第四章1遗传学基本定律和人类性状的遗传方式

第四章遗传学基本规律和人类性状的遗传方式曹明富教授一遗传学基本规律

原奥地利天主教神甫约翰·格雷尔戈尔·孟德尔（1822－1884）于1857年用34个豌豆品种进行栽培观察，选择了7对具有明显差异的相对性状进行杂交试验，分析统计子代的性状变化。1865年写出了《植物杂交试验》论文，提出了遗传的分离定律和自由组合定律。

1866年出版的《植物杂交试验》临摹本重印中译本概念1、杂交：不同遗传组成的两亲本之间的交配。

2、性状：是生物体所表现的形态特征和生理特性的总和。3、相对性状：是指不同品种之间表现出有差异的一对性状，叫一对相对性状。如红花和白花，高茎与矮茎。（一）分离定律和人类遗传

1.研究性状遗传的方法杂交实验法：具有明显差异的相对性状的个体进行交配，观察杂交后代中这些性状的表现。杂交实验中常用的符号及表示的含义：

P（parents）：亲本×：杂交×：自交

F（Filialgeneration）：杂种子代

F1：杂交后第一代（firstfilialgeneration）F2：杂交后第二代（Secondfilialgeneration）♂：父本（雄性）♀：母本（雌性）

G（gamete）：配子B：回交子代豌豆自花受粉实验材料的选择---豌豆的性状2.一对相对性状的杂交试验P：×

红花

白花

F1F2705株224株7对相对性状孟德尔豌豆一对相对性状杂交试验的结果性

状杂

交

组

合F1表现的显性

性

状F2的

表

现显性性状隐性性状比例花

色红花×白花红

花705红花224白色3.15:1种子性状圆粒×皱粒圆

粒5474圆粒1850皱粒2.96:1子叶颜色黄色×绿色黄

色6022黄色2001绿色3.01:1豆荚形状饱满×不饱满饱

满822饱满299不饱满2.95:1未熟豆荚色绿色×黄绿

色428绿色152黄色2.32:1花着生位置腋生×顶生腋

生651腋生207顶生3.14:1植株高度高的×矮的高

的787高的277矮的2.84:1

孟德尔的7对相对性状试验结果中的共同的规律性现象1）

F1只表现亲本相对性状的一个亲本性状，所有植株表型一致。2）F2植株中亲本的一对相对性状－－显性性状和隐性性状都分别表现，这就是性状的分离现象。3）F2表现的显性性状个体数与隐性性状的个体数之比，接近3：1。孟德尔把F1代表现出来的亲本性状称为显性性状.而把F1不表现出来的亲本的性状称为隐性性状。

通过F1自交，在F2群体中，既出现显性性状的个体，又出现隐性性状的个体；这种现象称为性状分离。

一对性状的分离现象表现出一定的规律性，即F1表现显性性状，F2发生性状分离，显性与隐性之比接近于3:1。

3.分离现象的解释与分离规律遗传因子假说：1）生物的性状是由遗传因子（现称基因）控制的，每对相对性状由细胞中相对的遗传因子控制。2）遗传因子在体细胞中成对存在，成对的遗传因子一个来自父本，一个来自母本。在形成配子时成对的遗传因子彼此分离，各自分到不同的配子中去，因此每一个配子中只各有成对遗传因子中的一个。3）F1体细胞中成对的遗传因子是不同的，它们相互不混杂，各自保持其独立性，形成配子时又彼此分离，互不影响。4）F1杂种产生的含有不同遗传因子的配子，在数目上是相等的，雌雄配子的受精机会是同等的，即配子的结合是随机的。孟德尔用遗传因子来解释（基因）1）生物的相对性状是由相对的基因所控制。红花性状由红花基因C控制，白花性状由白花基因c控制；2）遗传因子在体细胞中成对存在，其中一个来自雌配子，另一个别类自雄配子。3）在形成配子时，成对的基因彼此分离，结果每一个配子只含有成对基因中的一个。4）雌雄配子受精结合形成的合子（受精卵）中，含有C和c一对基因，所以体细胞中的遗传基因又恢复成对。5）C和c基因虽同处于一个细胞中，但彼此不融合而保持相对的独立性，当杂种一代形成配子时，C和c基因彼此分离，分别进入配子，形成C和c两类配子，且数目相等，雌雄配子自由结合，产生数目相等的四种合子：CCCc

