第二章 孟德尔遗传分析.ppt

第二章孟德尔遗传,问题：,什么是孟德尔遗传方式？如何确定单基因还是多基因遗传？如何确定常染色体遗传？如何证明是遗传还是非遗传的性状？DNA多态符合孟德尔遗传方式吗？如何确定显性和隐性性状？非孟德尔遗传方式的原因是什么？,本章内容,孟德尔定律的发现孟德尔遗传定律孟德尔遗传的数据处理单基因遗传病主要参考书：遗传学刘祖洞著PriniciplesofGeneticschapter3,第一节孟德尔定律的发现1694年J.R.Camerarius显花植物杂交。1822年T.A.Knight豌豆杂交。1831年R.Brown发现了细胞核。1841年A.Kolliker发现了生殖细胞。1849年Grtner发表植物杂交的实验与观察。1856年G.Mendel开始豌豆杂交。1865年G.Mendel在布隆自然科学协会报告。1866年G.Mendel的论文“植物杂交实验”发表。1900年HugodeVries,CarlCorrens和EricvonTschermak-Seysenegg重新发现孟德尔遗传定律。,GregorJohannMendel（18221884）父母是摩脱维亚（Moravia）当时属中欧的哈布斯堡王朝的农民。在乡间的成长教给了他许多种植和饲养动物的知识，并激发了他对自然的兴趣。在21岁时，孟德尔离开了农场，进入了Brnn市的一个天主教修道院（现在Brno属于捷克共和国）。1847年，他被任命为牧师，并取得了教名Gregor。以后，他在当地的高中教书，并于18511853年间，就读于维也纳大学。随后他返回Brnn，在那里作为一个教士终老，也在此完成了最后令他举世闻名的遗传学实验。,1822年：出生于奥地利的农民家庭；1847年：成为牧师；1851-1853年：维也纳大学学习，师从多普勒、埃汀豪生和翁格尔；接触到了达尔文的进化论和盖尔特纳等人的植物杂交工作；1854-1867年：进行豌豆杂交实验；1865年：在自然科学协会汇报杂交实验结果；1866年：发表“植物杂交实验”论文（ExperimentsinPlantHybridization）,孟德尔GregorJohannMendel,在孟德尔时期，他的杂交论文并没有引起人们的重视。直到1900年，三位科学家（荷兰的HugodeVries,德国的CarlCorrens,澳大利亚的EricvonTschermak-Seysenegg）再一次发现了植物杂交的遗传规律，在他们寻找数据进行佐证时，同时发现孟德尔早在35年前就已经报道了这些数据和规律。很快，在英国生物学家贝特森的竭力促进下，孟德尔的理论终于在20世纪初被生物学界接受。从此，生物学界也诞生了遗传学“genetics”一词，该词来源于希腊词汇，意为“产生”。孟德尔被称为“遗传学之父”。1909年，丹麦科学家约翰逊又提出了“gene”一词。随后，在向中国生物学家介绍遗传学进展时，谈家桢先生将gene一词翻译为“基因”。,孟德尔遗传定律的问世和遗传学的产生,花的颜色种子的颜色种子的形状成熟豆荚的形状未成熟豆荚的颜色茎的高度花的位置,问题：为什么选择豌豆作为杂交实验材料？,孟德尔遗传试验,杂合体的一对等位基因在形成配子时互相不影响地分到雌雄配子中去的规律。,孟德尔分离定律Lawofsegregation,豌豆杂交实验的子二代结果,如何得到分离定律：孟德尔假设,1.遗传性状由遗传因子决定，遗传因子是成对存在的。2.形成生殖细胞的过程中，成对因子发生分离，在成熟的生殖细胞中只具有成对因子中的一个（份）遗传因子。3.生殖细胞的结合是随机的，每对因子分别来自雌雄亲代的生殖细胞。4.遗传因子有不同形式，即显隐性之分。,假设验证测交实验,对于基因型未知的显性个体，测交是常用的鉴定个体基因型的方法。,F1代红花基因型Cccc配子Ccc基因型Cccc测交一代红花白花比例1：1,孟德尔自由组合定律Lawofindependentassortment,非同源色体上的非等位基因在形成配子时，各自独立地分开和组合，在杂交时各种基因型的配子随机结合，形成可以预测比例的表型和基因型的群体。,孟德尔分离比的条件,1.杂合体的两种配子在形成配子时数目是相等的。2.两种配子结合是随机的。3.子二代基因型个体存活率是相等的。4.显性是完全的。,孟德尔定律的巧合,为什么孟德尔没有看到多基因调控的性状？为什么孟德尔没有看到连锁的性状？孟德尔只做了7对性状的研究吗？,孟德尔研究的7对性状分布在豌豆的五条染色体上，且分布在同一条染色体上的基因之间的距离很远。