非孟德爾遺傳課件

1、第十章非孟德爾遺傳第一節(jié)非孟德爾遺傳現(xiàn)象 細(xì)胞核內(nèi)染色體上的基因控制的性狀，按照孟德爾定律傳遞，正交和反交的結(jié)果是一致的（伴性遺傳現(xiàn)象除外），稱為孟德爾式遺傳。研究發(fā)現(xiàn)，有很多性狀的遺傳方式不服從孟德爾定律，稱為非孟德爾式遺傳。 母體效應(yīng)又稱為母體影響，是一種由母體的基因型決定后代表型的現(xiàn)象，造成遺傳方式的改變。1 劑量補(bǔ)償效應(yīng)哺乳動(dòng)物雌性個(gè)體的兩條染色體有一條失活，以保持雌雄個(gè)體基因產(chǎn)物的劑量平衡。染色體的失活會(huì)導(dǎo)致染色體上的基因所決定的性狀傳遞方式的改變。 基因組印跡基因表達(dá)時(shí)發(fā)生可遺傳的變化，造成基因產(chǎn)物的改變，最終導(dǎo)致表型的改變，這種變異的遺傳不符合孟德爾定律。 核外遺傳細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞

2、器（線粒體、葉綠體等）也含有基因，這些基因控制的性狀也不按孟德爾式遺傳。2第二節(jié) 母體效應(yīng) 一、椎實(shí)螺外殼旋轉(zhuǎn)方向的遺傳 椎實(shí)螺雌雄同體（精子和卵細(xì)胞都帶有相同的核基因），一般進(jìn)行異體授精，單獨(dú)飼養(yǎng)時(shí)可進(jìn)行自體授精。椎實(shí)螺外殼的旋轉(zhuǎn)方向有右旋和左旋之分，拿一個(gè)螺殼的開口對準(zhǔn)自己，開口在你右邊的就是右旋，開口在你左邊的就是左旋。 外殼的旋轉(zhuǎn)方向由一對基因控制，右旋（D）對左旋（d）為顯性。子代外殼的旋轉(zhuǎn)方向由其母親的基因型決定，而與父親及它自己的基因型無關(guān)。3椎實(shí)螺的外殼4椎實(shí)螺外殼旋轉(zhuǎn)方向的遺傳5 雜交試驗(yàn)的結(jié)果 正交組 右旋（D/D）左旋（d/d） F1 （D/ d） 全為右旋 F2 （D/

3、D D/ d d/d） 全為右旋 F3 （D/D D/ d）右旋 ；d/d 左旋 F2 代中的d/d ，其表型與自身的基因型不一致，是由于母親基因型的效應(yīng)（影響）延遲至F3才出現(xiàn)3：1的分離比。6 反交組 左旋（d/d）右旋（D/D） F1 （D/ d） 全為左旋 F2 （D/D D/ d d/d） 全為右旋 F3 （D/D D/ d）右旋 ；d/d 左旋 F1代中的D/d ，表型與自身的基因型不一致，不因?yàn)橛蠨而表現(xiàn)右旋，而是受到其母親的基因型的影響而表現(xiàn)為左旋。F2延遲至F3才出現(xiàn)3：1的分離比。7 椎實(shí)螺雜交試驗(yàn)結(jié)果的解釋 母體效應(yīng)的概念由母體的基因型決定后代表型的現(xiàn)象為什么延遲至F3才

4、出現(xiàn)3：1的分離比？ 椎實(shí)螺的受精卵進(jìn)行螺旋式卵裂，成體外殼的旋向取決于最初兩次卵裂中紡錘體的方向，傾向右側(cè)45則為右旋，傾向左側(cè)45則為左旋。而紡錘體的方向取決于卵細(xì)胞質(zhì)的特性，即取決于母體染色體上的基因，子代的基因型不能對之作改變，要等到子代產(chǎn)生卵細(xì)胞，才能決定下一代的表型，所以延遲了一代。8椎實(shí)螺的卵裂方式9 母體的基因型如何影響下一代？ 卵細(xì)胞由其周圍的滋養(yǎng)細(xì)胞提供營養(yǎng)，滋養(yǎng)細(xì)胞（雜合體基因型為D/d），其基因產(chǎn)物可進(jìn)入卵細(xì)胞，未受精卵及胚胎的外殼旋轉(zhuǎn)方向由母體的基因型決定。母體基因型 D/D ，其卵細(xì)胞有D基因產(chǎn)物，后代為右旋；母體基因型D/ d，其卵細(xì)胞有D和d基因產(chǎn)物，由于D對d

