单基因遗传病的遗传方式课件.ppt

1、Diagnosis of Single-gene disorders由于单个基因突变引起的遗传病由于单个基因突变引起的遗传病称为单基因遗传病。称为单基因遗传病。(single-gene disorders)这些突变的基因就是致病基因。这些突变的基因就是致病基因。(diseases causing gene)目前，已发现的单基因性状或遗目前，已发现的单基因性状或遗传病的种类已超过传病的种类已超过10,000种。种。OMIM Statistics for January 15,2007Number of EntriesAutosomalX-LinkedY-LinkedMitochondrialTo

2、tal*G e n e w i t h known sequence10636495483711216+G e n e w i t h known sequence and phenotype3533200385#P h e n o t y p e description,molecular basis known18461672262041%Mendelian phenotype or locus,molecular basis unknown1411135401551Other,mainly phenotypes with s u s p e c t e d mendelian basis

3、2016144202162Total16262881566317355单基因遗传病的诊断一、家系分析方法一、家系分析方法（一）常用系谱符号（一）常用系谱符号（二）单基因遗传病的遗传方式（二）单基因遗传病的遗传方式（三）遗传方式的判断（三）遗传方式的判断二、基因诊断技术二、基因诊断技术 (一）分子杂交技术一）分子杂交技术（二）（二）PCR技术技术（三）（三）PCR-SSCP技术技术（四）（四）DNA测序技术测序技术（五）生物信息学技术（五）生物信息学技术（DNA芯片技术）芯片技术）单基因遗传病的诊断一、家系分析方法一、家系分析方法（一）常用系谱符号（一）常用系谱符号（二）单基因遗传病的遗传方式（

4、二）单基因遗传病的遗传方式（三）遗传方式的判断（三）遗传方式的判断（二）单基因遗传的方式（二）单基因遗传的方式1、常染色体显性遗传、常染色体显性遗传(Autosomal Dominant Inheritance)AD2、常染色体隐性遗传、常染色体隐性遗传(Autosomal Recessive Inheritance)AR3、X伴性显性遗传伴性显性遗传(X-linked Dominant Inheritance)XD4、X伴性隐性遗传伴性隐性遗传(X-linked Recessive Inheritance)XR5、Y伴性遗传伴性遗传Y-linked inheritance1、常染色体显性遗传

5、、常染色体显性遗传(AD)例例1：Huntington舞蹈病舞蹈病大脑基底神经节变性导致进行性加重的不大脑基底神经节变性导致进行性加重的不自主舞蹈样动作，进行性加重的智能障自主舞蹈样动作，进行性加重的智能障碍，痴呆。碍，痴呆。致病基因定位于致病基因定位于4p16.3(CAG)n 正常人正常人 n=11-34 患者患者 n=42-66返回返回例例2：Marfan综合征综合征纤维蛋白原的缺陷引起纤维蛋白原的缺陷引起骨骼、心血管、眼的骨骼、心血管、眼的症状。症状。致病基因定位于致病基因定位于15q14-q21,FBN1基因长约基因长约110kb,65个外显子个外显子返回返回AD遗传模式系谱遗传模式系

6、谱遗传特点：遗传特点：每一代均有患者，在连续世代中呈垂每一代均有患者，在连续世代中呈垂直分布；直分布；遗传与性别无关，男女受累机会均等，遗传与性别无关，男女受累机会均等，有父传子现象；有父传子现象；患者父母中必有一方是患者；患者父母中必有一方是患者；两种关键的婚配提示或排除两种关键的婚配提示或排除AD遗传遗传（1）双亲是患者，出生正常孩子，提示为）双亲是患者，出生正常孩子，提示为AD遗传；遗传；（2）双亲均正常，出生患儿，排除）双亲均正常，出生患儿，排除AD遗传。遗传。例例1：囊性纤维化：囊性纤维化（cystic fibrosis,CF）主要累及器官是胰腺和肺主要累及器官是胰腺和肺 破坏胰腺外

