单基因遗传与单基因遗传病 (2).ppt

,单基因遗传分类Autosomal Dominant InheritanceAutosomal Recessive InheritanceX-linked Dominant InheritanceX-linked Recessive InheritanceY-linked InheritanceMitochondrial Inheritance,第一页，共100页。,单基因遗传monogenic inheritance 概念：指某种性状的遗传受一对等位基因的控制，其遗传方式遵循孟德尔定律。,第二页，共100页。,研究方法-系谱分析法系谱pedigree：从先证者入手，追溯调查其所有家族成员德数目、亲属关系及某些遗传病的分布等资料，并按一定的格式将这些资料绘制成的图解。先证者proband:家族中第一个被确诊的患者或具有某种性状的成员。,第一节 系谱与系谱分析,第三页，共100页。,系谱常见符号,第四页，共100页。,1 2,1 2 3,系谱常见符号,第五页，共100页。,遗传的基本规律,第六页，共100页。,Mendel G(18221884),Morgan T.H.,第七页，共100页。,性状character:生物所具有的形态的、功能的或生化的特点。相对性状：一些相互排斥的性状，同一个体非此即彼，不能同时具有两种相对性状。显性性状dominant charactor :在杂合状态下表现的性状。隐性性状recessive charactor:在杂合状态下未表现的性状。性状分离segregation:F1自交，结果在F2中出现不同性状的现象。,第八页，共100页。,第九页，共100页。,表现型phenotype:是指生物体所表现的性状，它是基因型和外界环境作用下具体的表现，是可以观测的。基因型genotype:指个体的基因组合。基因型是性状表现必须具备的内在因素，是生物体内在的遗传基础。等位基因allele：同一基因座位上的不同形式的基因。如：R与r纯合体homozygote;杂合体heterozygote,第十页，共100页。,、分离律law of segregation,第十一页，共100页。,分离律：杂合体中，基因R与r存在于同一细胞中，在形成生殖细胞时，等位基因彼此分离，分别进入不同的生殖细胞，形成两类数目相同的，分别含有R和r的生殖细胞。细胞学基础：减数分裂时同源染色体的分离。,第十二页，共100页。,、自由组合律 law of independent assortment,第十三页，共100页。,第十四页，共100页。,自由组合律：独立分配的实质在于，控制这两对性状的两对等位基因，分布在不同的同源染色体上，在减数分裂形成配子时，每对同源染色体上的每一对等位基因发生分离，而位于非同源染色体上的基因之间可以自由组合。细胞学基础：减数分裂时同源染色体分离，非同源染色体自由组合,第十五页，共100页。,第十六页，共100页。,（二）连锁和交换律,第十七页，共100页。,连锁mplete linkage：位于同一条染色体上的基因相伴随传给后代的现象。连锁与交换律law of linkage and crossing over：位于同一条染色体上的基因并非总连锁在一起，前期同源染色体的非姐妹染色单体之间往往发生片段的交换形成重组。重组律的高低可反映两个基因在同一染色体上的相对距离。连锁群linkage group：位于同一染色体上的基因彼此间以连锁方式遗传，构成连锁群。,第十八页，共100页。,第二节 常染色体显性遗传病,常染色体显性(autosomal dominance，AD)遗传病： 致病基因位于常染色体上，在与正常的等位基因形成杂合子时可导致个体发病，即致病基因决定的是显性性状.,第十九页，共100页。,（一）婚配类型与子女发病风险（二）AD特征（三）AD病类型与举例,一、常染色体显性遗传病 (autosomal dominant inheritance,AD),第二十页，共100页。,常染色体显性遗传病的子女患病风险,AA 患者 Aa 患者 aa 正常,第二十一页，共100页。,常染色体显性遗传病的系谱特征,1.患者双亲中有一方发病，致病基因由患者亲代传来。若双亲未发病，可能是新发生的突变所致。2.患者的同胞、子女有1/2的发病风险。 3.因为致病基因位于常染色体上，其传递不涉及到性别决定，所以男女有同样的发病可能。 4.有连续遗传,第二十二页，共100页。