数量性状(多基因)遗传.ppt

第 六 章,人类数量性状遗传,一,数量性状的遗传特征,1,、质量性状与数量性状,1,、质量性状与数量性状,1).,质量性状,(qualitative traits)-,由单基因或简单的两对基因的互作影响的遗传性状，其变异是不连续的。,相对性状之间变异是不连续的，差异显著。如：,人的血型、多指、并指、白化病及红绿色盲。,变异的个体可明显区分为,2,3,个群，之间差异显著。这种变异在群体呈不连续分布的性状称为质量性状。,质量性状变异分布图,1,完全显性；,2,。不完全显性,单 基 因 遗 传 特 点,单基因遗传性状在群体中的变异分布是不连续的。,质量性状,例子,鸡的冠形：,玫瑰冠、胡桃冠、单冠、豆冠；,猪的毛色,：,白色、黑色、红色、蓝色（斑点）、花色,羽速：,快羽、慢羽,羽毛形状：,丝羽、片羽,质量性状一般由单基因控制的,单基因性状特点,质量性状,在群体中不连续分布,2).,数量性状：,属于多基因性状，受控于二对以上基因，相对性状之间变异是连续的，差异不显著。性状的变异是连续的,可以正态分布曲线表示。如：人的身高、体重、肤色、血压和智力都是数量性状或称多基因性状。,人身高由矮到高是逐渐过渡，很矮和很高的两种极端的人只是极少数，大多数人身高接近平均值，这种变异的曲线呈正态分布（如下图）。,多 基 因 遗 传 特 点,多基因遗传性状在群体中的变异分布是连续的。,如，身高、血压、智商,数量性状,定义,象人的身高，体重以及家畜的大小，体重等这些性状，其,变异是连续的,，描述它们只有通过测量的方法。这样的性状叫做,数量性状,，它们的差异表现在量上或程度上,身高 基因型 基因型 身矮,P,AABB X aabb,F1,中间型,AaBb X AaBb,F2,AABB AaBB AaBb aaBb aabb,高,例如：人体身高,矮,数量性状是由,多基因遗传的,多基因遗传具有,3,个特点：,两个极端变异（纯种）个体杂交后，子,1,代大部分为中间型，在环境的影响下，具有一定变异范围。,AABB X aabb,两个中间型子,1,代杂交后，子,2,代大部分为中间型，但其变异范围要比子,1,代广泛，也可出现极端的个体。这除环境因素外，基因的分离和组合也有作用。,中间型,AaBb X AaBb,在随机杂交的群体中，变异范围很广，然而大多数个体接近中间型，极端个体很少，环境与遗传因素都起作用。,多基因遗传性状的特点,数量性状,在群体中连续分布,近似正态分布,性状表现易受环境影响,若以,100mmHg,为基础血压，,A,和,B,可使血压增加,10mmHg,，,a,和,b,不改变血压,变,员,数,血压,人体血压的变异,人皮肤颜色的变异,白 中间 黑,变,员,数,2,、数量性状的遗传机制,1).,多基因假说,(Multiple Factor Hypothesis,),Nilson-Ehle,H.(1909),根据小麦粒色遗传提出：,数量性状受许多彼此独立的基因共同控制，每个基因对性状表现的效果较微，但各对基因遗传方式仍然服从孟德尔遗传规律；,同时还认为：,1.,各基因的效应相等；,2.,各个等位基因表现为不完全显性或无显性，或表现为增效和减效作用；,3.,各基因的作用是累加的。,微效多基因与主效基因,微效多基因,(polygenes),或微效基因,(minor gene),：,控制数量性状遗传的一系列效应微小的基因；,由于效应微小，难以根据表型将微效基因间区别开来；,近年来，借助分子标记作图技术已经可以将控制数量性状的各个基因位点标记在分子标记连锁图上，并研究其基因的效应。,主效基因,/,主基因,(major gene),：,控制质量性状遗传的一对或少数几对效应明显的基因；可以根据表型区分类别，并进行基因型推断。