遺傳學公開課課件

Genetics

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遺傳學課程介紹：本教材共20章，其中第11、14、15、18、19章不講。理論課總學時：108學時實驗課總學時：18學時考試和成績：平時成績(30%)+期末卷面成績(70%)

平時成績=考勤+作業(yè)+期中考試成績周一：3-4節(jié)3-403

周三：3-4節(jié)3-403

周五：1-2節(jié)

3-213參考文獻1.現(xiàn)代遺傳學原理:徐晉麟等科學出版社,20002.遺傳學（第三版）：朱軍主編農業(yè)出版社2002.13.普通遺傳學（第二版）：楊業(yè)華主編高教出版社

2006.54.遺傳學(第二版)：劉祖洞主編高教出版1990.55.遺傳學：劉慶昌主編科學出版社

2007.16.現(xiàn)代遺傳學：趙壽元、喬守怡主編高教出版社7.遺傳學習題分析：劉曙東等西北農林科技大學出版社

2006教學要求：?重點掌握遺傳學、遺傳及變異的基本概念，以及研究的內容;?了解遺傳學的發(fā)展史和發(fā)展前景。

重點和難點：

1）遺傳學研究的內容

2）遺傳和變異的辯證關系教學內容：一、遺傳學的涵義、研究內容和任務二、遺傳學的發(fā)展三、遺傳學研究的領域及分支四、遺傳學的應用教學學時：2

學時

本課程的性質

21世紀是生命科學蓬勃發(fā)展的世紀。隨著“人類基因組計劃”的進行和深入，遺傳學已成為

21世紀生命科學領域發(fā)展最為迅速的學科之一，是當代生命科學的核心和前沿之一，它的分支幾乎擴展到生物學的各個研究領域。遺傳學課是生命科學以及相關學院本科生的基礎課。

一、遺傳學的涵義遺傳和變異2.遺傳（heredity）指生物在繁殖過程中產生與自己相似后代的現(xiàn)象。即：親子間的相似現(xiàn)象。3.變異（variation）：指生物子代與親代之間、子代個體之間存在的差異現(xiàn)象。即：個體之間的差異現(xiàn)象。

一、遺傳學的涵義4.遺傳與變異的辯證關系：★遺傳與變異是矛盾對立統(tǒng)一的兩個方面；★遺傳是相對的、保守的；變異是絕對的、發(fā)展的；★

沒有變異,生物界就失去了進化的源泉，遺傳就成了簡單的重復；★沒有遺傳，變異就無法積累，變異就失去了意義，生物也就無法進化和發(fā)展。

一、遺傳學的涵義遺傳、變異、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。

遺傳+變異+自然選擇→形成新物種遺傳+變異+人工選擇→形成動、植物新品種

遺傳、變異與環(huán)境是不可分割的。（可遺傳和不遺傳）

一、遺傳學的涵義

變異二、遺傳學研究的對象和任務（一）研究的對象

微生物（細菌、真菌、病毒）、植物、動物、以及人類為對象，研究其遺傳和

變異的規(guī)律。二、遺傳學研究的對象和任務（二）遺傳學研究的內容和任務內容：1.遺傳的本質與內在規(guī)律

探索遺傳、變異的原因及其物質基礎(遺傳的本質)，揭示遺傳變異的內在規(guī)律；2.遺傳物質的傳遞規(guī)律遺傳物質的復制、在世代間的傳遞、染色體的行為、基因在群體中的數(shù)量變遷；3.遺傳物質的表達規(guī)律基因的相互作用、基因與環(huán)境的互作、基因表達的調控。第二節(jié)遺傳學發(fā)展一、遺傳學的誕生(孟德爾以前的遺傳學)1.預成論（preformationtheory）認為：生物從預先存在于性細胞（精子或卵）中雛形發(fā)展而來，所謂發(fā)育只不過是這一雛形生物的機械性擴大，并沒有新的東西產生出來。

精源論者（荷蘭leeuwenhoek列文虎克）認為：雛形（微小的“原形人”）存在于精子中；而卵源論者（Janswammerdam1679）主張雛形存在于卵中。一、遺傳學的誕生2.漸成論（epigenesis）

德國胚胎學家C.F,Wolff認為：生物體的各種組織和器官，都是在個體發(fā)育過程中逐步形成的，性細胞（精子或卵）中并不存在任何雛形。3．泛生論（pangenesis）