因此，从这些基因的研究中看不到连锁现象。,问题：假如我们用人来进行自由组合定律的研究在一条染色体上我们挑选到两个基因连锁的概率会有多大？在全基因组中呢？,1）人1号染色体250Mb，含3380个基因。2）遗传学距离1cM约等于1Mb。假设：基因在染色体上平均且连续地分布。且不考虑着丝点的位置。在1号染色体上随机挑选两个基因，它们存在连锁关系的概率是多少？,Chromosome1:250Mb,3380genes;Chromosome2:234Mb,2204genesChromosome3:198Mb,1760genes;Chromosome4:191Mb,1361genesChromosome5:181Mb,1536genes;Chromosome6:171Mb,1959genesChromosome7:159Mb,1764genes;Chromosome8:146Mb,1247genesChromosome9:141Mb,1435genes;Chromosome10:136Mb,1305genesChromosome11:135Mb,2051genes;Chromosome12:134Mb,1629genesChromosome13:115Mb,649genes;Chromosome14:107Mb,1453genesChromosome15:103Mb,1202genes;Chromosome16:90Mb,1318genesChromosome17:81Mb,1714genes;Chromosome18:78Mb,517genesChromosome19:59Mb,1992genes;Chromosome20:63Mb,857genesChromosome21:48Mb,425genes;Chromosome22:51Mb,835genesChromosomeX:155Mb,1606genes;ChromosomeY:59Mb,397genes,如果是在全基因组中挑选呢？,如图所示,假设随机选择的两个连锁基因的位置为x和y。那么两者满足如下关系：x（0，250Mb）y=x50且y（0，250Mb）因此，连锁的两个基因（红点区域）占全部基因组合（大正方形区域）的比例为9/25。,孟德尔遗传中基因型和表型比例的计算方法1.棋盘法2.分支法孟德尔遗传中的概率统计（二项式展开法）孟德尔遗传中实际数值和理论数值之间的适合程度（适合度测验）,第二节孟德尔遗传的数据处理,杂交基因对数与基因型和表现型的关系,思考：基因型的分离比例是？,二项式展开的概率统计等位基因的不同组合及其出现的理论概率可采用二项式展开公式进行计算。,问题：杂合体AaBbCc自交，子一代中杂合体概率是多少，纯合体概率是多少？,如Aaaa，得到两个如下基因型子代的概率是？1）两个Aa；2）一个Aa和一个aa；3）两个都是aa；第一个子代第二个子代概率2AaAaAa1Aa+1aaAaaa1Aa+1aaaaAa2aaaaaa符合（+）的二项展开式如果有三个子代，则符合（+）的二项展开式,2,3,子代中某一种基因型组合出现的概率，可用通项公式计算：r代表子代中某基因型或表现型出现的次数；nr代表子代中另一基因型或表现型出现的次数；,设：p为某一基因型或表型出现的概率，q为另一基因型或表型出现的概率，p+q=1。n为子代数目。二项式展开的公式为：,案例：二项式展开的概率统计Aaaa产生20个子代（1/2+1/2）Aaaa时20个子代中有K个为显性时的机率p,20,课堂练习：如果一个表型正常，等位基因是杂合的男子与一个纯合隐性基因的病女子结婚，生有5个孩子，其中5个子女都是无病的机会是多少，3病2正常的机会是多少？,AaAa，如果A对a显性完全，预期在n个个体中表型的概率是二项式展开为(+),n,n,n,显著性评价：适合度测验实验数据与理论数据适合程度的检测。用卡平方测验方法计算适合度。2的定义：（实测值-预期值)2n（Oi-Ei)22=预期值i=1Ei,2测验的计算方法首先根据实际观察数值和理论数值计算2值，然后查2表，如对应的概率值落在5%区间内，表示为差异显著，实际值和理论值不相符；如果落在95%的大区间内表示为差异不显著，实际值和理论值相符。自由度(df)，统计学上是指独立变量的个数。在这里指的是当各项预期值决定后，实际数字有几项能自由变动。考虑一对等位基因的F2代分离，则df=1，因为一个表型的比例定了，就意味着另一种表型的比例也定了。