1、 医学遗传学医学遗传学 周常文周常文 细胞生物学与遗传学系细胞生物学与遗传学系 第一章第一章 绪论绪论上世纪上世纪:基因、染色体研究是生命科学与技术发展的核心。基因、染色体研究是生命科学与技术发展的核心。寻找、定位、分离、认识、操作和开发基因寻找、定位、分离、认识、操作和开发基因2121世纪世纪:生物技术产业。生物技术产业。医学遗传学医学遗传学:基因研究与医学相结合的崭新学科。基因研究与医学相结合的崭新学科。染色体数目、致病基因、疾病治疗与预防染色体数目、致病基因、疾病治疗与预防基因医学时代基因医学时代:基因诊断、基因药物及基因治疗基因诊断、基因药物及基因治疗5050年获奖：年获奖：1818项
2、诺贝尔生理医学奖，项诺贝尔生理医学奖，1111项化学奖项化学奖 第一节第一节 学科发展基础学科发展基础18651865年，年，Mendel“融合遗传融合遗传”理论理论18821882年，年，Flemming发现人染色体发现人染色体19001900年，年，Mendel定律被重新发现定律被重新发现19031903年，年，Sutton和和Boveri提出遗传的染色体理论提出遗传的染色体理论 Morgan连锁与交换证实，创立遗传的基因理论连锁与交换证实，创立遗传的基因理论 1928、44年 Griffith和Avery等通过光滑型和粗糙型肺炎双球菌的 转化试验证明只有DNA能将粗糙型肺炎双球菌转化为光
3、滑 型；证明遗传物质是DNA。随后又证明在有DNA的生物中，DNA是遗传物质。在有RNA的生物中，如RNA病毒，RNA是 遗传物质。1953年 Watson和Crick提出的DNA双股螺旋结构的分子模型，使人 们认识到决定生物性状的遗传信息存在于DNA的碱基顺序 中，基因即为一段具有遗传学功能的DNA序列。1952年 美籍华人徐道觉发现染色体低渗制片技术。1956年 美籍华人蒋有兴查明人类染色体数目为46条即46，XX或 XY。于1960年丹佛、1963年伦敦、1966年芝加哥召开 3次人类细胞遗传学国际会议，制定了国际命名体制。1959年 Lejennes证明先天愚型为21号染色体三体型患者
4、，因方法 学的局限性，1970年前的10年间仅记载数种染色体病。1971年 Caspersson发表第一张人类染色体显带照片，以及1971 年巴黎人类显带染色体国际命名会议以后，至今已发现染 色体结构畸变的类型近万种，染色体综合征100余个。1970s中期 随着羊水穿刺等技术的建立，染色体病的诊断与产前诊断 迅速发展，形成“临床细胞遗传学”这一崭新的学科。1958年 Matthew Meselson和Franklin Stahl证明DNA的复制涉及 双螺旋互补链的分离；Kornberg分离出DNA聚合酶I，这是 第一个可在试管中合成DNA的酶。1960年 Ochoa发现RNA聚合酶，沿DNA单
5、链表面合成RNA链；发现mRNA，证实带有编码蛋白质中氨基酸序列的信息。1961年 Nirenberg用人工合成的mRNA分子（多聚尿嘧啶核苷酸)破译出第一个遗传密码。1965年 揭示在细菌中抗生素抗性基因常常携带于称为“质粒”的额 外小染色体上。1966年 Nirenberg和Khorana共同确定了全部的遗传密码。1968年 他们两人和转运RNA的发现者Holley共享该年度的诺贝尔 生理学或医学奖。1967年 分离出DNA连接酶。1970年 Werner Arber和Hamilton OSmith分离出第一个可在特 定位点切割DNA分子的限制性内切酶。1971年 Nathans用内切酶切
6、割一种猴病毒的环状DNA，进行遗传 学研究。1978年 他们三人共享该年度诺贝尔生理学或医学奖。1972年 Paul Berg在美国斯坦福大学将DNA连接酶用于连接由限制 性内切酶切开的DNA片段，构建成第一个重组DNA分子。1973年 发现外源DNA插入质粒DNA后，导入大肠杆菌仍有功 能。公众对重组DNA可能产生潜在危险新微生物的担心。1974年 部分科学家发出“世界各国暂停某些类型的重组DNA实验”的呼吁；英政府要求在特定的实验室内谨慎进行重组DNA 研究；在美国召开的国际会议，强烈要求制定控制重组 DNA实验的操作守则，呼吁发展安全的细菌和质粒。1975年 美国NIH公布第一个重组DN