7、分泌功能破坏胰腺外分泌功能 累及支气管腺体，导致慢性支气管炎及肺累及支气管腺体，导致慢性支气管炎及肺部感染合并肺气肿部感染合并肺气肿 胆道系统阻塞引起胆汁性肝硬化胆道系统阻塞引起胆汁性肝硬化 累及肠道腺体时出现胎粪性肠梗阻累及肠道腺体时出现胎粪性肠梗阻2、常染色体隐性遗传、常染色体隐性遗传(AR)例例2：白化症：白化症(Albinism)皮肤白皙皮肤白皙 毛发色浅毛发色浅 羞明羞明返回返回例例3：早老症：早老症(progeny)呈侏儒状呈侏儒状 呈老年人的面容呈老年人的面容 提前发生动脉硬化提前发生动脉硬化 智力发育延迟智力发育延迟例例4：软骨发育不全症：软骨发育不全症II型型(Grebe-Q

8、uelce-Salgado软骨发育不软骨发育不全全,Grebe型型,巴西型巴西型)主要累及四肢骨骼主要累及四肢骨骼 短肢侏儒短肢侏儒,前臂和小腿显著缩短前臂和小腿显著缩短,小小腿尤甚腿尤甚 指指(趾趾)端呈球状突起端呈球状突起AR遗传模式系谱遗传模式系谱遗传特点：遗传特点：遗传与性别无关，男女均可得病；遗传与性别无关，男女均可得病；一般不会每代出现患者，患者可在一般不会每代出现患者，患者可在同胞间呈水平分布；同胞间呈水平分布；患者父母往往是表现型正常的杂合患者父母往往是表现型正常的杂合子，在这种情况下，每胎再显危险子，在这种情况下，每胎再显危险率是率是1/4；近亲婚配出生患儿的机会高于随机近亲

9、婚配出生患儿的机会高于随机婚配。婚配。3、X-伴性显性遗传伴性显性遗传(XD)例：低磷酸盐血症例：低磷酸盐血症(抗维生素抗维生素D佝偻佝偻病病)身材矮小身材矮小 可伴有佝偻病或骨质疏松症的各可伴有佝偻病或骨质疏松症的各种表现种表现XD遗传模式系谱遗传模式系谱遗传特点：遗传特点：每一代均有患者，在连续世代中呈每一代均有患者，在连续世代中呈垂直分布；垂直分布；患者父母中必有一方是患者；患者父母中必有一方是患者；女性患者多于男性患者；女性患者多于男性患者；男性患者其女儿全部有病男性患者其女儿全部有病,儿子全部儿子全部正常女性患者其女儿和儿子均有正常女性患者其女儿和儿子均有1/2机会得病。机会得病。4

10、、X-伴性隐性遗传伴性隐性遗传(XR)例：假肥大型进行性肌营养不良例：假肥大型进行性肌营养不良(Duchenne型进行性肌营养不良型进行性肌营养不良)进行性加重的肌肉萎缩和无力进行性加重的肌肉萎缩和无力 通常儿童期发病通常儿童期发病,首发症状通常是腰首发症状通常是腰带肌肉无力带肌肉无力,走路缓慢无力走路缓慢无力 特征性的特征性的Gower征征假性肥大性肌营养不良假性肥大性肌营养不良XR模式家系模式家系遗传特点：遗传特点：呈隔代遗传和斜行分布（男性患者呈隔代遗传和斜行分布（男性患者不育的只呈斜行分布）；不育的只呈斜行分布）；患者多为男性，其双亲表型正常，患者多为男性，其双亲表型正常，但母亲必为隐

11、性致病基因携带者；但母亲必为隐性致病基因携带者；在父为患者，母为携带者时，子女在父为患者，母为携带者时，子女有有1/2机会得病。机会得病。5、Y伴性遗传伴性遗传 目前已知目前已知Y伴性遗传伴性遗传（Y-linked inheritance)性性状和遗传病只有状和遗传病只有27种。为种。为全男遗传。全男遗传。（三）遗传方式的判断显性遗传具有以下二个特点：（显性遗传具有以下二个特点：（1）每一代都有）每一代都有患者，或者说，患者在家系里呈垂直分布；患者，或者说，患者在家系里呈垂直分布；（2）患者的双亲一般来说至少有一个是患者。）患者的双亲一般来说至少有一个是患者。而隐性遗传一般不具备这二个特点，接

