人类单基因遗传病

人类单基因遗传病（精选4篇）

人类单基因遗传病 第1篇

在分析系谱时, 系谱遗传方式的正确判断是首要及关键步骤。因为人类单基因遗传病主要有5种遗传方式, 若系谱的遗传方式判断错误, 就会导致整个分析问题的方向出错。对于三人小系谱遗传方式的判断, 笔者认为应先假定该系谱为5种遗传方式即常染色体显性遗传病 (AD) , 常染色体隐性遗传病 (AR) , X连锁显性遗传病 (XD) , X连锁隐性遗传病 (XR) , Y连锁遗传病 (YL) 中的一种, 再验证系谱为该种遗传方式时, 系谱中每一个体的情况是否符合。若系谱中某一个体的情况与该种遗传方式不符合, 则系谱不属于该种遗传方式。由于三人小系谱中要分析的人数少, 需要验证的个体量不多, 因此, 这样判断小系谱的遗传方式较可靠, 分析量也不算大。应用举例如下。

1 小家系中只有1人是患者时, 系谱遗传方式的判断

例1:

在例1中 (1) 假定系谱遗传方式为AD。 (1) 完全显性遗传:设致病基因为A, Ⅱ1的基因型考虑为Aa, A基因应来自父母, 父母中应有一人带有A基因而成为患者。但父母均正常, 因此, 排除AD (完全显性遗传) 。 (2) 不规则显性遗传:不规则显性遗传是指带有显性基因的杂合子, 由于某种原因而未表现出相应的性状。系谱中父母Ⅰ1或Ⅰ2可能带有致病基因A而未外显, 因此可能为AD (不规则显性遗传) 。 (2) 假定系谱遗传方式为AR。设致病基因为a, Ⅱ1的基因型为aa, aa为一对同源染色体, 其应分别来自父母的精细胞和卵细胞, 父母有可能均带有致病基因a而成为表型正常的携带者, 因此, 可能为AR。 (3) 假定系谱遗传方式为XD。设致病基因为A, Ⅱ1的基因型考虑为XAXa, XA基因应来自父母。父母中应有一人带有A基因而成为患者。但父母均正常, 因此, 排除XD的可能。 (4) 假定系谱的遗传方式为XR。设致病基因为a, Ⅱ1的基因型为Xa Xa, Xa Xa基因应来自父母双方。父亲带有Xa基因应成为患者, 而父亲表型正常, 因此应排除XR。 (5) 有女性患者应排除YL。

因此, 该系谱 (例1) 的遗传方式可能为:AD (不规则显性遗传) 、AR。

例2:

在例2中 (1) 同理可推测系谱遗传方式可能为:AD (不规则显性遗传) 、AR及XR。 (2) 应排除: (1) AD (完全显性遗传) 。 (2) XD:设致病基因为A, Ⅱ1的基因型为XAY, XA基因应来自母亲Ⅰ2。母亲带有A基因应成为患者, 但母亲正常, 因此排除XD。 (3) YL:若为YL, Ⅱ1的致病基因应来自Ⅰ1, Ⅰ1应带有致病基因而成为患者, 而Ⅰ1表型正常, 因此排除YL。

例3:

在例3中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XD、XR。 (2) 应排除YL:若为YL, Ⅱ1应带有致病基因而成为患者, 而Ⅱ1表型正常, 故应排除YL。

例4:

在例4中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XR及YL。 (2) 可排除XD:设致病基因为A, Ⅱ1的基因型为Xa Xa, Xa基因应来自父母Ⅰ1和Ⅰ2。父亲Ⅰ1带有Xa基因应表型正常, 而Ⅰ1是患者, 故应排除XD。

例5:

在例5中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XD。 (2) 可排除: (1) XR:设致病基因为a, Ⅱ1的基因型为XAY, XA基因应来自母亲Ⅰ2, Ⅰ2若带有XA基因应表型正常, 而Ⅰ2是患者, 故应排除XR。 (2) YL:因有女性患者。

例6:

在例6中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XD、XR。 (2) 可排除YL:因有女性患者。

2 小家系中有2人是患者时, 系谱遗传方式的判断

例7:

