 nFreemartin牛雌性雄性化现象 n 自由马丁表示异性双生子中雌性不 育的现象 n原因： n雄性胎儿分泌的雄性激素抑制雌性胎儿 的性腺分化，使其成为中间性，失去生 殖能力； nXY组成的雄性细胞干扰了双生雌犊的性 分化。 n性反转（sex reversal） n由雌性变成雄性，或由雄性变成雌性的现 象。 n原来生蛋的母鸡因患病或创伤而使卵巢退 化或消失，促使精巢发育并分泌出雄性激 素，母鸡性反转公鸡，母鸡变公鸡，能产 生精子，和母鸡交配，能繁殖后代。从而 表现出 “母鸡叫鸣”现象。但性染色体仍为 ZW。 泰国人妖激素内环境与性征的实例 第四节 伴性遗传 一.伴性遗传的概念及特点 1。半合基因（hemizygous gene）： X与Y染色体非同源部分的基因两者无配 对关系，无功能上的联系，这些基因称 为半合基因。 伴性遗传或性连锁遗传（sex-linked inheritance） 指性染色体上基因所控制的某些性状总是伴 随性别而遗传的现象。 性连锁是摩尔根等(1910)首先在果蝇中发现的 ，性连锁是连锁遗传的一种特殊表现形式。 二.果蝇的伴性遗传 摩尔根等在纯种红眼果蝇的群体中发 现个别白眼个体（突变产生)。 P 红眼 白眼 F1 红眼 F2 红眼 红眼 红眼 白眼 红眼 ： 白眼=3：1 红眼 ： 100% 红眼 ： 白眼=1：1 为什么？如何解释？ n摩尔根等假设：果蝇的白眼基因(w) 在X染色体上，而Y染色体上不含有 它的等位基因，这样就可合理解释上 述遗传现象。 交叉遗传（cross inheritance）： 父亲 女儿 儿子 外公 母亲 外孙 X连锁遗传：伴性遗传基因位于X染色 体上的遗传。 三.人类的伴性遗传 红绿色盲（男性高于女性） 血友病缺少凝血因子 均属X染色体隐性遗传 红绿色盲： 控制色盲的基因为隐性c，位于X染 色体上，Y染色体上不带其等位基因 ； 由于色盲基因存在于X染色体上，女 人在基因杂合时仍正常；而男人Y基 因上不带其对应的基因，故男人色盲 频率高。 女：XCXc杂合时非色盲，只有XcXc 纯合时才是色盲； 男：Y染色体上不携带对应基因， XCY正常、XcY色盲。 四、鸟类（鸡）的伴性遗传 芦花鸡的毛色遗传: 芦花基因B为显性，正常（或非芦花）基因 b为隐性，位于Z性染色体上。 W染色体上不携带它的等位基因。 雄鸡为ZZ，雌鸡为ZW。 五、伴性遗传的意义： 理论：基因定位 实践：预防伴性遗传疾病、雌雄鉴 别 第五节 从性遗传和限性遗传 一.从性遗传 从性遗传（sex-conditioned inheritance）: 由于内分泌等因素的影响，其性状只在一 种性别中表现，或者在一性别为显性，另 一性别为隐性。 从性性