《遺傳學第一章緒論》課件

1、遺傳學第一章緒論PPT課件遺傳學第一章緒論PPT課件2/25第一章緒論一、遺傳學研究的對象和任務二、遺傳學的發(fā)展簡史三、遺傳學研究的領域 四、遺傳學的應用五、遺傳學的特點與學習方法本章要點4/25第一章緒論一、遺傳學研究的對象和任務3/25一、遺傳學研究的對象和任務 1. 遺傳學的研究對象遺傳學(Genetics)是研究生物遺傳信息傳遞及遺傳信息如何決定生物性狀發(fā)育的科學。是研究生物遺傳和變異的科學遺傳與變異是生物界最普通、最基本的兩個特征遺傳(heredity)：指生物親代與子代相似的現(xiàn)象，即生物在世代傳遞過程中可以保持物種和生物個體各種特性不變；變異(variation)：指生物在親代與子

2、代之間，以及在子代與子代之間表現(xiàn)出一定差異的現(xiàn)象。5/25一、遺傳學研究的對象和任務 1. 遺傳學的研究對象4/25遺傳是相對的、保守的；變異是絕對的，發(fā)展的。沒有遺傳，就沒有物種的相對穩(wěn)定性；沒有變異，不會產(chǎn)生新的性狀，也就不可能有物種的進化和新品種的選育 遺傳和變異的表現(xiàn)都與環(huán)境具 有不可分割的關系。遺傳與變異的對立統(tǒng)一關系6/25遺傳是相對的、保守的；變異是絕對的，發(fā)展的。遺傳與5/252.遺傳、變異和選擇遺傳、變異和選擇是生物進化和新品種選育的三大因素生物進化就是環(huán)境條件(選擇條件)對生物變異進行自然選擇，在自然選擇中得以保存的變異傳遞給子代(遺傳) ，變異逐代積累導致物種演變、產(chǎn)生新

3、物種動、植物和微生物新品種選育(育種)實際上是一個人工進化過程，只是以選擇強度更大的人工選擇代替了自然選擇，其選擇的條件是育種者的要求7/252.遺傳、變異和選擇遺傳、變異和選擇是生物進化和新6/253. 遺傳、變異與環(huán)境環(huán)境改變可以引起變異戰(zhàn)國時期考工記就指出：“橘逾淮而北為枳”。表明人們在很早以前就注意到生物生存環(huán)境的改變可以引起生物的性狀改變生物所表現(xiàn)出的性狀變異分為：可遺傳(heritable)變異和不可遺傳(non-heritable)變異環(huán)境引起的變異中包含可以遺傳給后代的特性，也包含只在生物當代表現(xiàn)出來，而不能傳遞給后代的變異西漢的著名唯物主義者王充(王陽明)在論衡中指出：某些偶

4、然變異是不可遺傳的考察生物遺傳與變異應該在給定環(huán)境條件下進行8/253. 遺傳、變異與環(huán)境環(huán)境改變可以引起變異7/254. 遺傳學的任務遺傳與變異現(xiàn)象與基本規(guī)律闡明生物遺傳、變異現(xiàn)象及其表現(xiàn)規(guī)律遺傳的本質(zhì)與內(nèi)在規(guī)律探索遺傳、變異的原因及其物質(zhì)基礎(遺傳的本質(zhì))，揭示遺傳變異的內(nèi)在規(guī)律指導生物遺傳改良工作在上述工作基礎上指導動、植物和微生物遺傳改良(育種)實踐9/254. 遺傳學的任務遺傳與變異現(xiàn)象與基本規(guī)律8/25現(xiàn)代遺傳學主要研究任務以基因為主要研究對象，研究基因在遺傳變異中的作用機理。染色體基因與DNA，基因控制蛋白質(zhì)，從而控制遺傳性狀，從基因型到表現(xiàn)型?；蛲蛔兣c環(huán)境問題10/25現(xiàn)代遺

5、傳學主要研究任務以基因為主要研究對象，研究基9/25二、 遺傳學的發(fā)展簡史*(一)、 古代遺傳學知識的積累(二)、 近代遺傳學的奠基1. 拉馬克：器官用進廢退與獲得性狀遺傳2. 達爾文：泛生假說3. 魏斯曼：種質(zhì)連續(xù)論4. 高爾頓：融合遺傳假說5. 孟德爾：遺傳因子假說(三)、 遺傳學的建立和發(fā)展1. 初創(chuàng)時期(1900-1910)2. 全面發(fā)展時期(1910-1952)3. 分子遺傳學時期(1953-)11/25二、 遺傳學的發(fā)展簡史*(一)、 古代遺傳學知識的10/25*(一)、 古代遺傳學知識的積累18世紀中葉以前，遺傳學基本上屬于萌芽時期。人類在利用和改造生物的過程中，逐漸積累對生物遺