7、A实验操作守则，对许多类型的 重组DNA实验作了限制；随着公众对条例可能不起作用的 忧虑加深，纽约时代杂志上刊文呼吁禁止对重组DNA 研究授予诺贝尔奖。1977年 美国成立第一个专门利用重组DNA技术制造医学上重要 药物的遗传工程公司(Genentech)；科学家构建第一个含 有哺乳动物DNA的重组DNA分子，发明了对大片段DNA进行 快速序列分析的方法。Roberts和Sharp发现断裂(split)基因，1993年获得诺贝尔生理医学奖。1978年 生长激素抑制素成为首个用重组DNA技术产生的人类激素。1979年 NIH操作守则普遍放松。允许利用重组DNA技术研究病毒 DNA；科学家用恶性生
8、长细胞的DNA转染小鼠细胞株，分 析恶性生长细胞中的癌基因。1980年 筹建了用重组DNA技术生产胰岛素的第一家工厂；Paul Berg因于1972年构建了第一个重组DNA分子，Walter Gilbert、Frederick Sanger因发明DNA测序方法共同获 得了诺贝尔化学奖。1981年 第一个重组DNA公司(Genentech)出售通用股票，纽约华 尔街金融中心估价，其总额在2亿美元以上；NIH取消操 作守则中对使用大肠杆菌和酵母菌株作为宿主繁殖重组 DNA分子的基因克隆实验的限制；镰状细胞贫血症成为首 个产前基因诊断的遗传病，方法是利用限制性内切酶对 DNA进行分析；第一只转基因小
9、鼠和转基因果蝇诞生。1982年 NIH进一步全面放宽操作守则的限制。科学家将大鼠生长激素基因连接到可诱导的小鼠基因控制信号上，注入小鼠受精卵，植入受体母鼠体内，产生”超级小鼠”，体重为正 常小鼠的两倍。用重组DNA方法生产的人胰岛素以“Humulin”商品名进入市场。发现一种掺入烟草植物细胞的外源基因依孟德尔规律通过花粉和卵 细胞进行遗传。从人膀胱癌细胞分离出癌基因，在大肠杆菌上进行克隆发现人膀 胱癌基因与其正常的基因仅存在单一碱基的变化，导致蛋白质产物 中一个氨基酸的变化。1983年 科学家发表了噬菌体的DNA全序列，共有48502碱基对。McClintock在20世纪50年代提出并发现可移
10、动的遗传因子而获得诺 贝尔生理医学奖。1983年 科学家获得首例转基因植物；Kohler、Milstein和Jerne因发明单克隆 抗体技术，完善极微量蛋白质检测技术，分享诺贝尔生理医学奖；斯坦福大学获得了关于重组DNA的专利。1985年 第一批转基因家畜出生。1988年 JDWatson出任“人类基因组计划”首席科学家。1989年 Altman和Cech因发现RNA具有酶的功能核酶)共享诺贝尔化学奖；DuPont公司获得转肿瘤基因小鼠“Oncomouse”。1990年 首例基因治疗临床实验在美国实施；美国能源部(DOE)和 NIH牵头启动人类基因组计划。1993年 Mullis因发明PCR技
11、术而与首个设计基因定点突变的Smith共享诺贝尔 化学奖。1994年 Gilman和Rodbell因发现G蛋白在细胞内信息传导中的作用分享诺贝尔 生理医学奖；第一批基因工程西红柿在美国上市；微生物基因组计划启动；绘制完详细的人类基因组遗传图谱，密度平均1个Marker/700kb。1995年 Nature发表人基因组物理图，及3、16和22号人染色体高密度物理图。Iewls、Nusslei-Volhard和Wieschaus在20世纪40-70年代先后独立鉴 定控制果蝇体节发育基因分享诺贝尔生理医学奖。1996年 完成了酵母基因组全序列测定。1997年 Ecoli基因组测序完成，共有46000
12、00碱基对，大约4000个基因。英国爱丁堡罗斯林研究所获得克隆羊多利。1998年 James Thompson和John Gearhart领导的两个研究小组分别成功地培 养出了人胚胎干细胞。人类基因组计划宣布将加快研究进度。2000年 果蝇基因组(47350000碱基对)测序完成。2001年 实现基因草图的绘制。HGP和Celera分别将他们的初步分析结果发表在2月15日的Nature和2 月16日的Science上。第二节第二节 展展 望望20世纪50年代以来：染色体显带技术、DNA重组技术、PCR技术的发明和应用，与医学的结合相继形成了十余个医学遗传学学科：人类细胞遗传学(human cy