5、為顯性，后代亦為右旋；母體基因型d/d，其卵細(xì)胞有d基因產(chǎn)物，后代為左旋。10椎實(shí)螺的母體效應(yīng)11二、麥粉蛾眼色的遺傳野生型（AA/Aa）幼蟲 復(fù)眼棕褐色 皮膚有色突變型（aa） 幼蟲 復(fù)眼紅色 皮膚無色AAaa F1 Aa 幼蟲復(fù)眼棕褐色F1 Aa aa 幼蟲棕褐色（Aa）：紅 色（aa） 1：1F1 Aa aa 幼蟲（Aa）棕褐色 成蟲（Aa）棕褐色幼蟲（aa）棕褐色 成蟲（aa）紅 色12麥粉蛾眼色的遺傳13 麥粉蛾色素是由犬尿氨酸衍生的犬尿素形成。雜合體（Aa）雌蛾的卵母細(xì)胞在減數(shù)分裂完成前合成并積累了犬尿素，其形成的A或a卵細(xì)胞都有足量的犬尿素，甚至存在于aa受精卵發(fā)育成的幼蟲中，所

6、以復(fù)眼棕褐色。 但是，aa受精卵發(fā)育成的幼蟲由于缺少A，不能合成犬尿素，隨著個(gè)體發(fā)育，犬尿素減少直至耗盡，成蟲復(fù)眼成了紅色。14第三節(jié)劑量補(bǔ)償效應(yīng) 一、劑量補(bǔ)償?shù)母拍?常染色質(zhì)和異染色質(zhì) 真核細(xì)胞的染色體和染色質(zhì)是細(xì)胞核內(nèi)同一物質(zhì)在細(xì)胞周期不同時(shí)期表現(xiàn)出來的不同構(gòu)象，染色質(zhì)分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。 常染色質(zhì)折疊程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)，染色時(shí)著色淺。DNA主要是單一序列和中度重復(fù)序列。處于常染色質(zhì)狀態(tài)是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件。15 異染色質(zhì)折疊程度高，處于凝縮狀態(tài)，染色時(shí)著深。 組成性異染色質(zhì) 除復(fù)制期外，均處于凝縮狀態(tài)，處于中期染色體的著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕等節(jié)段。具有明顯的遺傳惰性，不轉(zhuǎn)錄也不編碼

7、蛋白。兼性異染色質(zhì) 指某些細(xì)胞或某一發(fā)育階段，原來的常染色質(zhì)凝縮失去基因轉(zhuǎn)錄活性而成。雌性哺乳動(dòng)物一條X染色體異染色質(zhì)化，在上皮細(xì)胞中形成巴氏小體、在多核白細(xì)胞中形成“鼓槌”。16X染色體隨機(jī)失活17巴氏小體18 劑量補(bǔ)償雌性哺乳動(dòng)物一條X染色體異染色質(zhì)化（失活），只有一條X染色體具有活性，使雌雄動(dòng)物雖然X染色體數(shù)目不同但基因產(chǎn)物的劑量是平衡的。 補(bǔ)償方式 哺乳動(dòng)物 X染色體隨機(jī)失活或父源X染色體失活 有袋動(dòng)物 父源X染色體失活 黑腹果蠅 雄性個(gè)體X染色體基因表達(dá)水平加倍 秀麗線蟲 雌性個(gè)體兩條X染色體基因表達(dá)水平減半19 二、萊昂假說的內(nèi)容與證據(jù) 萊昂假說的內(nèi)容 巴氏小體是一條失活的X染色體