在例7中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为AD: (1) 完全显性遗传:设致病基因为A, Ⅱ1的基因型为aa, a基因应来自父母Ⅰ1和Ⅰ2, Ⅰ1和Ⅰ2均有可能带有a基因是杂合子 (Aa) , 故可能为完全显性遗传。 (2) 不规则显性遗传。 (2) 可排除: (1) AR:设致病基因为a, Ⅱ1的基因型为Aa, A基因应来自父亲或母亲, 父母Ⅰ1或Ⅰ2若有一人带有A基因应表型正常, 而Ⅰ1和Ⅰ2均是患者, 故应排除AR。 (2) XD:设致病基因为A, Ⅱ1的基因型为Xa Xa, Xa基因应来自父母。父亲Ⅰ1若带有Xa基因应表型正常, 而Ⅰ1是患者, 故应排除XD。 (3) XR:设致病基因为a, Ⅱ1的基因型考虑为XAXa, XA基因应来自父亲或母亲。父母Ⅰ1或Ⅰ2若有一人带有XA基因应表型正常, 而Ⅰ1和Ⅰ2均是患者, 故应排除XD。 (4) YL:因有女性患者。

例8:

在例8中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、XD。 (2) 可排除: (1) AR。 (2) XR:设致病基因为a, Ⅱ1的基因型考虑为XAY, XA基因应来自母亲Ⅰ2。母亲Ⅰ2若带有XA基因应表型正常, 而Ⅰ2是患者, 故应排除XR。 (3) YL:因有女性患者。

例9:

在例9中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XR、YL。 (2) 可排除XD:设致病基因为A, Ⅱ1的基因型为XAY, XA基因应来自母亲Ⅰ2, Ⅰ2若带有XA基因应成为患者, 而Ⅰ2表型正常, 故不可能为XD。

例10:

在例10中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XD、XR。 (2) 可排除YL:因有女性患者。

例11:

在例11中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XD。 (2) 不可能为: (1) XR:设致病基因为a, Ⅱ1的基因型为Xa Xa, Xa基因应来自父母Ⅰ1和Ⅰ2, 若父亲Ⅰ1带有Xa基因, 则父亲应是患者, 而父亲正常, 故不可能是XR。 (2) YL:因有女性患者。

例12:

在例12中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XD、XR。 (2) 不可能为YL:因有女性患者。

3 小家系中3人是全为患者时, 系谱遗传方式的判断

例13:

在例13中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XD、XR。 (2) 不可能为YL:因有女性患者。

例14:

在例14中 (1) 可推测该系谱遗传方式可能为:AD (完全显性遗传、不规则显性遗传) 、AR、XD、XR。 (2) 不可能为YL:因有女性患者。

参考文献

[1]杨抚华.医学生物学[M].第6版.北京:科学出版社, 2007.

人类单基因遗传病 第2篇

单基因遗传病是指由单个基因或一对等位基因发生突变所引起的遗传病, 符合孟德尔遗传, 是人类遗传病中的重要一类, 种类繁多[1,2]。根据决定某一性状或疾病的基因在常染色体上还是性染色体上;是受显性基因决定, 还是隐性基因决定[3]。可将人类单基因遗传病分为五类:常染色体显性遗传病;常染色体隐性遗传病;X连锁显性遗传病;X连锁隐性遗传病和Y连锁遗传病。不同的遗传病在家系调查、系谱分析中所表现出的特点不同, 显示出不同的遗传方式。一种单基因遗传病, 究竟是上述五类中的哪一类, 特别是在没有前人资料可查的情况下, 可通过家系调查、根据系谱分析得出初步的结论。

1 在系谱分析中表现代代有患者出现, 是显性遗传病;反之, 往往是隐性遗传病

显性遗传病是受显性基因控制的。显性基因 (A) 是致病基因, 隐性基因 (a) 是正常基因。致病基因 (A) 是由正常基因 (a) 突变来的, 这个基因突变方向是a→A。由于致病基因是显性的, 一对等位基因中有一个就足以发病了, 如果这个人能结婚的话, 这个基因必定随染色体复制而复制, 通过生殖细胞传递给子代, 子代中必定有患者出现;同样, 子代的患者有结婚的话, 他 (她) 的下一代又有患者出现, 系谱分析中表现代代有患者出现。如:系谱-1 (图1) , 在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ, 共三代中, 每一代都有患者出现, 可判断是显性遗传病的系谱分析。

每当这时, 往往有学生会提出问题:老师, “谁愿意和遗传病患者结婚”?问的好!这实际上反应了另外一个问题:为什么致病基因频率都非常小!一般为0.01~0.001。我们可以这样设想一下, 如果遗传病人都不能结婚, 最多一百年, 这种遗传病在人类就消失了 (假如没有基因再发生突变) 。遗传病患者能不能结婚, 通常取决于该病对人类危害的大小。达尔文进化论的核心-自然选择, 是指突变后的基因能不能在群体中保留下来受自然力量的选择。实际上它也受人类婚姻状况的选择。这也就是说, 危害越大的基因, 基因频率越小, 人群中该病患者越少, 患者的基因型绝大多数是杂合体 (Aa) 。

