生物競(jìng)賽南京大學(xué)夏令營(yíng)genetics-夏令營(yíng)(2010.7.19)

1、王睿勇王睿勇遺遺 傳傳 學(xué)學(xué) 生命的語(yǔ)言生命的語(yǔ)言Marfans 綜合癥綜合癥？ Schematic of human chromosome 17 showing the location of the breast cancer gene, BRCA1.轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú)轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú)( (上上) )與同年齡的野生鮭魚(yú)與同年齡的野生鮭魚(yú)( (下下) ) FucM基因 與小鼠同性戀出生后13天出生后25天出生后16天Sox21基因與禿發(fā)遺傳學(xué)簡(jiǎn)介和發(fā)展過(guò)程 研究遺傳與變異的科學(xué) 研究遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能以及遺傳信息的傳遞與表達(dá) 遺傳：生物性狀或信息世代傳遞的現(xiàn)象，具有穩(wěn)定性和普遍性的特點(diǎn) 變異：生物性狀在

2、世代傳遞過(guò)程中出現(xiàn)的差異現(xiàn)象。變異也是普遍存在的，遺傳學(xué)關(guān)注的是可遺傳的變異 遺傳與變異是生物生存與進(jìn)化的基本因素 遺傳維持了生命的延續(xù)。沒(méi)有遺傳就沒(méi)有生命的存在，沒(méi)有遺傳就沒(méi)有相對(duì)穩(wěn)定的物種 變異使得生物物種推陳出新，層出不窮。沒(méi)有變異，就沒(méi)有物種的形成；沒(méi)有變異，就沒(méi)有物種的進(jìn)化。遺傳與變異相輔相成，共同作用，使得生物生生不息，造就了形形色色的生物界 遺傳學(xué)研究的三個(gè)方面:傳遞遺傳學(xué): 研究遺傳物質(zhì)縱向傳遞規(guī)律以及表型和基因型關(guān)系分子遺傳學(xué): 研究基因的結(jié)構(gòu)（化學(xué)本質(zhì)、精細(xì)結(jié)構(gòu)）、功能（遺傳物質(zhì)復(fù)制、表達(dá)、調(diào)控、重組、變異）和橫向傳遞群體遺傳學(xué)：研究群體中基因頻率和基因型頻率以及影響其平衡

3、的各種因素遺傳學(xué)的建立 Lamarck: 獲得性遺傳 達(dá)爾文：泛生論 Weismann: 種質(zhì)論 Galton: 融合遺傳論 Mendel: 豌豆雜交實(shí)驗(yàn)；發(fā)現(xiàn)遺傳學(xué)基本定律，建立了顆粒式遺傳的機(jī)制 De Vries, Correns, Von Tschemak: 孟德?tīng)柖稍侔l(fā)現(xiàn)現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展階段 1900-1939：細(xì)胞遺傳學(xué)時(shí)期：從個(gè)體到細(xì)胞水平，建立染色體遺傳學(xué)說(shuō) 1903，Sutton & Boveri 染色體是遺傳因子載體假說(shuō) 1909，Morgan 果蠅遺傳學(xué)，伴性遺傳、連鎖和交換、不分離、基因在染色體上呈直線排列 1926，Morgan 基因?qū)W說(shuō) 1927，Muller, 人工

4、產(chǎn)生遺傳變異 1940-1952：細(xì)胞向分子水平過(guò)渡時(shí)期，以微生物為研究對(duì)象，采用生化方法研究遺傳物質(zhì)的本質(zhì)及功能 1941，Beadle 一基因一酶 1944，Avery 細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明DNA是遺傳物質(zhì) 1952，Hershey 噬菌體感染實(shí)驗(yàn) 1953-現(xiàn)在 分子遺傳學(xué)時(shí)期 1953，Watson & Crick DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 1955，Benzer 基因精細(xì)結(jié)構(gòu)，順?lè)醋?1961，Jacob & Monod, E. coli乳糖操縱子 1969，Nirenberg，遺傳密碼破譯 1972， Berg.P等和Cohen等DNA的體外重組 1983，Maclintock, 轉(zhuǎn)座子（1

