第十章非孟德尔遗传

1、 孟德尔分离定律孟德尔分离定律v 性状是由遗传因子控制的，相对性状由相对的遗传因子性状是由遗传因子控制的，相对性状由相对的遗传因子控制。控制。v 遗传因子在体细胞中成对存在，一个来自母本，一个来遗传因子在体细胞中成对存在，一个来自母本，一个来自父本。自父本。v 在形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不在形成配子时，成对的遗传因子彼此分离，分别进入不同的配子。换句话说，配子中只含有成对遗传因子中的同的配子。换句话说，配子中只含有成对遗传因子中的一个。一个。v 形成合子时，雌雄配子的结合是随机的，机会是均等的。形成合子时，雌雄配子的结合是随机的，机会是均等的。v 显性完全。显性完全。 v

2、细胞学基础：同源染色体分离细胞学基础：同源染色体分离要点：要点： 1.控制不同性状的遗传因子相互独立，在形成配子时控制不同性状的遗传因子相互独立，在形成配子时遗传因子的分离和组合是完全自由、随机的，互不干扰；遗传因子的分离和组合是完全自由、随机的，互不干扰； 2.配子在形成合子时，雌雄配子的结合也是独立的、配子在形成合子时，雌雄配子的结合也是独立的、自由的、随机的。自由的、随机的。细胞学基础：同源染色体相互分离，非同源染色体自由组细胞学基础：同源染色体相互分离，非同源染色体自由组合。合。 连锁与互换定律连锁与互换定律v 同一连锁群的基因连锁与交换。同一连锁群的基因连锁与交换。Aa A B a

3、b A B A b a b a B分离定律分离定律 自由组合自由组合 连锁与互换连锁与互换 相引相相引相 相斥相相斥相 配子类型配子类型A aABAbaBab原组合原组合 新组合新组合 AB abAbaBAbaBAB第一节非孟德尔遗传现象第一节非孟德尔遗传现象第二节第二节 母性影响（母体效应）母性影响（母体效应） 子代某一性状的表现型由母体核基因型决定，而不受本子代某一性状的表现型由母体核基因型决定，而不受本身基因型的支配，从而导致子代表现型与身基因型的支配，从而导致子代表现型与母体相同的现象。母体相同的现象。短暂的短暂的（只影响幼龄期）（只影响幼龄期）持久的持久的（影响子代终生）（影响子代终

4、生）一、持久的母性影响一、持久的母性影响v 椎实螺外壳右旋（椎实螺外壳右旋（D）对左旋（对左旋（d）显性。外壳的旋显性。外壳的旋转方向由母本基因型决定转方向由母本基因型决定. XPF1F2F3全右旋全右旋3右右:1左左DD ddD反交：反交：PXDD右右 dd左左Dd左左F1F2F3全右旋全右旋3由：由：1左左v 特点：特点： 子一代表型受母体基因型控制，表型与母本相同，不按自子一代表型受母体基因型控制，表型与母本相同，不按自己的基因型发育，而是按母本的基因型（不是表型）发己的基因型发育，而是按母本的基因型（不是表型）发育。育。 自己的基因型推迟一代表现。自己的基因型推迟一代表现。 v 原因：

5、原因： 外壳旋转方向取决于第一次卵裂时纺锤体的取向，而纺锤外壳旋转方向取决于第一次卵裂时纺锤体的取向，而纺锤体的取向又取决于受精卵中细胞质的性质，受精卵中细体的取向又取决于受精卵中细胞质的性质，受精卵中细胞质的性质是由母本基因型（卵母细胞）决定的。胞质的性质是由母本基因型（卵母细胞）决定的。母体的基因型如何影响下一代？母体的基因型如何影响下一代？ 卵细胞由其周围的滋养细胞提供营养，滋养卵细胞由其周围的滋养细胞提供营养，滋养细胞（杂合体基因型为细胞（杂合体基因型为D/d），其基因产物可进），其基因产物可进入卵细胞，未受精卵及胚胎的外壳旋转方向由母入卵细胞，未受精卵及胚胎的外壳旋转方向由母体的基因

