2.1 正常遗传学

遗传学基本原理

在动物学研究中，有一个可用于比较变异形态的标准是很方便的。在遗传学中，这个标准就是正常动物的表型，正式术语称为 “野生型”。对于家猫来说，野生型是指有着光滑被毛、鲭鱼纹虎斑的非洲野猫（Felis libyca）。非洲野猫是栖息在亚洲大部分地区和北非的小型猫科动物之一。欧洲野猫（Felis silvestris）与非洲野猫有亲缘关系，一些权威人士认为这两个物种是同一物种复合体的不同地理形态。家猫（Felis catus）几乎可以肯定是非洲野猫驯化而来的。

猫与人早期的联系可能是复杂多样的，因为与狗相比，猫的情感纽带本能较弱。猫真正被驯化被认为是大约4000年前古埃及人的功劳。驯化可能是缓慢开始的，当时猫生活在谷仓附近，谷仓里有它们天生要捕食的啮齿动物。埃及人崇敬许多动物，而猫在他们的生活和宗教信仰中都占据着重要地位。猫逐渐成为了一种宗教象征，受到珍视和保护。

罗马人征服埃及后，猫的宗教色彩逐渐褪去，开始作为迷人的家庭伴侣传播到埃及以外的地区。罗马人主要促成了猫在欧洲的传播。在中东和印度可能也存在其他猫的驯化起源中心，但相关记录很少。其他资料对家猫的起源有更详细的讨论。

猫的核型

核型是指细胞核（karyon意为细胞核）内染色体的数量和结构。家猫的核型由19对染色体组成（图1）。这19对染色体包括5对中部着丝粒染色体（2对大的，3对小的）、11对亚中部着丝粒染色体（7对大的，4对小的）和2对端部着丝粒染色体（都是小的）。剩下的一对染色体是性染色体。X染色体是中等大小的中部着丝粒染色体，而Y染色体是小的中部着丝粒染色体。雌性有2条X性染色体（图1），而雄性有一条X染色体和一条Y染色体。通过经典的胰蛋白酶-吉姆萨染色技术（G显带）（图1）或Ronne方法（R显带）处理后，单个染色体具有特征性的内部带型。野生种欧洲野猫和非洲野猫的核型与家猫的核型相同。

遗传基本定律

染色体由称为基因的基本单位组成。基因是可遗传结构和功能的基本决定因素。每个基因都为细胞产生一种特定蛋白质提供了必要的遗传密码。每种蛋白质产物都对细胞的结构、功能、代谢和胚胎分化有直接影响。

染色体在所有体细胞中都是成对存在的（图1）。在体细胞分裂过程中，每条染色体都会自我复制，形成2对染色体，而不是1对。其中2条染色体进入一个子细胞，另外2条进入另一个子细胞，从而恢复到原来的染色体数目。含有19种染色体各一对的体细胞被称为二倍体（di表示2）。

然而，在卵巢或睾丸的减数分裂过程中，染色体的数量会减少。当生殖细胞分裂产生精子或卵子时，每对染色体不会复制。相反，每对染色体中的一条进入一个子细胞，另一条进入另一个子细胞。精子和卵子各含有19条单条的、不成对的染色体。只含有每对染色体中一条染色体的细胞被称为单倍体（haplo表示1）。当精子和卵子结合时，19对染色体的正常数目得以恢复。

生殖细胞中染色体数目的减少以及受精后染色体数目的恢复，是遗传多样性的一个关键因素。相应染色体对上的基因几乎从来不会完全相同。在精子或卵子形成过程中，染色体对的分离使得一条染色体上的基因能够与相应染色体上的基因分离。受精不仅恢复了染色体的正常数目，还使得一条染色体能够与一条很可能携带许多不同突变基因的新染色体配对。

每条染色体由数千个单个基因组成。这些基因总是位于染色体上的特定位置。特定基因所在的位置被称为基因座（图1）。尽管基因具有高度的稳定性，但它们也会发生变化或突变。然而，这些变化不能太大，否则基因将无法再编码出有功能的蛋白质。如果基因突变过多，其产物将有缺陷，可能会对生物体产生致死或有害的影响（见遗传缺陷部分）。

