武汉大学遗传学第5章剂量补偿效应及其分子机制

巴氏小体的数目＝X染色体数－1
在女性中，1个X染色体的浓缩过程称为X失活（Xinactivation）。因为这种X染色体在代谢上是失活的，所 以不能产生mRNA；而其DNA的复制也较其他染色体为迟。
5.3.3
X染色体随机失活的分子机制
X染色体失活是个体 发育过程中一种独特的调 节机制。 （1）大多数的X连锁基因 在胚胎早期发育过程中表 现为稳定的转录失活，但 并非整条X染色体上的所 有基因全失活。人类X染 色体上可能有1／3的基因 逃避完全失活。
该发育过程导致了位于该染色体上的多达1000个基因沉默，使 雄性和雌性性别连锁基因的表达量平衡。
被XIST RNA覆盖的X 染色体上的大多数基因 的活性被抑制，成为失 活的X染色体。但是， XIST表达的沉默对活性 X染色体非常必要，这 是哺乳动物剂量补偿的 重要特征。
5.4 连锁交换与重组
5.4.1 果蝇的完全连锁与不完全连锁 （1）基本概念：
Lyon假说的证据之一是雌性杂合体玳瑁猫（calico cat） 的毛皮上有黑色和黄色随机嵌合的斑块
玳瑁猫及其X染色体失活模式 （引自G riffiths等，2005） （a）玳瑁猫 （b）X染色体失活模式
图5－8
Lyon假说最有力的证据是对不同个体葡萄糖6磷酸脱氢 酶（G6PD）基因型电泳的研究结果。
5.3 剂量补偿效应及其分子机制
5.3.1 性染色质体
性染色质体（sex-chromatin body） 又名巴氏小体（Barr body）
巴氏小体是一种惰性的异染色质化的小体
1949年，M.L.Barr发现雌猫神经元间期核中有一个染色 很深的染色质小体，而雄猫中没有。此后在人类大部分正常 女性表皮、口腔颊膜、羊水等细胞的间期核中也找到一个特 征性的、浓缩的染色质小体。由于其与性别及X染色体数目 有关，所以称为性染色质体。
对于这个结果，摩尔根假定基因B和Vg同处于一条染色 体上，基因b和vg同处于同源染色体的另一成员上。他将这 种处于同一染色体上的基因遗传时较多地联系在一起的现象 称为连锁（linkage）。对于上述第一种测交结果摩尔根称完 全连锁（complete linkage） 完全连锁：是指杂种个体在形成配子时没有发生非姊妹染色 单体之间交换的连锁遗传。
莱昂假说（Lyon hypothesis）
1962年英国学者Mary Lyon 提出莱昂假说（Lyon hypothesis） ，也称为有活性的单个X染色体的剂量补偿（ dosage compensation）和形成性染色质体的X染色体失活假 说,其主要内容是： ①正常雌性哺乳动物的体细胞中，两条X染色体中只有 一条在遗传上有活性，另一条无活性。由于X连锁基因得到 剂量补偿，雌性XX和雄性XY具有相同的有效基因产物。 ② X染色体失活是随机的。受精卵发育到胚胎早期，女 性的两条X染色体在分化的各类细胞中，其中的一条X染色体 随机失活。在某些细胞中父源的X染色体失活；而另一些细 胞是母源的X染色体失活。
请记住：果蝇中的雄蝇和家蚕中的雌蚕为完全连锁， 染色体间没有交换。Байду номын сангаас
• 接5.5－5.7
（2）当F1雌蝇和黑体残翅的雄蝇测交时，后代出现了灰体 长翅、灰体残翅、黑体长翅和黑体残翅4种类型，但比例 却是：
第二种方式的测交，后代出现数目不等的4种表 型，其中亲本的类型远远多于新类型。摩尔根称这 种连锁方式为不完全连锁（incomplete linkage）。
不完全连锁（incomplete Linkage）：是指某种个体的连锁 基因，在配子形成过程中同源染色体非姊妹染色单体间发生了 互换的连锁遗传。
取自基因型GdA GdB杂合妇女的皮肤细胞原始培养物，测定G6PD酶活性， 电泳图谱上出现A、B两种条带。进一步检测单个细胞的培养物时（克隆培养）， 它们或者完全表现为A型条带，或者完全为B型条带。
细胞学的研究发现，性染色质体的数目正好是X染色体
数目（n）减1，即n－1。 这是因为正常雌性细胞中的2个X染色体中的1个在遗传 上是失活的，并在间期形成Barr小体。 所以：
（2）完全连锁与不完全连锁
Morgan在黑腹果蝇中发 现： B（灰体）对b（黑体） 是显性， Vg （长翅）对vg（ 残翅）为显性，它们位于常 染色体上。 BBVgVg × bbvgvg F1 BbVgvg（灰体长翅）
