胡安和特蕾西非常想要孩子，但他们不能生育，于是他们领养了两个漂亮的孩子。这两个孩子——卡桑德拉和约翰——都来自胡安的祖国哥伦比亚。胡安和特蕾西不太了解孩子的亲生父母，只知道卡桑德拉的母亲没读完四年级，生她的时候才20岁，并且那时已经有三个孩子了。两个孩子的生父都没有参与领养过程。孩子们和胡安有一样的文化和族裔背景，但胡安对他们的身心健康及其亲生父母的具体情况都不清楚。
有时，胡安和特蕾西会想，他们与亲生父母相比，到底谁对孩子的行为和性状影响更大呢？卡桑德拉长得不像特蕾西，像胡安，而约翰则刚好相反。两人的心理特征呢，特蕾西本来以为卡桑德拉的脾气是天生的，但后来夫妇二人发现，通过他们的教育和对卡桑德拉行为做出的反馈，卡桑德拉的脾气得到了极大的改善。孩子的性情、性格、智力水平会像胡安和特蕾西吗？还是更像他们的亲生父母？胡安和特蕾西对孩子的发展有什么影响呢？
学习本章的过程中，你可以从胡安和特蕾西的角度考虑问题。你要怎样让胡安和特蕾西理解孩子不仅受后天教养的影响，也受遗传因素的影响？天性与教养对儿童性情、性格、智力的发展发挥什么样的作用？学完本章，你就可以向夫妇二人详细解释基因与环境如何影响其子女的身心特征。回答这个问题，你应该用到至少十个具体的概念。
基因与人类繁衍
基因与神奇的遗传编码
细胞分裂
性状与基因异常
显性与隐性
染色体异常
产前筛查与基因检测
基因与环境的关系
反应幅度、渠化作用和选窝现象
或然渐成论：激活你的基因
行为遗传学
行为遗传学、遗传率、共享与非共享环境
如何估测遗传率
复杂特征的遗传率
胡安和特蕾西面临的是儿童发展领域的核心问题。儿童的性格、智力等特征多大程度上受亲生父母遗传因素的影响？又在多大程度上受养父母、教师、伙伴等环境因素的影响？第1章中，我们提出了天性-教养问题，几个世纪以来，哲学家就这个问题争论不休，直到现在，这还是科学家研究的基本问题之一。第2章从多个方面探讨了天性-教养问题。首先，我们来了解一下天性，回顾基因、染色体、人类繁衍、细胞分裂等相关知识，然后讨论与天性相关的各个因素与培养之间的关系。环境与基因如何影响儿童发展？胡安和特蕾西抚养孩子的方式是否会影响其性格、智力等特征？后天教养与儿童基因如何发生作用，进而影响儿童发展？本章将介绍人类遗传，以及基因与环境之间的相互关系。
基因与人类繁衍
图2.1 46条成对染色体核型
该核型（染色体示意图）中，22对染色体形状相似，最后一对包括一条X染色体和一条Y染色体（图中方框标示）。
我们每个人都是从一个受精卵细胞发展而来。直到成人，最初那个细胞已经分裂出亿万个细胞。身体内部各个细胞的结构和功能由基因决定，即分子决定细胞如何生长。我们继承父母的基因，但每个人的具体基因组合各不相同，从而产生不同的细胞，形成独一无二的个体。现在我们来看看基因是什么，基因又是如何代代相传的？
基因与神奇的遗传编码
人体内绝大多数细胞的细胞核内包含46条染色体（携带遗传信息的DNA分子结构）。染色体由脱氧核糖核酸链（DNA）组成。染色体成对出现，如图2.1所示，共有23对染色体。其中男女都相同的22对染色体，被称为常染色体。除此之外，女性还有两个X染色体，而男性还有一个X染色体、一个Y染色体。图2.1所示为男性体内染色体。
1953年，英国研究人员詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克首次发现DNA的分子结构——两条由核糖分子与磷酸分子组成的长链，就像旋转楼梯一样相互缠绕。图2.2显示了DNA双螺旋结构和连接两边的“梯级”。螺旋结构中的每一级都由一对碱基分子组成，名为腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）。如图所示，DNA序列就是由一系列“梯级”（一对对碱基）组成。值得注意的是，腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对（A-T），而鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对（G-C）。因此，如果双螺旋结构一边是ACCACT，另一边就必然是TGGTGA。