6、型决定。母体基因型体的基因型决定。母体基因型 D/D ，其卵细胞，其卵细胞有有D基因产物，后代为右旋；母体基因型基因产物，后代为右旋；母体基因型D/ d，其卵细胞有其卵细胞有D和和d基因产物，由于基因产物，由于D对对d为显性，为显性，后代亦为右旋；母体基因型后代亦为右旋；母体基因型d/d，其卵细胞有，其卵细胞有d基因产物，后代为左旋。基因产物，后代为左旋。麦麦粉蛾粉蛾 (皮肤色素由皮肤色素由A/a控制控制 ） 野生型（野生型（A）：）：幼虫皮肤灰色，幼虫皮肤灰色，成虫眼睛成虫眼睛深褐色深褐色 突变型（突变型（a）：）：幼虫皮肤白色，幼虫皮肤白色，成虫成虫眼睛眼睛红色。红色。AA（褐眼）与褐眼）

7、与aa（红眼）杂交时，无论正反交红眼）杂交时，无论正反交，子一代者子一代者为褐色（幼虫）为褐色（幼虫） ，与基因型一致，与基因型一致 F1杂合体（杂合体（Aa）与隐性纯合体的正反交结果不一样与隐性纯合体的正反交结果不一样二、短暂的母性影响二、短暂的母性影响 Aa x aa Aa x aa 褐褐 红红 褐褐 红红 Aa aa Aa aa 幼虫幼虫 褐眼褐眼 红眼红眼 幼虫幼虫 褐眼褐眼 褐眼褐眼 成虫成虫 褐眼褐眼 红眼红眼 成虫成虫 褐眼褐眼 红眼红眼 原因：原因：在色素产生过程中，由色氨酸到犬尿酸再到色素。在色素产生过程中，由色氨酸到犬尿酸再到色素。A可产生犬尿可产生犬尿 酸，酸，a不产生犬

8、尿酸。不产生犬尿酸。 A基因产物在卵细胞质中，在因此，基因产物在卵细胞质中，在因此，Aa可产生并在卵细胞中积可产生并在卵细胞中积 累，使幼虫表现为累，使幼虫表现为褐眼褐眼。右图中右图中aa为褐色，但个体无为褐色，但个体无A基因，发育中细胞质中的色素物质消基因，发育中细胞质中的色素物质消 耗完，成体已为红色复眼。耗完，成体已为红色复眼。染色质染色质第三节第三节 剂量补偿效应剂量补偿效应常染色质常染色质异染色质异染色质组成性异染色质：着丝粒、组成性异染色质：着丝粒、端粒、核仁形成区端粒、核仁形成区兼性异染色质：在某些特定的兼性异染色质：在某些特定的细胞中或在一定的发育时期和细胞中或在一定的发育时期

9、和生理条件下发生凝聚的染色质，生理条件下发生凝聚的染色质，如如X染色体失活。染色体失活。一一 Barr小体小体 1949年由年由Barr发现发现 XX个体总要失活个体总要失活 一条一条X染色体。染色体。二二 剂量补偿效应剂量补偿效应 1 概念：概念： 指在哺育动物中仅一条指在哺育动物中仅一条X染色体具有活性，所染色体具有活性，所 以虽然雌雄动物间以虽然雌雄动物间X染色体数量不同，但染色体数量不同，但X染染 色体上基因产物的剂量是平衡的。色体上基因产物的剂量是平衡的。 2 补偿的可能类型：补偿的可能类型： （1）性与性性与性 X 染色体基因转录速度不同；染色体基因转录速度不同； （2）性两条性两

10、条X失活一条，都只有一条失活一条，都只有一条X有活性。有活性。三三 Lyon（莱昂）学说莱昂）学说1 1 要点：要点：（1 1）巴氏小体是一个失活的）巴氏小体是一个失活的X X染色质，失活的过程称为染色质，失活的过程称为莱昂化莱昂化；（2 2）在哺育动物中，雌性个体细胞中的两个）在哺育动物中，雌性个体细胞中的两个X X染色体中有一个染色体中有一个 在受精后失活；在受精后失活；（3 3）两条）两条X X染色体中的哪一条失活是随机的；染色体中的哪一条失活是随机的；（4 4）X X染色体失活后，在细胞继续分裂形成的克隆中，此条染色染色体失活后，在细胞继续分裂形成的克隆中，此条染色 体都是失活的；体都

