第四章 遗传的基本规律与方式

 

  生物的性状(character)是丰富多采的,对生物遗传现象的解释涉及到许多规律、学说、假说。1865年,孟德尔(Mendel 1822—1884)在他发表的《植物杂交实验》论文中提出了现代遗传学的两个基本定律,即生物性状的分离定律(law of segregation)和自由组合定律(law of independent assortment)。1900年,欧洲的三位植物学家分别作了植物杂交实验都得到类似的结果。由此,奠定了近代遗传学的基础。摩尔根(Thomas Hunt Morgan1866—1945)在孟德尔的基础上创立了基因理论,发展了染色体遗传学说。1911年,摩尔根用果蝇为实验材料,发现了遗传的连锁与互换现象, 即连锁与互换定律(law of linkage and interchange)。 至此,遗传学形成了一套较为完整的经典理论体系。

  生物及人类性状的遗传方式是多种多样的,归纳起来可分为单基因遗传(monogenic inheritance)和多基因遗传(multigenicinheritance)两大类。

 

第一节 分离定律

 

  通过一对相对性状的杂交实验和结果分析,孟德尔提出了:在杂种个体内,相对因子(即等位基因)共存于一个细胞内,独立存在,互不影响。在杂种形成配子时,相对因子彼此分离,互不影响地分到不同配子中去的分离定律。

 

一、孟德尔的实验方法

 

  孟德尔于1857年用34个豌豆品种进行栽培观察。在栽培中,他注意到许多品种具有不同的性状。所谓性状,是指生物的形态、结构和生理、生化等特征。遗传学的研究一般是通过相对性状进行的,相对性状是指同一性状的不同表现类型。如豌豆的高茎和矮茎,人体的胖与瘦等。

  孟德尔从栽培的豌豆中,选择了7对具有稳定而显著的相对性状进行观察,它们是:

  种子的形状:圆粒和皱粒

  子叶的颜色:黄色和绿色

  种皮的颜色:灰褐色和白色

  成熟的豆荚:饱满和不饱满

  未成熟豆荚的颜色:绿色和黄色

  花的位置:叶腋和顶端的

  茎的高度:高茎(2m左右)和矮茎(不到0.5m)

  豌豆是一种自花授粉的植物。没有人为干预时很少发生异花授粉。自花授粉多代可形成纯系,纯系能真实遗传(即产生与自己一样的子代)。只有选择真实遗传的植株为亲本(parents)进行杂交,才能确定子代的遗传基础。孟德尔从尚未成熟的花里除去雄蕊,阻止了自花授粉和自体受精。到了成熟的时候,从具有相对性状的植株上采取花粉,进行人工的异花授粉。这种杂交实验也称相互的杂交,简称正反交(reciprocal crosses),即让两个杂交类型相互作为母本和父本,然后观察杂交所产生的后代,并对后代进行仔细的分析。

二、显、隐性性状及分离现象

 

  在杂交实验过程中,孟德尔注意到由相互杂交所产生的子一代(F1)的性状总是跟一个亲本的性状相似。例如,高茎豌豆和矮茎豌豆相互杂交,无论是高茎豌豆作母本或父本,子一代总是表现出高茎的性状(图41)。种子圆形的豌豆和种子皱形的豌豆相互杂交,它们的子一代总是圆形的。

 

  孟德尔把在杂合状态中所表现出来的亲本性状称为显性性状(dominanlcharacter),如豌豆的高茎;没有表现出来的性状称为隐性性状(recessivecharacter),如豌豆的矮茎。豌豆的高茎和矮茎是可见的性状,称为表现型(phenotype)。一个生物的全部遗传组成则称为基因型(genotype)。

  让子一代的种子进行自花授粉,所得的种子或它们成长的植株称为子二代(F2)。在子二代中,除出现子一代的显性性状(高茎、圆形种子)外,又出现了在子一代中没有出现的隐性性状(矮茎、皱形种子),这种现象称为分离(segregation)。

  经过统计,各相对性状在子二代出现的数目总是表现一定的比例,显性性状与隐性性状之间的比值约为31(表4-1)。其他性状杂交也得到类似结果。

 

 

三、孟德尔对分离现象的解释

 

  孟德尔认为,性状是由遗传因子控制的,每对相对性状由细胞中相对的遗传因子控制。如遗传因子D控制高茎,遗传因子d控制矮茎,遗传因子在体细胞中成对存在,这成对的遗传因子一个来自父本,另一个来自母本。在形成配子时,成对的遗传因子彼此分离,分配到不同的配子中去,每一个配子只具有其中的一种因子。子一代的体细胞内遗传因子是杂合的,遗传因子虽有显、隐性之分,但它们彼此独立存在,互不沾染,只表现显性遗传因子所控制的性状。到杂种的子二代,由于显、隐性遗传因子的分离,由隐性遗传因子控制的隐性性状又表现出来。由于显、隐性因子的不同组合,便形成了显、隐性性状,并呈现一定的比例。

