人类人类 YY 染色体的遗传特性染色体的遗传特性

周 作 民周 作 民南京医科大学南京医科大学

生殖医学江苏省重点实验室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１　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 8.44±0.433 48.36±1.1662 8.02±0.397 39.23±1.8243 6.83±0.315 46.95±1.5774 6.30±0.284 29.07±1.8675 6.08±0.305 29.25±1.6556 5.90±0.264 39.05±1.6557 5.36±0.271 39.05±1.771x 5.12±0.261 40.12±2.1178 4.93±0.261 34.08±1.9759 4.80±0.244 35.43±2.59910 4.59±0.221 33.95±2.24311 4.61±0.227 40.14±2.32812 4.66±0.212 30.16±2.33913 3.74±0.236 17.08±3.22714 3.56±0.229 18.74±3.59615 3.46±0.214 20.30±3.70216 3.36±0.183 41.33±2.7417 3.25±0.189 33.86±2.77118 2.93±0.164 30.93±3.04419 2.67±0.174 46.54±2.29920 2.56±0.165 45.45±2.52621 1.90±0.170 30.89±5.00222 2.04±0.182 30.48±4.932y 2.15±0.137 27.17±3.182

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: Yq11.1 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：一、染色体的基因组：1. 1. 是人类细胞全套遗传物质，是维持人体正常功能的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。最基本的一套染色体及其携带的全部遗传信息。2. 2. 单倍体人类基因组是由单倍体人类基因组是由 3.2×103.2×1099bpbp 的的 DNADNA 组成，细胞组成，细胞 核基因组中核基因组中 90%90% 左右的左右的 DNADNA 为程度不同的重复序列，为程度不同的重复序列， 10%10% 为单拷贝序列。为单拷贝序列。3. 3. 含有含有 55 ～～ 1010 万个左右的基因。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。　　图谱和序列图谱。　　原计划　　原计划 20032003 年完成人类基因组全部序列测定的目的，年完成人类基因组全部序列测定的目的，已于已于 20002000 年年 66 月提前完成。月提前完成。　　进行　　进行 YY 染色体基因组研究，包括序列测定的主要机构染色体基因组研究，包括序列测定的主要机构是是 Whitehead Institute/MITWhitehead 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：①基因定位②分离和克隆新基因

２．物理图谱（ Physical maps ）：(1) 定义：物理图谱则是把特异的 DNA 片段按实际的物 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：① 定义： STS 为随机地从人类基因组上选择出来的长度 在 200 ～ 300bp 左右的特异性短序列。②来源：a. 随机位点序列b. 表达基因序列c. 遗传标记序列

③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：　　 Vollrath 　 1992 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：①从 DNA 的序列中，可以直接推出基因的结构，包括启 动子、外显子、内显子等。②已知基因的定位。③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/

　　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 的候选基因：　　 AZFa 位于 Yq11 或７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。 ①USP9Y （ 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（ 1/143 ～ 1/576 ） ; 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 的点突变或缺失也可能是精子发生障碍的病因。

②DBY （ 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 A

ZF 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, Y － edcoded ）： 　　位于 Y 染色体短臂上；用 TSPY 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， TS

PY 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 2.7 － 55.5% ，多数在 13 －15% 。造成缺失率差异的原因：①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；②实验方法包括实验条件的好坏，影响到结果的可靠性；③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；④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