隐性遗传病是受隐性基因控制的。隐性基因 (b) 是致病基因, 显性基因 (B) 是正常基因, 这个基因的突变方向是:B→b。由于这类遗传病受隐性基因控制, 所以患者的基因型是纯合体 (bb) 。由于正常基因 (B) 频率远远大于致病基因 (b) 频率, 因而人群中患者人数非常少。假设:b的基因频率是1/200, 则, 人群中基因型为 (BB) 人数占 (199/200×199/200) 39601/40000=99.0025%;即使是携带者 (Bb) 都非常少 (2×199/200×1/200) 398/40000=0.9950%;患者 (bb) 就更少了 (1/200×1/200) 1/40000=0.0025%。基因型为 (BB) 的正常人即使与患者 (bb) 婚配, 其子代也无患者 (bb) 出现。只有当双亲都带有致病基因 (b) , 子代才能出现隐性纯合体 (bb) 患者。因而在系谱分析中看不到代代有患者出现的情况, 是散发的。如:系谱-2 (图2) , 经过一代或若干代偶尔出现一个患者, 看判断此系谱中的疾病为隐性遗传病。

在实际教学中, 学生往往搞不清正常基因是什么, 致病基因是什么。要求教师一定强调:致病基因全是由正常基因突变而来, 比较突变前后两个基因的关系:如果突变后的基因对突变前的基因是显性, 就是显性遗传病;反之, 就是隐性遗传病。实际上疾病的名称已经告诉我们了:显性遗传病中当然显性基因是致病基因;隐性遗传病是指隐性基因是致病基因。

2 男女发病概率一般大, 是常染色体遗传病;发病概率不同, 就是性连锁遗传病

通过核型分析我们知道:正常人一个体细胞中有常染色体22对, 男性、女性这22对染色体是相同的, 每对都是一对同源染色体, 其中一条来自父亲, 一条来自母亲。这就说明, 位于常染色体上的基因传递与性别无关。也就是说, 如果致病基因在常染色体上的常染色体遗传病与性别无关, 男女发病概率相同。这一点, 在系谱分析中反应的不一定很准确, 由于系谱中分析的人员比较少, 可能不具备统计学意义, 一定要向学生交代清楚, 要求学生数学头脑不要“太强”。当然了, 教师在考察学生系谱分析时, 尽可能向学生提供明确、有效信息。例如:系谱-3 (图3) 中, 女性患者有3例, 男性患者2例, 我们可近似认为是1∶1, 致病基因在常染色体上。如果是一种全新的疾病, 还需要用其他方法去佐证。

男性、女性的性染色体组成不同, 正常男性是XY, 正常女性是XX。如果致病基因在X染色体或Y染色体上, 这些疾病必定与性别有关, 也就是男、女发病率不同。在X染色体上称X连锁遗传病, 基因表示方法为XD或Xd。上标的字母代表X染色体所具有的基因, 之所以写出X染色体, 目的为了与常染色体上基因相区分。在Y染色体上称Y连锁遗传病。

在X连锁遗传病中, 女性有两条X染色体, 基因的显隐关系与常染色体无异, 使杂合体 (XDXd) 女性致病的为显性遗传。而男性只有一条X染色体, Y染色体很小而缺少同源节段, 所以男性中只有成对的等位基因的一个, 无论基因是否为显性, 男性的一条X染色体上只要有了突变的基因就致病了。此外, X连锁遗传病在, 基因的传递方式与常染色体上的基因传递方式不同, 男性的致病基因从母亲传来, 将来只能传给女儿。这就是说, X连锁遗传病男性发病与否, 只取决于母亲, 与父亲无关。X连锁显性遗传病中, 只要一条X染色体上带有这个基因就发病了。女性有两条, 男性有一条, 因而女性发病率多于男性 (女性发病率是男性的2倍) 。这一点是X连锁显性遗传系谱的主要特点。系谱—1, 具备这一特点, 可确定该疾病是X染色连锁显性遗传病。X连锁隐性遗传病, 只有女性两条X染色体都带有致病基因才发病, 而男性只有一条X染色体, 只要这条X落上致病基因就发病, 由于致病基因频率非常小, 所以这类遗传病男性发病率远远大于女性发病率。比如, 我国红绿色盲基因的频率是7%左右, 女性发病率为 (0.07) 2=0.0049, 近于0.5%;男性发病率则为7%。在系谱分析中表现出患者绝大多数是男性。系谱-4 (图4) , 可明显看出男性患者远多女性患者, 因而该病的致病基因在X染色体上。