基因结构（遗传密码）的变化会产生突变基因。与原始或野生型基因位于相同基因座的突变基因被称为等位基因。等位基因与亲本野生型基因有所不同，因此它们在细胞中诱导产生的蛋白质也可能会略有改变。如果这些改变没有危害，它们会反映在基因蛋白质产物的轻微变化上，以及细胞的结构和功能上。这些变化导致了所有个体之间的表型差异。遗传涉及突变基因或等位基因相对于原始或野生型基因的传递。

单基因遗传

染色体在体细胞中成对存在，在生殖细胞中以单条形式存在，这一事实极大地影响了基因从亲代传递到子代的方式。为了方便起见，基因用字母来表示。正常基因用带下划线的大写字母（A）表示，相应的突变等位基因用带下划线的小写字母（a）表示。如果基因A只有一种突变，即a，那么就这个基因而言，这些个体的遗传特征可表示为AA、aa或Aa。AA、aa或Aa是个体从受精到死亡期间的遗传组成或基因型。每对染色体上具有相同基因的个体（AA或aa）被称为纯合子（homo表示相同）。每对染色体上相同基因座具有不同基因的个体（Aa）被称为杂合子（hetero表示不同）。

AA个体产生的配子（精子或卵子）100%是A，而aa个体产生的配子100%是a。相比之下，杂合子（Aa）产生的配子50%是A，50%是a。

假设的A和a基因的传递情况见表1。有六种不同的交配组合是可能的，子代的遗传分布由生殖细胞的随机结合决定。例如，AA与Aa交配产生的子代中，AA、Aa和aa的比例分别为25%、50%和25%。这些比例通常更多地以比率表示，如1:2:1，而不是百分比。A和a随机结合的性质如图2的棋盘格图所示。这个棋盘格图展示了Aa与Aa交配的预期结果。纯合子之间的交配，如AA与aa交配，被称为亲代（P1×P2）或首次杂交，子代称为子一代（缩写为F1）。这样的交配将产生100%基因型为Aa的杂合子。Aa与Aa的交配可以表示为F1×F1。这种杂交将产生子二代（F2）。在实验遗传学中，这两种基本杂交方式被用于确定新突变基因或等位基因的遗传模式（显性、隐性）。

表1显示了基于已知亲本基因型的交配产生的子代情况。基因型反过来决定了子代的外观。基因型的外在或物理表现被称为表型。表型是从卵子被精子受精时开始，基因A或a对生物体发育的解剖学和生物化学作用的结果。基因A的遗传表达可以遵循三种模式之一：显性、共显性或隐性。对于等位基因，如野生型A和突变型a，通常野生型基因对突变基因是显性的。显性基因通常用大写字母表示，隐性基因用小写字母表示。在基因A的例子中，A对a是显性的，基因a对A是隐性的。在简单的显性/隐性关系中，当显性基因A和隐性基因a同时存在于同一个细胞中时，显性基因A会 “关闭” 或抑制隐性基因a。被抑制的a基因无法产生其蛋白质产物。因此，它对个体的解剖学或生物化学组成（表型）没有任何影响。如果a基因是共显性的，那么A和a基因的产物都会产生，并且都会影响表型。

显性的作用使得基因型AA和Aa在外观上无法区分，从而改变了表1中的预期结果。基因型为AA和Aa的两个亲本交配产生的子代，100%具有野生型表型，基因型为A-。A后面的横线表示第二个基因的身份未知（可能是A或a，并且动物会具有相同的表型）。Aa与Aa交配产生的子代，在表型上75%是A-，25%是aa。最后这种交配说明了由两个杂合子交配产生的著名的3:1表型比率。