在每个体细胞所含的46条染色体中，大约有30亿对组成核苷酸的碱基。正是这些碱基对的不同排列构成了个人的遗传密码（基因组），从而决定哪些性状将得到遗传。遗传密码还可细分为更小的部分——基因。基因是一小段DNA链，一个基因决定某个性状、组织等的遗传信息。人类体细胞中的46条染色体大约有25 000个基因。值得一提的是，只有2%的碱基对人真正发挥作用。研究人员正在研究人类基因组内发挥作用的部分和基因组的种类，但是基因序列的功能还有待探索。
图2.2 染色体、DNA、基因
每个细胞核内含染色体。染色体由DNA双螺旋组成。DNA形似阶梯，两边由碱基对组成的“梯级”连接。腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对（A-T），而鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对（G-C）。基因是一段染色体形式的DNA，通常包括几千个碱基对。
经过在人类基因组计划中的各国政府与科学家的共同努力，现已发现1 800多种致病基因，已研发2 000种以上人类致病基因检测，并开发出了大大降低基因检测成本的生物技术产品。图2.3列出了一些已发现的基因。接下来的几年里，这些信息还会持续发挥作用。科学家们正在努力寻找导致遗传性疾病的基因，包括与50种癌症相关的基因异常。这一研究发现可以拯救和延长数百万生命。假如血友病是你的家族遗传病，你就可以进行基因检测，判断自己是否遗传了血友病基因。该基因在X染色体上的位置标记如图2.3所示。如果你遗传了血友病基因，可以咨询医生如何避免可能导致大出血的重伤。另外，医生可能利用基因疗法改变你体内细胞的遗传功能。如果他们可以注射健康基因对抗你体内的致病基因，并通过基因“剪贴”修复缺陷基因，你会怎么样？如果他们可以选择性地阻止致病基因发挥作用，使你避免患上疾病，你又会怎么样？2011年，研究人员就某种基因疗法进行了2 700多次临床试验来改变人体基因，例如，置换基因、基因活化调节、改变基因以使病变细胞更能为免疫系统识别等。尽管基因疗法还处在临床试验阶段，很多重要问题亟待解决，但其发展仍备受期待。
图2.3 人类4号染色体与X染色体已定位的基因举例
本章稍后会提到亨廷顿氏舞蹈症（位于4号染色体）与性别相关基因（位于X染色体）。
目前，人们已经可以在生殖技术的帮助下选择胚胎性别。临床医生先将女性的卵子与男性的精子放进试管里培养，接着将所选性别的染色体（XX代表女，XY代表男）植入女性子宫。人们还可以用类似的方式筛选出致病基因，以“自然”方式形成的胚胎在母体内也可以接受检查。检查结果有助于夫妇对胚胎的发育状况有更加全面的了解，并做出相应的决定。以后，人们还可以对未出生的孩子进行遗传性疾病基因检测，这样，未来的人们可能免受多种遗传性疾病的困扰。
但是如何把握这个度？读到以上内容时，你可能已经想到这一领域涉及的复杂道德问题了，如何才能在不违背伦理的前提下应用这些技术呢？如果一个人遗传了致病基因，只能表明他在一生中有可能患上某种疾病，并不能表明他一定会患上某种疾病。因为很多疾病是由其他变化、饮食、接触风险因素等环境因素诱发的。父母是否应该抛弃携带致病基因或患有唐氏综合征的胚胎呢？我们可能觉得，为了下一代，应该抛弃某些会引起夭折或痛苦死亡的致病基因，但是对于结肠癌、阿尔茨海默病等发病较晚的疾病，我们又应该如何应对它们的致病基因呢？胚胎如果有其他不好的性状，如低智商、暴力倾向等，我们应该如何应对？不要忘了，基因检测并不能保证百分之百准确。如果基因检测错判胚胎携带致病基因，我们又该如何？而且随着基因检测面向大众开放，合理解析测试结果，包括预测特定疾病发展的准确性等，就变得尤为重要。遗传学研究日渐深入带来的种种可能性让人兴奋，但同时也带来了不少复杂的问题。
社会政策视角
保护公民的遗传隐私
提前知道自己是否携带糖尿病、乳腺癌、前列腺癌、心脏病等严重疾病的致病基因是有用的吗？如果你很小就知道自己有可能患上某些疾病，你就可以改变自己的生活方式，避开风险，避免引发疾病。例如，你本来48岁可能突发心脏病，但通过饮食、锻炼、高血压药物治疗等方式，就可能避免其发作。
但是如果你的老板或保险公司得知你的基因情况，那会怎么样？老板会不会因为担心你承受不了工作压力而解雇你或剥夺你的升职机会？其他的雇主会不会因为你的健康问题而拒绝雇用你呢？健康保险公司会不会因为风险太大而拒绝为你提供保险呢？还会有公司愿意接受你的投保吗？