Y连锁遗传病是男性的“专利”, 由于正常男性有Y染色体也只有一条, Y染色体上的基因没有其它的基因与之比较, 因而也就无所谓显性与隐性了, 基因也不在Y染色体上标出了, 因为表示基因的字母大写、小写都不合适。系谱特点太明显了:该病患者的子子孙孙全是患者。

3 灵活应用, 全盘分析, 避免发生偏差

上面的结论, 是对于群体来说的。在实际家谱分析中, 由于分析的人员不够多, 反应出的情况不够全面、准确。特别是常染色体隐性遗传病男女患者比例的问题, 由于患者人数非常少, 在一个系谱中很难准确表现出1∶1。此外, 还要求学生不能死背条文, 要全面考虑, 灵活应用, 尽可能得出准确的结论。比如系谱-5 (图5) , 有的学生判断是显性遗传病, 就是盲目背“代代有患者是显性”得出的错误结论。由于该系谱总共分析了8个人, 特别是Ⅰ2、Ⅰ3的父母情况并不清楚, 可能无病, 那就不是代代有患者了;另外, 如果是显性遗传病, Ⅲ1是患者其父母能全无病吗?别忘了“患者双亲往往有一个是患者”也是显性遗传病的特征。就在于患者体内的致病基因, 要么从母亲传来的, 要么从父亲传来的, 如从母亲传来的母亲是患者, 从父亲传来的父亲就是患者。所以说:条文是死的, 不能死记硬背, 要活学活用。只有这样, 才能培养学生思维的严谨性、全面性;才能不断提高分析问题、解决问题的能力。

当然了, 有时也要考虑不完全显性遗传等情况, 这里就不在一一叙述了。

4 系谱分析在单基因遗传病分类中的作用

通常, 如能够判断一种单基因遗传病由什么基因控制的, 这个基因在什么染色体上, 我们就可知道它是哪一类。系谱—3中的遗传病是常染色体显性 (代代有患者是显性;男女发病概率均等) ;系谱—2中的遗传病是常染色体隐性 (不是代代有患者;男女发病概率均等-常染色体) ;系谱—1中的遗传病是X连锁显性;系谱—4中的遗传病是X连锁隐性。

在实际教学中, 每当讲完这部分内容, 我就把它整理编成顺口溜, 告诉给学生。从效果上看, 只要学生稍加练习, 就能较好地完成这部分教学任务。下面, 不妨写出来与大家一起分享:看系谱!!!

代代有患者是显性, 反之是隐性;男女发病是否均等记心灵;全盘分析防漏洞;不管男多与女多, 十有八九是性连锁遗传病。

致病基因由正常突变形 (成) ;频率非常小来, 可由婚姻定;致病基因大写与小写;就看疾病名称是显性还是隐性。

基因在什么染色体上要搞清;X连锁, 基因在性染色体要标明;写出X性染色体, 上标是基因;为了与常染色体上基因来分清。

摘要：单基因遗传病共分为五种类型。一种单基因遗传病究竟属于哪一类, 可通过家系调查、系谱分析得出初步结论。但在这部分内容教学中, 学生经常存在这样或那样的问题, 本文就这方面知识, 结合教学实际加以探讨。

关键词：系谱分析,单基因遗传病,基因频率,显性遗传病,隐形遗传病,X连锁遗传

参考文献

[1]左伋.医学生物学[M].5版.北京:人民卫生出版社, 2001.

[2]樊祥岩, 杨廷忠.医学遗传学基础[M].南京:江苏科学技术出版社, 1998.

两种单基因性状或疾病的遗传分析 第3篇

1 两种单基因病的致病基因位于非同源染色体上

一个家系中如果同时存在两种单基因病, 而控制这两种单基因病的致病基因位于不同对的染色体即非同源染色体上, 则遵循自由组合定律传递。例如一个家系中, 父亲是短指症患者, 母亲正常, 婚后生了一个白化病患儿, 他们问:若再生第二胎, 子女发病情况如何?生出正常孩子的可能性有多大?

