性别决定和性连锁课件

第六章第六章 性别决定和伴性遗传性别决定和伴性遗传n第一节第一节 性染色体和性别决定性染色体和性别决定n第二节第二节 伴性遗传伴性遗传n第三节第三节 其它与性别有关的遗传方式其它与性别有关的遗传方式n第四节第四节 人类的性染色体异常人类的性染色体异常n第五节第五节 剂量补偿效应剂量补偿效应n性染色体：性染色体：与性别决定有明显而直接关系的染色体称为性染色体。成对性染色体往往是异型的，形态、结构、大小、功能上有所不同。n性染色质性染色质(sex chromatin)：指哺乳动物间期体细胞核内的一种可被碱性染料染成深色的小体。女性间期细胞核中的两条X染色体，只有一条有转录活性，另一条则失去转录活性，并形成固缩状态，称为性染色质。一、性染色体和性染色质一、性染色体和性染色质第一节第一节 性染色体和性别决定性染色体和性别决定二、性染色体与性别决定的发现二、性染色体与性别决定的发现H.Henking 1891年在昆虫精子细胞核中发现年在昆虫精子细胞核中发现了一种结构，它称之为了一种结构，它称之为X-body。Clarance McLung在部分蝗虫精子中发现一种在部分蝗虫精子中发现一种异样的结构，它称之为异样的结构，它称之为Heterochromosome。其余的精子中不含有这种结构。其余的精子中不含有这种结构。但他错误地把它与雄性联系起来。但他错误地把它与雄性联系起来。1906年，年，Edmund B.Wilson总结了总结了Henking和和McLung的发现，以两种性染色体模式详细地说明的发现，以两种性染色体模式详细地说明了染色体与性别的关系了染色体与性别的关系X：雄性；：雄性；XX：雌性：雌性XY：雄性；：雄性；XX：雌性：雌性Protenor 模式模式Butterfly ProtenorLygaeus 模式模式Milkweed bug Lygaeus共同特点：共同特点：雌性是雌性是同型配子性别同型配子性别（Homogametic sex）雄性是雄性是异型配子性别异型配子性别（Heterogametic sex）三、性染色体决定性别的几种类型三、性染色体决定性别的几种类型nXY型：型：n人类和所有哺乳动物、大部分的两栖类，爬行类，部分的鱼类和昆虫等雄性异配雄性异配,XY;雌性同配雌性同配,XXLygaeus 模式模式XO型n蝗虫、蟑螂、蟋蟀等昆虫n如蝗虫XX为雌性，XO为雄性Protenor 模式模式ZW型n鸟类、鸡、家蚕等n雌性为异配个体，产生两种不同类型配子；雄性为同配个体，产生一种类型配子n为便于与XY类型进行区分，将其称为ZW型。n雌性为ZW型，雄性为ZZ型n小茧蜂：n雌性为杂合型：XaXb、XaXc、XbXcn雄性为纯合型：XaXa、XbXb、XcXc取决于取决于X染色体是否纯合染色体是否纯合雌雄同株为：18AA+xx+yy,x:y=1:1；雌雄异株中雌株为：18AA+xx+y,x:y=2:1 雄株为：18AA+x+yy,x:y=1:2取决于取决于X和和Y的比的比酸模（Rumex acefosa）人类人类Y染色体决定男性性别染色体决定男性性别n1956年，Joe H.Tjio和Albert Levan发现了染色体制备观察的新方法，确认人类含有46条染色体。44+XY44+XX在23对染色体中，有一对在男性和女性中存在很大差异，分别命名为X和Y染色体。女性含有两条X染色体，男性含有一条X染色体和一条Y染色体nX与Y染色体含有部分同源区域，在减数分裂时可以相互配对n两种可能性：nY染色体决定了男性性别nY染色体不起作用，两条X决定女性性别，缺少第二条X染色体产生男性性别nKlinefelter和Turner Syndromes个体核型的发现证明了Y染色体在男性性别决定中的作用克林菲尔特综合征（Klinefelters syndrome）n该症于1942年首先由 Klinefelter 发现并描述。