性连锁遗传

第二节性连锁遗传
一、摩尔根关于果蝇伴性遗传的研究
为什么父亲的血友病基因不会传给儿子只会传给女儿？为什么芦花斑羽母鸡与非芦花公鸡交配的子一代的公鸡一定是芦花斑羽？在印第安人群中多见的一种毛耳缘性状为什么只遗传给男性？解开这些谜要归功于20世纪初遗传学的深入研究。

1908年美国遗传学家T.H.Morgan发现黑腹果蝇是一种十分有利于遗传学研究的材料。

这种双翅目昆虫体小(3～4mm)，饲养简便、经济，凡能发酵的食料都能成为它的良好培养基。

在夏季它们大量出现于水果摊上，故名果蝇。

野生的果蝇有一对深红的复眼，灰褐色身体，一对长翅膀，全身具有直立的刚毛。

它的繁殖力强，每只雌蝇平均每天可产20个卵，最高可产80个卵；生活周期短，恒温25℃一个世代平均约10d。

在以后的研究中，人们又陆续发现黑腹果蝇的染色体数目只有4对，而且形态特点十分明显；突变种类多，为各式各样的杂交提供了丰富的材料。

1909年，摩尔根从他们自己培养的黑腹果蝇的群体中发现了第一个他称为“例外”的白眼睛的雄蝇。

他牢牢抓住了这个“例外”，用它做了一系列精巧设计的实验，其中有3个实验是最能说明问题的。

1．将这只白眼雄蝇和它的红眼正常姊妹杂交，F1都是红眼，可见红眼对白眼为显性。

而F2的4 252只果蝇中，白眼果蝇大量出现，但只限于雄蝇，实得结果如下：
如果考虑隐性的白眼果蝇的生活力较低，那么，可以认为上述F2的比率接近2∶1∶1。

在这个实验中最引人注意的一点应是：隐性的白眼性状只在雄蝇中出现，所有的雌蝇都为红眼。

这显然不是简单的孟德尔分离定律所能解释的，大有进一步研究的必要。

2．事实上，在得到F2之前，摩尔根已经开始了他的第二个实验。

他把实验1中所得的F1雌蝇(红眼)和最初的那只白眼雄蝇进行回交，由此得到如下结果：
这是典型的孟德尔测交比，红眼∶白眼=1∶1，雌蝇∶雄蝇=1∶1，此结果不仅证明了红眼雌蝇是杂合体，而且其中同样出现了白眼性状，因而同时也证明了原来那只白眼雄蝇是一个带隐性基因的纯合体。

但是，解释这种遗传现象的钥匙，却是从下一个实验找到的。

3．他将上述测交实验所得的白眼雌蝇和一个毫无血缘关系的、取自另一原种瓶的纯种红眼雄蝇杂交。

杂交的结果出乎意料之外地发现F1雌蝇都为红眼，雄蝇却全是白眼。

这种母亲把性状传给儿子，父亲把性状传给女儿的现象称做交叉遗传(criss-cross inheritance)，这是一种新的遗传现象。

更令人兴奋的是把这样的红眼雌蝇与白眼雄蝇互相交配，其结果完全和上面实验2所给出
的F
1杂
种回交
结果一
样。

上
述结果
无疑说
明，白眼
雄蝇无
论是来
自自然
变异(第1、2实验)还是来自杂交的后代(实验3)都是纯合体。

由杂交而得到纯合子的现象只有一种可能，即在雄蝇中，只能有一个白眼基因。

换言之，就这个白眼基因而论，雄蝇永远不会成为杂合子，或者说永远像配子那样“纯洁”。

性状遗传随着动物的性别的不同而有所差别，是遗传学家碰到的新问题。

它的解决单纯依靠遗传学自身的知识是不够的。

摩尔根成功的解释，主要地是以性染色体决定性别的研究成果为依据的。

摩尔根假设：控制白眼性状的隐性基因w位于X染色体上。

Y染色体上不带有这个基因的显性等位基因。

关键的问题解决了，果蝇白眼性状遗传的特殊情况都得到了圆满的解释。

摩尔根的假设不仅合理地解释了他的实验结果，而且可以预计白眼雌蝇与白眼雄蝇交配时，F1应全为白眼，而且永远是真实遗传的。

实验的结果与假设相符，假设得到了证实。

像果蝇白眼性状这样由性染色体所携带的基因在遗传时与性别相联系的遗传方式称为伴性遗传(sex-linked inheritance)或称X连锁遗传。

伴性遗传可以归纳为下列两条规律：
1．当同配性别传递纯合显性基因时，F1雌、雄个体都为显性性状。

F2性状的分离呈3显性∶1隐性；性别的分离呈1∶1，其中隐性个体的性别与祖代隐性体一样，即外祖父的性状传递给外孙。

2．当同配性别传递纯合隐性基因时，F1表现交叉遗传，即母亲的性状传给儿子，父亲的性状传给女儿。

F2性状与性别的比均为1∶1。

显然，伴性遗传与非伴性遗传相比较时有以下几个特点：决定性状的基因在性染色体上；性状的遗传与性别有关；正交与反交F1的结果不同；表现特殊的交叉遗传规律。

摩尔根在黑腹果蝇的白眼遗传学分析中第一次把一个特定的白眼基因(w)和一条特定的染色体(X染色体)联系起来，为遗传的染色体学说提供了第一实验证据，开辟了细胞遗传的新方向。

