性别决定和性相关遗传课件

1性别也是生物的一种重要的性状，但比一般的性状要复杂得多。从远古到现在性别一直是人类探索的热点，它主要涉及到：性别决定（sex determination，primary sex determination）：指性腺发育为睾丸或卵巢的选择。性别分化（sex differentiation，secondary sex differentiation）：指性腺形成后，在其分泌的性激素作用下性器官及第二性征的发育。2第第7章章 性性别决定和性相关决定和性相关遗传7.1生物的性别决定7.2外界条件对性别发育的影响7.3性相关遗传7.4人类的性染色体异常37.1生物的性别决定7.1.1 性染色体的发现1891：亨金(Henking,H.德)发现雄蝽2n=10+1，这条不配对的染色体，无以为名，就称其为“X”染色体。1900：麦克朗（McClung,C.E）等在蚱蜢和其它直翅目昆虫中发现了决定性别的染色体，称为副染色体（accessory chromosome）。1906：威尔逊（Wilson,E.B）发现一种昆虫(Proteror)雌体2n=12，雄性2n=10+1，此条不配对的染色体，他称其为X染色体(图7-1)。4图7-1在两种昆虫中发现雌性和雄性的染色体有差异(引自Griffithsetal.1999)Proteror5图7-2-2 在步行虫雄虫减数分裂中异源配对的染色体(引自Griffiths Griffiths et alet al.1999)1999)1905：斯蒂文斯（Stevens,N）把 拟 步 行 虫 属（Tenebrio molitor）中雄虫有而雌虫没有的染色体称为Y染色体。1914：塞勒（Seiler,J）根据雄蛾异形染色体的存在和性别的相关性，发现了性染色体。异形染色体性染色体？6性染色体的发现与与性性别别有有关关的的一一对对形形态态大大小小不不同同的的同同源源染染色色体体称称为为性性染色体染色体(sex-chromosome)(sex-chromosome)。一般以一般以XYXY或或ZWZW表示。表示。常染色体常染色体(autosome,A)(autosome,A)同源染色体是同型的。同源染色体是同型的。成成对对性性染染色色体体往往往往是是异异型型的的：形形态态、结结构构、大大小小、功功能上都有所不同。能上都有所不同。例例：果果蝇蝇(Drosophila Drosophila melangastermelangaster,2n=8)2n=8)染染色色体体组组成成与性染色体。与性染色体。7果果蝇的常染色体与性染色体的常染色体与性染色体7.1.1 7.1.1 性染色体的发现性染色体的发现87.1.1 7.1.1 性染色体的发现性染色体来源的新莱昂（Lyon）假说：性染色体是同形性染色体部分易位到同源染色体上所致，所以Y染色体小于X染色体，而X染色体往往有重复的基因。鱼类性染色体的分化就反映了这一进化趋势：（1）无性染色体的分化（2）有同形的性染色体（3）有异形的性染色体97.1.1 7.1.1 性染色体的性染色体的性染色体的性染色体的发现发现 X Y Y X107.1.2性别决定l l性染色体决定性别l l基因决定性别l l环境决定性别117.1.2性别决定(一)性染色体决定性别1.1.性染色体的本身来决定性性染色体的本身来决定性别别2.2.性染色体的数目决定性性染色体的数目决定性别别3.3.性指数决定性性指数决定性别别4.4.染色体染色体组组的倍性决定性的倍性决定性别别5.5.取决于取决于X X染色体的是否染色体的是否杂杂合合6.6.取决于取决于X X和和Y Y的比的比121.