13、togenetics)人类生化遗传学（humun biochemical genetics)人类分子遗传学(human molecular genetics)人类群体遗传学(human population genetms)药物遗传学(pharmacogenetics)免疫遗传学(immunogenetics)辐射遗传学(radiation genetics)发育遗传学(developmental genetics)遗传毒理学(genetic toxicology)体细胞遗传学(somatic cellgenetics)肿瘤遗传学(cancer genetics)行为遗传学(behavior
14、genetics)临床遗传学(clinical genetics)等。目前公布的基因组框架图不十分完善，但提供了一个当前最全面、最完整的基因组信息。利用日益丰富和不断完善的基因组数据，可以确定遗传病、肿瘤、心血管病、糖尿病等危害人类生命健康最严重疾病的致病基因，寻找出个体化的防治药物和方法。对于癌症、药物依赖、基因表达、免疫、进化基因组学、膜交换、细胞骨架、细胞周期和生物钟研究以及进化生物学等学科都将产生难以预想的深远影响。极大地推动人类与医学遗传学以及整个遗传学科的发展。疾病基因的克隆情况疾病基因的克隆情况1974-1989年 16年 1974年世界上克隆第一种Kappa轻链缺乏症的疾病基因
15、以来，仅克隆疾 病基因106个，平均每年克隆66种。1990-2002年 12年 共克隆1060个疾病基因，平均每年克隆883种。即基因组计划实施后 每年克隆疾病基因的数目是以前的13倍。人类基因组结构特点人类基因组结构特点 人类基因组大小：2932Gb 个体间同源性：9999 GC碱基含量：38 基因数目：34万，少于原先估计的10万个，只是线虫 或果蝇基因数量的两倍。人有而鼠没有的基因：300个。约200多个基因编码的蛋白质分子与细菌中的蛋白同源，但酵母、线虫、果蝇及些无脊椎动物未发现同源物。人类基因大小差异大，从65bp-2000kb不等。目前发现的最大编码dystrophin蛋白的基因
16、有2400kb，含79个外显子，编码序列只占整个基因序列的06。人类基因组中编码蛋白的序列不足5，存在“热点”和大片“荒漠”，即在染色体上有基因成簇密集分布的区域也有大片的区域只有Junk-DNA。分布着300多万个长片断重复序列在非编码序列中重复序列则至少占基因组的50。人类基因组计划带来的问题：”突变与自然选择”的“经济与适应”原则 是生物生存与进化的最基本的法则。1.四种单核苷酸(A、T、G、C)的不同排列组合就构成了地球上数亿 种生物，为什么人类具有30亿个核苷酸而编码蛋白的序列不足5？2.如果95核苷酸序列对生物体生存无用，为何不在进化过程中淘汰？3.为什么人类只有3万4万个基因却能
17、编码出数十万种蛋白质？4.在进化中人是最高等生物，为什么人有、鼠没有的基因只有300个?5.上世纪末的研究证明，酶是蛋白质，为什么蛋白质以外的物质如某些RNA 也具有酶的功能？6.DNA、RNA是遗传的物质基础，但其他物质如蛋白质是否在某种特殊情况也 具有遗传的功能?7.受精卵已经带有致病基因，为什么要到一定的年龄才发病?8.为什么同一个致病基因的同一突变在小同的个体间发病的轻重不同?9.为什么同一种药物对不同的人敏感度不一?等等。为了回答这些问题，科学家正在延伸人类基因组计划。提出了所谓模式生物的基因组学、功能基因组学、结构基因组学、疾病基因组学、肿瘤基因组学、药物基因组学、人类基因组多样性
18、计划和人类基因组信息学。与时俱进的科学研究与发现有可能进一步揭示生命的奥秘。人类研究自身的这一认识过程将不断深化但永无止境。第二章第二章 染色体染色体 第一节第一节 染色体数目与结构染色体数目与结构一、人类的正常核型概念：染色体(chromosome)位于细胞核中呈线状结构，是遗传信 息的载体。词的来源：染色体一词来自希腊文chroma(颜色)和soma(体)。细胞遗传学的主要内容：研究染色体和细胞分裂。染色质(chromatin)与染色体：同一种物质的不同存在形式。染色质是指间期细胞核内遗传物质存在的形式；染色体是细胞分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质多级螺旋折叠的结果。两个结论