n患者通常身材细高、有男性生殖器、睾丸发育不全或原发小睾丸症、常有乳房轻微发育等。47，XXYn该症于1938年首先由 Turner 描述。n患者表现为女性，矮小，第二性征发育不良，无卵巢，无生育能力，常有蹼颈，肘外翻特纳氏综合征（Turners syndrome）45，X1990年澳大利亚的Marshall Graves 和英国的Lovell-Badge两个实验室发现性别决定基因SRY，位于Y染色体短臂上，编码一个转录因子TDFY染色体存在“男性基因”SRY(Testis-determining factor)睾丸决定因子（睾丸决定因子（TDF）XY、XXY、XYY：男性：男性XXX、XX、XO：女性；：女性；人的Y染色体（或SRY基因）在性别决定中起着至关重要的作用，有Y染色体就有睾丸组织，没有Y 染色体就没有睾丸组织，所以XO个体是不育的女性。1999年，研究人员发现，还有另一个基因决定着人和哺乳动物的性别，即所谓的“女性基因”。这一基因称为 Wnt-4，位于1号染色体短臂1p36.23-p35.1之间。SRY基因存在时会通过Fgf9抑制Wnt-4的表达，使胚胎发育为雄性。SRY基因不存在时Fgf9关闭，Wnt-4表达会促使胚胎发育成雌性。果蝇也是XY异配型:XX雌性，XY雄性XXX、XX、XXY：雌性：雌性XY、XO、XYY：雄性：雄性果蝇的性别决定果蝇的性别决定（1）Calvin Bridges的实验XXY的果蝇：可育的雌性的果蝇：可育的雌性X的果蝇：不育的雄性的果蝇：不育的雄性Y染色体上没有决定雄性的基因。染色体上没有决定雄性的基因。但有决定雄性可育的基因。但有决定雄性可育的基因。Y染色体不决定雄性性状染色体不决定雄性性状XX的果蝇：正常雌性的果蝇：正常雌性XY的果蝇：的果蝇：正常正常雄性雄性（2）染色体数异常的果蝇杂交实验）染色体数异常的果蝇杂交实验Bridges观察3倍体果蝇与2倍体正常果蝇杂交的后代的性别 3n 2n果蝇染色体组成与性别的关系果蝇染色体组成与性别的关系XAX/A性别类型XAX/A性别类型321.5超雌340.75间性431.33超雌230.67间性441.0雌（4倍体）120.5雄331.0雌（3倍体）240.5雄221.0雌（2倍体）130.33超雄（3）结论：性指数决定果蝇性别）结论：性指数决定果蝇性别 Y染色体与性别决定无关！X染色体与常染色体共同决定性别。性指数（sex ratio）：X染色体数目（染色体数目（X）常染色体组数（常染色体组数（A set）性指数性指数=遗传平衡理论（genetic balance theory）：性指数性指数=2/2：雌性：雌性性指数性指数=1/22/2：间性：间性n单/二倍体型性别决定（蜜蜂、蚂蚁）n如：蜜蜂雌性为二倍体，2n=32，雄性为单倍体，n=16（孤雌生殖）四、基因组倍性决定性别四、基因组倍性决定性别雄蜂的精母细胞的减数分裂很特殊，第一次分裂时只产生单极纺锤丝，把染色体完全拉至细胞的一极，另一极只产生一个无核的细胞质小体，而第二次分裂是正常的，结果，每一个精母细胞仅产生两个精细胞，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)孤雌生殖 雄蜂(n)正常受精卵 2n为雌蜂雌蜂孤雌生殖 n为雄蜂2-3天蜂王浆工蜂蜂王5-6天蜂王浆正常减数分裂nn假减数分裂+2n为雌蜂n后螠。n 幼虫落入海中自由生活虫；一直寄生在虫子宫里的幼虫虫n雌虫吻上有一种激素似的化学物质，有力地影响性别分化。五、环境决定性别1.激素作用n“自由马丁”牛n双胎性别不同的牛，雄牛的睾丸组织先发育，分泌的雄性激素经血液循环流入雌性体内，使其发育为不育的间性。