6、傳和變異的認識以及對遺傳本質(zhì)的探索和猜測。具有明顯的樸素唯物主義和經(jīng)驗性質(zhì)，在方法上比較直觀，并更多地注意生物的形態(tài)特征在歐洲，宗教神學的統(tǒng)治使遺傳知識帶上了濃厚的神學、神秘主義色彩。集中表現(xiàn)為生物物種神創(chuàng)論和不變論12/25*(一)、 古代遺傳學知識的積累18世紀中葉以前，11/25(二)、 近代遺傳學的奠基 1. 拉馬克：用進廢退和獲得性狀遺傳拉馬克認為：生物物種是可變的；遺傳變異遵循“用進廢退和獲得性狀遺傳”規(guī)律拉馬克的主要研究領域是生物物種進化，但對生物進化的解釋必然涉及對性狀遺傳與變異現(xiàn)象的解釋器官用進廢退和獲得性狀遺傳假說用進廢退：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

7、有生物變異(獲得性狀)都是可遺傳的，并在生物世代間積累13/25(二)、 近代遺傳學的奠基 1. 拉馬克：用進12/252. 達爾文：泛生假說(hypothesis of pangensis)達爾文在解釋生物進化時也對生物的遺傳、變異機制進行了假設，并提出了泛生假說，認為：遺傳物質(zhì)是存在于生物器官中的“泛子/泛生粒”；遺傳就是泛子在生物世代間傳遞和表現(xiàn)達爾文也承認獲得性狀遺傳的一些觀點，認為生物性狀變異都能夠傳遞給后代14/252. 達爾文：泛生假說(hypothesis o13/253. 魏斯曼：種質(zhì)連續(xù)論新達爾文主義在生物進化方面支持達爾文的選擇理論，但在遺傳上否定獲得性狀遺傳，魏斯曼是其

8、首創(chuàng)者種質(zhì)連續(xù)論(theory of continuity of germplasm)多細胞生物由種質(zhì)和體質(zhì)組成：種質(zhì)指生殖細胞，負責生殖和遺傳；體質(zhì)指體細胞，負責營養(yǎng)活動種質(zhì)是“潛在的”，世代相傳，不受體質(zhì)和環(huán)境影響，所以獲得性狀不能遺傳；體質(zhì)由種質(zhì)產(chǎn)生，是“被表達的”，不能遺傳種質(zhì)在世代間連續(xù)，遺傳是由具有一定化學成分和一定分子性質(zhì)的物質(zhì)(種質(zhì))在世代間傳遞實現(xiàn)的15/253. 魏斯曼：種質(zhì)連續(xù)論新達爾文主義14/25*4. 高爾頓：融合遺傳假說融合遺傳認為：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，子女的許多特性均表現(xiàn)為雙親的中間類型。因此高爾頓及其學生畢爾生致力于用數(shù)學和統(tǒng)計學

9、方法研究親代與子代間性狀表現(xiàn)的關系雖然融合遺傳的基本觀點并不正確，但是在這一基礎上所創(chuàng)建的一系列生物數(shù)學分析方法，卻為數(shù)量遺傳、群體遺傳的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了基礎16/25*4. 高爾頓：融合遺傳假說融合遺傳認為：雙親15/255. 孟德爾：遺傳因子假說遺傳因子假說認為：生物性狀受細胞內(nèi)遺傳因子(hereditary factor)控制遺傳因子在生物世代間傳遞遵循分離和獨立分配兩個基本規(guī)律這兩個遺傳基本規(guī)律是近現(xiàn)代遺傳學最主要的、不可動搖的基礎17/255. 孟德爾：遺傳因子假說遺傳因子假說認為：16/25(三)、 遺傳學的建立和發(fā)展1. 初創(chuàng)時期(1900-1910)(1). 1900年， 狄弗