Cc

cc。由于显性基因的作用，CC，Cc开红花，只有cc开白花，比例为3:1。1909年丹麦的约翰孙（WL.Jahannsen）用“gene”（基因）一词来代替孟德尔假设的遗传因（geneticfactor）。一般以大写字母代表控制显性性状的基因，小写字母代表隐性性状的基因，如用“C”表示红花基因，“c”表示白花基因。

PF1

Cc红花表型红花×白花基因型

CCccCc

G:

红花

Cc×♀G♂GF1G：CcCcCCCc

Cc

cc

红花红花红花白花F2基因型表型

红花：白花＝3：1F14.遗传因子假说验证测交:F1与亲代双隐性杂交.（testcross）

RrXrr

G:Rrr

TC:Rrrr

比例：

1:1结论

生物在形成配子时，成对的等位基因彼此分离，分别进入不同的配子，称为分离定律，即孟德尔第一定律。：遗传的分离定律实质：

同源染色体上成对的等位基因在配子形成过程中彼此分离互不干扰，分别进入配子中，配子具有等位基因中的一个，在遗传上它是纯粹的。

遗传学几个重要的概念基因座（

Locus

）:

指一条染色体上的特定位置，每个遗传基因座上存在有特定的基因.等位基因（Alleles）:

在同源染色体的同一基因座上的的基因.

复等位基因（MultipleAlleles

）:

在群体中当一个基因座上的等位基因数目有三个或三个以上时就称为复等位基因.IAIBi纯合体/子：如果在同一个基因座上两个等位基因是相同的，称为纯合体（Homozygous），这样的个体称为纯合子（Homozygotes）杂合体/子：如果在同一个基因座上两个等位基因是不同的，称为杂合体（Heterozygous），这样的个体称为杂合子（Heterozygote）复合杂合子（Compoundheterozygote）一个个体在一个特定的位点上有两个不同的突变等位基因，称为复合杂合子。双重杂合体（Doubleheterozygote）：在两个不同位点上每个位点带有一种突变等位基因的个体，称为双重杂合体基因型（Genotype）：

是个体的遗传结构或组成。由特定基因座上的等位基因构成。成对存在，分别来自父母。

AAAa

aa表现型（Phonotype）：是基因型和环境因素相互作用所观察到的结果，能表现出来的遗传性状。显性（dominant）：等位基因杂合状态下可决定性状的基因为显性基因，所决定的性状为显性性状。隐性（recessive）等位基因杂合状态下不决定性状的基因为隐性基因，这一基因决定的性状是隐性的，基因为纯合子时才表现出性状。显性隐性5.显隐性的相对性

相对性状的二个亲本杂交，F2要得到3：1的分离比，必须具备一下的条件：1）二个亲本是二倍体，而且都是纯合体；2）控制相对性状的基因是一对等位基因，相对基因的显性作用完全，具不受其他基因的影响；3）减数分裂形成的全部配子发育良好，两类配子数目相等，雌雄配子受精机会均等；4）受精后不同基因型的合子及由合子发育的个体具有同样的成活率。5）杂种后代都处于相对相同的条件下。显性作用的相对性

A.完全显性黑眼珠蓝眼珠黑眼珠

人类眼珠颜色遗传不完全显性

例1：短角牛的毛色遗传

表现型红毛×白毛基因型（rr）（RR）

子一代表型及基因型沙毛（Rr）

表型：白毛沙毛红毛基因型：RRRr

rr

比例：1：2：1亲代子二代例2：蚕的黑缟斑纹遗传遗传解释

C.并显性如人类的MN血型（LM基因与LN基因并显性）M型N型（LMLM）（LNLN）

LMLN（MN血型）M型个体的红细胞上有M抗原，N型有N抗原，MN型个体既有M抗原又有N抗原。D.条件显性

例如人类的秃顶，秃发基因在男性是显性，而在女性中是显性的。性别表型秃发不秃发男性BB、Bbbb女性BBBb、bbE.镶嵌显性如瓢虫鞘翅色斑的遗传注：黑缘型鞘翅的前缘呈黑色；均色型鞘翅的后缘呈黑色。6.分离定律在人类遗传中的表现