这些问题都是遗传信息隐私全国讨论中的核心问题。早在人类基因组初稿完成之前，美国政府就已发布禁令，禁止任何联邦机构将基因信息用于员工招聘、升职、解雇等目的。23个州随即立法反对招聘过程中的“基因歧视”。经过多方讨论协商，2008年5月21日，《遗传信息反歧视法案》（GINA）通过立法。该法保护人们在就业与健康保险方面免受基因歧视，并禁止保险公司与雇主要求公民进行基因检测。2008年，美国大多数州（密西西比、北达科他两州除外）都通过法案，规范保险公司对于基因检测信息的使用。
如何利用基因信息，利用过程中应该有哪些限制呢？从某一方面来看，雇主和保险公司已经对雇员和保险对象做过健康风险评估。你曾经多少次被问到“目前的身体状况”，以及是否抽烟、饮酒？如果抽烟导致健康问题，那么要求烟民多付保险费是合理的吗？一位20岁单身男性与一位40岁已婚女性相比，谁的汽车保险费更高？因此，我们早已根据相关风险将对象分门别类。
我们没有可靠的方法预测个人未来，只能考虑所有风险的相关因素。把20岁男性统一列入高风险驾驶行列，真的公平吗？有些人认为基因检测评估风险更加公平、可靠、客观。《纽约时报》一篇社论指出“随着理性歧视的发展，曾经的偏见慢慢弱化。人们不再因肤色受歧视，而凭染色体决高低”。
弗朗西斯·柯林斯，美国人类基因组计划前负责人，提供了另一角度的看法。柯林斯预测该计划的主要贡献在于应用遗传学制定个人健康计划，促进个人健康。但他也警告只有通过立法防止社会组织在健康保险与就业方面的基因歧视，基因检测才能发挥有利作用。很多人担心基因检测的负面影响。一次电话调查中，63%的受访者表示如果雇主和保险公司可以拿到基因信息，他们拒绝参加基因检测。如果人们拒绝基因检测，他们就无法提前判断风险。上百万人可能罹患疾病，甚至死亡，而这些疾病本可以避免。
问题
即使通过了《遗传信息反歧视法案》，你认为联邦和各州法律能起到多大的作用？企业会找到法律的漏洞吗？我们真的可以强制要求雇主在招聘时不考虑健康风险吗？保险公司如被迫接受高风险、高成本的投保人，又如何保持盈利？你认为我们应该如何平衡早期风险检测与基因信息的挪用、滥用？
另外一个问题涉及基因检测对象的个人隐私。社会政策视角板块文章《保护公民的遗传隐私》对遗传学研究领域的隐私与伦理有更详细的介绍。
细胞分裂
人类繁衍过程中，父亲体内的精子与母亲体内的卵子结合形成新的胚胎。受精过程中，卵子与精子结合，父母双方的染色体结合，从而形成胚胎独一无二的基因组合。每一对染色体包含两种基因，分别来自父母双方。两种基因主要在碱基对（A、T、G、C）序列上存在些许差异。这些不同的基因被称为等位基因，等位基因结合形成每个人的独特特征。
图2.4 有丝分裂
复制过程中，DNA链“解压”，每条母链上会长出一条新的子链。这就是细胞分裂过程中每条染色体（遗传密码）的复制方式。
为了更好地理解基因遗传，你需要了解一些细胞分裂的知识。卵子与精子结合之后，受精卵开始分裂。第一次分裂之后形成的有机体被称为合子。合子内部的细胞继续分裂，每次分裂形成新细胞，细胞内部基因信息完全相同。
我们来探究一下这个过程，看看体内基因如何复制到每个细胞内部。有丝分裂（“复制分裂”）是指一个细胞复制自身染色体、再分裂形成新细胞的过程。细胞分裂过程中，每条染色体上的DNA材料“解压”。两条螺旋之间由碱基对形成的微弱连接断裂。图2.4展示了DNA链如何解压并自我复制。两条旧链之上生出两条新链，重新结合形成两条新的染色体。这一过程完成后，我们就成功复制了一对染色体。如果一切顺利，每个新细胞都包括完全相同的DNA。有丝分裂贯穿胚胎发育和身体成长、运转、愈合的整个过程。除非细胞出现异常（碱基对排列顺序改变），生殖细胞以外的其他细胞内都含有由受精卵细胞中的染色体复制而来的46条染色体。
生殖细胞，即配子，并非经有丝分裂而成。配子是组成人类精子、卵子的细胞，通过另一种细胞分裂方式——减数分裂形成。减数分裂的过程见图2.5。减数分裂的名称由来是因为此类分裂将每个细胞的染色体数目减半。每个生殖细胞经减数分裂，染色体数量减至23条，受孕时精子、卵子结合之后，受精卵得以形成标准的46条染色体。减数分裂过程中，不同染色体对的遗传物质可以互换（这一过程叫作交换），然后随机分配形成生殖细胞，进而保证基因池的多样性。因此，即使一对夫妻有好几个孩子，因染色体或基因组合的差异，每个孩子也会表现出较大的遗传差异。
