第九章 非孟德尔遗传

– DNA的甲基化，阻止基因的转录 – 低甲基化或不甲基化：转录活跃的基因 – 高度甲基化：不表达的基因
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图6-15 甲基化导致基因组印迹 37
□ 人类的PWS和AS综合征
○ 不同的症状：
PWS 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…
○ 相同的原因
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图6-6 X染色体随机失活 17
图6-7 巴氏小体
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剂量补偿——雌性哺乳动物一条X染色体异染色质化 （失活），只有一条X染色体具有活性，使雌雄动物虽 然X染色体数目不同但基因产物的剂量是平衡的。
补偿方式 哺乳动物 X染色体随机失活或父源X染色体失活 有袋动物 父源X染色体失活 黑腹果蝇 雄性个体X染色体基因表达水平加倍 秀丽线虫 雌性个体两条X染色体基因表达水平减半
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○ 异染色质折叠程度高，处于凝缩状态， 染色时着深。
组成性异染色质 除复制期外，均处于凝缩状态， 处于中期染色体的着丝粒区、端粒、次缢痕等 节段。具有明显的遗传惰性，不转录也不编码 蛋白。
兼性异染色质 指某些细胞或某一发育阶段，原 来的常染色质凝缩失去基因转录活性而成。雌 性哺乳动物一条X染色体异染色质化，在上皮细 胞中形成巴氏小体、在多核白细胞中形成“鼓 槌”。
○ 毛色镶嵌小鼠 黑白斑毛色镶嵌雌性小鼠 基因型为XBXb , B基因产生黑斑，b基因产生白
斑。XB和Xb随机失活，有活性的基因表现出相 应的斑块，形成黑白相间的斑块。
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图 6 8 毛 色 镶 嵌 小 鼠 的 成 因
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○ 人类的6-磷酸葡萄糖脱氢酶（G-6PD） 的测定
G-6PD基因位于X染色体，男女活性相同，表明 女性有一条X染色体失活。
Igf-2突变为Igf-2m将失去原有的影响动物生长 的功能，导致可能产生矮小型小鼠，能否产生矮 小型小鼠，则取决于Igf-2m的印迹情况
○ 正反交试验 ♂Igf-2 / Igf-2 × ♀Igf-2m / Igf-2m ↓ Igf-2 / Igf-2m ▲
母源的Igf-2m被印迹，父源的Igf-2表达，后代为正 常小鼠
具有两条母源的11号染色体的小鼠在胚胎期 比正常小鼠小，而具有两条父源的11号染色体 的小鼠在胚胎期比正常小鼠大，但这两种胚胎 都死于发育阶段。
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用人工单性生殖的小鼠胚胎，一是全套染色 体来自雄性亲本，另一是全套染色体来自雌性 亲本，这两种胚胎均在胚胎期死亡。
亨廷顿病是一种常染色体显性遗传病，致病 基因HD来自父亲，则发病年龄小；致病基因 HD来自母亲，则发病年龄大。
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♂Igf-2m / Igf-2m × ♀Igf-2 / Igf-2 ↓
Igf-2▲ / Igf-2m 母源的Igf-2被印迹，父源的Igf-2m表达， 后代为矮小型小鼠。 试验结果表明：
1. 正反交结果不一样； 2. 都是母源的基因被印迹，是一种母系印迹； 3. 被印迹的基因表达受抑制，失去生物学功能。
※ 上述结果表明，父系基因组和母系基因组含有胚胎发 育所需的不同信息，小鼠胚胎的正常发育需要分别来 自双亲的一套染色体。
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三、基因组印迹（基因组印记）
来自父母双方的同源染色体或等位基因存在着功能上的 差异，子代中来自不同性别亲本的同一染色体或基因，当 发生改变时可以引起不同的表型，这种现象称为基因组印 迹。
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□ 剂量补偿效应——哺乳动物雌性个体的 两条染色体有一条失活，以保持雌雄个体基因 产物的剂量平衡。染色体的失活会导致染色体 上的基因所决定的性状传递方式的改变。
□ 基因组印迹——基因表达时发生可遗传的 变化，造成基因产物的改变，最终导致表型的 改变，这种变异的遗传不符合孟德尔定律。
□ 核外遗传——细胞质中的细胞器（线粒体、 叶绿体等）也含有基因，这些基因控制的性状 也不按孟德尔式遗传。
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图6-5 麦粉蛾眼色的遗传 13
麦粉蛾色素是由犬尿氨酸衍生的犬尿 素形成。杂合体（Aa）雌蛾的卵母细胞在 减数分裂完成前合成并积累了犬尿素，其 形成的A或a卵细胞都有足量的犬尿素，甚 至存在于aa受精卵发育成的幼虫中，所以 复眼棕褐色。
但是，aa受精卵发育成的幼虫由于缺 少A，不能合成犬尿素，随着个体发育， 犬尿素减少直至耗尽，成虫复眼成了红色。
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反交组 左旋（d/d）♀×右旋（D/D）♂ F1 （D/ d） 全为左旋 F2 （D/D D/ d d/d） 全为右旋 F3 （D/D D/ d）右旋 ；d/d 左旋
F1代中的D/d ，表型与自身的基因型不一致， 不因为有D而表现右旋，而是受到其母亲的基因 型的影响而表现为左旋。F2延迟至F3才出现3：1 的分离比。
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图6-4 椎实螺的母体效应
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二、麦粉蛾眼色的遗传
野生型（AA/Aa）幼虫 复眼棕褐色 皮肤有色 突变型（aa） 幼虫 复眼红色 皮肤无色
