动物的主要性状的细胞遗传

基因印迹过程的三个阶段
印迹 合子
囊 胚 维持 印迹 去除
受 精
Igf-2m
Igf-2
Igf-2m
Igf-2
1) A wave of genomewide DNA demethylation proceeds in the male pronucleus of the mouse zygote only few hours following fertilization.
One major theory is the parental conflict theory which proposes that imprinting of some genes occurred because of a battle or conflict between the sexes to control the maternal allocation of resources to their offspring. This theory was originally proposed by both Dr. Tom Moore and Dr. David Haig in 1991.
（１）剂量补偿效应
真核生物的异染色质高度凝聚，不具转 录活性。
在哺乳动物中，细胞质中的某些调节因 子能使两条X染色体中的一条异染色质化。 只有一条X染色体具有活性，这样就使得 雌、雄动物之间虽然X染色体的数量不同， 但X染色体上基因产物的剂量是平衡的， 这个过程就称为剂量补偿。
1949年，Murray Barr首先在雌猫细胞 核中观察到了高度凝聚的X染色体，而在 雄猫中未发现这一现象。
⑤基因组印记的其他实例或应用
a. Igf-2基因调控区突变与猪的育种
b. 孤雌生殖的小鼠 c. 普拉德－威利综合症与安格尔曼综合征
a. Igf-2基因调控区突变与猪的育种
父源表达的印迹基因Igf-2等对肌肉量 有显著影响，只有来自父本的Igf-2基因
才能在子代中表达。
Carine Nezer等发现在猪的Igf-2位点 一个G→A（相应于人Igf-2 基因第2外
显子）的点突变可以影响猪的生长性能、 瘦肉率和脂肪沉积。
Anne-Sophie Van Laere等发现，猪IGF2 调节区的突变可以产生影响肌肉生长的QTL， 并证明这个QTL是由IGF2第3内含子上的一个 单碱基替代所形成的。
由于这个突变出现在CpG岛（印迹基因的 差异甲基化区域）上，会使印迹状态发生改变 从而影响基因的表达调控。这个QTL对瘦肉率 有15%~30%的影响，对背膘厚有10%~20%的 影响
2) Upon the formation of inner cell mass (ICM – future embryo proper) in the preimplantation blastocyst, chromatin remodelling ensures erasure of polycomb chromatin marks and the the re-activation of inactive X chromosome (Xi) in female embryos.
非编码区变异通过影响基因表达过程， 调节合成产物量；
大部分DNA变异表现为SNP。
二、非DNA序列信息 对性状的决定作用
表观遗传(epigenetic inheritance)：通 过有丝分裂或减数分裂来传递非DNA序 列信息的现象。
１、表观遗传学的概念
表观遗传学( epigenetics) ： 研究不涉及DNA序列改变的基因表达和 调控的可遗传变化的。 或者说是研究从基因演绎为表型的过程 和机制的一门新兴的遗传学分支。
２基因决定性状的途径
转录、翻译、生理生化反应……
经典中心法则
３ 基因(组)差异决定表型差异
（1）重要功能基因的遗传效应； （2）多基因间的综合作用 数量性状的微效多基因假说（加性效应）； 基因间的复杂互作机制（非加性：显性、互
补、上位、抑制、重叠等）；
基因表达调节蛋白，如转录调控因子
（3）基因变异来源 编码区变异直接影响产物的结构和功能；
小鼠中发现的印迹基因及遗传模式
基因
Igf2 H19 Igf2r Insulin-2 Gnas Rasgrf1 Peg3/Pw1 其他……
遗传模式 父系遗传 母系遗传 母系遗传 父系遗传 父系遗传 父系遗传 父系遗传
基因功能
类胰岛素生长因子2 不翻译的RNA 类胰岛素生长因子2受体 胰岛素
Ga GTP交换蛋白 NF-κB调节
relation to sex anomalies in man. Recent Prog Horm Res 1958:14:255.)
