生理多態性指同在一個生物群體，各個體之間存在的形態學、生理學和生化學的差異，並非所有多態性都是可以遺傳的。
基本介紹
- 中文名：生理多態現象
- 外文名：Physiological polymorphism
- 領域：生態學
定義,生物多態性,遺傳多態性,產生,度量,類型,因素,基因多態性,概念,生物學作用,醫學意義,檢測方法,
定義
多態性是廣義的多態性指多種表現形式。“多態性” 一詞最早用於 生物學，生物群體中，同基因組存在2個或2個以上等位基 因（頻率>0.01)的現象稱為遺傳多態性。遺傳多態性的形成機制是基因突變。遺傳多 態性類型很多，從個體的整體到細胞、再到蛋白質、基因水平均存在著遺傳多態性。
多態性包括：表型多態性、染色體多態性、蛋白質多 態性、酶多態性、抗原多態性及DNA多態性。法醫物證鑑定主要是通過對蛋白質多態性、酶多態性、抗原多態性和DNA多態性 的分析解決司法實踐中的個人識別和親權鑒 定的問題。
生物多態性
生物多態性是指地球上所有生物，從食物鏈系統、物種水平、群體水平、個體水平、組織和細胞水平、分子水平、基因水平等層次上體現出的形態（morphism）和狀態（state）的多樣性。
生物多態性（organism polymorphism）又稱生物多樣性（life diversity），包括生態系統多樣性、物種多樣性和遺傳多樣性。其中遺傳多樣性是生態系統多樣性和物種多樣性的基礎和核心，是生物多樣性的內在形式。又由於基因是生物遺傳信息的載體，所以遺傳多樣性的本質是基因多樣性。
從分類學角度考慮，許多物種包含著豐富的亞種多型分化，即該物種具有多種地理或生態群體。例如西方蜜蜂Apismellifera 的原產地———非洲、歐洲、亞洲中部和西部的生態系統多樣性豐富，經過長期繁衍進化，各地蜜蜂已形成了適應當地生態環境的特殊亞種或生態型。一定意義上講，一個物種包含成千上萬的個體，就具有一個獨特的基因多樣性。
遺傳多態性
遺傳多態性（genetic polymorphism）又稱遺傳多樣性（genetic diversity），泛指地球上生物所攜帶的各種遺傳信息的總和，包含種內或種間表現於分子、細胞、個體和群體四個水平的遺傳變異程度。遺傳多態性特指種內不同群體間、群體內不同個體間的多態現象，是特定物種保持其進化潛能的基本條件，與生物多樣性的形成、消失和發展息息相關。
產生
自然選擇是造成遺傳多態性的主要原因。多態現象的遺傳機制的研究有助於對生物進化過程的了解。影響遺傳多態性的因素很多，主要可以分為自然因素和人為因素。
度量
遺傳多態性現象是指同一生物群體中，兩種或兩種以上變異類型或基因型並存的現象。一般認為每種變異型的頻率超過1%即可定為多態現象，不足1%的稱為罕見變異型。
由於生物的遺傳多態性是通過多方面表現的，對遺傳多態性應該進行多角度的綜合評價，避免套用單一方法進行研究。形態學研究具有檢測直觀、相關文獻資料豐富、研究方便、鑑定周期短等優點；形態學研究對於差異細微的近緣種或近似種的區分比較困難，並且要求鑑定者具備豐富的鑑定經驗。分子生物學方法是現今最熱的多態性研究方法之一，該方法的研究水平比較先進，可以針對形態特徵極其相似的近緣種、複合種及亞種、生態型、地理種群進行精確鑑定區分，現為廣大科研工作者所普遍採用；套用分子生物學方法的過程中應注意儘量避免因操作熟練程度不高、儀器精密性差以及中間環節較多所引起的誤差問題。
類型
遺傳和變異這一對既對立又統一的內在矛盾，在外在環境的影響下相互作用，促生了生物群體遺傳多態性的存在，進而提供了物種進化的動力。根據一個群體中各種變異類型的比例，可以把遺傳多態性分為兩種類型：