11、是失活的；（5 5）生殖细胞形成时失活的）生殖细胞形成时失活的X X染色体可得到恢复。染色体可得到恢复。2 Lyon假说的证据假说的证据（1 1）玳瑁猫毛色遗传）玳瑁猫毛色遗传 玳瑁猫：腹部为白色，背部和头部的皮毛具黑色与黄玳瑁猫：腹部为白色，背部和头部的皮毛具黑色与黄 色斑块；总是雌性。色斑块；总是雌性。 X Xb b：黄色：黄色 ； X XB B：黑色黑色 X Xb b失活失活，B B基因表达，基因表达，部位呈部位呈黑黑色色 X XB B X Xb b 同一个体出现黄、黑斑块同一个体出现黄、黑斑块 X XB B失活失活，b b基因表达，基因表达，部位呈黄色部位呈黄色 所以玳瑁猫是所以玳瑁猫

12、是B B和和b b基因嵌合的雌性猫基因嵌合的雌性猫（2）G-6-PD杂合体细胞电泳实验杂合体细胞电泳实验单个细胞单个细胞组织培养组织培养电泳电泳 ( (S)S) 单个细胞单个细胞组织培养组织培养电泳电泳( (F)F) GdGdF F/Gd/GdS S多个细胞多个细胞组织培养组织培养电泳电泳6-磷酸葡萄糖脱氢酶与磷酸葡萄糖脱氢酶与X连锁连锁女性虽有两条女性虽有两条X,但但G-6-PD活性与男性相同活性与男性相同（3）人类的无汗性外胚层发育不良）人类的无汗性外胚层发育不良 体表无汗腺与汗腺皮肤镶嵌，女性体表无汗腺与汗腺皮肤镶嵌，女性四、四、X X染色体失活的机制染色体失活的机制 X X染色体上都存

13、在与失活有关的染色体上都存在与失活有关的Xic(XXic(X- -inactivation center inactivation center X X染色体失活中心染色体失活中心) )位点，位点，XicXic位点的丢失会影响萊昂化，胚胎不能存活。位点的丢失会影响萊昂化，胚胎不能存活。 X X染色体失活分染色体失活分起始、扩散、维持起始、扩散、维持3 3个阶段。个阶段。 X X染色体失活只是部分失活，在失活染色体染色体失活只是部分失活，在失活染色体的的XicXic位点上发现有活性的基因（位点上发现有活性的基因（XISTXIST）。第四节基因组印迹第四节基因组印迹 一、印迹基本概念一、印迹基本概

14、念v 印记：指源自双亲的两个等位基因在传递给后代时一方印记：指源自双亲的两个等位基因在传递给后代时一方不表达或者很少表达，依靠单亲传递某种遗传性状的一不表达或者很少表达，依靠单亲传递某种遗传性状的一种生物学现象。种生物学现象。v 印记基因：同源等位基因不能同时表达，且通过某种特印记基因：同源等位基因不能同时表达，且通过某种特异的基因修饰机制来特异地抑制另一父源或母源的染色异的基因修饰机制来特异地抑制另一父源或母源的染色体等位基因表达。体等位基因表达。父本印记基因：父本印记基因：H19、Mash2、Kvlqt1、p57KIP2、IGF2R 母本印记基因：母本印记基因：igf2、I二二. 带有带有

15、Igf-2印迹基因的小鼠正反交试验印迹基因的小鼠正反交试验P Igf-2/Igf-2 Igf-2m/Igf-2m 正常正常 矮小矮小F1 Igf-2 Igf-2m 正常正常 A总结总结 （1）正反交结果不同）正反交结果不同 （2）母本来源的基因被印）母本来源的基因被印迹，父本来源的基因得到表迹，父本来源的基因得到表达达。母本印迹母本印迹 Igf-2/Igf-2 Igf-2m/Igf-2m 正常矮小正常矮小F1 Igf-2m Igf-2 矮小矮小 B（3）基因印迹就是基因表达受到抑制。）基因印迹就是基因表达受到抑制。 人类的人类的PWS和和AS综合征综合征 不同的症状：不同的症状： PWS: 智

