血型研究

歷史上某些對遺傳學的突破性理解來自對血型的研究。人體免疫系統會攻擊和對抗異于自身的外來成分，如細菌、病毒和真菌。根據與人體免疫系統的相互作用關系，血液被分為不同的類型。鳥類和哺乳動物的免疫系統最為完善，以分子的構型，尤其是蛋白質的構型為功能效應的基礎。所有細胞的表面都覆蓋著許多獨特的蛋白質和其他分子，這些分子的種類和數量因物種而異。它們是我們身體組織的個人烙印，這也是為什么除了近親之間，人類的腎臟或任何其他器官的移植都非常困難。

外來分子總是會通過破損的傷口或是介入性的醫療措施，陰差陽錯地進入我們的身體，比如為了獲得對某種疾病的免疫力而注射疫苗。免疫系統會將這些進入體內的分子視作外來物，至此，這些分子就成了名副其實的“抗原”（antigen）。所謂抗原，顧名思義，就是能夠引起免疫系統排異反應的物質。某種特定的抗原一旦進入身體，就會誘發與之對應的某種免疫細胞（淋巴細胞）合成名為“抗體”（antibody）的特異性蛋白質，抗體繼而識別并消滅上述抗原。每種抗體都擁有與誘發其合成的抗原互補的分子結構，故而兩種分子可以互相結合（見圖4-12）。

兩者結合的結果，可能是消除抗原的活性，或者是形成巨大的分子復合物，然后再由血液中的其他白細胞（中性粒細胞或者巨噬細胞，身體中的清道夫）識別并清除。舉個例子，如果皮膚破損，進入其中的細菌由于細胞表面獨特的蛋白質和多糖分子而被識別為外來物，這些表面分子即是抗原。識別外來物后，身體開始合成對抗它們的抗體，后者與細菌牢牢結合形成巨大的復合物，隨后被清除。

1927年，卡爾·蘭茨泰納（Karl Landsteiner）和菲利普·萊文（P.Levine）發現，如果把人類的血液注射進兔子體內，就會誘發它們產生對抗人類血細胞的抗體。借助用不同人的血液誘生的抗體，蘭茨泰納和萊文鑒別并命名了兩種不同的抗原：M和N。M型的人類血液能夠誘使兔子產生對抗M抗原的抗體，而N型的人類血液可以誘使兔子產生對抗N抗原的抗體。每個人的血型要么是M，要么是N，抑或是MN，即同時具有這兩種抗原。

已知父母的血型，其后代的表現型僅有以下可能的情況。

M與N交合：孩子的血型均為M。

N與N交合：孩子的血型均為N。

M與N交合：孩子的血型均為MN。

從中可以看出，血型為M或N的人均為該等位基因的純合體，而血型為MN的人則是同時擁有M和N且兩個等位基因同時表達的雜合子。為了紀念蘭茨泰納，決定人類MN血型的基因被命名為“L”，它有兩個互相獨立的等位基因，對應M抗原和N抗原的基因分別被稱為“LM”和“LN”。等位基因這樣的關系被稱為“共顯性”（codominant），即在LMLN的雜合子中，兩個不同的等位基因會同時并完全地表達，由此就可以解釋上面的婚配中出現的后代血型的現象。不僅如此，當父母雙方同為雜合子時，每一方都有一半的配子為LM，而另一半為LN，它們可能的組合情況如下，這與我們的觀察相符。

早在1900年，蘭茨泰納其實就已經發現了一種在今天與人類輸血密切相關的血液分型：A型、B型、AB型和O型。人們之所以注意到這種血液分型，是因為當時在輸血中經常會發生受血者體內的紅細胞凝聚的情況。血液同型者間的輸血往往不會有大礙，但是血液異型者之間的輸血卻總會因為外源血進入人體后發生凝集而導致嚴重的負面反應。之所以會導致嚴重的后果，是由于紅細胞的表面通常帶有A抗原或B抗原，而在血液中有與抗原不同類型的抗體存在。A型血的紅細胞表面只有A抗原，體內的血清中含有對抗B抗原的抗體；B型血的情況與之正好相反。O型血的紅細胞表面既沒有A抗原也沒有B抗原，所以O型血的紅細胞不會觸發任何血清的免疫發生；O型血的人是萬能的供血者，他們的血液可以輸送給任何血型的人。AB型血的人的紅細胞上同時擁有兩種抗原，而他們的血清中既沒有針對A抗原的抗體，也沒有針對B抗原的抗體，因此，他們是萬能的受血者，可以接受任何血型的供血。