1）人类耳垂的遗传×有耳垂（AA）无耳垂（aa）

Aa有耳垂×有耳垂（Aa）无耳垂（aa）

Aa

aa有耳垂无耳垂1：1A_aa如果两个有耳垂的杂合体男女婚配，则子代中约有3/4有耳垂，1/4无耳垂：PAa×Aa

（有耳垂）（有耳垂）1AA：2Aa：1aa

有耳垂3/4无耳垂1/42）人类白化病遗传

正常男性Aa×正常女性Aa

正常肤色白化病AA，2Aaaa3：17、人类性状的遗传方式

人类的许多性状都由一对基因起主导作用，遵循遗传学分离定律。目前已知基因疾病约6000余种。由显性基因所控制或起主导作用的性状或疾病的遗传方式为显性遗传；受隐性基因控制的性状或疾病的遗传方式称为隐性遗传。

人类性状的遗传方式主要有5种常染色体显性遗传常染色体隐性遗传X连锁显性遗传

X连锁隐性遗传

Y连锁遗传大多数孟德尔性状的遗传方式是

通过观察家系形式表达系谱一词来源法语：“pieddegrme”。英文pidgree。先证者（Proband

）:

家系中第一个被确诊的患者。1）.常染色体显性遗传

（Autosomaldominantinheritance

—AD）概念：控制人类的性状基因位于常染色体上（1—22），伴随常染色体的传递而遗传，其致病基因是显性的，称为AD。

AutosomalDominantInheritance多指常染色体上的显性遗传病12IIIIII123456789101112123456789101112连续遗传，均为杂合子发病； 同胞发病近1/2 男女发病几率均等； 双亲之一为患者；

一例A型短指症系谱AD的特点:1)连续遗传或垂直传递;2)双亲之一受累，子代1/2可能发病，男女发病均等；3）双亲无病后代则不发病。分析系谱的三要素：首先，确定遗传方式；其二，说明判断根据；第三，写出先症者及父母的基因型。除A型短指症外，常见的AD还有遗传性结肠癌，多囊肾病，进行性舞蹈病和多发性神经纤维瘤,家族性高胆固醇血症等。2）、常染色体显性遗传的不同类型（1)、完全显性：

杂合子（Aa）和纯合子（AA）患者在表型上无差别（2)、不完全显性（3)、共显性（4)、不规则显性（5)、延迟显性（6)、早现遗传（7)、从性遗传和限性遗传（1）、不完全显性/半显性杂合子的表型介于纯合显性和纯合隐性之间。

家族性高胆固醇血症是AD，特点为血中胆固醇含量增高。多为杂合子发病。

正常：150～250mg/dl

杂合子：300～600mg/dl1/500，40~60岁,冠心病。纯合子：600～1200mg/dl1/000000，20~30岁,死于心肌梗死或猝死。家族性高胆固醇血症家系（2）共显性共显性遗传：一对常染色体上的等位基因彼此之间无显性和隐性的区别，在杂合状态时两种基因都能表达，分别独立地产生各自的基因产物，这种遗传方式称为共显性遗传（co-dominantinheritance)如人类的ABO血型系统呈共显性遗传，受控于3个等位基因—复等位基因复等位基因：在一个群体中，一个特定的基因座位上有三种或三种以上的基因。但是每一个体只能拥有其中的任何两个等位基因.ABO血型系统的复等位基因：IAIBi（3）不规则显性

杂合子个体在不同内外环境作用下可以表现出相应的表型，也可以不表达相应的表型，而且表现的程度也可以不同，这种显性的传递方式有些不规则，称为不规则显性。

患儿的亲代可能是外显率降低的原因

代表疾病：遗传性红斑性肢痛病

Marfan综合征神经纤维瘤I型外显率（penetrance）：是指在一个群体中带有某一致病基因的个体表现出相应表现型的比例。一般用百分率（%）表示。杂合子个体100%表现出相应的表现型,为完全外显.低于100%的外显率，称外显不全。不全外显中,外显率高的可达70～80%，低者仅为20～30%。对一个个体来讲外显率表现为“全和无”现象。杂合子个体不表现出相应的疾病，该个体为未外显。出现隔代遗传现象。