性染色体的本身来决定性性染色体的本身来决定性别（1）XY型型雄雄杂合型：合型：u两种性染色体分别为X、Y；u雄 性 个 体 的 性 染 色 体 组 成 为 XY(异 配 子 性 别heterogametic-sex)，产生两种类型的配子，分别含X和Y染色体；u雌性个体则为XX(同配子性别homogametic-sex)，产生一种配子，含X染色体。u人类，哺乳动物，大部分的两栖类，部分爬行类、鱼类和昆虫都属于XY型的。在这一类型中Y染色体起主导作用，不论X染色体有几条，只要存在1条Y染色体就发育为雄性。13Thetraditionalhumankaryotypesderivedfromanormalfemaleandanormalmale.因为Y染色体上有决定睾丸形成的基因，故Y染色体对于人类雄性的性别决定至关重要。14果蝇的常染色体和性染色体15在果蝇中，正常情况下雌蝇有两条X染色体，雄蝇有一条X染色体和一条Y染色体。但缺乏Y染色体的果蝇(XO)仍为雄性，XO型雄性在果蝇中常有发生，但这种雄蝇往往是不育的。可见，在果蝇中Y染色体的存在与否和性别决定的关系不如人类那样重要。16（2）ZW型雌杂合型两种性染色体分别为Z、W染色体；雌性个体性染色体组成为ZW(异配子性别)，产生两种类型的配子，分别含Z和W染色体；雄性个体则为ZZ(同配子性别)，产生一种配子含Z染色体。鸟类，鳞翅目昆虫以及部分两栖爬行类等动物属此类。172.性染色体的数目决定性别与XY型相似，但只有一条性染色体X；雄性个体只有一条X染色体(XO，不成对)，它产生含X染色体和不含性染色体两种类型的配子；雌性个体性染色体为XX。如：蝗 虫 雌 性：2n=24(XX),雄性:2n=23(X0)植物中花椒也是属于XO型。在鳞翅目昆虫中也有雄性为ZZ，雌性为ZO的类型，称为ZO型。18Figure 7.3 (a)The Proterormode of sex determination where the heterogametic sex is XO and produces gametes with or without the X chromosome.19Figure 7.4(b)The Lybaeus mode of sex determination,where the heterogametic sex is XY and produces gametes with either an X or a Y chromosome.203.3.性指数决定性别性指数（Sex index）X:A 果蝇、线虫（C.elegans）果蝇的性别决定与Y染色体有无与数目无关，而是由体细胞中X染色体与常染色体组数A的比例所决定。其中：X:A=1雌性X:A=0.5雄性1X:A0.5，介于两者则为间性；伴随着生活力、育性下降。X:A1的个体将发育成超雌性，X:A0.5时发育成超雄性21 表5-1 在人类和果蝇中性染色体和性别的关系XY XX XXX XXYXO XYY X:3A 性指1X:2A 2X:2A 3X:2A 2X:2A 1X:2A 1X:2A 1X:3A 数=0.5 =1 =1.5 =1 =0.5 =0.5 =0.33 果蝇 超雌 超雄的性别（不能成活）人的 超雌 超雄 性别224.4.染色体组的倍性决定性别蜜蜂（Apis mellifera）型：受精卵发育成蜂王(皇)及工蜂（2n=32）未受精卵发育成雄蜂（n=16）即雌蜂2n=32 雄蜂n=16235.5.取决于取决于X X染色体的是否染色体的是否杂杂合合 小茧蜂（Habrobracon）雌性为杂合型：XaXb、XaXc、XbXc 雄性为纯合型：XaXa、XbXb、XcXc6.6.取决于取决于X X和和Y Y的比的比 酸模 （Rumex acefosa）雌雄同株为 18A+xx+yy，x:y=1:1；雌雄异株时雌株为：18A+XX+Y，x:y=2:1 雄性为：18A+x+yy，x:y=1:224(二)基因决定性别1.