最后，繁殖与细胞分裂还涉及性别的确定。我们已经提到过，一般细胞内部共23对染色体，其中一对十分特殊，叫作性染色体。性染色体表示为X染色体和Y染色体。女性有两个X染色体，男性有一个X染色体、一个Y染色体。性细胞形成后，女性的卵子只有X染色体，而男性精子一半有X染色体，另一半有Y染色体。与卵子结合的精子类型决定婴儿的性别。如果精子携带X染色体，受精卵为XX，婴儿性别为女；如果精子携带Y染色体，受精卵为XY，婴儿性别为男。X、Y染色体也与遗传缺陷有关，详见下节。
双胞胎是怎么形成的？ 前文提到减数分裂可以保证遗传多样性，但同卵双胞胎拥有相同的遗传密码，是唯一的例外。同卵双胞胎是指由一枚受精卵发展而来的两个人。怀孕初期，受精卵细胞分裂成两个有机体，最终成长为两个婴儿。科学家称同卵双胞胎为单卵双胞胎，因为双胞胎来源于同一个受精卵。单卵双胞胎由一个受精卵发展而来，彼此拥有相同的46条染色体和相同的遗传密码。同卵双胞胎性别相同，外形也很相似。同卵双胞胎出现的概率大约是1/260（不同阶层人口之间基本没有差别），似乎不具有遗传性。
图2.5 减数分裂
配子（精子和卵细胞）经减数分裂而成。减数分裂将每个细胞内部46条染色体减至23条。染色体片段交换与随机重组保证了物种的基因多样性。受精之后，细胞分裂方式变为有丝分裂，细胞内部46条染色体全部复制到新细胞内。
异卵双胞胎是两次受精的结果，也就是说，母亲排出两个卵子，与两个精子分别结合。异卵双胞胎是由两次受精形成的两个受精卵发展而成，因而也被称为双卵双胞胎。双卵双胞胎与非双胞胎的兄弟姐妹一样，在基因上不会特别地相似。两人性别可能不同，外形也可能完全不像。理论上，两人可能不是同一个父亲所生。怎么会这样呢？如果母亲在短时间内与两个男人发生关系，她可能排出两个卵子分别与两人的精子结合。尽管发生概率较低，但也可以说明异卵双胞胎之间差异之大。还有可能出现半同卵双胞胎，又名极体双胞胎。这种类型的双胞胎由一个卵子（通过有丝分裂）分裂成两个细胞，随后与两个不同的精子结合而形成。半同卵双胞胎从母亲方面遗传的染色体相同（来自分裂的卵子），但是从父亲方面遗传的染色体不同（来自两个不同的精子）。半同卵双胞胎被发现已有数年之久，但是具体发生概率仍不清楚。
不同种族出现异卵双胞胎的概率不同，科学家目前还不清楚其原因。亚洲人的异卵双胞胎出现概率为1/500，白种人为1/125，某些非洲人种则高达1/20。由于异卵双胞胎需要母亲排出多个卵子，那么母亲的基因、卵巢与生殖系统的正常运转起到至关重要的作用。因此，异卵双胞胎有母系遗传的倾向，并且随着母亲的年纪增长，概率增加。
其他辅助受孕方式 形成胚胎并不容易，很多问题都可能导致一些夫妻难以怀孕。父亲精子量少、母亲生殖系统缺陷是两大主要原因。另外，单身人士或同性恋夫妻也可能想生孩子。面对以上情况，表2.1列出的人工授精以及其他技术都可以帮助人们怀孕。个人视角板块文章《人工授精》，介绍了一对夫妻使用辅助生殖技术的经历。
有些妇女服用催孕药解决生育问题。这些药物刺激卵巢排出更多卵子。有时出现多个卵子与多个精子结合，形成双胞胎、三胞胎、四胞胎等多胞胎。这种方式出生的婴儿多是异卵（异卵双胞胎、异卵三胞胎等）。不过，有时在多胞胎中，也会出现一个或多个受精卵分裂形成同卵双胞胎的现象。
目前为止，人们还未发现人工受孕会对儿童造成发展问题。在对这类儿童从出生到青少年时期的跟踪调查中，父母、老师和儿童自己均认为他们在情绪、友谊、学习成绩等方面都表现出良好的社会适应性。一个明显的区别在于，与普通母亲相比，借助这类技术的母亲往往更加关爱孩子，与孩子关系更加密切。这可能是因为怀孕过程很辛苦和她们有克服困难的决心。有证据表明，通过胚胎捐献（将捐献胚胎移植入待孕母亲体内）怀孕的父母可能会过于关爱子女，更加具有保护性。
个人视角
体外受精
杰米·康弥撒里斯
密歇根州阿勒根县
一位通过人工授精怀上孩子的母亲
你为什么会使用辅助生殖技术？
我患有多囊卵巢综合征，需要注射激素促进排卵。接受宫腔内人工授精（IUI），每次排卵周期怀孕概率增加了20%，和“正常”女人怀孕概率一样。但是宫腔内人工授精还是没效果，所以我们决定进行体外受精。
你能简单介绍一下体外受精的流程吗？
我们是借助体外受精（IVF）怀上儿子的。我连续几周服用药丸，进行注射，改善激素情况。之后，我的卵巢出现了不少卵泡和成熟的卵子。把卵子从卵泡中取出来，在实验室受精，最后将两个2天大的胚胎放回我的子宫。其余的胚胎低温保存，以备不时之需。
第一次就成功了吗？有没有什么副作用？你总体感觉怎么样？