12、下来在而隐性遗传一般不具备这二个特点，接下来在显性遗传中再区分显性遗传中再区分AD还是还是XD就不难了。主要就不难了。主要看男性患者的子代，若男性患者的子代中女儿看男性患者的子代，若男性患者的子代中女儿全部得病而儿子全部正常，则可考虑全部得病而儿子全部正常，则可考虑XD,若男若男性患者的子代中男女均可得病，无明显的性别性患者的子代中男女均可得病，无明显的性别差异，则可考虑差异，则可考虑AD。（三）遗传方式的判断若明显不符合显性遗传的特点，则可考虑若明显不符合显性遗传的特点，则可考虑是隐性遗传，在隐性遗传中要区分是隐性遗传，在隐性遗传中要区分AR还还是是XR也并不十分困难，一般来说，也并不十分困

13、难，一般来说，XR有隔代遗传（外祖父和外孙均为患者）有隔代遗传（外祖父和外孙均为患者）和斜行分布（舅甥均为患者）的特点，和斜行分布（舅甥均为患者）的特点，而且男性患者明显地多于女性患者。而而且男性患者明显地多于女性患者。而AR则与性别无关，也没有明显的隔代遗则与性别无关，也没有明显的隔代遗传和斜行分布的特点，据此，我们可把传和斜行分布的特点，据此，我们可把AR和和XR区分开来。区分开来。请写出下列家系最可能的遗传方式，理由是什么？请写出下列家系最可能的遗传方式，理由是什么？请写出下列家系最可能的遗传方式，理由是什么？请写出下列家系最可能的遗传方式，理由是什么？请写出下列家系最可能的遗传方式，理

14、由是什么？请写出下列家系最可能的遗传方式，理由是什么？二、基因诊断技术(一）分子杂交技术一）分子杂交技术（二）（二）PCR技术技术（三）（三）PCR-SSCP技术技术（四）（四）DNA测序技术测序技术（五）生物信息学技术（五）生物信息学技术（DNA芯片技术）芯片技术）（一）分子杂交技术（一）分子杂交技术核酸分子杂交核酸分子杂交变性与复性（a）（b）（c）（d）（e）基因组基因组DNADNA限制片段限制片段硝酸纤维素滤膜硝酸纤维素滤膜同探针同源杂交的同探针同源杂交的基因基因DNA片段片段X光底片光底片应用实践应用实践1、对未知突变的基因进行检测的方法、对未知突变的基因进行检测的方法限制性片段长度

15、多态性限制性片段长度多态性(restriction fragment length polymorphism,RFLP)根据以上杂交结果，可以得知个体根据以上杂交结果，可以得知个体1 1的基因型为的基因型为AAAA，个体，个体2 2的基因的基因型为型为AaAa，个体，个体3 3为为aaaa，个体，个体1 1和和2 2的表现型正常，但的表现型正常，但2 2为携带者，个体为携带者，个体3 3的表现型为的表现型为地中海贫血患者。地中海贫血患者。14kb10kb个体个体1个体个体2个体个体3SouthernSouthern印迹杂交方法应用印迹杂交方法应用地中海贫血患者是由于地中海贫血患者是由于基因缺失

16、所致，如果用基因缺失所致，如果用基基因为探针，在正常个体的可以检测到因为探针，在正常个体的可以检测到14kb14kb的的BamHIBamHI片段，片段，如果缺失一个如果缺失一个基因，则检测到基因，则检测到10kb10kb的的BamHIBamHI片段。如片段。如下图：下图：DNA分析分析Huntington舞蹈病症状前诊断指在遗传病的临床症状出现前所作的诊断。指在遗传病的临床症状出现前所作的诊断。有些常染色体显性遗传病的杂合子个体发有些常染色体显性遗传病的杂合子个体发病时往往已经生儿育女，如能在可疑杂病时往往已经生儿育女，如能在可疑杂合子个体生育之前就作出诊断，就能避合子个体生育之前就作出诊断，