8、； 哺乳動(dòng)物雌性個(gè)體兩條X染色體有其中一條在受精后失活； 兩條X染色體中哪一條失活是隨機(jī)的； 細(xì)胞中某染色體失活后，由該細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞都是該染色體失活； 生殖細(xì)胞形成時(shí)，失活的染色體得以恢復(fù)。20 萊昂假說證據(jù) 雌性三色貓 腹部白色，背部和頭部散布黃色和黑色的斑塊。 基因型為XBXb , B基因產(chǎn)生黑斑，b基因產(chǎn)生黃斑。XB和Xb隨機(jī)失活，有活性的基因表現(xiàn)出相應(yīng)的斑塊，形成黑黃相間的斑塊。 毛色鑲嵌小鼠 黑白斑毛色鑲嵌雌性小鼠 基因型為XBXb , B基因產(chǎn)生黑斑，b基因產(chǎn)生白斑。XB和Xb隨機(jī)失活，有活性的基因表現(xiàn)出相應(yīng)的斑塊，形成黑白相間的斑塊。21毛色鑲嵌小鼠的成因22 人類的6-磷酸葡

9、萄糖脫氫酶（G-6PD）的測定 G-6PD基因位于X染色體，男女活性相同，表明女性有一條X染色體失活。 G-6PD電泳分出快型F和慢型S，由一對等位基因F和S編碼。FF或SS型出現(xiàn)一條帶，F(xiàn)/S型出現(xiàn)兩條帶。 用胰酶消材化處理F/S型女人的皮膚組織，使其分成單個(gè)細(xì)胞，進(jìn)行單克隆培養(yǎng)，從各克隆取樣電泳，每個(gè)克隆都只有一條帶。23G-6PD的電泳檢測24 三、X染色體失活的機(jī)制 X染色體上都存在與失活有關(guān)的Xic(X染色體失活中心)位點(diǎn)，Xic位點(diǎn)的丟失會(huì)影響萊昂化，胚胎不能存活。 X染色體失活分起始、維持、擴(kuò)散3個(gè)階段。教材圖10-10。 X染色體失活只是部分失活，在失活染色體的Xic位點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)

10、有活性的基因（XIST）。25Xic的失活作用26XIST基因的表達(dá)27第四節(jié)基因組印跡 一、表觀遺傳變異 基因結(jié)構(gòu)的改變會(huì)導(dǎo)致表型的改變，這種變異是可以遺傳的。新的發(fā)現(xiàn)表明，在基因DNA序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)可發(fā)生可遺傳的變化，這種變化同樣導(dǎo)致表型的改變，這種改變稱為表觀遺傳變異（epigenetics variation）。 前面講過的X染色體失活，本節(jié)講的基因組印跡都是表觀遺傳變異，此外還有DNA甲基化、RNA編輯等，這些變異的遺傳不符合孟德爾的遺傳規(guī)律。28 二、孟德爾遺傳規(guī)律的例外 孟德爾遺傳規(guī)律認(rèn)為不管遺傳物質(zhì)來自雙親的哪一方，都具有相同的表型效應(yīng)。但是，有些遺傳現(xiàn)象是例

11、外的 公驢與母馬雜交生成騾子，公馬與母驢的后代稱為駃騠(jueti),兩者有相當(dāng)顯著的差別。 具有兩條母源的11號染色體的小鼠在胚胎期比正常小鼠小，而具有兩條父源的11號染色體的小鼠在胚胎期比正常小鼠大，但這兩種胚胎都死于發(fā)育階段。29 用人工單性生殖的小鼠胚胎，一是全套染色體來自雄性親本，另一是全套染色體來自雌性親本，這兩種胚胎均在胚胎期死亡。 亨廷頓病是一種常染色體顯性遺傳病，致病基因HD來自父親，則發(fā)病年齡小；致病基因HD來自母親，則發(fā)病年齡大。 上述結(jié)果表明，父系基因組和母系基因組含有胚胎發(fā)育所需的不同信息，小鼠胚胎的正常發(fā)育需要分別來自雙親的一套染色體。30 來自父母雙方的同源染色體