由复等位基因决定性别 喷瓜（Ecballium elaterium）基因 决定性别 基因型 aD aDaD，aDa+，aDad a+两性 a+a+，a+ad ad adad252.由二由二对基因决定基因决定玉米（Zea mays）Ba：显性控制叶腋长穗状雌花序,其隐性等位基因baTs：显性控制顶端长雄花序，其隐性等位基因ts顶端长雌花序。基因型 性别 表型 Ba _ Ts _ 叶腋长雌花序，顶端长雄花序，Ba_ tsts 叶腋和顶端都长雌花序 baba Ts_ 叶腋不长花序，顶端长雄花序 baba tsts 叶腋不长花序，顶端长雌花序26图7-4 7-4 玉米的性别5正常株正常株Ba_Ts_雄株雄株babaTs_雌株雌株Ba_tsts双隐性雌株双隐性雌株babatsts27正常减数分裂正常减数分裂7.2.1营养条件：如蜜蜂雌蜂(2n)+蜂王浆 蜂王(有产卵能力)雌蜂(2n)+普通营养 普通蜂(无产卵能力)正常受精卵 2n为雌蜂孤雌生殖 雄蜂(n)7.2外界条件对性别发育的影响喂普通蜂喂普通蜂蜜蜜喂蜂王喂蜂王浆假减数分裂假减数分裂2n为雌蜂雌蜂工蜂工蜂蜂王蜂王(n)+(n)28氮素影响氮素影响早期发育时使用较多氮肥或缩短光照时间，可提高黄瓜的雌花数量。297.2.2激素在哺乳动物中性别决定是指性腺的分化，性别的分化是指在性激素的作用下内外性器官的分化和第二性征的发育，毫无疑问性激素的作用是很大的。自由马丁牛（freemartin）：在双胎牛中如果是一雄一雌，由于雄性的睾丸先分化，睾丸产生的雄激素通过绒毛膜血管流向雌性胎牛，使雌性胎牛的内外生殖器表现为雄性，但没有睾丸，呈间性。在人类中常见的一男一女的异卵双生子中为什么没有这种现象呢？。307.2.3性反转现象有正常的自然反转，有的是人工引起的，或是环境条件改变所造成，或是由于病理因素所引起的。如母鸡司晨。母鸡卵巢退化，促使精巢发育并分泌出雄性激素，但其性染色体仍是ZW型。31温度:扬子鳄卵 34C 雄体 乌龟卵 23C 27C 雄性 32C 33C 雌性降低夜间温度，可增加南瓜雌花数量；缩短光照 增加雌花。7.2.4温度和光照327.3性相关遗传（sex-relatedinheritance）7.3.1 7.3.1 伴性伴性遗传遗传（sex-linked inheritancesex-linked inheritance）u性染色体上基因的遗传往往与性别相联系，这种遗传方式称为伴性伴性遗传遗传（sex-linked inheritancesex-linked inheritance）。特点：(1)正反交的结果不同；(2)后代性状的分布和性别有关；(3)绞花式遗传（criss-cross inheritance）；交叉遗传,即母传子，再由子传孙女。(4)隔代遗传33(一)人类的伴性遗传携带者（Carrier）半合子（hemizygote)第一性比 男胎儿 女胎儿120 100第二性比 男婴女婴（103105）100第三性比 男青年女青年 1 1老翁 老妪 62 100 (85岁)341X-连锁隐性性遗传(X-linked recessive inheritance)X-连锁隐性遗传病的遗传特征是：男性病儿的母亲必为隐性基因携带者。遗传通常由母系而来，不可能有从男到男的传递。男婴中一半正常，一半为病人，而女婴中一半正常，一半为携带者。