C.Darwin1868年

生物體每個細胞里都有一種代表性的“微芽”—“泛子”(pangen)。

泛子隨著血液循環(huán)→生殖細胞→受精卵分裂和發(fā)育→各種泛子又不斷地分配到不同的細胞中去，從而導致它們所代表的組織器官的分化和性狀的發(fā)育，形成一個同親代相似的新個體。

達爾文認為:生物的遺傳就是通過這種方式實現(xiàn)的。一、遺傳學的誕生4．獲得性狀遺傳（Inheritanceofacquiredcharacters）

法國學者拉馬克（Lamarck,1744-1829)認為:

個體由于在長時間受到環(huán)境條件的影響，使生物發(fā)生變異，獲得了新的性狀，經(jīng)過世代的積累加深了這個新的性狀，如果雌雄兩性都獲得這種共同的變異，那么這種變異便可以傳給后代。①環(huán)境條件改變是生物變異的根本原因；②用進廢退學說和獲得性狀遺傳學說一、遺傳學的誕生5．融合遺傳學說（blendingtheory）

英國學者F.Galton和他的學生K.Pearson于1886-1894

用統(tǒng)計方法研究數(shù)量性狀（例如人的身高）在親代與子代之間的相關性。認為“父母的遺傳性在子女中各占一半，并且徹底混合，祖父母的遺傳性在孫代中各占1/4等等。依次類推，融合遺傳學說只能解釋一部分數(shù)量性狀的遺傳現(xiàn)象，不能解釋其全部，對絕大多數(shù)非數(shù)量性狀則完全不適合。一、遺傳學的誕生6．種質論（Germplasmtheory）Weismann

（1834-1914）“種質連續(xù)的遺傳學說”認為：生物體分成種質和體質兩部分。種質指生殖細胞，專營生殖和遺傳，通過細胞分裂在一生中幾世代間保持連續(xù)，生物的遺傳就在于種質的連續(xù)。體質是種質以外的所有其他部分（體細胞），負責各種營養(yǎng)活動。

種質決定了體質，種質的變異必將引起體質的變異，但體質的改變不會引起種質的改變。一、遺傳學的誕生

割老鼠尾巴試驗----連續(xù)22代割掉老鼠尾巴，共用老鼠1592只。因而得出獲得性狀不能遺傳。

這一論點在后來生物科學中，特別是在遺傳學方面發(fā)生了重大而廣泛的影響。二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1882－1885StrasburgarandFlemming

證明細胞核含有染色體。1900孟德爾定律重新發(fā)現(xiàn)荷蘭deVries(費里斯)《論雜交分離的定律》月見草德國Correns（柯倫斯）《雜交分離的孟德爾定律》玉米奧地利Tschermak（丘歇馬克）《豌豆的人工雜交》豌豆他們的論文都刊登在1900年出版的《德國植物學會雜志》上，各自獨立地證明遺傳的孟德爾原理，這就是遺傳學史上的孟德爾定律的重新發(fā)現(xiàn)。1900年遺傳學作為一門獨立的學科正式誕生了Mendel工作的發(fā)現(xiàn)者

HugodeViresCarlCorrensEricVonTschermak二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1910-1939細胞遺傳學時期（摩爾根）1910T.H.Morgan果蠅sex-linkedinheritance

通過果蠅實驗提出基因連鎖定律，用實驗證明基因位于染色體上。白眼→伴性遺傳→一個特定基因位于一個特定的染色體上。1913A.H.Sturtevant遺傳連鎖圖1927H.J.Mullerχ-射線誘導染色體突變人工改變基因的實驗二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展

摩爾根①首次將果蠅的白眼基因定位于X染色體上。

并提出遺傳的第三定律

—連鎖遺傳規(guī)律；②提出染色體遺傳理論?

細胞遺傳學；③著“基因論”：認為

基因在染色體上直線排列，創(chuàng)立基因學說。ThomasHuntMorgan(1866-1945)二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展基因學說主要內容：

①種質(基因)是連續(xù)的遺傳物質；②基因是染色體上的遺傳單位；有很高穩(wěn)定性?能自我復制和發(fā)生變異；③在個體發(fā)育中，基因在一定條件下，控制著一定的代謝過程?