  后来人们把遗传因子称为基因,基因是具有遗传效应的DNA片段,它是遗传物质结构和功能的基本单位。遗传学把同源染色体上位点相同,控制相对性状的基因称为等位基因(allele)。在体细胞中,同源染色体的相同位点上基因完全一致的个体称为纯合子(homozygote),如DD或dd。等位基因不一致的个体称为杂合子(heterozygote),如 Dd。

 

四、分离定律的验证

 

  (一)测交法

  测交(test cross)就是将被检测的个体与隐性纯合体亲本杂交,由于测定时常利用一个原来的隐性纯合亲本进行杂交,所以又常称为回交(backcross)。如用红花和白花豌豆作例子。用F1杂合体与隐性纯合体亲代杂交,按照分离定律,杂合体Cc在形成配子时,Cc两个基因彼此分离,形成含有Cc的两种配子,而纯合的隐性亲代cc只能形成含有c的一种配子。回交的结果,基因型应该是Cccc各一半,表现型也应该是红花和白花各占一半,它们的比例为11。实验结果共得166株后代,其中85株开红花,81株开白花,同预期完全相符合,说明杂合体确实产生两种配子,且数目相等(图42)。

 

  有一个黑眼睛的女子和一个蓝眼睛的男子结婚,他们一胎生了两个孩子,一个是黑眼睛,另一个是蓝眼睛,说明黑眼女子是一个杂合体,产生了含黑眼基因和蓝眼基因的两种卵子。

  (二)子二代自交实验

  孟德尔依照分离定律设想:F2的白花植株,基因型是cc,自交产生的后代F3必然开白花。F2的红花植株有1/3是纯合体,基因是CC,自交产生的F3也必然是红花;而2/3的红花杂合体植株,基因型是Cc,自交的结果应该和子一代的白花授粉的结果相同,F3基因型应该是CCCccc,比例是121,表现型应该是红花与白花之比为31。实验结果完全证实了他的设想。他从F2中任意选取红花植株100株进行自交,结果有36F3全为红花,有64株它们的后代F33/4为红花,1/4为白花。也就是说,F2中有2/3的红花植株在F3中又分离为31。而F2的白花植株自交后F3仍为白花(图43)。

 

五、分离定律的实质

 

  目前,我们已认识到遗传的物质基础是位于染色体上的基因。染色体在体细胞中是成对的,在减数分裂形成配子时,同源染色体彼此分离,分配到配子中去。处在同源染色体的相对位置上的等位基因随同源染色体的分离而分离,被随机地分配到各自的两个配子中去,这便是分离定律的实质。

  分离定律是生物界普遍存在的一个最基本的遗传规律。运用分离定律时应符合下述条件:

  1.两个杂交的亲本都是纯合体;

  2.所研究的相对性状是受一对基因控制的;

  3.相对基因具有完全显性(complete dominance)的作用,且不受其他基因的影响;

  4.全部配子发育良好,没有选择受精和异花授粉;

  5.杂种后代都处于大体相同的生活条件下;

  6.实验分析的群体要大。

 

第二节 自由组合定律

 

  分离定律适用于一对相对性状、一对等位基因的遗传分析,日常生活中常遇到两对或两对以上相对性状的遗传问题。如杂交育种时,常是两个亲本品系各具某一优良性状,杂交目的是想使两个优良性状集中于一体,这就比一对相对性状的杂交要复杂得多。当年,孟德尔对此也进行了多方面的研究,并总结出了遗传的自由组合定律。

 

一、两对相对性状的自由组合

 

  (一)实验结果

  孟德尔实验用的一个亲本是子叶黄色、种子外形圆滑的豌豆,另一个亲本是子叶绿色、种子外形皱缩的豌豆。杂交后F1全是黄色圆滑的豌豆,表明黄色和圆滑这两种性状均为显性性状;而绿色和皱缩两种性状均为隐性性状。让F1自花授粉,从15个植株上得到F2种子556粒,这些种子有四个类型,其中黄圆315粒,黄皱101粒,绿圆108粒,绿皱32粒。四种类型的比例为9331(图44)。

 

  F2中,黄圆和绿皱是亲本原有的性状组合,称为亲组合(parental combination);绿圆和黄皱则是亲本没有的性状组合,称为重组合(recombination)。这说明原来的两对不同性状在遗传过程中可以分开,重新进行结合而产生新的类型。

  (二)实验结果的分析

  1.黄、绿这对性状 黄色子叶是显性,绿色子叶是隐性,F1应全为黄色,F23/4为黄色,1/4为绿色。事实上F1全是黄色,F2中:

  黄色=315101=416 绿色=10832=140

  黄色:绿色=416140=31

  

