孟德尔的继承理论

我们当代对遗传学的理解建立在一位十九世纪僧侣的工作之上。18世纪中期，早在人们了解基因或染色体之前，孟德尔就发现豌豆以一种离散的、可预测的方式将其生理特征传递给后代。当他交配或杂交两种纯育种的豌豆植株时，它们在某种特性上是不同的，第一代的后代看起来都像父母中的一个。例如，当他杂交高大矮小的纯育种豌豆时，所有的后代都是高大的。孟德尔称身高占优势是因为它在纯种亲本的后代中表达。他称侏儒症为隐性遗传，因为如果纯种父母中有一个拥有显性特征，那么它在后代中就被掩盖了。注意身高和侏儒是身高特征的变异。孟德尔称这种变异为一种特征。我们现在知道，这些性状是表达不同等位基因的基因编码的高度。

孟德尔在不同性状的豌豆植株上进行了数千次杂交。在他研究的性状中，他反复得出相同的结果，一个总是显性的，另一个总是隐性的(等位基因之间的这种显性-隐性关系并不总是如此；有些等位基因是共显性的，有时显性是不完全的。）

利用他对显性和隐性性状的理解，孟德尔检验了隐性性状在豌豆谱系中是否会完全消失，或者在后代中是否会重新出现。通过将纯种亲本的第二代后代相互杂交，他证明后者是正确的：隐性性状以3:1的比例重新出现在第三代植株中（三个后代具有显性性状，一个后代具有隐性性状）。孟德尔接着提出，身高等特征是由遗传的“因素”决定的，这些“因素”由父母双方各传一个，然后由后代成对遗传。

在遗传学的语言中，孟德尔应用于人类的理论说，如果一个人接受了两个显性等位基因，每个父母都有一个，那么这个个体的表型就会表现出显性特征。如果一个个体获得两个隐性等位基因，那么隐性性状将在表型中表达。一个基因有两个相同等位基因的个体，无论是显性的还是隐性的，都被称为该基因的纯合。相反，一个个体有一个显性等位基因和一个隐性等位基因，则被认为是该基因的杂合子。在这种情况下，显性性状将被表达，个体的表型将与拥有两个显性等位基因的个体相同。

用大写和小写字母代表显性和隐性等位基因是遗传学中的常见做法。以孟德尔的豌豆植株为例，如果一株高的豌豆植株是纯合的，它将拥有两个高的等位基因（TT）。矮豌豆植株必须是纯合的，因为它的矮性只有在存在两个隐性等位基因时才能表达。杂合子豌豆植株（Tt）会很高，并且由于显性的高等位基因，其表型与纯合子豌豆植株不可区分。孟德尔推测，在两个杂合子豌豆植株杂交时，遗传因子（基因）的随机分离将产生3:1的显性和隐性比。换言之，对于任何给定的基因，父母都有可能在单倍体配子中将其中一个等位基因遗传给后代，如果父母双方都是该性状的杂合子，结果将以显性-隐性模式表达。

由于配子的随机分离，在预测一个特定表型的可能性时，机会和概率的法则起了作用。考虑一个性状（AA）有两个显性等位基因的个体和一个性状（AA）有两个隐性等位基因的个体之间的杂交。显性个体的所有亲本配子都是A，隐性个体的所有亲本配子都是A（图28.25）。第二代的所有后代，从每一个父母那里继承一个等位基因，都会有Aa基因型，表达显性等位基因表型的概率是4/4，即100%。

这看起来很简单，但是当第二代Aa个体杂交时，遗传模式变得很有趣。在这一代中，每个父母的配子中有50%是A，另外50%是A。根据孟德尔的随机分离原理，后代可能获得的配子组合有AA、AA、AA（与AA相同）和AA。因为分离和受精是随机的，每个后代有25%的机会获得这些组合。因此，如果Aa× Aa杂交1000次，约250（25%）的后代为Aa；500（50%）是Aa（即Aa加Aa）；250（25%）是aa。这种遗传模式的基因型比例是1:2:1。然而，已经确定AA和AA（和AA）个体都表达显性性状（即，共享相同的表型），因此可以组合成一个群体。结果是孟德尔的第三代表型比为3:1。

随机分离在配子形成过程中，来自父母一方的一对等位基因中的任何一个都有可能遗传给后代。该图显示了第一代纯合显性和纯合隐性亲本杂交后两代中可能的等位基因组合。隐性表型在第二代被掩盖，在第三代出现的几率为1/4，即25%。

孟德尔对豌豆植株的观察还包括许多涉及多种性状的杂交，这促使他制定了独立分类的原则。法律规定，在配子形成过程中，来自父母的一对基因（等位基因）的成员将独立于其他对基因进行排序。应用于豌豆植物，这意味着与植物的不同特性相关的等位基因，如颜色、高度或种子类型，将彼此独立排序。这是正确的，除非两个等位基因恰好位于同一染色体上彼此靠近。独立的分类为后代提供了很大程度的多样性。

孟德尔遗传学代表了遗传的基本原理，但在将孟德尔的发现应用于人类遗传研究时，需要考虑两个重要的限定词。首先，正如我们已经注意到的，并不是所有的基因都是以显性-隐性模式遗传的。尽管所有二倍体个体的每个基因都有两个等位基因，但等位基因对可能相互作用产生多种遗传模式，包括不完全显性和共显性。

其次，孟德尔利用数千株豌豆进行了研究。他能够在第二代后代中鉴定出3:1的表型比例，因为他的大样本量克服了偶然性造成的变异性的影响。相比之下，没有一对人类夫妇有过成千上万的孩子。如果我们知道一个男人和一个女人都是隐性遗传疾病的杂合子，我们可以预测他们的孩子中每四个就有一个会受到这种疾病的影响。然而，在现实生活中，机会的影响可能会显著改变这一比例。例如，如果一个男人和一个女人都是囊性纤维化的杂合子，这是一种隐性遗传疾病，只有当一个人有两个缺陷的等位基因时才会表现出来，我们预计他们四分之一的孩子会有囊性纤维化。但是，他们完全有可能生下7个孩子，没有一个受到影响，或者生下两个孩子，两个都受到影响。对于每一个孩子来说，单基因疾病的存在与否取决于孩子从父母那里遗传的等位基因。