第四节单基因遗传
单基因遗传指的是受一对基因控制的遗传方式,符合孟德尔定律的遗传。
植物的许多性状,包括成熟高度、花朵、叶和种子的颜色及形状等,都是由单基因控制的,并且往往表现为显、隐两种方式。动物中也有一些性状是由显、隐性单基因控制的。而高等动物如人类的绝大部分性状是由复杂得多基因相互作用及环境因素共同决定的,并不表现为简单的孟德尔遗传定律。但是,尽管人类有复杂的基因表达形式,有一点却是不可否认的,那就是有性繁殖的生物在减数分裂和形成合子时,必然进行了基因的分离与自由组合,也就是说,植物遗传实质上都服从孟德尔定律。
那么,有没有由一对等位基因控制的人类性状呢?答案是肯定的。例如能够将舌头卷成筒状就是由一对显性等位基因控制的。如果你具有一个或两个该显性基因(约85%的人有),你就能毫不费力地卷起舌头。如果你只具有这一性状的隐性等位基因,那么无论怎样用力也无法将舌头卷起。
另一种常见的性状是遗传性秃发,也是由单基因控制的,但该基因的表达以及秃发的程度还受特定的雄性和雌性激素的影响,因此这一性状属于限性性状。携带有显性秃发等位基因(一个或两个)的男士是秃顶的,而在女性,即使携带有两个该显性基因,也只是表现为头发的稀少,秃顶的情况十分罕见。这个例子也说明细胞内的化学物质对基因的表达是有作用的。
对一种化合物苯硫脉的苦味识别能力也是由一对等位基因决定的。在美国,约有70%的白人和90%的黑人能尝出它的味道,即使只把微量的苯硫脉放在舌头上他们也能够辨别出特别的苦味。能够识别苯硫脉的人携带有一个或两个该基因的显性等位基因。
以上三种都属于容易识别的正常性状。对一些遗传病,如白化病、苯丙酮尿症等进行的家谱调查,发现这些病人缺少的特殊的酶也是由一对基因差别造成的。但更多情况下,一对等位基因的差异并不能引起一对性状的差异,而某一性状的差异,往往是由多基因的共同作用下环境因素决定的。
第五节多基因遗传
所谓多基因遗传,就是一种遗传性状或遗传病的表达受两对或两对以上基因的控制,每对基因彼此间没有显性和隐性的关系,每对基因对表型的效应都很小,但是各对基因的作用有累加效应。我们知道,大部分的植物和动物的遗传都属于单基因的遗传,而作为人类的高等动物是由多基因和环境因素共同决定的。那么,多基因的遗传有什么特点呢?
1.两个纯合的个体婚配,其子女的表型一般是双亲的中间类型。
黑种人和白种人婚配后的混血儿的肤色介于双亲之间。
2.纯合亲本的子一代个体间婚配,产生的子二代个体的表型平均值大体上与子一代相近,但变异的幅度远远超过其亲代。如对人群中的黑色素含量进行精确测定,黑色素的平均值和其亲本的平均值大致相同。
3.多基因性状对环境的影响比较敏感。
4.超亲遗传。当双亲不是极端类型时,其子女可分离出高于高亲值或低于低亲值的类型。
环境因素在多基因遗传中有一定影响,在英国西部地区神经管缺陷的发病率接近1/100,然而当人们从高风险区移居到北美后,发病率减少。同样,50%~70%的神经管缺陷是可以预防的,只要母亲在怀孕前一个月到怀孕后三个月期间补充摄入叶酸每天400毫克即可。虽然母亲缺乏叶酸起着主要的作用,但并不是神经管缺陷的唯一环境原因。
在其他的多基因遗传例子中,受累者的同胞和子女有相同风险的,有先天性心脏病,原发性癫痫(小发作或大发作)和大部分伴有或不伴有腭裂的唇裂。另外在先天性幽门狭窄的男女患者中,男女患病比例是5∶1,说明女性需要更强的易患性基因才发病。
