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. 166 2 8. 02± 0. 397 39. 23± 1. 824 3 6. 83± 0. 315 46. 95± 1. 577 4 6. 30± 0. 284 29. 07± 1. 867 5 6. 08± 0. 305 29. 25± 1. 655 6 5. 90± 0. 264 39. 05± 1. 655 7 5. 36± 0. 271 39. 05± 1. 771 x 5. 12± 0. 261 40. 12± 2. 117 8 4. 93± 0. 261 34. 08± 1. 975 9 4. 80± 0. 244 35. 43± 2. 599 10 4. 59± 0. 221 33. 95± 2. 243 11 4. 61± 0. 227 40. 14± 2. 328 12 4. 66± 0. 212 30. 16± 2. 339 13 3. 74± 0. 236 17. 08± 3. 227 14 3. 56± 0. 229 18. 74± 3. 596 15 3. 46± 0. 214 20. 30± 3. 702 16 3. 36± 0. 183 41. 33± 2. 74 17 3. 25± 0. 189 33. 86± 2. 771 18 2. 93± 0. 164 30. 93± 3. 044 19 2. 67± 0. 174 46. 54± 2. 299 20 2. 56± 0. 165 45. 45± 2. 526 21 1. 90± 0. 170 30. 89± 5. 002 22 2. 04± 0. 182 30. 48± 4. 932 y 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: Yp 11 Yq: Yq 11: Yq 11. 1 Yp 12 Yq 11. 2: Yq 11. 21 Yp 13: Yp 13. 1 Yq 11. 22 Yp 13. 2 Yq 11. 23 Yq 12 (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
SRY ZFY MIC 2 TP 2 AMELY TPSY HY IL 9 R GCY AZFa (USP 9 Y , DBY) AZFb(YRRM 1) AZFd AZFc(DAZ)
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： 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. 2× 109 bp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5～ 10万个左右的基因。 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, c. M)表示，1 c. M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～ 300 bp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，Yq 11. 23区域图谱等。
YRRM 1 DYS 7 E DYS 230 DYS 224 DYS 226 DYS 7 C DYS 233 DYS 232 DYS 1 DYS 236 DYS 237 DYS 238 DYS 240 DYS 239 DYS 247 Z 1
(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： u美国的国家生物技术信息中心（WCBT） u美国的基因组序列数据库（GSDB） u欧洲的分子生物实验室（EMBL） u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： u. The Cambridge (UK) server : http//www. path. cam. ac. uk/ u. The london server: http//www. gene. ucl. ac. uk/ u. Tcambridge (USA) server: http//www. genome. wi. mit. edu/
有关Y染色体上STS、EST、Cp. G和细胞遗传信 息也可从以下综合数据库中获得： STS数据库(db. STS)： http: //www. ncbi. nlm. nih. gov/db. STS EST数据库(db. EST)： http: //www. ncbi. nlm. nih. gov/db. EST Cp. G岛数据库(Cp. G island datebase) http: //biomaster. uio. no/Cp. Gdb. 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Yq 12；其短 臂（Yp）约含 1. 3 Kb 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Yq 11或７区分法的第 5 C/D区中， 大 小约 400 -600 Kb，目前在AZFa 区域中已发现 9个基因， 其中UPS 9 Y和DBY被认为是AZFa的重要候选成分。 ①USP 9 Y（ Ubiquitin-Specific Protease 9, Y chromosome） ： 原 称 为 DFFRY（ Drosophila fat factors related Y），位于Yq 11或 7区分段法的5 C/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USP 9 Y有4个碱基 的丢失，伴有严重少精子症，提示USP 9 Y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Yq 11或 5 C/D中，其 5'端距USP 9 Y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Yq 11. 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 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 Yq 11. 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, 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，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. 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YRRM 2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
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