复等位基因

如果一个基因可以突变一次，它就可以再次突变。通过反复突变，在同一个基因座上可能会形成一系列等位基因。无论出现多少个等位基因，个体中只能存在两个，并且这两个等位基因会分别传递到不同的配子中。表2中列出的交配情况展示了这一规则。所举的例子是虎斑花纹的三个等位基因（有关这些等位基因和表型的描述，请见后文讨论）。有三个等位基因时，有21种可能的交配组合。这导致了表2中所示的子代预期情况。

为了展示等位基因从亲代到子代的遗传情况，在列出基因型时假设等位基因之间不存在显性关系。如果等位基因之间存在显性关系，例如，Ta对T和tb是显性的，T对t2是显性的，那么在推导表型时必须考虑这一点。基因型会进行适当分组。如两个等位基因的情况一样，会再次出现1:1和3:1的比率。

注意复等位基因的符号表示。通常用大写字母表示野生型基因（这里是T），用小写字母表示隐性基因。如果有不止一个隐性突变等位基因，小写字母会加上上标（例如，t2）。如果突变等位基因对野生型是显性的，该等位基因用带有上标的大写字母表示（例如，Ta）。通过这种方式，基因符号不仅仅是方便的简写，还传达了信息。

伴性遗传

大多数基因座位于普通染色体或常染色体上，因此，遗传被称为常染色体遗传。除了常染色体外，还有一对性染色体，用X和Y表示。从染色体角度来看，雌性是XX，雄性是XY（图1）。因此，X有时被称为 “雌性” 染色体，Y被称为 “雄性” 染色体。X染色体是一条大染色体，可能包含与同等大小的常染色体一样多的基因座。由X染色体携带的基因被称为伴性基因。伴性性状的遗传模式比普通或常染色体基因的遗传模式更为复杂。

一个著名的例子是A型血友病的伴性遗传，这种病在人类、狗、马和猫中都有发生。致病基因位于X染色体上，是隐性的。在雄性中，这种基因是致死的，因为雄性没有第二条X染色体，因此缺乏正常的补偿性显性等位基因。A型血友病由雌性杂合子延续。将正常基因表示为XH，血友病基因表示为Xh，产生血友病个体的典型交配是XHY×XHXh。基因型预期为XHXH、XHXh、XHY和XhY，比例为1:1:1:1。表型预期是2只正常雌性、1只正常雄性和1只患血友病的雄性。其中一只雌性是血友病基因的携带者（XHXh）。

与X染色体相比，Y染色体较小，携带的基因较少。将Y称为 “雄性” 染色体可能是合适的，因为它的主要功能似乎是将未分化的胚胎性腺组织转化为睾丸。在异常的XO个体中，Y染色体缺失，性腺发育为卵巢。从表型上看，XO个体是雌性，尽管它们的卵巢功能不如正常XX雌性的卵巢有效。这样的个体通常是不育的。

双基因遗传

一对染色体中的每条染色体的传递都独立于该对染色体的其他成员。一条染色体上的基因的遗传独立于另一条染色体上的基因。因此，不仅需要了解单对基因（A与a）是如何遗传的，还需要了解在同一次交配中多对基因是如何相互作用的。

基因对的相互作用可以用猫的两种基本颜色突变基因来说明。一个是巧克力棕色色素基因（b），它是黑色色素（B）基因的突变等位基因。第二个是石板蓝色或淡化色的突变基因（d），它是深色或浓密色（D）基因的突变等位基因。等位基因b和d分别相对于B和D是隐性遗传的。当一只棕色猫（bbDD）与一只蓝色猫（BBdd）交配时，由于这两对基因的显性关系，子代（BbDd）是黑色的。当黑色的F1子代相互交配时，F2子代的表现型比例为9只黑色、3只棕色、3只蓝色和1只淡紫色。

上述9:3:3:1比率的推导如图3所示。这个棋盘格图只是图2所示棋盘格图的扩展。一旦理解了棋盘格图的构建原理，所有的棋盘格图都是如此。通过计算由基因型决定的每种颜色的数量，并记住B和D分别对b和d是显性的，就可以得到上述比率。这两对基因在F2代中随机组合，重新产生了原来的棕色和蓝色，以及一种新的颜色——淡紫色。这是一种重组颜色，由基因型为bbdd的个体中的b和d这两个基因产生。

