人体显性、隐性基因的秘密

凰龍泰

人的体细胞的染色体数目为23对（46条），第一对到第二十二对叫做常染色体，为男女共有，第二十三对是一对性染色体，雄性个体细胞的性染色体对为XY，雌性则为XX。我们想知道，在人的个体发育进程中，体细胞里的基因是否全部都有表达呢？3 q  g% {# y( Q' i
一、何为显性、隐性基因？1 M( I* B  m0 V: p5 g
显性、隐性基因的定义的假设：在生物体的个体发育进程中，被表达的DNA分子里的基因就是显性基因（或称显性遗传因子），而未曾表达的DNA分子里的基因是隐性基因（或称隐性遗传因子）。+ S/ t: `& F4 ~- [# I7 F" \) Q
二、性染色体（XX.或 XY）表达的复杂性! q0 B4 [/ A# o4 y8 `+ E- F
由于要决定性别，所以人体里必需有一条性染色体（X.或 Y）是必定要表达的。8 u) I$ L6 b) }* _2 Z
1、X染色体表达的复杂性
' }: @3 N/ G+ j/ ^5 z9 u& X: m1 a& b. u在人体的个体发育过程中，究竟男性（ＸY）、女性（ＸＸ）的性染色体是怎样表达的呢？
% b$ a( z) V) Y+ ]7 s) `+ [; O  k2 B①、正常女性的两条性染色体（ＸＸ）均有表达
8 U* {0 N+ z! L+ H* S4 ^# S在临床上，有一种染色体病叫做性腺发育不良综合征（Turner综合征），患者的临床特征为：身材矮小，身高约为120~140cm，性腺呈索条状，原发闭经，子宫发育不全，外生殖器发育不良。第二性征不发育，乳距宽，盾状胸，乳房不发育，无生育能力……等等。1959年Ford证实了此病患者缺少一条X染色体。根据Turner综合征的临床表现有三个提示：a、常染色体正常时，仅有一条X性染色体就可以构建人类及女性的雏形；b、女性的第二性征发育是由第二条X染色体表达实现的。c、正常女性携带的两条性染色体（ＸＸ）均有表达的。4 d+ X9 Y/ P. w" X& \' w
②、女性有一条X染色体上的隐性基因是没有表达的
8 F; q: p/ }: t8 a6 W/ X临床上有一种X连锁隐性遗传（X-linked recessive inheritance,XR）病。由于这些与遗传病有关的基因的性质是隐性的，以隐性方式遗传，由于女性有两条X染色体，当隐性致病基因在杂合状态（XAXa）时，隐性基因控制的性状或遗传病不显示出来，这样的是女性表型正常的致病基因携带者。只有当两条X染色体上等位基因都是隐性致病基因纯合子（XaXa）时才表现出来。此病有两个提示：①、在女性个体发育过程中，女性携带的两条性染色体（ＸＸ）中的成对的隐性基因中只有一个是表达的，表现为显性，而另一个是名副其实的隐性基因。②、至少有一条X染色体上的隐性基因在女性个体发育过程中是没有表达过的。
3 X' V- I" a- w' ~③、女性XX性染色体对的表达有先后顺序并非随机3 S1 O# v! Z2 K7 O6 L8 C
本作者认为，女性的一条X性染色体失活的原因，是由于这一条X性染色体已经全部转录表达过的结果。因此，失活的一条X性染色体是先表达的，而有活性的另一条X性染色体是随其后才表达的。它们的表达存在先后顺序。例如，对于有袋类而言，只有源自父系的才会发生x染色体失活。所有老鼠细胞中的父系X染色体，都会在胚胎发育早期过程中的双细胞到四细胞阶段，经历因铭印而失去活性的过程。可见女性XX性染色体对的表达有先后顺序并非随机。
0 `- }$ ^/ a) c! Y! N6 \3、男性携带的性染色体（ＸY）均有表达。
