遺傳學(xué)genetics 1 緒論課件

1、GENETICS 遺傳學(xué)主講： 王剛參考書目：戴灼華,王亞馥，粟翼玟主編，遺傳學(xué)，高等教育出版社，2008年1月第二版趙壽元，喬守怡主編，現(xiàn)代遺傳學(xué)，高等教育出版社，2001年8月第一版徐晉麟等編著，現(xiàn)代遺傳學(xué)原理，科學(xué)出版社， 2005年8月第二版Genetics，from Gene to Genome, Hartwell et al, 2000Essentials of Genetics, 4th editionKlug and Cummings, 2002原版教材：第一節(jié)、遺傳學(xué)的定義和研究內(nèi)容遺傳（heredity,inheritance） 指生物親代與子代相似的現(xiàn)象，即生物在世代傳遞

2、過程中可以保持物種和生物個(gè)體各種特性不變種瓜得瓜，種豆得豆遺傳和變異現(xiàn)象是自然界普遍存在的生命活動的基本特征遺傳決定了物種的基本特性，變異決定了種內(nèi)個(gè)體間差異遺傳是相對的，變異是絕對的。當(dāng)變異的積累達(dá)到或超過一定“閾值”時(shí)就可能成為新物種形成的來源變異給進(jìn)化提供豐富素材，遺傳使變異得以積累和傳遞如果性狀不存在變異，遺傳將只是簡單的重復(fù)，如果變異不能遺傳，也就失去其遺傳學(xué)意義，生物同樣不能夠進(jìn)化遺傳和變異就是這樣相互矛盾又相輔相成，共同構(gòu)成了生物的進(jìn)化和發(fā)展不可缺少的因素遺傳與變異是一對矛盾對立統(tǒng)一的兩個(gè)方面遺傳、變異和選擇是生物進(jìn)化和新品種選育的三大因素遺傳學(xué)（genetics）研究生物的遺傳

3、和變異及其規(guī)律的科學(xué)研究生物體的遺傳信息的組成、結(jié)構(gòu)、功能、傳遞和表達(dá)作用規(guī)律的一門科學(xué)。基因是生命體的遺傳與變異的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳學(xué)的主要研究內(nèi)容1) 基因和基因組的結(jié)構(gòu)(包括突變)與異常性狀之間的關(guān)系2) 基因在世代之間傳遞的方式與規(guī)律3) 基因轉(zhuǎn)化為性狀所需的各種內(nèi)外條件，也就是基因表達(dá)調(diào)節(jié)的規(guī)律第二節(jié)、 遺傳學(xué)的發(fā)展簡史800 B.C. Artificial pollination of date palms（海棗）. 公元前五世紀(jì)希波克拉底（Hippocrates）提出了第一個(gè)遺傳理論性狀起初是通過人工的方法而獲得的，但是隨著時(shí)間的推移，它會成為可遺傳的性狀，人工的方法就沒有必要了。種子

4、來自身體的所有部位，健康的種子來自健康的部位，有病的種子來自有病的部位。 子代具有親代的特性那是因?yàn)樵诰夯蚺咛ダ锛辛藖碜陨眢w各部分的微小代表元素(elememt)。100年后，亞里斯多德（Aristotle）認(rèn)為:精液不是提供胚胎組成的元素，而是提供后代的藍(lán)圖。生物的遺傳不是通過身體各部分樣本的傳遞，而是個(gè)體胚胎發(fā)育所需的信息傳遞漸成論遺傳主要由雄性決定，雌雄的地位不平等 拉馬克 (Lamarck, J.B )：1809用進(jìn)廢退和獲得性狀遺傳拉馬克認(rèn)為：生物物種是可變的；遺傳變異遵循“用進(jìn)廢退和獲得性狀遺傳”規(guī)律拉馬克的主要研究領(lǐng)域是生物物種進(jìn)化，但對生物進(jìn)化的解釋必然涉及對性狀遺傳與變異

