遗传学揭示了生命的蓝图，也是理解疾病发生机制和开展产前诊断的核心学科。本文将从五个方面系统梳理遗传学的基本概念：基因结构、染色体与等位基因、遗传模式、遗传密码与蛋白合成，以及基因变异类型。
一、基因的基本结构
基因是DNA上的功能单位，其结构可分为编码区和非编码区：
1. 其中编码区包含：外显子（Exon）和内含子（Intron）：外显子是在RNA剪接后被保留下来并进入成熟mRNA的序列。其中一部分外显子包含蛋白质编码区（CDS），决定氨基酸序列；另一部分则属于非翻译区（UTR），不直接编码蛋白质。内含子则会在RNA加工过程中被去除，但其存在对于基因调控和可变剪接具有重要意义。
RNA加工过程：
非翻译区（UTR）：位于mRNA的5’端（5’UTR）和3’端（3’UTR）。5’UTR在调控转录起始和翻译效率中起作用；3’UTR则与mRNA稳定性、定位和降解速率密切相关。某些遗传病的致病突变就发生在UTR区域。
2. 非编码区：占据人类基因组的大部分比例，虽然不直接翻译成蛋白质，但在基因调控和染色体功能中至关重要。其主要内容包括：
调控序列：如启动子(包括CAAT Box和TATA Box）、增强子、沉默子、终止子和绝缘子，控制基因转录的起始、效率和时空特异性；功能性 RNA 基因：如 tRNA、rRNA、miRNA、lncRNA 等，参与蛋白质合成或基因表达调控；染色体结构区域：如着丝粒和端粒，维持染色体稳定和完整；其他序列：包括回文序列、转座子和重复序列，在基因组进化和调控中发挥作用。
二、同源染色体与等位基因
人类基因组由23对染色体组成：22对常染色体和1对性染色体。每对染色体分别来自父母，称为同源染色体。
等位基因：位于同源染色体相同位置、控制相同性状的一对基因。例如血型基因的不同版本就是等位基因。等位基因可能完全相同，也可能存在不同的序列变异。不同等位基因的组合决定了性状的差异。
临床意义：在遗传病诊断中，明确一个人携带的是相同的等位基因（纯合）还是不同的等位基因（杂合），对判断疾病风险至关重要。
三、遗传模式
1）常染色体显性遗传（AD）若一对等位基因中仅有一个发生致病突变（杂合，Aa），个体即可表现出疾病表型。
特点：家系中患者常连续出现在每一代。患者子代的发病风险约为50%，与性别无关。部分突变表现为外显不全或可变表达度，即相同突变在不同个体中的表现不同。新发突变常见于无家族史的患者。
2）常染色体隐性遗传（AR）只有当两个等位基因同时发生突变（aa，纯合或复合杂合）时，个体才会发病。
特点：父母通常为无症状携带者。同胞间患者集中，发病风险约为25%。外表正常的同胞中，约有2/3是携带者。男女发病率相同。近亲婚配增加隐性病发病的概率。
3）X 连锁显性遗传（XD）致病基因位于 X 染色体上，单个突变等位基因即可致病。
特点：男女均可发病，但由于男性仅有一条 X 染色体，通常表现更为严重；部分疾病在男性为致死型。父亲将致病基因传给所有女儿（100%），但不会传给儿子；母亲为杂合子时，子代无论男女，发病风险均为 50%。
4）X 连锁隐性遗传（XR）致病基因位于 X 染色体上，只有在男性（半合子，XY）或女性纯合/复合杂合时才会发病。
特点：男性更易发病，女性多为携带者，少数在不完全失活或双突变时表现为患者。携带者母亲传递突变给子代时，儿子发病风险为 50%，女儿成为携带者的风险为 50%；患病父亲不会传给儿子，但其全部女儿均为携带者。
5）Y 连锁遗传（YL）致病基因位于 Y 染色体上，仅影响男性。
特点：患者只能为男性，且致病基因必然传递给其所有儿子。家系中表现为严格的“父传子”模式。多数 Y 连锁突变涉及性别决定或精子发生相关基因。
遗传模式的特殊情况
外显率（Penetrance）：指携带致病基因的个体中，实际表现出临床表型的比例。有些显性遗传病并非 100% 发病，可能存在“外显不全”，即个体虽携带突变，但未表现出症状。
可变表达度（Variable expressivity）：即使是同一家系、相同的突变，患者之间的临床表现也可能差异很大，称为表达度差异。
新发突变（De novo mutation）：某些患者并无家族史，疾病源于胚系细胞中新发生的突变。常见于常染色体显性或 X 连锁疾病。
X 染色体失活（X-inactivation）：女性体内两条 X 染色体中，有一条会随机失活，从而使女性 X 连锁疾病的表现具有差异性。有些携带者可能完全无症状，而另一些则表现出不同程度的临床症状。
基因印记（Genomic imprinting）：某些基因的表达与亲本来源相关，即使两条等位基因相同，也可能因来源不同而导致疾病。
线粒体遗传（Mitochondrial inheritance）：线粒体基因仅从母亲遗传，突变通常影响能量代谢，临床表现涉及多系统。
四、遗传密码与蛋白合成
遗传密码以 三联密码子（三个相邻的碱基）为单位，每个密码子对应一种氨基酸或合成信号。由于四种碱基（A、T、C、G）的排列组合，总共有 64 种密码子，其中大多数对应特定氨基酸，3 个为 终止密码子，用于结束翻译。
起始密码子：最常见的是 AUG（DNA 中为 ATG），编码甲硫氨酸（Met），指示蛋白质翻译的起点；mRNA：携带遗传信息；tRNA：通过反密码子识别 mRNA 密码子，并递送相应的氨基酸；rRNA：构成核糖体核心，促进肽链合成；终止密码子：UAA、UAG、UGA，不编码氨基酸，提示翻译终止。
临床联系：蛋白质功能的缺失或异常往往是遗传病的直接机制。例如错义突变可能导致氨基酸替换，影响蛋白质功能；无义突变则可能引入提前终止密码子，导致蛋白质提前截断。
五、基因突变的层次与特征
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生殖细胞突变（Germline mutation）：发生在生殖细胞（精子或卵子）或合子早期阶段。所有细胞均携带该突变，可代代相传。常见于遗传病，如BRCA1胚系突变导致家族性乳腺癌风险升高。
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体细胞突变：发生在体细胞，仅影响部分组织或细胞。不会传递给后代。常见于恶性肿瘤和获得性疾病。
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嵌合突变（Mosaicism）：如果突变在胚胎早期发生，机体中会同时存在突变细胞和正常细胞。嵌合比例不同，临床表现差异显著。在产前诊断和遗传咨询中，嵌合现象需要特别注意，因为可能导致检测结果与实际表型不完全一致。
总结
基因结构不仅包含编码序列，还包括非翻译区和调控元件，突变可能出现在不同区域并影响基因功能。
遗传模式决定了疾病在家系中的分布特点，是遗传咨询和风险评估的关键。
遗传密码和翻译过程解释了基因信息如何转化为蛋白质，是疾病机制的分子基础。
突变类型（胚系、体细胞、嵌合）直接关系到疾病是否可遗传、表现形式及临床风险。
掌握这些遗传学的基本知识，不仅有助于理解生命本质，也为遗传病诊断、产前检测和精准医疗提供了理论支持。