16、力低下，过度肥胖，身材矮小，小手小足智力低下，过度肥胖，身材矮小，小手小足 AS: 特殊面容，大嘴呆笑，步态不稳，智力低下特殊面容，大嘴呆笑，步态不稳，智力低下 相同的原因相同的原因 15号染色体长臂号染色体长臂15q11 q13有微小缺失有微小缺失 不同的原因不同的原因 PWS 患者缺失的患者缺失的15号染色体来自父亲，即缺少父源号染色体来自父亲，即缺少父源15号染色体缺失片段上的基因。号染色体缺失片段上的基因。 AS 患者缺失的患者缺失的15号染色体来自母亲，即缺少母源号染色体来自母亲，即缺少母源15号染色体缺失片段上的基因。号染色体缺失片段上的基因。三、印迹的特点和过程三、印迹的特点和过

17、程（一）（一）特点：特点： 1、正反交结果不一致，不符合孟德尔遗传、正反交结果不一致，不符合孟德尔遗传 2、印迹就是被抑制，母本印迹，父本来源的等位基、印迹就是被抑制，母本印迹，父本来源的等位基因表达；父本印迹，母本来源的等位基因表达。因表达；父本印迹，母本来源的等位基因表达。 3、印迹可发生在一个基因上，一条染色体区段、整、印迹可发生在一个基因上，一条染色体区段、整条染色体甚至全部来源的单亲染色体。巴氏小体是条染色体甚至全部来源的单亲染色体。巴氏小体是X染色体的印迹。染色体的印迹。（二）过程三阶段：（二）过程三阶段： 建立建立配子形成期；配子形成期； 维持阶段维持阶段胚胎和个体体细胞；胚胎和

18、个体体细胞； 抹除与重建阶段抹除与重建阶段配子形成过程，种系细胞印配子形成过程，种系细胞印迹全部抹除。迹全部抹除。四、印迹发生机理四、印迹发生机理v甲基化甲基化：目前发现绝大多数基因组印迹都是：目前发现绝大多数基因组印迹都是DNA甲基化的结果。甲基化的结果。五、印记的生物学功能五、印记的生物学功能（一）平衡营养供应：（一）平衡营养供应： 在胎盘或子宫内胚胎生长、发育中，或在在胎盘或子宫内胚胎生长、发育中，或在胎儿出生后早期，配子型印记似乎起着重要的胎儿出生后早期，配子型印记似乎起着重要的调节作用，可以通过调节营养向胎儿的供应，调节作用，可以通过调节营养向胎儿的供应，而维持胎儿需求和母体资源的平

19、衡。而维持胎儿需求和母体资源的平衡。v（二）调节发育：（二）调节发育： 印记和生长调节之间的联系可由印记和生长调节之间的联系可由igf2和和igf2m基因很好地解释。在胚胎期两基因都表现基因很好地解释。在胚胎期两基因都表现亲本特异表达。亲本特异表达。igf2是一个普遍存在的有丝分裂是一个普遍存在的有丝分裂原，缺少原，缺少igf2的小鼠体重明显降低，的小鼠体重明显降低，igf2m可可以更好地调节生长因子的量，缺少这一基因的胚以更好地调节生长因子的量，缺少这一基因的胚胎表现为过渡生长和死胎胎表现为过渡生长和死胎. 第五节第五节 核外遗传核外遗传一、核外遗传的发现与核外遗传学一、核外遗传的发现与核外

20、遗传学 （一）概念（一）概念 核外遗传也称细胞质遗传、染色核外遗传也称细胞质遗传、染色体外遗传、非染色体遗传，由于控制性状的遗传体外遗传、非染色体遗传，由于控制性状的遗传因子在细胞质内而不在细胞核内，因此它的遗传因子在细胞质内而不在细胞核内，因此它的遗传行为不符合孟德尔式遗传。行为不符合孟德尔式遗传。 由于由于卵子中细胞质含量较多而精子细胞质含卵子中细胞质含量较多而精子细胞质含量极少量极少，所以子代的细胞质主要来自于母本，因，所以子代的细胞质主要来自于母本，因此此核外遗传的特征是核外遗传的特征是：子代获得母本的基因而表：子代获得母本的基因而表现为与母本相同的性状，不出现分离比。现为与母本相同的