A-B-O血型的遺傳體系非常簡單且具有啟發性。決定A-B-O血型體系的基因被稱為I，它有三個不同的等位基因，這是最簡單的“復等位基因”（multiple alleles）的情況。A-B-O血型體系與之前僅有兩個等位基因的例子不同，像這樣最少有三個等位基因的關系才可以被稱為復等位基因。等位基因IA決定A抗原，IB決定B抗原，既不決定A抗原，也不決定B抗原的等位基因為i。IA和IB均相對i為顯性，這從它們的大小寫的標記方式里就可見一斑。O型血的基因型為ii，A型血的基因型為IAIA或者IAi，而B型血的基因型為IBIB或者IBi。不過，如同LM和LN一樣，IA和IB互為共顯性關系，所以一個基因型為IAIB的人將表達為AB型血。

現在，對于不同的婚配方式，你應該已經能夠預測出后代的血型了。我們以一對A型血的夫婦為例，他們的基因型只有IAIA和IAi這兩種可能的情況，由于我們不能確定究竟是哪一種，所以姑且把他們的基因型標記為IA-，短橫代表這個位置上的等位基因有兩種可能。很顯然，A型血的人能夠為后代傳遞等位基因IA，因此我們預計他們的孩子中肯定會有A型血的個體出現。當夫婦雙方中有一個人是雜合子時，那么他們所有的孩子都將是A型血。但是，當夫婦雙方均為雜合子時，那么平均來說，他們的后代中有1/4的人會因為同時從雙親處獲得等位基因i而表現為O型血。

現在，試一試你能不能預測出下面這些婚配方式產生的后代的血型，答案會在本章結尾處公布。

總而言之，孟德爾的遺傳理論具有舉足輕重的作用，因為它幫助我們理解了動植物中許多可遺傳的表現型差異，實際上是由同一個基因上成對的等位基因導致的。對于人類自身而言，孟德爾的發現無異于一條強大的法則，我們可以用它作為預測類似血型這樣的多樣性狀，抑或某些遺傳疾病等異常情況發生的規律。我們現在知道，許多人類疾病都與單基因的等位基因有關，其中就包括苯丙酮尿癥，它是由一個隱性的等位基因決定的，我們在這里稱之為p；泰-薩克斯病（Tay-Sach's disease），它的病因是一個名為t的隱性等位基因；還有亨廷頓舞蹈病，它是由另一個基因上的顯性等位基因H導致的。所有這些等位基因的遺傳規律都與依據孟德爾理論做出的預測別無二致。但是請注意，也有一些疾病的遺傳機理甚是復雜，還有許多疾病根本就不是遺傳病。只有對家族譜系進行認真恰當的分析，才能區分出一種疾病的發病原因。我們會在后續的章節里進一步探討單基因遺傳病。

鑒于有不完全顯性和共顯性這樣的現象存在，等位基因相互之間的關系就顯得沒有那么復雜。A-B-O血型系統是由三個等位基因組合決定的，而某些決定性狀的等位基因的數量更是在這之上，相互之間的作用關系也非常復雜。這種繁復的關系說明等位基因之間的顯隱性關系是一種相對的概念，而非單個等位基因的絕對特性。以兔子的毛色為例，假設決定兔子毛色的基因名為c，它有四個等位基因：c+、cch、ch和ca。c+相對其他三個基因為顯性，所以，純合子c+c+或任何帶有一個等位基因c+的雜合子均表達為深灰色毛，有時也被稱為豚鼠色。純合的cchcch則是金吉拉灰，但是cch相對ch和ca而言是不完全顯性，所以cchch和cchca的兔子毛色會呈現較淺的灰色。再者，ch相對ca為顯性，所以chch或者chca的兔子具有典型的喜馬拉雅地區物種的特征——通體雪白，而鼻子、耳朵、腳掌和尾巴為黑色。最后，caca的兔子為純凈的白色。