课件：第四章 性别决定与性相关遗传.ppt

第四章 性别决定与性相关遗传 Chapter 4 Sex Detemination & sex-related inheritance,第一节 性别决定 第二节 性别分化 第三节 人类性别异常 第四节 性相关遗传 第五节 Barr小体和剂量补偿效应,一、性染色体,性染色体(sex chromosome) 与性别决定直接有关的一个或一对染色体。 不同性染色体往往是异型的：形态、结构、大小、功能上都有所不同。 1901年美国细胞学家麦克朗（C. E. Mc Clung ）在直翅目昆虫中首先发现并确定了性染色体. 常染色体(autosome, A) 性染色体以外染色体的统称。 常染色体的同源染色体是同型的。,第一节 性别决定,二、性别决定方式,（一）、性染色体决定型 （二）、基因决定型 （三）、单倍体决定型 （四）、环境决定型,1. XY型性别决定,雄杂合型(XY型)： 两种性染色体分别为X、Y； 雄性个体的性染色体组成为XY(异配性别)，产生两种类型的配子，分别含X和Y染色体； Y染色体上有一个“睾丸决定”基因SRY，它有决定雄性的强烈作用。 雌性个体则为XX(同配性别)，产生一种配子含X染色体。 性比一般是1:1。 所有哺乳动物和双翅目昆虫，大部分两栖类、爬行类以及两性分化的植物,XO型,与XY型相似，但只有一条性染色体X； 雄性个体只有一条X染色体(XO，不成对)，它产生含X染色体和不含性染色体两种类型的配子； 雌性个体性染色体为XX。 如：蝗虫、蟋蟀等直翅目昆虫 。,果蝇的性别决定,性指数(sex index)：性染色体（X）与常染色体组数（A）的比值。 雌雄基因平衡理论：X染色体上携带决定雌性的基因，常染色体上携带决定雄性的基因，Y染色体上含有决定育性的基因，很少或不含影响性别的基因，个体的性别决定于雌雄基因的平衡。,果蝇的性别决定,性指数 X/A0.5， 超雄 X/A=0.5， 雄性 0.5 X/A1， 中间性 X/A=1， 雌性 X/A1， 超雌,. ZW型性别决定,雌杂合型(ZW型)： 两种性染色体分别为Z、W染色体； 雌性个体性染色体组成为ZW(异配性别)，产生两种类型的配子，分别含Z和W染色体； W染色体是雌性决定因素。 雄性个体则为ZZ(同配性别)，产生一种配子含Z染色体。 性比一般是1:1。 所有鸟类、鳞翅目昆虫、某些两栖类,（二）、基因决定型,1.单基因决定型（石刁柏） 2.双基因决定型（玉米） 3.复等位基因决定型（喷瓜）,1. 单基因决定型（石刁柏） AA、Aa为雄性，aa为雌性,2.双基因决定型（玉米） 决定雌、雄各有一对等位基因。 Ba：雌花序，BaBa，Baba时 baba：中间部位没有正常雌花序 Ts：雄花序 TsTs Tsts tsts：雄花序变成雌花序（在雄穗上结玉米粒） 雌雄同株 雌株 雄株 雌株 BaBaTsTs BaBatsts babaTsTs babatsts BabaTsTs Babatsts babaTsts BaBaTsts BabaTsts,3. 复等位基因决定型（喷瓜） aD决定雄性，a+决定雌雄同体，ad决定雌性，且aD对a+和ad显性， a+对ad显性。,（三）、单倍体决定型,蜜蜂、蚂蚁等膜翅目昆虫：性别取决于染色体的倍数性，并受到环境影响。 蜜蜂雄蜂为单倍体(n=16 )，孤雌生殖产生， 雌蜂(蜂王)为二倍体，受精卵发育而来，并在幼虫期得到足够的蜂王浆(5天)；如果幼虫期仅得到2-3天蜂王浆则发育为工蜂。,（四）、环境决定型,海生动物后螠。雌虫6cm左右，雄性构造简单，为雌体的1/500，生活在雌体的子宫中。受精卵孵化成幼虫时，无雌雄之分。 