平衡型：一個群體中各種變異類型的比數可以長期保持不變，呈現所謂平衡型（或穩定）多態現象；
過渡型：一個群體中各種變異在一種類型取代另一種類型的過程中所呈現的多態現象，這裡各種變異類型的比數逐漸發生變化，因此稱為過渡型（不穩定）多態現象。
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染色體多態性
染色體的多態性又稱異態性（heteromorphism），是指正常人群中經常可見到各種染色體形態的微小變異。這種變異主要表現為同源染色體大小形態或著色等方面的變異。多態性是可遺傳的，並且通常僅涉及一對同源染色體中的一個。例如表現的D和G組的隨體增大、重複（雙隨體）或缺如，短臂的長短，1、9、16號染色體的次縊痕區加長或縮短，染色體著線粒區的螢光強度變異等。Y染色體長臂的長度變異，可大於F組，也可小於G組，這種變異可能有民族差異。
染色體多態性的臨床意義尚不清楚，在產前診斷中，染色體多態性可分胎兒細胞和母體細胞；可探討異常染色體不分離的來源，有利於對患者家庭進行婚育的指導。此外，可用於鑑定不同個體，對法醫學中的親權鑑定有一定的意義。
蛋白質多態性
人類結構蛋白質的多態性是一種普遍現象。例如結合珠蛋白（haptoglobin,Hp）是一種糖蛋白，其生理功能在於Hp和血紅蛋白結合後不能透過腎小球膜，因而紅細胞破壞後釋出的血紅蛋白不能被腎清除，既避免鐵的大量丟失，也可保護腎免受損害。構成Hp分子的肽鏈有α和β鏈二種。Hp多態性主要是α鏈的遺傳變異。α鏈有α1和α2二種。α1中又有αIs和αIF二種亞型，各由84個胺基酸組成，兩者區別在於第54位胺基酸（αIF為賴氨酸，αIs為谷氨酸），因此可以推斷這一區別是通過一次點突變形成。α2則由143個胺基酸組成。從α鏈一級結構分析，Hpα2是HpαIF的N端71個胺基酸和HpISC端的72個胺基酸連線而成，即發生了錯誤配對和不等交換，形成了與HbLepore相似的融合基因。Hpα1和α2肽鏈是由一對等位基因Hp1和Hp2所決定，基因定位於16q22.1，呈共顯性遺傳。因此有三種基本基因型：Hp1－1型為Hp=1/Hp1；Hp2－1型為Hp2/Hp1；Hp2-2型為Hp2/Hp2。除上述三型外。α還有其它變異型，由此組合成人群中Hp的多種多樣的基因型和表現型。
常見的3種Hp類型在不同人種中分布不同，Hp1和Hp2的基因頻率也各異，Hp2基因頻率以亞洲人中最高(0.75)，歐洲白人次之(0.60)，非洲人最低(0.30～0.40)。
人血清運鐵蛋白（transferrin,Tf）也是一種高度多態性系統。Tf基因位於3q21,已發現有30多種遺傳類型（根據電泳遷移率快慢分型），也有明顯的種族差異。
酶的多態性
酶的遺傳多態性表現為許多酶都在存在同工酶的現象。同工酶（isozyme或isoenzyme）是指分子結構不同的酶，可催化相同化學反應，這類酶稱為同工酶。同工酶不僅可存在於不同個體。也可存在於不同的組織中，甚至在同一細胞的不同細胞器中有同工酶。
根據酶的多態性產生原因不同，大致可以分為三類：
（1）多座位同工酶（multiple loci determining isozyme）:是指由不同基因座位決定的同工酶。例如乳酸氫酶（lactic dehydrogenase,LDH）有A、B兩種亞基，分別由LDHA基因（定位於11p15-p14）和LKHB基因（定位一起12p12.2-p12.1）所決定。磷酸葡萄變位酶（phosphoglucomutase,PGM）的3個不同肽鏈分別由不同座位的基因編碼。PGM1定位於1p22.1、PGM2定位於4p14-q12、PGM3定位於6q12。以LDH同工酶為例，LDH是A、B兩種亞基不同比例組成的四聚體，依電泳速度可有5種表現型：LKH1（B4）、LDH2（B3A）、LDH3（B2A2）、LDH4（B1A3）及LDH5（A4）。如果A或B亞基再有不同突變，通過各種組合可以形成多種多樣的變異類型。
