在高中生物教材中關(guān)于性染色體上的基因遺傳,一般都只涉及位于X染色體和Y染色體非同源區(qū)段上的基因,而位于同源區(qū)段的基因遺傳教材中沒有提及。但近幾年高考遺傳題中幾乎每年都考查了這方面的知識(shí),知識(shí)遷徙能力差的學(xué)生對此類題目常感覺難以下手,常屢屢犯錯(cuò)。備考性染色體上不同區(qū)段基因的遺傳特點(diǎn)和規(guī)律可突破如下。
1 正確把握X與Y染色體同源區(qū)段與非同源區(qū)段基因分布與遺傳特點(diǎn)的差別
在XY型性別決定中, X與Y雖然形狀、大小不同,但X來自父方或母方,Y只能來自父方,且在減數(shù)分裂過程中的行為與其他同源染色體一樣,要經(jīng)歷聯(lián)會(huì)和分離的過程,所以X、Y染色體也可視作一對同源染色體。據(jù)圖1,X與Y各有一部分與對方同源,即圖中的A、D區(qū)段;也各有一部分非同源,即圖中的B、C區(qū)段。這樣,根據(jù)X、Y染色體的形態(tài)差異,可將其分為X、Y同源區(qū)、X非同源區(qū)、Y非同源區(qū)三個(gè)部分。同常染色體一樣,X、Y染色體上也都帶著許多基因。各區(qū)段上分布的基因的遺傳方式與性別相關(guān)聯(lián),它們的遺傳特點(diǎn)也不盡相同。
(1) Y非同源區(qū)段上基因的遺傳。
Y非同源區(qū)存在的基因,X染色體上沒有它的等位基因或者相同基因,也無顯、隱性之分。由于只有男性患病,因此也稱為伴Y染色體遺傳或限雄遺傳。典型系譜圖見圖2。
遺傳特點(diǎn):①男性患者后代男性全患病,女性全正常;②致病基因由父親傳給兒子,兒子傳給孫子,具有世代連續(xù)性。
常見類型:人類外耳道多毛癥等。
(2) X非同源區(qū)段上基因的遺傳。
在X非同源區(qū)存在的基因,Y染色體上沒有它的等位基因或者相同基因,但雌性個(gè)體的另一條X染色體上有它的等位基因或者相同基因,因此也稱為伴X染色體遺傳。此類遺傳涉及一對基因,因此遵循基因的分離定律。據(jù)顯隱性,遺傳情況可分以下二種類型。
① 致病基因?yàn)殡[性:XBY、XBXB正常,XBXb是女性攜帶者,XbY、XbXb患病。典型系譜圖見圖3。
遺傳特點(diǎn):① 患者中男性多于女性;② 具有隔代交叉遺傳現(xiàn)象;③ 女性患者的父親和兒子一定是患者,即“母病兒必病,女病父必病”;④ 男性正常,其母親、女兒全都正常;⑤ 男性患病,其母親、女兒至少為攜帶者。
常見類型:人類的色盲、血友病、女婁菜的狹披針形葉等。
② 致病基因?yàn)轱@性:基因型為XbY、XbXb的個(gè)體正常,XBY、XBXB、XBXb的個(gè)體患病。典型系譜圖見圖4。
遺傳特點(diǎn):① 患者中女性多于男性;② 具有連續(xù)遺傳的特點(diǎn),即代代都有患者;③ 男性患者的母親和女兒一定都是患者,即“父病女必病,兒病母必病”;④ 女性正常,其父親、兒子全都正常;⑤ 女性患病,其父母至少有一方患病。
常見類型:抗維生素D佝僂病、鐘擺型眼球震顫等。
(3) X、Y同源區(qū)段上基因的遺傳。
在X、Y同源區(qū),X染色體上存在的基因,在Y染色體上存在等位基因或者相同基因。以一對基因?yàn)槔鄳?yīng)的基因型如下:雌性個(gè)體有XAXA、XAXa、XaXa 3種基因型;雄性個(gè)體有XAYA、XAYa、XaYA、XaYa 4種基因型(不考慮交叉互換)。
特點(diǎn):X、Y染色體同源區(qū)段上的等位基因(或相同基因)的遺傳符合分離定律,但又有其特殊性。
常見類型:果蠅的剛毛和截毛的遺傳等。
2 特別警示
(1) 由于X和Y染色體是同源染色體,因而也可發(fā)生交叉互換,但只能發(fā)生在同源區(qū)段。
(2) 位于X、Y染色體同源區(qū)段上的基因,在X、Y染色體上都存在,在書寫基因型時(shí),X、Y染色體上面都要寫出。