,2).,超亲遗传,(transgressive inheritance),超亲遗传现象：杂交时，杂种后代的性状表现可能超出双亲表型的范围。（,eg.,杂种优势,）,P,140,千克,80,千克,F1,130,千克,F2,140,千克或,80,千克,超亲遗传现象的解释,（,A=200g,；,a=100g,）,P,A1A1A2A2a3a3 a1a1a2a2A3A3,（,1000,）（,800,）,F1,A1a1A2a2A3a3,（,900,）,F2,A1A1A2A2A3A3 or a1a1a2a2a3a3,（,1200,）（,600,）,3).,数量性状遗传机制的发展,传统观点：,基于多基因假说认为数量性状均受微效、等效的微效基因控制。,采用分子标记对基因效应的研究发现，数量性状：,可能是受微效基因控制；也可能受少数几对主效基因控制，加上环境作用而表现连续变异；有时由少数主基因控制，但另外存在一些微效基因,(,修饰基因，,modifying gene),的修饰作用。,微效基因的效应：,微效基因的效应值,(,对性状的影响,),也不尽相等,3,、数量性状表型值的剖析,1).,表型值分解,表型值的效应分解：性状表现由遗传因素决定、并受环境影响，可得：,表型值,=,基因型值,+,环境偏差,P=G+E.,P,为个体表现型值,(phenotypic value)(,也即性状观察值,),；,G,为个体基因型,(,效应,),值,(genetic value),，也称遗传效应值；,E,为环境效应值,(environment value),，当,无基因型与环境互作时,，,E=e,为随机误差,(random error),符合正态分布,N(0,2),。,2).,遗传力,遗传力的概念与定义公式,遗传力,(heritability),：,遗传变异占总变异,(,表型变异,),的比率，用以度量遗传因素与环境因素对性状形成的影响程度，是对杂种后代性状进行选择的重要指标。,（均为正值）,广义遗传力,(h,B,2):,遗传方差占总方差,(,表型方差,),的比率；,V,P,=V,G,+V,E,H,B,2,=V,G,/V,E,狭义遗传力,(h,N,2,),：,加性方差占总方差的比率。,V,P,=V,A,+V,E,h,2,=V,A,/V,E,或,h,2,=,A,2,/,P,2,遗传度（率）,：疾病的易患性高低受遗传基础和环境因素双重影响，其中遗传基础所起作用的大小称为遗传度（率）,哮喘病遗传度为,80,精神分裂症为,80,高血压遗传度为,62,冠心病遗传度为,65,糖尿病遗传度（幼年型）为,75,糖尿病遗传度（老年型）为,35,唇裂腭裂遗传度为,76,人类数量性状或疾病遗传,高血压、糖尿病、哮喘，这些常见的疾病属于多基因遗传病。多基因遗传的性状是一种数量性状，在群体中呈正态分布。多基因遗传病的发生，不仅受遗传的影响，而且受环境的影响。在多基因遗传病中，,遗传因素和环境因素的共同作用决定一个个体的易患性,。易患性达到一定限度，个体就会患病。由此，估计多基因遗传病的发病率，要考虑到家族中的亲属级别、患病人数、病情等多种因素。,多基因遗传病的易患性和阈值模式,易患性,：在多基因遗传病中，,遗传基础和环境因素的共同作用,，决定了一个个体是否易于患某种疾病的,可能性,，称为易患性,易感性,：由多基因,遗传基础决定,一个个体患某种 多基因遗传病的,风险,阈值,：一个个体的易患性达到一定程度即可发病，这个限度称为,阈值,。阈值代表在一定条件下,患病所必需的最低的易患基因的数量,多基因遗传病的阈值模式,多基因病的遗传因素证据,1,特定疾病或畸形的患者亲属发病率明显增高（家族倾向），并与亲属级别成正比。