对一道争议问题的深入剖析和思考

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  近期一道遗传题在高中生物教师中讨论异常激烈,题目为:“某常染色体遗传病,基因型为AA的人都患病,Aa的人有50%患病,aa的人都正常。一对新婚夫妇中女性正常,她的母亲是Aa患病,她的父亲和丈夫的家族中无该患者,请推测这对夫妇的子女中患病的概率”。很多教师给出了答案和解题思路,有的说是1/8,也有人说是1/12。
  在探讨此题时,有教师质疑题目的科学性和合理性,理由是:
  (1) 基因型Aa一半正常一半患病,同种基因型为什么出现不同的表现型?按照经典遗传学(孟德尔遗传学)无法解释。
  (2) 即便基因型Aa确实有50%患病,也是在群体中患病的概率;具体的某一个人,是否也可以说基因型Aa的患者后代中出现Aa基因型的个体也有50%患病?
  (3) 如果确实基因型Aa的患者后代中出現Aa基因型的个体也有50%患病,那么是否可以理解为Aa个体在产生配子时,其实是产生了A(致病)、A(不致病)和a三种配子?这样和DNA精确复制有矛盾,基因A经过复制为什么产生两种不同的子代基因A(致病)与A(不致病)?
  (4) 如果不能解决疑问(2)(3),那么对于具体的某个人,基因A是特定的(要么致病,要么不致病),在形成配子遗传给后代过程中不会发生变化,即该题中母亲Aa患病,其基因A是致病的,若后代接受A,则致病,否则不致病;但该女子正常,所以女子没有继承母亲的A基因,故女子基因型为aa,这样的话这对夫妇后代中将不会再出现患者,即患病概率为零。
  因此,下面首先探讨题目的合理性。
  1 基因型相同表现型不同的事实及解释
  众所周知,同卵双胞胎具有的基因组成完全相同,然而他们在不同时期可能患上不同的遗传病,这种现象被称为“同卵双胎不一致性”。要解释“同卵双胎不一致性”的原因,就需要了解表观遗传学相关知识。表观遗传学是指在基因组序列不发生变化的条件下,基因表达发生改变并产生可遗传的表现型。表观遗传学主要调节机制有:DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、遗传印记等。即基因组成相同的个体,由于DNA甲基化程度不同或组蛋白修饰差异等原因,可以出现不同的表现型。2010年全球最大的表观遗传学研究项目(简称Epitwin)启动,Epitwin项目将对5 000对同卵双胞胎进行深入研究,来揭示双胞胎间差异的细微表观遗传信号。
  所以,该题目具有合理性。“基因型Aa的人有50%患病”,可以理解为:基因型Aa的个体中A基因能够表达的机会是50%(能致病),50%的机会将处于沉默状态(不致病)。
  2 争议答案及思路分析
  有很多教师给出的答案是1/8,其分析思路为:该女性的基因型为Aa或aa,概率各是1/2;丈夫的基因型为aa,则这对新婚夫妇的子女基因型为Aa或aa,其中Aa的概率是1/2×1/2=1/4。由于Aa的人有50%患病,所以这对夫妇的子女中患病的概率是1/4×1/2=1/8。
  也有许多教师的答案是1/12,其分析思路为:由于女子母亲的基因型是Aa患者,父亲是aa,所以他们的后代有可能是1/4Aa(不患)、1/4Aa(患)和1/2aa。然而女子正常,排除1/4Aa(患),所以女子基因型及比例为1/3Aa(不患)和2/3aa。又因其丈夫基因型为aa,所以孩子有1/3×1/2=1/6的概率为Aa,而Aa有50%患病机率,所以孩子患病机率为1/6×1/2=1/12。
  看似两个答案都合理,它们的分歧点在哪里呢?为了明显起见,可用遗传图解的形式,展示两种分析(为使说明更加清晰,以下用“甲”表示1/8解题思路,“乙”表示1/12解题思路),图1展示了两种分析中女子父母的后代基因型及其比例。
  该女子不患病,又因基因型Aa个体患病概率为50%,所以甲种分析中,女子的基因型及概率为1/2aa和1/2Aa(母亲的基因型Aa患病与否不影响后代基因型)。乙种分析中母亲基因A在形成配子时,出现一半致病(A表达)一半不致病(不表达),所以不患病女子的基因型及概率为1/3Aa(不致病)和2/3aa。因此,在计算该女子与丈夫的后代患病概率时可有图2中的解释。
  甲中女子与丈夫的后代出现基因型Aa的概率为1/4,Aa有50%患病,故得出后代患病概率为1/8的答案。乙中将基因型Aa有50%患病,转化成A配子一半致病,得出答案1/12。
  从甲、乙的比较可见,出现分歧的根本原因是对“Aa个体有50%患病”的理解。甲认为受精卵Aa先产生,然后在发育过程中出现是否患病的选择,也就是不论亲本Aa是否患病,不影响后代Aa基因型出现的概率1/2,当后代基因型为Aa确定之后,发育成长过程中A基因选择是否沉默;乙认为亲代A基因在产生配子过程中就已经选择是否沉默,然后完成受精,受精及其后的发育不影响A基因先前的选择。
  哪一种认识更加符合实际呢?目前,对于表观遗传学中基因修饰是从受精卵开始,还是配子产生时开始,没有确切的结论。但是从已有的实例“同卵双胎不一致性”及Epitwin项目的研究,猜测受精卵形成后基因修饰的可能性更大,如果这种猜测没有问题,那么答案1/8更加确切。
  3 建议与反思
  鉴于以上分析,建议对该题目作出修正以减少或消除歧义,例如可以将“基因型为Aa的人有50%患病”修正为“Aa的受精卵在后天发育过程中有50%的机率患病”或修正为“Aa个体产生的配子中,含有A基因的配子有50%的可能致病”。
  从对这道题进行激烈讨论,到查阅资料分析不同答案间的矛盾,找到不同观点的分歧点,认识到出现争执并非一定是谁是谁非,可能是问题本身有问题。与其固执己见,不如听听他人的见解,找出分歧的根源,从而对认识进行升华,达到内在的提升。
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