首先, 查找资料弄清这两种单基因病的遗传方式, 致病基因所在染色体的位置, 然后选用适当的遗传规律。由于短指症为常染色体显性遗传病, 致病基因位于2q35-q36, 白化病为常染色体隐性遗传病, 致病基因位于11q14-q21, 这两种单基因病的致病基因位于非同源染色体上, 所以选用自由组合定律进行遗传分析。若要预测其子女的发病情况, 首先应该分析并确定该父母的基因型。根据已知情况, 父亲短指, 而母亲、孩子手指正常, 说明对于短指症来说, 父亲是短指基因的杂合子Ss (S为短指基因, s为正常基因) , 母亲、孩子都是正常基因的纯合子ss;双亲无白化病, 却生出白化病患儿, 说明对于白化病来说, 父母都是白化基因的携带者Dd (d为白化基因, D为正常基因) 。这样将这两种单基因病综合起来分析, 便可得知父亲的基因型为Ss Dd, 母亲的基因型为ss Dd, 此孩子的基因型为ssdd。父母的基因型一经确定, 便可根据自由组合定律, 预测出这对夫妇婚后可能生出哪些基因型和表现型的孩子, 据此确定孩子的发病风险 (图1) 。

由图1可以对这对夫妇第二胎孩子的发病风险进行预测, 孩子同时患两种遗传病 (短指兼白化) 的可能性为1/8, 只白化而手指正常的可能性为1/8, 只短指而不白化的可能性为3/8, 生出正常孩子的可能性为3/8。

2 两种单基因病的致病基因位于一对同源染色体上

一个家系中如果同时存在两种单基因病, 而且控制这两种单基因病的致病基因位于一对同源染色体上, 则遵循连锁与互换定律传递, 子代中重组合类型出现的比例由两对基因之间的互换率来决定。例如现有一家系, 父亲红绿色盲, 母亲正常, 婚后生了三个孩子, 其中一个女儿是红绿色盲, 一个儿子是红绿色盲, 另一个儿子患血友病A, 试问他们再生孩子发病风险如何?由于红绿色盲和血友病A都是X连锁隐性遗传病, 其致病基因都位于X染色体上, 呈连锁关系, 两基因之间互换率为10%, 所以应该选用连锁与互换定律进行遗传分析。

一个儿子患红绿色盲, 而母亲色觉正常, 推知其母亲必是红绿色盲基因 (用b表示红绿色盲基因, B表示正常的等位基因) 的携带者。再从一个儿子患血友病A来分析, 推知其母亲同时也是血友病A基因 (用h表示血友病A基因, H表示正常的等位基因) 的携带者。那么这两种致病基因是位于母亲同一条X染色体上, 还是分别位于母亲两条X染色体上呢?从已知条件分析, 两个儿子, 一个患红绿色盲而无血友病A;另一个患血友病A而色觉正常, 说明两种遗传病的致病基因并未连锁于同一条X染色体上, 而是分别位于两条X染色体上, 因此母亲的基因型应该是 , 而不可能是 , 如果是后者, 那么两个儿子的X染色体将都是重组类型的, 根据互换率来估计, 这种可能性很小。父亲患红绿色盲而无血友病A, 推知父亲的基因型是 。父母的基因型确定后, 便可根据连锁与互换定律, 推测出他们婚后所生子女可能出现的情况 (图2) 。

人类单基因遗传病 第4篇

关键词：STR基因座,线粒体D-环区,德昌水牛,单亲亲权鉴定

德昌水牛属于沼泽型水牛,体型大、役力强,是典型的役用水牛,在四川省凉山州的草食家畜中占重要地位。长期以来,许多地方采取放牧式的养殖方法,许多牛混杂在一起,很难区分体型相近的一些犊牛是否为同一母水牛的后代,常常会引发小牛所属权的争执,甚至通过司法途径进行亲权关系鉴定。短串联重复序列(short tandem repeat loci,STR)基因座又称微卫星,具有高度遗传多态性,遵循孟德尔遗传规律,是目前亲权鉴定中检测的主流遗传标记[1]。Ellegren H等[2]的研究表明,组合5个微卫星基因座(每个微卫星位点有6个以上的等位基因)可使排除率达98%以上,使用10个这样的位点排除率达99.99%。mtDNA(mitochondrial DNA)又称线粒体DNA,是亲权鉴定中另一重要的遗传标记,是细胞中唯一的核外基因组DNA。线粒体以母系遗传方式遗传,不受染色体重组的影响,可弥补微卫星因发生重组影响基因频率和基因型频率,最终导致鉴定率降低的不足。研究选用微卫星与线粒体两种遗传标记联合的方法对假设为母子关系的德昌母水牛和2头犊牛进行亲权关系鉴定,以寻求建立一套科学有效的中国德昌水牛单亲亲权鉴定方法。