（2）單座位復等位基因同工酶：是指同一座位上的不同等位基因所編碼的酶蛋白。例如胎盤鹼性磷酸酶（placental alkaline phosphatase,PLAP）是一種典型的復等位基因編碼的酶，PLAP為二聚體，基因定位於2q37，依電泳速度可分3種變異型即慢（S）、中（I）、快（F）型，它們受3個復等位基因PLs、PLi及PLf控制，每種基因分別編碼S、I、F三種同工酶（G6PD）和腺苷酸激酸（AK）的同工酶即屬此類。
（3）翻譯後同工酶：酶蛋白翻譯產物經不同修飾反應也可產生不同分子形式的同工酶，稱為翻譯後同工酶（post-translational isozyme），又稱次級同工酶（secondary isozyme）。這些修飾反應包括基因的添加（磷酸化、乙醯化、甲基化等），醯胺鍵的水解，肽鍵的斷裂和部分肽鍵的脫落，二硫鍵的形成和糖鏈的添加等。例如免肌醛縮酶（ALD）是由4個A亞基組成的純聚體，但發育中，一部分肽鏈中羧基本末端第4位的天冬氨酸，從而A亞基形成α和β兩種類型，故A亞基可為純聚體也可為雜交體，但都有醛縮酶活性。
抗原多態性在人類遺傳學套用較多的抗原有紅細胞抗原系統和白細胞抗原系統。個體間抗原性差異是由基因突變產生。已發現20個紅細胞血型系統，其中包括100多種紅細胞抗原，比較重要的有：ABO、MNSs、Rh和Xg等血型系統。白細胞抗原系統中以人類的主要組織相容性複合體（mojor histocompatibility complex,MHC）中的人類白細胞抗原（human leucocyte antigen,HLA）最引人注目，是所知人類最大的一個抗原多態系統。HLA的基因座位在6q21，已確認的HLA抗原特異性有148種，分屬於A、B、C、D、DR、DP、DQ7個連鎖基因座位。A座位具有24個抗原（即有24個復等位基因）；B座位有52個；C座位有8個；D座位有26個；DR座位有20個；DQ座位有9個；DP座位有6個，因此，估計人群中可存在24×52×11×26×9×6=385，482，240種單倍型類型，即要在無親緣關係人群中找到一條單倍型完全相同的人的機會只有約1/3.8×108。HLA多態性現象主要是由於產物不同而有不同的表現型。
DNA多態性
DNA多態性在人群中不同個體之間的基因產物大多數是一致的，但每個個體在遺傳上還是有所不同的，這種個體之間的差異從本質上講是DNA鹼基順序存在的差異，它是通過用內切酶切割不同個體的基因組DNA出現不同長度的片段而被發現的，並通過孟德爾方式遺傳，稱為DNA多態性。
因素
影響遺傳多態性的因素分為兩個：自然因素和人為因素。
自然選擇
自然因素為環境因子和生物競爭，這方面的影響須經過漫長的選擇進化加以體現。自然選擇是自然界中難以計數的偶然事件累積出現的的必然結果，Ernst Mayr 提出“自然選擇只是一個統計學現象，它意味著較好的基因型有較好的延續的機會”，進化的改變不能體現於個體上，只能體現於群體（或種群）的遺傳組成的改變上。
人為因素
人為因素包含人工選擇、藥物使用、病毒傳染等對群體遺傳多態性的影響。人工選擇是人根據自身的需求，對物種的某一性狀或某些性狀進行極端選育，選留理想變異，淘汰不利變異，如此反覆，大大增加了一個群體內的選擇壓力，同時也加快了這個群體進化的進程。人工選擇主要用於品種或品系的育種。
育種
