前一陣子正在跟病人的年度胸部X光檢查和心電圖檢查搏鬥的時候,噗浪上的朋友po了一篇ptt有趣的討論Re: [問卦] 有沒有蠶豆症吃一顆蠶豆的八卦,這篇一開始看起來超正常,我一開始也沒看到笑點在那裏。重點是原po是女孩(聽說是正妹),父母親都沒有蠶豆症,但是原po是蠶豆症;留言的網友依據國高中所教的遺傳法則,要不喊這下可尷尬了,要不就是喊好綠好綠,要不就說要不要問問隔壁家的老王(簡單來說就是以為正妹的父親戴了很大一頂的綠帽)。我忍不住在X光片箱前笑了出來,只能說大家的想像力過於豐富,對性染色體以及性聯遺傳的知識不足導致一個誤會。

綠帽  

 

孟德爾的遺傳研究之後,生物學家開始尋找遺傳因子(孟德爾當時只是假設有這種物質存在,並不確定這種物質是什麼?)。由於顯微鏡跟細胞染色技術的發展,把細胞核裡會被某些特定染料染色的物質稱之為染色體(不過,那時候還不知道染色體是遺傳因子的載體),在1880年代經過一系列的研究慢慢地揭開這個神秘的面紗。1891年德國的細胞學家亨金(Hermann Henking)曾經用半翅目的雄性蝽做實驗,發現睪丸細胞減數分裂中含11對染色體和一條不配對的單條染色體,就稱其為“X”染色體。(人類對自己不能解釋的東西都先稱之為X,比如說X光或者是X-man)。之後Theodor Heinrich Boveri實驗的時候發現:海膽從胚胎發育的時候必須擁有所有的染色體才能正常發育,因此他推測,染色體應該就是遺傳因子。同一年代也有一位細胞學家Walter Sutton,使用不同的生物(記得是蚱蜢)做研究,做出相同的結論。大約1902的時候,Edmund Beecher Wilson將兩位的發現寫於教科書-細胞的發育與遺傳(The Cell in Development and Heredity)之中,並稱呼這個發現為Boveri–Sutton chromosome theory(根據強者我朋友17歲的勘誤,這本書其實是叫做The Cell,後面那個in development and inheritance/heredity只是說他在新版加入了genetics的內容,以前就只是cytology而已)。1928年Thomas Hunt Morgan使用果蠅做遺傳實驗,證實了染色體是遺傳基因的載體,因而獲得1933年諾貝爾生理醫學獎。

 

眾所皆知人類的染色體有46條染色體(男性為46XY,女性為46XX),其中有兩條染色體為性染色體。但是性染色體是怎麼出現的呢?有看過電影侏儸紀公園的人應該記得,當時科學家把所有從實驗室孵育的恐龍都設定為雌性,以為這樣就能控制恐龍的數量,結果大錯特錯。Life will find the way out!這個設定本來就有很多問題,許多屬於變溫動物的脊椎動物是沒有性染色體的。它們的性別由外界環境因素而不是個體基因型決定。有些則是雌雄同體,甚至有些會因為群落的性別量差異調整自己的性別(生物就是這麼奇妙!)。

 

大約在1.6億年前(這是科學家研究最原始哺乳類-鴨嘴獸的基因演化推測的),某個哺乳動物的祖先發生了基因的變異,在其中一對體染色體的其中一條有了決定雄性性別的基因。演化慢慢把大部分重要、對雄性存活有利的基因都聚集在這條染色體,這一條染色體就演化為Y染色體,另一條本來跟Y染色體成對就是X染色體。為了保護這些重要的基因,又演化出避免基因重的機制(怕這些重要的基因重組不見了或跑到其他染色體);but(老梗)凡事有利就有弊,基因重組的機制可以維持染色體的完整性以及降低有害突變保留的機率,既然Y染色體沒辦法跟X染色體重組(嚴格來說大概只有靠近端粒體的少數基因區塊才能),Y染色體上非性別基因區在漫長的演化之河上就不斷的丟失基因群,以人類Y染色體為例,在其演化的過程中丟掉了原本擁有的1,438個基因中的1,393個。

 