取F1的杂合体进行下列两种方式的测交，所得到的结果 却完全不同。 （1）当F1的雄蝇和黑体残翅的 雌蝇测交时，按两对基因的自由组 合定律来预测，应产生： 灰体长翅（BbVgvg） 灰体残翅（Bbvgvg） 黑体长翅（bbVgvg） 黑体残翅（bbvgvg） 4种表型的后代，且比率应为 1:1:1:1。可是实验的结果并非如 此，而是只有数目相同的灰体长翅 （BbVgvg）和黑体残翅（bbvgvg） 两种表型。
连锁（Linkage）：某些基因由于它们位于相同的染色体上， 在一起遗传。这些在相同染色体上的基因表现为连锁。决定 不同性状的基因位于相同的染色体上称为连锁基因（Linked Genes）。 连锁群（Linkage group）：位于同一对染色体上的全部基因 称作一个连锁群。对于某一生物而言，连锁群的数目应该等 于染色体的对数。连锁基因属于同一个连锁群。 亲代组合（parental combination）：表现为亲本等位基因 组合的子代。
5.3.2
剂量补偿效应与Lyon假说
性染色体异常（数目） 成活
哺乳动物
常染色体数目异常 往往 死亡
哺乳动物X染色体上的基因在纯合的雌性细胞中有相同 的两份拷贝，而雄性体细胞中只有一份，可是在雌体与雄体 的表型上却看不出任何显著的差别 哺乳动物有一种剂量补偿机制，对超数的性染色体进行 补偿，对额外的常染色体不存在这种机制。 剂量补偿效应（dosage compensation effect）：指的 是在XY性别决定的生物中，使性连锁基因在两种性别中有 相等或近乎相等的有效剂量的遗传效应。
剂量补偿效应有3种不同的机制：
①在哺乳类（包括人类）中雌性XX中的随机的一 条X染色体失活，在雄性XY中单条X染色体保持活 性。在有袋动物中，总是从父本遗传下来的X染 色体被失活。 ②在果蝇中，雌性中的两条X染色体都有活性， 而在雄性XY或XO中唯一的一条X染色体超活性 ③线虫（C.elegans）的剂量补偿机制是在XX个 体为雌雄同体，两条X染色的连锁基因的转录活 性同时减弱，使之处于低活性状态，即每条X染 色体基因的表达水平是单条X染色体（雄性中） 的表达水平的一半，以便实现与雄性（XO）个体 的，只具一条X染色体上连锁基因活性的剂量补 偿。
重组子（合）/重组型（recombinant /recombinant type）： 表现为非亲本等位基因组合的子代。 例：AB和ab亲本杂交，亲本型的子代是：AB和ab 重组合的子代是：Ab和aB 产生重组子（重组合）的过程叫做： 遗传重组（Genetic recombination）。 当做遗传分析时，两个基因的重组值＜50％时，这两个 基因就被认为是连锁的。 在F2中：亲组合＞＞重组合 基因在染色体上成直线排列，并在遗传上表现连锁与交 换的现象——连锁法则（遗传学第三定律）
③失活发生在胚胎发育的早期，如人类X染色体随机失活发 生在胚胎发育第16天，合子细胞增殖到5 000～6 000个细胞 时期。在小鼠中4～6天的胚胎中X染色体随机失活。某一个 细胞的一条X染色体一旦失活，由这个祖先细胞分裂的所有 后代细胞中的该X染色体均处于失活状态。 ④杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体（mosaic），即 某些细胞中来自父方的伴性基因表达，某些细胞中来自母方 的伴性基因表达，这两类细胞随机地相嵌存在于某些组织中 ，毛皮颜色的随机嵌合性特别引人注目。
表达的基因（逃避失 活）与失活的基因在 X染色体上是穿插排 列的。意味着失活基 因转录的关闭不是由 它们在X染色体上所 在区域决定，而是与 某些位点的特殊作用 有关。
（2）在哺乳动物X染色体上存在一个特异性失活位点，即X 失活中心（X inactivation center，XIC）。在Xq13，大约 在一个450 kb的克隆区域中包含了所有的XIC，在XIC内鉴定 出了一个新的基因XIST（X inactive specific transcript ， X染色体失活特异转录物） 一般认为在X－失活中心开始，朝两个方向扩展。研究表 明，当使一条X染色体失活时，有一专一表达的独特形式， 而一条有活性的X染色体没被表达。XIST的表达产物是一顺 式作用的核RNA，而不编码生成蛋白质。
X染色体失活始于X染色体上的XIC基因座的启动。在X失活中，两个非 编码基因，Xist和它的反义转录产物Tsix扮演了重要角色。Tsix在保留 活性的染色体上表达，而表达Xist的X染色体则失活。
Xist基因的产物是一个从X失活中心转录出来的17Kb的未翻译的核RNA。
Xist RNA顺式包裹表达它的染色体并引发快速基因沉默。