,常染色体显性遗传病的类型及病例,完全显性遗传半（不完全）显性遗传不规则显性遗传共显性遗传延迟显性遗传从性显性,第二十三页，共100页。,1、完全显性,完全显性(complete dominance)：杂合子患者(Aa)表现出和显性纯合子(AA)完全相同的表型。,并指型(MIM 185900 ),患者第3、4指间有蹼，末端指节愈合，足的第2、3趾间有蹼。,第二十四页，共100页。,第二十五页，共100页。,第二十六页，共100页。,家族性结肠息肉（FPC),5,1,2,2,1,3,4,6,1,2,3,设：致病基因B 正常基因b,Bb,Bb,bb,Bb,bb,每个孩子各有50%的机会得病,第二十七页，共100页。,临床特征 在肠道尤其是大肠出现10到数百个大小不等的息肉，严重者可丛口腔一直到直肠肛管均课发生息肉，且常伴随其他临床症状，被认为是一种癌前期病变，常在发病20-30发生大肠癌。,第二十八页，共100页。,第二十九页，共100页。,第三十页，共100页。,Back,第三十一页，共100页。,不完全显性或半显性(incomplete dominance or semi-dominance)杂合子(Aa)的表型介于显性纯合子(AA)和正常的隐性纯合子(aa)之间为轻型患者 AA为重型患者。如：软骨发育不全症,第三十二页，共100页。,基因(ACH)定位于4p16.3。患者为躯体矮小，四肢短小的侏儒。患者多为杂合子，外显率完全，80为新生的突变。罕见的纯合患者因严重骨骼畸形，胸廓小而呼吸窘迫及脑积水而致胚胎死亡。,第三十三页，共100页。,第三十四页，共100页。,第三十五页，共100页。,第三十六页，共100页。,一例-地中海贫血的系谱,贫血基因 0 正常基因 A,A 0,A 0,A A,A 0,A A,重型贫血,轻型贫血,0 0,A 0,Back,第三十七页，共100页。,共显性（codominance）一对等位基因，无显、隐性之分，在杂合时同时表现。如: ABO血型中的IAIB和MN血型。复等位基因:问题：一对血型为A型和B型的夫妇，其子女可能的血型是什么？,Back,第三十八页，共100页。,不规则显性(irregular dominance)：带有致病基因的杂合子(Aa)，受某种遗传因素或环境因素的影响有时表现为疾病，而有时没有表现出相应的病症。即这一疾病有时表现为显性，有时又表现为隐性。系谱中可出现隔代遗传(skipped generation)的现象。如：多指症,第三十九页，共100页。,1 2 3,1 2 3,1 2 3,1 2,多指(轴后A1型)系谱(MIM 174200),第四十页，共100页。,第四十一页，共100页。,Back,第四十二页，共100页。,延迟显性(delayed dominance)杂合子在早期不表现,到一定年龄时才发病.如：舞蹈症。基因( IT15 )定位于4p16.3。,1 2 3 4 5,Huntington舞蹈症系谱(MIM 143100),第四十三页，共100页。,第四十四页，共100页。,Back,第四十五页，共100页。,从性显性:指位于常染色体上的基因表达受性别的影响，在某一性别能表达出相应的表型，而在另一性别则不表达。如：遗传性早秃,第四十六页，共100页。,遗传性早秃 ( Hereditary alopecia )是一个典型的从性遗传的例子。遗传性早秃为常染色体显性遗传，男性多于女性，女性仅仅表现为头发稀疏，极少为全秃表型上受性别的影响。,男性 女性BB 早秃 早秃Bb 早秃 头发稀疏bb 正常 正常,Back,第四十七页，共100页。,二、常染色体隐性遗传（autosomal recessive inheritance, AR),（一）婚配类型与子代发病风险 (二) AR遗传特征（三）亲缘系数和近亲结婚（四）AR病发病风险估计 (五）病例,第四十八页，共100页。,（一）婚配类型与子代发病风险 A正常 a致病正常：AA Aa患者：aa,患者1/4，表型正常3/4，其中2/3为携带者(carrier：带有隐性致病基因的杂合子表型正常，但可把致病基因向后代传递，并可能造成后代发病)。,问题：AaAA ? Aaaa ?,第四十九页，共100页。,(二) AR遗传特征,1由于基因位于常染色体上，所以与性别无关，男女发病机率均等。2分布往往是散在的，不连续遗传.3患者双亲表型往往正常，但都是致病基因的携带者，同胞发病率1/4，正常同胞中2/3携带者.4.近亲婚配时，子女中隐性遗传病的发病率比非近亲婚配者高的多。