第一次体外受精，我就怀上了，但只持续了5个星期。第二次是三胎妊娠，结果怀孕24周儿子出生，因为过早早产而夭折。最后一次，我们生下了一个健康的孩子。过程中的副作用包括激素治疗导致的潮热、喜怒无常，子宫过度刺激导致的腹胀，以及注射伤口。一想到体外受精可能不成功，我还容易情绪化。不过，我觉得体外受精还是值得一试的，因为每次尝试我都成功怀孕了。但是，我还经历了多胎妊娠，那其实挺危险的。对不孕不育的夫妻来说，体外受精是很好的选择。
你身边的朋友和家人支持你吗？他们怎么看待你的决定呢？
我们的家人朋友都非常支持我进行宫腔内人工授精和体外受精。我们毫不避讳，也从未得到负面的反馈。
对其他想要尝试宫腔内人工授精和体外受精的人，你有什么建议吗？
了解整个流程，包括各种副作用和可能出现的结果。浏览著名的网站、论坛，咨询生育专家和私人医生。夫妻两人应该商量好具体流程和整个疗程的时间。了解你的需要，相信你的直觉。
问题
你会接受人工授精或其他辅助受孕方法吗？你认为父母应不应该告诉孩子，他们曾使用这些辅助技术？为什么？
表2.1
性状与基因异常
可以想象，每个独特个体的遗传密码多么复杂。46条染色体上有上千个基因，由30多亿对碱基有序排列而成。所有这些信息形成遗传密码，遗传密码必须精确无误地复制到数万亿人体细胞中。复制过程中的错误或变异时有发生，有些甚至遗传至下一代。有些情况下，只有少数碱基对出问题。但有时，也会发生整条染色体被破坏、丢失、过度复制的情况。
本节将介绍出现遗传错误时，人们可能会遗传的一些疾病或健康问题。科学家已经辨明数千种遗传疾病，本书将介绍几个例子，以便学生更好地理解基因如何造成人类疾病与人体畸形。随着科学研究的逐步深入，我们将不断了解更多相关遗传密码，将来有望利用基因疗法或其他方法解决严重的健康问题，甚至治疗某些致命疾病。
显性与隐性
前文已经提到染色体成对出现。很多人类性状由等位基因（同一基因的两个版本，位于一对染色体上）之间显性与隐性的关系决定。也就是说，如果一个人的一对染色体分别遗传了一个显性等位基因、一个隐性等位基因，显性基因将决定性状。假设拱足等位基因为显性，扁平足等位基因为隐性。如果你遗传了两个显性等位基因，或显性、隐性等位基因各一个，就会长出拱足。如果你遗传了两个隐性等位基因，分别来自父母的两条染色体，就会长出扁平足。由于这种显性、隐性的关系，显性等位基因决定的性状比隐性等位基因决定的性状更有可能表现出来（更多显性性状见表2.2）。这些性状中，你有哪些？
表2.2
显性与隐性关系不仅决定拱足、卷舌能力等性状，还对遗传疾病与基因异常有影响。以下章节中，我们将介绍显性与隐性等位基因的遗传病、X染色体遗传病，以及染色体异常。
显性遗传疾病 亨廷顿氏舞蹈症是一种常见的显性遗传疾病。这种疾病是遗传性的，但是患者直到30岁以后才会显露病征。亨廷顿氏舞蹈症会持续伤害大脑与神经系统，损伤智力，削弱肌肉控制能力，破坏平衡能力与语言能力。控制亨廷顿氏舞蹈症的基因已被发现位于4号染色体上。这种疾病比较罕见，每10万个新生儿中只有4～7个患亨廷顿氏舞蹈症，欧洲西部人口最容易患这种疾病。目前为止，还没有根治亨廷顿氏舞蹈症的方法。
我们来仔细看看图2.6，图中显示的是当父母一方或双方患有亨廷顿氏舞蹈症时，子女遗传该疾病的可能性。图左侧显示父母中一人有亨廷顿氏舞蹈症显性等位基因（H），也有不会显露性状的隐性等位基因（h），由于疾病基因为显性，这位父亲或母亲将患上亨廷顿氏舞蹈症。父母中另一人携带两个隐性等位基因（hh），因此不会患上亨廷顿氏舞蹈症。一般来说，两人生育的孩子中，有一半可能会遗传显性基因，患上疾病，另一半可能会遗传两个隐性基因，避免这种疾病。图右侧显示如父母双方都有亨廷顿氏舞蹈症显性的等位基因，其子女遗传该疾病的可能性大大增加。
隐性遗传疾病 与显性遗传疾病略有不同，人们必须遗传两个隐性等位基因才会患上隐性遗传疾病。因此，只有当父母双方都显露性状（有两个隐性等位基因）或携带性状（有一个隐性等位基因）时，子女才会遗传隐性性状。囊肿性纤维化是较常见的一种隐性遗传疾病，由7号染色体上的基因控制。囊肿性纤维化影响人体内分泌黏液的器官，常受影响的包括肺、胃肠道、胰腺、肝脏等。囊肿性纤维化患者常出现严重的呼吸问题和肺部感染，但由于针对症状的诊治技术越来越先进，患者预期寿命也从几十年前的20岁左右延长到现在的40岁左右。囊肿性纤维化也是白种人最常见的隐性遗传疾病，每2 000个白人儿童中大约就有一例囊肿性纤维化患者。几乎每25个白人中就有一人携带囊肿性纤维化的隐性等位基因。囊肿性纤维化基本与亚洲人无缘，在非洲人中也很少见。图2.7以囊肿性纤维化为例介绍了隐性性状的遗传模式。