10、里斯 、柴馬克和柯倫斯分別重新發(fā)現(xiàn)孟德爾規(guī)律，是遺傳學學科建立的標志。1906 年，貝特生提出以Genetics作為該學科的學科名(2). 1901-1903年，狄弗里斯發(fā)表“突變學說”(3). 1903年，Sutton和Boveri分別提出染色體遺傳理論，認為：遺傳因子位于細胞核內(nèi)染色體上，從而將孟德爾遺傳規(guī)律與細胞學研究結合起來(4). 1909年，約翰生發(fā)表“純系學說”，并提出“gene”的概念，以代替孟德爾所謂的“遺傳因子”(5). 1908年，哈德和溫伯格分別推導出群體遺傳平衡定律18/25(三)、 遺傳學的建立和發(fā)展1. 初創(chuàng)時期(117/252. 全面發(fā)展時期(1910-1952

11、)形成了近代遺傳學的主要內(nèi)容與研究領域，也是本課程的主要內(nèi)容 (pp:24)(1). 細胞遺傳學/經(jīng)典遺傳學(1910-1940)1910，摩爾根等：性狀連鎖遺傳規(guī)律(2). 數(shù)量遺傳學與群體遺傳學基礎 (1920-)費希爾等：數(shù)理統(tǒng)計方法在遺傳分析中的應用19/252. 全面發(fā)展時期(1910-1952)形成了近18/252. 全面發(fā)展時期(1910-1952) (3). 微生物遺傳學及生化遺傳學 (1940-1953)1941，比德爾等：一個基因一個酶1944，阿委瑞：肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化1952，赫爾歇和蔡斯：噬菌體重組(4). 其它研究方向1927，穆勒等：人工誘變1937，布萊克斯里等：植

12、物多倍體誘導 雜種優(yōu)勢的遺傳理論20/252. 全面發(fā)展時期(1910-1952) (3)19/253. 分子遺傳學時期(1953-)1953年Watson和 Crick提出DNA分子雙螺旋(double helix)模型，是分子遺傳學及以之為核心的分子生物學建立的標志；20世紀70年代以來，分子遺傳學、分子生物學及其實驗技術得到飛速發(fā)展。21/253. 分子遺傳學時期(1953-)1953年Wa20/25 分子遺傳學時期(1953-)建立了以DNA重組技術為核心的遺傳工程，為生物遺傳定向操作奠定了基礎；取得了人類、多種農(nóng)業(yè)和實驗生物基因組的DNA序列信息(結構基因組學)；開創(chuàng)了功能基因組學研

13、究(后基因組學)。*新研究領域開創(chuàng)與分支學科形成的要素：代表性人物；新的研究技術與方法體系：物理學、化學、數(shù)學等學科的新理論與技術；開創(chuàng)性的研究成果(代表性的試驗)。22/25 分子遺傳學時期(1953-)建立了以DNA重21/25遺傳學發(fā)展重要里程碑1.1866年，孟德爾（G.Mendel）發(fā)現(xiàn)遺傳因子，提出分離定律和獨立分配定律。 2. 1900年，弗里斯、柴馬克、柯倫斯三人同時發(fā)現(xiàn)孟德爾的理論。這一年作為遺傳學建立和開始發(fā)展的一年。 3、1910年以后，摩爾根（Morgan)提出連鎖遺傳定律，創(chuàng)立“基因理論”。4、 1944年，阿委瑞（Avery)等證明DNA是遺傳物質(zhì)。 5、1953年

14、，瓦特森（Watson)和克里克(Crick)闡明DNA分子雙螺旋結構 6、1966 Nirenberg破譯全部遺傳密碼。7、1973 Boyer,Cohen建立DNA重組技術。8、1981 Palmiter,Brinster獲得轉(zhuǎn)基因小鼠。9、1988 Mullis發(fā)明PCR技術。10、1989 Collis主持實施人類基因組計劃。11、1997 克隆羊“多莉”在英國誕生。12、2001.2.12 完成人類基因組圖譜23/25遺傳學發(fā)展重要里程碑1.1866年，孟德爾（G三、遺傳學研究的領域 遺傳、發(fā)育、進化在基因水平上的統(tǒng)一1、遺傳、發(fā)育、進化的共同基礎是基因；2、生物個體發(fā)育過程是細胞內(nèi)