如果落在海底就发育成雌虫； 如果落在雌虫口吻上，它就发育成为一个 雄虫； 幼虫已经落在雌虫的口吻上，把它取下让 它在离开雌虫的情况下继续发育，它就发育 成为中间类型，且偏雌雄的程度与它在吻上 发育的时间长短有关。,第二节 性别分化,性别决定：在遗传学上把受精卵向雌性或雄性发育的规定性叫性别决定。 性别分化：受精卵在性别决定的基础上进行雌雄性性状发育的过程叫性别分化。,第二节 影响性别分化的因素,一、外部环境条件 1. 营养条件 蜂王()与工蜂形成的差异； 在葫芦科植物里，丰富的氮肥有利于雌花的发育。 2. 温度 有些蛙类性别决定是XY型：蝌蚪在20以下环境发育时，性别由其性染色体决定；但在30条件下，XX和XY个体均会发育成雄性个体。 扬子鳄和密西西比鳄卵 30为雌性，34为雄性。 乌龟卵 2327为雄性，3233为雌性。,3. 日照长短 大麻：雌雄异株。夏季播种，雌雄发育正常；秋季播种，或置于短日照温室内，50%80%的雌株逐渐出现性转变为雄株； 黄瓜：雌雄同株异花。丰富氮肥，短日照和夜晚低温有利于形成较多的雌花。,二、 激素 1. 异性双胎性别分化 ：象雄牛的雌牛（不育） 双胎牛中如果是一雄一雌，由于雄性的睾丸先分化，睾丸产生的雄性激素通过绒毛膜血管流向雌性胚牛，使雌性胚牛的外生殖器表现为雄性，但无睾丸，呈间性。,哺乳动物性别分化的调控,50年代确立了哺乳动物性别决定的两条规则： 第一，性腺分化成睾丸或卵巢决定了性别分化的其他方面； 第二，Y染色体携带有决定雄性的遗传信息. 综合来看：Y染色体上的一个或几个基因为睾丸形成所必需。这一假想的基因在人类命名为睾丸决定因子（testis determining factor，TDF），在小鼠命名为Y染色体睾丸决定基因（testis determining Y gene，Tdy）。TDF/Tdy位于Y染色体上。,哺乳动物性别基因的克隆,雄性基因 1990年，Sinclair.AH等克隆到人Y染色体性别决定区基因（sex-determining region Y gene，SRY）和小鼠的相应基因Sry。1991年转基因小鼠实验证实Sry就是小鼠的Tdy。 人SRY位于Yp11.3，只含有一个外显子，没有内含子，转录单位长约1.1kb，编码一个204氨基酸的蛋白质。 雌性基因 1999年，美国哈佛大学研究发现，还有另一个基因Wnt-4也存在于Y染色体中，小鼠实验证明，该基因会促使胚胎发育成雌性。 此外鉴定了一些被认为与性别决定有关的基因，但层次调控体系仍未建立。,人的性别分化过程,早期胚胎均有两套生殖管道。 中肾管(Wolff管)以后分化为雄性输精管、附睾管和射精管 中肾旁管(副中肾管，Muller管)以后发育为子宫和阴道。 第6周，具Y染色体的胎儿，原始生殖细胞分化为精原细胞，相邻生殖嵴细胞分化为支持细胞、间质细胞（形成睾丸原基），支持细胞产生抗中肾旁管激素，抑制中肾旁管发育。睾丸间质细胞分泌雄性激素促进中肾管的发育。 不具Y染色体的胎儿，第6周性腺不发育，第7周后自动发育成卵巢。,三、性反转,性反转：个体从原来的性别转变为另一种性别。（基因型未改变） 羊头原鲷：幼小时鱼体粉红色为雄性； 长大后变成黑色为雌性 黄鳝：2龄前皆为雌性， 3龄转变为雌雄间体卵巢逐渐退化， 6龄全部反转为雄性 鸡：牝（pn ）鸡司晨 人性反转 多米尼加家族性的5a还原酶缺乏综合症 不能将睾酮转化为双氢睾酮 胎儿期女孩，青春期男性,第三节 人类性别异常,在性别决定的层次上出问题就会导致性别畸形。 在性别分化层次上出现问题就会导致真假两性畸形。,性别畸形,唐纳氏(Turners)综合征：(2n=45， XO) 性别为女性，身材矮小(120-140cm)，蹼颈、肘外翻和幼稚型生殖器官；部分表现为智力低下；卵巢发育不全，原发性闭经，无生育能力。 