二、人类的伴性遗传
根据人类雄性个体(XY)的性染色体在减数分裂时染色体配对行为和
性染色体在结构功能上的差异，可以把性染色体分为配对区域和非配对区域。

一般认为X染色体长臂远端和Y染色体的长臂是同源的(图3-2左侧)。

存在于X染色体的差别区域的基因仅表现X连锁遗传；坐落在Y染色体的差别区域的基因则表现为Y连锁遗传。

现分别叙述如下：
(一)伴X显性遗传决定一些遗传性状或遗传病的显性基因在X染色体上的遗传方式称为伴X显性遗传(sex-linked dominant
inheritance,XD)。

由于女性与男性的性染色体组成不同，这类性状的遗传规律在群体中往往女性表现出该性状或遗传病的频率高于男性，而且女性多为杂合子发病。

例如抗维生素D佝偻病(vitamin D resistent rickets)。

患者(X R X R，X R X r，X R Y)由于X染色
体上显性基因(R)的作用使肾小管对磷的重吸收发生障碍，血磷下降，尿磷增高，肠对磷、钙的吸收不良，表现身材矮小，下肢进行性弯曲，呈膝内翻或外翻。

但表现度变化很大，最轻的患者可无症状。

该致病基因已定位在Xp22.2-Xp22.1。

在人类群体中，如果某显性伴性致病基因的频率为p，则女性患者频率：男性患者频率=(p2+2pq)∶p=1+q∶1，其中因为p+q=1，可见XD遗传时女性患者比男性患者多一倍以上。

(二)伴X隐性遗传由X染色体携带的隐性基因的遗传方式称伴X隐性遗传(sex-linked recessive inheritance,XR)。

例如，血友病(hemophilia)是人类主要的遗传性出血性疾病，它是由于凝血因子Ⅷ和Ⅸ缺乏引起的，凝血因子Ⅷ缺乏称为血友病A，凝血因子Ⅸ缺乏称为血友病B。

控制这两类凝血因子的基因都在X染色体上。

现已证明，血友病是由于控制凝血因子的基因发生突变，导致血液中凝血因子Ⅷ或Ⅸ缺乏，从而破坏人体的内源性凝血过程，引起严重出血，甚至危及生命。

血友病A(hemophilia A)是迄今研究得最深入的遗传病之一。

患者受到轻微损伤即可出血不止。

在过去，患者常死于内外出血。

A型血友病约占血友病的85％。

图3-2是一例A型血友病的系谱。

这个系谱反映了XR遗传的特点：①系谱中只有男性患者；②男性患者的双亲都表现正常，男性患者(Ⅱ3，Ⅲ1，4，7)的致病基因都是来自他们的母亲；③患者的亲兄弟、舅父、姨表兄弟、外甥中常见患病者。

值得注意的是在上述系谱中，先证者(Ⅲ1)的姐妹(Ⅲ2，Ⅲ3)、表妹(Ⅲ
8)虽未发
病，却各有1
／2可能性
为血友病基
因(X h)的携
带者，她们
婚配后有可
能生出血友
病的男性后
代。

血友病A 的基因定位在Xq28。

现已证明第Ⅷ因子基因全长186 kb，约占整个X染色体的0.1％。

在这个基因中含有26个外显子(9 kb)和177 kb的内含子。

因子Ⅷ基因可编码由19个氨基酸组成的信号肽和2 332个氨基酸组成的蛋白质。

目前可采用输血浆、补充凝血因子，或用重组DNA技术生产有生物活性的凝血因子注入体内的方法进行治疗。

但要终生用药，可能出现一系列的免疫学问题。

最近，凝血因子Ⅷ基因和Ⅸ基因均分别已被克隆成功，现正在研究采用基因治疗的先进技术有可能通过一次“用药”而终身受益。

相信不久的将来血友病的基因治疗会取得成功。

人类中还有一种比较常见的隐性伴性遗传病——色盲(color blindness)。

这是人类遗传学研究得最早的一个性状。

患者不能辨别红色和绿色。

色盲的遗传方式无疑与血友病相同，因为隐性的色盲基因c由X 染色体所携带，Y染色体上没有它的等位基因。

作为半合子(half-zygous)的男性个体的X染色体上如果带有色盲基因(X c Y)，表型一定为色盲。

而女性色盲患者的基因型则为X c X c的纯合体。

由伴性遗传规律可知，如果一个色盲的女子与一个正常色觉的男性婚配，则他们的全部儿子都像他们的母亲一样表现色盲，而所有女儿都会像其父亲一样表现正常。

红色觉基因座与绿色觉基因座均已定位在X染色体的Xq28。

据一次全中国普查汉族男性184 937人中，发病率为4.89％，女性56 580人中为0.7％。

此外，在人类中的伴X隐性遗传性状还有：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PD)缺乏症，具有这种缺陷的人，在吸入蚕豆花粉(或食生蚕豆)时或服用磺胺、萘或奎宁的特殊情况下，他们的大量红细胞会突然破坏而造成严重的贫血。