5、948） 1985，Mullis, PCR 1990, HGP 1997, 克隆羊多莉誕生 21世紀(jì)，后基因組時(shí)代傳遞遺傳學(xué) 分離定律單因子雜交 Mendel 豌豆雜交實(shí)驗(yàn) 遺傳學(xué)研究的生物的特點(diǎn) 親代遺傳背景必須清楚 相對(duì)短的生活史 后代數(shù)量足夠多 易于操作 最重要的是：群體中不同個(gè)體間有不同性狀（差異標(biāo)記）現(xiàn)代遺傳學(xué)中重要的模式生物果蠅，秀麗隱桿線蟲(chóng)，斑馬魚(yú)，擬南芥，釀酒酵母，玉米，鏈孢霉，大腸桿菌 秀麗隱桿線蟲(chóng)（Caenorhabditis elegans）是一種常見(jiàn)的營(yíng)自由生活的小型土壤線蟲(chóng)。成蟲(chóng)體長(zhǎng)僅1mm，半透明，以細(xì)菌為食，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用大腸桿菌OP50（尿嘧啶合成滲漏型突變體）為

6、食物。從一個(gè)受精卵發(fā)育成可以產(chǎn)卵的成蟲(chóng)，它只需要3d。1960s以來(lái)，Sydney Brenner（2002年諾貝爾獎(jiǎng)得主）最先將秀麗隱桿線蟲(chóng)用于發(fā)育遺傳學(xué)/神經(jīng)生物學(xué)研究中，現(xiàn)已成為與Morgan將果蠅引入遺傳學(xué)同等重要的工作。秀麗隱桿線蟲(chóng)現(xiàn)已成為重要的模式生物，為人們理解復(fù)雜的細(xì)胞生命活動(dòng)做出了極大的貢獻(xiàn)。杰出的工作60-70S，Brenner建立了線蟲(chóng)的遺傳學(xué)Sulston利用DIC建立了線蟲(chóng)的細(xì)胞譜系圖，對(duì)雌雄同體線蟲(chóng)的1090個(gè)細(xì)胞（其中131細(xì)胞程序性死亡）的每一個(gè)細(xì)胞的身世和命運(yùn)都清楚Horvitz詳細(xì)研究了線蟲(chóng)的細(xì)胞凋亡的遺傳控制，對(duì)細(xì)胞凋亡基因進(jìn)行了細(xì)致研究Fire等對(duì)RNA

7、i作用機(jī)制研究秀麗隱桿線蟲(chóng)性別有兩種形式：雌雄同體，雄體。雌雄同體既可產(chǎn)生卵，又產(chǎn)生精子，可與雄體交配，也可自體受精，但雌雄同體個(gè)體間不可異體受精。自體受精時(shí)約產(chǎn)生0.1-0.2%的雄體；而雌雄同體與雄體交配產(chǎn)生的子代比例為兩種性別1：1。由于具有雄性和雌雄同體兩種性別，秀麗線蟲(chóng)在遺傳研究上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。一方面，不同遺傳背景的秀麗線蟲(chóng)可以像果蠅等模式動(dòng)物一樣進(jìn)行遺傳交配，進(jìn)行遺傳分析或獲得具有多種性狀的個(gè)體；另一方面，經(jīng)突變或交配產(chǎn)生的新性狀無(wú)需再經(jīng)交配，只需轉(zhuǎn)接繼代就可以保持了。實(shí)驗(yàn)2 秀麗隱桿線蟲(chóng)觀察和操作 分離定律：決定每對(duì)性狀的兩個(gè)因子（基因）沒(méi)有混合和融合，而是在個(gè)體整個(gè)生命過(guò)

8、程中保持獨(dú)立；形成配子時(shí)，每對(duì)基因互相分離，一半配子具有每對(duì)基因中的一個(gè)，另一半配子具有每對(duì)基因中的另一個(gè)。 分離定律的精髓：顆粒式遺傳 遺傳比率：1：2：1；3：1；測(cè)交 1：1 分離定律的意義： 普遍性。人類(lèi)單基因遺傳性狀和遺傳?。?678種（1994年），14220種（2004年） 雜種不能留種。 人類(lèi)家系分析：人類(lèi)遺傳研究的重要手段 顯性基因控制性狀特點(diǎn) 兩種性別都可患病 每個(gè)患病個(gè)體都有患病的父親或母親 子代患病率大約在1/2 多指癥、多發(fā)性結(jié)腸息肉、侏儒、先天性白內(nèi)障、亨廷頓舞蹈病等 隱性基因控制性狀特點(diǎn) 兩種性別都可患病 大多數(shù)患病個(gè)體父母親都不是患者，但是攜帶者 雜合子父母大約