1 材料

1.1 血样

于西昌农户家采集1头德昌母水牛(m)和2头假设为其后代的犊牛(c1、c2)的血液样本,再随机采集其他32头德昌水牛的血液样本。

1.2 主要试剂及仪器

BM2934、BM1862、ETH225、BM1818、INRA035、BM2113、CSRM60和TGLA227 8个STR基因座引物(见表1)参照GenBank设计,由日本TaKaRa公司合成;Ex Taq DNA聚合酶、dNTP Mixture,日本TaKaRa公司生产;丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺,加拿大BBI公司生产;PCR仪,德国Biometra公司生产;Mini-PROTEAN 3垂直板电泳槽,美国Bio-Rad公司生产。

2 方法

2.1 基因组DNA的提取

采集德昌水牛的耳静脉血5 mL加入2%EDTA(抗凝),待用。参照参考文献[3]中的方法提取基因组DNA并在紫外分光光度计上读取A260和A280的光密度值,计算出DNA溶液的浓度和纯度。

2.2 STR基因座PCR扩增及电泳

PCR扩增体系(50 μL):模板DNA(50 ng/μL)1 μL,10×PCR Buffer 5 μL,25 mmol/L MgCl2 3 μL,2.5 mmol/L dNTP 2 μL,5 U/μL Ex Taq DNA聚合酶1 μL,20 pmol/L上、下游引物各1 μL,加ddH2O补至50 μL。PCR反应条件:4 ℃预变性3 min;94 ℃变性30 s,退火30 s(各STR基因座的退火温度见表1),72 ℃延伸30 s,共35个循环;72 ℃延伸10 min;降低至4 ℃结束。分别取8个STR基因座的PCR扩增产物3 μL上样,进行8%PAGE凝胶电泳, 100 V电泳2 h,银染显色[4]。

2.3 STR基因座单亲亲权指数(PI)和亲子关系相对概率(RCP)的计算

根据孟德尔遗传规律,子代全部染色体上的遗传因子有一半来自其亲生母亲。据此,当假设后代的全部遗传因子都不是来自母亲时,表示两者的遗传因子违背了孟德尔遗传规律,有可能排除两者的亲子关系;当后代的某个遗传因子来自母亲,而假设后代也带有这个遗传因子时,就表示两者的遗传因子符合孟德尔遗传规律,不能排除两者具有亲子关系的可能。此时,需要通过PI值计算RCP值来确定两者是否具有亲子关系。按照国内外亲子鉴定惯例[5],当RCP值大于或等于99.73%时,认为两者具有亲子关系;当RCP值小于99.73%时,认为两者不具有亲子关系。单亲PI值的计算有其特殊性[6]。单亲亲子鉴定中各种遗传组合的亲权指数计算见表2。

注:Pi是第i个等位基因频率;Pj是第j个等位基因频率。

当前概率取0.5时,RCP的计算公式:RCP =[累计PI值/(累计PI值+1)]×100%。其中:累计PI值=PI1×PI2×PI3×…×PIn(PI1,PI2,PI3,…,PIn代表第1,2,3,…n个位点的PI值)。

2.4 mtDNA的D-Loop区片段扩增及测序分析

根据普通牛mtDNA的D-Loop区设计引物(见表3),以水牛基因组DNA为模板,在线粒体引物的引导下进行PCR扩增并对线粒体PCR扩增片段进行琼脂糖凝胶电泳回收纯化,用双脱氧链终止法对PCR产物测序,用DNAMan软件分析测序结果并判断亲权关系。PCR扩增体系:DNA模板2.5 ng,10×PCR缓冲液5 μL,25 mmol/L MgCl2 3 μL,2.5 mmol/L dNTP Mixture 4 μL,5 U/μL Ex Taq DNA聚合酶0.5 μL,20 pmol/μL上、下游引物各1 μL,加灭菌纯化水补足50 μL。PCR反应条件:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性1 min,55 ℃退火1 min,72 ℃延伸1 min,共35个循环;72 ℃延伸10 min。

3 结果与分析

3.1 微卫星遗传标记基因型

分别对随机采集的32头德昌水牛血液的8个微卫星基因座PCR扩增产物进行8%PAGE凝胶垂直电泳。将每个微卫星基因座根据其PCR扩增产物电泳条带长度由大到小依次定为a、b、c、d、e、f、g等位基因。结果表明:ETH225位点按序列由大到小出现a、b、c、d 4个等位基因(见图1),其中d等位基因频率最高,为0.491 5;BM2113位点按序列由大到小出现a、b、c、d、e、f 6个等位基因(见图2),其中c、e等位基因频率较高,分别为0.246 2和0.215 4;CSRM60位点按序列由大到小出现a、b、c、d、e、f 6个等位基因(见图3),其中d等位基因频率最高,为0.269 8;BM1862位点按序列由大到小出现a、b、c、d、e、f、g 7个等位基因(见图4),其中a的等位基因频率最高为0.244 9;BM1818位点按序列由大到小出现a、b、c、d、e、f、g7个等位基因(见图5),其中b等位基因频率最高,为0.184 6;INRA035位点按序列由大到小出现a、b、c、d、e、f、g 7个等位基因(见图6),其中c等位基因频率最高,为0.234 4;TGLA227位点按序列由大到小出现a、b、c、d、e 5个等位基因(见图7),其中c等位基因频率最高,为0.333 3;BM2934位点按序列由大到小出现a、b、c、d、e 5个等位基因(见图8),其中d等位基因频率最高,为0.316 7。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/Msp Ⅰ;1～9.不同个体。