  比例 416140=31

  2.圆、皱这对性状 圆滑子叶是显性,皱缩子叶是隐性,F1应全是圆滑的,F2中应3/4为圆、1/4为皱。事实恰好如此,F1全是圆滑的,F2中:

  圆滑=315108=423 皱缩=101+32=133

  圆滑:皱缩=423133=31

  

  比例 423 133=31

  由上述分析得知,黄绿和圆皱两对相对性状的分离,彼此独立,互不干扰。

  3.F24种表现型的出现是性状自由组合的结果 从实验结果得知,不同对的性状是可以相互组合的。如果组合是随机的,3/4黄子叶里面应有3/4是圆滑的,1/4是皱缩的;在1/4绿子叶里面应有3/4是圆滑的,1/4是皱缩的。反过来,在3/4圆滑的子叶里面应有3/4为黄色,1/4为绿色;同样在1/4皱缩的子叶里面应有3/4为黄色,1/4为绿色。把两对相对性状结合起来,如果是自由组合的,按照概率的乘法定律,4种不同的表现型的比例应该是:

黄圆=3/4×3/4=9/16

黄皱=3/4×1/4=3/16

绿圆=1/4×3/4=3/16

绿皱=1/4×1/4=1/16

  即黄圆∶黄皱∶绿圆∶绿皱=9331,正好和实验结果相符。说明两对不同性状在遗传中不但可以分开重组,而且是自由组合的。

 

二、孟德尔对自由组合现象的解释

 

  孟德尔在实验基础上,总结了自由组合定律。其要点是:决定着互相对应性状的基因,在遗传传递上有相对的独立性,可以互不干扰。在形成配子时,可以互相随机地进行自由组合。

  在上述的杂交实验中,子叶的黄与绿是一对相对性状。决定性状的基因用Yy表示;种子的圆与皱是另一对相对性状,决定这对性状的基因用Rr表示。因此,黄色圆滑亲本的基因型是YYRR,绿皱亲本的基因型是yyrr。形成配子时,由于减数分裂,黄圆的配子是YR,绿皱的配子是yrF1的基因型则是YyRr,表现型为黄圆。F1植株形成配子时,成对基因彼此分离与自由组合,形成4种配子,YRYryRyr,这4种配子各占1/4,比例为1111F1植株自花授粉,4种雄配子和4种雌配子共有16种组合,产生的F29种基因型,4种表现型(表42)。其中黄圆占9/16,绿圆占3/16,黄皱占3/16,绿皱占1/16,比例为9331

 

 

三、自由组合定律的验证

 

  为了验证遗传因子的自由组合理论,孟德尔进行了测交试验和F2自交试验。

  (一)测交法

  F1YyRr)与隐性亲本(yyrr)测交,按自由组合理论预测,F1产生4种数量相等的配子:YRYryRyr;隐性亲本只产生一种配子yr。随机受精后,将出现YyRr(黄圆)、 Yyrr(黄皱)、 yyRr(绿圆)、 yyrr(绿皱) 4种类型,它们的比例是1111。实验的结果证实了理论预测。

  (二)子二代自交试验

  如果自由组合的理论是正确的,F2自交应出现如下结果;

  1.F2表现绿皱的种子(yyrr),两对基因均为纯合子,F3性状不分离。

  2.F2表现绿圆的种子,有两种基因型,其中1/3yyRR2/3yyRr。前者两对基因均为纯合子,F3性状不分离;后者决定子叶颜色的基因是纯合的,F3子叶颜色均为绿色。而决定粒形的基因是杂合的,在F3中应作31的分离比。

  3.F2表现黄皱的种子,也有两种基因型,其中1/3YYrr2/3Yyrr。前者自交后不产生分离;后者在粒形性状上不产生分离,而在子叶颜色性状上则出现分离。

  4.F2表现黄圆的种子,共有4种基因型,其中1/9YYRR2/9YYRr2/9YyRR4/9YyRr。第一种自交后不分离;第二种在粒形性状上产生分离;第三种在子叶颜色上产生分离;第四种在两对性状上均产生分离(表43)。

 

  F2植株自花授粉后获得的实际结果(表44),再一次证明自由组合定律是正确的。

 

  两对或两对以上性状杂交的自由组合现象表面看较为复杂,我们可以把注意力先集中到一对等位基因,分解开来进行研究。如Yy自交,后代3种基因型,2种表现型,表现型分离比是31。如果F13对等位基因的杂合体,那么雌雄配子各8种,有64种组合,F227种基因型,8种表现型,比数是(313的展开。因此,可以预测两对或两对以上性状杂交的基因对数,基因型及表现型之间的关系(表45)。

 

 

四、自由组合定律的机理

 