19、错误:1950年前，人类染色体数目为48条;性别由常染色体和性染色体数目的比率决定的。主要原因是染色体技术的限制。1956年，Tjio和Leven证实培养的人胚胎成纤维细胞有46条染色体。1956-1959年，诊断出染色体数目异常的三个主要疾病，即Down综合征，Turner综合征和Klinefeher综合征。人类染色体识别和分析标准化:1960年丹佛)、1963年(伦敦)、1966年(芝加哥)相继召开了三次人类细胞遗传学国际会议，讨论并制定国际命名体制，便于国际间的交流。人类体细胞：二倍体(diploid)，即2n，含46条(23对)染色体。常染色体(autosomal chromosome
20、)：男女共有，1-22对。性染色体(sex chromosome)：一对,与性别有关。女性为XX，男性为XY。配子(haploid)：单倍体即n，含23条染色体。核型(karyotype):一个体细胞中特定数目和大小的染色体。人类正常核型：46，XX(XY)。二、染色体的结构特征二、染色体的结构特征(一)核小体和染色质纤维 核小体(nucleosome):组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3、H4各两个分 子)，约146bp的DNA盘绕在外175圈。核小体间DNA:1555bp，因种属而异。Hl组蛋白:一组密切相关的蛋白质，数量相当于核心组 蛋白的一半，易于抽提出来。螺线管：每6个核小体以H1组
21、蛋白为中心形成一个螺 旋，外径约30nm。染色质纤维:螺旋化和折叠，形成有丝分裂中期的染色体。染色体DNA分子平均长度：10cm，由(2-3)x108bp组成。组蛋白：碱性蛋白质，每个组蛋白都有20-40个氨基酸残基从核心伸出，N端带正电荷的赖 氨酸基团可以和自身盘绕的DNA磷酸、附近DNA以及核小体之间的DNA磷酸相互作用。组蛋白乙酰化：如果赖氨酸基团乙酰化，就会终止与DNA相互作用。乙酰化越多，染色质纤维丝 的致密程度和高度螺旋化就越低，DNA转录活性越强。非组蛋白：为染色体提供支架作用，也和DNA转录有关。(二二)着丝粒着丝粒(centromere(centromere)形态：正常染色体
22、一狭窄部分，或称缢痕(constriction)。功能：细胞分裂时染色体分离的一种装置，保证了姐妹染色单体的分离。动粒(kinetochore)：一对。分别附着在姐妹染色单体上，可以和纺锤体的微管相连，控制着微 管的装配和染色体的移动。结构和功能：由特异性DNA序列决定。酵母：着丝粒元件大约110bp，一个富含AT的80-90bp中心序列、两个高度保守的8bp和 11bp侧翼序列组成。相互交换：酵母细胞的着丝粒元件可被另一酵母细胞所代替，不影响分裂。哺乳动物：由几十万个bp组成。包括DNA重复序列、染色体特异序列和非特异序列。卫星DNA：密度梯度离心后，着丝粒DNA在基因组DNA主峰旁形成“卫
23、星”状侧峰。分为：、Y等类型。卫星：每条都有，由171bp的重复序列组成，占每条染色体DNA的35，构成着丝粒异染 色质的大部分。卫星的DNA重复单位有一个特异着丝粒蛋白结合位点，可能对着丝 粒功能起重要作用。、Y等类型卫星DNA：分布因不同染色体而异。(三三)端粒端粒 端粒(telomere)：染色体末端的特殊结构，像一顶“帽子”套在染色体的端部。发现者：1930s，Muller 和McClintock。命名者：Muller用希腊文telos(末端)和meros(部分)组成了telomere(端粒)。端粒DNA：一串联重复序列。双链中的一条3端为富含TG的序列，互补链为富含CA的序列。高度保