AA×aa → F1 Aa 幼虫复眼棕褐色 F1 Aa ♂× aa ♀ → 幼虫棕褐色（Aa）：红 色（aa）＝ 1：1 F1 Aa ♀× aa ♂ → 幼虫（Aa）棕褐色 → 成虫（Aa）棕褐色 幼虫（aa）棕褐色 → 成虫（aa）红 色
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□ 椎实螺杂交试验结果的解释
母体效应的概念——由母体的基因型决定后代 表型的现象为什么延迟至F3才出现3：1的分离 比？
椎实螺的受精卵进行螺旋式卵裂，成体外 壳的旋向取决于最初两次卵裂中纺锤体的方向， 倾向右侧45°则为右旋，倾向左侧45°则为左 旋。而纺锤体的方向取决于卵细胞质的特性， 即取决于母体染色体上的基因，子代的基因型 不能对之作改变，要等到子代产生卵细胞，才 能决定下一代的表型，所以延迟了一代。
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○ 基因的印迹过程的三个阶段
建立阶段——上例母系印迹，印迹在卵子形成 过程中建立。
维持阶段——在胚胎和个体的体细胞中，来自 母系的基因继续维持被印迹的状态，父源的等位 基因得到表达。
抹除与重建阶段——发生在配子形成的过程中
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图6-12 基因印迹过程的三个阶段
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基因印迹的机制
配子在形成过程中被打上标记
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第二节 母体效应
一、椎实螺外壳旋转方向的遗传
□ 椎实螺雌雄同体（精子和卵细胞都带有相同 的核基因），一般进行异体授精，单独饲养时可 进行自体授精。椎实螺外壳的旋转方向有右旋和 左旋之分，拿一个螺壳的开口对准自己，开口在 你右边的就是右旋，开口在你左边的就是左旋。
□ 外壳的旋转方向由一对基因控制，右旋（D） 对左旋（d）为显性。子代外壳的旋转方向由其 母亲的基因型决定，而与父亲及它自己的基因型 无关。
约有100-200个印迹基因。目前研究教为深入的 是小鼠印迹基因（见教材表10-3,P272）。
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图6-16 小鼠的印迹基因
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第五节 核外遗传
一、核外遗传现象与核外遗传学
（一）核外遗传现象 □ 叶绿体的遗传——紫茉莉的绿白斑遗 传
紫茉莉有一种品系，同一个体上有些枝条长 绿色叶子，有些枝条长白色叶子，有些枝条长 绿白相间的花斑叶子。以不同表型枝条上的花 朵相互授粉时，其后代的表型完全取决于结种 子的枝条，而与采集花粉枝条的表型无关。
叶绿体来自细胞质中的前质体，能独立复制。细 胞分裂时，前质体大都通过卵细胞质传下去，而雄 配子中前质体很少或没有。所以，叶绿体的性状大 都由结种子的亲本传下去，即后代的叶绿体种类取 决于种子产生在哪一种枝条上。
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第三节 剂量补偿效应
一、剂量补偿的概念
□ 常染色质和异染色质 真核细胞的染色体和染色质是细胞核内同一物 质在细胞周期不同时期表现出来的不同构象， 染色质分为常染色质和异染色质。
○ 常染色质折叠程度低，处于伸展状态， 染色时着色浅。DNA主要是单一序列和中度重 复序列。处于常染色质状态是基因转录的必要 条件。
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Hale Waihona Puke 图6-1 椎实螺的外壳4
图6-2 椎实螺外壳旋转方向的遗传 5
□ 杂交试验的结果 正交组 右旋（D/D）♀×左旋（d/d）♂ F1 （D/ d） 全为右旋
F2 （D/D D/ d d/d） 全为右旋 F3 （D/D D/ d）右旋 ；d/d 左旋
F2 代中的d/d ，其表型与自身的基因型 不一致，是由于母亲基因型的效应（影响） 延迟至F3才出现3：1的分离比。
15号染色体长臂15q11— q13有微小缺失
○ 不同的原因
PWS 患者缺失的15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。
AS 患者缺失的15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。
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图6-14 基因组 印迹的
转变
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四、基因组印迹
○ 印迹基因广泛分布在基因组中，人类基因组
前面讲过的X染色体失活，本节讲的基因组印 迹都是表观遗传变异，此外还有DNA甲基化、 RNA编辑等，这些变异的遗传不符合孟德尔的遗传 规律。
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二、孟德尔遗传规律的例外
孟德尔遗传规律认为不管遗传物质来自双 亲的哪一方，都具有相同的表型效应。但是， 有些遗传现象是例外的——
公驴与母马杂交生成骡子，公马与母驴的后 代称为駃騠(jueti),两者有相当显著的差别。
X染色体失活分起始、维持、扩散3个阶 段。教材图10-10。
X染色体失活只是部分失活，在失活染 色体的Xic位点上发现有活性的基因 （XIST）。
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图6-10 Xic的失活作用
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图6-11 XIST基因的表达
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第四节 基因组印迹
一、表观遗传变异
基因结构的改变会导致表型的改变，这种变异 是可以遗传的。新的发现表明，在基因DNA序列不 发生改变的情况下，基因表达可发生可遗传的变化， 这种变化同样导致表型的改变，这种改变称为表观 遗传变异（epigenetics variation）。