,患者亲属发病率,群体发病率,患者同胞、双亲、子女具有相同发病风险,随亲属级别降低，发病风险迅速降低,多基因病的遗传因素证据,唇裂,腭裂患者,多基因病的遗传因素证据,亲 属 受累亲属百分数 同群体相比亲属的发病率,一 级,4.1 40,同胞,级,0.7 8,姑和叔,级,0.3 3,堂、表兄妹,多基因病的遗传因素证据,2,双生子研究,对某种多基因病，单卵双生子发病的一致性明显高于异卵双生子,多基因病的遗传因素证据,单卵双生子 异卵双生子,唇裂,腭裂,40%4%,幽门狭窄,22%2%,精神分裂症,46%14%,胰岛素依赖性糖尿病,30%6%,一 致 性,性 状,人类多 基 因 病 的遗 传 特 点,1,发病有家族聚集倾向,，患者亲属的发病率高于群体发病率，,不符合任何一种单基因病遗传方式，同胞中的发病率远低于,1/2,或,1/4,，不符合,AD,、,AR,、,XD,或,XR,2,患者双亲、同胞、子女的亲缘系数相同，均为,1/2,，有相同的,发病风险,。这与,AR,病不同，,AR,病患者双亲和子女一般不发病,而是肯定携带者，患者同胞的发病风险为,1/4,多 基 因 病 遗 传 特 点,3,随着亲属级别的降低，患者亲属的发病风险迅速降低,，群体,发病率愈低的病种中，这种特征愈明显。这与,AD,病中亲属级,别每降低一级，发病风险降低,1/2,的情况也是不同,4,近亲婚配时，子女的发病风险增高,，但不如,AR,病显著,5,发病率有种族差异,一级亲属,三级亲属,二级亲属,随亲属级别的降低，患者亲属的发病风险迅速降低。,多基因病发病风险估计,1,发病风险代表平均风险，在不同家庭中各不相同,与遗传度密切相关,当多基因病的群体发病率为,0.1%1%,，遗传率为,70%80%,时,，用,Edward,公式估计患者一级亲属发病风险,f=P,例如：唇裂,腭裂的发病率为,0.17%,，遗传率为,76%,，患者,一级,亲属的发病率为,f=0.0017,4%,将,遗传度、群体发病率、患者一级亲属发病率的关系制成图,，可以看出，当群体发病率为,1/100,1/1000,时，遗传度如果是,70,80,，则患者一级亲属发病率近于群体发病率的平方根，可以用公式,f=p,求得。,f,代表患者一级亲属的发病率,，,p,代表一般群体发病率,。例如唇裂在我国人群中的发病率为,0.17%,，其遗传度为,76%,，患者一级亲属的发病率,(f),0.17%4%,。如果遗传度高于或低于此范围，患者一级亲属的发病率也高于或低于群体发病率的平方根。例如，原发性高血压的群体发病率约为,6%,，遗传度为,62,，患者一级亲属的发病率从图中可看出为,16%,，如果按公式,f,p,，,0.06,24.5,，这时该公式就不再适用,。,多基因病发病风险估计,2,一个家庭中患病人数越多，发病风险越高,3,患病严重程度越重，发病风险越高,4,随着群体发病率降低，患病亲属发病风险增高,群体发病率低，提示疾病阈值高,多基因病发病风险估计,5,群体发病率存在性别差异时，发病率低的性别的后,代发病风险相对高。,一般人群的遗传易患性,多基因病发病风险估计,女性先证者的一级亲属,多基因遗传病的特征,1.,每种病的发病率一般高于,1/1000,。,2.,有家族聚集倾向，但不符合单基因病的遗传方式。,3.,随着亲属级别的降低，患者亲属的发病率也迅速降低，向群体发病率靠拢。,4.,近亲婚配时子女发病风险增高，但不如常染色体隐性遗传那样显著。这可能与多基因的累加作用有关。,5.,有些多基因病的发病率有种族差异。