24、守，如：草履虫：TTGGGG 锥虫：TAGGG 拟南芥：TTTAGGG 人类：TTAGGG 端粒复制：通过端粒酶(telomerase)完成。端粒酶：由RNA和蛋白质组成。复制过程：端粒酶RNA成分作为模板延长亲链3端DNA 亲链又为后随链的合 成提供模板端粒DNA序列3端突出 形成环状掺入到数千bp的双螺 旋构成三链结构 这种结构与特异性端粒蛋白结合更加稳定。端粒长度决定因素：取决于端粒酶的活性。端粒决定细胞寿命，分子钟作用。体细胞：没有端粒酶的活性，每分裂一次，端粒也就缩短一些，当达到一个临界长 度时，染色体失去稳定性，使细胞进入凋亡。生殖细胞：端粒比体细胞的长出几千bp，有端粒酶的活性。
25、恶性肿瘤：有端粒酶的活性，可补偿正常的端粒序列丢失。使细胞获得”永生性”，无限增殖。端粒的功能：1保持染色体的结构完整。端粒与染色体的个体性有关，失去端粒将使染色体不稳定，有可能与其他染色体的断裂末端连接和重组，甚至降解；人类端粒的环状结构意味着染 色体没有DNA末端。2保证染色体末端的完全复制。在DNA复制过程中，后随链的不连续复制需要一段 DNA作为引物RNA的模板，在线性DNA分子末端没有这样的模板，端粒DNA提供了复制 线性DNA末端的模板。3有助于建立核膜和染色体配对的三维构象。端粒可以保持染色体与核膜的关系。4端粒在细胞的寿命、衰老和死亡以及肿瘤的发生和治疗中起重要作用。(四四)常
26、染色质和异染色质常染色质和异染色质 常染色质：间期核，松散状态，碱性染料染色较浅，着色均匀。分裂期，折叠和凝缩程度低，疏松，有转录活性。异染色质：间期核，致密状态，染色较深，成簇地分布在核仁和核膜周围。分裂期，致密程度无变化，很少有转录活性。异染色质分为两类：1.结构异染色质：始终处于致密状态，无转录活性，在染色体上有固定位置，一般为 DNA重复序列，常见于染色体着丝粒及其周围。2.兼性异染色质：在特定细胞或在一定发育阶段，由常染色质转变而来，原有的基因 失去转录活性；如果处于松散状态时，又能转变为常染色质，恢复 转录活性。如X染色质。第二节第二节 性染色体性染色体一、性别决定Y染色体决定：无
27、论x染色体数目多少，只要有一条Y染色体就为男性，无Y就为女性。决定时间：胚胎发育第6周分化为男或女性，取决于睾丸决定因子(testis-determining factor，TDF)，使未分化的性腺发育成睾丸。SRY基因：1990，Sinclair将TDF的基因定位在Y染色体的假常染色体区，称Y染色体性别 决定区域(sex-determining region of Y chromosome,SRY)。SRY编码的氨基 酸序列与一个结合DNA的结构域同源，可能是一个转录调节因子。性别决定机制：SRY基因表达级联反应（如调节XOS9基因表达）未分化性腺髓质发育成睾丸 其中Leydig细胞产生睾酮
28、 刺激Wolffian管构成男性内生殖器外生殖器 男性化。睾丸中Sertoli细胞产生Muller抑制因子使Muller管系统退化。SRY基因不表达 未分化的性腺皮质发育成卵巢 Muller管形成女性内生殖器 出现正常女性外生殖器特征。SRY基因决定男性的依据：1核型46，XX的男性，有SRY基因表达，但不生育。2核型46，XY的女性，SRY基因突变，SRY基因不表达。无生育能力。3.雄性小鼠的性腺嵴有SRY基因表达，胚胎睾丸逐渐发育。4.SRY转基因XX小鼠可发育成有睾丸的雄性鼠。二、性染色体进化二、性染色体进化常染色体：22对，一条来自父亲，一条来自母亲，大小相同，携带基因相 同。性染色体
29、：X和Y,大小相差甚大，携带基因完全不同，X染色体大约有2000-3000个基因，Y染色体上仅有几十个基因。交换和重组：重组的益处：有助于维持染色体的完整性。无重组的害处：造成非重组区域基因积累破坏性的突变，继而退化和消 失。重组停止越早差异越大。性染色体：x和Y染色体最初是配对的，末端序列保持同源，在减数分裂 过程中可能发生交换和重组。Y染色体非重组区域占Y染色体的9595，非重组区域仍存在一 些和X染色体相对应的基因。在Y染色体上决定睾丸发育的SRY基因,可能是最早停止重组 的，与X染色体上基因相差最大。X和Y染色体重组停止时间：哺乳动物分支开始之前。倒位抑制:重组需要两个相似序列线状排列