  同分离定律一样,在配子形成时,染色体的行为是自由组合定律的细胞学基础,同时自由组合定律是建立在分离定律基础上的。

  在两对基因杂交的体细胞中,两对基因处在两对不同的同源染色体上,在减数分裂形成配子时,由于不同对的同源染色体彼此分离,自由组合,处在其上的基因也随之分离和自由组合,这就是自由组合定律的细胞学基础和机理。

 

第三节 连锁与互换定律

 

  自由组合定律是控制两对或两对以上相对性状的等位基因分别位于非同源染色体上的遗传规律。但是每一对同源染色体上都有很多对等位基因,如果控制两对或两对以上性状的等位基因位于同一对同源染色体上,就会出现与自由组合定律不相符的现象。Bateson等人在1906年用香豌豆作杂交试验时,发现了性状连锁的现象。随后,摩尔根及其合作者经过果蝇实验的研究,提出了连锁与互换的遗传定律。

 

一、连

 

 

  野生型果蝇身体呈灰色,两翅较长。在培养过程中出现了黑身伴有残翅的类型。从实验中得知,灰身(B)对黑身(b)是显性,长翅(V)对残翅(v)是显性。如果让纯合的灰身长翅果蝇与黑身残翅果蝇杂交,产生的F1都是杂合灰身长翅类型。对F1雄果蝇进行测交,按自由组合定律,测交后代应该有四种,比例是1111。实验结果却不是这样,测交后代只有灰身长翅和黑身残翅两种果蝇,都是亲本类型,比例各占50%(图45)。出现这样的结果,表明子一代雄果蝇并未产生四种精子,只产生两种基因型的精子(BVbv)。也就是说,BV总是在一起,bv总是在一起,不进行自由组合。这样,就只能认为BV两个基因在一条染色体上,bv在另一条染色体上。

  F1在精子形成过程中,含有BV的一条染色体与含有bv的另一条染色体联会后,各自分开到两个子细胞中去,所以Bv必然分配到一个精细胞中,bv分配到另一个精细胞中。这两种精子与bv一种卵细胞结合,测交后代只能有BbVvbbvv两种。

  两对或两对以上的等位基因位于同一对同源染色体上,在遗传时,位于同一条染色体上的基因常常连在一起不相分离,称为连锁(linkage)。如果测交后代完全是亲本组合的现象,称为完全连锁(complete linkage)。完全连锁现象在生物界并不普遍。

 

二、互换

 

  F1雌果蝇进行测交,即F1杂合雌果蝇与双隐性雄果蝇杂交(图46),结果产生四种类型的后代:灰身长翅占42%,黑身残翅占42%,两种重组合类型灰身残翅占8%,黑身长翅占8%。既不像自由组合的那种1111的比例,也不同于雄果蝇的完全连锁。这种大部分为亲本组合类型,少部分为重新组合类型的现象,称为不完全连锁(incomplete linkage)。不完全连锁在生物界普遍存在。

   出现不完全连锁现象是因为F1雌果蝇在卵子的形成过程中,位于一对同源染色体中的一条染色单体上的BV和另一条染色单体上的bv,除了它们各自连锁外,在另外两条同源非姊妹染色单体间发生了互换,基因从一条染色单体上换到另一条同源非姊妹染色单体上去,基因得到了重新组合的机会,这就产生了配子的多样性。由互换所产生的基因重组克服了连锁的局限性,提供了生物变异的机会,有利于生物的多样性及其发展。

 

  摩尔根曾做过果蝇多种连锁性状的杂交实验,发现不同的相对性状之间的互换率各不相同。因此,他认为,这些基因在染色体上是直线排列的,并且各有自己的相对位置。

 

三、连锁群与人类基因定位

 

  (一)连锁群(linkage group)

  遗传工作者依照连锁与互换定律对生物的很多基因进行试验,得出两条行之有效的规则:

  1.如果A基因与B基因连锁,B基因与C基因连锁,那么,A基因与C基因连锁。

  2.如果A基因与B基因连锁,B基因与C基因不连锁,那么,A基因与C基因也不连锁。果蝇由于雄性完全连锁,连锁群测定稳定可靠。摩尔根在1914年已发现果蝇只有4个连锁群,到1942年为止,在果蝇中至少测定了494个基因,分别属于这4个连锁群之一。

  人也是一样,位于同一条染色体上的基因必然相互连锁,共同构成一个连锁群。二倍体生物具有的连锁群数与其配子中染色体的数目是相符的,人有46条染色体,生殖细胞中有23条,至今已查清位置的2000多种结构基因,就分别属于这23个连锁群。

  (二)人类染色体的基因定位

  人类体细胞23对染色体上约有50000对结构基因(struc-tural gene)。为此,弄清楚基因在哪条染色体上,某基因在该染色体的什么位置上,这在理论上和实践上都有重要意义。近几年来,由于采用先进方法,已将数百个基因定位于特定的染色体的某一位置上。目前,基因定位(gene mapping)主要有以下方法:

  1.体细胞杂交法 用体外培养的方法将人和其它动物(如小鼠)体细胞混合培养,加入适当的失活病毒,使它们进行细胞融合。融合细胞就像有性杂交所形成的杂种细胞那样,具有两个种的染色体。

  体细胞杂交后,在第一代的“杂种细胞”中,含有人和小鼠的全部染色体,经过几代增殖以后,人类染色体大部分丢失,只保留1~2条。人类细胞具有一些小鼠细胞所没有的生化特点,能合成人特有的酶。当“杂种细胞”保留某条染色体,就能形成某种酶,丢失某条染色体,就不能形成某种酶,就可以认定这种酶的基因位于那对染色体上。该方法主要用于确定基因在哪条染色体上。

  2.区域制图法 用显带技术可以检出任何一条染色体某个带的缺失(deletion)或重复(duplication),同时检测有此畸变染色体的细胞基因产物的数量变化,即可把某个基因定位在某号染色体的一定区域上。

  3.原位杂交法 染色体DNA可与用放射性同位素标记的RNA结合,利用这一特点,将一定的RNA注入被测定的细胞,检查染色体各段上的放射性,即可检出转录该RNA的基因位点。

  4.家系分析法 用连锁分析的方法,检测某一性状的基因与已定位的标记基因的连锁关系,即可将前者定位于某号染色体上。例如,已知ABO血型的基因在9q34,甲髌综合症与ABO血型紧密连锁,因此甲髌综合症基因定位于9q3。

  (三)基因图谱

  通过各种方法测定,弄清基因在染色体上的位置后,可以绘制基因位置图,即基因图谱(gene map)。

 

  把人的基因定位在染色体上,作出人类染色体的基因图谱。人类有22个常染色体和X、Y染色体,共有24个基因图谱(图4-7)。

 

第四节 遗传方式

 

  遗传方式是指亲代与子代之间遗传信息的传递方式。基因携带的遗传信息,按一定的方式向后代传递,并在环境因素的共同作用下,形成一定的遗传性状。人类性状的遗传方式大致上可分为单基因遗传和多基因遗传两大类。

  在人类遗传的研究中,常用系谱分析的方法来判断某种性状或遗传病的遗传方式。所谓系谱(pedigree)是表明某种性状或遗传病在其家族各成员中分布情况的图解。在绘制系谱时,必须使用统一的符号

 

一、单基因遗传

 

  单基因遗传(monogenic inheritance)是指一种遗传性状或遗传病,是由一对等位基因控制的或一对等位基因起主要作用的遗传方式,等位基因基本上按孟德尔规律进行传递,所以这种遗传方式也称为孟德尔式遗传(Mendelian inheritance)。

  依照等位基因所在的染色体和基因性质的不同,单基因遗传又可分为常染色体遗传(autosome inheritance)和性连锁遗传(sex-linked inheritance)。

  (一)常染色体遗传

  单基因遗传中,凡是某种性状的基因位于常染色体上,这种遗传就属于常染色体遗传。根据基因的性质可分为常染色体显性遗传(autosome dominance inheritance)和常染色体隐性遗传(autosome recessive inheritance)。

  1.常染色体显性遗传 一种遗传性状或遗传病,其基因位于常染色体上,基因的性质如果是显性的,这种性状或遗传病的遗传方式称为常染色体显性遗传。

  依据表现程度不同,可以把它分为以下几类:

  1)完全显性遗传:在常染色体显性遗传中,凡是杂合子(Aa)与纯合子(AA)都表现出显性性状,则称为完全显性(complete dominance)。例如,人的耳垂是显性基因A控制的,a则表示无耳垂的隐性基因。基因型AA的个体是有耳垂的,基因型aa的个体是无耳垂的。基因型Aa的个体中,基因Aa的作用相反,由于A基因的作用强于基因a,所以杂合子也是有耳垂的。大多数的常染色体显性遗传性状都是属于这种遗传方式。

  下面分析一个患多发性神经纤维瘤患者的系谱(图49)。

  假定多发性神经纤维瘤病的致病基因是显性的,那么第一代的男子可以是这个基因的纯合子AA,也可以是杂合子Aa。他的妻子必定是正常基因纯合子aa。如果该男子是纯合子,他的子女应当全部都是生病的。而他的子女中却有约半数是正常的,半数是患病的,而且男女机会一样,由此可以断定该男子为杂合子。

 

  再假如多发性神经纤维瘤致病基因是隐性的,那么该男子应该是纯合子aa。他的妻子可以是正常基因A纯合子AA式或杂合子Aa。如果是纯合的,他的子女应该都正常,这与实际不符。如果是杂合的,他的子女中也可以出现1/2正常,1/2患病的情况。但是在群体中带有致病隐性基因的频率是很小的。因而该妇女是杂合子的机会很小。而从系谱看,如果该病是隐性的,他们患病儿子或女儿的配偶也必须是带致病基因的杂合子,这样的概率就更小了。因此,该病为常染色体显性遗传的性状。

