遗传学性别决定及与性别有关的遗传

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1、,梁山伯与祝英台梁祝,西厢记,西厢记： 佛殿初遇之一见钟情。,第五章 性别决定以及与性别有关的遗传,因为有了性别，才有了人类最古老、最永恒的爱情主题。而在这里，我们可以找到这个主题的遗传基础！ 妄语ABC,本章内容,第一节 性别决定 第二节 性别决定的剂量补偿 第三节 激素和环境条件对性别分化的影响 第四节 伴性遗传 第五节 从性遗传和限性遗传,重点： 性别决定与性别分化； 性别决定理论； 伴性遗传、限性遗传和从性遗传。 难点： 各种性别决定理论的机理， 性别决定的剂量补偿效应。,本章重点与难点,第一节 性别决定,一、性别决定的性染色体理论,生物染色体的分类,性染色体（sex-chromoso

2、me） 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

3、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,二、性别决定的遗传平衡理论 1932年，Bridges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：

4、常染色体组数1时，正常雌性或多倍体雌性（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,2. 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: 细胞质中的雌性决定因子 M: Z染色体上的雄性决定因子 ZW型：雌，FM; 雄，MMF,三、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,蜂王（可育） 喂5天以上,工蜂（不育） 喂2

5、-3天 的蜂王浆,雄蜂由未受精的卵发育而成，具有单倍体的染色体数（n16）； 蜂王和工蜂是由受精卵发育而成，具有二倍体的染色体数（n32）,四、性别取决于X染色体是否杂合 小茧蜂（Habrobracon） 雌性为杂合型： XaXb、XaXc、XbXc 雄性为纯合型： XaXa、XbXb、XcXc,五、H-Y抗原与性别 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

6、，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（Histo-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)。,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

7、睾丸分化的启动有关，但不是性别的直接决定者。,六、性别决定基因 Y染色体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。,六、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

8、、AMH、WT-1、SF-1和DAX-1）在内的多基因参与的有序协调表达过程。,六、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40个左右。,X-染色体（左），Y-染色体（右），放大了约13,000倍,六、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。（？）,六、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

9、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。,第二节 性别决定的剂量补偿,一. 性染色质 1.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）。 最早在哺乳动物雌猫中发现，它是由一条失活的X染色体形成的。是它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

10、X染色质。,巴氏小体特点： 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。,2、X染色体失活的分子机制 （1）XIST座位控制失活起点； （2）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,二、剂量补偿效应 1、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 2、莱昂假说： （1）雌性个体的两条X染色体必有一条是随机失活的 （2）X染色体的失活发生在胚胎早期,如人类（合子细胞增殖到

11、56千个细胞时），且一旦失活，此细胞所有后代细胞的此染色体均处于失活状态,二、剂量补偿效应 2、莱昂假说： （3）失活染色体永久保持失活特征 （4） A、猫的皮毛颜色 B、人的G6PD基因,XOXO,XoY,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),龟甲壳猫,人G-6-PD缺乏症 G-6-PD缺乏症全名称为葡萄糖-六-磷酸盐脱氢酶缺乏症是一种基因异常而导致的先天代谢疾病，致红血球内G-6-PD缺乏所致。为台湾地区常见的先天性代谢异常疾病，平均每一百

12、个新生儿中，就有三个病例，其中男性发生率比女性高。 因此症的异常基因是位于X染色体上，因此女性若带一个不正常的X染色体，另一个正常的X染色体即会弥补此缺陷，故不易发病，或症状较轻微。至于男性，因只有一个X染色体，因此只要获得一个异常的X染色体即会得病。,葡萄糖-六-磷酸盐脱氢酶 (即G-6-PD)是一种酵素，它在人体内协助葡萄糖进行新陈代谢，而在此过程中产生一种保护红血球的物质，以对抗某些特别的氧化物；患此症的小孩，因缺乏这种酵素，使红血球容易受到某些特定物质的破坏而发生溶血，如程度严重即发生急性溶血性贫血。,当某特定的氧化物质侵入身体后若血球被破坏即会产生溶血现象，此时患儿会出现脸色苍黄、疲

