在第22届国际生物学奥林匹克竞赛中有一道试题： 下列有关橙色/黑色花斑猫遗传规律的描述哪个是正确的？
A. 有一半的雄猫是花斑猫
B. 花斑色的表现型是基因互作的结果
C. 花斑色的表现型与基因重组有关
D. 花斑色的表现型是X染色体随机失活的结果
E. 橙色雄猫和黑色雌猫交配的后代是花斑色
猫的毛色性状是由X染色体上的一对等位基因决定的，XB基因决定黑色性状，Xb基因决定橙色性状[1]。对于雄性猫来说，XBY表现为黑色猫，XbY表现为橙色猫；对于雌性猫而言，XBXB表现为黑色猫，XbXb表现为橙色猫。那么，XBXb会表现为什么颜色呢？本文就花斑猫的产生及其背后的机制进行介绍。
1 花斑猫与X染色体失活
在XY性别决定机制的生物中，雌性个体的体细胞中含有两条X染色体，细胞通过随机失活某条X染色体来调控某些蛋白的表达量，这种现象称为X染色体失活[2]。上述题目中基因型为XBXb的雌猫，在胚胎发育过程中需要通过X染色体失活的表观遗传效应来控制自身基因的表达。如果细胞中带有XB基因的染色体失活，则表达Xb基因，性状为橙色，反之为黑色；而早期经历X染色体失活后的胚胎细胞所分裂而来的子代细胞都保持相同的X染色体失活现象，从而产生了橙色和黑色相间的花斑猫。但是，我们在生活中除了看到橙色和黑色的猫之外，还有黑白相间、橙白相间甚至三色猫，这是由于除了X染色体上存在决定毛色的基因之外，在常染色体上还存在着其他基因影响猫的毛色表型，如白化基因、斑点基因、淡化基因等。如果白化基因表达程度高，则会抑制黑色基因和橙色基因的表达，毛色表现为白色。基因的互作导致了猫毛色的多样性，并且通常在生活中见到的三色猫都是雌猫。
2 X染色体失活的机制
X染色体的失活起始于X染色体失活中心(X inactivation center, XIC)，失活中心的XIST基因正向转录XISTRNA，反义转录出TSIXRNA。在细胞分化之前，雌性个体两条X染色体均低水平表达XIST。当细胞分化开始之后，XIST的表达出现差异，只在一条X染色体上强烈表达。强烈表达产生XISTRNA的染色体将来会失活，因为XISTRNA偏好和转录它本身的染色体结合，使得X染色体的DNA甲基化，从而失去了转录的活性。其次，将组蛋白进行修饰，如，诱导H3组蛋白第27位赖氨酸的甲基化，引发XISTRNA的上调，从而在XIST的5′端产生一个异染色质的斑块。同时，XISTRNA还募集多种蛋白质结合到X染色体上，维持其失活状态。
伴随着XISTRNA扩散覆盖染色体导致基因的沉默，X染色体变成异染色质状的巴氏小体。而保持活性的X染色体上XIST仍处于低水平表达，并最终沉默。反义RNATSIXRNA是X染色体失活的负调控因子，研究表明，存在另一机制使得X染色体失活，即XISTRNA与TSIXRNA通过复性形成二聚体，并被Dicer酶剪切成对失活的X染色体进行异染色质修饰所必需的RNA[3]。
除此之外，DNA甲基化的差异也与X染色体失活过程密切相关： 在失活的染色体上，许多基因的启动子甲基化而失去了转录的活性，而XIST基因却没有被甲基化，可以持续产生XISTRNA。相反的，有活性的染色体上，XIST基因被甲基化了。
3 X染色体异常的相关疾病
X染色体上带有约1000多种功能基因，对细胞的生命活动具有重要作用。人类很多遗传病基因位于X染色体上，所以X染色体的异常必然带来一系列的表型异常。
3.1 隐性遗传病基因型为杂合子的女性可能患病 一般来说，某些位于X染色体上的隐性致病基因导致的疾病(如血友病)，基因型为杂合子的女性不会发病，但是对于一些重度血友病女性患者，如果在合成凝血因子的肝脏细胞中，带有正常基因的X染色体失活了，则可能出现凝血因子合成功能障碍。此时，杂合子基因型的女性也会成为血友病患者[4]。
3.2 X染色体非整倍性引起的疾病 由于父方或母方在减数分裂形成配子的过程中出现异常，可能导致出现性染色体数目非整倍性的个体，如性染色体组成为XO的特纳氏综合征患者或XXY的克氏综合征患者。由于X染色体上功能基因的成倍变化，必然带来较大的表型异常。特纳氏综合征患者最常见的临床表现包括身材矮小和性腺衰竭。X连锁基因的表达对于正常的卵巢功能是必不可少的，特纳综合征的个体显示出卵巢发育不全的事实支持了这一点。克氏综合征患者最常见的临床表现为第二性征的减少或缺失，身材高大，男子女性型乳房，且患乳腺癌的频率高于XY男性[5]。 上一篇：游泳水中运动的绝佳选择 下一篇：没有了