30、，Y染色体部分序列倒位抑制X和Y染色体相应区域的相互作用。重组停滞性的倒位发生时间：第一次：2.4亿3.2亿年前。第二次：1.3亿1.7亿年前。第三次：0.8亿1.3亿年前。最后一次：3千万5千万年前，此时正是在猴出现之 后，类人猿和人出现之前。性染色体：以Y染色体破坏性改变和X染色体代偿性改 变为特征的，这种相互作用进化成为现今 的人类性染色体。三、三、X X染色体失活染色体失活(Lyon(Lyon假说）假说）剂量补偿机制:男、女基因剂量上无差别。如:x染色体含G6PD基因，酶活性在男和女相同。Lyon假说：1961年，遗传学家Mary Lyon提出。认为雌性细胞中一条异固缩x染色体是无活性
31、的。实验现象：小鼠x染色体上的皮毛颜色基因若为杂合子，皮毛颜色呈嵌合现象。女性体细胞的性染色体特征：胚胎早期1516天，细胞数约5000个，一条x染色体失活。x染色体失活是随机的，或父亲的，或母亲的。x染色体几乎完全失活。x染色体失活为永久性和克隆式。父源x失活，代代失活。母性体细胞为嵌合体或半合子。Lyon假说的补充：X随机失活，结构异常x优先失活；条x与常染色体易位，另一条正常x优先失活。失活x的有些基因逃避失活，16个以上的基因逃避。维持性别之间的剂量平衡。x失活由差异甲基化所致。Xql33的XIST基因最先甲基化失活。性染色质：X性染色质 女性细胞X失活，核膜内缘有一个深染的小体，又称
32、Barr小体。女性特有。Y性染色质 男性细胞用荧光染料染色，核内有一强荧光小体,Y长臂远端异染色质所致。男性特有。X X染色体失活解释了下列现象：染色体失活解释了下列现象：1Barr 小体 间期细胞核内的Barr小体数目总是 比X染色体数目少1个，即XX者1 个，XXX者有2个，XXY者有1个。2剂量补偿 X上的基因产物水平在女性和男性 是一样的，如凝血因子VIII。女性类固醇硫酸酯酶活性高于男 性，该基因位于X的假常染色体区 而逃避失活。3嵌合现象 不同细胞中X随机失活,导致眼球白 化病（XR）的杂合个体眼底呈 现视网膜色素的嵌合现象。4携带者的鉴别 XR遗传病的携带者检测困难。带正常基因的
33、X染色 体，其细胞有优先选择或矫正邻近带异常基因X染色 体的细胞，表型可能完全正常。5.表型杂合子 偶尔XR遗传病的女性有轻度或完全的表型，原因是 正常基因的X染色体失活50。646，Xr(X)表型 46，Xr(X)具有Turner综合征(45，XO核型)的特征。环状X染色体无X序列，该序列在正常情况下是不失 活的，已证明环状X染色体上的XIST基因不表达。三、精子和卵子的发生三、精子和卵子的发生 精子+卵子 受精卵（合子）新个体(一)精子发生发生部位：睾丸曲细精管。发生过程：精原细胞增殖和生长减数分裂变形精子。发生周期：约需两个月。产生精子总数：一人一生产生1012精子，即10000亿个。精
34、子发生的四个阶段：1增殖期 曲细精管上皮的精原细胞经有丝分裂增殖。2n，23对染色体。2生长期 部分精原细胞停止分裂，吸取营养，胞体增大，变为初级精母细胞。2n(46条)。3成熟期 每个初级精母细胞经第一次减数分裂2个次级精母细胞，n(23条)。经第二次减数分裂，每个次级精母细胞形成2个精细胞,n(23条)。特点：两次分裂，复制一次，染色体数目减半。4变形期 精细胞由圆形逐渐分化，细胞核极度浓缩，顶体逐渐形成，把多余的 细胞质弃掉，最后形成运动灵活的精子(sperm)。(二二)卵子发生卵子发生发生部位：卵巢。成熟于输卵管，无变形期。1增殖期 卵巢的原始生殖细胞通过有丝分裂产生卵原细胞，增殖，2
35、n(46条)。2.生长期 卵原细胞生长，时间长，胞体增大，发育成初级卵母细胞，细胞质中积累大量 卵黄、RNA和蛋白质等营养物质。2n(46条)。3成熟期 初级卵母细胞经第一次减数分裂形成次级卵母细胞（n）和第一极体。次级卵母细胞进行第二次减数分裂，形成卵细胞(n)和第二极体。第一极体进行第二次分裂，形成第二极体。极体退化消失。特点：一个初级卵母细胞经过减数分裂形成了一个卵细胞和三个极体。卵原细胞的特点：在胚胎发育早期的卵巢中增殖，总数400万-500万。胚胎发育至6个月，形成初 级卵母细胞。减数分裂特点：不连续，间断发生。卵母细胞到卵细胞的过程长达十余年到数十年之久。初级卵母细胞的特点：大部分
