第六章 性染色体与性别决定

人类中发现的变异体： XX 男性，XY 女性 1987年,David page 提出了Testis-determining factor gene 在人类中简写为TDF, 在小鼠中简写为Tdy 继而 他克隆了Y染色体上的此断DNA序列，140kb Zinc-finger protein 90年,P.Goodfellow (Imperial Cancer Research Fund) 发现病例 XX男性不含ZFY 基因，克隆了另外一段基因 35kb ,称之为 Sex determining region Y,简写为SRY,小鼠中 简写为Sry (91.5.9 Nature) 以后从该区域分离出一段序列,编码223aa的多肽,为转录因 子，有一个DNA结合域。
2 环境： 低等动物，性别与环境
1）海螠的性决定
雌体大，雄体小，生活在雌体的子宫中 雌体
幼虫阶段自由游泳
幼虫附在成熟的雌体上
2）珊瑚礁鱼
雄体
珊瑚岛鱼
在30～40条左 右的群体中,只有一 条为雄性,当雄性死 后,由一条强壮的雌 性转变为雄性
意念改变性别？
内外环境对性分化的影响 性分化（sex differentiation）: 受精卵在性决定的基础上， 进行雄性或雌性性状分化和发育的过程
第三章 连锁遗传分析与染色体作图
性连锁遗传的发现
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摩尔根
摩尔根（1866—1945），美国著名遗传学家，现代遗传学 奠基人之一，提出了遗传学三条基本定律中的基因连锁互换定 律，确立了基因作为遗传单位的基本概念，并因此而获得1933 年诺贝尔生理学和医学奖。
• 1 “遗传”的巧合
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1865年的秋天，在奥地利布台恩自然科学协会的年会 上，孟德尔宣读了题为“植物杂交实验”的论文。他在论 文中论述了生物遗传的规律，并提出了“遗传单位”（即 今天所说的“遗传基因”）的概念。 同年的冬天，远在美国马里兰州的巴尔的摩举行了一 场盛大的婚礼，新郎名叫查尔顿· 摩尔根，新娘名叫埃 伦· 霍华德。1866年，摩尔根夫妇的头一个孩子出生了 基· （在美国肯塔基州列克星敦），起名叫托马斯· 亨特· 摩尔根。 而孟德尔的论文也在这一年在杂志上公开发表，虽然依然 无人喝彩。当时，没有谁会将发生在奥地利和美国的这两 件事联系在一起，但几十年后，人们发现这似乎是一种事 先安排好的巧合，一种探寻生命遗传规律的巧合。
小结：在雌、雄异体的生物中，受精卵都有朝着向两性 发育的可能，一般情况下，它们的性染色体组成就决定 了性别发育的方向。
(三)性别与常染色体 1 性染色体/常染色体
果蝇中 X/A是决定性别的第一步 雌性化基因 Sxl sxl 蛋白
sxlmRNA前体
tra基因 雌性专一sxlmRNA
354aa结合蛋白
Polemerase Chain Reaction (PCR) 技术的应用 Cetus公司 Kary Mullis 博士85正式提出，87年获专利 Do. Pont 公司提出异议 91年2月底法院判Cetus 公司胜
PCR反应的基本原理
PCR反应用于胚胎鉴定：(Peura1991) (1) 牛卵体外受精和胚胎培养
基因转移实验： 将Sry序列克隆到噬菌体L741中， f741为该片断 f741 注射到受精卵中 再转移到母体内发育
胚胎总数
雄性 xx 胚胎
158
产下小鼠数
2
无 ZFY ，含 Sry 拷 贝 转基因鼠
93
5 只(含 Sry) 2 只为 XY 雄 1 只为 XX 雄 2 只为 XX 雌
五 性别控制 (一)通过环境条件来控制性别 (二)通过基因型控制性别 1 精子分离 2 控制受精的条件 3 牛胚胎性别鉴定的研究 胚胎性别鉴定方法： 非侵害性的： X相关酶活力测定 侵害性的： 核型分析等
未成熟的卵泡在TCM199培养基上培养，用解冻的精子受精，24小时后，将其转移到牛输卵管上皮条件 的培养基中5－7天，可得到囊胚期的胚胎。