图2.6 显性疾病等位基因
一旦遗传了显性等位基因，人就会表现显性性状。此图中，显性等位基因决定亨廷顿氏舞蹈症。显性等位基因用大写字母H表示，隐性等位基因用小写字母h表示。星标指示该基因会导致疾病（H*）。左侧显示父母中一人患病（H*h），一人健康（hh），子女遗传该疾病概率为50%。右侧显示父母两人都患病（H*h），子女遗传该疾病的概率为75%。如果父母中一人携带两个显性等位基因（H*H*），子女患病概率会是多少呢？
图2.7 隐性疾病等位基因
一个人必须分别从父母双方遗传两个隐性等位基因，才会显露隐性性状。此图中，遗传两个隐性等位基因（c*c*）就会患上囊肿性纤维化。左侧显示父母两人均携带隐性性状基因（Cc*），也都有显性等位基因，因而并未患病。但是，两人的子女遗传两个隐性等位基因（c*c*）并患病的概率为25%。右侧，父母中有一人患病，子女患病风险上升，概率为50%。如果父母双方都患病，子女患病概率会是多少？父母中一人携带疾病隐性性状（Cc*），一人健康（CC），结果又会怎样？
镰状细胞病（SCD）是全世界最常见的一种遗传疾病。镰状细胞病是一系列疾病，表现为血红蛋白受损，血红蛋白是红细胞内的一种物质，负责将氧气从肺部传送到身体各个部分。这一系列疾病中最著名的就是镰状细胞贫血，在非洲裔和拉美裔人群中最为常见。每400个非洲裔新生儿、每1 000个拉美裔新生儿中大约就有1个患病。有地中海地区、中东地区和美洲原住民血统的人群也有患病风险。11号染色体上的基因导致血红蛋白受损，进而形成镰状细胞病。正常的红细胞软软的、圆圆的，而内部血红蛋白受损的红细胞，输送完氧气之后变得僵硬、弯曲，形状与镰刀相似。镰状细胞有黏着性，可能在身体各处小血管内结块，破坏身体组织。美国多个州内医院定期进行简单的血液测试，诊断新生儿是否患有镰状细胞病。这种疾病还可以通过产前基因检测查出来。镰状细胞病有多种治疗方法，但目前为止只有通过骨髓移植才有可能治愈，而骨髓移植需要合适的捐献者，实施风险大。基因研究人员希望开发一种基因疗法，修正基因，或者阻止致病基因发挥作用并活化不同基因，重新生成健康的血红蛋白，从而治愈镰状细胞病。
X连锁性状 X连锁（伴性）性状是指男女发生频率不同的性状，由X、Y染色体上的显性与隐性等位基因决定。女性有两个X染色体（XX），而男性有一个X染色体、一个Y染色体（XY）。Y染色体体积小，携带遗传信息较少（Y染色体见图2.1）。因此，X染色体上的大多数等位基因在Y染色体上没有对应基因，从而导致男性比女性更容易显露隐性遗传疾病性状。
血友病（甲型血友病，亦称典型血友病）是一种常见的X连锁遗传病。血友病患者血液内缺少一种凝血剂，一旦出现割伤或严重擦伤，有可能流血致死。如果男性X染色体遗传了血友病隐性等位基因，即使Y染色体上携带有助于凝血的显性等位基因也无法避免疾病。女性则幸运得多。即使她们有一条X染色体遗传了血友病隐性等位基因，另一条X染色体上几乎总有显性等位基因主导凝血机制。这些女性不会患病，只不过有可能将疾病基因遗传给子女。女性只有在两条X染色体都遗传了隐性等位基因的情况下，才会罹患血友病，而这种情况极其罕见。X连锁隐性遗传性状还有进行性肌营养不良症、色盲、某些种类的视网膜色素变性（导致失明的一大因素）等，这些健康问题在男性中更为普遍。
X染色体上的显性等位基因疾病则是另一种情势。女性（有两个X染色体）比男性（有一个X染色体）遗传X染色体致病基因的概率高出一倍。又因为致病基因是显性基因，任何一条X染色体上遗传了该基因，女性都会患病。因此，女性比男性患病的概率也高出一倍。幸运的是，X连锁显性遗传病十分稀少。抗维生素D性佝偻病是其中一例，女性患病率高出男性一倍。患病儿童伴有肾脏问题，骨骼生长所需的钙质生成受阻。患病婴儿在1岁时就开始出现四肢畸形，生长缓慢。雷特氏综合征（导致严重的精神发育迟滞）也是一种X连锁显性遗传病。这种疾病仅出现在女性中，因为遗传该病的男性数量极少，且出生之前就已经死去。一般来说，如果女性有一条染色体上携带致病基因，另一条染色体上就会有隐性（不致病）基因，不致病基因足以支撑女性胚胎存活。但是男性不同，小小的Y染色体不携带不致病基因，所以只有致病基因发挥作用。致病基因破坏力强，会导致男性胚胎流产。