,问题: 为什么近亲婚配后代发病率高？,第五十页，共100页。,（三）近亲结婚(consanguineous marriage)近亲结婚（consanguineous marriage）：两个配偶在几代之内曾有共同祖先的婚配，一般追溯到3-4代，即在曾或外曾祖父母以下有共同祖先均视为近亲结婚。亲缘系数：有共同祖先的两个人，在某一位点上具有同一基因的概率。 一级亲属：1/2，父母与子女间，同胞间 。 二级亲属：1/4，一个人和其叔、伯、姑、舅、姨、祖父母、外祖父母、半同胞间。 三级亲属：1/8，表兄妹、堂兄妹间。,第五十一页，共100页。,1/21/2=1/4,1/21/2=1/4,1/2,同胞间亲缘系数的推算： 方法一:,第五十二页，共100页。,方法二:根据亲缘关系推定亲缘系数.,一级亲属：彼此间连线只有一级，如红虚线所示2和5间；二级亲属：彼此间连线有二级，如蓝虚线所示6和3间；三级亲属：彼此间连线有三级，如紫虚线所示2和4间。,第五十三页，共100页。,如果人群中致病基因（a)频率为0.01，则携带者频率为1/50。 问题： 姨表兄妹结婚后代发病风险？ 比人群中随机婚配相对发病风险增大多少倍？（图）,第五十四页，共100页。,1,2,3,4,1,5,6,1,2,3,4,2,5,6,？,第五十五页，共100页。,第五十六页，共100页。,1 家族中无患者时： A=p, a=q, AA=p2,aa=q2,Aa=2pq,Hardy-weinberg公式：P2+2pq+q2=1,p+q=1 发病率P(aa)= q2 如:人群中致病基因（a)频率为0.01， 则发病率P(aa)= q2 =0.0001 则p=1-q=1-0.01=0.99 携带者：Aa=2pq=20.010.99=0.02（约）,（四）AR病发病风险估计,第五十七页，共100页。,2 家族中有患者时：,第五十八页，共100页。,?, ,1 2,1 2 3 4 5,1 2 3 4,1 2 3,类显性遗传(quasidominant inheritance),第五十九页，共100页。,(五）病例白化病垂体性侏儒先天性聋哑PKU（苯丙酮尿症）ARPKD(婴儿型多囊肾)其他AR病见表 P65,第六十页，共100页。,一例白化病的系谱,第六十一页，共100页。,第六十二页，共100页。,第六十三页，共100页。,垂体性侏儒（近亲结婚）,近亲结婚使后代患AR病的风险大大提高,第六十四页，共100页。,三、X连锁显性遗传(X-linked dominant inheritance,XD),（一）婚配类型与子代发病风险 (二) XD遗传特征（三）病例,第六十五页，共100页。,（一）婚配类型与发病风险XA致病基因 Xa正常基因患者：XAXa(轻型患者) XAY XAXA (重症患者) 正常人：Xa Xa Xa Y 女发病率=男发病率2倍计算: XAXa Xa Y ：? Xa Xa XA Y ：?,第六十六页，共100页。,两个概念半合子(hemizygote)：是指男性体细胞内X染色体上的基因不是成对存在的。交叉遗传(criss-cross inheritance)：男性的X染色体来源于母亲，又只将X染色体传给自己的女儿，不存在男性男性之间的传递。,第六十七页，共100页。,（二）XD病遗传特征1人群中女性患者比男性患者约多一倍，前者病情常较轻.2患者双亲必有一名是患者.3男性患者的女儿全部都为患者，儿子全部正常。4女性患者的子女中各有50%的可能性是该病的患者5连续传递。,第六十八页，共100页。,(三）病例：例1:抗维生素D佝偻病(Vitamin D-resistant rickets),第六十九页，共100页。,第七十页，共100页。,第七十一页，共100页。,第七十二页，共100页。,致病基因：PHEX,编码749个氨基酸，缺失、置换导致该病。位于：Xp22.2-22.1治疗：大剂量维生素D和磷酸盐,第七十三页，共100页。,例二：遗传性肾炎,第七十四页，共100页。,四、X连锁隐性遗传(X-linked Recessive inheritance, XR),（一）婚配类型与子代发病风险 (二) XR遗传特征（三）病例,第七十五页，共100页。,（一）婚配类型与子女发病风险 致病基因Xa 正常基因XA XAXA XAXa XaXa XAY XaY 正常 携带者 患者 正常 患者计算: XAXA XaY ? XAXa XAY ? XAXa XaY ?,第七十六页，共100页。