人工選擇是人類高度發揮主觀能動性改造世界的體現，可以利用已有的物種資源進行重新洗牌，挑出最適合的組合。現代遺傳學的進展，育種也越來越趨向於主動選擇化和微觀化。
傳統育種是在發現特定基因型的基礎上運用巨觀的育種手段，比如近交定型、群體閉鎖擴繁等展開的。特定基因型的發現和獲得，依舊是源於自然狀態下，屬於被動選擇型育種。
微觀的基因工程育種是將目的基因導入原始DNA中或切除目的DNA片段，進而獲得預期性狀。這是一個完全主動選擇的育種過程，而且這種育種方法見效快，周期短。這種方法仍處於實驗階段，甚至很多技術只是完成了理論的構建，距離實用還有很長很久的路要走。
基因多態性
概念
基因多態性（gene polymorphism）是指處於隨機婚配的群體中，同一基因位點可存在2種以上的基因型。在人群中，個體間基因的核苷酸序列存在著差異性稱為DNA基因多態性（gene polymorphism）。這種多態性可以分為兩類，即DNA位點多態性（site polymorphism）和長度多態性（longth polymorphism）。
1.位點多態性：
位點多態性是由於等位基因之間在特定的位點上DNA序列存在差異，也就是基因組中散在的鹼基的不同，包括點突變（轉換和顛換），單個鹼基的置換、缺失和插入。突變是基因多態性的一種特殊形式，單個鹼基的置換又稱為單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism, SNP）, SNP通常是一種二等位基因（biallelic）或二態的變異。據估計，單鹼基變異的頻率在1/1000-2/1000。SNP在基因組中數量巨大，分布頻密，檢測易於自動化和批量化，被認為是新一代的遺傳標記。
2. 長度多態性：
長度多態性一類為可變數目串聯重複序列（variable number of tandem repeats, VNTRS），它是由於相同的重複順序重複次數不同所致，它決定了小衛星DNA（minisatellite）長度的多態性。小衛星是由15-65 bp的基本單位而成，總長通常不超過200bp，重複次數在人群中是高度變異的。另一類長度多態性是由於基因的某一片段的缺失或插入所致，如微衛星DNA（microsatellite），它們是由重複序列***構成，基本序列只有1-8bp,如（TA）n及（CGG）n等，通常重複10-60次。長度多態性是按照孟德爾方式遺傳的，它們在基因定位、DNA指紋分析，遺傳病的分析和診斷中廣泛地套用。
生物學作用
錯義突變（missense mutation）指DNA分子中鹼基對的取代，使得mRNA的某一密碼子發生變化，由他所編碼的胺基酸就變成另一種不同的胺基酸，使得多肽鏈中胺基酸的順序也相應地發生改變。
無義突變（nonsense mutation）指由於鹼基取代使原來可翻譯某種胺基酸的密碼子變成了終止密碼子。例如UAU（氨酸）顛換成UAA（終止密碼子）使多肽鏈的合成到此終止，形成一條不完整的多肽鏈，使蛋白質的生物活性和功能改變。轉換也可引起無義突變。
無義突變和DNA片段的缺失都可以導致肽鏈中的片段缺失，致使基因編碼的蛋白質失去原有的功能。
移碼突變不僅翻譯後的肽鏈中胺基酸序列發生改變，而且也導致肽鏈中的大片段缺失。
醫學意義
通過對基因多態性與疾病的易感性的聯繫研究，可闡明人體對疾病、毒物和應激的易感性，為臨床醫學、遺傳病學、預防醫學的發展開拓了新的研究領域。
臨床醫學方面
人類基因多態性在闡明人體對疾病、毒物的易感性與耐受性，疾病臨床表現的多樣性（clinical phenotype diversity），以及對藥物治療的反應性上都起著重要的作用。