定义外显率是通过肯定基因携带者（杂合子）突变等位基因表达表现型比例确定的。

例如：红斑性肢痛病外显率9/10---90%未外显不规则显性的另一原因是表现度不一致。表现度（variableexpressivity）：是指致病基因在不同的个体表达程度的不同，指患病严重程度而言。其原因是由于基因组中其他基因对致病主基因的修饰作用所产生的影响。遗传背景：基因组中决定表型的主基因之外的其他基因。修饰基因（modifiergene）：是对一些主基因的表型效应产生加强或减弱作用的基因。携带不同修饰基因的个体的发病情况不同。例如：Marfan综合征，神经纤维瘤I型。MarfanSyndrome

蜘蛛样指（趾）综合症

身材瘦高，皮下脂肪少指细长晶状体向上半脱位MarfanSyndrome指趾细长（蜘蛛脚样）左心房、左心室、右心房明显扩大Marfan综合征17岁男孩原纤蛋白基因突变MarfanSyndrome

severemildunknown

absentdeathcardiaceyeskeleton不规则显性：

I型神经纤维瘤的各种表现（4）延迟显性

常染色体显性疾病，在生命早期并不表达，而到一定年龄后期才表现出的疾病，称为延迟显性。

例如：遗传性多囊肾，肾脏带有许多囊肿，双侧肿大，血尿，高血压，腹痛和进行性的肾衰竭。许多病通常在40岁或更晚才发病，肾脏囊肿的症状通过超声和放射学的技术检测，通常在20岁以后才能检查到。例如：进行性舞蹈病（Huntington），进行性精神丧失（痴呆），发病平均年龄为35岁。发病前将致病基因传给后代，容许致病基因在群体中传递。多囊肾病☆

临床特征双侧肾肿大血尿高血压腹痛进行性肾衰竭

40岁以后出现临床症状，但20多岁可检测到肾脏特征性囊肿。HuntingtonDisease

遗传性舞蹈症进行性神经病变进行性不自主的舞蹈样运动可合并肌强直Huntington舞蹈病☆

平均发病年龄：35岁☆

致病基因IT15☆

基因定位：4p16.3☆

基因5′端有（CAG）三核苷酸重复正常人9～34次患者37～100次Huntington舞蹈病特殊现象：若致病基因从父亲传来，发病年龄小，多在20岁之前发病且病情重。若致病基因从母亲传来，发病年龄大，多在40岁以后前发病且病情轻。（5）

早现遗传

（

AnticipationGenetic）

一些遗传病表现出连续世代传递过程中其发病年龄一代比一代提早，且病情逐渐加重，这种现象称为早现遗传。

代表疾病：强直性肌营养不良

Huntington舞蹈病脆性X染色体综合征脊髓小脑共济失调强直性肌营养不良患者

☆上睑下垂,面部消瘦,下颌和胸锁乳突肌消瘦，肌无力，轻度智力低下肌强直基因分析表明，在基因3`端非翻译区存在三核苷酸（GCTorGTG）重复顺序

正常

(CTG)5-35(CTG)n

异常

(CTG)>50-100重复数目越多，发病年龄越早，病情越重。另外，脆性X染色体综合征和遗传性舞蹈症也存在三核苷酸重复进行性肌营养不良肌肉萎缩无力，行走困难。患者后期双侧腓肠肌呈假性肥大。一般于4-5岁发病，20岁前死亡。遗传性脊髓小脑共济失调（AD）临床症状：

迟发性共济失调，步态蹒跚双手振颤，不能精细动作喝水吃饭呛语言含糊不清，障碍肌张力增高，腱反射亢进成年后发病，进行性加重小脑萎缩遗传性脊髓小脑共济失调（AD）☆

相关基因：SCAs，中国主要以SCA1～SCA3亚型为主。☆

分子基础：三核苷酸动态突变

正常17～36copySCA1基因5′端（CAG）重复患者>43copy☆

发病年龄集中在30～40岁☆

存在遗传印记

SCA1由父亲传递时出现发病率高、病情重

SCA5由母亲传递时出现发病率高、病情重显性表现与环境的关系人的秃顶秃顶基因在男人为显性，在女人为隐性男人秃顶比女人秃顶多秃顶与雄性激素直接有关太监没有患秃顶的秃顶