17、就能避免影响子代。免影响子代。1、家系调查和系谱分析、家系调查和系谱分析2、DNA分析分析分分子子单单倍倍型型Hind III酶酶切切部部位位 1酶酶切切片片段段（kb）HindIII 酶酶切切部部位位 2酶酶切切片片段段（kb）A-17.5+3.7B-17.5-4.9C+15.0+3.7D+15.0-4.92、对已知突变的基因进行检测的方法、对已知突变的基因进行检测的方法 根据以上杂交结果，可以判断出各个体的基因型：个体根据以上杂交结果，可以判断出各个体的基因型：个体1 1和和2 2的基因型为的基因型为AaAa，表现型为患者；个体，表现型为患者；个体3 3和和6 6的基因型的基因型aaaa，

18、表现，表现型为正常；个体型为正常；个体4 4和和5 5的基因型为的基因型为AAAA，表现型为患者。，表现型为患者。个体个体1个体个体2个体个体3个体个体4个体个体5个体个体6正常等位正常等位基因探针基因探针突变等位突变等位基因探针基因探针一对夫妻已生育一个苯丙酮尿症患儿及一个正常孩子，现又一对夫妻已生育一个苯丙酮尿症患儿及一个正常孩子，现又已怀孕，要求作产前诊断，家系成员及胎儿羊水细胞已怀孕，要求作产前诊断，家系成员及胎儿羊水细胞DNA用用内切酶内切酶EcoR I和和BamH I消化，结果如下：消化，结果如下：（二）（二）PCR技术技术PCR反应反应ParameterConcentration

19、TemplatepHdNTPsGelatinPrimersMg2+oncentrationEnzymeTotal volume10attomoles(1106molecules)8.4（10mMTris-Hcl）200 M(eachone)100g/ml(optional)0.5 M(eachone);(0.11.0M)0.5mM10mM1 unit25100l影响影响PCR的几个因素的几个因素1、温度循环参数a模板变性温度b.引物退火温度:Ta=Tm-5=4(G+C)+2(A+T)-5c.引物延伸温度:取决于TaqDNA聚合酶的最适温度d.循环次数2、引物设计a.最佳长度为2024个核苷酸b

20、.引物的（G+C）%含量组成应均匀c.引物内部应避免内部形成明显的次级结构d.两个引物之间不应发生互补3、DNA聚合酶4、影响PCR特异性的因素5、扩增S型曲线平台期PCR技术的种类1、强化、强化PCR2、膜结合、膜结合PCR3、锚定、锚定PCR4、错配、错配PCR5、原位、原位PCR6、标记、标记PCR和彩色和彩色PCR7、反向、反向PCR8、不对称、不对称PCR9、增效、增效PCR10、定量、定量PCR11、重组、重组PCR（三）（三）PCR-SSCP技术技术 单链单链DNA片段呈复杂的空间折叠构象，片段呈复杂的空间折叠构象，当有一个碱基发生改变时，其构象发生当有一个碱基发生改变时，其构象

21、发生改变，空间构象有差异的单链改变，空间构象有差异的单链DNA分子分子在中性聚丙烯酰胺凝胶中电泳迁移速度在中性聚丙烯酰胺凝胶中电泳迁移速度不同。不同。SSCP可与可与PCR结合，用来检测未知突变，结合，用来检测未知突变，尤其是一个或几个碱基的突变或缺失。尤其是一个或几个碱基的突变或缺失。2.单链构象多态单链构象多态Single strand conformational polymorphism，SSCP（四）（四）DNA测序技术测序技术测定测定PCRPCR产物或产物或DNADNA克隆片段的精确核克隆片段的精确核苷酸序列。苷酸序列。常用方法：常用方法：SangerSanger双脱氧链终止法双脱

22、氧链终止法DNA测序仪的发展平板凝胶电泳毛细管电泳Long ReadIR DNA SequencerGene ReadIR DNA Analysis SystemBIOTECHNOLOGYDIVISIONAB 公司公司DNA分析仪大家族分析仪大家族 平板凝胶电泳式：平板凝胶电泳式：377-36,377-96 毛细管电泳式：毛细管电泳式：310,3100和和 3700，3730XLABI PRISM377 DNA Sequencer（五）生物信息学技术（DNA芯片技术）（五）生物信息学技术（DNA芯片技术）应用实践基因测序基因测序特定序列的特定序列的DNA与特定长度寡核与特定长度寡核苷酸重叠区域