早期臨床上有關基因多態性的研究是從HLA基因開始的，分析基因型在疾病發生易感性方面的作用，如HLA-B27等位基因與強直性脊椎炎發生率的密切關聯，可作為診斷的依據。通過基因多態性的研究，可從基因水平揭示人類不同個體間生物活性物質的功能及效應存在著差異的本質。
疾病基因多態性與臨床表型多樣性的聯繫已受到重視，如腫瘤等多基因病的臨床表型往往多樣化，闡明基因型（genotype ）與表型(phenotype)之間的聯繫在認識疾病的發生機理、預測疾病的轉歸等方面也有重要的作用。
藥物代謝酶、轉運蛋白和受體的遺傳多態性是導致藥物反應個體和群體差異的重要原因。藥物代謝酶的表型表現為催化代謝的活性大小，可通過測定其底物的代謝率確定。表型是個體間藥物代謝和反應差異的表現，而基因型則是反應差異的根本原因。
藥物代謝基因多態性可以影響藥物的代謝過程及清除率，從而影響治療效果。致病基因的多態性使同一疾病不同個體其體內生物活性物質的功能及效應出現差異，導致治療反應性上懸殊，按照基因多態性的特點用藥，將會使臨床治療符合個體化的要求。在疾病基因多態性研究的引導下，臨床醫生將有可能預斷不同的個體在同樣的致病條件下會出現什麼樣的病理反應和臨床表現，即臨床表型。如高血壓的治療將根據基因多態性的研究選擇更具針對性的藥物，調整其劑量，而不是不加選擇地使用ACEI、鈣拮抗劑或交感神經受體阻斷劑。合併症的防治也會更個體化，更具針對性。
遺傳病學方面
1.多態性作為遺傳病的病因：點突變引起的疾病：從鐮刀狀細胞貧血開始，突變引起各種遺傳病的例子愈來愈多，遺傳性腫瘤也逐漸被認識。重複序列多態性作為遺傳病的病因：如CCG，CTG和CAG這樣的三核苷酸重複序列，當其拷貝數過度增高時可以引起強直性肌營養不良等。三核苷酸拷貝數的擴增或突變發生在世代傳遞過程中，由於拷貝數在世代間的改變，它被稱為動態突變。動態突變疾病大多是些神經系統的退行性疾病，也有少數腫瘤。動態突變疾病的發現提示序列拷貝數的多態性能夠成為遺傳病的病因。
2.多態性作為遺傳標記的套用：絕大多數DNA多態性並不引起遺傳病，但可作為遺傳標記來使用。例如：上述提到的各種多態性標記，包括RFLP位點，微衛星和小衛星DNA標記都已廣泛用於遺傳病的連鎖診斷。利用各條染色體上位置已知的眾多的多態性標記，通過患病家系的連鎖分析，可以找到多基因病的致病基因或相關基因的位置，並為他們的分離克隆提供依據。此外，在疾病的關聯分析和病因學研究方面，通過比較患病群體和正常群體，可以發現兩組間多態性位點的特定等位基因頻率有顯著差別，則表明該位點與該疾病相關聯。使用多態性標記的關聯分析既可以提示相關基因存在的位置，也有助於發病機理的闡明。基因多態性還可以用於疾病的分型與治療，即根據患者疾病多態性的基因型來解釋疾病的病因和臨床表現。
預防醫學方面
在預防醫學方面，基因多態性的研究涉及的範圍廣泛，包括基因多態性與病因未知的疾病關係的研究，也包括對已知特定環境因素致病易感基因的篩選。由於基因多態性有明顯的種族差異，因此在基因-環境互動作用模式上，不同的種族之間有可能不同。所以，開展我國人群的基因多態性與環境的作用關係的研究具有重要的意義。
基因多態性的研究在職業病醫學中則更具有實際的意義。對易感基因和易感性生物標誌物的分析，將某些攜帶敏感基因型的人甄別開來，採取針對性預防措施，提高預防職業性危害工作的效率。對特定的污染物易感人群和耐受人群的基因多態性研究，有助於闡明環境因素的致病機制，也推動了遺傳易感性標誌物的研究。
檢測方法