12、或等位基因存在著功能上的差異，子代中來自不同性別親本的同一染色體或基因，當(dāng)發(fā)生改變時(shí)可以引起不同的表型，這種現(xiàn)象稱為基因組印跡。基因組印跡的概念也可以理解為，基因組在傳遞信息的過程中對基因或DNA片段打下標(biāo)識(shí)、烙印的過程。 如果母源染色體的基因被印跡，則父源染色體上的等位基因得到表達(dá)；如果父源染色體的基因被印跡，則母源染色體上的等位基因得到表達(dá)。 基因組印跡不服從孟德爾定律，是一種典型的非孟德爾遺傳。三、基因組印跡（基因組印記）31 小鼠的類胰島素生長因子2(Igf-2 )印跡基因 Igf-2突變?yōu)镮gf-2m將失去原有的影響動(dòng)物生長的功能，導(dǎo)致可能產(chǎn)生矮小型小鼠，能否產(chǎn)生矮小型小鼠，則取決于

13、Igf-2m的印跡情況 正反交試驗(yàn) Igf-2 / Igf-2 Igf-2m / Igf-2m Igf-2 / Igf-2m 母源的Igf-2m被印跡，父源的Igf-2表達(dá)，后代為正常小鼠32 Igf-2m / Igf-2m Igf-2 / Igf-2 Igf-2 / Igf-2m 母源的Igf-2被印跡，父源的Igf-2m表達(dá)，后代為矮小型小鼠。試驗(yàn)結(jié)果表明：正反交結(jié)果不一樣；都是母源的基因被印跡，是一種母系印跡；被印跡的基因表達(dá)受抑制，失去生物學(xué)功能。33 基因的印跡過程的三個(gè)階段 建立階段上例母系印跡，印跡在卵子形成過程中建立。 維持階段在胚胎和個(gè)體的體細(xì)胞中，來自母系的基因繼續(xù)維持被印

14、跡的狀態(tài)，父源的等位基因得到表達(dá)。 抹除與重建階段發(fā)生在配子形成的過程中34基因印跡過程的三個(gè)階段35基因印跡的機(jī)制配子在形成過程中被打上標(biāo)記DNA的甲基化，阻止基因的轉(zhuǎn)錄低甲基化或不甲基化：轉(zhuǎn)錄活躍的基因高度甲基化：不表達(dá)的基因36甲基化導(dǎo)致基因組印跡37 人類的PWS和AS綜合征 不同的癥狀： PWS 智力低下，過度肥胖，身材矮小，小手小足 AS 特殊面容，大嘴呆笑，步態(tài)不穩(wěn)，智力低下 相同的原因 15號染色體長臂15q11 q13有微小缺失 不同的原因 PWS 患者缺失的15號染色體來自父親，即缺少父源15號染色體缺失片段上的基因。 AS 患者缺失的15號染色體來自母親，即缺少母源15號

15、染色體缺失片段上的基因。38基因組印跡的轉(zhuǎn)變39 印跡基因廣泛分布在基因組中，人類基因組約有100-200個(gè)印跡基因。目前研究教為深入的是小鼠印跡基因（見教材表10-3,P272）。40小鼠的印跡基因41第五節(jié) 核外遺傳 一、核外遺傳現(xiàn)象與核外遺傳學(xué)（一）核外遺傳現(xiàn)象 葉綠體的遺傳紫茉莉的綠白斑遺傳 紫茉莉有一種品系，同一個(gè)體上有些枝條長綠色葉子，有些枝條長白色葉子，有些枝條長綠白相間的花斑葉子。以不同表型枝條上的花朵相互授粉時(shí)，其后代的表型完全取決于結(jié)種子的枝條，而與采集花粉枝條的表型無關(guān)。42紫茉莉葉子的不同表型43不同葉色枝條雜交的結(jié)果44 試驗(yàn)結(jié)果的特點(diǎn)：1. 正反交的結(jié)果不一樣，也不