表現(xiàn)相應的遺傳特性和特征；④生物進化?主要是基因及其突變等。這是對孟德爾遺傳學說的重大發(fā)展，也是這一歷史時期的巨大成就。二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展2.

生化和微生物遺傳學時期1923A.Garrod(枷羅德)英國醫(yī)生（生化遺傳），進行家譜研究,撰寫《先天性代謝病》。

鑒別了第一個人類遺傳病，黑尿?。ㄈ蹦蚝谒嵫趸福?。他認為這種疾病是由于單個基因發(fā)生突變后，產生一種不具功能的產物，從而導致代謝紊亂。提出“一個突變基因決定一種代謝紊亂”的觀點，但在當時未受到廣泛的關注。二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1927F.Griffith（格里菲思）肺炎鏈球菌的轉化實驗為了證明遺傳物質是DNA但沒有進行單因子轉化實驗。1944T.Avery

進行單因子轉化實驗并證明DNA是遺傳物質而不是蛋白質。二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展肺炎鏈球菌的轉化實驗(a)將S型肺炎鏈球菌注入小鼠體內，小鼠被殺死；(b)將R型肺炎鏈球菌注入小鼠體內，小鼠仍活著；(c)將加熱滅活的S型菌株注入小鼠體內，小鼠仍活著；(d)將R型菌株與加熱滅活的

S型菌株混合后注入小鼠體內，小鼠被殺死，并體內有活的S型。二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1940-1953細胞遺傳學向分子遺傳學過渡

1941G.W.Beadle&E.L.Tatum分離出紅色面包菌的突變型

提出“一個基因一個酶”的假說（onegene-oneenzyme）酶1酶2酶3

前體→鳥氨酸→瓜氨酸→精氨酸后來被修改為：“一個基因一種多肽”（onegene-onepolypeptide）二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展40年代中期細胞遺傳學、微生物遺傳學和生化遺傳學取得了巨大成就，使一些物理學家對研究生物學問題產生濃厚的興趣。在量子力學家薛定諤《生命是什么?》（1944）一書影響下，一些物理學家和化學家→研究遺傳的分子基礎和基因的自我復制這兩個當時生物學的中心問題。在生物學研究中帶進了物理學理論、概念和方法。二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1953JamesWatson,FrancisCrick

DNA雙螺旋模型

該模型被認為是二十世紀生物學方面最偉大的發(fā)現(xiàn)，是分子遺傳學誕生的標志。JamesWatson(1928-)FrancisCrick(1916-2004)二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展這一理論具有重大的意義

①

為DNA分子結構、自我復制、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；

③

基因是DNA分子上的一個片段；

④

分子生物學誕生

→將生物學各分支學科及相關的農學、醫(yī)學研究推進到分子水平

→是遺傳學發(fā)展到分子

遺傳學的重要轉折點。獲1962年諾貝爾獎二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1953～進入分子遺傳學時期：1957H.Fraenkel-Conrat&B.Singer

煙草花葉病毒的重建，證明TMV的遺傳物質是RNA。1958M.Meselson（梅塞爾森）&Stahl（史塔爾）密度梯度超速離心實驗證明DNA復制是半保留的。1958～1972重組DNA技術體系的建立二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1958ArthurKornberg

從E.coli中分離出DNA聚合酶Ⅰ

為分子遺傳學的開展、遺傳工程的進行、人工合成基因奠定了基礎。1959SereroOchoa(奧喬亞)

從微生物棕色固氮菌（Azotobactervinelandi）分離出RNApolymeraseI

為遺傳密碼的破譯提供了實驗方法和手段二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1961FramcoisJacob&JacquesMonod

提出乳糖操縱子模型

現(xiàn)代分子遺傳學基因調控研究的一個重要的里程碑。FrancoisJacob(1920-)

JacqucesMonod(1910-67)獲1965年諾貝爾獎二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1965RobertHolley測得第一個tRNA分子的序列1966Nirenberg&Khorana

破譯遺傳密碼經(jīng)多人努力至1969年

破譯出全部64種遺傳密碼。HarGobindKhorana(left)andMarshallNirenberg獲1968年諾貝爾獎二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1967發(fā)現(xiàn)DNA連接酶1970H.O.Smith等發(fā)現(xiàn)并分離出流感嗜血桿菌中的