35X-连锁隐性性遗传病病常见：红绿色盲(congenital先天 dyschromatopsia of the protan and deutan type)罕见：l血友病（hemophilia）、l进行性肌营养不良（progressive muscular dystorphy，DMD）(杜兴氏症 Duchemmes muscular dystrophy）l睾丸女性化(testicular feminization syndrome)l自毁容貌综合征 (Lesch-Nyhan syndrome)36在许多情况下，婚姻伴侣作为保持隔离的捷径(Shorthand way)被忽略(Omitted)了。37图7-5 X7-5 X连锁隐性遗传半黑半黑圆圈表示女性携圈表示女性携带者。者。38自自毁容貌容貌综合征合征自毁容貌综合征：生长发育迟缓，强迫性痉挛，舞蹈样手足徐动，自咬嘴唇、手指致残，智力低下。39X-连锁显性遗传病的遗传特征是：病儿双亲中往往有一个是病人，每代都有患者；女性患者的子代得病机会为50%；男性患者的女儿都为患者，绝无父子相传；女婴发病多于男婴，但症状较男婴轻。抗维生素D佝偻病（Vitamin Dresistant rickets）2X-连锁显性性遗传（X-linked dominant inhertance）40抗维生素D佝偻病主要是由于位于X染色体上的PHEX基因的突变，导致肾小管回吸收磷减少所致。41 图76 典型的典型的X连锁显性性遗传家族家族图谱423Y-连锁遗传基因在Y染色体上，X上无相应的等位基因，因此无论是显性还是隐性都可以表达。目前人类唯一例子是毛耳(hairy ears)鱼类中背鳍上的斑点外耳道多毛家族谱系4344 红眼和白眼的遗传(二)果蝇的伴性遗传45果蝇的野生型眼色都是红色，但是摩尔根在研究的早期（1910年）发现一只雄蝇复眼的颜色完全白色。这只白眼雄蝇与通常的红眼雌蝇交配时，子一代不论雌雄都是红眼，但子二代中雌的全是红眼，雄的半数是红眼，半数是白眼。这显然是个孟德尔比数如果雌雄不论，则子二代中3红眼1白眼。与一般孟德尔比数不同之点是，白眼全是雄蝇。4647另外，摩尔根也做了回交试验。最初出现的那只白眼雄蝇和它的红4849摩尔根根据实验结果，提出他的假设：控制白眼性状的基因W位于X染色体上，是隐性的。因为Y染色体上不带有这个基因的显性等位基因，所以这最初发现的那只雄蝇（）的基因型是wY，表现为白眼，跟这只雄蝇交配的红眼雌蝇（）是显性基因的纯合体，基因型是+。50摩尔根圆满地说明了他的实验结果，但他为了验证他的假设，设计了三个新的实验：(1)根据假设，子二代雌蝇虽然都是红眼，但基因型有两种，半数是X+X+，半数是X+XW，所以子二代雌蝇与白眼雄蝇做单对交配时，应当半数子二代雌蝇所产的后裔全部是红眼，半数子二代雌蝇则7-7517白白5图7-752(2)根据假设，白眼雌蝇与红眼雄蝇交配时，子代中雌蝇都是红眼，雄蝇都是白眼（图78）。53图7-854(3)根据假设，白眼雌蝇和白眼雄蝇交配时，子代雌雄都是白眼，而且以后也能真实传代，成为稳定的品系。55摩尔根这个工作的意义是，第一次把一个特定基因与一个特定的染色体联系起来。果蝇的白眼性状的遗传与 性 别 有 关，表 现 绞 花 遗 传（criss-cross inheritance），或者是外祖父的性状通过女儿而在外孙身上表现或者女儿象父亲，儿子象母亲（图7-8）56(三)植物的伴性遗传 表5-4 几种雄性异配性别的植物物种常染色 体数大麻(Cannabis sativa)20 XX XY 茜草(Humulus lupulus)20 XX XY 酸模(Rumex anglocarpus)14 XX XY 女娄菜(Melandrium album)22 XX XY 白剪秋萝(Lychnis senno)XX XY57 P 宽叶 窄叶 XBXB XbY F1 宽叶 宽叶 XBXb XBY F2 宽叶 宽叶 宽叶 窄叶 XBXB XBXb XBY XbY 图7-9 白剪秋萝的伴性遗传58例：芦花鸡的绒羽黑色，头上有黄色斑点，成羽有横纹，是黑白相间。