不同个体之间基因重组产生的变异是纯遗传学和应用遗传学的基础。这个原理可以扩展到3对、4对或更多对基因。这样的重组创造了如今存在的许多猫的品种和变种。变异的主要来源是基因突变，但通过重组和选择性繁育，这种变异可以大大增加。关于正常猫遗传学的部分描述了猫已知的突变等位基因，以及这些基因是如何被用于使现代猫品种多样化的。

上位效应和下位效应

上述基因对的表型效应是独立表达的，通过重组产生了四种不同的表型。然而，基因对常常在表型水平上相互作用，干扰或阻止其中一个或另一个基因的表达。黑猫就是这种现象的一个常见例子。虎斑猫可能是条纹状或斑点状的，分别是由于基因T和tb的作用。虎斑花纹的出现与刺鼠基因A有关，A基因负责产生灰色的背景颜色。A基因有一个突变等位基因a，它会产生一只纯黑色的猫。在完全黑色的背景上不会表现出虎斑花纹，因此，a基因掩盖或遮蔽了T和t基因的表达。这种现象被称为上位效应。基因a被称为对T和t基因具有上位性。相反，基因T和tb被称为对a基因具有下位性。其他上位效应/下位效应的情况将在后面的部分描述。

连锁

如果两个基因座位于同一条染色体上，基因就不会独立遗传。在配子形成和受精过程中，染色体发生分裂、随机化和重组时，同一条染色体上的基因往往会保持在一起。这种现象被称为连锁。虽然人们可能会认为同一条染色体上的基因会无限期地保持它们的相对位置，但事实并非如此。同源染色体在细胞分裂时可以相互交换片段。基因以这种方式重组的程度取决于它们在染色体上的相对位置。如果两个基因靠得很近，染色体在它们之间分裂的可能性就非常小。如果两个基因相隔一定距离，这种分裂的可能性就大得多。

多基因遗传

遗传变异分为质量性状变异和数量性状变异。质量性状变异是由对表型有主要影响的基因产生的。由B、b、D和d基因产生的毛色就是恰当的例子。考虑到显性作用，每个基因都会给表型带来主要的质量变化。此外，这种变化是一致的，并且可以通过表型在世代间追踪这些基因。这样的基因被称为主基因，因为它们对表型有主要影响。

另一方面，数量性状变异从一个极端到另一个极端变化，没有单个主基因会导致不连续的变化。经典的例子是体型大小，这是一个很容易通过测量或称重来确定的特征。体型大小的遗传成分是由许多不同的基因决定的，这些基因单个作用较小，但累积起来作用较大。这些基因的综合作用会产生越来越大的体型差异，这取决于基因的数量以及它们作用的方向。这样的基因被称为微效基因，因为它们对表型的单个作用较小。它们也被称为多基因，指的是单个特征的表型表达所需的基因数量。

可以设想存在多基因组：当每个多基因的作用是增强一个特征的表达时，称为正多基因；当作用是减少一个特征的表达时，称为负多基因。多基因在生物化学上与主基因没有区别。区别仅在于它们对表型影响的程度。虽然多基因无法单独识别或轻易操纵，但它们是大多数选择性繁育的基础。

多基因无处不在，几乎所有的表型特征都在一定程度上受到它们的影响。多基因对表型的影响程度可以用一个称为遗传力（符号h2）的因素来估计。了解表型变异在多大程度上可能由遗传决定的信息是有用的，尽管解释起来可能比较复杂。一般来说，多基因特征的遗传力越高，选择性繁育的潜力就越大。相反，遗传力越低，与遗传相比，环境的影响就越大。如果环境是标准化的，而遗传力仍然很低且变异很大，那么要么是忽略了一个未知的环境因素，要么是对该特征的特定遗传力还不了解。

