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5-3 复等位基因

来源:医学加加
摘要:在遗传学发展的早期就已经清楚,一个基因可能有二种以上的形式,然而一个二倍体生物在一个基因座位上只可能具有其中一对等位基因,而在一种生物群体中,某一个基因座位上的不同等位基因的总数常是相当大的。这种情况称复等位基因(multipleallelism),一套等位基因的本身就称为等位系列(allelicseries)。1、人类的血......

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  在遗传学发展的早期就已经清楚,一个基因可能有二种以上的形式,然而一个二倍体生物在一个基因座位上只可能具有其中一对等位基因,而在一种生物群体中,某一个基因座位上的不同等位基因的总数常是相当大的。这种情况称复等位基因(multiple allelism),一套等位基因的本身就称为等位系列(allelic series)。等位性是遗传学中重要概念之一,以我们要了解几个例子。

  1、人类的血型遗传

  人类的血型系统共发现24种,其中最常用的是ABO系统。伯恩斯坦(Bernstein)对ABO血型的遗传提出了复等位基因的假设,此系统共由3个复等位基因IA,IB和i控制的。

表4-3 人类ABO系统血型表

血型表型 基因型 抗原(在细胞膜上) 抗体 基因和产物
A IAIA,IAi A β(抗B) IA(9q34) N-乙酰半乳糖转移酶
B IBIB,IBi B α(抗A) IB(9q34) 半乳糖转移酶
AB IAIB AB -
O ii - αβ(抗A抗B) i(9q34) 无相应产物

  IA和IB 互为共显性,但对i为显性。各种血型的基因型如表4-3所示。IA基因已定位在9q34,控制合成N-乙酰半糖转移酶,此酶能把α-N-乙酰半乳糖分子接到蛋白上,产生A抗原决定族;IB基因控制合成半乳糖转移酶,能把α-N-半乳糖接到糖蛋白上,产生B抗原决簇,i基因为缺陷型,不能合成A抗原和B抗原。血型在法律上常用于亲子鉴定,排查嫌疑犯的依据,血型的遗传是十分稳定的,但也有一些特殊的情况,在分析时必须注意。

  (1)顺式A.B.(CisA.B)型。有位AB型的妇女和O型的男子结婚,生育了O型的子女(如图4-6)表面上看起来似乎是不符合血型遗传的规律,经仔细的分析发现一般正常情况下IA和IB是在一对同源染色体上,称为反式AB(trans AB),但也有极少数的人,由于交换重组IA和IB同位于一条染色体上,另一条同源染色体上没有任何等位基因。这种情况称为Cis AB。发生率为0.18‰。当带有cis AB染色体的配子和O型人的配子结合,此配子的染色体带有三基因,故合子发育成AB血型,而cis AB的同源染色体进入配子,这个配子和正常O型血型的配结合,合子仅能发育成O型(图4-7)。

  (2)孟买型

  一个O型的男子和B型的女子结婚,生育了一个表型为O型的女孩,O型女孩长大后和一个A型血男子结婚,生育了两个女儿,一个为O型,一个为AB型(图4-8)。一个O型的和A型人结合,怎么会生育出AB型的子女呢?似乎又是违反了血型遗传的规律,实际上这是由于抗原的形成由多个基因控制的结果(图4-9)。前体在H基因控制下产生H抗原,即岩藻糖基转移酶,作为A、B抗原的前体。明白了这道理,就不难解释上叙的现象。那就是Ⅱ-2女子的“O”型是一个假象,她的“H”座位基因型可能为hh,即不能产生H抗原,所以即使其ABO系统为IBi型,因没有前体物也不能形成B抗原,故定为“O”型。当和一个基因型为HH/IAi正常男性结婚,他们的孩子H座位的基因型为Hh,能产生H抗原,ABO座位的基因型可能是IAi,IBi,IAIB,ii,当为IAIB和ii时为O型和AB型。这一情况是在印度孟买发现的,故称孟买型。

  (3)HAB的分泌型和非分泌型。

  HAB不仅存在于红细胞的表面,还可以通过分泌系统运到血清,唾液,胃液,精液经及体液中,因此法医除了收集血样还可以通过唾液,精液等来确定血型,这种能分泌的称为分泌型(Secretor),也有的人不能分泌,称非分泌型(nonsecrtors)。分泌型为显性。非分泌型为隐性。

  (4)Rh血型与新生儿溶血症

  Rh血型也是常用的一种血型系统,表型只有两种Rh+ 和Rh-,Rh有Rh+抗原,其化学本质为粘多糖,基因型为RR和Rr;Rh-无Rh抗原,基因型为rr。R对r为显性,在欧州和北美Rh-在群体中的比例为15%,在中国人中仅有1.5%。Rh-的比例较高会给新生儿带来一种潜在的危险。当Rh-的女子和Rh+男子结婚,怀孕时胎儿为Rh+,胎儿产生的Rh抗原少量经胎盘进入母体。使母亲产生Rh抗体。由于母亲本身并无抗原,所以抗体的存在对自己毫无影响。但抗体也同样可以通过胎盘进入胎儿体内,和胎儿的Rh抗原结合,引起溶血。特别是第二胎,母亲受到2个胎儿Rh抗原的刺激,相应产生Rh抗体的量就比较多。第二胎产生的溶血现象也就较为严重。假如母亲为Rh+,胎儿为Rh-时,则不会产生溶血,因为母亲体内产生的抗原进入胎儿体内,胎儿此时尚无产生抗体的能力,所以不会产生溶血反应(图4-10)。