5、現(xiàn)象的解釋器官用進(jìn)廢退和獲得性狀遺傳假說用進(jìn)廢退：生物變異的根本原因是環(huán)境條件的改變獲得性狀遺傳：所有生物變異(獲得性狀)都是可遺傳的，并在生物世代間積累1866孟德爾 “植物雜交試驗(yàn)” 論文發(fā)表達(dá)爾文：泛生假說(hypothesis of pangensis) 1868達(dá)爾文在解釋生物進(jìn)化時(shí)也對生物的遺傳、變異機(jī)制進(jìn)行了假設(shè)，并提出了泛生假說，認(rèn)為：遺傳物質(zhì)是存在于生物器官中的“泛子/泛生?！?；遺傳就是泛子在生物世代間傳遞和表現(xiàn)達(dá)爾文也承認(rèn)獲得性狀遺傳的一些觀點(diǎn)，認(rèn)為生物性狀變異都能夠傳遞給后代高爾頓：融合遺傳假說 1869雙親的遺傳成分在子代中發(fā)生融合，而后表現(xiàn) 其根據(jù)是，子女的許多特性均

6、表現(xiàn)為雙親的中間類型。因此高爾頓及其學(xué)生畢爾生致力于用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究親代與子代間性狀表現(xiàn)的關(guān)系雖然融合遺傳的基本觀點(diǎn)并不正確，但是在這一基礎(chǔ)上所創(chuàng)建的一系列生物數(shù)學(xué)分析方法，卻為數(shù)量遺傳、群體遺傳的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)孟德爾：遺傳因子假說 1866系統(tǒng)地研究了生物的遺傳和變異豌豆雜交試驗(yàn)（1856-1864）1866年發(fā)表植物雜交試驗(yàn)，提出分離規(guī)律和自由組合定律假定細(xì)胞中有遺傳因子，認(rèn)為遺傳是受細(xì)胞里的遺傳因子控制的1、個(gè)體遺傳學(xué)向細(xì)胞遺傳學(xué)過渡時(shí)期(1900-1910)突變學(xué)說狄弗里斯，1901-1903年將不連續(xù)突變視為進(jìn)化的重要現(xiàn)象，直接在進(jìn)化觀中導(dǎo)入了非連續(xù)性思想；以顆粒遺傳思想

7、來探討突變的本質(zhì)，開始了進(jìn)化與遺傳的有機(jī)交融；視突變?yōu)榭捎脤?shí)驗(yàn)方法觀察到的過程，實(shí)現(xiàn)了對進(jìn)化現(xiàn)象實(shí)證性研究的最初嘗試 突變是生物進(jìn)化的因素染色體遺傳理論Sutton和Boveri分別提出, 1903年，遺傳因子位于細(xì)胞核內(nèi)染色體上，從而將孟德爾遺傳規(guī)律與細(xì)胞學(xué)研究結(jié)合起來Genetics貝特生（Bateson W.）1906 年 等位基因（allele） 純合體（homozygous） 雜合體（heterozygous） 上位基因（epistatic genes）純系學(xué)說約翰生 (Johannsen W.)，1909年提出“gene”的概念，明確區(qū)別了基因型和表現(xiàn)型認(rèn)為由純合的個(gè)體自花受精所產(chǎn)

8、生的子代群體是一個(gè)純系。在純系內(nèi)，個(gè)體間的表型雖因環(huán)境影響而有所差異，但其基因型則相同，因而選擇是無效的；而在由若干個(gè)純系組成的混雜群體內(nèi)進(jìn)行選擇時(shí)，選擇卻是有效的。 交叉現(xiàn)象詹森斯（Janssens F.A.) 1909觀察到染色體在減數(shù)分裂時(shí)呈交叉現(xiàn)象，為解釋基因連鎖現(xiàn)象提供了基礎(chǔ)2、細(xì)胞遺傳學(xué)時(shí)期（1910-1939）摩爾根（Morgan T.H.)斯特蒂文特（Sturtevant）布里吉斯（Bridges）繆勒（Muller）性狀連鎖遺傳規(guī)律提出染色體遺傳理論細(xì)胞遺傳學(xué)創(chuàng)立“基因?qū)W說” 1）種質(zhì)（基因）是連續(xù)的遺傳物質(zhì) 2）基因是染色體上的遺傳單位，呈直線排列，有很高的穩(wěn)定性，能自我復(fù)