15、基因按特定的時間空間程序精確表達的過程；3、發(fā)育的核心是細胞分化，細胞分化的關鍵是相同基因組中各個基因在時間空間上的選擇性表達的結果；4、從基因到性狀也是胚胎發(fā)育過程；5、生命長鏈是自然選擇下不斷出現(xiàn)突變的基因流；6、基因信息的傳遞與變化統(tǒng)一了遺傳與進化；7、基因工程學和生物信息學將更加統(tǒng)一生命學科。三、遺傳學研究的領域 遺傳、發(fā)育、進化在基因水平上的統(tǒng)23/25主要研究領域及分支學科1、傳遞遺傳學：性狀傳遞，經(jīng)典遺傳學2、細胞遺傳學：研究染色體為主，3、分子遺傳學：研究基因為主，4、生統(tǒng)遺傳學：數(shù)量遺傳、群體遺傳學25/25主要研究領域及分支學科1、傳遞遺傳學：性狀傳遞，經(jīng)24/25四、 遺

16、傳學的應用1.對生命本質(zhì)的探索生命現(xiàn)象的遺傳統(tǒng)一性生命科學在分子水平上的統(tǒng)一2.生物進化理論的基礎遺傳學研究生物在少數(shù)幾個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26/25四、 遺傳學的應用1.對生命本質(zhì)的探索25/25 3、動植物育種指導動植物、微生物遺傳改良工作提高育種工作的預見性創(chuàng)造新的遺傳變異提高選擇可靠性與效率定向創(chuàng)造和重組遺傳變異等27/25 3、動植物育種指導動植物、微生物遺傳改良工作26/254、 遺傳學與醫(yī)療保健提高醫(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)細胞組織癌變機制、診斷與防治病原物

17、(細菌、病毒) 致病的遺傳機理及其防治生物工程藥物生產(chǎn)等28/254、 遺傳學與醫(yī)療保健提高醫(yī)療衛(wèi)生水平27/255、遺傳工程遺傳工程（genetic engineering）是七十年代發(fā)展起來的一門新技術，它是綜合分子生物學與微生物學、分子遺傳學等理論和技術建立起來的。 廣義：基因工程、細胞工程、染色體工程和細胞器工程。 狹義：基因工程 基因工程：是一種操作，它不是通過一般傳統(tǒng)的有性雜交方法，而是采取類似于工程建設的方式，按照預先設計的藍圖，借助于實驗室的技術，將某種生物的基因或基因組轉(zhuǎn)移到另一種生物中去，使后者定向地獲得新的遺傳性狀，成為新的類型。這實際上就是目前講的轉(zhuǎn)基因技術。29/25

18、5、遺傳工程遺傳工程（genetic eng28/25傳統(tǒng)雜交只能進行親緣關系較近的交配（遠緣交配失?。?，無法進行遠緣交配（即遺傳物質(zhì)交流），遺傳物質(zhì)交流開始是全方位的，通過人為選擇，可以達到目的性狀，但工作量大，且容易改變原來的其他優(yōu)良性狀。但基因工程就不同的，它不但可以進行種間、屬間科間遺傳物質(zhì)交流，還可以進行高等、低等，動物與植物間遺傳物質(zhì)交流，同時可以定向而不改變原來的優(yōu)良性狀，所以十分誘人！目前基因工程主要在以下幾方面應用： a. 生物制藥 b. 遺傳病治療 c. 農(nóng)業(yè)新品種選育 d. 發(fā)酵工程 e. 治理環(huán)境污染(創(chuàng)新微生物類型) f. 其他 等 30/25傳統(tǒng)雜交只能進行親緣關系

19、較近的交配（遠緣交配29/25基因制藥與治療 利用轉(zhuǎn)基因動物來生產(chǎn)基因藥物是一種全新的生產(chǎn)模式，與傳統(tǒng)的制藥技術相比具有無可比擬的優(yōu)越性。目前已有 500個基因用于藥物開發(fā)，到人類基因組計劃完成時，這一數(shù)目將增加6到20倍，達到300010000個.例如： 1996年 1月，以色列科學家成功地培育出一頭名叫“吉蒂” 的山羊，羊身上帶有人類的血清白蛋白基因。這種白蛋白可用以治療燒傷、休克，或者在外科手術后用來補償血液損失?；蛑委煟褐咐眠z傳學的原理治療人類的疾病。目前人類基因治療主要集中在遺傳性疾病、腫瘤及某些傳染性疾病。至1997年初，全世界共記錄了2103例基因治療病例（美國1700例）。