孵育过夜用于转移
用蛋白酶K消化 99摄氏度变性
得到A、B样品，以同样方法不加囊胚作对照
(2) 寡聚核苷酸引物的选用
牛DNA特异性引物，5端引物相当于1.715卫星DNA的第208－227个nt, 3 端引物相当于404－423nt 牛Y染色体特异性引物 a:BRY4a重复序列 5端为1159－1178nt,3端1439－1459nt b:BRY1重复序列一段，5端引物1－21nt,3端引物281－301nt a+牛特异引物用于A样品分析 b+牛特异引物用于B样品分析 预计得到产物：两种301bp的Y特异性产物，一种216nt的非特异性产物
2 ZW 型 雌性具有两个异型染色体，雄性具有两个同型染色体
家蚕 雌性ZW
wk.baidu.com
雄性ZZ
鳞翅目昆虫 两栖类 爬行类 鸟类 中普遍
3. XO 型，如蝗虫
雌蝗虫24条染色体，22条常染色体和XX，雄性为22+XO， 只有23条染色体。
(二)其它类型的性决定
1 单倍体 如 蜜蜂 雄性为单倍体 n=16 由未受精卵发育而来, 无父亲，雌性为二倍体2n=32由受精卵发育而来。
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• 在攻读博士研究生期间和获得博士学位后的10多年里， 摩尔根主要从事实验胚胎学的研究。1900年，孟德尔逝世 16年后，他的遗传学说才又被人们重新发现。摩尔根也逐 渐将研究方向转到了遗传学领域。摩尔根起初很相信这些 定律，因为它们是建立在坚实的实验基础上的。 • 但后来，许多问题使摩尔根越来越怀疑孟德尔的理论， 他曾用白腹黄侧的家鼠与野生型杂交，得到的结果五花八 门。但与此同时，德弗里斯的突变论却越来越使他感到满 意，他开始用果蝇进行诱发突变的实验。他的实验室被同 事戏称为“蝇室”，里面除了几张旧桌子外。就是培养了 千千万万只果蝇的几千个牛奶罐。
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师生互补
第一节
性染色体与性别决定
一、性染色体的发现
1891年德国细胞学家Henking在半翅目昆虫的精母细胞 减 数分裂中发现了一种特殊的染色体。命名为X染色体和 Y染色体，但未将它和性别联系起来。 1902年美国的McClung才第一次将X染色体和昆虫的性 别决定联系起来。后来Wilson在许多昆虫中进行了广泛的 研究，他终于在1905年证明，在半翅目和直翅目的许多昆 虫中，雌性个体具有两套普通的常染色体和两条X染色体 ，而雄性个体也有两套常染色体，但只有一条X染色体。 于是将这种与性别有关的一对形态大小不同的同源染色体 称为性染色体，一般以XY或ZW表示。
• 3 、 选择果蝇用于遗传学 ：
• 因为拉马克的获得性遗传与用进废退原理，认为适 应性状的获得与生物体处的环境与习性有关。如鼹鼠和 盲鱼。那么适应性状的获得是由于先天的变异还是由于 后天环境的改变？ 摩尔根希望从实验中寻找答案。需要一种合适的生 命体，周期短并且易于繁殖培养。后来采用了果蝇。 黑暗中饲养了69代的果蝇，看见阳光后闪着翅膀若 无其事地向窗外飞去了。
外环境的影响 蜂王和工蜂都由受精卵发育而成，但食性的 差异导致性别不同。(2n=32) 工蜂 蜜蜂： 受精卵 幼虫 蜂皇 大麻：夏种 雌、雄＝1：1， 秋种 雌转雄
内环境的影响 性激素对人性别的影响、自由马丁牛、鸡的性反转(Sex reverse) （母鸡司晨）。
植物中 ：黄瓜 氮肥 缩短日照 ， 雌花增多；延长日照 ， 雄花增多。
性别决定取决于性染色体和常染色体之间的比例关系。
二 Sex determination
雄性为两个异型染色体（异配性别）， heterogametic-sex
雌性为两个同型染色体（同配性别）
homogametic -sex
• 1 XY型 • XX为雌性，XY为雄性。雄性具有两个 异型染色体，雌性具有两个同型染色体。 如人。
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“ 我爸爸是给哥伦比亚大学数果蝇的!”