36、在出生后逐渐退化，消失。约400个继续发育，停止在减数分裂前期I的双线期，直至性成熟排卵前。性成熟后性成熟后，每月有一个卵泡发育成熟、排卵。恢复减数分裂，停在中期。受精过程中受精过程中，从中期后期 末期，形成卵细胞和第二极体。未受精未受精，次级卵母细胞不再继续分裂，蜕变消失在输卵管中。第四节第四节 染色体技术和命名染色体技术和命名用于研究的细胞：分裂期有核细胞。常用方法：外周血淋巴细胞分离、培养 植物血凝素刺激分裂 加秋水仙素阻止 纺锤体形成 终止在中期 收集细胞低渗处理 释放染色体 固定 在载玻片上 观察。染色体带型：Giemsa染料染色呈均质状。经过变性或(和)酶消化等处理，再染色可呈 现
37、一系列深浅交替的带纹。染色体鉴别：不同的染色体有各自特定的带型，据此可以区分。带型变化，结构改 变。显带技术：G显带、Q显带、R显带，等。带纹与DNA：带纹覆盖1-10kb，与DNA的性质有关。R带DNA在S期早复制，富含GC和短分散核元件序列。G带DNA在S期晚复制，富含AT和长分散核元件序列。带纹范围：一个DNA复制子簇，由2-100复制子构成，约50-330kb，染色体结构单 位。复制时间与显带：管家基因一般为早复制，多位于R带中。组织特异性基因晚复制，多位于G带中。(一)G(GiemsaG(Giemsa)显带显带 最常用。染色体经胰蛋白酶处理后，蛋白质变性，用一种能结合DNA的化学染料
38、Giemsa染色，呈深浅不同的带型。人类24种染色体可显示出各自特异的带纹。(二二)Q(QuinacrineQ(Quinacrine)显带显带荧光染料:易结合富含ATAT的DNA，如 Quinacrine，DAPI或Hoechst33258。显带过程：荧光染料染染色体DNAUV荧光显微镜观察。带 纹：Q带纹与G带纹相似，亮带相当于G显带的深带，暗带相当于浅带。(三)R(Reverse)显带 显带过程：染色体经热盐处理，富含AT的DNA变性，Giemsa染色，显示与G显带相反的带纹，即G显带的深带变为浅带，浅带成深带。优点：当G带显示染色体两臂末端为浅带时，若两臂末端发生缺失等异常，一般难以发现
39、，而R带可在此处显出易于识别的深带。用途：有利于研究染色体末端缺失、重排等。其它方法：GC特异性染料如 chromomycinA3，olivomycin或mithramycin Ul可染出相同带型。(四)C(Centromeric heterochromatin)显带 显带过程：染色体经饱和碱溶液如氢氧化钡预处理变性，Giemsa染色。用途：专门显示着丝粒和其他异染色质区，DNA重复序列被染成深色，可用于多态分析。(五五)T(Telomere)T(Telomere)显带显带特点：R显带的亚类，特异性地着色端粒。T带是R带的最深染部分。过程：高热处理染色体，再用Giemsa或与荧光联合染色。(六
40、)染色体高分辨显带低分辨显带：1970s初期，每个单倍体染色体显示约400条带，每条带纹约800kb DNA。高分辨显带：1970s后期，每个单倍体的染色体显示800多条带。染色体来源：细胞分裂的早中期、前中期、晚前期。技 术进 步：细胞同步化制片技术的应用和染色体显带技术的改进。意 义：1.有助于发现更多、更细微的染色体结构异常。2.准确区分各条染色体。3.肿瘤染色体的研究。4.基因定位 图图2 21111 1010号染色体号染色体320320、550550、850850条带阶段的模式图及条带阶段的模式图及550550、850850条带阶段的染色体照片条带阶段的染色体照片 图图2 212 1
41、2 人类染色体带型人类染色体带型三、染色体组型和显带的命名根据着丝粒位置不同将染色体分为：中着丝粒染色体(metacentric chromosome)亚中着丝粒染色体submetacentric chromosome)近端着丝粒染色体(acocentric chromosome)体细胞46条染色体按长度和着丝粒位置分为7组。短臂和长臂：以着丝粒为界标区分。短臂(petit)用P表示，长臂(queue)用q表示。着丝粒：用cen表示。端 粒：用ter表示。记述某一特定带要写明4个内容：（1)染色体号。（2）臂的符号。（3）区的号序。（4）带和亚带的号序。举例：10p11.1表示1O号染色体，短