如用雌的芦花鸡与雄的非芦花鸡交配，得到的子一代中，雄的都是芦花，雌的都是非芦花。子二代中，雌鸡中一半是芦花，一半非芦花，雄鸡中也是如此。这个遗传现象如何解释呢？可假定芦花基因B在Z染色体上，而且是显性。(四)鸟类的伴性遗传(雌性异配)59(四)鸟类的伴性遗传(雌性异配)P 芦花 非芦花 ZBW ZbZb F1 非芦花 芦花 ZbW ZBZb F2 芦花 非芦花 芦花 非芦花ZBZb ZbZb ZBW ZbW 1 :1 :1 :1 图7-10 鸡羽色的伴性遗传在养禽场里，为了提高鸡的生产性能，可供利用的一个交配是芦花母鸡非芦花公鸡。它们的子代生活力强，而且在孵化时根据绒羽颜色和有没有黄色头斑，就可把雏鸡的雌雄区别开来了。60(五)不完全性连锁lX-连锁（X-linkage）基因：lY-连锁（Y-limkage）基因：lX 和 Y连锁（X and Y-limkage gene）基因：位于X染色体和Y染色体同源区域的基因，由于这一区域有交换重组的可能存在，所以也称为不完全性连锁基因。l例如斯特恩（stern）发现:截刚毛（bobbed）的遗传61图7-11 7-11 果蝇截刚毛的“X X和Y Y连锁 ”遗传方式P 截刚毛 正常正常 截刚毛XbXb X+Y+X+X+XbYb F1 正常 正常正常 正常X+Xb Xb Y+X+Xb X+Yb F2 正常截刚毛正常正常正常正常正常截刚毛X+Xb XbXb X+Y+Xb Y+X+X+X+Xb X+Yb XbYb 62 7.3.2 7.3.2 从性遗传（sex-influenced inheritancesex-influenced inheritance）基因在常染色体上，因受到性激素的作用，基因在不同性别中表达不同，称为。从性显性(sex-influenced dominance）在一种性别中为显性，另一性别为隐性。早秃（Baldness）绵羊角63 表7-5 从性遗传类型范例基因型表型 从性显性人类早秃b+b+正常正常b+b 正常早秃b b 早秃早秃从性显性 绵羊长角 h+h+有角有角h+h 无角有角h h 无角无角从性隐性 鸡羽形态 h+h+雌羽雌羽h+h 雌羽雌羽h h 雌羽雄羽64 图7-12 早早秃的的遗传谱系系65667.3.3 7.3.3 限性遗传（sex-limsited inheritancesex-limsited inheritance）基因可在常染色体或性染色体上，但仅在一种性别中表达，限性遗传的性状常和第二性征或性激素有关。毛耳睾丸女性化子宫阴道积水与伴性遗传的区别：不表现隔代遗传，每代都可能出现。677.4人类的性染色体异常7.4.1 真两性畸型(一)同源嵌合体（mosaic）如46XX/47XXY；46XY/45X0；47XYY/45X0 染色体不分离（如XYY/XO）性染色体丢失（如46XY/45X0）(二)异源嵌合体（mosaic）双受精 46XY/46XX 开米拉（chimera）双胎开米拉（twin chimera）双精受精开米拉（dispermic chimera）68 1.克兰费尔特综合征:47 XXY (Klinefelters syndrome）2.特纳氏综合征:45 XO （Turners syndrome）3.XYY综合征 超雄(supermale)4、XXX综合征 超雌(superfemale)性染色体异常：69701、克、克兰费尔特特综合征合征:47 XXY又称为“先天性睾丸发育不全”或“小睾症”。核型为47XXY，此是由于亲代减数分裂时，性染色体不分离所致。男性新生儿的发病率为1.3%，患者青春期后出现症状。身体瘦长，第二性征弱，常出现女性乳房，智力较差，睾丸小，精细管玻璃样变性，无精子发生，不育。