武汉大学生命科学学院遗传学课程课件-第4章-孟德尔式遗传分析(2)

例：神经纤维瘤 （neurofibromatosis）的病人，
（常染色体显性）其表现度也是变化 的，中间型个体只在皮肤上有少量的 色斑区，在严重的情况下，可见多种 病症，包括各种大小的神经纤维瘤、 高血压、语言障碍、头痛、巨头、身 材矮、眼睛肿瘤等等，其他征状。
不完全的外显率和可变的表现度在人类的一个显性基因决定的一种 特殊表型——海勃氏堡下颌（Hapsburg Jaw）遗传了近乎500年的过程中 表现得极为典型。从中世纪到20世纪早期，海勃氏堡王朝统治了欧洲的 许多国家。海勃氏堡家族在欧洲贵族中传递着他们的基因及其由基因所 决定的著名的表型——向前突出的下颌，伴随着上下齿不能正常咬合， 以致咀嚼困难，难以闭嘴。
例：Huntington’s disease 基因的效应在个体生存以后很晚 才表现出来，说不出什么理由。 人类中有很多其他的由年龄决定的遗传性状。 例：（1）20岁至30岁男人中出现的典型秃发 （pattern baldness）（即秃斑不知不觉地向头顶延伸），在 美国30岁以上的男子中大约有26％是秃发者。 （2）在2至5岁孩子中的杜兴氏肌营养不良 （Duchenne muscular dystrophy） 在很多病情里，人们还不理解年龄决定性的本质
研究表型模拟的意义有两点：
（1）什么时候进行处理可以引起表型改变，由此可以推 测基因在什么时候发生作用。 （2）用一些什么物理条件或化学药剂处理，可以引起哪一 些表型，类似哪一类突变型，由此可以推测基因是怎样在起 作用的。 注意：表型模拟，这类表型的改变都不能遗传。 A phenocopy is defined as a nonhereditary, phenotypic modification (caused by special environment conditons) that mimics a similar phenotype caused by a gene mutation.
2）、化学物质 在内外环境的某些化学物质都能对生物体产生重大影响。 例：苯丙酮尿症（phenylketonuria,PKU） 一种常染色体隐性遗传病，由于苯丙氨酸羟化酶缺乏所 致。纯合体（pp）的婴儿体内的苯丙氨酸不能转变为酪氨 酸，产生苯丙酮酸在体内积累起来，大量存在于血和尿中，转 入其它的分支途径，相继引起次级代谢失调的扩散，在患儿的 脑内积累，影响脑的发育。 3.11 PKU， 1934 年 由 Folling首 次 描 述 ， 在 一 些 智 力 低 下 患 者 身 上，有特殊的“鼠尿”气味。1935年由Penrose为该病命名。 PKU的发病率为1/6000－1/2能的一种潜力。 环境→影响生物发育和分化过程中的基因表达 （1）遗传物质的复制 （2）生长 （3）各种细胞类型的分化 （4）分化的细胞聚集成为确定的组织和器官 四个重要过程彼此相互作用形成发育的复杂过程 在正常条件下（环境），发育基本上是一个不可逆过程。 生物的大多数性状既与遗传有关，又与环境有关，是遗 传与环境共同作用的结果。
遗传学第4章（2）
4.5 基因的作用与环境因素的相互关系 4.5.1 基因的作用与环境的关系 4.5.2 外显率与表现度 4.5.3 孟德尔定律的扩展
4.5
基因的作用与环境因素的相互关系
4.5.1 基因的作用与环境的关系
基因的功能必须在一定的 生物的或物理化学的环境条件 下才能发挥作用。 个体发育是基因按照特 定的时间、空间表达的过 程，是生物体的基因型与 内外环境因子相互作用， 并逐步转化为表型的过程。
F2
1/4 红花 C R CR
1/4 白花 CWCW
Correns 实 际 观 察到F2 是 1：2：1的基 因型比例，而不是3：1 的表现型比例。因为二 个亲本型的表现型在F1 代中完全没有表达，该 基因在这种性状上表现 出的现象被称为不完全 显性，即：所有的基因 型有不同的表现型，具 杂合的表现型处于两个 纯合子中间。