M.DNA分子质量标准p UC18 DNA/MspⅠ;1～8.不同个体。

M.DNA分子质量标准p UC18 DNA/MspⅠ;1～9.不同个体。

M.DNA分子质量标准p UC18 DNA/MspⅠ;1～6.不同个体。

M.DNA分子质量标准p UC18 DNA/MspⅠ;1～9.不同个体。

M.DNA分子质量标准p UC18 DNA/MspⅠ;1～9.不同个体。

M.DNA分子质量标准p UC18 DNA/MspⅠ;1～8.不同个体。

M.DNA分子质量标准p UC18 DNA/MspⅠ;1～8.为不同个体。

3.2 微卫星基因座多态信息含量(PIC)

对8个微卫星位点的PIC进行计算,结果见表4。每个微卫星位点的PIC均高于0.5(PIC>0.5时,该位点为高度多态位点;0.25

3.3 群体等位基因频率统计(statistic of alleles frequency)

经统计,德昌水牛在8个微卫星位点上共扩增出47个等位基因(见表5),其中BM1818、INRA035、BM1862位点等位基因最多(有7个),ETH225位点等位基因最少(有4个)。ETH225位点按序列由大到小有a、b、c、d 4个等位基因,其中d出现的频率最大,为0.491 5;c出现的频率最小,为0.118 6。BM1818位点按序列由大到小有a、b、c、d、e、f、g 7个等位基因,其中b出现的频率最大,为0.184 6;g出现的频率最小,为0.092 3。INRA035位点按序列由大到小有a、b、c、d、e、f、g 7个等位基因,其中c出现的频率最大,为0.234 4;g出现的频率最小,为0.078 1。BM2113位点按序列由大到小有a、b、c、d、e、f 6个等位基因,其中c出现的频率最大,为0.246 2;a出现的频率最小,为0.076 9。TGLA227位点按序列由大到小有a、b、c、d、e 5个等位基因,其中c出现的频率最大,为0.333 3;a出现的频率最小,为 0.122 8。CSRM60位点按序列由大到小有a、b、c、d、e、f 6个等位基因,其中d出现的频率最大,为0.269 8;f出现的频率最小,为0.079 4。BM2934位点按序列由大到小有a、b、c、d、e 5个等位基因,其中d出现的频率最大,为0.316 7;c出现的频率最小,为0.183 3。BM1862位点按序列由大到小有a、b、c、d、e、f、g 7个等位基因,其中a出现的频率最大,为0.244 9;g出现的频率最小,为0.061 2。

3.4 3头待检德昌水牛微卫星基因座的等位基因检测结果

在3份待检材料的BM2934、BM1862、ETH225、BM1818、INRA035、TGLA227、BM2113和CSRM60 8个基因座中,均检出数量不等的等位基因。将犊牛c1、c2与母水牛m等位基因进行比较,结果(见表6)

在ETH225、BM2113、BM2934和CSRM60 4个位点的c1、c2与m均具有相同的等位基因 (见图9～12)。BM1818位点的m和c1均有相同的等位基因a和e,而c2则有等位基因b和f(见图13);INRA035位点的m有等位基因a和c,c1有等位基因c和e,而c2有等位基因b和d(见图14);BM1862位点上的m和c1具有相同的等位基因b和f,而c2则有等位基因a和e(见图15);TGLA227位点上的m和c1均有相同的等位基因d,而c2则有等位基因c和d(见图16)。犊牛c2与母水牛m在BM1862、INRA035和BM1818 3个微卫星位点上违背了孟德尔遗传规律,存在排除两者为亲子关系的可能。犊牛c1与母水牛m在8个微卫星位点上均符合孟德尔遗传规律,表明两者存在亲子关系的可能,利用已研究的德昌水牛中8个有效微卫星位点的等位基因频率(见表5)和亲权指数(见表7)计算出的犊牛c1和母水牛m的RCP值为99.960 6%,大于99.73%,达到国内外亲权鉴定的标准,表明犊牛c1与母水牛m具有亲子关系。