9、1/4子代患病 患者父母通常是近親 先天性聾啞、白化癥、唇裂、黑尿癥、高度近視等 自由組合定律雙因子雜交 親組合/重組合 遺傳比率：9：3：3：1，測(cè)交1：1：1：1，如何得到？ 棋盤(pán)法 分枝法 多因子雜交 兩對(duì)基因時(shí)，產(chǎn)生4種配子，有16種組合，F(xiàn)2有9種基因型，有4種表型，分離比為9：3：3：1 三對(duì)基因時(shí)，產(chǎn)生8種配子，有64種組合，F(xiàn)2有27種基因型，有8種表型 n對(duì)基因時(shí)，產(chǎn)生2n種配子，有4n種組合， F2有3n種基因型，有2n種表型 自由組合定律：兩對(duì)非同源色體上的非等位基因在形成配子時(shí)，各自獨(dú)立地分開(kāi)和組合，形成四種基因型的配子。在雜交時(shí)四種配子隨機(jī)結(jié)合，形成四種表型，9種基因

10、型的群體 自由組合定律的意義 普遍性 自由組合使生物群體存在多樣性，使生物得以生存和進(jìn)化 育種：通過(guò)雜交將多種優(yōu)良性狀集中在雜種后代從基因型到表型基因與環(huán)境相互作用的關(guān)系 遺傳學(xué)的核心命題：表型=基因型+環(huán)境 基因型決定一個(gè)性狀表達(dá)的可能性（即反應(yīng)規(guī)范）。 基因的作用不僅取決于外部環(huán)境，而且取決于個(gè)體內(nèi)其他基因(等位、非等位）共同構(gòu)成的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境 基因型終身不變，而環(huán)境時(shí)刻變化，基因型是發(fā)育內(nèi)因，環(huán)境是外因，而表型是發(fā)育結(jié)果，是基因型與和環(huán)境互作的結(jié)果 雙生子研究 性狀的多基因決定與基因的多效性 表現(xiàn)度、外顯率基因表達(dá)的變異 表現(xiàn)度：一定環(huán)境下，某一突變個(gè)體基因型表達(dá)的差異程度，果蠅Lobe

11、Eyes小眼基因 外顯率：一個(gè)基因型，有些個(gè)體表現(xiàn)一定表型而另外一些不表現(xiàn)。 等位基因的相互作用顯隱性關(guān)系 完全顯性 不完全顯性：人的卷發(fā)：WW：卷發(fā)；Ww：中等卷發(fā)；ww：直發(fā) 共顯性：雜合體中，一對(duì)等位基因都得到表達(dá)人的MN血型 超顯性：雜種優(yōu)勢(shì) 依標(biāo)準(zhǔn)不同顯隱性關(guān)系發(fā)生改變：鐮形細(xì)胞貧血癥 致死基因 隱性致死基因：鼠色遺傳 顯性致死基因：人類(lèi)視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（Rb基因） 復(fù)等位基因：一組等位基因數(shù)目在兩個(gè)以上，作用相似，影響相同的性狀 就每個(gè)二倍體細(xì)胞而言，只有兩個(gè)等位基因 人類(lèi)ABO血型 植物自交不親和 n個(gè)等位基因，有()基因型，其中n為純合子，()為雜合子顯性等級(jí) 非等位基因間相互作

12、用9：3：3：1的修飾 兩對(duì)基因間自由組合不意味著互相沒(méi)有關(guān)系，當(dāng)非等位基因影響同一性狀時(shí)，能產(chǎn)生基因的相互作用，表現(xiàn)出不同的新的孟德?tīng)柋葦?shù)。 這些新的比數(shù)說(shuō)到底都是9：3：3：1的修飾基因互作： 9：3：3：1 ，雞冠形狀遺傳 互補(bǔ)基因：，香豌豆花色遺傳 累加效應(yīng)：，南瓜果形遺傳 重疊效應(yīng)：， 抑制基因：13：3，家蠶繭色遺傳 上位效應(yīng)：非等位基因間的顯隱性關(guān)系 顯性上位：12：3：1，南瓜果色遺傳 隱性上位：9：3：4，家兔毛色遺傳 基因互作機(jī)理 生化途徑控制：香豌豆花色遺傳性別決定與性連鎖遺傳 性別決定 性染色體 1905，Stevens & Wilson, 直翅目昆蟲(chóng)，雌性：偶數(shù)條染色