21、性状，不出现分离比。染色体基因组染色体基因组 基因（核基因（核DNA）线粒体基因组线粒体基因组（mtDNA）叶绿体基因组叶绿体基因组（ctDNA CpDNA）动粒基因组（动粒基因组（kinto DNA）中心粒基因组（中心粒基因组（centro DNA）膜体系基因组（膜体系基因组（membrane DNA）遗传物质遗传物质细胞共生体基因组细胞共生体基因组细菌质粒基因组细菌质粒基因组非细胞器基因组非细胞器基因组细胞器基因组细胞器基因组细胞细胞质基质基因组因组紫茉莉花斑叶色遗传紫茉莉花斑叶色遗传发现：发现： 三种枝条：绿色、白色和花斑三种枝条：绿色、白色和花斑 分别进行以下杂交分别进行以下杂交 （二

22、）核外遗传的发现（二）核外遗传的发现 1909年，法国植物学家年，法国植物学家C. Correns报道了紫茉莉报道了紫茉莉中不符中不符合孟德尔定律的合孟德尔定律的遗传现象。遗传现象。紫茉莉花斑（绿白斑）性状的遗传紫茉莉花斑（绿白斑）性状的遗传接受花粉的枝条接受花粉的枝条 提供花粉的枝条提供花粉的枝条 杂种表现杂种表现（母本）（母本） （父本）（父本） （子一代）（子一代） 白白 色色 白白 色色 绿绿 色色 白白 色色 花花 斑斑 白白 色色 绿绿 色色 绿绿 色色 绿绿 色色 花花 斑斑 白白 色色 花花 斑斑 绿绿 色色 白、绿花白、绿花 斑斑 花花 斑斑细胞学证据：细胞学证据： 白色白色

23、白色质体白色质体 绿色绿色叶绿体叶绿体 花斑花斑白色质体和叶绿体白色质体和叶绿体 精卵受精时，由于精子的细胞质不参与受精卵受精时，由于精子的细胞质不参与受精，所以枝条的颜色精，所以枝条的颜色(叶绿体叶绿体)完全由卵细胞完全由卵细胞（母本）的细胞质决定。（母本）的细胞质决定。（三）核外遗传学（三）核外遗传学1、核外遗传学核外遗传学 研究细胞核染色体以外的遗传物研究细胞核染色体以外的遗传物 质的结构、功能及遗传信息传递的知识体系。质的结构、功能及遗传信息传递的知识体系。2、核外遗传物质、核外遗传物质 线粒体（真核生物）线粒体（真核生物） 叶绿体（植物）叶绿体（植物） 质粒（原核生物）质粒（原核生物

24、） 与细胞共生、寄生的病毒、细菌等与细胞共生、寄生的病毒、细菌等（四）细胞质遗传与母性影响的异同（四）细胞质遗传与母性影响的异同相同点：相同点：正反交结果不一致正反交结果不一致不同点不同点:1、细胞质性状的遗传表型是稳定的，受细胞质基因、细胞质性状的遗传表型是稳定的，受细胞质基因控制，细胞质基因能够自律复制，由一代传至另控制，细胞质基因能够自律复制，由一代传至另一代。一代。2、母性影响的性状受核基因控制，而这些基因是以、母性影响的性状受核基因控制，而这些基因是以经典方式遗传的，表型有持久性的，也有短暂性经典方式遗传的，表型有持久性的，也有短暂性的。的。二、二、 线粒体遗传的分子基础线粒体遗传的

25、分子基础线粒体基因组的一般性质线粒体基因组的一般性质1、线粒体基因是、线粒体基因是裸露的裸露的DNA双链分子双链分子，主要呈环状，主要呈环状， 少数是线性分子。少数是线性分子。2、各物种线粒体基因组的大小不一各物种线粒体基因组的大小不一。一般，动物为。一般，动物为 14-39kb，真菌类为真菌类为17-176kb，都是环状；四都是环状；四 膜虫属（膜虫属（Tetrahymena）和草履虫等原生动物为和草履虫等原生动物为 50kb，是线性分子。是线性分子。3、真核生物、真核生物每个细胞内含众多的线粒体每个细胞内含众多的线粒体，每一线粒体，每一线粒体 又可能具有多个又可能具有多个mtDNA分子。分

