1、人类Y染色体的遗传特性,周 作 民南京医科大学生殖医学江苏省重点实验室,染色体的基本概念一、正常人的染色体核型：男性：46,xy;女性：46,xx二、染色体与遗传的关系：,Y染色体的结构特点一、体细胞的Y染色体分带1. Y染色体的形状指标：(1) 相对长度：即每一个染色体的长度与一套正 常的含有一个X染色体的单倍体染色体组长度 之比；(2) 着丝粒指数：用短臂的长度对染色体的长度 之比表示；(3) 臂比：用长臂与短臂的长度之比表示；其中又以相对长度和着丝粒指数较为重要。,表染色体的相对长度和着丝粒指数染色体号码相对长度着丝粒指数1 8.440.433 48.361.1662 8.020.397
2、 39.231.8243 6.830.315 46.951.5774 6.300.284 29.071.8675 6.080.305 29.251.6556 5.900.264 39.051.6557 5.360.271 39.051.771x 5.120.261 40.122.1178 4.930.261 34.081.9759 4.800.244 35.432.59910 4.590.221 33.952.24311 4.610.227 40.142.32812 4.660.212 30.162.33913 3.740.236 17.083.22714 3.560.229 18.743.5
3、9615 3.460.214 20.303.70216 3.360.183 41.332.7417 3.250.189 33.862.77118 2.930.164 30.933.04419 2.670.174 46.542.29920 2.560.165 45.452.52621 1.900.170 30.895.00222 2.040.182 30.484.932y 2.150.137 27.173.182,2. Y染色体的分带：根据染色特性或功能，可对Y染色体进行区带划分。(1)染色分带法：Y染色体的短臂和长臂各只有一个区，Yp: Yp1: Yp11 Yq: Yq1: Yq11: Yq1
4、1.1 Yp12 Yq11.2: Yq11.21 Yp13:Yp13.1 Yq11.22 Yp13.2 Yq11.23 Yq12(2)7区分带法：将Y染色体从短臂至长臂的非重组区域人为地分为7个区间（interval），Yp有4个区间，Yq有3个区间, Yq的异染色质区为第7区，每个区间又可进一步细分，共可分为43个亚区间,SRYZFYMIC2TP2,AMELYTPSY HY IL9R,AZFb(YRRM1)AZFdAZFc(DAZ),GCYAZFa (USP9Y , DBY),二、精子染色体分析1. 生精细胞染色体分析：实际分析的是处于分裂 阶段的生精细胞。2. 体外受精后的染色体分析：将人
5、精子与去透明 带仓鼠卵共同培养,诱导有丝分裂后则可进行人 精子染色体的分析。3. 用FISH方法也可对精子染色体进行单独分析。,Y染色体的基因组结构一、染色体的基因组：1. 是人类细胞全套遗传物质，是维持人体正常功能的 最基本的一套染色体及其携带的全部遗传信息。2. 单倍体人类基因组是由3.2109bp的DNA组成，细胞 核基因组中90%左右的DNA为程度不同的重复序列， 10%为单拷贝序列。3. 含有510万个左右的基因。二、人类基因组计划：构建每条染色体的遗传图谱、物理图谱和序列图谱。原计划2003年完成人类基因组全部序列测定的目的，已于2000年6月提前完成。进行Y染色体基因组研究，包括
6、序列测定的主要机构是Whitehead Institute/MIT。,1. 遗传图谱（Genetic map）：又称连锁图谱linkage map）或遗传连锁图谱（genetic linkage map）：(1)定义：指人类基因组内基因以及专一的多态性DNA 标记位置的图谱。表示同一条染色体的任意两点 的相对距离和位置关系，因此遗传图谱只能显示 标记的相对距离，长度单位用厘摩(centimorgan, cM)表示，1cM约等于1000000碱基对的物理长度构。(2)遗传图谱的意义：基因定位分离和克隆新基因,物理图谱（Physical maps）：(1) 定义：物理图谱则是把特异的DNA片段按实
7、际的物 理位置进行排序，因为人类基因组有24种不同的 染色体（23种常染色体和X、Y染色体），所以完 整的人类基因组图谱应该是24种以线性结构形成 存在的DNA大分子物理图谱。(2) 基于DNA序列标签（sequence-tagged-site, STS） 的物理图谱：定义：STS为随机地从人类基因组上选择出来的长度 在200300bp左右的特异性短序列。来源：a. 随机位点序列b. 表达基因序列c. 遗传标记序列,研究现状：目前全基因组中已知的STS达3万多个，Y染色体上只有376个。在1995年召开的第二届国际Y染色体基因图谱大会上，部分学者提出了在一些区域上的STS图谱，如在Yp的假性常
8、染色质区列出了60个STS；AZFa区域图谱，Yq11.23区域图谱等。,YRRM1DYS7EDYS230DYS224DYS226DYS7CDYS233DYS232DYS1DYS236DYS237DYS238DYS240DYS239DYS247Z1,(3)STS缺失图谱：Vollrath1992年构建了Y染色体的STS缺失图谱，共列出182个STS片段，为今后寻找Y染色体功能基因创造了条件，近年来对于精子发生基因的研究多基于这一图谱。3. 序列图谱（sequence maps）：(1)定义：将每条染色体的DNA序列测定出来，即为序 列图谱。(2)序列图谱的构建的意义：从DNA的序列中，可以直接