克氏(Klinefelters)综合征：(2n=47 ，XXY等) 性别为男性，身材高大，四肢细长， 乳胸发育，须毛、体毛少。 第二性征类似女性，一般智力低下， 睾丸发育不全，无生育能力。,XXX综合征：(2n=47， XXX等) 性别为女性，大多数外表正常，但常见智力低下甚至精神异常。乳腺发育不全，卵巢功能异常，有的有生育能力。 XYY综合征：(2n=47， XYY等) 性别为男性，智力稍差、性格暴烈 、进攻性强，有的有生育能力。,两性畸形,真两性畸形 46,XX/47,XXY；46,XY/45,XO；47,XYY/45,XO 46,XY/46,XX 假两性畸形 男假两性畸形（睾丸女性化） 女假两性畸形（女性男性化）,男假两性畸形（睾丸女性化）,性染色体组成为46，XY。 表型： 外观与女性一样，但无子宫和输卵管，原发性闭经，不生育。体内有睾丸，发育不良，无输精管。 原因： X染色体上Tf基因决定睾酮受体的发生。患者基因型为tf，体内有睾丸，也分泌雄性激素，但细胞无睾酮受体，使靶细胞不能产生效应，末梢组织中芳香化酶可以转化睾酮和肾上腺产生的雌激素前体为雌激素而有较好的女性性征发育。,女假两性畸形（女性男性化）,性染色体组成为46，XX。 表型：生殖器外观为男性，但性腺仅有卵巢。 原因：一条X染色体上由于易位或交换，带有Y染色体性别决定区基因SRY。,第四节 性相关遗传,一、伴性遗传 二、限性遗传 三、从性遗传,伴性遗传：也称为性连锁(sex linkage) ，指位于性染色体上的基因所控制的某些性状总是伴随性别而遗传的现象。 1910年摩尔根等在研究果蝇性状遗传时最先发现伴性遗传现象，研究结果同时还最终证明了基因位于染色体上。,一、伴性遗传(sex-linked inheritance),1 果蝇眼色基因W/w的遗传,果蝇眼色：红眼(W)对白眼(w)为显性； P： 红眼() 白眼() F1： 红眼() 红眼() F2： 1/2 红眼 :1/4红眼 : 1/4 白眼 解释：眼色基因(W, w)位于X染色体上，而Y染色体上没有决定眼色的基因，XwY的表现型为白眼。,果蝇眼色伴性遗传的解释,果蝇眼色的测交试验,为了证明F1中雌果蝇从父本得到的是带w基因的X染色体(Xw)；摩尔根等进行了下述测交试验： 以F1中的雌性果蝇为母本； 表型为白眼的雄果蝇为父本。 测交结果(Ft表现)：,F1 测交亲本 红眼()白眼() (XWXw) (XwY) Ft 红眼()(XWXw) 红眼()(XWY) 白眼()(XwXw) 白眼()(XwY),2 人类的伴性遗传,X染色体连锁遗传 伴X显性遗传 伴X隐性遗传 Y染色体连锁遗传,伴X显性遗传,系谱特点 患者的双亲之一患病。 男性患者的后代中女儿都是患者，儿子全部正常；女性患者的后代中，子、女患病的机会相等，各有1/2的患病风险。 呈连续遗传，每代都有患者。 人群中的女性患者多于男性，但女性患者多数病情较轻，男性患者病情较重。 患者的正常后代可以真实遗传，后代全部正常。 常见病症 抗维生素D佝偻病、遗传性肾炎、Xg血型、脂肪瘤等,伴X隐性遗传,系谱特点 双亲无病，儿子可能发病，女儿则不会发病；女性患者的儿子必患病。 人群中男性患者远多于女性患者，在一些发病率低的系谱中，只有男性患者。 呈不连续遗传（隔代遗传）。 呈交叉遗传：父传女，女传子（外祖父的性状在外孙身上表现）。 常见病症 红绿色盲、血友病、进行性肌营养不良症等,Y染色体连锁遗传,系谱特点 患者均为男性，并且是父传子，子传孙，女性不会出现相应的遗传病症。 常见实例 外耳道多毛症基因、Y染色体性别决定区基因SRY、箭猪病和蹼指,3 Z连锁遗传,芦花鸡：芦花是位于Z上显性基因控制的(子代绒羽有黄色头斑)。 芦花雌鸡ZBW 非芦花雄鸡ZbZb 芦花雄鸡ZBZb 非芦花雌鸡ZbW 油蚕的性状遗传也属此类。