- @, r" v1 h" C; d男性Y染色体必需表达才能决定男性性别，所以男性Y染色体表达是毋庸置疑的。男性只有一条X染色体，临床上，X连锁显性遗传病的致病基因是显性的，并位于X染色体上，因此，不论男性（XAY）和女性（XAXa）只要有一个这种致病基因XA就会发病。提示：男性携带的性染色体Ｘ有表达。, ]; F' d! i5 V) i
关于男性的X连锁隐性遗传（XR）病。在男性细胞中，只有一条X染色体，Y染色体上缺少同源节段，这样，男性的细胞中只有成对的等位基因中的一个基因，故称为半合子（hemizygote）。所以只要X染色体上有一个隐性致病基因（XaY）就发病。提示：男性携带的性染色体（Ｘ）有表达。
7 w& L$ }  q3 {" S4 i/ ]! i% o3 q, f$ [在性染色体的表达上，在男性表达的X染色体部分和决定男性性别的Y染色体的表达为显性基因，在男性未曾表达的X染色体部分为隐性基因。女性两条性染色体（X,X）中要表达的基因为显性基因，未曾表达过的X染色体部分为隐性基因。
+ G! G) M/ |- m, m  U, k( e三、常染色体的表达的推测
; b) ]7 Y' l; c, A' o& b有性生殖的生物的体细胞里的每条常染色体都有另一条同源染色体配对存在的，所以体细胞是二倍体（diploid）细胞。二倍体细胞每一个基因也是成对存在的，每一对基因分别位于来自双亲的染色体的同一位置上，此位置称为基因座（locus）,同一基因座位上不同形式的基因称为等位基因（allele gene）。
  K, L# s' O+ V; m生物学家把能够观察到的性状称为表型（phenotype）,把决定表型的基因组称为基因型（genotype）。性状（trait）是指生物所具有的形态、功能或生化的特点。生物的性状一般是由DNA上的基因控制的。
4 {4 O! `. u7 C9 _$ m1、管家基因是显性基因的秘密6 l* d2 |- F4 u9 ~
在基因分类方面，目前虽然无严格的分类，一些书只是常将归于以下几类：结构基因、调控基因、管家基因、奢侈基因与假基因。管家基因又称持家基因（house-keeping genes），是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的，例如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。还有编码rRNA和tRNA的基因等，也可归于此管家基因。管家基因表达水平受环境因素影响比较小，而且在个体发育的各个生长阶段的大多数、或几乎全部组织、细胞中持续表达。
. A  e/ D4 l. Y, d" t因为遗传的第三定律是：位于同一条染色体上的基因彼此连锁在一起传递，构成了连锁群（linkage group），由此本人推测大部分的管家基因是彼此连锁在一起的连锁群，它们可能分别构成了1~2个或几个的DNA分子（染色体）。由于二倍体细胞的每个染色体都有一对“复制本”，一个来自父亲，一个来自母亲。因此携带管家基因连锁群的常染色体也一样是成对存在的。所以本人推测在22对常染色体中有至少有两对常染色体是管家基因连锁群。
( |; _& n% V# Q+ F由于人体有三种RNA聚合酶，已知RNA聚合酶Ⅰ位于核仁，转录18S、5.8S和28S rRNA组成的前体、而且它们识别的是rRNA启动子；RNA聚合酶Ⅲ位于细胞核浆，合成tRNA与5 S rRNA和一些其它小分子RNA，它们识别的是小分子RNA启动子；因为rRNA与 tRNA是蛋白质合成体系中的重要物质。所以本作者推测RNA聚合酶Ⅰ与RNA聚合酶Ⅲ除了转录各种rRNA、tRNA外，可能还与管家基因连锁群的转录有关。4 ]8 E5 K! H/ L8 @% N7 T* ^