(3) 位于性染色體上的基因,其性狀遺傳與分離定律相同,只是與性別相關(guān)聯(lián);在寫表現(xiàn)型和統(tǒng)計(jì)后代比例時(shí)一定要將性狀表現(xiàn)與性別聯(lián)系在一起描述。
(4) 性別既受性染色體控制,也與性染色體上部分基因有關(guān);性染色體上的基因并不都是控制性別的,如色盲基因。
(5) 非同源區(qū)段上的基因遺傳與性別有關(guān),同源區(qū)段上的基因遺傳也與性別有關(guān)。例如:假設(shè)控制某個(gè)相對性狀的基因A、a位于X和Y染色體的同源區(qū)段,當(dāng)母本為XaXa,父本為XaYA,則后代男性個(gè)體為XaYA,全部表現(xiàn)為顯性性狀,后代女性個(gè)體為XaXa,全部表現(xiàn)為隱性性狀;再如母本為XaXa,父本為XAYa,則后代男性個(gè)體為XaYa,全部表現(xiàn)為隱性性狀,后代女性個(gè)體為XAXa,全部表現(xiàn)為顯性性狀。
(6) 性染色體上基因與遺傳規(guī)律的關(guān)系(表1)。
3 典例剖析
命題角度1:減數(shù)分裂過程中性染色體傳遞異常的考查。
【例1】 一對色覺正常的夫妻生了一個(gè)色盲兒子,且兒子的性染色體組成也出現(xiàn)異常:XXY。體檢表明,夫妻雙方都沒有遺傳病或其他疾病。兒子出現(xiàn)這種情況的原因( )
A. 問題出在丈夫身上。在精母細(xì)胞減數(shù)第一次分裂時(shí)XY染色體沒有分開就直接進(jìn)入同一個(gè)子細(xì)胞中
B. 問題出在妻子身上。在卵母細(xì)胞減數(shù)第一次分裂時(shí)XX染色體沒分開就直接進(jìn)入同一個(gè)子細(xì)胞中
C. 問題出在丈夫身上。在精母細(xì)胞減數(shù)第二次分裂時(shí)XY染色體沒有分開就直接進(jìn)入同一個(gè)子細(xì)胞中
D. 問題出在妻子身上。在卵母細(xì)胞減數(shù)第二次分裂時(shí)XX染色體沒分開就直接進(jìn)入同一個(gè)子細(xì)胞中
點(diǎn)撥:據(jù)題意,兒子的基因型應(yīng)為XbXbY,色盲兒子的色盲基因來自母親,不可能來自父親,A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤;由于妻子是攜帶者,如果卵母細(xì)胞減數(shù)第一次分裂時(shí)XX染色體沒分開就直接進(jìn)入同一個(gè)子細(xì)胞中,則應(yīng)形成XBXb或不含性染色體的卵細(xì)胞,后代不患色盲,B錯(cuò)誤;D項(xiàng)中,卵母細(xì)胞減數(shù)第二次分裂時(shí)XX染色體沒分開就直接進(jìn)入同一個(gè)子細(xì)胞中,可形成含有兩個(gè)色盲基因的卵細(xì)胞。
答案:D。
命題角度2:性染色體上不同區(qū)段基因的綜合考查。
【例2】 已知果蠅的紅眼(A)和白眼(a)由位于X染色體Ⅰ區(qū)段(與Y染色體非同源區(qū)段)上的一對等位基因控制,而果蠅的剛毛(B)和截毛(b)由X和Y染色體Ⅱ區(qū)段(同源區(qū)段)上的一對等位基因控制,且突變型都是隱性性狀,如圖5所示。下列分析正確的是( )
A. 若純種野生型雄果蠅與突變型雌果蠅雜交,則F1中不會(huì)出現(xiàn)截毛
B. 若純種野生型雄果蠅與突變型雌果蠅雜交,則F1中不會(huì)出現(xiàn)白眼
C. 若純種野生型雌果蠅與突變型雄果蠅雜交,則F1中會(huì)出現(xiàn)截毛
D. 若純種野生型雌果蠅與突變型雄果蠅雜交,則F1中會(huì)出現(xiàn)白眼
點(diǎn)撥:由于無論哪一種突變型都是隱性性狀,故A項(xiàng)中親本組合為:XBYB×XbXb,顯然F1都為剛毛,正確;B項(xiàng)中親本組合為:XAY×XaXa,F(xiàn)1中會(huì)出現(xiàn)白眼雄果蠅,錯(cuò)誤;C項(xiàng)中親本組合為:XBXB×XbYb,F(xiàn)1全為剛毛,錯(cuò)誤;D項(xiàng)中,親本基因型為:XAXA×XaY,F(xiàn)1中全為紅眼,錯(cuò)誤。