9、制和發(fā)生變異 3）在個(gè)體發(fā)育中，基因在一定條件下，控制著一定的代謝過程，表現(xiàn)相應(yīng)的遺傳特性和特征誘變穆勒（Muller H.T.） 1927年對果蠅用X射線誘發(fā)突變施特德勒（Stadler L.T.） 1927年對玉米用X射線誘發(fā)突變證實(shí)基因和染色體的突變不僅在自然情況下產(chǎn)生，用X射線處理也會產(chǎn)生大量突變。人工產(chǎn)生遺傳變異的方法，使遺傳學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的階段3、微生物遺傳和生化遺傳時(shí)期（19411952） 由于微生物遺傳學(xué)和生化遺傳學(xué)研究的廣發(fā)開展，工作進(jìn)入微觀層次，其主要特征是以微生物為研究對象，采用生化方法探索遺傳物質(zhì)的本質(zhì)及其功能Beadle G.W.（1941）在紅色面包霉的生化遺傳研究

10、中，分析了許多生化突變體提出“一個(gè)基因一種酶”假說發(fā)展了微生物遺傳學(xué)、生化遺傳學(xué)以后研究表明，基因決定著蛋白質(zhì)（包括酶）合成，改為一個(gè)基因一個(gè)蛋白質(zhì)或多肽艾弗里（Avery O.） 1944肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明轉(zhuǎn)化因子是DNA而不是蛋白質(zhì)赫爾希（Hershey A.D.)和蔡斯 (Chase M.)1952T2噬菌體重組試驗(yàn)證實(shí)遺傳物質(zhì)是DNA麥克林托克（McClintock B.）轉(zhuǎn)座子，跳躍基因 19514、分子遺傳時(shí)期 (1953 )1945: 薛丁諤（Schrdinger） 生命是什么 (WHAT IS LIFE ?）“ 基因是活細(xì)胞的關(guān)鍵組成部分，要懂得什么是生命就必須知道基因是如

11、何發(fā)揮作用的?！?遺傳的分子基礎(chǔ)和基因的自我復(fù)制沃森（Watson J.D.)和克里克（Crick F.H.C.)根據(jù)對DNA化學(xué)分析和X-射線晶體學(xué)結(jié)果提出DNA的雙螺旋模型 1953意義：1）為DNA分子結(jié)構(gòu)、自我復(fù)制、相對穩(wěn)定性和變性提出合理解釋2）DNA是貯存和傳遞遺傳信息的物質(zhì)3）基因是DNA分子上的一個(gè)片段4）分子生物學(xué)的誕生1958：Crick， “中心法則”1961: Jacob 和Monod建立乳糖操縱子模型1962 ，1968 Arber， 1978 Smith 發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶1964，1965：Nirenberg，Khorana破譯遺傳密碼1972年：基因工程成功美國的

12、吉爾伯特是堿基排列分析法的創(chuàng)始人1973年，科恩（S.Cohen）等人把一段外源DNA片段與質(zhì)粒DNA連接起來，構(gòu)成了一個(gè)重組質(zhì)粒，并將該重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌，第一次完整地建立起了基因克隆體系。美國斯坦福大學(xué)的伯格（P.Berg）等人把一種猿猴病毒的DNA與噬菌體DNA用同一種限制性內(nèi)切酶切割后，再用DNA連接酶把這兩種DNA分子連接起來，于是產(chǎn)生了一種新的重組DNA分子，從此產(chǎn)生了基因克隆技術(shù)。1977 Sanger & Gilbert 建立測序方法1977 Sharp 和 Roberts 發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子 1981 Cech和Altman 發(fā)現(xiàn)核酶1985 Mullis,K. 建立了PCR體外擴(kuò)

13、增技術(shù)1995 第一個(gè)細(xì)菌基因組流感嗜血桿菌全基因組 序列發(fā)表。1996 Goffeau等完成了酵母基因組的測序1998 第一個(gè)多細(xì)胞真核生物線蟲的基因組發(fā)表。 2000 塞萊拉公司宣布完成了果蠅的基因組測序。 2000 英美等國科學(xué)家宣布繪出擬南芥基因組的完 整圖譜2003 人類基因組測序完成2005 水稻基因組測序完成2009 玉米基因組側(cè)學(xué)完成 遺傳學(xué)發(fā)展的新動態(tài)1.后基因組學(xué)2.蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)3.生物信息學(xué)(Bioinformatic) 定義為分子生物學(xué)和計(jì)算生物學(xué)的交叉. 包含三個(gè)重要的內(nèi)容:(1) 基因組信息學(xué);(2)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)模擬;(3)藥物設(shè)計(jì).小羊“多莉