23、来测定苷酸重叠区域来测定精确度达精确度达99%应用实践基因表达水平的检测基因表达水平的检测以不同颜色的荧光素标记反转录以不同颜色的荧光素标记反转录产物，然后分别与基因芯片杂交产物，然后分别与基因芯片杂交应用实践基因诊断基因诊断血友病血友病珠蛋白生成障碍性贫血珠蛋白生成障碍性贫血异常血红蛋白病异常血红蛋白病苯丙酮尿症苯丙酮尿症肿瘤肿瘤P53-肿瘤早期诊断肿瘤早期诊断BRCA1-乳腺癌乳腺癌应用实践新药筛选新药筛选能进行大规模的筛选：能进行大规模的筛选：1、从基因水平解释药物的作用机制、从基因水平解释药物的作用机制2、分析用药前后不同组织器官基因的表达、分析用药前后不同组织器官基因的表达差异差异3

24、、根据基因的表达情况从众多的药物成分、根据基因的表达情况从众多的药物成分中筛选到起作用的部分物质中筛选到起作用的部分物质应用实践临床用药临床用药利用基因芯片技术对患者先进利用基因芯片技术对患者先进行检测，再开处方行检测，再开处方-个体化治疗，对症下药个体化治疗，对症下药DiagnosticTechniqueofPolygenicDisorders多基因病的诊断技术一、多基因遗传病概述二、侯选基因法研究技术三、全基因组扫描技术一、概述：（一）二种性状1、质量性状(qualitativecharacters)交替性状，特征性状，不连续，有或无例如：单基因遗传病2、数量性状(quantitative

25、characters)连续性状例如：多基因遗传病（二）影响多基因遗传的因素1、遗传因素2、环境因素（三）基因特点1、等显性(co-dominant)2、微效基因(minorgene)3、累加效应(additiveeffect)4、主基因(majorgene)BRCA1BRCA2（四）涉及的疾病种类1、先天畸形唇裂、腭裂、无脑儿.2、常见病高血压、糖尿病、哮喘、精分症、冠心病、消化性溃疡.3、肿瘤胃癌、肝癌、乳腺癌.单侧唇裂双侧唇裂、腭裂先天性脊柱裂无脑儿1、患者亲属的发病率同他的亲缘级数成反比。（五）多基因遗传病的遗传特点表表 6-5 亲亲缘缘级级数数和和发发病病率率关关系系人人群群唇唇裂裂+

26、腭腭裂裂马马碲碲内内反反足足先先天天性性髋髋关关节节脱脱位位(女女)先先天天性性幽幽门门狭狭窄窄(男男)总总人人群群0.0010.0010.0020.005一一卵卵双双生生0.4(x 400)0.3(x 300)0.4(x 200)0.4(x 80)一一级级亲亲属属0.04(x 40)0.025(x 25)0.05(x 25)0.05(x 10)二二级级亲亲属属0.007(x 7)0.005(x 5)0.006(x 3)0.025(x 5)三三级级亲亲属属0.003(x 3)0.002(x 2)0.004(x 2)0.0075(x 1.5)2、多基因遗传病患者一级亲属复发风险大致是群体发病率的

27、开方。表表 5-9 先先天天性性心心脏脏病病患患者者一一级级亲亲属属的的发发病病率率病病 名名患患者者同同胞胞中中发发病病率率期期望望频频率率(qg)室室间间隔隔缺缺损损4.34.2动动脉脉导导管管未未闭闭3.22.6Fallot 四四联联症症2.22.6房房间间隔隔缺缺损损3.22.6肺肺动动脉脉狭狭窄窄2.92.6主主动动脉脉狭狭窄窄2.62.13、一个家庭中患者越多，亲属复发风险也越高。例：唇裂、腭裂父母正常：第一胎发病风险为群体发病（0.17%)第一胎为患儿，第二胎风险为4%第一、第二胎均为患儿，第三胎风险为10%4、多基因病患者的病情越重，亲属中再发风险率越高。例：先天畸形患儿严重程