男性患者多于女性。

又如Duchenne型肌营养不良，次黄嘌吟鸟嘌吟磷酸核糖苷转移酶(HGPRT)缺乏症，性连锁遗传型鱼鳞病等。

X连锁隐性遗传的共同特点是发病率有明显的性别差异。

按群体遗传学理论计算，如果致病基因的频率为q，男性发病率亦为q，女性发病率则为q2，在人群中男性患者的频率显著高于女性，而且致病基因的频率愈低，女性患者在群体中愈少见，但是隐性致病基因往往以杂合状态存在于女性中。

(三)Y连锁遗传由于Y染色体仅存在于男性个体，那么存在于Y染色体差别区段上的基因所决定的性状，将随Y染色体的行为而传递。

它们仅仅由父亲传给儿子，不传给女儿，表现为所谓限雄遗传(holandric inheritance)现象，或称Y连锁遗传(Y-linked inheritance)。

一种罕见的毛耳缘(hairy ear rims)性状只限于男性。

其特殊的表型是外耳道长有许多黑色硬毛，长约2～3 cm，常伸于耳孔之外，成丛生长。

男性青春期后即可出现。

如图(图3-3)为一例毛耳缘系谱。

显示了Y连锁遗传的特点。

从系谱中可以看出，连续3代中所有男性均有此性状，所有女性均无。

值得一提的是，伴Y遗传的毛耳缘性状在印第安人群中较为常见，而其他地区的人群中极少见。

研究表明，Y染色体是雄性哺乳动物(包括人类)所必须的。

某种雄性化基因一定存在于Y染色体的差别区段上。

已知其中最重要的一个基因是睾丸决定因子(TDF)。

此外，Y染色体上也有少数与男性有关的其他基因。

关于Y染色体及其在人类性别决定中的作用将在性别决定中详述。

三、鸡的伴性遗传
性连锁遗传规律的发现，解开了家鸡中芦花斑羽性状的传递与性别相联系的谜。

鸟类性染色体决定性别的机制业已证明雌性为ZW型(异配性别)；雄性为ZZ型(同配性别)。

芦花鸡的羽毛黑白相间斑纹性状的遗传分析结果显示，决定斑纹性状的显性基因B在Z染色体上，而W染色体上没有其等位基因。

如果芦花雌鸡Z B W与非芦花雄鸡Z b Z b交配，F1雄鸡都是芦花(Z B Z b)，雌鸡都是非芦花(Z b W)。

在F2中，雌鸡的基因型1／2是Z B W，表型为芦花，1／2是Z b W，非芦花。

雄鸡的基因型1／2为Z B Z b芦花，1／2为Z b Z b非芦花。

由于芦花鸡羽毛在雏鸡阶段的绒羽为黑色且头顶上有黄色斑点，成年时，羽毛才变成黑白相间的横纹。

如果采用上述杂交方法，根据交叉遗传原理可以准确无误地预见，杂交子代的小鸡中凡属具有黑色绒羽、头顶有黄色斑点者一定是雄鸡。

实验结果与家禽生产实践的结果均已证明，
利用伴性遗传原理进行芦花鸡的早期性别鉴定准确无误。

多饲养母鸡，大量淘汰公鸡，无疑有利于蛋用鸡的生产。

遗传学为经济建设服务由此可见一斑。

四、植物的伴性遗传
研究发现女娄菜(M.album)有宽叶和窄叶型两种，这种差别与X染色体上一对B、b基因有关。

窄叶型为隐性，花粉粒不孕，X b花粉粒死亡。

当雌性宽叶纯合体植株与窄叶雄株杂交，子代将产生全是宽叶的雄株。

如果雌株为杂合体的宽叶亲本与窄叶的雄株交配，子代同样全是雄性，但是，半数是宽叶，半数是窄叶。

若将一株杂合的宽叶雌株与宽叶雄株杂交，子代产生雄株和雌株，但雌株全是宽叶，雄株中半数是宽叶，半数是窄叶(图3-4)。

需要特别注意的是在植物界，配子体世代或为雄性或为雌性，而与之相交替的孢子体世代是无性的，带有孢子，与动物相比雌雄间的差别较不明显。

大多数种子植物，雌雄配子体着生在同一植株(孢子体)上，甚至着生在同一朵二性花内，是雌雄同花植物。

在许多情况下，雌蕊和雄蕊着生在同一植株的不同花内，因此称做雌雄同株(monoecious)雌雄异花植物，如玉米。

在雌雄同花和雌雄同株间有许多中间状态，出现十分复杂的现象。

葫芦科的一个种称为喷瓜(Ecballium elaterium)的性别是由3个基因a D，a+，a d决定的，a D对a+为显性，a+对a d为显性。

a D是决定雄性的基因，a+是决定雌雄同株的基因，a d基因决定雌性。

由此可见，这种植物既可以是雌雄同株又可以是雌雄异株的(不可能存在a D a D纯合子，因为它不可能由两个雄性杂交产生)。