1、限制性片段長度多態性（Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP）：由DNA 的多態性，致使DNA 分子的限制酶切位點及數目發生改變，用限制酶切割基因組時，所產生的片段數目和每個片段的長度就不同，即所謂的限制性片段長度多態性，導致限制片段長度發生改變的酶切位點，又稱為多態性位點。最早是用Southern Blot/RFLP方法檢測，後來採用聚合酶鏈反應（PCR）與限制酶酶切相結合的方法。多採用PCR-RFLP法進行研究基因的限制性片段長度多態性。
2、單鏈構象多態性（SSCP）：是一種基於單鏈DNA構象差別的點突變檢測方法。相同長度的單鏈DNA如果順序不同，甚至單個鹼基不同，就會形成不同的構象。在電泳時泳動的速度不同。將PCR產物經變性後，進行單鏈DNA凝膠電泳時，靶DNA中若發生單個鹼基替換等改變時，就會出現泳動變位（mobility shift），多用於鑑定是否存在突變及診斷未知突變。
3、PCR-ASO探針法（PCR-allele specific oligonucleotide, ASO）：即等位基因特異性寡核苷酸探針法。在PCR擴增DNA片段後，直接與相應的寡核苷酸探雜交，即可明確診斷是否有突變及突變是純合子還是雜合子。其原理是：用PCR擴增後，產物進行斑點雜交或狹縫雜交，針對每種突變分別合成一對寡核苷酸片段作為探針，其中一個具有正常序列，另一個則具有突變鹼基。突變鹼基及對應的正常鹼基勻位於寡核苷酸片段的中央，嚴格控制雜交及洗脫條件，使只有與探針序列完全互補的等位基因片段才顯示雜交信號，而與探針中央鹼基不同的等位基因片段不顯示雜交信號，如果正常和突變探針都可雜交，說明突變基因是雜合子，如只有突變探針可以雜交，說明突變基因為純合子，若不能與含有突變序列的寡核苷探針雜交，但能與相應的正常的寡核苷探針雜交，則表示受檢者不存在這種突變基因。若與已知的突變基因的寡核苷探針勻不能雜交，提示可能為一種新的突變類型。
5、PCR-SSP法：序列特異性引物分析即根據各等位基因的核苷酸序列，設計出一套針對每一等位基因特異性的（allele-specific）、或組特異性 （group-specific）的引物，此即為序列特異性引物（SSP）。SSP只能與某一等位基因特異性片段的鹼基序列互補性結合，通過PCR特異性地擴增該基因片段，從而達到分析基因多態性的目的。
6、PCR-螢光法：用螢光標記PCR引物的5’端，螢光染料FAM和JOE呈綠色螢光，TAMRA呈紅色螢光，COUM 呈蘭色螢光，不同螢光標記的多種引物同時參加反應，PCR擴增待檢測的DNA，合成的產物分別帶有引物5’端的染料，很容易發現目的基因存在與否。
7、PCR-DNA測序：是診斷未知突變基因最直接的方法，由於PCR技術的套用，使得DNA 測序技術從過去的分子克隆後測序進入PCR直接測序。PCR產物在自動測序儀上電泳後測序。常用方法有：Sanger雙脫氧末端終止法;Maxam-Gilbert化學裂解法；DNA測序的自動化。DNA順序全自動雷射測定法是最先進的方法。
8、PCR指紋圖法（PCR-fingerprints）：實用於快速的同種異型DR/Dw配型。在DR/DW純合子及雜合子個體中，每種DR單倍型及每種單倍型組合所產生的單鏈環狀結構的大小、數目和位置各異，由於同質雙鏈和異質雙鏈之間的分子構象不同。因此，在非變性聚丙烯醯胺凝膠電泳時，它們的遷移率各不相同，從而獲得單倍型特異的電泳帶格局即PCR指紋。也有人用人工合成的短寡核苷酸片段作為探針，同經過酶切的人體DNA作Southern blot，可以得出長度不等的雜交帶，雜交帶的數目和分子量的大小具有個體特異性，除非同卵雙生，幾乎沒有兩個人是完全相同的，就象人的指紋一樣，人們把這種雜交帶圖形稱為基因指紋(gene finger-printing)。