雌牛除生殖器像母牛外，其余部分均像公牛。2.温度决定性别（TSD）Temperature-dependent sex determination受精卵发育过程中一段关键时期所处的温度决定性别受精卵发育过程中一段关键时期所处的温度决定性别所有的鳄鱼（所有的鳄鱼（crocodiles）、大多数海龟）、大多数海龟（turtles）、一部分蜥蜴（）、一部分蜥蜴（lizards）雄性决定温度雄性决定温度（male-dependent temperature,MT）雌性决定温度雌性决定温度（female-dependent temperature,FT）（1）高温：雄性；低温：雌性Tp：pivotal temperatureTemperatureTpPercent female50100FTMTn扬子鳄卵：n34 雄体（2）高温：雌性；低温：雄性Tp：pivotal temperatureTemperatureTpPercent female50100FTMTn乌龟卵：n23-27；雄性n 32-33 雌性（3）高温和低温：雌性；中间温度：雄性Tp：pivotal temperatureTemperatureTpPercent female50100FTMTTpFT（4）TSD的特点的特点a.在一个特定的温度时，雌性和雄性都能产生。在一个特定的温度时，雌性和雄性都能产生。b.Tp的范围很窄：的范围很窄：15 C（5）TSD的机制的机制涉及类固醇（涉及类固醇（steriods），尤其是雌激素），尤其是雌激素（estrogen）及参与其合成的酶。）及参与其合成的酶。雄激素雄激素（androgens）雌激素雌激素（estrogens）aromatase温度温度n有些蛙类性别决定是XY型，蝌蚪在20 以下环境发育时性别由性染色体决定，在30 条件下，XX、XY均发育为雄性六、基因决定性别葫芦科植物喷瓜性别是由3个复等位基因aD、a+、ad决定的，aD对a+为显性，a+对ad为显性aDa+、aDad两性a+a+、a+adadad玉米花序由两对基因决定七、性反转现象黄鳝：从胚胎期到初次性成熟时都是雌性，生殖腺为卵巢，产卵后卵巢逐渐变为精巢，变为雄性个体。鲷鱼：去掉一群鱼中的雄鱼，能促使部分雌鱼变成雄鱼并产生正常的精子 n例：n经过性反转得到的公鸡与正常母鸡交配后代如何？母鸡 性反转公鸡 ZWZWZZ ZW ZW WW死亡性别发生改变，但是基因型并没有发生改变第二节 伴性遗传n伴性遗传伴性遗传：指位于性染色体上的基因所控制的性状总是伴随性别而遗传的现象。特指X或Z染色体上基因的遗传。Y或W染色体上基因的遗传称为限性遗传。n伴性遗传的特点：n1.正反交结果不同n2.后代性状的分布和性别有关n3.绞花式遗传（交叉遗传）n外祖父 女儿 外孙一、人类的伴性遗传伴X隐性遗传：1.男性受累者比例高于女性2.男性受累者女儿为携带者，表现为交叉遗传3.隔代遗传4.X连锁基因，不会直接由父亲传给儿子 红绿色盲、血友病、视神经萎缩、眼白化病、无眼畸形、先天性夜盲症、血管瘤病、致死性肉芽肿、先天性丙种球蛋白缺乏症、水脑、眼-脑-肾综合症、自毁容貌综合症血友病血友病伴X显性遗传：1.患者双亲中必有一方患有此病。女性患者多于男性，但女性患者病情较轻。2.男性患者的女儿都是患者，儿子正常。3.女性患者的子女有1/2可能患病。4.末患病的后代，可真实遗传。