  2)不完全显性遗传:在显性遗传中有一种情况,即杂合体Aa的表现型介于纯合子AAaa两种表现型之间,表现为中间性状。当两个杂合体Aa杂交时,其子代中表现型比例不是31而是121,和其基因型比例相同。这种遗传方式称为不完全显性(incomplete dominance)。

  3)共显性遗传:在杂合体中,一对等位基因的作用都得以表现的现象,称为共显性遗传。ABO血型的遗传即为一种共显性遗传。

  4)不规则显性遗传:不规则显性(irregular dominance)是指在某些遗传背景和某些环境因素影响下,杂合子Aa表现为显性;在另一些情况下,则表现为隐性。

  不规则显性遗传病的系谱中,虽然具有一些显性遗传的特点,但常可见到隔代遗传(skipped generation)的现象。多指(趾)症有时就呈不规则显性遗传,下列系谱(图410)中,先证者Ⅱ2有多指,他的子女中Ⅲ2有多指,Ⅲ1正常,这表明先证者Ⅱ2是多指基因的杂合体Aa。然而,Ⅲ4的父母Ⅱ4和Ⅱ5的手指正常。那么,Ⅲ4的多指基因A是从哪里来的呢?从系谱看,Ⅱ4很可能与Ⅱ2一样,从母亲遗传来了致病基因A而成为杂合体Aa,不过由于内外环境的作用,致病基因A的作用未外显,所以有正常的手指。尽管如此,Ⅱ4却仍会把致病基因传给其子女。

 

  5)延迟显性遗传:杂合子个体在幼年时期不反映遗传性状,到发育的晚期才出现显性性状的遗传方式,称为延迟显性(delayed dominance)。

  遗传性小脑性运动失调症就是延迟显性的例子。杂合子在30岁以前并无任何症状,3540岁才逐渐发病。在遗传性小脑性运动失调的系谱中(图411),患者的年轻的同胞中发病率偏低。患者Ⅳ1的弟、妹虽然都未发病,由于他们年龄都不满20岁,所以应估计到他们各有1/2的可能将会发病。近年的研究资料证明,在延迟显性遗传的疾病中,有时有提前出现的现象。

  6)从性显性遗传:从性显性遗传(sexconditiondominance)是指显性基因对杂合子的表现型在不同性别中是不同的。最明显的例子是早秃,杂合子男性会出现早秃,女性杂合体则不会出现早秃,女性只有显性纯合体才出现早秃。这里并非性染色体上的基因所造成,而是由于性别差异的影响,很可能与男女体内性激素水平不同有关。

 

  2.常染色体隐性遗传 一种性状或遗传病的基因位于常染色体上,这种基因的性质是隐性的,这种遗传方式称为常染色体隐性遗传。隐性遗传的特点是只有在纯合状态aa时才出现相应的表现型。在杂合状态时,由于显性基因的存在,所以杂合子并不表现隐性性状,但是仍可把隐性基因a传给后代。这样的个体称为携带者(carrier)。

  由于隐性致病基因的频率很低,纯合的隐性遗传病患者较少见。临床上见到的常染色体隐性遗传病患者大多是两个携带者的后代。

  (二)性连锁遗传

  一种基因如果位于性染色体上,这种基因所控制性状的遗传方式称为性连锁遗传。性连锁遗传可分为X连锁隐性遗传、X连锁显性遗传和Y连锁遗传三类。

  1.X连锁隐性遗传 一些性状或遗传病的基因位于X染色体上,这种基因的性质是隐性的,其遗传方式称为X连锁隐性遗传(X-linked recessive inheritance)。

  在女性有两条X染色体,如果她只有1个隐性基因b,由于还有一个正常基因B,所以不发病而成为携带者,必须在隐性纯合状态下才能发病。而男性只有一条X染色体,只要他的X染色体上带有致病基因b,即可发病。因此,男性表现出该性状或遗传病的频率要高于女性。

  人的红绿色盲是X连锁隐性遗传的典型实例。患者不能正确区分红色和绿色。我国人群中,男性患者约占7%,女性患者约占0.5%(图412)。

 

  男性患者与正常女性婚配后,子代中男性都正常,女性都有由父亲传来的一个致病基因,所以都是携带者。这里,男性的致病基因只能随X染色体传给女儿,再传递给外孙,这种传递方式称为交叉遗传(crisscross inheritance)。

  由于婚配方式的不同,子女中色盲的发病状况也不同(表46)。

 