脆性X染色体综合征也是一种特殊的性染色体疾病。这种疾病与X染色体受损有关——染色体一端受损，且含有可致病的受损等位基因。脆性X染色体综合征可导致面部畸形、脑部损伤，进而导致精神发育迟滞。每4 000～6 000名男性中就有一位脆性X染色体综合征患者，比女性患病率高出一倍。脆性X染色体综合征是导致男性精神发育迟滞的主要疾病之一，仅次于唐氏综合征（介绍见下节）。
你可能已经发现，很多性状并不完全遵循基因遗传的显性与隐性模式。很多（有人认为是大多数）性状是多基因性状，即性状形成涉及多种基因的共同作用。发展心理学家十分关注的复杂性状，如智力、性情等，就受到多种基因的影响。而且更复杂的是，很多基因具有多效性，即某个基因或某组基因影响多个性状。因此，可以想象，研究复杂性状遗传十分困难。
染色体异常
每160个新生儿中就有一个的染色体数目或结构出现问题。大多数的胎儿流产都是染色体异常造成的。正常情况下，每个精子和卵子都有23对染色体。然而，在减数分裂形成配子的过程中，精子或卵子有可能缺少或多出一条染色体。大多数时候，这种情况会导致早期流产。
不同于其他染色体异常，21号染色体异常不会造成流产。21号染色体是最小的染色体之一（见图2.1）。如果多了一条21号染色体，婴儿就会患上唐氏综合征。唐氏综合征别名“21三体综合征”，因为这种疾病是由21号位上出现的三条染色体造成的。典型的唐氏综合征患者身形矮小，手指粗短，易出现心脏问题，寿命较短（见图2.8）。患者还伴有精神发育迟滞，智商一般在25～50之间（正常人平均智商为100）。唐氏综合征是导致精神发育迟滞的最主要遗传性疾病，40%中到重度的精神发育迟滞是由这种疾病造成的。一般来说，典型唐氏综合征成年患者心智水平停留在7～8岁儿童的水平，寿命大约50岁。但是，寿命与种族关系密切。白人患者平均寿命50岁，非洲裔美国人25岁，其他种族则仅有11岁。造成这种差异的部分原因在于防护条件不同，例如，对于并发症的药物或手术治疗、预防措施的质量等。
95%的唐氏综合征患者因卵子形成时，21号染色体对没有正常分裂，导致多出一条21号染色体，从而患病。图2.9表明，随着母亲年龄增大，婴儿患病概率明显增加，但研究人员尚不清楚原因。可能因为母亲年龄增大导致卵子质量下降，进而导致染色体异常。35岁产妇风险过高，医生通常建议怀孕早期进行基因检测，检查胎儿染色体是否异常。尽管多方强调“高龄”产妇会导致婴儿患病概率增加，但读者还需注意，因年轻母亲生育率高得多，所以多数唐氏综合征患儿都是由35岁以下的母亲所生。
图2.8 唐氏综合征症状
唐氏综合征由染色体异常（多出一条21号染色体）造成。患者典型特征为鼻低平、眼裂小、外耳小、脖子短。智商低也是唐氏综合征患儿面临的一大问题。
图2.9 母亲年龄与唐氏综合征患病风险
母亲年龄越大，其子女唐氏综合征患病率越高。
性染色体异常 除了造成21三体综合征（唐氏综合征）以外，多出一条染色体通常还会导致流产或婴儿出生数月内夭折。不过，有一个例外——性染色体。即使性染色体缺少或过多，婴儿也可以存活——实际上，性染色体数目异常是人类最常见的遗传疾病之一。每500个新生儿中就有1个患病。表2.3列出了几种性染色体异常遗传疾病。下节，我们将介绍医生最常使用哪些诊断技术，检查胎儿是否遗传或罹患遗传疾病。
表2.3
产前筛查与基因检测
父母在怀孕期间感到忧虑是十分正常的，特别是家族有遗传病史或婴儿有其他风险的时候。幸运的是，现在医学专家可以帮助父母减轻妊娠期焦虑。孩子出生之前，医生可以通过多种手术方法检查遗传疾病和其他潜在问题。最常用到的方法包括超声检查、羊膜穿刺、绒毛取样等。还有一些手术方法已经成形或正在测试，涉及分析母亲血液中的胎儿DNA和RNA。这些手术方法只需进行母体血液分析，无须对子宫施针，因而母亲和胎儿都比较安全。
超声波检查（超声），即技术人员利用设备将声波对准孕妇腹部，设备读取返回的声波信息，生成胎儿和周围结构的图像。医生可通过超声检查判断胎儿是否存在健康问题，可以检测到一些结构性缺陷，如心脏、神经管、脊柱等部位的缺陷。超声检查可以在妊娠期随时进行。可以选择进行3D和4D超声检查。前者中声波从不同角度发回，通过电脑程序形成一个立体图像，后者则可以实时查看该立体图像。图2.10的超声图像清楚地显示了胎儿形状。