內切酶

H.M.Temin(梯明)&D.Baltimore

在RNA腫瘤病毒中分離出反轉錄酶1972PaulBerg(伯格)等首次完成

DNA分子重組（體外重組DNA）二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1990JamesWatsonandmanyotherscientist

HumanGenomeproject

測療，圖譜

30億美元30億個堿基，8-10萬個基因。

標志著生物科學研究全面進入

基因組研究時期二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1990年“人類基因組計劃”開始實施；

資金投資：30億美元；

內容：測定人類基因組全部30億個核苷酸對的堿基序列目的：揭開人類和生物體生長、發(fā)育、疾病、衰老和死亡的奧秘。參與國家：美國德國日本英國法國中國意義：與原子彈研究曼哈頓計劃（美國1942）和載人登月阿波羅計劃(美國1969)相比有過之而無不及。----二十世紀自然科學史上的三大計劃。二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展1992歐洲共同體各國35個實驗室首先發(fā)表第一個真核生物染色體（酵母染色體III）DNA全序列（共315000bp）1995完成了酵母基因組DNA（125×105bp）全序列的測定工作1997線蟲基因圖譜繪測成功1998完成人22號染色體DNA核苷酸全序列測定2000人的基因組全序列測定(工作草圖)2002老鼠基因組物理圖測定二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展2002年水稻基因組框架圖完成二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展2004年家蠶基因組框架圖完成基因組大?。?50Mb

基因數(shù)目：18510

二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展2004年雞基因組框架圖完成

紅原雞基因組

家雞(肉雞、蛋雞、烏雞)基

因組多態(tài)性基因組大?。?050Mb

基因數(shù)目：20000-23000

（其中有60%與人類相同）

平均每千個堿基5個變異位點是人的變異率的6到7倍是大猩猩變異率的3倍2004年12月9日二、孟德爾以后的遺傳學發(fā)展2005年黑猩猩基因組框架圖完成

8月31日美國、德國、以色列、意大利、西班牙組成的國際科研小組宣布，初步完成了黑猩猩基因組序列草圖，發(fā)表于9月1日出版的Nature上。

基因組大?。杭s3000Mb

與人類基因組DNA序列相似性：99%考慮插入、缺失：96%共同基因：29%黃種人基因組序列測定的完成我國科學家2007年10月11日對外宣布，已經(jīng)成功繪制完成第一個完整中國人基因組圖譜（又稱“炎黃一號”），這也是第一個亞洲人全基因序列圖譜。該項目是我國科學家繼承擔國際人類基因組計劃1%任務、國際人類單體型圖譜10%任務后，用新一代測序技術獨立完成的100%中國人基因組圖譜。專家表示，這項在基因組科學領域里程碑式的科學成果，對于中國乃至亞洲人的DNA、隱形疾病基因、流行病預測等領域的研究具有重要作用。

第三節(jié)、遺傳學研究的領域及分支遺傳學研究的對象十分廣泛：

從低等生物到高等生物：病毒遺傳學微生物遺傳學藻類遺傳學植物遺傳學動物遺傳學人類遺傳學

第三節(jié)遺傳學研究的領域及分支

生態(tài)遺傳學群體遺傳學細胞遺傳學根據(jù)不同層次：染色體遺傳學

分子遺傳學量子遺傳學以遺傳學為核心和紐帶，使生物由宏觀到微觀聯(lián)系到了一起。

第三節(jié)遺傳學研究的領域及分支遺傳學成為生命科學中最富有綜合性的中心學科

遺傳學涉及生物學三大基本問題：（1）生物遺傳變異問題（2）生物進化問題（3）生命起源問題

遺傳現(xiàn)象的普遍性，決定了遺傳學是最具有綜合性的學科。

在科學上的作用是：解釋生物遺傳變異與進化的原因，闡明生物進化的遺傳機理；揭示高等和低等生物的遺傳規(guī)律；認識生命本質(DNA、蛋白質)等等。在生物學各研究領域強調了遺傳學的中心作用。

第三節(jié)遺傳學研究的領域及分支

進化、發(fā)育和遺傳的共同基礎是基因遺傳、發(fā)育、進化在基因水平上的統(tǒng)一。遺傳學有助于解決進化和發(fā)育機理問題，對遺傳學基本原理的理解，是充分了解生理、生化、發(fā)育以及進化的各類生