一般體基因都是成對表現,也就是說兩個染色體都有功能,所以大家都會說孩子看起來像眼睛像爸爸和耳朵像媽媽之類(完全只像爸爸或媽媽才奇怪)。大家不知道有沒有注意到,X染色體本來是體染色體,也就是說X染色體也肩負一大堆的身體正常發育和蛋白質的工作(例如眼睛錐狀細胞辨認顏色、凝血因子)。Y染色體丟了一大堆的基因,用最簡單的算術,所有的男性辨色力應該只有女性的一半,凝血因子也應該只有女性的一半才是。那男性怎麼還活得好好的?演化非常妙的給了一個完美的解決方案,X染色體的基因表現的活性大約是一般體染色體基因活性的兩倍,就這樣簡單的代償了Y染色體丟失的基因。這個特質也將體染色體和性染色體變成了兩個不同的染色體族群。一般體染色體的基因重組,基因很可能只是從1號染色體移動到2號染色體,一般來說沒有太大的問題。但是如果基因從1號染色體移到X染色體,那問題可大了,這個基因很可能會有兩倍的表現(基因表現可不是多多益善);反過來說,基因從X染色體移動到1號染色體,有可能變成只表現50%或者是影響周圍的基因造成2倍表現。

 

那女性呢?他們有兩個X染色體耶!那基因表現不就是加倍了嘛?這就是演化最妙的地方,在女性胚胎早期發育的時候,會隨機把一條X染色體去活化(X-inactivation),使大部分的基因失去功能,讓胚胎能夠正常發育。這是1961 Mary Lyon研究雌老鼠毛色的時候提出的假說,配合細胞學雌性體細胞Barr body的發現(這個就是一般運動員檢查男性女性用的方法),證實了這個假說的正確性。

 

終於說到性聯遺傳了,先讓我喘口氣(笑)!我們國高中生物學性聯遺傳的時候課本是這樣陳述:性聯遺傳分成X-Link顯性遺傳,X-Link隱性遺傳,和Y-Link遺傳(應該吧!或許Y-Link沒有提)。課本是這樣教我們:女性很少罹患X-Link隱性遺傳疾病,卻可能帶著疾病隱性基因。男性是從母親遺傳到X-Link隱性遺傳疾病。帶有X-Link隱性遺傳疾病基因的女性,所生育的兒子有50﹪的機率會患病;女兒則有50﹪的比率會得到此基因,但女兒是不會發病的帶因者(這就是為什麼一堆人都認為正妹的父親戴了好大一頂綠帽)。不好意思,這是大錯特錯了!

 

或許大家會問,到底錯在那?我之所以兜兜轉轉說了那麼多,就是要告訴讀者們,生物的表現其實有很多不是大家所想的那樣。正妹得到的疾病是Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase deficiency俗稱蠶豆症,沒有錯的確是X-Link隱性遺傳疾病,大家可能會認為正妹兩條X染色體都帶有致病基因才會發病。我看到這個例子第一個推測就是,舅舅或弟弟應該有幾個人有蠶豆症(事實上我一猜就中)。她的致病基因來自母親,她只是運氣不太好,在胚胎發育的時候,把來自父親正常的X染色體去活化,結果表現出母親的蠶豆症基因。不過,跟一般人想的不太一樣的部分在於,正妹的蠶豆症一般來說不會太嚴重。正確地說,不管是X-Link顯性遺傳或是X-Link隱性遺傳疾病,因為女性有兩條X染色體以及X染色體去活化的設計,即使是X-Link顯性遺傳疾病嚴重程度通常也比同樣罹病男性來的輕(剛好去活化到罹病基因的那條X染色體)。而一般X-Link隱性遺傳疾病,即使剛好去活化到正常的X染色體,在細胞分裂的時候有機會發生基因重組,致病基因有可能被正常的基因換掉,以至於疾病的嚴重度都比較輕微。在1962年Ernest Beutler就發現,像正妹這樣(G6PD隱性基因帶因者但發病),血液抹片會發現正常與不正常的兩種紅血球。所以呢,別在胡扯正妹父親戴綠帽了!

 

因為要洗腎診所評鑑墜落在工作的深淵(照例,我當然不會承認是懶惰加沒靈感),以至於部落格就一直放著長草(這次草真的長太長了),本來有打算寫鼎王,結果居然被噗友搶先了(我想我會吃鼎王),還賺到了一堆點擊(我可是有幫你宣傳)。本想繼續部落格放著長草,後來熊熊發現,我失去了長篇大論滔滔不絕的能力(都是17歲害的,居然寫了一大篇言之有物前後呼應的文章)。只好把當時放在廢紙堆裡生蟲的草稿撈出來,希望大家會喜歡!

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千羽宗次郎的科學小窩

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  • kidault
  • 喜欢,学到新知识了,谢谢。
  • 歡迎常來晃晃!

    千羽 於 2014/06/14 21:58 回覆

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