20、其中68%是治療腫瘤的，19%是治療遺傳病的，12%治療傳染性疾病等。31/25基因制藥與治療30/25基因工程與農(nóng)林業(yè)利用基因工程改造作物可達到4個目的：改變物種的性狀；增加作物抗病蟲害能力；提高作物的產(chǎn)量；改善食品的營養(yǎng)成分。 我國主要在以下三方面重點發(fā)展： 1）微生物肥料 2）微生物農(nóng)藥 3）改造傳統(tǒng)生物技術產(chǎn)業(yè) 轉(zhuǎn)基因作物研究新進展 1、轉(zhuǎn)基因水稻 2、轉(zhuǎn)基因大豆 3、轉(zhuǎn)基因馬鈴薯 4、轉(zhuǎn)基因木薯 5、較基因甘薯 6、轉(zhuǎn)基因棕櫚 7、轉(zhuǎn)基因香蕉 植物基因在減少病蟲草方面：（一）抗病毒方面：（二）抗細菌及真菌方面：（三）抗蟲害方面： （四）抗雜草方面：轉(zhuǎn)基因樹與林業(yè)目標有三：(1)加快樹

21、木的生長和早成材；(2)提高樹木或果樹果品的質(zhì)量，(3)早收優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)木材32/25基因工程與農(nóng)林業(yè)利用基因工程改造作物可達到4個目的31/25轉(zhuǎn)基因動物動物體細胞克隆技術為生長蛋白類藥物、器官移植、挽救珍惜瀕危動物及培育優(yōu)良品種奠定基礎；1997年，Wilmut等用山羊胚胎的核轉(zhuǎn)入去核未受精的卵母細胞，克隆了“Dolly羊”；轉(zhuǎn)基因動物成功引導了一種新型的制藥工業(yè)，利用轉(zhuǎn)基因山羊，綿羊和乳牛的乳汁生產(chǎn)治療人類疾病的蛋白類藥物；另外克隆經(jīng)過修飾的豬，為人體器官移植提供外源器官。我國上海轉(zhuǎn)基因研究中心和陜西的中國楊凌克隆動物基地也成功克隆了山羊。33/25轉(zhuǎn)基因動物動物體細胞克隆技術為生長蛋白類藥

22、物、器官32/256、遺傳學與社會、法律和世界觀轉(zhuǎn)基因生物的安全問題 一方面是環(huán)境安全性：1)轉(zhuǎn)基因植物演變成農(nóng)田雜草的可能性。2)基因漂流到近緣野生種的可能性。3)對生物類群的影響。 另一方面是食品安全性：1)毒性問題；2)過敏反應問題；3)營養(yǎng)問題；4)對抗生素的抵抗作用；5)對環(huán)境的威脅34/256、遺傳學與社會、法律和世界觀轉(zhuǎn)基因生物的安全問題33/25DNA親子鑒定和身份測試問題 將分離開的目的基因放在尼龍薄膜上,使用特別的DNA探針去尋找基因,每一種探針用于尋找DNA的不同部位并影成獨特的條碼, 用幾組不同的探針, 可得到超過99,9%的父系或然率或分辨率. DNA指紋分析與罪證確

23、定35/25DNA親子鑒定和身份測試問題 34/25倫理和社會學方面（）如何解釋遺傳信息的醫(yī)學意義：人類基因組作圖和測序工作將提供大量有關人類疾病的遺傳學基礎的新知識。不謹慎地解釋有關基因與疾病相關的信息，將對攜帶這些基因但不會生病的人帶來災難。（）遺傳學隱私權將是下一代人激烈爭論的憲法問題: 人們最擔心的問題是隱藏在人類基因組中的秘密被公開化，從而很可能對個人帶來一系列的不利的后果。明顯的例子是工廠或保險公司對可能提出對雇用的人或投保人進行遺傳檢驗申請。（）合理地使用研究成果：擔心隱藏在人類基因組中的秘密有可能被用來對抗人類。一滴血或一綹頭發(fā)中就包含了所有的遺傳信息。雇主或承保人會根據(jù)這些信息去判斷某人是否有許多種使其衰弱的疾病的危險。 36/25倫理和社會學方面（）如何解釋遺傳信息的醫(yī)學意義：35/25商業(yè)與法律方面人類基因組計劃將會產(chǎn)生一些有潛在商業(yè)價值的新信息和材料。這些信息和材料就象編碼那些尚未發(fā)現(xiàn)的激素、生長因子或免疫介質(zhì)一樣，它們的商業(yè)價值也存在保護參與者貢獻的智力與知識產(chǎn)權和所有權的問題。是否有可能對人類基