X inactivation and the tortoiseshell cat
Calico cat
X连锁的B基 因控制黑色 毛斑，b基因 控制橙色毛 皮。
三色猫大多 数是B和b基 因的嵌合的 雌性猫。
The theory proposes that paternally active imprinted genes can enhance the extraction of nutrients from the mother during pregnancy,
Genomic imprinting may evolve to promote cooperation between maternal and offspring genomes
Natural selection favors the sole expression of maternal gene copies, because it allows for the genetic coadaptation of maternal offspring traits and leads to higher offspring fitness
２、表观遗传学的特点
无DNA序列变化； 可遗传； 基因表达的改பைடு நூலகம்；
３、表观遗传的机制
（１）剂量补偿效应 （X染色体失活）
（２）基因组印迹 （DNA甲基化、组蛋白修饰）
（3）染色质结构重塑
Epigenetic Regulation of Gene Expression
Methylated DNA Histone
第三章 畜禽主要性状的遗传
掌握各类性状遗传规律的目的
是家畜遗传改良、培育新品种和新品系等育种 工作的前提，在育种工作中针对不同的性状进 行相应的操作 即：
选择具有优良目标性状的个体做种用； 采用适宜的交配方法，使这些优良性状稳 定地遗传到下一代
第一节 动物性状与基因的关系
一、基因对性状的决定作用
因此，将XX个体中失活的那条X染色体 命名为巴氏小体（Barr body)。
Stained sex chromatin in the nuclei of human cells showing the female-indicative Barr body (bright spot)
and the male-indicative Y body (bright spot)
3) Developing germ cells undergo genome-wide DNA demethylation and chromatin remodelling that involves erasure of genomic imprints and
④ 基因组印迹的机制
配子在形成过程中，DNA产生的甲基化、 核组蛋白产生的乙酰化、磷酸化和泛素 化等修饰，使基因的表达模式发生了改 变。 如：DNA甲基化修饰可阻止基因的转录。
１基本概念
基因：Gene 性状：Trait or Character
质量性状：Qualitative Trait 数量性状：Quantitative Trait
单基因控制性状：分离定律（豌豆7对相对性状的遗传）； 多基因控制性状：基因自由组合、连锁互换、基因互作。
一因多效：一个基因影响多个性状，即基因的多效性； 多因一效：多个基因控制一个性状 。
白的甲基化、乙酰化、磷酸化、
泛素化等）而使基因或DNA片 段被标识的过程。
From：《Genomic Imprinting Methods and Protocols》
One
Epigenetic Mechanism for repressing transcription
② 基因组印迹的特点
基因组印迹依靠单亲传递某种性状的遗 传信息，被印迹的基因会随着其来自父 源或母源而表现不同，即源自双亲的两 个等位基因中一个不表达或表达很弱。 不遵循孟德尔定律，是一种典型的非孟 德尔遗传，正反交结果不同。
患病的雄猫 不能生育， 有多余的X染 色体(XXY， XXXY等)
XXY，Klinefelter’s syndrome
XYY karyotype
Down syndrome
先天愚型、Down综合征
主要症状
特殊面容：鼻梁低,眼斜视,外眼角上翘, 内眦赘皮,耳小,低位,口常开, 流口水。 智力障碍，智商一般在25-50。 50%有先天性心脏畸形，通贯手（猿线), 草鞋脚。
Jason B Wolf, Reinmar Hager, (2006) A maternal-offspring coadaptation theory for the evolution of genomic imprinting. PLoS Biology 4(12): e380.
Battle of the sexes
Barr body in epidermal spinous cell layer nuclear appendage in white blood cells
Left:Barr body (arrows) in the epidermal spinous cell layer Right:Nuclear appendage ("drumstick") identified by arrow in white blood cells. (Reproduced,with permission,from Grumbach MM,Barr ML:Cytologic tests of chromosomal sex in
Histone Modifications
Adapted from Lund and Lohuizen Genes Dev 2004
Histone Modification Status Correlates with Transcriptional Activity
Gene activation correlated with H3-K9 acetylation Gene silencing associated with H3-K9 methylation
内 眦 赘 皮
不同年龄妇女出生先天愚型患儿频率之比较
母亲年龄（岁） 先天愚型出生频率/每1000个新生活婴
20－24
1.1
25－29
1.1
30－34
2.0
35－39 40－44
45－
5.0 15.0 30.0
（２）基因组印迹 /
①概念 或称亲本印迹 （parent imprinting） 是指基因组在传递遗传信息 的过程中，通过基因组的化 学修饰（DNA的甲基化；组蛋
Igf2基因突变导致矮小型小鼠的遗传
正
♂ Igf-2 Igf-2 正常小鼠
交
♀ Igf-2m
Igf-2m 矮小型小鼠
反
♂ Igf-2m Igf-2m 矮小型小鼠
交
♀ Igf-2
Igf-2 正常小鼠
Igf-2 Igf-2m
正常小鼠
Igf-2m Igf-2
矮小型小鼠
由正反交实验可以看出：
①印迹基因的正反交结果不一致、不符 合孟德尔定律
②小鼠Igf-2基因总是母本来源的等位基
因被印迹，父本来源的等位基因表达， 因此是母本印迹
③基因印迹使基因的表达受到抑制，导 致被印迹的基因的生物功能的丧失。
③基因印迹过程
三个阶段： 1、印迹的形成 印迹形成于成熟配子，并持续到出生后。 2、印记的维持 3、印记的去除 印记的去除过程是发生在原始生殖细胞 的早期阶段。