第09章非孟德尔遗传

幼虫
½ Aa 棕褐色 ♀和♂
½ aa 棕褐色 ♀和♂
成虫 棕褐色
成虫 红色
B.杂合体雌性的测交 5
三、剂量补偿效应(dosage compensation)
细胞质中存在着某些物质可以使染色体凝聚。 在哺乳动物中，细胞质某些调节物质也能使两条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。
花斑
花斑
花斑
由核外基因控制的性状，其遗传方式不服从孟德尔
定律，正交和反交子代性状总是表现母本性状的特征， 称为母系遗传(maternal inheritance)。
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2 线粒体DNA的结构特征
2.1 线粒体(mitochondrial)与线粒体DNA （1）线粒体
（2）线粒体DNA
大多数真核生物的线粒体DNA分子呈共价、闭合、 环状结构(图)。
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二、母体效应(maternal effect)
由母体基因型决定后代表型的现象称为母体效应
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椎 实 螺 的 母 体 效 应
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麦粉蛾的眼色的母体效应
aa ♀ × Aa ♂
红色
棕褐色
幼虫
½ Aa 棕褐色 ♀和♂
½ aa 红色 ♀和♂
成虫 棕褐色
成虫 红色
A.杂合体雄性的测交
Aa ♀ × aa ♂ 棕褐色 红色
正有 常一 XX 个 个巴 体氏
小 体
正没 常有 XY 一 个个 体巴
氏 小 体
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三色猫(三玳瑁猫)的巴氏小体
三色猫，雌性的三色猫腹部的毛是白色 的，背部和头部的皮毛由橘黄色和黑色斑组成。 是X染色体上B和b基因嵌合的雌性猫。
XB Xb
黑色
橙黄色
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小鼠的巴氏小体
位于X染色体的基因B和b分别控制黑色和白色体毛。
目前发现的绝大多数基因组印迹都是 DNA甲基化的结果。
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五、核外遗传(extranuclear inheritance)
1 核外遗传现象的发现
柯林斯报道了紫茉莉镶嵌叶的遗传不符合孟德尔定律。
父本枝条表现 母本枝条表型
后代表型
白色
白色
白色
绿色
白色
花斑
白色
白色
绿色
绿色
绿色
绿色
花斑
绿色
白色
花斑
花斑
绿色
第九章 非孟德尔遗传
非孟德尔遗传现象 母体效应 剂量补偿效应 基因组印迹 核外遗传
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一、非孟德尔遗传现象(non-Mendelianin heritance)
不符合孟德尔遗传定律 的基因作用模式，称之 为非孟德尔遗传。
非孟德尔遗传大体上包括4部分的研究内容： ¾母体效应 ¾剂量补偿效应 ¾基因组印迹 ¾核外遗传
mtDNA的转录从位于D-loop内的启动子开始， 连续不断地绕环状分子进行，直至D-loop转录终止。
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2.4 mtDNA的翻译
线粒体基因表达所需的tRNA、rRNA和mRNA均 由线粒体自身合成，线粒体基因组翻译所需的所 有蛋白均由核基因编码，在周围的细胞质中合成 后输入线粒体内，但这些酶类也都不同于细胞中 蛋白质合成机构所用的组成，而是线粒体专用。
Xic与X染色体保持数量和行为 的一致性，即只要存在X染色体， 就能够在这X染色体上找到Xic。
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X染色体失活特异基因 (X-inactive specific transcript，XIST)
人类只有一条X染 色体是有活性的，XXX 和XO的女性也只有一条 X染色体有活性，那么 为什么会出现异常呢?