注:+表示后代中存在与母水牛相同的等位基因; -表示后代中不存在与母水牛相同的等位基因。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/MspⅠ;m.母水牛; c1和c2.嫌疑后代。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/MspⅠ;m.母水牛;c1和c2.嫌疑后代。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/MspⅠ;m.母水牛;c1和c2.嫌疑后代。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/MspⅠ;m.母水牛;c1和c2.嫌疑后代。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/MspⅠ;m.母水牛;c1和c2.嫌疑后代。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/MspⅠ;m.母水牛;c1和c2.嫌疑后代。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/MspⅠ;m.母水牛;c1和c2.嫌疑后代。

M.DNA分子质量标准pUC18 DNA/MspⅠ;m.母水牛;c1和c2.嫌疑后代。

3.5 线粒体遗传标记

德昌水牛mtDNA的D-Loop区PCR扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测表明,所扩增的特异性带出现在约900 bp处,条带单一,无非特异性扩增条带,与预期结果相符,初步确定RCP产物为mtDNA D-Loop区DNA(见图17)。

mtDNA的D-Loop区PCR扩增产物经琼脂糖凝胶回收纯化后用双脱氧链终止法测序并进行序列比对,结果表明:母水牛m和嫌疑后代c1为890 bp,嫌疑后代c2为892 bp,后代c1与母水牛m序列一致。嫌疑后代c2与母水牛m在212,314,416上分别有3次T/C转换,在275,285 bp上分别有2次G/A和在795 bp上有1次A/G转换,分别在179,751 bp插入A和C碱基。说明嫌疑后代c1与母水牛m是来源于同一个母系的个体,而嫌疑后代 c2与母水牛m是来源于不同母系的个体。线粒体与微卫星两种遗传标记的检测结果一致,均表明c1是母水牛m的后代,c2不是母水牛m的后代。

M.DL-2 000 Marker;m.母水牛;c1.后代; c.嫌疑后代。

4 讨论

当有3个或3个以上的STR基因座遗传违反孟德尔遗传规律,可以排除二者的亲子关系。亲子关系的认定主要依据RCP值,当无法排除亲子关系时需要计算RCP值。目前国内对RCP值没有统一的认定标准,普遍认为RCP值在99.73%以上就可认定亲子关系。

在减数分裂过程中,染色体可能发生连锁互换、染色体重组,使微卫星位点在群体中的基因频率和基因型频率发生改变,同时微卫星标记在亲权鉴定中对假设亲本的排除率还会受到被测标记等位基因数目的影响,所用等位基因位点越多,具有同一性状的2个个体相同的概率越小,其检出率也越大。2006年,Lee S Y等[7]利用14个微卫星位点对962个良种马进行血缘关系鉴定,排除率达到99.98%。此次试验结果显示,所选的8个STR位点可以满足鉴定要求。

选用多个微卫星位点可以提高微卫星进行亲权鉴定的精确度,但同时也会加大工作量,增加鉴定成本。由于此次研究进行的单亲亲权鉴定为母子鉴定,因此增加了mtDNA的D-环测序的方法来弥补STR鉴定可能存在的不足,以增强鉴定结果的科学性、可靠性。线粒体是以母系遗传方式遗传的,不会受到染色体重组的影响,可弥补微卫星因发生重组而影响基因频率、基因型频率,最终导致鉴定率降低的不足。同时,线粒体DNA拷贝数多,每个细胞含有10～1 000个线粒体,多数线粒体内含有多拷贝的mtDNA,是该基因拷贝数的10 倍左右,因此对mtDNA的检测比核基因组DNA(nDNA)具有更高的检出率。mtDNA序列的高度多态性使得检测的灵敏度高,对样本需求量低,仅需皮克(pg)水平的量。

目前,对单亲亲权鉴定的研究较少,并且对RCP认定标准不统一,因此有必要采取多种方法联合进行鉴定以确保结果的科学性、可靠性。研究选择了微卫星与线粒体2种遗传标记,采用2种不同的原理得到了相同的鉴定结果。由此说明,微卫星基因座与线粒体遗传标记联合进行母子亲权鉴定提高了鉴定的科学性、准确性、灵敏性,拓宽了鉴定范围,降低了对样品质量的要求。此次研究建立的母子亲权鉴定方法简单、快捷,费用低,准确度高(可达99.96%),对亲权鉴定方法的完善起到了积极的促进作用。

参考文献

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