答案:A。
命題角度3:性染色體基因位置定位的實(shí)驗(yàn)考查。
【例3】 自然界的女婁菜(2N=46)為雌雄異株植物,其性別決定方式為XY型,圖6為其性染色體簡圖。X和Y染色體有一部分是同源的(圖中Ⅰ區(qū)段),另一部分是非同源的(圖6中Ⅱ-1和Ⅱ-2區(qū)段)。以下是針對女婁菜進(jìn)行的一系列研究,請回答相關(guān)問題:
(1) 若要測定女婁菜的基因組應(yīng)該對 條染色體進(jìn)行研究。
(2) 女婁菜抗病性狀受顯性基因B控制。若這對等位基因存在于X、Y染色體上的同源區(qū)段,則不抗病個(gè)體的基因型有XbYb和XbXb,而抗病雄性個(gè)體的基因型有 。
(3) 現(xiàn)有各種表現(xiàn)型的純種雌雄個(gè)體若干,期望利用一次雜交實(shí)驗(yàn)來推斷抗病基因是位于X、Y染色體的同源區(qū)段還是僅位于X染色體上,則所選用的母本和父本的表現(xiàn)型分別應(yīng)為 。
預(yù)測該實(shí)驗(yàn)結(jié)果并推測相應(yīng)結(jié)論:
① 。
② 。
解析:(1) 女婁菜為雌雄異株植物,因而基因測序要測定22條常染色體+XY染色體。(2) 如女婁菜抗病基因位于X、Y染色體上的同源區(qū)段,則只要具有一個(gè)以上B基因的雄性個(gè)體都抗?。篨BYB、XBYb、XbYB。(3) 驗(yàn)證抗病基因是位于X、Y染色體的同源區(qū)段還是僅位于X染色體上,所采用的方法是選用顯性的雄性個(gè)體和隱性的雌性個(gè)體,如果子代雌株均表現(xiàn)為抗病,雄株表現(xiàn)不抗病,則這種基因只位于X染色體上;如果子代雌株與雄株均表現(xiàn)為抗病,則這種基因位于X、Y染色體上的同源區(qū)段。
答案:(1) 24 (2) XBYB、XBYb、XbYB (3) 不抗病(雌性)、抗?。ㄐ坌裕?① 子代雌株與雄株均表現(xiàn)為抗病,則這種基因位于X、Y染色體上的同源區(qū)段 ② 子代雌株均表現(xiàn)為抗病,雄株均表現(xiàn)為不抗病,則這種基因只位于X染色體上
命題角度4:性染色體基因遺傳概率的計(jì)算。
【例4】 圖7是具有兩種遺傳病的家族系譜圖。設(shè)甲病顯性基因?yàn)锳,隱性基因?yàn)閍;乙病顯性基因?yàn)锽,隱性基因?yàn)閎。已知乙病為伴性遺傳病,請據(jù)圖回答:
(1) 甲種病的遺傳方式為 ,乙種病的遺傳方式為 。
(2) Ⅰ-1的基因型為 ,Ⅱ-5的基因型為 ,Ⅲ-10的基因型為 ,Ⅲ-12為純合體的概率是 。
(3) 假如Ⅲ-9和Ⅲ-14結(jié)婚,生育的孩子患甲病的概率是 ,患乙病的概率是 ,不患病的概率是 ,只患一種病的概率是 。
點(diǎn)撥:甲病在系譜圖中存在特征圖形(患甲病的Ⅱ-7號(hào)和Ⅱ-8號(hào)生了一個(gè)正常的女兒),可以判斷出甲種病的遺傳方式為常染色體顯性遺傳。據(jù)題意知,乙病為伴性遺傳病,由Ⅰ-1和Ⅰ-2正常生出Ⅱ-4患乙病可知乙病為伴X染色體隱性遺傳。若只看甲病,Ⅰ-1的基因型為aa,Ⅱ-5基因型為Aa,Ⅲ-14基因型為1/3AA或2/3Aa。若只看乙病,Ⅰ-1基因型為XBXb,Ⅱ-5基因型為1/2XBXB或1/2XBXb,Ⅲ-9基因型為XBXb,Ⅲ-10基因型為XBY,Ⅲ-12基因型為3/4XBXB或1/4XBXb,Ⅲ-14基因型為XBY。綜上所述,Ⅰ-1的基因型為aaXBXb,Ⅱ-5基因型為1/2AaXBXB、1/2AaXBXb,Ⅲ-9基因型為aaXBXb,Ⅲ-10基因型為aaXBY,Ⅲ-12基因型為3/4aaXBXB、1/4aaXBXb,Ⅲ-14基因型為1/3 AAXBY、2/3AaXBY。
答案:(1) 常染色體顯性遺傳 伴X染色體隱性遺傳 (2) aaXBXb AaXBXB或AaXBXb aaXBY 3/4 (3) 2/3 1/4 1/4 7/12