,4 不完全性连锁,在一对异形性染色体中，有部分区段是同源的，此段区域称为假常染色体同源区，减数分裂时可以联会。位于X染色体和Y染色体同源区段的基因就称为X和Y连锁基因，由于这一区域有交换重组的可能，所以也称为不完全性连锁。 如斯特恩（Stern）发现果蝇截刚毛性状的遗传，这也是唯一 X和Y等位基因的例子。,二、限性遗传(sex-limited inheritance),限性遗传：只能在某一性别表现的性状的遗传方式。 限雌遗传 限雄遗传 限性遗传不同于伴性遗传 外耳道多毛症是限雄遗传，同时也是伴性遗传。 子宫阴道积水症（位于常染色体上的基因控制）是限雌遗传，但不是伴性遗传。,三、从性遗传(sex-controlled inheritance),从性遗传：也称为性影响遗传(sex-influenced inheritance)：有些基因虽然位于常染色体上，但由于受到性激素的作用，因而使得它在不同性别中表达不同的现象。 实质：常染色体上基因所控制的性状受到性染色体遗传背景和生理环境(内分泌等因素)的影响。 例：绵羊角的遗传。,绵羊角的从性遗传,H/h基因位于常染色体上。 人的秃头性状也表现为类似的遗传现象。,第五节 Barr小体和剂量补偿效应,一、Barr小体 二、剂量补偿效应 三、莱昂假说,一、Barr小体,发现 1949年，加拿大Barr在雌猫的神经元细胞核中首次发现一种染色较深的浓缩小体，而在雄猫则没有这种结构。 进一步研究发现：除猫外，其他雌性哺乳动物（包括人类）也同样有这种显示性别差异的结构。而且不仅是神经元细胞，在其它细胞的间期核中也可以见到这一结构。称之为巴氏小体(Barr body)，也称为性染色质体。 2. 数目：巴氏小体=X染色体的数目-1,人口腔粘膜上皮细胞巴氏小体,发根毛囊细胞巴氏小体,二、剂量补偿,由于雌性细胞中的两个X染色体中的一个发生异固缩（也称为Lyon化现象），失去活性，这样保证了雌雄两性细胞中都只有一条X染色体保持转录活性，使两性X连锁基因产物的量保持在相同水平上。这种效应称为X染色体的剂量补偿。,三、莱昂假说,1.莱昂假说的内容(1961年，Mary Lyon ) 正常雌性哺乳动物体细胞内仅有一条X染色体在遗传上是有活性的。另一条X染色体在遗传上无活性，在间期细胞核中螺旋化而呈异固缩。 X染色体失活发生在胚胎早期（人类大约在妊娠的第16天）。 X染色体的失活是随机的，也是恒定的。,2.莱昂假说的证据,玳瑁猫的皮毛：腹部白色，背部黄色和黑色镶嵌。背部毛斑由一对X连锁等位基因控制。B基因控制产生黑色毛斑，b基因控制产生黄色毛斑。 玳瑁猫多为雌猫。,6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD) A和B两种类型，二者只有一个氨基酸的差异，电泳时迁移率不同，A带比B带移动地略快，它们分别由X染色体上一对等位基因GdA和GdB编码。,男性：,A带或B带,A带或B带或AB带,女性：,达,关于莱昂假说的理解,失活的X染色体上基因是否都失去了活性？,并非所有基因都失去了活性。 1974年，新莱昂假说认为X染色体的失活是部分片段的失活。如Xg血型基因、MIC2抗原基因，这些基因无论在有活性还是在无活性的X染色体上都能够表达。,失活的X染色体是否永远都失去了活性？,减数分裂时恢复到常染色体状态。,Y染色质体,正常男性的间期细胞用用喹吖因（quinacrine）或喹吖因芥子（quin- acrine mustard）荧光染料染色后，在细胞核内可出现一荧光小体，直径为0.3微米左右，称为Y染色质体。Y染色体长臂远端部分为异染色质，可被荧光染料染色后发出荧光。这是男性特有的，女性细胞中不存在。 细胞中Y染色质体的数目与Y染色体的数目相同。如核型为47，XYY