,一些常见多基因遗传病的群体发病率和遗传度,疾病与畸形,群体发病率（,%,）,患者一级亲属发病率（,%,）,遗传度（,%,）,唇裂,腭裂,0.17,4,76,腭裂,0.04,2,76,先天性髋关节脱位,0.1,0.2,男性先证者,4,女性先证者,1,70,先天性幽门狭窄,0.3,男性先证者,2,女性先证者,10,75,先天性畸形足,0.1,3,68,先天性巨结肠,0.02,男性先证者,2,女性先证者,8,80,疾病与畸形,群体发病率（,%,）,患者一级亲属发病率（,%,）,遗传度（,%,）,脊柱裂,0.3,4,60,无脑儿,0.5,4,60,先天性心脏病,0.5,2.8,35,精神分裂症,0.5,1.0,10,15,80,早发型糖尿病,0.2,2,5,75,原发性高血压,4,10,15,30,62,冠心病,2.5,7,65,哮喘,1,2,12,80,消化性溃疡,4,8,37,强直性脊椎炎,0.2,男性先证者,7,女性先证者,2,70,性别与发病风险的关系,某些多基因遗传病的发病率存在着性别差异,，发病率低的性别患者一级亲属的发病风险高于发病率高的性别患者一级亲属的发病风险。因为在这种情况下，两种性别的发病阈值是不同的，发病率低的性别必须携带较多的易患性基因，才能达到阈值而发病。如果已经发病，表明其一定携带更多的易患性基因，其后代的发病风险将会相应增高。,例如先天性幽门狭窄，人群中男性发病率为,0.5%,，女性发病率为,0.1%,男性发病率是女性的,5,倍，即男性发病阈值低于女性。男性患者的儿子发病风险是,5.5%,，女儿的发病风险是,2.4%,；而女性患者儿子的发病风险为,19.4%,，女儿的发病风险为,7.3%,。,二,人类的皮肤纹理与遗传,引言,皮肤纹理,(,简称皮纹,),概念,皮纹是由皮肤表面凸起的嵴纹和两条嵴纹之间的凹陷而形成的沟纹组成，这些凹凸的纹理在人体皮肤上某些特定部位构成各种特定的纹理图形。每个人都有特殊的皮肤纹理，皮肤纹理呈多基因遗传，在胚胎发育第,13,周开始出现，第,19,周左右形成，且终生不变。,目前，皮纹学的知识和技术，广泛应用于人类学、遗传学、法医学以及作为临床某些疾病的辅助诊断。,皮肤纹理,（,dermatoglyphy,）：是指人体皮肤某些特定部位出现的纹理图形，简称皮纹。,皮纹是由真皮乳头向表皮突出形成许多排列整齐、平行的乳头线,嵴纹,（,ridge,）和嵴纹之间的凹陷,皮沟,（,dermal furrow,）组成的。,正常人的皮肤纹理,1.,指纹,手指末端腹面（顶端掌面）的皮纹称为,指纹,。,根据纹理的走向和三叉点的有无及数目，可将指纹分为三种类型：,弓形纹,箕形纹,斗形纹,三叉：,是指由三条嵴线相交成,“,Y,“,或,”,人,“,形的标记。,弓形纹,箕形纹,斗形纹,指纹类型,弓型纹,弓形纹、蓬帐式 弓型纹,箕形纹,尺箕、桡箕,斗形纹,环形斗、螺形斗、绞形,斗,指纹是指手指末端腹面的皮纹,。,指纹类型：,主要分弓形纹、箕形纹和斗形纹三种类型。,指纹类型,特 点,分 类,弓形纹,由平行排列的弓形嵴纹从一侧走向另一侧，中间隆起呈弓形；无三叉点,简弓 帐弓,箕形纹,嵴纹从一侧起始发出后，斜向上弯曲后又回到原侧，形似簸箕状；一般在箕头下侧有一个三叉点。,正箕（尺箕）反箕（桡箕）,斗形纹,其纹理大多呈环形、螺形、囊形；一般有两个三叉点。,环形斗 螺旋斗 双箕斗,弓形纹（,Arch,，,A,）,特点是嵴线由一侧至另一侧，中间隆起呈弓形，无三叉点。根据弓形的弯度分为简单弓形纹和篷帐式弓形纹。,简单弓形纹（,A,s,）,篷帐式弓形纹（,A,t,）,箕形纹（,Loop,，,L,）,俗称簸箕。纹线从一侧起始，斜向上弯曲，再回转到起始侧，形如簸箕，有一个三叉点。,根据箕口朝向的不同，可分为两种：,正箕或尺箕（,Lu,）,：箕口朝向手的尺侧者（朝,向小指）；,反箕或桡箕（,Lr,）,：箕口朝向手的桡侧者（朝,向拇指）,正箕或尺箕（右手）（,L,u,）,箕头,三叉点,反箕或桡箕（右手）（,L,r,）,斗形纹（,whorl,，,W,）,是一种复杂、多形态的指纹。