13、累、食欲差、黄疸(眼白及皮肤均变黄)，茶色尿(尿色较深如茶般)。严重时，可能会昏迷，甚至有生命危险。患此症的小孩在新生儿期比正常新生儿容易出现较严重的新生儿黄疸症。,正常功能: XGD+失去功能的隐性突变XGD XGD+ XGD+ 的女性与XGD+ /Y的男性G-6-PD活性无差异, XGD+ XGD- 女性是XGD+ /Y男性活性的一半，是因为一条染色体随机失活,第三节 激素和环境条件对性别分化的影响,1、性别决定与性别分化的关系 性别决定是基因型意义上的，性别分化是发育意义上的。 2、哺乳动物性别分化的特征 中心和外周性器官在不受任何作用的情况下具有自动发育成雌性器官的特性。,第三节 激素

14、和环境条件对性别分化的影响,3、环境对性别分化的影响 （1）内环境 （free-martin） （2）外环境（蜜蜂性别、两栖类的温度决定性别） （3）性反转(Sex reverse),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。 需要指出的是，环境条件只改变性别发育的方向，并不改变性染色体组成。,Freemar

15、tin牛雌性雄性化现象 自由马丁表示异性双生子中雌性不育的现象 原因： 雄性胎儿分泌的雄性激素抑制雌性胎儿的性腺分化，使其成为中间性，失去生殖能力； XY组成的雄性细胞干扰了双生雌犊的性分化。,性反转（sex reversal） 由雌性变成雄性，或由雄性变成雌性的现象。 原来生蛋的母鸡因患病或创伤而使卵巢退化或消失，促使精巢发育并分泌出雄性激素，母鸡性反转公鸡，母鸡变公鸡，能产生精子，和母鸡交配，能繁殖后代。从而表现出 “母鸡叫鸣”现象。但性染色体仍为ZW。,泰国人妖激素内环境与性征的实例,第四节 伴性遗传,一.伴性遗传的概念及特点 1。半合基因（hemizygous gene）： X与Y染色

16、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。,伴性遗传或性连锁遗传（sex-linked inheritance） 指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。 性连锁是摩尔根等(1910)首先在果蝇中发现的，性连锁是连锁遗传的一种特殊表现形式。,二.果蝇的伴性遗传 摩尔根等在纯种红眼果蝇的群体中发现个别白眼个体（突变产生)。,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？,摩尔根等假设：果蝇的白眼基因(w)在X染色体上，而Y染色体上不含有它的等位基因，这

17、样就可合理解释上述遗传现象。,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。,三.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； 男：Y染色体上不携带对应基因，XCY正常、XcY色盲。,四、鸟类（鸡）的伴性遗传,芦花鸡的毛色遗传:

18、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。,五、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,第五节 从性遗传和限性遗传,一.从性遗传 从性遗传（sex-conditioned inheritance）: 由于内分泌等因素的影响，其性状只在一种性别中表现，或者在一性别为显性，另一性别为隐性。 从性性状是由常染色体上的基因所控制的。,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？

19、,绵羊角的从性遗传,而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 从性遗传和限性遗传,二.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。,限性遗传的性状多与性激素有关。 例如，哺乳动物的雌性个体具有发达的乳房、某种甲虫的雄性有角等等。 限性遗传与伴性遗传的区别： 限性遗传只局限于一种性别上表现，而伴性遗传则可在雄性也可在雌性上表现，只是表现频率有所差别。,耳毛的性连锁,小 结,基本概念：性染色体，常染色体，伴性遗传，从性遗传，限性遗传 动物性别决定有关理论 环境对性别发育的影响 与性别有关的几种遗传方式的理论基础,习 题,1、一个男子的外祖母是色觉正常，外祖父是色盲，他的母亲是色盲，父亲是色觉正常。如果他和遗传上与他的姐妹相同的女子结婚，他女儿的辨色能力如何？ 其为色盲的概率是 ?%。 2、两个红眼长翅的雌雄果蝇相互交配，获得下列后代类型：雌性：3/4红眼、长翅，1/4红眼、残翅雄性：3/8红眼、长翅，3/8白眼、长翅 1/8红眼、残翅，1/8白眼、残翅写出亲代的基因型。,