1974年Lyon又提出 了新莱昂假说，认为X 染色体的失活是部分片 段的失活。
1991年，在失活的X染色体发现了一个活性
基因，并且这个基因就在Xic内，命名为X染色体
失活特异基因(XIST) 。
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四、基因组印迹(genomic imprinting)
基因组印迹或称亲本印迹(parent imprinting)是 指基因组在传递遗传信息的过程中对基因或DNA片 段打下标识、烙印的过程。
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莱昂假说(Lyon hypothesis)
1961年Mary Lyon根据对三色猫和黑白斑镶嵌 小鼠的研究结果，以及巴氏小体的发现，提出了 雌性个体细胞中X染色体失活的假说。
①巴氏小体是一个失活的X染色体，失活的过程 称为莱昂化(1yonization)；
②在哺乳动物中，雌性个体细胞中的两个X染色 体中有1条X染色体在受精后失活；
基因组印迹依靠单亲传递某种性状的遗传信 息，被印迹基因会随着它来自父源或母源而有不 同的表现，即源自双亲的两个等位基因中一个不 表达或表达甚微。因此，基因组印迹不遵循孟德 尔遗传定律。
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类胰岛素生长因子2基因 (insulin-like growth factor2，Igf-2)
Igf-2基因的突变基因Igf-2m将导致矮小型小鼠， 但是否产生矮小型小鼠取决于Igl-2m的印迹情况。
酵母的mtDNA分子约为84kb，高等植物mtDNA分子 在100kb以上，果蝇、爪蟾的mtDNA分子在18kb左右， 脊椎动物的mtDNA分子约为16.5kb。
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线 粒 体 D N A 环 状 结 构
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人类线粒体基因组
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2.2 动物线粒体DNA的结构
(1)mtDNA的两条链依照碱基密度可分为重链和 轻链，两条链都参与复制和转录过程。
(4)呈现严格的母系遗传特性
(5)遗传上具有自主性
(6)进化速率不同 (7)基因转移
在动物和植物核DNA内随机插有mtDNA短片段，称为核线粒体 DNA(Numt)，Numt在核基因组中不编码多肽，以高度串联重复序列方 式出现。Numt的存在是线粒体基因向核基因组转移的结果
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4 mtDNA基因效应的分析方法
③两条X染色体中哪一条失活是随机的； ④X染色体失活后，在细胞继续分裂形成的克隆
中，此条染色体都是失活的； ⑤生殖细胞形成时，失活的X染色体可得到恢复。
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X染色体失活中心(X-inactivation center，Xic)
Eeva Therman和Klaus Patau 发现X染色体的一个位点与X染色 体的失活密切相关，称之为X染色 体失活中心。
(4)在碱基组成上，D-loop为A-T富集区，依照碱基A 的比率，D-loop可分为左功能区(包含D-loop的 5’端)、中间保守区和右功能区(包含D-loop的3’ 端)三部分。
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2.3 mtDNA的转录
顺时针方向的转录链为重链，在mtDNA编码的 37个基因中，重链编码除ND6以外的其他12条多肽、 14个tRNA基因和2个rRNA基因，轻链则只编码1条 多肽(ND6)和8个tRNA基因。
(2)mtDNA的物理结构可分为编码区和非编码区。 编码区共编码37个基因，包括13条多肽，22个
tRNA基因，2个rRNA基因。
非编码区是线粒体基因组的控制区或称取代环 (dispacemet loop，D－loop)。
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2.2 动物线粒体DNA的结构
(3)mtDNA的复制即从非编码区的重链复制起点开始， 沿轻链顺时针方向延伸，形成替代重链，在非编码 区内首先形成三链结构，即取代环，直至延伸到轻 链复制起点时，轻链才开始复制。
线粒体DNA的遗传密码不仅与所有真核和原核 基因所用的有一定的差异，甚至不同种属的线粒 体所用的遗传密码也不完全相同(P278)。
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3 核外基因的遗传特征
(1)无组织特异性
(2)为多拷贝基因组，但其含量仅占细胞总DNA的 0.5％左右。
(3)结构一般为共价、闭合、环状分子，分子量小， 在几百kb以下，远远小于核基因组
♂
♀
Igf-2/Igf-2 × Igf-2m/Igf-2m 2m
♀
♂
Igf-2/Igf-2 × Igf-2m/Igf-
Igf-2 Igf-2m ▲(被印迹)
正交
Igf-2m Igf-2 ▲(被印迹)
反交
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基因组印迹的机制
基因组印迹的机制是在形成过程中被 打上的标记，这个标记就是对DNA结构的修 饰。DNA甲基化是一种DNA结构修饰，甲基 化修饰可阻止基因的转录，因此，转录活 跃的基因是低甲基化或不甲基化的，不表 达的基因是高度甲基化的。
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①非孟德尔现象 核外基因效应存在的必要条件。
②正反交 正反交的结果不一致，特别是总表现为母系遗 传特性时，就有可能存在核外基因效应。 母系遗传与母体效应的正反交结果可以通过一 系列的回交加以区分
③F2代混合家系分析
④核移植 当核移植后代表现提供去核细胞的亲本的特性 时，就能够得出存在核外基因作用的结论。