如果是两对等位基因的F2代分离，则df=4-1=3。,例题：利用2测验检验如下的自交结果是否符合孟德尔遗传（即9:3:3:1）?,查2表：值为0.47，自由度等于3时，P值大于90。结论：与假设无显著差异，符合理论比例。,问题：Aa个体和aa个体杂交产生了20个子代，实际观察到5个Aa，15个aa。是否符合孟德尔遗传比例?,适合度检验（15-10)2（5-10)2X2=1010=5.00显著水平：卡平方表P为0.020.05统计学规定在小于5%区间为差异显著。,第三节单基因遗传病,由一个基因表达差异引起的性状趋势的遗传方式称作单基因遗传。单基因遗传特征：1）有显隐性关系；2）后代有可预测的基因型和表型理论比例；,一个基因决定了一个性状，但高等生物的一个性状往往不是由一个基因所决定，而是一系列基因共同/相互作用的结果的。我们在考察某个性状决定基因的遗传方式时，是以其它基因相同/正常为前提条件，进行目的基因的遗传分析。,家系（pedigree）根据遗传亲缘关系绘制出来的家族成员系谱图。,人类遗传病的分类,单基因遗传病(孟德尔遗传病)常染色体显性遗传病(AutosomalDominant,AD)常染色体隐性遗传病(AutosomalRecessive,AR)性染色体(X)显性遗传病(X-linkedDominant,XD)性染色体(X)隐性遗传病(X-linkedRecessive,XR)多基因遗传病（复杂疾病分析章节）染色体病（染色体畸变章节）,基因突变的特性（1）随机性（2）突变的多方向性和复等位基因一个基因可能存在多种突变体（3）稀有性（4）可逆性,基因突变,基因突变的类型（1）碱基置换突变（2）移码突变（由碱基插入或删除引起）诱发基因突变的因素常见的诱变剂有：1）物理诱变X-射线-射线紫外线2）化学诱变苯、亚硝酸盐、3）生物诱变病毒,基因突变血红蛋白链基因突变,基因突变血红蛋白链基因突变,人类中遗传病的情况显性性状软骨发育不全症Achondroplasia（矮小）短指（趾）症Brachydactyly（短指（趾）先天性夜盲症CongenitalnightblindnessEhler-Danlos综合症（一种结缔组织失调）Huntingtons舞蹈病（一种神经系统的失调）Marfan综合症（高的，瘦长的身材）神经纤维瘤Neurofibromatosis（在身体上长有肿瘤样赘生物）苯硫脲(PTC)尝味Phenylthiocarbamidetasting额前的V形发尖Widowspeak蓬松的卷发Woollyhair,显性基因的遗传:,人类多指,显性基因的遗传:,软骨发育不全症,AD：Huntingtonsdisease(亨廷顿舞蹈病),患者神经系统逐渐退化，神经冲动弥散，动作失调，出现不可控制的颤搐，并能发展成痴呆，甚至死亡。HD高发于美洲和欧洲，中年发病居多。HD最早是由美国医师GeorgeHuntington于1872年报道。致病基因huntingtin定位于4p16.3，内部有一个三联体密码子(CAG)的串联重复。患者携带的突变基因内(CAG)的数目从正常人的11-36增加到40以上，且重复数越高的患者发病越早，症状越严重。,Ectrodactylia(缺指/趾症)PolycysticKidneyDisease（多囊肾）Hereditarynonpolyposiscolorectalcancer（多发性家族性结肠息肉）MarfanSyndrome（马方综合症）Hereditarymultipleexostoses（遗传性多发性骨软骨瘤）,常染色体显性遗传病的遗传特征：,隐性性状白化病（缺少黑色素）黑尿症（一种氨基酸代谢病）Ataxiatelangiectasia（一种神经系统疾病）囊性纤维化Cysticfibrosis（一种呼吸系统疾病）Duchenne氏肌营养不良半乳糖血症（一种碳水化合物代谢病）Glycogenstoragedisease苯丙酮尿症（一种氨基酸代谢病）镰形细胞贫血症（一种血红蛋白病）,Phenylketonuria（苯丙酮尿症）Albinism（白化病）galactosemia(半乳糖血症)progeny(早老症),常染色体隐性遗传病的遗传特征：,AR：Cysticfibrosis(囊性纤维化),外分泌腺的功能紊乱，粘液腺增生，分泌液粘稠，不同器官病变程度不一。主要见于肺胰及肠道可发生慢性阻塞性肺病胰功能不全及肝硬化。目前CF患者的平均寿命为37岁。白种人突变基因的携带频率为3%-10%。