9、推出基因的结构，包括启 动子、外显子、内显子等。已知基因的定位。基因起源的研究。,Y染色体基因相关信息数据库国际上的四大生物信息中心：美国的国家生物技术信息中心（WCBT）美国的基因组序列数据库（GSDB）欧洲的分子生物实验室（EMBL）日本的DNA数据库（DDBJ）Y染色体的相关信息，从这些机构可以获得：The Cambridge (UK) server : http/www.path.cam.ac.uk/The london server:http/www.gene.ucl.ac.uk/Tcambridge (USA) server: http/www.genome.wi.mit.edu/
10、,有关Y染色体上STS、EST、CpG和细胞遗传信息也可从以下综合数据库中获得：STS数据库(dbSTS)：http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/dbSTSEST数据库(dbEST)：http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/dbESTCpG岛数据库(CpG island datebase) http:/biomaster.uio.no/CpGdb.html细胞遗传图谱(cytogenetic maps)http:/gdbwww.gdb.org/,人类Y染色体的主要功能基因Y染色体基因的特点：1. 不是维持生命所必须的，但与男性的特异功能有关2. Y染色体上95%为
11、非重组区，多数为非等位基因。3. 基因的含量：Y染色体上约含5.9万Kb的DNA，其中60位于其长臂（Yq）的异染色体区Yq12；其短臂（Yp）约含1.3Kb DNA。预测Y染色体上共有7117个基因；已克隆出的基因有200 多个；真正被确定的只有50多个。,(一)睾丸发生相关基因：1. H-Y抗原基因：2. ZFY基因：3. SRY基因：(二)精子发生相关基因：1. 精子发生相关基因在Y染色体上的分布：Y染色体长臂三个区域内均存在AZF，分别称为AZFa、AZFb和AZFc。1999年，Kent-First又提出了AZFd的概念，认为在该区域内也有精子发生基因的存在。,(1) AZFa的候选
12、基因：AZFa位于Yq11或区分法的第5C/D区中，大小约400-600Kb，目前在AZFa 区域中已发现9个基因，其中UPS9Y和DBY被认为是AZFa的重要候选成分。 USP9Y（Ubiquitin-Specific Protease 9, Y chromosome）：原称为DFFRY（Drosophila fat factors related Y），位于Yq11或7区分段法的5C/D区； 对无精子症和严重少精子症患者进行这些位点的检测，发现了缺失的病例，均表现为无精子症。发生率较低（1/1431/576）;已发现一例患者的USP9Y有4个碱基的丢失，伴有严重少精子症，提示USP9Y的点
13、突变或缺失也可能是精子发生障碍的病因。,DBY（DEAD/H box polypeptide, Y chromosome）： 位于Yq11或5C/D中，其5端距USP9Y的3端约有 DBY的缺失率为4.6%（8/173）。睾丸活检发现，单纯DBY缺失的6例患者中，3例表现为唯支持细胞综合症，另3例为生精阻滞。检测这些患者的父亲和兄弟，均未发现缺失情况。对小鼠体内Dby的缺失可导致小鼠精子发生障碍，证明了DBY对生精的重要性。,(2) AZFb的候选成分：AZFb位Yq11.23区域，主要候选成分为RBM（RNA binding motif）基因，RBM是一组基因的总称，其共同特点是表达蛋白上带
14、有RNA结合位点，认为这种蛋白参与RNA的形成、加工和翻译，RBM在Y染色体上也有多个拷贝，其中部分是假基因，位于Yq11.23区域的YRRM 被认为是AZFb的重要候选成分。,(3) AZFc的候选成分：DAZ:1995年，Reijo等人发现，已证明为AZF最重要的候选成分。(4) AZFd： 1999年，Kent-First等人提出；位于AZFb和AZFc之间； 精子发生障碍患者中的缺失率达到5%，占AZF缺失总数 的19.6%，至今为止尚未找到该区域内的AZF候选成分。,(5) TSPY（testis-specific protein, Yedcoded）： 位于Y染色体短臂上；用TSP
15、Y的抗血清检测，显示TPSY主要出现于精原细胞阶段，TSPY的作用是参与DNA的复制，也有报道，TSPY的表达可出现于精子细胞阶段，可能参与精子的变态。TPSY的缺失可导致精子发生障碍，而在生精细胞肿瘤中，TSPY呈高表达，提示TSPY与胚胎性腺肿瘤也有相关性。,2. AZF缺失的发生率：从2.755.5%，多数在1315%。造成缺失率差异的原因：病例选择，对于严格选择病例仅对不明原因的无精子症或严重少精子症患者进行检测，则缺失率较高；实验方法包括实验条件的好坏，影响到结果的可靠性；检测不同的候选成分也会得出不同的缺失率，如仅检测DAZ基因，则缺失率较高；人种差异，如欧洲人有YRRM2基因，日本人则没有。,3. AZF缺失与睾丸病理的关系：对AZF缺失伴精子发生障碍的患者进行睾丸活检，发现睾丸的病理改变与AZF丢失部位有明显的相关性：AZFa缺失唯支持细胞综合征或早期的生精阻滞。AZFb缺失生精阻滞，主要停留在精母细胞阶段。AZFc缺失生精小管内部分仅见支持细胞，部分 可见精原细胞、精母细胞、精子细 胞甚至精子。,4. AZF的传代问题：可以传代，而且不影响子代的生长发育，但男性子代仍是AZF缺失患者。5. AZF的检测方法：(1) 特异探针进行Southern Blot(2) FISH方法(3) PCR方法(4)多重PCR方法,