  2 组织相容性抗原

  人类在进行器官移植时会产生异体排斥现象,这是由于异体之间组织相容性抗原(major histocompatibility,MHC)或称人类白细胞抗原(human lencocyte antigens,HLA)的差异所致。人类的MHC基因在第6号染色体上有9个座位(A.B.C.D.DR.DQ.DP.DZ.DC),每个座位又由多个复等位基因构成。小鼠的MHC基因在第17号染色体上,有6个座位,K,D,L.R基因编码移植抗原;I编码B细胞和T细胞的表面蛋白;S编码补体。就以人类的4个位点为例(表4-4)基因型组合有4,358,651,661种,表型组合也有四亿多(434,194,112)如果以9个位点计算,数字更为宠大,所以除同卵双生子外,世界上很难找到MHC完全相同的人。但器官移植并不要求供体和受体的MHC完全一致,而要求供体的基因受体都具有(表4-5)当然这也相当困难的。

表4-4 人类MHC四个位点的基因数和表型数

A B C DR
复等位基因数 21 38 9 13
表型数 211 704 37 79

表4-5 两个位点供受体基因的排斥反应

移植组 受体基因型 供体基因型 反应
1 A1A2B5B5 A1A1B5B7 排斥
2 A2A3B7B12 A1A2B7B7 排斥
3 A1A2B7B5 A1A2B7B7 接受
4 A2A3B7B5 A3A3B5B5 接受

  3.兔子毛色

  兔子的毛色也是由一组复等位基因构成的(表4-7),C+ 控制野鼠色,对其它3个复等位基因呈显性。Cch 控制灰色,对Ch和Ca呈显性; Ch控制喜玛拉雅白化,对Ca为显性;Ca是一种突变型,不能形成色素,纯合时兔子皮毛为白色。

表4-6 兔子毛色的复等位基因

等位基因 基因型 表型
C+ C+C+,C+Cch,C+Ch,C+Ca 野鼠色
Cch CchCch,CchCh,CchCa 灰色
Ch ChCh,ChCa 喜马拉雅白化
Ca CaCa 白化

表4-7 一定数量等位基因构成基因型的数目

等位基因 基因型种类 纯合子种类 杂合子种类
1 1 1 0
2 3 2 1
3 6 3 3
4 10 4 6
5 15 5 10
n n(n+1)/2 n n(n-1)/2

  4.致死基因

  正常的小鼠的皮毛是棕灰色的,1905年法国学者居埃诺(Lucien Cuenot)研究小鼠时发现了一只黄色小鼠,他将这只黄色小鼠和纯系正常小鼠杂交产生的后代一半是黄鼠一半为正常的小鼠。再将黄鼠和黄鼠杂交,后代中2/3是黄鼠,1/3是正常鼠。

  为什么会出现这样的比例呢?从第一组杂交(1)看来黄鼠不是纯合的,否则后代中不会出现二种表型;(2)黄色对野生型为显性。第二组杂交的分离比不符合杂合子互交后的孟德尔分离比1:2:1,而是1:2。显然可能有一种显性基因纯合类型未能成活(图4-11)。

  这个假设和第一组杂交的结果也是吻合的。这种导致生物死亡的等位基因就称为致死等位基因(lethal allele)。一些基因当它们突变时会引起致死表型,那么这些基就称为必要基因(essential genes)。小鼠的致死基因发现后,人们不断地在人类及动物发现很多类似的例子。致死基因可以分显性致死(dioninat lethal)和隐性致死(recessive lethal)为两类。像黄鼠这个例子,AY基因在控制毛皮的颜色上是显性的,但在“致死”这个表型效应上必须是纯合状态下才能实现,也就是说是属于隐性的,因此我们可以称为隐性致死。人们发现在灰色皮毛的银狐中有一种变种,在灰色背景上出现白色的斑点,十分漂亮,称白斑银狐。用这种皮毛制成大衣可谓是“千金裘”。于是人们希望培育出白斑银狐的纯系,但将它们互交后育下的后代有两种表型:白斑银狐和银狐,比例为2:1,结果和黄鼠的情况如出一辙,说明控制白斑的基因纯合致死。曼岛猫(Manx cat)(MLM)是没有尾巴的,和上面的情况相似,没有纯系(MLM),此是由于当基因型为MLML时在胚期致死。在人类中很多隐性遗传病都会致死,如镰刀形贫血,半乳糖血症等,也属于隐性致死。另一种类型是显性致死,如人类视网膜母细胞瘤(Retinolastoma),为显性遗传。此是由于抗癌基因因Rb发生突变或缺失而引起,患者多为1~5岁儿童,即使摘除眼球,成年时还会转发骨癌或肺癌而致死。

作者: 2007-9-25
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