13、體，雄性：奇數(shù)；其中一條雌性中為條，而雄性中為條，把雌性中多出的這一條稱(chēng)為染色體；此后，發(fā)現(xiàn)一些生物，雌雄都是偶數(shù)條染色體，但有一條形態(tài)不同（異形染色體），稱(chēng)為染色體。同配性別異配性別性別決定 果蠅性指數(shù)決定哺乳動(dòng)物染色體決定型性別決定 性別的基因決定 性別的環(huán)境決定 性連鎖遺傳 特點(diǎn) 決定性狀的基因位于性染色體上 性狀的遺傳與性別有關(guān) 正反交結(jié)果不同 表現(xiàn)特殊的交叉遺傳和隔代遺傳現(xiàn)象連鎖隱性遺傳，如血友病，紅綠色盲等 患者多為男性 有害基因由母親傳遞（女兒正常，可生下患病外孫） 絞花遺傳，代與代之間不連續(xù) 雙親正常，兒子可以是患者 兒子若表型正常，后代都正常連鎖顯性遺傳，抗佝僂病 患者女性多

14、于男性 每代都有患者 男性患者女兒都是患者 女性患者，子女患病機(jī)會(huì)為連鎖遺傳：基因 從性連鎖：基因位于常染色體上，但由于受性激素作用，基因在不同性別表達(dá)不同。人類(lèi)早禿（），雜合體（）只在男性中表現(xiàn)性狀，女性中正常。 限性遺傳：基因可位于性染色體或常染體上，但僅在一種性別中表現(xiàn)。如睪丸女性化，只在男性中表達(dá)。連鎖交換定律F1雜合子形成配子時(shí)，兩對(duì)基因有保持親代原來(lái)組合的傾向，并且這種傾向與顯隱性無(wú)關(guān)。 連鎖 完全連鎖 不完全連鎖 連鎖交換定律：處在同一染色體上的兩個(gè)或兩個(gè)以上基因遺傳時(shí)，聯(lián)合在一起的頻率大于重新組合的頻率 重組 染色體間重組：自由組合 染色體內(nèi)重組：交換 一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)基因在染色

15、體上距離越遠(yuǎn)，交換的可能性就越大，反之，亦然；因此交換值就可用于表示兩個(gè)基因間距離。但交換值無(wú)法直接測(cè)定，只能通過(guò)基因間重組來(lái)估計(jì)。 重組值 重組值 重組頻率（重組頻率（ RF）=重組型數(shù)目重組型數(shù)目/(親本型數(shù)目親本型數(shù)目重組型數(shù)目重組型數(shù)目) 1%重組值為一個(gè)單位，稱(chēng)一個(gè)厘摩，記作重組值為一個(gè)單位，稱(chēng)一個(gè)厘摩，記作1個(gè)個(gè)cM 基因在染色體上的距離以重組值為根據(jù)，基因在染色體上的距離以重組值為根據(jù)，畫(huà)出的基因距離圖稱(chēng)遺傳學(xué)圖畫(huà)出的基因距離圖稱(chēng)遺傳學(xué)圖基因定位與染色體作圖 基因定位：根據(jù)重組值確定不同基因在染色體上的相對(duì)位置和排列順序的過(guò)程 圖距：意義 三點(diǎn)測(cè)交 為什么選擇測(cè)交？ 優(yōu)點(diǎn) 玉米：

16、lz：平臥生長(zhǎng)；gl：光滑葉；su：甜胚乳 現(xiàn)做三點(diǎn)測(cè)交：（Lz Gl Su/lz gl su lz gl su/lz gl su） 數(shù)據(jù)如下： 測(cè)交子代 測(cè)交子代 測(cè)交子代 表型 基因型 數(shù)目 野生型 Lz Gl Su 286 Lz lz Gl Su 33 Gl Lz gl Su 59 Su Lz Gl su 4 Lz，Gl lz gl Su 2 Lz，Su lz Gl su 44 Gl，Su Lz gl su 40 Lz，Gl，Su lz gl su 272 如何分析？ 第1行和最后1行數(shù)目最多，為非重組型（親本型），可知雜交組合是： Lz Gl Su/lz gl sulz gl su/lz gl su；依據(jù)這一原則，即使親本未表示出，也可進(jìn)行推斷） 三個(gè)基因順序：數(shù)目最少的一定是雙交換類(lèi)型，將它們與親組合比較，可確定基因順序。原則：雙交換的結(jié)果總是位于三個(gè)基因中間的那個(gè)互換 確定單交換發(fā)生位置 將上述數(shù)據(jù)重新畫(huà)表 發(fā)生交換處Lz Su Gl 286lz s