多基因遗传可以以三种形式表现出来。首先，它可能表现为一种 “纯粹的” 多基因特征，从一个极端到另一个极端连续变化。体型大小就是一个明显的例子。其次，多基因变异可能与一个主基因相互作用。毛长就是这样一个例子。长毛是由一个隐性基因（l）产生的；然而，长毛猫（ll）的毛长是可变的，这是由于多基因的作用。同样的多基因也会导致正常短毛猫的毛长变异，但在l基因存在的情况下，它们的影响会被放大。多基因可以影响突变基因的表达。这样的多基因通常被称为修饰基因，并且通常对它们所影响的特征具有特异性。第三，一个特征的遗传模式可能是多基因的，但表达却与预期有很大差异。例子有脐疝或腹股沟疝以及隐睾症。具有这些缺陷之一的动物出现这些缺陷是因为缺乏正常发育所需数量的多基因。

正常与缺陷之间的区别是突然的，但潜在的遗传是多基因的，并非如预期的那样是单基因的。这类异常被称为阈值性状，意思是这些缺陷的产生是由于未能达到正常发育的关键阈值。以这种方式产生的特征是可以被检测到的，因为它们的发生率与孟德尔遗传预期不同。疝气或隐睾的发生频率在不同品系或猫家族中可能有所不同，这反映了基本多基因遗传的差异。

1. 野生型定义与家猫起源

本书采用非洲野猫（Felis lybica）为猫科动物的野生型参考，这是目前猫遗传研究中广泛认可的分类基础。通过古DNA与全基因组测序技术，目前学界一致认为，现代家猫（Felis catus）直接驯化自非洲野猫，驯化起源大约发生在公元前7500年至公元前5000年间的近东地区，随后传播至埃及和欧亚大陆。

欧洲野猫（Felis silvestris）与非洲野猫关系密切，但其与家猫之间的遗传交流多数为历史上后期局部杂交所致，未参与主干驯化路线。对于繁育人而言，明确家猫起源有助于理解某些性状（如警觉性、毛型结构）的演化基础，并认知到某些表型特征其实是野外环境适应的产物。

2. 染色体结构与基因组更新

家猫具有19对染色体（2n=38），包括18对常染色体和1对性染色体对。性染色体对由一对X（雌性）或X和Y（雄性）组成。

基因组参考版本Felis_catus_9.0对整个猫基因组进行了染色体级别的注释，覆盖了超过2万个蛋白编码基因位点和大量调控区域。在猫的性状研究中，X染色体上定位了多种与毛色、眼色、行为模式相关的关键调控基因，例如橙色基因（O）和与性激素相关的调节因子。而Y染色体基因组密度较低，但SRY区域对睾丸发育起关键作用。

了解染色体与性别相关性状对控制性繁育至关重要，尤其是在识别隐性疾病携带者和解决繁育障碍方面，如雄性不育或隐性致死问题。

3. 单基因遗传与孟德尔定律

品种猫的多数被毛颜色、毛发长度、耳形等性状遵循经典孟德尔遗传模式。

• 显性基因（如W，控制白毛）即使只存在一个等位基因，也能影响表型。
• 隐性基因（如l，控制长毛）则需在纯合状态（ll）下才能表达。

DNA分型检测已经成为现代繁育中不可或缺的工具。它能辅助判断个体基因型，避免隐性携带者之间的错误配对，减少遗传病风险。尤其是在控制如多囊肾病（PKD）等单基因显性遗传病的传播中，DNA检测的应用显著提升了繁育安全性。