1/4CWCW white
4－24
②共显性（codominance）与镶嵌显性（Mosaic dominance） 一对等位基因的两个成员在杂合体中都表达的遗传现象 称为并显性遗传。 上面的两例不完全显性，若从另一角度看，它们是共显性。 ①紫茉莉 F1从微观上看，具有两个亲本的表型： F1粉红色＝红色的plastids+白色的plastids ② F1鸡 浅灰色羽毛＝黑色羽＋白色羽 十分细微镶嵌的表现 从宏观上看其表型是不完全显性，而从亚细胞水平它是 共显性。共显性最典型的事例是AB血型、MN血型。
4.5.3孟德尔定律的扩充和应用
Extensions and Applications of Mendelian Genetics 不符合孟德尔遗传比例的现象 发展和扩充孟德尔的遗传原理 (1) 等位基因间的相互作用 显性和隐性是相对的，有条件的，是不能绝对区分开来的。 ① 不完全显性或部分显性 （incomplete dominance 或 partially dominance）： Carl correns 紫茉莉（Mirabilis jalapa） p F1 红花品系 C R CR 白花品系 C WC W 粉红花 (pink) CRCW 2/4粉红花 C R CW × 杂交工作 C:Color R:Red W:White
又例如：人类中有一种隐性遗传病，叫做短肢畸形 （phocomelia），患者的臂和腿部分缺失或肢体缩小成鳍状 附肢。 隐性基因纯合，断断续续有所发生 1950－1960年间，患者例数突然增多，当时联邦德国和 英国6000个初生畸形婴儿，多数表现为短肢畸形。 经查：增多原因是孕妇在其妊娠早期（1－5周），服用了一 种称为反应停（thalidomide）的安眠药，这种药在这个关键 时刻延缓了胎儿四肢的发育，导致了短肢畸形，这是最惨的 诱发拟表型的一个例子。在该例中，药物引起的表型变化， 使正常个体模拟了突变型的表型。
例：Himalayan rabbits皮毛色： 温度效应对基因表达影响 兔：生活环境的温度较低时（小于 25℃）：耳朵、鼻子、脚爪黑色皮毛 饲养温度大于30℃：全身白毛 饲养在25℃，身体某部低于25℃，典型 Himalayan rabbits加上被冷过的地方 一块黑色毛皮的斑区。因为所有的体细 胞都是从一个受精卵发育而来，这种特 别的皮毛类型，不可能是这些区域的细 胞的基因差别的结果。这可被假设为这 种皮毛类型是由于外环境影响的结果。
真核生物基因呈时序表达，不同的组织细胞在不同时 期有不同的基因表达普。某一细胞在特定的时期只有约1％ －3％的基因表达，大部分的基因处于静息状态。 活动的基因中仅有小部分基因对于维持细胞生存是必需 的，称为看家基因（house-keeping gene)。 大部分的基因只在某种细胞的特定时期表达，以完成某 种特定功能，这些基因称为奢侈基因（Luxury)。 据估计，人的一个体细胞内约有1000个看家基因。
（3）、性别（sex）
个体的性别可能影响某些特定基因的表达。在性连锁基因 中，两性表现出的差别是与其性染色体上基因组成相关的。在某 些情况下，在常染色体上的基因，不是位于性染色体上的基因， 影响某一性别，而不影响另一性别特定性状的出现。 （1）限性性状（sex-Limited character）:表型只在一个性别 中表现的性状（即其表型受性别的限制），不论有关的基因是x 连锁基因或常染色体基因。 例 奶牛的产奶，显然所涉及的基因仅在雌牛不在雄牛中表达。 （2）从性性状（sex-influenced character /sex-conditioned character）：由常染色体上的基因决定的性状，但在不同性别 中表现程度不同，一般由多基因决定。/这些性状在两种性别中 出现，但或者在两种性别中出现的频率不同，或者在基因型和表 型之间的关系不同
人类的另一种血型系统－MN型系统的遗传也是这样 血型 M N MN 基因型 HMHM HN HN HMHN 抗原 M N M，N （LMLM) (LNLN) (LMLN)