• 5、摩尔根成功的因素
• 1 偶然：选择遗传学；选择果蝇。 • 2 必然： • A：领导支持: 系主任威尔逊教授，著名的细胞生物学家。 • B：取决于摩尔根组建的工作小组。 • 布里奇斯、斯特蒂文特和穆勒。这3位学生都获得了哥伦 比亚大学的学士学位，而且他们全都留了下来，在摩尔根的 指导下攻读博士学位。1910～1920年间，虽然还有许多作为 合作研究员或博士后研究员曾来过果蝇实验室，在该实验室 工作过1年或1年以上，并且所有这些人都对果蝇工作做出了 重要贡献，但与摩尔根一起度过1910～1915年这段最引人注 目的丰收年月的是布里奇斯、穆勒和斯特蒂文特。
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染色体就是基因的载体！摩尔根和他的学生还推算出 了各种基因的染色体上的位置，并画出了果蝇的4对染色 体上的基因所排列的位置图。基因学说从此诞生了，男女 性别之谜也终于被揭开了。从此遗传学结束了空想时代， 重大发现接踵而至，并成为20世纪最为活跃的研究领域。 为此，摩尔根荣获了1933年诺贝尔生理学及医学奖。他是 霍普金斯大学、也是美国的第一位诺贝尔生理学及医学奖 得主；也是第一位因遗传学研究成果而荣获诺贝尔奖的科 学家。
遗传的染色体学说的直接证明
摩尔根在果蝇白眼的伴性遗传的成功研究，证 明了一个特定基因的行为对于某一特定性染色体 的行为，是对染色体遗传理论的有利证明。根的 文章在1910年在美国 science杂志上发表。而伴性 遗传的直接证明是在根的文章发表六年后由他的 学生和同事卡尔文· 布里奇斯提出和发现的。 • P53-54
• 2、成长和选择
• 1886年，摩尔根进入霍普金斯大学。这是一个幸运的选择。 因为该校的生物学研究颇为雄厚。当时摩尔根非常喜欢胚胎 学，并热衷于实验研究。 • 1865年，摩尔根在伍滋霍尔的海洋生物学实验室研究一种海 蜘蛛，这也是他博士论文的内容。在那儿他认识了一位最优 秀的女学生：后来…. • 1890年，在霍普金斯大学获得博士学位。 • 1890年，在布林马尔学院教生物学，同时从事胚胎学研究。 但是由于历史条件限制，他感到不能取得成就，转向了遗传 学研究 。这是一个非常明智的选择。 • 1903年，受邀到哥伦比亚大学任教。
tra mRNA tra-2 gene dsx基因 mRNA
tra蛋白 雌性专一转录物
2 常染色体上的基因 三 哺乳动物的性别与SRY序列 1959年，Jacob.P.A 发现人类中2A XXY 1960年，Fraccaro.M 等发现 2A XXXY
早期认为H-Y基因(histocompatbility Y antigen) 166aa 1984年Anne.Mclaren (Medical Research Councils Mammalian Development Unit ) 发现无H-Y抗原的小鼠，表现为雄性
果蝇中的Y染色体及其性别决定
• 在果蝇中，Y染色体不象人类那样对于决定雄性至 关重要。有X而无Y染色体的果蝇的表型仍是雄性， 但不育，因为Y染色体上带有精子生成所必须的生 殖力基因。 • 已知果蝇中有一个截毛基因。截毛突变种（bb） 比正常果蝇（bb+）的刚毛短而细。此基因不仅在 X染色体上存在，而且Y染色体上有它的等位基因。 （P55）
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• 4、发现伴性遗传和基因定位
• 适应性实验虽然失败了，但他积累了丰富的饲养果蝇经验。他试 图利用射线诱发突变，但2年过去了，并未获得成功。 • 1910年5月，这里产生了一只奇特的雄蝇，它的眼睛不像同胞姊妹 那样是红色，而是白的。摩尔根极为珍惜这只果蝇，将它装在瓶子里， 睡觉时放在身旁，白天又带回实验室。 • 它同一只正常的红眼雌蝇交配以后才死去，留下了突变基因，以后 繁衍成一个大家系。这个家系的子一代全是红眼的，显然红对白来说， 表现为显性，正合孟德尔的实验结果，摩尔跟不觉暗暗地吃了一惊。 • 他又使子一代交配，结果发现了子二代中的红、白果蝇的比例正 好是3：1，这也是孟德尔的研究结果，于是摩尔根对孟德尔更加佩服 了。摩尔根决心沿着这条线索追下去，看看动物到底是怎样遗传的。 他进一步观察，发现子二代的白眼果蝇全是雌性，这说明性状（白） 的性别（雄）的因子是连锁在一起的，而细胞分裂时，染色体先由一 变二，可见能够遗传性状，性别的基因就在染色体上，它通过细胞分 裂一代代地传下去。
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骈连黄体果蝇
T.H.Morgan的妻子L.V.Morgan发现一个例外的黄 体雌果蝇（由性连锁的隐性黄体基因y所决定），它与野 生型的雄蝇（灰体，对黄体而言为显性）交配只产生黄 体雌蝇和正常雄蝇，而不是正常的雌蝇和黄体雄蝇。细 胞学的观察结果证明所有例外的黄体雌蝇的两条端着丝 粒的X染色体连在一个着丝粒上，另外还带有一条Y染色 体。这种果蝇称作骈连X黄体。