16、出現(xiàn)孟德爾的分離比；2. 后代表型與母本一致,而與父本無關(guān)。這種遺傳方式稱為母體遺傳。 試驗(yàn)結(jié)果的解釋： 綠色葉子或花斑葉的綠色部分，其細(xì)胞中含正常的葉綠體；白色葉子或花斑葉的白色部分，缺乏正常的葉綠體是一些敗育的無色顆粒白色體。 葉綠體來自細(xì)胞質(zhì)中的前質(zhì)體，能獨(dú)立復(fù)制。細(xì)胞分裂時(shí)，前質(zhì)體大都通過卵細(xì)胞質(zhì)傳下去，而雄配子中前質(zhì)體很少或沒有。所以，葉綠體的性狀大都由結(jié)種子的親本傳下去，即后代的葉綠體種類取決于種子產(chǎn)生在哪一種枝條上。45 （二）核外遺傳學(xué) 孟德爾的分離定律和自由組合定律，以及摩爾根的連鎖交換定律，是揭示位于細(xì)胞核染色體上的基因控制性狀的傳遞規(guī)律?；虿粏未嬖谟诩?xì)胞核，還存在于細(xì)胞

17、質(zhì)的某些細(xì)胞器（葉綠體、線粒體）、質(zhì)粒、病毒、細(xì)菌等之內(nèi)。 核外基因所控制的性狀的遺傳規(guī)律不同于核基因所控制的性狀的遺傳規(guī)律，表現(xiàn)出母系遺傳的特性，即后代只表現(xiàn)出母本的某些基因型。因?yàn)楹送饣蛟诩?xì)胞質(zhì)中，所以又稱為細(xì)胞質(zhì)遺傳 研究細(xì)胞核染色體以外的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能及遺傳信息傳遞規(guī)律的遺傳學(xué)分支學(xué)科稱為核外遺傳學(xué)。46 二、線粒體DNA的結(jié)構(gòu)與功能 （一）線粒體的功能 線粒體是生物體內(nèi)進(jìn)行氧化磷酸化的場所，生物體內(nèi)的合成、呼吸、分泌、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等活動(dòng)所需的化學(xué)能都是由線粒體提供的。線粒體基因組中的基因與氧化磷酸化作用密切相關(guān)，很多神經(jīng)肌肉變疾病都同線粒體基因有關(guān)，例如，遺傳性視神經(jīng)病、老年癡呆

18、癥、線粒體腦肌病、母系遺傳糖尿病等。47（二）線粒體DNA的結(jié)構(gòu) 1963年，首先在雞胚細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)線粒體DNA，除少數(shù)低等真核生物的線粒體DNA是線狀外，一般都呈環(huán)狀。 不同物種線粒體基因組大小相差懸殊，已知的是哺乳動(dòng)物線粒體基因組最小，果蠅和蛙的稍大，酵母的更大，植物的線粒體基因組最大。人、大鼠、小鼠的線粒體基因組都是16.5kb左右。 小鼠每個(gè)肝細(xì)胞含10002000個(gè)線粒體，線粒體DNA（mtDNA）在線粒體中是多拷貝的，平均為2.6個(gè)。48 1981年測定了人的mtDNA全序列,共16569bp，沒有內(nèi)含子，只有87個(gè)核苷酸不參與基因的組成。可分為編碼區(qū)和非編碼區(qū) 編碼區(qū)有37個(gè)基因，其中：13個(gè)編碼多肽的基因，22個(gè)tRNA基因，2個(gè)rRNA基因。非編碼區(qū)為基因組的控制區(qū)（或稱取代環(huán)）49mtDNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)50 （三）線粒體DNA的功能 復(fù)制 從非編碼區(qū)的重鏈復(fù)制起點(diǎn)（OH）開始，沿輕鏈順時(shí)針方向延伸，直至延伸到輕鏈復(fù)制起點(diǎn)（OL）時(shí)，輕鏈才開始