特点是具有两个或两个以上的三叉点。斗形纹可分,:,绞形纹（双箕斗）（,L,d,）,：由两组箕形纹组,成，两箕头绞着，箕口方向相反。,环形纹（,W,c,）,螺形纹（,W,s,）,囊形纹,双箕斗（,L,d,）,环形纹（,W,c,）,螺形纹（,W,s,）,囊形纹,混合型、孔雀眼和内破型斗形纹,非主要斗形纹,2.,嵴纹计数,指嵴纹计数,弓形纹：,由于没有三叉点，计数为零。,箕形纹：,从中心到三叉点中心绘一直线，计算直线通过的嵴纹数。,斗形纹：,因有两个三叉点，可得到两个数值，只计多的一侧数值。,嵴纹计数,，,嵴纹计数的基本方法：从箕形纹或斗形纹的中心点至三叉点画一直线，统计跨过这根直线的纹线数。弓形纹无中心和三叉点，故计数为,0,。斗形纹有两个三叉点，计数时以较大的数为准。而将双手,10,指的嵴纹数目相加即得到,总嵴纹数,(TFRC),。,染色体病患者的指纹,TFRC,与正常人的相比有明显的差异。对于性染色体数目异常的患者而言，有随,X,染色体数目的增多而,TFRC,降低的趋势，例如，据统计,XY,个体,TFRC,为,145,，,XX,个体的为,127,；,XXX,个体的为,109,，,XXXXY,个体的为,49.4,等，,故统计,TFRC,可以作为诊断某些染色体异常疾病的辅助指标。,双箕斗：,分别先计算两中心点与各自三叉点连线所通过的嵴纹数，再计算两中心点连线所通过的嵴纹数，然后将三个数相加起来的总数除以,2,，即为该指纹的嵴纹数。,指嵴纹总数（,TFRC,）：,为,10,个手指嵴纹计数的总和。我国男性平均值为,148,条，女性为,138,条。,3.,掌纹观察,大鱼际区：,位于拇指下方。,小鱼际区：,位于小指下方。,指间区：,从拇指到小指的指根部间区域（,I,1,I,4,）。,指,三叉及四条主线：,在,2,、,3,、,4,、,5,指基部各有一个三叉点为指三叉，用,a,、,b,、,c,、,d,表示。,由,a,、,b,、,c,、,d,各引出一条主线：,A,线：,a,小鱼际区,B,线：,bI,4,或小指下方,C,线：,cI,4,或小指下方,D,线：,dI,2,主要特征：指三叉点；轴三叉（,t,）；,atd,角；,t,距比,手掌纹,轴三叉和,atd,角,轴三叉：,正常人手掌基部的大、小鱼际之间，具有一个三叉点，称,轴三叉,，用,t,表示。,atd,角：,从指基部三叉点,a,和,d,分别画直线与,t,相连，即构成,atd,角。,（,2,）掌纹：是手掌中的皮纹。掌纹观察分析时一般应包括,5,个方面。,大鱼际区,，位于拇指的下方。,小鱼际区,，位于小指的下方。,指间区,，从拇指到小指的指根部间区域。依次分为四个小区,(1,、,2,、,3,、,4),。,指基三叉点,（,a,、,b,、,c,、,d,），分别位于第,2,、,3,、,4,、,5,指基部。四条主线（,A,、,B,、,C,、,D,），分别由指基三叉点向手心端引出的线。,轴三叉点（,t,）：,在大小鱼际交联的底端，掌面基部正中，大约在无名指直下。对于成年人而言，,t,三叉点距离腕线约,1.4cm,处。,atd,角，,指基三叉点,a,、,d,与,t,三叉点连线所成的夹角，可用量角器测定。我国正常人群的,atd,角均值为,41,。,三叉点,t,的位置对某些染色体病的诊断有重要意义。,atd,角的大小也可以反映,t,三叉点的位置，,atd,角越大，则轴三叉点位置越高、越远离腕线，向掌心方向移动。若,atd,角小于,45,，轴三叉点以,t,表示；,atd,角在,45,56,之间，轴三叉点以,t,表示，多见于先天愚型患者；若,atd,角大于,56,，轴三叉点以,t,表示，多见于,13,三体综合征患者。,我国正常人,atd,角的平均值为,41,。