此外，随着单基因突变数据库的完善，越来越多与特定品种相关的突变位点被发现。繁育人应密切关注品种相关的常见遗传缺陷位点。

4. 多等位基因与伴性遗传

某些表型受多个等位基因控制，表现为阶层性显性。例如：

• 虎斑图案受控于Ta > T > tb：毛尖色（阿比西尼亚型）> 鲭鱼虎斑 > 经典虎斑。
• O（橙色）基因位于X染色体上，具伴性遗传特性。

在此类基因中，显隐性关系直接影响表型表现：

• 雄性只有一条X染色体，毛色完全由其决定。
• 雌性若为O/o杂合型，常表现为龟甲色（橘黑交杂）。

此外，一些遗传疾病也遵循X连锁隐性模式，如A型血友病，导致雄性个体表达疾病，雌性则多为携带者。

染色体异常（如XXY）可能导致雄性不育，需结合染色体核型分析及表型评估判断育种可行性。

5. 双基因遗传与毛色组合

在实际繁育中，两个基因组合可形成新表型。例如：

• B/b 控制黑色/棕色；
• D/d 控制颜色的浓淡。

它们之间组合可得：

• 黑色（BB/DD、Bb/Dd）、
• 巧克力色（bb/DD）、
• 蓝色（BB/dd）、
• 淡紫色（bb/dd）。

通过精确基因检测可对未来后代的颜色做出预测，这在配对决策中极为重要。避免盲目搭配、追求极端表现，可降低性状不稳定和不符合标准的风险。

建议繁育者借助遗传配对计算工具，提升毛色预测准确性。

6. 上位效应与基因遮蔽

某些基因会屏蔽其他基因的表型表达，即“上位效应”。例如：

• 非 Agouti 基因（aa）可遮盖虎斑图案，使猫表现为纯色；
• 白色显性基因（W）能覆盖所有底色和图案。

此外，白色基因还可能引发听力相关的遗传缺陷（如W/W纯合猫双耳聋的发生率较高）。

理解上位效应对于预测表型和制定育种标准极为关键。遗传遮蔽可能导致预期外观无法呈现，影响品相质量。

7. 基因连锁与重组机制

位于同一染色体上的基因在减数分裂过程中较难独立分离，会表现出“连锁遗传”特性。基因距离越近，重组率越低。

此特性在解释某些遗传病集中表现时尤为重要。例如：

• PKD 基因常与某些毛色调控基因共现；
• HCM（肥厚性心肌病）在缅因猫中呈现特定连锁型分布。

通过全基因组关联分析（GWAS）及SNP标记技术，研究人员已绘制出多品种连锁图谱。繁育人可利用这些信息优化配对，避免疾病高风险基因的共传。

8. 多基因遗传与数量性状分析

非显性表型（如体型、头型、耳距、毛量）通常由多个基因共同调控，称为多基因遗传（polygenic traits）。这类性状特点是：

• 表型连续变化，不具离散性；
• 个体差异大，环境影响显著；
• 选择性繁育需长周期积累。

“遗传力”（h²）用于估算性状的遗传可控程度。h²越高，繁育者通过选育对性状控制越有效。例如：

• 体型的遗传力通常高于0.4，选育效果较快；
• 性格与行为相关性状h²较低，选育进展较慢。

现代育种学强调建立表型评分系统，辅以家族统计数据，指导多基因性状的改良路径。

9. 阈值性状与发育异常风险控制

一些遗传缺陷（如脐疝、隐睾症、漏斗胸）在表型上呈现“有或无”的状态，其本质属于“阈值性状”。该类特征为多基因调控所致，但需累积达到某一阈值才会表现为疾病。

繁育者应理解：

• 个体未表现缺陷并不代表其无遗传基础；
• 间接指标（如兄弟姐妹表达频率）可提示风险水平；
• 仅凭一次表型表现判断育种价值风险较高。

为控制阈值性状风险，建议：

• 避免携带缺陷家族间的配对；
• 建立繁育记录，跟踪隐性表型在家系中的频率；
• 在繁育实践中逐步剔除高风险组合，保障群体健康。

本节内容为繁育人系统理解猫的遗传结构、制定科学育种计划、规避遗传病传播提供理论与实践基础。建议在实际配对中结合：

• DNA基因型检测；
• 家谱分析与连锁风险评估；
• 性状记录与遗传力估算。

通过遗传数据驱动的现代繁育方法，繁育人可更有信心地实现稳定品系建立、特定性状优化与遗传缺陷风险最小化。