712、Turner综合征:45 XOTurner综合征患者的外貌象女性，身长较一般女性为矮，第二性征发育不良，卵巢完全缺如，或仅存少量结缔组织。原发性闭经，无生育能力。婴儿时颈部皮肤松弛，长大后常有蹼颈（webbed neck），肘外翻，往往有先天性心脏病。智能低下，但也有智能正常的。723、XYY综合征合征XYY个体外貌男性，症状类似Klinefelter患者。他们的智能稍差，但也有智能高于一般的。据说这种人有反社会行为，但尚无定论，他们有生育能力。他们的体细胞染色体数是2n47，除了可以看到22对常染色体外，还可看到1个X和2个Y。他们的核型一般记作47，XYY。4、XXX综合征又称为超雌，Jacobs等在1959年首先报道。发病率为8/10000，多数患者表型和生育能力都正常。只有少数患者继发闭经，智力稍低等症状，细胞学检查可发现患者有2个Barr小体。患者母亲的平均年龄增高，表明染色体不分离现象主要发生在母方。73从上面几种性从上面几种性别畸形可以看出：畸形可以看出：多一个性染色体，或少一个性染色体，常能使性腺发育不全，失去生育能力。Y染色体有特别强烈的男性化作用，因为有Y染色体存在时，性别分化就趋向男性，体内出现睾丸，外貌也象男性；而没有Y染色体存在时，性别的分化就趋向女性，体内出现卵巢，外貌也象女性。少一个性染色体的影响比多一个性染色体的影响要大些，所以XO个体远比XXY个体为少见。74我们应该注意到，虽然人和果蝇都是XY型性决定，但在人中Y染色体在性决定上所起的作用很重要，所以XO个体是不育女性；而在果蝇中，Y只跟育性有关，所以XO个体是不育的雄蝇。人和果蝇几种性别畸形的比较75男性：睾丸女性化(testicular feminization)(性连锁隐性)假阴道会阴阴囊性尿道下裂 (隐性遗传)女性：XX男性综合征(SRY易位DSS基因突变)乳房发育，睾丸萎缩，不育 肾上腺皮质增生21羟化酶基因突变 皮质醇 胆固醇 孕酮 17羟化孕酮睾酮7.4.2 7.4.2 基因突变在性别分化上的作用 假两性畸形761、睾丸女性化（男性假阴阳人）症状：外貌女性，体内没有子宫、输卵管，有睾丸，能分泌雄激素，但没有雄激素受体，激素不能发挥作用。机理：XY个体的X染色体的雄激素受体基因Tfm突变成隐性基因2、男性生殖器官异常症状：前列腺、外生殖器分化异常机理；XY个体常染色体的5a-还原酶基因突变，使睾酮不能还原成二氢睾酮。77男性：男性：睾丸女性化睾丸女性化(testicular feminization)XtfX+图7-12783.46，XX男性综合征是指46,XX 性反转男性(46,XX reversal male)，简称XX 男性综合征。本病发病率约为1/20 000。本病的发生机制较复杂，通常不是由单一的原因所引起。常见的原因包括Yp/Xp 末端易位和一条X 染色体的短臂上能抑制睾丸不发育的片段丢失或失活。SRY(Y染色体性别 决 定 区,sex determining region of Y chromosome,SRY)基因的存在是XX男性综合征的主要遗传基础。79本章小结直接决定性别有关的一个或一对染色体称性染色体，其它称常染色体性染色体成对，则往往异型：XY型、ZW型性相关遗传:伴性遗传、从性遗传、限性遗传性连锁80伴性遗传、从性遗传、限性遗传比较名称名称基因位于基因位于特点特点举例例伴性伴性遗传性染色体上性染色体上正反交的正反交的结果不同；果不同；后代性状和性后代性状和性别有关；有关；绞花式花式遗传；隔代隔代遗传红绿色盲色盲血友病血友病从性从性遗传常染色体上常染色体上因受到性激素的作用，因受到性激素的作用，基因在不同性基因在不同性别中表达中表达不同不同早早秃绵羊角羊角限性限性遗传常染色体或性常染色体或性染色体上染色体上仅在一种性在一种性别中表达中表达毛耳毛耳睾丸女性睾丸女性化化81