抗维生素D佝偻病、深褐色齿、牙珐琅质发育不良、肌营养不良症 二、果蝇的伴性遗传果蝇眼色的遗传红眼（W）对白眼（w）为显性正交 红眼 白眼XWXW XwYXwYXWXWXwXWYXWYXWXWXWXWYXwXWXwXwY红眼：白眼=3:1，白眼全为雄性近亲繁殖反交 白眼 红眼XwXw XWYXWYXwXWXwXwYXwYXWXWXwXWYXwXwXwXwY近亲繁殖红眼：白眼=1:1，雌雄各半交叉遗传ZbW ZBZB正常（雌）芦花（雄）ZBW ZBZb芦花（雌）芦花（雄）ZBZB ZBZb芦花（雄）芦花（雄）ZBW ZbW芦花（雌）正常（雌）公鸡全部芦花母鸡半数芦花三、鸡的伴性遗传近亲繁殖ZBW ZbZb芦花（雌）正常（雄）ZbW ZBZb正常（雌）芦花（雄）ZBZb ZbZb芦花（雄）正常（雄）ZBW ZbW芦花（雌）正常（雌）交叉遗传近亲繁殖芦花：正常=1：1雌雄各占一半生产实践上：ZBW ZbZb芦花（雌）正常（雄）ZbW ZBZb正常（雌）芦花（雄）全部饲养母鸡 多生蛋宽叶F1F2 宽叶 宽叶 宽叶 窄叶P 宽叶 窄叶 宽叶XBXBXbYXBXbXBYXBXBXBXbXBY XbY四、植物的伴性遗传女娄菜女娄菜五、限性遗传n限性遗传：限性遗传：指位于Y/W染色体上的基因所控制的性状，它们只在异配性别上表现出来。外耳道多毛症n不表现隔代遗传，性状在每代中都会出现，且只在特定性别中出现孔雀鱼的限性遗传蛇蛇王王白白金金金金属属第三节 其它与性别有关的遗传方式n从性遗传从性遗传：位于常染色体上的基因所控制的性状在不同性别中表现不同，其本质是常染色体基因控制的性状受到性染色体遗传背景和生理环境的影响羊的有角因品种不同而有三种特征：1.雌雄都无角2.雌雄都有角3.雌无角而雄有角以前两种交配，其F1雌性无角，而雄性有角。反交结果和正交相同。控制人类秃顶性状的基因位于常染色体，在男性中为显性基因，在女性中为隐性基因第四节 人类的性染色体异常一、真两性畸形二、假两性畸形三、性染色体异常n真两性畸形患者同时具有卵巢和睾丸两种不同的性腺，染色体为嵌合型 n（1）46XX/47XXY；46XY/45XO；47XYY/45XOn这一类型是由于胚胎发育早期部分细胞有丝分裂过程产生了染色体不分离的现象或性染色体丢失所造成的n（2）46XY/46XXn这种类型十分罕见，可能是由双胎嵌合体或双受精的嵌合体发育而成。一、真两性畸形n假两性畸形患者实际只有一种性腺，或者是男性性腺，或者是女性性腺。具有男性性腺者，其外生殖器的外观是女性特征;具有女性性腺者，其外生殖器的外观却是男性特征。n男性假两性畸形：n睾丸女性化（性连锁隐性）、睾酮代谢障碍、假阴道会阴阴囊性尿道下裂n女性假两性畸形：nXX男性综合症（SRY异位、DSS基因突变）二、假两性畸形三、性染色体异常克林菲尔特综合征（Klinefelters syndrome）n47，XXYn该症于1942年首先由 Klinefelter 发现并描述。n症状表现常有乳房有轻微发育、睾丸发育不全或原发小睾丸症等。发病率为0.1%。泰德变成了“性感女郎”克洛伊 47，XXY核型n45，XO；该症于1938年首先由 Turner 描述。n表现在女性，矮小，第二性征发育不良，无卵巢，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，肘外翻n发病率为0.2/1000-0.4/1000 特纳氏综合征（Turners syndrome）45，XO核型n47，XYY nSandberg（1961）首先报道，患者为男性，身材高大，智力较低（部分高于常人），患者脾气暴烈，好斗，进攻性强，有反社会行为，发病率占男性的1/750-1/1500。XYY综合征患者中刑事犯罪率较正常人群为高，大约可达几到十几倍。有生育能力。超雄综合征nXXXnJacobs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。超雌综合征n1969年Lubs首先在男性智力低下患者及其女性亲属中发现了长臂具有“随体和呈细丝状次缢痕”的X染色体。后来，Sortherland 证明细丝位于X染色体长臂2区7带（Xq27）。