,（二）XR遗传系谱特点,1人群中男性患者远较女性患者多，系谱中往往只有男性患者。2双亲无病时，儿子可能发病，女儿不会发病，儿子如果发病，母亲肯定是携带者，女儿有1/2的可能性是携带者。3男性患者的兄弟、外祖父、舅父、姨表兄弟、外甥、外孙等也有可能是患者。4如果女性是一个患者，其父亲一定是患者，母亲一定是携带者。,第七十七页，共100页。,（三）病例 例1：红绿色盲,第七十八页，共100页。,例二：血友病,第七十九页，共100页。,例3 假性肥大性肌营养不良DMD （假肥大性肌营养不良）症状：肌膜透性强，肌肉中的酶渗入血中引起肌肉变性主要影响臀部及腰带肌群遗传：DMD基因，占X染色体的1.5%，79个外显子 由基因重组、点突变等所致。,第八十页，共100页。,DMD患儿从卧位到站位的Gower征,Duchenne (DMD) MIM 310200,第八十一页，共100页。,腓肠肌假性肥大，呈进行性肌萎缩,第八十二页，共100页。,第八十三页，共100页。,五、Y连锁遗传(Y-linked inheritance),决定某种性状或疾病的基因位于Y染色体上，则这种性状或疾病的传递过程叫Y-连锁遗传。由于Y染色体只存在于男性个体，其遗传方式为全男性遗传(holandric inheritance)，即Y-连锁性状只由父亲传递给儿子，再由儿子传递给孙子。,第八十四页，共100页。,多毛耳(MIM 425500),第八十五页，共100页。,第八十六页，共100页。,有关Y染色体的新进展：无精子因子(azoospermia factorAZF) 与DAZ (deleted in azoodpermia),第八十七页，共100页。,影响单基因遗传病分析的几个问题,基因的多效性遗传的异质性限性遗传 从性显性遗传早现遗传印记 表观遗传学延迟显性不规则显性X染色体失活共显性半显性表现度外显率,第八十八页，共100页。,表现度,基因在个体中的表达程度，或具有同一基因型的不同个体或同一个体的不同部位，由于各自的遗传背景的不同，所表达的程度可有显著的差异。 多指症（AD病）不同杂合子患者多指数目不同、长短不一，表现程度上产生差异。I型成骨不全（AD病）不同患者主要症状不一样。 ,第八十九页，共100页。,具有同样基因型的个体，其表型缺陷严重程度有差别。,（AD病）,第九十页，共100页。,外显率penetrance,一定基因型的个体在特定的环境中形成相应表现型的比例。比较：外显率、表现度,第九十一页，共100页。,表观遗传学:DNA序列没有改变,基因功能发生了可遗传的变化.,有三层含义:可遗传基因表达改变了DNA序列不变,第九十二页，共100页。,基因的多效性,概念：指一个基因可以决定或影响多个性状。如：半乳糖血症（AR病）由于分解半乳糖的酶缺乏而导致血液中半乳糖含量升高。表现为肝功能损伤、智力低下、白内障（多种生物学效应）。,第九十三页，共100页。,肝脏损害，智力低下,改变晶状体渗透压等,第九十四页，共100页。,遗传的异质性,表形相同但基因型不同的现象或一种性状由多个不同的基因控制。如：先天性聋哑（大多为AR）,第九十五页，共100页。,思考：一对患常染色体隐性遗传病先天性聋哑的夫妇所生的孩子一定是聋哑患者吗？,第九十六页，共100页。,如先天性聋哑（大多为AR）,AaBB,AaBB,aaBB,AAbb,AAbb,AAbb,AaBb,引起两个个体聋哑的基因型不同，分别为不同基因座致病基因的纯合子。,不同基因座上的突变所造成表型效应相同或相似,第九十七页，共100页。,遗传早现,疾病在世代发病过程中存在发病年龄逐渐提前或者逐代加重的现象如：Huntington 舞蹈病、强直性肌营养不良、脊髓小脑性共济失调等。,第九十八页，共100页。,限性遗传( Sex-limited Inheritance）,1、致病基因位于常染色体上。2、其性质可以是显性，也可以是隐性。3、由于性别限制，只在一种性别得以表现，而另一性别完全不表现。4、但是这些基因都可以传给后代。如：子宫阴道积水属于常染色体隐性遗传，女性在纯合子表现出症状，而男性即使是隐性纯合子也不会表现出症状，但是男性的基因仍然传给后代。,第九十九页，共100页。,遗传印记genetic imprinting,来自父母双方的同源染色体或等位基因，表现出功能上的差异，因此所形成的表型也不同，又称基因组印记genomic imprinting，或亲代印记parental imprinting,第一百页，共100页。,