1856年Bristowe首次在伦敦病理学会上首次报告了囊性肾病合并囊性肝病的病例。致病基因定位于7q31.2，编码囊性纤维化跨膜转运调节因子(CysticFibrosisTransmembraneConductiveRegulator，CFTR)。,常见CFTR基因的突变的是三碱基缺失508，突变导致CFTR正常转运功能出现障碍。,XD：VitaminDresistantrickets（抗维生素D佝偻病）,又称原发性低磷酸盐血症性佝偻病、低磷酸盐血症性佝偻病。患者由于磷酸盐再吸收障碍，肾小管磷重吸收率明显降低，尿磷大量丢失，血磷降低。重症患者可表现为严重骨骼畸形、侏儒症、剧烈骨痛等。致病基因PHEX(磷酸盐调节基因)定位于Xp22，编码一个749个氨基酸的蛋白质，参与磷酸盐，骨矿物质和维生素D的代谢。,Hereditarynephritis（遗传性肾炎）Pseudohypertrophicmusculardystrophy（假肥大型肌营养不良症）,X连锁显性遗传病的遗传特征：,已报道的PHEX突变类型达百余种，大多都能导致蛋白质丧失正常的生物学功能。问题：携带PHEX突变的杂合型女性的症状相对于携带突变的男性较轻，一般仅表现为低血磷，而没有佝偻。同样携带一个拷贝的突变基因，为什么表现型不一样？,XR：Hemophilia（血友病）,先天性出血性疾病，患者常常自发性出血或某处破裂流血不止，尤以关节腔、肌肉、皮下粘膜及泌尿系统最易出血，此病患者最后会因流血过多而死亡。致病原因是由于凝血因子(FVH，Xq28)或IX(FIX，Xq26-27.3)基因突变导致人体内凝血因子或水平降低或缺乏，从而导致出血，并根据凝血因子的不同分为血友病A和B。,Glucose-6-phosphatedehydrogenasedeficienly（葡萄糖6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺乏症）EctodermaldysplasiaI（无汗性外胚叶发育不良症）Red-greencolorblindness（红绿色盲）,X连锁隐性遗传病的遗传特征：,伴Y遗传疾病,基因只能随Y染色体传递，由父传子，子传孙，如此世代相传。蹼趾男人（美国的斯柯菲尔德家庭）长毛耳男人（印第安人中发现的较多）,？,？,课堂练习,？,人类孟德尔遗传病数据库,第四节等位基因的其他几种显隐性关系,并显性(codominance,镶嵌显性):显性和隐性的性状同时表现出来的现象。不完全显性（incompletedominance）：显性性状不能完全掩盖隐性性状的现象。,1.共显性/并显性(codominance)杂合子中显性和隐性性状同时表现出来的现象。,等位基因的其他几种显隐性关系,ABABABBB,异色瓢虫（Harmoniaaxyridis）色斑遗传的研究黑缘型鞘翅：前缘呈黑色SAU基因均色型：后缘呈黑色SE基因F1杂种（SAUSE）：翅的前缘和后缘都为黑色,双亲的性状可以在后代的同一个体的不同的部位表现出来现象。,镶嵌显性（Mosaicdominance）,谈家桢先生1944年在贵州湄潭发现了瓢虫鞘翅色斑变异的镶嵌显性遗传现象。,Morphologicalvariationwithinaspeciesisapparentinthecolorpatternsofthewingcovers(elytra)oftheladybeetleHarmoniaaxyridis.,2.不完全显性(incompletedominance)杂合子中显性性状不能完全掩盖隐性性状的现象。,表现度（expressivity）,表现度：某一特定基因在不同个体间，对它控制的性状的不同表现程度。即基因的表现型变化的程度。,LobemutationinDrosophila.,例如：蓝色眼白的基因，不同个体间，表现程度不一，眼白：有的很淡的蓝色，有的很浅的蓝色，表现度依赖于基因型，内部和外部环境，可以是稳定的，也可以是变化的。,例：秃顶在男性中属于显性遗传，杂合子个体也表现出秃顶；但在女性中秃顶只有在纯合个体中才表现出来，且程度较轻，只是头发稀少。（遗传因素）例：PKU患者如果从小注意控制苯丙氨酸的摄入，可以很好地改善临床症状。（环境因素）因此，表现度受到遗传和环境两种因素的影响，是个体发育过程中体内、外环境相互作用的结果。,外显率（penetrance）,外显率：在特定环境的一个群体中，个体基因型实际表现值与理论表现值的比率。,例：人成骨不全（Osteogenesisimperfecta