在男性中的发病率为1/10001/1500 n中度到重度的智力低下，下颌大而前突，大耳，高腭弓，唇厚，下唇突出，大睾丸症。脆性X染色体综合征（Martin-Bell综合征）第五节 剂量补偿效应女性：女性：22+XX男性：男性：22+XY女性细胞内女性细胞内X X染色体上基染色体上基因翻译蛋白质的量是男因翻译蛋白质的量是男性的两倍吗？性的两倍吗？NOn剂量补偿效应：剂量补偿效应：在XY性别决定机制的生物中，使性连锁基因在雌、雄性别中有相等或近乎相等的有效剂量的遗传效应。也就是说，在雌性和雄性细胞里，由X染色体基因编码产生的酶或其它蛋白质产物在数量上相等或近乎相等。n剂量补偿存在两种情况：n雌性哺乳动物一条X染色体异染色质化(失活)，只有一条X染色体具有活性，使雌雄动物虽然X染色体数目不同但基因产物的剂量是平衡的；n另一种是X染色质的转录速率不同，如果蝇雌性细胞中两条X染色体都有活性，但它们的转录速率低于雄性细胞X染色体的转录速率。1949年Barr等在雌猫的神经元细胞中发现一种浓缩小体，而雄猫无。而且在其他物种的雌性个体组织细胞核中都有。该小体为失活的X染色体，又称Barr小体。n巴氏小体：巴氏小体：雌性哺乳动物体细胞中失活的X染色体在间期细胞核中呈异固缩状态（染色质高度螺旋化），形成约1m大小，贴近于核膜边缘的染色小体，又称为X染色质或性染色质。莱昂假说莱昂假说(Lyon hypothesis)n1961年,Mary Lyon 提出了阐明哺乳动物剂量补偿效应和形成巴氏小体的X染色体失活的假说。n哺乳动物雌性个体两条X染色体的其中一条在受精后失活;n两条X染色体中哪一条失活是随机的；n失活在胚胎早期发生(人类在胚胎发育16天时)，某一个细胞的X染色体一旦失活，这个细胞的所有后代细胞中该X染色体均处于失活状态；n杂合体雌性在伴性基因的作用上是嵌合体。X inactivation and the tortoiseshell cat剂量补偿说难以解释的问题剂量补偿说难以解释的问题1.为什么为什么XO、XXX性染色体的人不正常？性染色体的人不正常？2.为什么为什么XXY的男人与的男人与XY的男人不同？的男人不同？可能的回答：可能的回答：X染色体失活并不是发生在胚胎早期染色体失活并不是发生在胚胎早期形成形成Barr小体的小体的X染色体也不全失活染色体也不全失活X-inactive specific transcript（XIST）：）：XIC区上的一个基因。区上的一个基因。转录产物是一个很大的转录产物是一个很大的RNA（17KB），但没有），但没有开放阅读框（开放阅读框（open reading frame，ORF），这），这个个RNA转录物可能包裹在转录物可能包裹在X染色体上形成一个染色体上形成一个“分子笼子分子笼子”（molecular cage）使其失活。）使其失活。XISTRNAX inactivated核膜核膜X染色质染色质正常女性间期细胞正常女性间期细胞核中核中X X染色质阳性率染色质阳性率为为1030，而，而男性则低于男性则低于1。X染色质检查的临床应用染色质检查的临床应用性别的快速鉴定性别的快速鉴定胎儿性别鉴定胎儿性别鉴定n运动会性别鉴定：n斯特拉沃什，1932年奥运会，女子100米金牌n1936年，斯特拉与海伦的性别之争n1964年，波兰运动员埃瓦克洛布克瓦斯嘉先夺得女子百米短跑铜牌和4100米接力金牌，但她在1968年被查出性染色体不合格。n1966年的第5届曼谷亚运会，首次进行性别检查n1968年19届奥运会上，国际奥委会开始对女运动员进行性别鉴定n1999年，国际奥委会改全部检测为只对个别有疑问的女运动员进行鉴定。n2008年第29届奥运会，鉴定的方式除了临床检查运动员的第二性征和外生殖器外，还要进行雄激素、性别基因、染色体等三项检查。