26、子。 通常，通常，线粒体越大，所含线粒体越大，所含DNA分子越多分子越多。线粒体（线粒体（Mitochondria）1981年，年，Anderson完成了完成了人线粒体基因组全序列的人线粒体基因组全序列的测定。测定。双链双链16569bp，其中一条为其中一条为重连，一条为轻连。基因重连，一条为轻连。基因编码物各不相同。编码物各不相同。2种种rRNA；22种种tRNA；13种蛋白质。种蛋白质。基因中不含非编码序列，基因中不含非编码序列，多数情况下，几乎不含终多数情况下，几乎不含终止密码，止密码，mRNA在特定区在特定区域加域加PolyA。转录与翻译均在线粒体中转录与翻译均在线粒体中进行。进行。D

27、NA不与组蛋白结合不与组蛋白结合1 1、在组成上，绝大多数、在组成上，绝大多数mtDNAmtDNA中中没有重复核苷酸序列没有重复核苷酸序列（这这是是mtDNAmtDNA一级结构的重要特点）。一级结构的重要特点）。2 2、mtDNAmtDNA的的浮力密度较低浮力密度较低。3 3、mtDNAmtDNA的碱基成分中的碱基成分中G G、C C含量比含量比A A、T T少少。4 4、mtDNAmtDNA的的两条单链密度不同两条单链密度不同，一条称为重链（，一条称为重链（H H链），另链），另一条称为轻链（一条称为轻链（L L链）。链）。5 5、mtDNAmtDNA单个拷贝非常小单个拷贝非常小，仅有核，仅

28、有核DNADNA的十万分之一。的十万分之一。 mtDNA的特点的特点核核DNA，mtDNA和和cpDNA比较比较mtDNA也能进行也能进行半保留复制半保留复制，其复制一般，其复制一般从重链开从重链开始，轻链继之复制始，轻链继之复制，有的两条链同时复制。经过复制，每，有的两条链同时复制。经过复制，每个线粒体内至少保留几个个线粒体内至少保留几个mtDNA拷贝，多者达拷贝，多者达100个，个，保证细胞分裂时至少有保证细胞分裂时至少有1个个mtDNA分配到每个子细胞中分配到每个子细胞中去，维持了去，维持了mtDNA的连续性。的连续性。对细胞周期中对细胞周期中mtDNA合成的动力学研究表明，合成的动力学

29、研究表明，mtDNA合成的调节与核合成的调节与核DNA合成的调节是彼此独立的合成的调节是彼此独立的。但是，但是，mtDNA复制所需的聚合酶由核复制所需的聚合酶由核DNA编码、在细编码、在细胞质内合成。所以说线粒体是半自主的细胞器。胞质内合成。所以说线粒体是半自主的细胞器。 mtDNA的复制的复制研究证明，线粒体中不仅含有研究证明，线粒体中不仅含有DNADNA，而且含有核糖体（而且含有核糖体（7070S S）和各种和各种RNARNA（rRNArRNA、tRNAtRNA和和mRNAmRNA），），这些这些RNARNA都是都是mtDNAmtDNA转录得来的，现已确定转录得来的，现已确定了许多生物了许

30、多生物mtDNAmtDNA上上RNARNA基因的位置。线粒体核糖体还含有氨基酰基因的位置。线粒体核糖体还含有氨基酰tRNAtRNA，能在蛋白质合成中起活化氨基酸的作用。能在蛋白质合成中起活化氨基酸的作用。线粒体内线粒体内100100多种蛋白质中，有多种蛋白质中，有1010种左右是线粒体自身合成的，其中种左右是线粒体自身合成的，其中包括包括3 3种细胞色素氧化酶亚基、种细胞色素氧化酶亚基、4 4种种ATPATP酶亚基和酶亚基和1 1种细胞色素种细胞色素b b亚基。编亚基。编码这些蛋白质的基因都已定位在码这些蛋白质的基因都已定位在mtDNAmtDNA上。上。mtDNAmtDNA的遗传密码与通用密码有些不同，且同一密码子在不同生物的的遗传密码与通用密码有些不同，且同一密码子在不同生物的线粒体中决定的氨基酸有差异。线粒体中决定的氨基酸