,atd,角在,45,以下称轴三叉,t,低位；,atd,角在,45,56,称,t,中位，用,t,表示；,atd,角在,45,以上称,t,高位，用,t,表示。,a,b,总嵴线数,在指三叉,a,和,b,之间连一条线，计算直线经过处的嵴纹数（不计起止点嵴纹），将左右手,a,b,嵴纹数加起来。,t,距百分比计算,（了解）,t,距：,t,三叉至远侧腕关节褶纹的距离。,上手掌长度：,中指掌面基部褶纹至远侧腕关节褶纹间的垂直距离。,t,距百分比：,t,距比上手掌长度的百分比。,4.,指褶纹和掌褶纹,指手掌和手指屈面各关节弯曲活动处所显示的褶纹。,指褶纹：,正常人除拇指只有一条指褶纹外，其余四指都有,2,条指褶纹与各指关节相对应。,掌褶纹：,正常人手掌褶纹主要有三条，分别是：,远侧横褶纹,近侧横褶纹,大鱼际褶纹,（,3,）褶纹：,是手指和手掌的关节弯曲活动处明显可见的褶线。,指褶纹：,正常人除拇指有一条指褶纹外，其余各指都有两条指褶纹。先天愚型患者和,18,三体综合征患者的第五指可只有一条指褶纹。,掌褶纹：,普通人手掌中一般有三条大褶纹：远端横褶纹、近端横褶纹和大鱼际纵褶纹。远端横褶纹和近端横褶纹不相连接。,(,见右图,),正常人手掌褶纹,远侧横褶纹,近侧横褶纹,大鱼际褶纹,掌褶纹还常见四种变异类型。（见下图）,四种常见掌褶纹变异类型比较：,褶纹,变异类型特 点,举 例,通贯手,远侧横褶纹与近侧横褶纹完全重合为一条直线横贯整个手掌，这条线也称为猿线。,猫叫综合征、先天愚型、,13,三体综合征,悉尼手,近侧横褶纹通贯全掌而远侧横褶纹走行正常。,多见于澳大利亚的悉尼人,变异,型（桥贯型）,远侧横褶纹与近侧横褶纹借助另一较短的横褶纹 彼此相连而横贯全掌，在这里短褶起着桥梁作用。,变异,型（叉贯型）,远侧横褶纹与近侧横褶纹彼此相连贯通，且向上、向下方各有一细褶分支。,根据近、远侧横褶纹的连接方式差异又分为几型：,通贯掌（猿线）,变异,型（桥贯掌）,变异,型（叉贯掌）,悉尼掌,（,4,）足纹：,在脚趾、脚掌的皮纹中，研究得最多且有临床意义的主要是拇趾球部的纹理，其中基本的纹理型也分为弓、箕、斗三种，并按皮纹的胫侧、腓侧、近远侧的走向分为七个类型，其中胫弓型多见于先天愚型患者中。,皮肤纹理分析,从目前对皮纹与染色体病的关联的研究资料中可以发现，染色体病病人的皮肤纹理具有值得注意的特征性变化，在遗传病诊断中具有一定的诊断价值，皮纹分析时要注意取样的方法，以获得准确、清晰的资料。另外，正常人也可出现“异常”皮纹，故皮纹分析仅可作为某些遗传病诊断的初筛手段。,1.,遗传病的皮纹变化,21,三体综合征：,斗形纹减少，箕形纹增多，,TFRC,较少；小指常是单一指褶线；大约有一半患者出现通贯手；,atd,增大。,18,三体综合征：,弓形纹比例增高，,80%,患者有,7,个以上手指为弓形纹（正常人仅约,1%,），故,TFRC,值低，多为通贯手，约,25%,患者为,t,，约,40%,的患者小指上为单一指褶线。,常见染色体病患者的皮纹特征,病例,指纹,掌纹,拇趾球部纹理,5p-,斗形纹比例大,TFRC,高,t,双侧或单侧通贯手,正常,13,三体,弓形纹较多,TFRC,低,t 2/3,通贯手,42,腓弓,18,三体,弓形纹比例极高,TFRC,极低甚至为,0,25,为,t40,第,5,指,1,条指褶,正常,21,三体,尺侧比例高,60,TFRC,低第,4,或第,5,指桡箕,t50,通贯手 第,5,指,1,条指褶,胫弓,45,，,X,大箕或小斗,TFRC,高,t,异常大的斗 或箕形纹,47,，,XXY,弓形纹较多,正常,正常,1,观察自己指纹、掌纹、指褶纹和掌褶纹的类型。,2,计数指嵴纹总数（,TFRC,）。,3,测量双手的,atd,角。,作业,