这里每一种血型都只有一种基因型，而且在MN型中基因 HM与HN互不遮盖，各自发挥自己的作用。 注意：MN血型系统因为没有天然抗体，所以临床输血时一 般不加考虑。MN型系统与ABO型系统是独立遗传的，分别 由两对不等位的基因决定。
例：上面我们提到的pattern baldness 秃顶，一对常染色体
的等位基因b+ 和b。b/b基因型 男、女性皆表现秃顶。b+/b+ 皆 非秃顶，差别在杂合子：b+/b 男 秃顶，（b表现为显性）， 女非秃顶（b表现为隐性） (4－2) b等位基因的表达是受个体的性激素影响的，即：雄性激素睾 丸素（testosterone）在等位基因b为一剂量时负责pattern baldness 等 位 基 因 b 的 表 达 。 这 就 解 释 为 什 么 pattern baldness在男人中发生的频率远远高于女人。 最后我们必须认识到秃顶并不是一个直接研究的性状，原 因是在秃顶表型中，其表现度是变化的： 人群中秃顶年龄早、晚；秃顶在头顶或额头等等。
（4）外部环境效应
（Effects of the external environment）
外部环境因子很多：温度、营养条件、阳光 化学药品、传染物等等。 两个最重的因子：温度和化学药品 1）、温度：细胞内生化反应由酶催化进行，合理范围内温 度的改变，并不影响酶的活性。超过合理范围， 温度敏感。 即：它在一种温度里正常地行使功能， 在另一种温 度里无功能。
结果：神经发育不正常，智力发育停滞， IQ 仅为20左右。 可见：细胞内外部化学物质的变化，对基因 型和表现型都产生非常重大的影响。 新生儿PKU应限进食苯丙氨酸，以防神 经损伤，6岁神经系统发育完全，可调整 PKU患者的进食。成年人的脑能够耐受PKU 患者异常代谢物的浓度。
4.5.2 外显率（penetrance）与表现度（Expressivity） 在带某一基因型的群体中个体显示出预期表型占该群体 的百分数（或比率）称为外显率。 例如 人类多指性状为显性遗传，其外显率为90％，即在10个 具有这种基因的人中，有9个是多指的。 虽然带有多指基因，但由于内外环境影响不表现该性状的 个体，称为外显不全。当每个个体都表现出该性状时，称为外 显完全，外显率则为100％。 表现度：具有相同基因型的个体之间基因表达的变化程度称为 表现度。 或指某一特定基因在不同个体间，对它控制的性状 的不同表现程度。
（2）内环境效应
（Effects of internal environment）
生物体细胞内某些刺激复杂的生物化学反应 影响个体的发育
两个内部刺激：年龄和性别 1、发病年龄（age of onset） 生物体的年龄能影响基因功能的内部环境的很 多变化，所有的基因并不是连续不断地起功能作用。 基因的编程性激活和失活与生物个体的发育有关 （programmed activation and deactivation）
（1）表型模拟（phenocopy）/拟表型
有时环境因子引起的表型改变和某基因突变引起的表现 型改变很相似，这叫表型模拟或拟表型 例 如 ： 糖 尿 病 （ diabetes/diabetes mellitus ） 是 一 遗 传 病，其特征为胰岛素的缺陷或缺失，患者完全不能利用葡萄 糖。因血糖上升，葡萄糖大量向尿中转移→糖尿病。 医治这种病，必须对其补充外源胰岛素，使患者糖代谢 正常，不表现出糖尿病的症状，看上去和正常人相同，即使 突变型表现为正常表型。实际上，糖尿病患者的基因型并不 因此而改变，他们照样把糖尿病基因传给后代。
例：鸡的羽毛颜色（plumage color） p 纯种黑羽鸡 CBCB × 纯种白羽鸡 C W CW B：black W:white
F1
CB C W
安达鲁西蓝色（Andalusian blues） 浅灰色羽毛（bluish-grey）
F2
1/4 CBCB black
1/2CBCW bluish-grey