14、”（Dolly）， 特別之處在于它的生命的誕生沒有精子的參與。英國和我國等國在80年代后期先后利用胚胎細(xì)胞作為供體，“克隆”出了哺乳動物。到90年代中期，我國已用此種方法“克隆”了老鼠、兔子、山羊、牛、豬5種哺乳動物?？寺〖夹g(shù)遺傳學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系遺傳學(xué)的發(fā)展和與其他學(xué)科發(fā)生相互交叉和滲透產(chǎn)生了相當(dāng)多的分支學(xué)科和邊緣學(xué)科：細(xì)胞遺傳學(xué)體細(xì)胞遺傳學(xué)：微生物遺傳學(xué)；植物遺傳學(xué)；動物遺傳學(xué)；人類遺傳學(xué)發(fā)育遺傳學(xué)（發(fā)生遺傳學(xué)）醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)；腫瘤遺傳學(xué)；優(yōu)生遺傳學(xué)；生化遺傳學(xué)；分子遺傳學(xué)；生物工程學(xué)統(tǒng)計(jì)遺傳學(xué)；數(shù)量遺傳學(xué)；群體遺傳學(xué)毒理遺傳學(xué)；病理遺傳學(xué)輻射遺傳學(xué)；免疫遺傳學(xué)；行為遺傳學(xué)；生態(tài)遺傳學(xué)；反求遺

15、傳學(xué)；基因組學(xué)；蛋白質(zhì)組學(xué)，表觀遺傳學(xué)第三節(jié)、 遺傳學(xué)的應(yīng)用1.對生命本質(zhì)的探索生命現(xiàn)象的遺傳統(tǒng)一性生命科學(xué)在分子水平上的統(tǒng)一2.生物進(jìn)化理論的基礎(chǔ)遺傳學(xué)研究生物在少數(shù)幾個(gè)世代繁育過程中表現(xiàn)出來的遺傳、變異現(xiàn)象與規(guī)律生物進(jìn)化研究生物在長期歷史過程中的遺傳與變異規(guī)律及發(fā)展方向3.指導(dǎo)動植物、微生物遺傳改良工作提高育種工作的預(yù)見性創(chuàng)造新的遺傳變異提高選擇可靠性與效率定向創(chuàng)造和重組遺傳變異*4.提高醫(yī)療衛(wèi)生水平遺傳病的遺傳規(guī)律研究、診斷與治療(基因制劑與基因療法)細(xì)胞組織癌變機(jī)制、診斷與防治病原物(細(xì)菌、病毒) 致病的遺傳機(jī)理及其防治生物工程藥物生產(chǎn)等5、社會與法律遺傳與人類健康染色體變異所致的遺傳

16、病，稱為染色體病。 這種疾病已記錄有500 多種，其中，性染色體異常占75，常染色體異常占25。遺傳物質(zhì)的改變?nèi)旧w變異基因突變（點(diǎn)突變）染色體結(jié)構(gòu)變異（染色體畸變）染色體數(shù)目的變異（倍性變異） 染色體變異貓叫綜合征：人第5染色體短臂缺失(5p-) 15.2, 兒童期表現(xiàn)為智力低，早期死亡，哭聲輕、聲調(diào)較高，象貓叫等癥狀。唐氏綜合癥：21號染色體重復(fù)，斜眼，平臉，大舌，矮小，指短，心智發(fā)育遲緩30歲孕婦建議做唐氏篩查(羊水，絨毛膜抽檢）超雄：XYY或多個(gè)Y個(gè)體，發(fā)病率1/900臨床癥狀：身材高大，生育力下降，易于興奮，易感到欲望不滿足，自我克制力較差。性染色體數(shù)目異常1）.苯丙酮尿癥： 苯丙氨酸羥化酶基因突變，于染色體12q22-q24.1。腦發(fā)育受阻，嚴(yán)重腦力呆滯，智商050 。發(fā)病率: 1/11000新生兒篩查法：苯丙氨酸濃度240umol/L即為初篩陽性低苯丙氨酸飲食，專用奶粉基因突變2）.白化病酪氨酸酶基因缺少或突變。常染色體隱性遺傳。世界白化病的總發(fā)病率為 1/1000020000。第四節(jié)、遺傳學(xué)的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法試驗(yàn)研究材料：所有動植物和微生物生物形態(tài)、生理、生態(tài)及