2）.常染色体隐性遗传

(AutosomoalRecessiveInheritance，AR)致病基因位于常染色体上（1～22），伴随着常染色体的传递而遗传，其致病基因是隐性的，称为AR。

先天聋哑？？？

常染色体隐性遗传特征为突变基因纯合子发病，或者是同一位点上两个不同突变的等位基因的复合杂合子发病。AR:PhenylketonuriaPKU（苯丙酮尿症）Albinism（白化病）Sicklecellanemia（镰形细胞贫血）

Alcaptonuria

（尿黑酸尿症）Galactosemia

（半乳糖血症）Matingbetweenmutantheterozygotes同胞中¼发病,表型正常同胞中2/3携带者,¼正常

常见婚配类型

携带者（Aa）与患者（aa）之间的婚配

常见婚配类型

正常人（AA）和患者（aa）之间的婚配

苯丙酮尿症（PKU）

遗传方式：AR

关键酶：苯丙氨酸羟化酶（PAH）

基因定位：12q22-24PAH基因全长85kb，含13个外显子基因缺陷以点突变为主临床表现：苯丙酮酸↑苯乳酸↑苯乙酸↑

毛发、皮肤和尿有特殊气味患者毛发和皮肤颜色浅苯丙酮尿症常染色体上的隐性遗传病缺少正常基因P，体细胞缺少一种酶。智力低下，60%患儿有脑电图异常。头发细黄，皮肤色浅和虹膜淡黄色，惊厥，尿有“发霉”臭味或鼠尿味。苯丙氨酸酪氨酸多巴儿茶酚胺苯丙酮酸苯乙酸苯乳酸尿黑酸乙酰乙酸黑色素甲状腺素苯丙氨酸、酪氨酸代谢Phenylketonuria-PKU白化病

遗传方式：AR

关键酶：酪氨酸酶

基因定位：11q14-21基因全长50kb，含5个外显子基因缺陷以点突变为主临床表现：皮肤、毛发淡黄色或银白

虹膜及瞳孔呈淡红色，羞明，眼球震颤易患皮肤癌白化病苯丙氨酸酪氨酸多巴儿茶酚胺苯丙酮酸苯乙酸苯乳酸尿黑酸乙酰乙酸黑色素甲状腺素苯丙氨酸、酪氨酸代谢白化病典型家系

AR遗传病系谱特点1.通常为散发病例（隔代遗传）.2.患者双亲一般不患病，但都是携带者.3.患者同胞1/4发病,表型正常的同胞中2/3是携带者，1/4正常.4.男女发病机会相等.5.近亲婚配时子女发病风险明显增高

.

如果双亲表现正常（均为杂合子），那么后代患白化病的概率是多少？

（答：1/4。）在医学实践中，人们利用分离定律对遗传病的基因型和发病概率可以做出科学的推断。练习

小李患白化病，但小李的父母及妹妹的表现型正常，问：（1）小李的妹妹携带白化病基因的可能性是多少？（2）如果小李的妹妹与一位白化病患者婚配，出生病孩的概率是多少？分析：由于小李患白化病，所以小李的父亲和母亲均为携带者，小李的妹妹可能是正常纯合子，也可能是携带者，但已经知道她是表现型正常，所以小李妹妹携带隐性基因的概率为2／3。

小李的妹妹与白化病患者婚配，只有当小李妹妹是携带者时，生出1／2有病的孩子，又由于小李妹妹携带隐性基因的概率是2／3，所以出生病孩的几率是1／3。

对于隐性遗传病，近亲婚配时子女发病风险会明显增高。

在3～4代之内有共同祖先的个体之间的婚配称为近亲婚配。

有共同祖先的两个个体，在某一基因座上带有相同基因（由共同祖先传递来）的概率用亲缘系数衡量。

为什么近亲婚配时子女发病风险明显增高？近婚系数亲缘系数：由于继承的关系，亲属间具有相同基因的可能性。即有共同祖先的两个个体，在某一基因座上带有相同基因（由共同祖先传递来）的概率近婚系数（inbreedingcoefficient）：是指近亲婚配的一对夫妻可能从共同祖先得到同一基因，有可能把同一基因传给他们的子女，子女得