  2.X连锁显性遗传 一些性状或遗传病的基因位于X染色体上,这种基因的性质是显性的,其遗传方式称为X连锁显性遗传(Xlinked dominance inheritance)。

  由于这种基因是显性的,女性的两条X染色体中任何一条具有此基因,都会出现相应的性状或遗传病。男性只有一条X染色体,所以,女性获得此基因的可能性比男性大一倍。因此,女性表现出该遗传性状或遗传病的频率要高于男性。

  抗维生素D性佝偻病是X连锁显性遗传病的一个实例。患者由于肾小管对磷的重吸收障碍,肠对磷钙吸收不良,引起血磷下降,尿磷增高,导致佝偻病(图个4-13)。

 

  3.Y连锁遗传 一种遗传性状或遗传病的基因位于Y染色体上,这种基因随Y染色体而传递,由父传给子,再传给孙,这种遗传方式称为Y连锁遗传(Ylinked inheritance),也称为全男性遗传。

  在人类,只有少数几种遗传性状的基因位于Y染色体上,除外耳道多毛外,还有HY抗原,睾丸决定因子等。

 

二、多基因遗传

 

  一种遗传性状或遗传病的表达受两对或两对以上基因的控制,每对基因彼此间没有显性和隐性的关系,每对基因对表型的效应都很小,但是各对基因的作用有积累效应,这种遗传方式称为多基因遗传。

  (一)多基因性状

  孟德尔在豌豆实验中涉及到的性状,如红花和白花,豆粒的圆形和皱形,子叶的黄色和绿色等都是单基因性质。在人类性状中,如单眼皮和双眼皮,卷舌,用手习惯,卷发和直发等正常性状及血友病、色盲等遗传病都是单基因性状。由于单基因性状间的差别明显,一般中间没有过渡类型,呈不连续变异,表现质量差异。因此,单基因性状一般称为质量性状(qualitativecharacter)。

  多基因性状是指它们的变异有一系列的过渡类型,彼此间只有数量的差别,没有明显质的界限,呈连续变异。因此,多基因性状又称为数量性状(quantitative character)。人类的性状多数是数量性状,如智力、身高、肤色等正常性状及冠心病、消化性溃疡等遗传病。

  多基因性状连续变异的分布呈正态分布。如人的身高,将随机取样组成的100人的群体,分别量其身高,就形成多个大小不同的测量值。如把测量值按数值大小排列,可以发现每两个相邻的数值差异很小,界限不清,很难进行高低分类,说明身高呈连续变异。如把身高相同的数值分别归类分组,并以各组的人数为纵坐标,以各组身高数值为横坐标,做成分布曲线,就可以看到变异呈正态分布(图414)。从图中看到极端变异的人数很少,大部分人的身高近于平均值。

  单基因性状属于孟德尔式遗传,多基因性状的遗传虽然较为复杂,但其遗传也受孟德尔遗传规律支配,即基因和染色体仍然是按分离和自由组合定律传递。

 

  (二)多基因假说

  1909年,NilssonEhle通过对小麦粒色的研究,提出了多基因性状的遗传理论,即多基因假说,其主要内容为:

  1.控制数量性状遗传的基因数目很多,各基因的表现型效应是微小的,各效应是相等的,而且是可以相互累加的,存在着累加效应。

  2.多基因间通常不存在显隐性关系,它们的行为一般符合孟德尔定律。

  3.杂种F1的表现型往往介于双亲之间,F2广泛分离,呈现连续变异,多基因性状易受环境影响。

  现以多基因假说来说明人类多基因性状呈连续变异的特点。1910年和1913年分别有学者对人的肤色的遗传进行了研究,黑种人的皮肤中色素沉着和白种人皮肤中的色素沉着有着明显的差异。因此,皮肤的颜色黑白分明。对纯种黑人和纯种白人婚配后子女的皮肤表型及混血儿所生子女的资料分析,发现在肤色上存在不同的差异,于是将不同的肤色分成五类(表47)。

  从表中可知,皮肤的颜色呈正态分布,因此可以认为肤色是多基因性状。那么此性状受几对基因控制,为什么子二代的肤色会出现5个等级呢?

  根据自由组合定律可知:之所以出现5个等级(即5种表现型)是两对非等位基因作用的结果,也就是说肤色的遗传涉及两对基因。根据多基因假说,设A1A2为黑色素的有效基因,a1a2为黑色素的无效基因,杂种一代的基因型为A1a1A2a2(混血儿),其表现的肤色介于双亲之间。混血儿间相互婚配,其混血儿的子女表型则落入5个不同的色素沉着级别(表47)。从表中基因型可知,由于有效基因A1A2的数目和效应的累加作用,从而形成肤色的5个等级。即基因型中无有效基因的表型为白种人,基因型含有一个有效基因的表型为浅黑白混血儿,基因型中含有二个有效基因的表型为黑白混血儿,基因型中含有三个有效基因的表型为深黑白混血儿,基因型中含有4个有效基因的表型为黑种人。