由于管家基因高度保守，其产物没有性状的特异性，因此在每个细胞中是转录父源的还是母源的管家基因，其产物表型是一样的。由于管家基因产物是几乎每个细胞都是必需的，由此推测携带管家基因的DNA分子在每个细胞中均有可能被重新转录，所以它们在整个生物体的个体发育进程中的表达可能具有随机性，即今天这个细胞转录的管家基因连锁群（DNA分子）可能是母源的，而它的子细胞转录的管家基因连锁群可能是父源的。因此它们分别在那一代的细胞中转录具有不确定性。也就是说管家基因连锁群不管是母源的还是父源的均有可能为被转录（显性基因）。这就能够解释为何人类的显性遗传病并不显示孟德尔的非此即彼的遗传规律。其实管家基因连锁群在每个细胞中转录的时候是遵循孟德尔的非母即父的遗传规律的。
8 ~; ]" U+ ^, f+ N2、等位基因的表达的推测5 N6 p) a) u) U# M8 n0 d) U7 m
等位基因（allele又作allelomorph）一般指位于一对同源染色体的相同位置上控制着相对性状的一对基因。相对性状是指相互排斥的，在同一个体中不能同时具备两种相对性状，非此即彼。例如，孟德尔的豌豆实验，杂合子豌豆（子代）只表现其中之一个亲本的性状，例如种子是圆滑的就不会是皱缩的，植株是高茎的就不会是矮茎的等。精卵结合形成的受精卵可称为杂合子（heterozygote），因此根据孟德尔的豌豆实验提示：杂合子细胞里的决定表型的成对的相互排斥的相对性状的基因，只有其中之一个基因（父源或母源）表达，而另一个基因（母源或父源）则是沉默的，没有表达的。又因为遗传的第三定律是：位于同一条染色体上的基因彼此连锁在一起传递，构成了连锁群（linkage group），因此根据遗传的第三定律和相对性状的特性提示：在生物体的个体发育进程中，凡是携带着成对的相对性状的等位基因联锁群的常染色体里，只要有一条染色体（父源或是母源）里的DNA分子里的等位基因联锁群表达了，就已经完全具备了其中之一个亲本的性状，这样，被表达的这条常染色体的DNA分子就是决定性状的显性基因（或称显性遗传因子），而未曾表达的另一条常染色体里的DNA分子里的等位基因是沉默的，就是隐性基因（或称隐性遗传因子）。因此，人类的一些性状与疾病的遗传是显示孟德尔的非此即彼的遗传规律的。它们在生物体的个体发育进程中，表达了父源（母源）的等位基因连锁群，就不会表达母源（父源）的等位基因连锁群。即携带等位基因连锁群的成对的常染色体中有一半（估计不足20条）是完全没有表达过的。所以本人推测：在人的体细胞的22对常染色体中，除了管家基因基因连锁群（1~2对或更多）外，决定生物个体性状的等位基因连锁群（常染色体）可能只有20对或更少。7 O6 S* T/ X; H# H
3、等位基因的表达并非随机
' D, @/ d0 T  K* e孟德尔以种子的圆滑和皱缩为一对相对性状，将纯种圆滑种子的豌豆与纯种皱缩种子的豌豆为亲代（P）进行杂交实验，杂交后所结的种子就是子一代（F1），结果发现所有的F1都结圆滑种子，提示在F1这一代中皱缩基因是沉默的。这种在子一代杂交状态下表现出来的性状（如种子的圆滑性状）称为显性性状（dominant character）。孟德尔用杂交子一代圆滑种子长出的植株进行自花受粉，所结的种子为子二代（F2），结果F2代中出现了亲代的圆滑和皱缩两种不同性状，并称此现象为性状的分离(segregation)。对253株杂种植株的F1所得种子（F2）的统计发现，F2代种子共7324粒，其中圆滑的有5474粒，皱缩的有1850粒。统计学分析显示二者之比为2.96:1，接近3:1的比例，其他6对性状的分离率经统计学分析显示基本都接近3:1的比例。通过F2代的统计数据显示：皱缩的性状（隐性）有三分之一的隔代遗传的几率。所以根据孟德尔对豌豆的相对性状的观察结果与数据，可推测杂合子（包括人类）后代的相对性状的基因或表达或沉默并非随机，是有规律可循的。
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