我们永远不会忘记第三胎（之前已经有了两个儿子）的超声检查。医师检测时，设备在我的腹部移动，显示器上出现两个小胎儿，依偎在一起。起先，我们还以为看到了重影，毕竟重影在超声检查中很常见。但医师告诉我们，那不是重影，而是一对异卵双胞胎姐妹。两个儿子，两个女儿，我们太幸福了！得知两个小宝贝都很健康，我们马上开始考虑其他事情：怎么同时给两个宝贝喂奶、换尿布？我们的小汽车怎么装下六个人？（我们后来把小汽车换成了面包车。）
如果父母很有可能将缺陷遗传给子女，或母亲年龄超过35岁，医生通常会建议进行基因筛查。以羊膜穿刺为例，医生将针经母亲腹部、子宫刺入包裹胎儿的羊膜囊。同时，技术人员利用超声波显示胎儿位置，引导针刺入羊水。针上带回少量羊膜囊内的液体，其中含有胎儿脱落的细胞。技术人员将细胞放入实验室培养，从培养的细胞中分离出染色体，按大小排列组成核型，进行基因检测。图2.1所示染色体图即为核型。通过核型分析，医学专家可以检测出上百种遗传疾病，特别是染色体异常引起的疾病。如果有单基因病或其他家族遗传病，可以进行特殊测试，检查疾病相关基因。
图2.10 胎儿超声图
医生可利用超声检查法监测胎儿生长情况，监测上百种潜在的生长缺陷。
图2.11 妊娠期两种采集细胞进行基因检测的方法
左侧绒毛取样，将针筒经阴道插入子宫，采集胎盘绒毛膜细胞，或用针刺入胎盘采集细胞，进行基因检测。右侧羊膜穿刺，将针经母亲腹部、子宫，刺入羊膜囊，取出羊水，其中包含胎儿细胞。
怀孕14周后可进行羊膜穿刺，1～2周能出结果。羊膜穿刺导致不良后果的概率为1/200。穿刺时，针靠近胎儿，可能导致伴随早产风险的子宫收缩，甚至流产，穿刺带来的伤口和病菌可能造成严重感染。由于以上风险，医生一般不会进行羊膜穿刺，除非胎儿可能罹患其他遗传疾病或并发症，情况危险。
绒毛取样（CVS）的实施时间早于羊膜穿刺，大约怀孕9周就可以进行。绒毛取样只需几天就可以出结果。进行这种手术时，医生通常将一根长针筒经阴道插入子宫，有时也会将针经腹部、子宫刺入（与羊膜穿刺类似）。医生在胎盘绒毛膜上采集细胞。下一章会介绍绒毛膜细胞源自受精卵，其染色体和遗传密码与胚胎内部细胞相同。和羊膜穿刺一样，专家可以通过培养这些细胞，构建核型，进行基因检测。绒毛取样的优点在于实施时间早于羊膜穿刺，可以让父母早几周了解胎儿情况。如果胎儿出现严重缺陷，父母可能要终止妊娠，那么，越早诊断越好。过去，进行绒毛取样的流产风险很高（几乎是羊膜穿刺的2倍），还有可能导致胎儿四肢畸形，但现在安全性已经有所提高。近来有研究表明，两种手术风险差不多。尽管绒毛取样导致胎儿四肢畸形概率很小，专家仍建议怀孕满10周再做手术。图2.11展示医生如何通过绒毛取样和羊膜穿刺采集细胞。
从业人员视角
基因咨询师
罗宾·L.贝内特
华盛顿州西雅图市
基因咨询师、美国基因咨询师协会会长（www.nsgc.org），著有《遗传家族史实用指南》（1999）
基因咨询师具体做些什么工作？
我们帮助遗传病患者及有患病风险的人。我们把复杂的遗传信息翻译成实用信息，帮助来访者更好地了解遗传病及其应对措施、遗传作用、检测方法。咨询过程中，我们会建立来访者家族谱系，总结来访者家族至少三代的健康状况和家庭关系。与来访者交流对于基因检测、产前检测及其可能后果的感受与问题，这是我们十分重要的工作之一。我们还负责推荐社区资源和合适的医疗机构。
如果检查出来严重的疾病或缺陷，咨询师如何告知并协助来访者？
诊断结果都是面对面通知的，我们强烈建议来访者有人（配偶、亲人、朋友）陪伴。基因咨询师主要培训方向是哀伤辅导和危机咨询。咨询师会尽量预测来访者的反应，如有需要，则将来访者推荐到专业人士（私人或家庭医生）和互助小组（互助小组相关信息详见http://www.geneticalliance.org）。
你所在领域有哪些最新技术或趋势？
症状前基因检测与遗传易感性基因检测已经成为可能，人们通过基因检测可以得知遗传病患病概率。对于这类人群来说，基因咨询师至关重要，因为有些健康的人有患病风险，而测试结果不能预知发病时间和情况。正确理解检测结果既是医学难题，也是心理难题。新近出现的还有药物基因组学，通过检测人们的遗传易感性，针对个人具体情况开药。这种方法有望大幅减少药物不良反应，但是它十分昂贵。基因疗法关注度很高，但是投入实际应用还有很长的路要走。
从事相关工作需要哪些条件？
必须有基因咨询专业硕士学位，包括医学、心理学、人类遗传学相关课程的学习和1 000小时的临床实践。基因咨询师的工作涉足面广，包括医疗中心、私人咨询、医学研究、公共健康与政策、药品公司和教育行业。如果要将基因检测用于临床治疗，实施者必须得到美国基因咨询协会的认证。
