(论文)动物遗传学第五章-性别决定及与性别有关的遗传

1、第五章 性别决定以及与性别有关的遗传,本章内容,性别决定 性别决定的剂量补偿 激素和环境条件对性别分化的影响 伴性遗传 从性遗传和限性遗传,1. 性别决定,1.1 性别决定的性染色体理论,生物染色体的分类,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。 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,雄杂合型： XY型：果蝇、人、猪、牛、羊 X0型：仅1个X，如蝗虫、蟋蟀 雌杂合型： ZW型：家蚕、鸟类、鹅类、蝶类 雌雄决定

2、于倍数型：蜜蜂、蚂蚁 正常受精卵：2n，雌 孤雌生殖：n，雄 多染色体类型：XYW,XXXY决定型,精子,卵细胞,X Y,X,XX,XY,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,雌性：XfXf WFXf WFYM 雄性：XfYM YMYM,1.2 性别决定的遗传平衡理论 1932年，Brid

3、ges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。,果蝇的性平衡理论： 当X染色体的数目/常染色体组数1时，超雌性； 当X染色体的数目/常染色体组数1时，正常雌性（female）； 当X染色体的数目/常染色体组数0.51时，中间性； 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）； 当X染色体的数目/常染色体组数0.5时，超雄性,两个界线,舞毒蛾的细胞质因子与性染色体平衡决定性别假设（F/M）,F:

4、细胞质中的雌性决定因子 M: Z染色体上的雄性决定因子 雌 (ZW) FM; 雄(ZZ) MMF,1.3 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 （n16）,蜂王（可育） 喂5天以上,工蜂（不育） 喂2-3天 的蜂王浆,雄蜂属于单倍体，其经过假减数分裂（减数第一次分裂时无同源染色体的分离，减数第二次分裂相当于普通的有丝分裂）产生精子雌蜂身体内有一种被叫做互补性别因子(csd)的基因的两个不同的副本，分别来自父母，它们能够形成活性蛋白质促使受精卵发育成雌峰，而未受精的卵子只有来自母亲的

5、一个csd副本，只能发育成雄蜂。,小茧蜂（Habrobracon） 性别取决于X染色体是否杂合 雌性为杂合型： XaXb、XaXc、XbXc 雄性为单倍体或二倍体纯合型： XaXa、XbXb、XcXc,1.4 H-Y抗原与性别 1.4.1 Y染色体与H-Y抗原 （Histocompatibility Y antigen） (testis determining factor, TDF) 20世纪50年代，高度近交系小鼠的皮肤移植实验发现： 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（His

6、to-compatibility Y antigen）。,对于ZW型性决定体系而言HY抗原在雌性中表达。 20世纪7080年代，于是就有人提出了HY抗原直接或间接诱导原始性腺分化为睾丸的假说，这就是HY抗原性别决定假说。进而有人推测，HY抗原基因就是睾丸决定因子 (testis determining factor, TDF)。,1.4.2 H-Y抗原与性别分化 最近发现，编码HY抗原的基因与睾丸分化的启动密切相关。HY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。 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。,1.5 性别决定基因 Y染色体

7、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。,1.5 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

8、表达过程。,1.5 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几十个。,X-染色体（左），Y-染色体（右），放大了约13,000倍,1.5 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。（？）,1.5 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

9、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。,2. 性别决定的剂量补偿,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）。 是由一条失活的X染色体形成的。 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。,2.1 巴氏小体与X染色体失活,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

10、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。,巴氏小体特点,XIST座位控制失活起点 X染色体失活特异专录子(X inactive specific transcripts, XIST) 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,X染色体失活的分子机制,2.2 剂量补偿效应,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 莱昂假说： 雌性个体的两条X染色体必有一条是随机失活的 X染色体的失活发生在胚胎早期 失活染色体永久保持失活特征，仅在配子

11、形成时恢复活性,猫的皮毛颜色；人的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 （G6PD）基因,XOXO,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),XOY,龟甲壳猫,人G-6-PD缺乏症,葡萄糖-六-磷酸盐脱氢酶缺乏症 溶血性贫血 G-6-PD, 一种酵素，它在人体内协助葡萄糖进行新陈代谢，产生一种保护红血球的物质，以对抗某些特别的氧化物 异常基因位于X染色体 正常：XGD+/Y, XGD+/XGD+, G-6-PD活性一样 基本正常：XGD+/XGD- 活性为XGD

12、+/Y的一半 患病： XGD-/Y； XGD-/XGD-,3. 激素和环境条件对性别分化的影响,3.1 性别决定与性别分化的关系,性别决定(sex determination) 精子与卵子基因型对胎儿性别的遗传决定作用 在受精时即已决定 性别分化(sex differentiation) 胚胎向某一特定性别分化和发育的过程 性别决定是性别分化的基础，性别分化是性别决定的必然发展和体现,3. 2 哺乳动物性别分化的特征,早期胚胎无性别之分 生殖脊皮层与髓层的分化 皮层先发育雄性睾丸 髓层先发育雌性卵巢 受环境影响 内环境：激素 外环境：温度,3.3 激素对性别分化的影响,自由马丁(free ma

13、rtin) 异性双生犊中雌性不孕，这种牛称为Freemartin 雄性胎儿优先发育，雄激素抑制雌性胎儿的性腺发育 性反转(sex reversal) 卵巢退化，精巢发育，可形成正常精子 性染色体组成不变,泰国人妖激素内环境与性征的实例,3.4 外界条件对性别的影响,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。,

14、环境条件只改变性别发育的方向，并不改变性染色体组成。,4. 伴性遗传,4. 1伴性遗传的概念及特点,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（sex-linked inheritance） 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 由半合基因决定的性状的遗传. 果蝇的伴性遗传,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？,P,F1,F2,X,X,w,w,w,+,w,+,w,w,+,w

15、,w,+,1/4,1/4,1/4,1/4,1/4,1/4,X,+,X,+,+,w,+,+,+,w,+,w,+,w,正反交差异,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。,4.2 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；

16、男：Y染色体上不携带对应基因，XCY正常、XcY色盲。,血友病,4.3 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。,4.4 Y-连锁遗传,（1）正反交结果不一致。,4. 5 伴性遗传的特点,XbY,XbY,XBXb,（2）性状的表现机率在两性别中差异明显（如伴X隐性遗传表型男性多于女性）,（3）交叉遗传（crisscross inheritance ）现象，如父亲的性状传递给女儿，母亲的性状传递给儿子。,XBY,XBXB,XBY,XBXb,XbXb,XbXb,XbY,4.

17、 6 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,5. 从性遗传和限性遗传,5.1 从性遗传,（sex-conditioned inheritance）:,从性遗传,在常染色体基因控制性状中，相同基因型的不同个体随性别不同而表现出不同相对性状（显隐性）的遗传现象。,常染色体基因控制,为具有显隐性的相对性状,特定基因型在两性别中表现不同的相对性状,该性状在两个性别中都能表现,P 陶塞脱 雪洛浦 雪洛浦 陶塞脱 （雌雄均有角）（雌雄均无角） F1 无角 有角 F2 无角 : 有角（3：1） 有角 : 无角（3：1） 为什么？ 如何解释？,绵羊角的从性遗传,而H/h基因位于常染体上。,人的秃头性状也表现为类似的遗传现象。,5.2 限性遗传,限性遗传（sex-limited inheritance） 是指只在一个性别中表现的性状的遗传。 常染色体遗传，性状只在一种性别中表现，但支配性状的基因在两种性别中都存在。,产仔数 猪ESR基因位于1号染色体,产奶量 牛的DG