  至今,控制肤色基因的确切数目仍未定论。也有人经过不同婚姻组合的上百个子代的分析,认为肤色是由35对等位基因控制的。

 

  (三)多基因遗传的特征

  通过对多基因性状的遗传分析,可以归纳出以下几个与单基因遗传不同的特点:

  1.两个纯合的个体婚配,其子女的表型一般是双亲的中间类型,但有时也可能倾向父亲或母亲。如上述肤色的遗传中,黑种人和白种人婚配后的混血儿的肤色介于双亲之间。

  2.纯合亲本的子一代个体间婚配,产生的子二代个体的表型平均值大体上与子一代相近,但变异的幅度远远超过其亲代。如基因型A1a1A2a2的混血儿间婚配所生子女的肤色可分离成5个等级,而且呈连续分布。如将人群中的黑色素含量进行精确的测定,其黑色素的平均值和其亲本的平均值大致相同。

  3.多基因性状对环境的影响比较敏感,因此他们表现型之间的差异,含有环境影响的变异。但差异的主要因素来自基因型不同,如果涉及表型变异的环境因子数目越大,则变异越接近于正态分布。

  4.超亲遗传。当双亲不是极端类型时,其子女可分离出高于高亲值或低于低亲值的类型,这种超于双亲表型值的现象称超亲遗传。

  (四)遗传度

  在多基因性状或疾病的遗传中,其性状的表现是基因型和环境条件相互作用的结果。那么在性状表现中,基因型的作用有多大,需要有一定数值表示。遗传度(heritability)就是亲代传递其遗传特性的能力,它可用一定的数值表示遗传因素在性状表现中所起作用的大小。如果性状变异完全是由环境因素造成的,则遗传度等于零。如果性状变异完全取决于遗传因素,则其遗传度为100%。一般说来,一种多基因遗传性状或疾病受环境因素的影响越大,遗传度越低,相反,环境因素作用越小,遗传度就越高。

  遗传度分为广义遗传度和狭义遗传度。广义遗传度是指遗传变异占表现型总变异的百分数;狭义遗传度是指遗传变异中属于基因加性作用的变异占表现型变异的百分数。由于估算狭义遗传度极为困难,人类一些性状的遗传度都是广义遗传度。

  在人类遗传中,估算广义遗传度的方法有多种,在此介绍一种利用双生子估算遗传度的方法。这种方法可用下面公式计算:

 

  例如:在25对单卵双生中,共同患精神分裂症的有20对,即同卵双生的发病一致率为20/25=0.8,即80%;在20对异卵双生中,共同发病的有2对,即异卵双生发病一致率为2/20=0.1,即10%。代入公式

 

  结果是精神分裂症的遗传度为78%。

  复习思考题

  1.名词解释

  性状、表型、基因型、亲本、测交、杂交、自交、等位基因、分离现象、连锁群、基因图谱、单基因遗传、多基因遗传、质量性状、数量性状、共显性遗传、不规则显性遗传、延迟显性遗传、性连锁遗传、遗传度

  2.孟德尔分离定律、自由组合定律的基本内容是什么,两定律的机制是什么?

  3.连锁与交换定律的实质是什么?

  4.多基因遗传有何特点?

  5.下面家系的个别成员患有一种少见的遗传病,已知为隐性遗传,患者的基因型是aa

  1)注明Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-3、Ⅲ-2、Ⅳ-1和Ⅴ-1的基因型。

  2)Ⅴ-1个体的弟弟是杂合体的概率是多少?

  3)如果Ⅴ-1与Ⅴ-5结婚,那么他们第一个孩子有病的概率是多少?

  4)如果他们的第一个孩子已经出生,而且已知有病,那么第二个孩子有病的概率是多少?

  5)Ⅴ-1的两个妹妹都是杂合体的概率是多少?

  6.如果两对基因AaBb是独立分配的,而且AaBb均为显性:

  1)从AaBb个体中得到AB配子的概率是多少?

  2AaBbAaBb杂交,得到AABB合子的概率是多少?

  3AaBb杂交,得AB表型的概率是多少?

  7.棕色眼睛(A)对蓝色眼睛(a)是显性,基因位于常染色体上,色盲基因(b)位于X染色体上,有一棕眼色盲的女子与蓝眼色觉正常的男子婚配,生了一个蓝眼色觉正常的女孩,试问:

  1)该女孩的基因型如何?

  2)后代中出现棕眼色盲男孩的机率是多少?

  3)这对夫妇的基因型如何?

  8.人类有一种称为刺猬皮病的遗传疾病,一个刺猬病男子与一个正常的女子婚配,生了五男两女,结果女孩均正常,男孩都是刺猬病患者,试解释这种遗传现象。