42、臂，1区，1带，1亚带。组别组别 序号序号 类型类型 大小大小 备注备注 A 1-3 1,3中央中央,2 亚中亚中 最大最大 1q有时有次缢痕有时有次缢痕 B 4-5 亚中亚中 次大次大 C 6-12,X 亚中亚中 中等大中等大 9q有时有次缢痕有时有次缢痕 D 13-15 近端近端 中等大中等大 E 16-18 16中央中央,17,18亚中亚中 较小较小 16q有时有次缢痕有时有次缢痕 F 19-20 中央中央 小小 G 21-22,Y 近端近端 最小最小 2122YY Y染色体特征染色体特征：（1）无随体，一般较无随体，一般较2121、2222长长 （2）长臂两单体常平行并拢，端部绒毛状长
43、臂两单体常平行并拢，端部绒毛状 （3）着丝粒不明显着丝粒不明显人类细胞遗传学研究的新进展人类细胞遗传学研究的新进展一、荧光原位杂交（一、荧光原位杂交（FISH ）：）：荧光素标记探针，染色体原位显示杂交信号。FISHFISH探针：探针：1.着丝粒探针：由特定染色体着丝粒附近的重复DNA序列组成。用途：常见非整倍体综合征如13三体型、15三体型、21三体型的快速诊断。常用于绒毛间期细胞进行产前诊断。2.染色体特异单一序列探针：某基因座的特异片段。用途：鉴定该染色体缺失和重复。3.染色体涂染探针：某条染色体的不同特异探针混合作为探针池，杂交相应整条染 色体，如同“涂染”。用途：鉴定染色体重排。二、
44、多色二、多色 FISHFISH：不同染色体上的特异DNA序列标记不同颜色的荧光染料。杂交信号呈现五颜六色，用于分辨不同的染色体。男性不育相关新基因的表达和功能研究 ZNF313定位于20q13（1）另外2个新克隆基因的定位人类细胞遗传学研究的新进展人类细胞遗传学研究的新进展4.4.比较基因组杂交比较基因组杂交技术(CGH)：肿瘤基因肿瘤基因DNA(DNA(待测待测DNA)DNA)与正常基因组与正常基因组DNADNA分别标记不同的荧光分别标记不同的荧光染料染料(绿色和红色绿色和红色)按按1 1：1 1比例混合比例混合与正常人的中期染色体与正常人的中期染色体进行杂交进行杂交根据颜色差别判断不同来源
45、根据颜色差别判断不同来源DNADNA的相对拷贝数多少。的相对拷贝数多少。结果判断：结果判断：肿瘤基因组中某一染色体肿瘤基因组中某一染色体DNADNA比正常的多，绿比正常的多，绿/红荧光比率增红荧光比率增 加。比正常少，绿加。比正常少，绿/红荧光比率减少。红荧光比率减少。应用：应用：鉴定肿瘤鉴定肿瘤DNADNA的扩增或缺失；的扩增或缺失；检测染色体三体型，单体型或染色体片段拷贝数的变化。检测染色体三体型，单体型或染色体片段拷贝数的变化。人类细胞遗传学研究的新进展人类细胞遗传学研究的新进展一、微细胞遗传学：一、微细胞遗传学：运用人类高分辨染色体显带技术，研究染色运用人类高分辨染色体显带技术，研究染
46、色体细微结构及结构改变后的遗传效应的学科。体细微结构及结构改变后的遗传效应的学科。举例举例 先天愚型的病因先天愚型的病因核型分析：核型分析：Lejeune(1959)多一条多一条21号染色体号染色体低分辨显带分析：低分辨显带分析：21q22片断重复片断重复高分辨显带分析：高分辨显带分析：21q22.3微小片断重复微小片断重复高分辨显带的分辨能力：可识别高分辨显带的分辨能力：可识别4500kb以上的以上的DNA片断。片断。人类细胞遗传学研究的新进展人类细胞遗传学研究的新进展二、分子细胞遗传学：二、分子细胞遗传学：运用分子生物学方法，在分子水平上研究染运用分子生物学方法，在分子水平上研究染色体结构
47、、畸变、遗传学效应与疾病发生等的色体结构、畸变、遗传学效应与疾病发生等的学科。学科。举例举例 先天愚型的产前诊断先天愚型的产前诊断 21q22.3微小片段微小片段显微切割显微切割克隆克隆DNA片断片断荧光标记探针荧光标记探针检测绒毛或羊水细胞检测绒毛或羊水细胞分辨能力：可识别几十分辨能力：可识别几十kb2000kb以上的以上的DNA分子。分子。复习思考题第一章第一章 绪论绪论一、名词解释1.医学遗传学 2.断裂基因 3.超级小鼠第二章第二章 染色体染色体一、名词解释1.卫星DNA 2.端粒 3.Y染色体性别决定区域（SRY）4.G显带 5.染色体高分辨显带 6.FISH二、简答题1.简述染色体端粒的复制过程；2.简述Lyon假说的主要内容