目前,生物学注意力集中在多基因造成的常见的成人疾病上(例如高血压、动脉硬化性心脏病、糖尿病、癌、关节炎)。许多特殊基因正被发现,以便采取预防措施。近亲之间出生的子女并非患病概率低,只是近亲之间的染色体比较相近,在交配之后,基因自由组合,同为隐性或同为显性的正常基因或患病基因,出现的概率就比非近亲之间要高出很多。所以近亲生出的孩子通常很极端,或者表现出超凡的能力或者愚蠢至极。但通常一个家族的某个没有表现出来的患病基因同时存在于近亲之间,所以近亲的子女更容易患上家族病。
第六节细胞质遗传
在上面我们介绍了显性、隐性、单基因、多基因等遗传方式,它们大部分是和遗传变异有关的,也就是说会产生某种病变的。而细胞质遗传是一种比较普遍的母系遗传,不论是正交还是反交,第一代的性状总是受母本(卵细胞)细胞质基因控制,并且杂交后代不出现一定的分离比。
想要了解什么是细胞质遗传,首先要弄清楚什么是细胞质。
细胞质是细胞膜包围的除核区外的一切半透明、胶状、颗粒状物质的总称。含水量约80%。细胞质的主要成分为核糖体、贮藏物、多种酶类和中间代谢物、质粒、各种营养物和大分子的单体等,少数细菌还有类囊体、羧酶体、气泡或伴孢晶体等。
细胞质遗传指的是染色体以外的遗传因子,即细胞质基因所控制的遗传现象,它一般发生在高等植物叶绿体的遗传和真菌类的线粒体遗传当中。
1.高等植物叶绿体的遗传
有几种高等植物有绿白斑植株,如紫茉莉、藏报春、加荆介等。
1901年柯伦斯在紫茉莉中发现有一种花斑植株,生着绿色、白色和花斑三种枝条。在显微镜下观察,绿叶和花斑叶的绿色部分其细胞中均含正常的叶绿体,而白色或花斑叶的白色部分,细胞中缺乏正常的叶绿体,是一些败育的无色颗粒。
分别以这三种枝条上的花作母本,用三种枝条上的花粉分别授给上述每个作为母本的花上,杂交后代的表现,完全取决于母本,而与花粉来自哪一种枝条无关。
2.真菌类的线粒体遗传
(1)酵母菌小菌落的遗传:啤酒酵母属于子囊菌,它在有性生殖时,不同交配型相结合形成的二倍体合子。酵母有一种“小菌落”个体。这种类型经培养后只能产生小菌落。
如果把小菌落酵母同正常个体交配,则产生正常的二倍体合子。经减数分裂产生单倍体后代也表现正常,不再分离小菌落。这表明小菌落性状的遗传与细胞质有关,而且这种交后代,4个子囊孢子有2个是a+,另两个是a-,交配型基因a+和a-仍然按孟德尔比例时行分离,而小菌落性状没有x像核基因那样发生重组和分离,说明这个性状与核基因无关。
进一步研究发现,小菌落酶母细胞内,缺少细胞色素a和b,还缺少细胞色素氧化酶,这些酶类,存在于细粒体中,表明这种小菌落的变异与线粒体的基因组变异有关。
(2)链孢霉缓慢生长型的遗传:链孢霉有一种缓慢生长突变型,呼吸弱,生长慢,这是由于线粒体结构和功能不正常,细胞色素氧化酶缺少,氧化作用降低,生长缓慢。
进行有性生殖时,正反交结果不同:杂交后代不出现一定的分离,表现非孟德尔式遗传。如果突变型的单倍体核和野生型的受精丝中的单倍体核结合(杂交),得到的后代全是野生型,反之全是突变型。
由于细胞质遗传是受母体控制的一种遗传方式,所以,在遗传的过程中免不了要受到母体的影响。母性影响是指子代的某一表现类型受到母亲基因型的影响,而和母亲的基因型所控制的表现型一样。因此正反交不同,但不是细胞质遗传,与细胞质遗传类似,这种遗传不是由细胞质基因组所决定的,而是由核基因的产物积累在卵细胞中的物质所决定的。主要表现在两方面:暂短的母性影响以及持久的母性影响。
第七节有性生殖
在动物与人的遗传方式中,最常见的一种生殖方式就是有性生殖,但是,很多人还不是很了解它的发生过程与原理。作为新一代的青少年,了解关于生殖的知识是很重要的。那究竟什么是有性生殖呢?
1.有性生殖的含义及起源
有性生殖是指经两性生殖细胞(精子与卵细胞)的结合而产生受精卵,由受精卵发育成生物个体,这种生殖方式也就是有性生殖。
有性生殖是通过生殖细胞结合的生殖方式。