28、度同胞复发风险单侧唇裂，无腭裂2.46%单侧唇裂+腭裂4.2%双侧唇裂+腭裂5.6%5、多基因病的发病存在两性差异时，发病阈值较高的性别对子代的影响大。例：先天性幽门狭窄发病率儿子女儿男性0.5%5.5%2.4%女性0.1%9.4%7.3%6.多基因遗传病在随机人群中的发病率通常为0.11%，患者一级亲属发病率为1%10%，后者远低于单基因病的风险。7.近亲婚配比随机婚配时，出生多基因病患儿的风险要高。8.单卵双生一致率并非100%，二卵双生一致率远低于25%或50%。二、候选基因法（一）基础理论将可能与某个多基因遗传病相关的一组已知基因作为侯选基因，通过家系调查和连锁分析，找出易感基因。策略

29、：确定待研究的侯选基因通过连锁分析，确定该侯选基因座位是否与某个多基因遗传病相连锁比较变异体在疾病人群与正常人群之间的差异，确定相关基因二、侯选基因法（二）技术方法与评价优点：针对性强、方法简单缺点：选择对象时存在盲目性，易遗漏重要的基因；结果不够精细二、侯选基因法（三）应用实践高血压易感基因的研究血管紧张素原(AGT)肾素血管紧张素IACE血管紧张素II通过血管紧张素I、II受体调节醛固酮的分泌血压升高二、侯选基因法1、血管紧张素原(AGT)基因位点的突变AGT基因位于1q42-43,5个外显子，4个内含子，有15种多态性。我国学者报道，原发性高血压组中，血管紧张素原T235等位基因频率明显

30、高于对照组二、侯选基因法2、血管紧张素转化酶(ACE)基因多态性位于17q23，26个外显子，全长21kbD等位基因使血管的ACE水平增加在高血压患者中，ACE-D等位基因频率明显高于对照组。二、侯选基因法3、血管紧张素II(AngII)受体多态性血管紧张素II受体基因AT1R位于3q21-25高血压患者中AT1R基因C1166等位基因的频率明显高于正常者。三、全基因组扫描（一）基础理论人类基因组中存在大量可变数量的高度串联重复序列可作为遗传标记荧光标记PCR 电泳分型软件处理等位基因的大小和频率大家系或300多个患者同胞对进行连锁分析易感基因定位（10cM)区域DNA遗传标记精细定位（1cM

31、)三、全基因组扫描(二）技术方法评价优点：精确、不会遗漏缺点：工作量大、费用昂贵三、全基因组扫描（三）应用实践糖尿病易感基因的研究1、1型糖尿病易感基因的研究已报道的IDDM易感基因座位座位染色体定位染色体定位被确定的标记被确定的标记ASP总数总数IBD（%）MLSIDDM16p21.3HLA-DQB61873.032.50IDDM211p15.5INS-VNTR60753.20.60IDDM315q26D15S10750650.70.03IDDM411q13FGF377852.40.43IDDM56q25ESR185254.11.46IDDM618q21D18S6430250.00.00ID

32、DM72q31D2S15265352.70.72IDDM86q27D6S26473054.01.14IDDM93q21q25D3S157654352.10.23IDDM1010cenD10S19360952.50.40IDDM1114q24.3D14S6743352.50.28IDDM122q33CTLA458553.50.84IDDM132q34D2S30141852.60.36IDDM14 IDDM156q21D6S28377257.13.51三、全基因组扫描2、2型糖尿病易感基因的研究Hanis等首先发现墨西哥裔美国人的2号染色体D2S125为2型糖尿病的易感基因，被命名为NIDDM1Mahtani等发现芬兰Botnia地区2型糖尿病家系的第12号染色体长臂可能存在2型糖尿病易感基因，称为NIDDM2复习思考题1、简述多基因遗传病的特点2、多基因遗传病的诊断技术主要有哪两种？试评价各自的优、缺点。复习思考题1、单基因遗传病的遗传方式可分为哪几类？各自的特点是什么？2、请判断下列家系最可能的遗传方式，为什么？复习思考题2、请判断下列家系最可能的遗传方式，为什么？复习思考题检测突变的方法有哪些？各适宜于诊断何种类型的疾病？