遗传学genetics 1 绪论课件.ppt

GENETICS,遗传学,主讲： 王刚,参考书目：,戴灼华,王亚馥，粟翼玟主编，遗传学，高等教育出版社，2008年1月第二版赵寿元，乔守怡主编，现代遗传学，高等教育出版社，2001年8月第一版徐晋麟等编著，现代遗传学原理，科学出版社， 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：,第一节、遗传学的定义和研究内容,遗传（heredity,inheritance）,指生物亲代与子代相似的现象，即生物在世代传递过程中可以保持物种和生物个体各种特性不变,种瓜得瓜，种豆得豆,变异（variation）,生物在亲代与子代之间，以及在子代与子代之间表现出一定差异的现象“一母生九子，九子有别”,遗传和变异现象是自然界普遍存在的生命活动的基本特征遗传决定了物种的基本特性，变异决定了种内个体间差异遗传是相对的，变异是绝对的。当变异的积累达到或超过一定“阈值”时就可能成为新物种形成的来源变异给进化提供丰富素材，遗传使变异得以积累和传递如果性状不存在变异，遗传将只是简单的重复，如果变异不能遗传，也就失去其遗传学意义，生物同样不能够进化遗传和变异就是这样相互矛盾又相辅相成，共同构成了生物的进化和发展不可缺少的因素,遗传与变异是一对矛盾对立统一的两个方面,并非所有的变异都可以遗传!,遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素,遗传学（genetics）,研究生物的遗传和变异及其规律的科学,研究生物体的遗传信息的组成、结构、功能、传递和表达作用规律的一门科学。,基因是生命体的遗传与变异的物质基础,遗传学的主要研究内容,1) 基因和基因组的结构(包括突变)与异常性状之间的关系2) 基因在世代之间传递的方式与规律3) 基因转化为性状所需的各种内外条件，也就是基因表达调节的规律,遗传学的任务,阐明生物遗传、变异现象及其表现规律探索遗传、变异的原因及其物质基础(遗传的本质)，揭示遗传变异的内在规律指导动、植物和微生物遗传改良(育种)实践，提高医药研究水平，造福人类,第二节、 遗传学的发展简史,800 B.C. Artificial pollination of date palms（海枣）.,一、在孟德尔以前及同时代的一些遗传学说,公元前五世纪希波克拉底（Hippocrates）提出了第一个遗传理论性状起初是通过人工的方法而获得的，但是随着时间的推移，它会成为可遗传的性状，人工的方法就没有必要了。种子来自身体的所有部位，健康的种子来自健康的部位，有病的种子来自有病的部位。 子代具有亲代的特性那是因为在精液或胚胎里集中了来自身体各部分的微小代表元素(elememt)。,100年后，亚里斯多德（Aristotle）认为:精液不是提供胚胎组成的元素，而是提供后代的蓝图。生物的遗传不是通过身体各部分样本的传递，而是个体胚胎发育所需的信息传递渐成论遗传主要由雄性决定，雌雄的地位不平等,拉马克 (Lamarck, J.B )：1809用进废退和获得性状遗传,拉马克认为：生物物种是可变的；遗传变异遵循“用进废退和获得性状遗传”规律拉马克的主要研究领域是生物物种进化，但对生物进化的解释必然涉及对性状遗传与变异现象的解释,器官用进废退和获得性状遗传假说用进废退：生物变异的根本原因是环境条件的改变获得性状遗传：所有生物变异(获得性状)都是可遗传的，并在生物世代间积累,1866孟德尔 “植物杂交试验” 论文发表,达尔文：泛生假说(hypothesis of pangensis) 1868,达尔文在解释生物进化时也对生物的遗传、变异机制进行了假设，并提出了泛生假说，认为：遗传物质是存在于生物器官中的“泛子/泛生粒”；遗传就是泛子在生物世代间传递和表现达尔文也承认获得性状遗传的一些观点，认为生物性状变异都能够传递给后代,魏斯曼：种质连续论 1885,新达尔文主义在生物进化方面支持达尔文的选择理论，但在遗传上否定获得性状遗传种质连续论(theory of continuity of germplasm)多细胞生物由种质和体质组成种质（germ plasm）：独立,连续, 能产生后代的种质和体质。 体质（somatoplasm):体质是不连 续的，不能产生种质。,高尔顿：融合遗传假说 1869,双亲的遗传成分在子代中发生融合，而后表现 其根据是，子女的许多特性均表现为双亲的中间类型。因此高尔顿及其学生毕尔生致力于用数学和统计学方法研究亲代与子代间性状表现的关系虽然融合遗传的基本观点并不正确，但是在这一基础上所创建的一系列生物数学分析方法，却为数量遗传、群体遗传的产生和发展奠定了基础,孟德尔：遗传因子假说 1866,系统地研究了生物的遗传和变异豌豆杂交试验（1856-1864）1866年发表植物杂交试验，提出分离规律和自由组合定律假定细胞中有遗传因子，认为遗传是受细胞里的遗传因子控制的,二、遗传学的诞生,荷兰阿姆斯特丹大学的教授狄弗斯（de Vries）德国土宾根大学的教授科伦斯（Correns,C.E）奥地利维也纳农业大学的讲师切尔迈克（Tschermak）1900年分别同时发现了孟德尔的业绩。1900年孟德尔遗传规律的重新发现标志着遗传学的建立和开始发展孟德尔被公认为现代遗传学的创始人,1、个体遗传学向细胞遗传学过渡时期(1900-1910),突变学说,狄弗里斯，1901-1903年将不连续突变视为进化的重要现象，直接在进化观中导入了非连续性思想；以颗粒遗传思想来探讨突变的本质，开始了进化与遗传的有机交融；视突变为可用实验方法观察到的过程，实现了对进化现象实证性研究的最初尝试 突变是生物进化的因素,染色体遗传理论,Sutton和Boveri分别提出, 1903年，遗传因子位于细胞核内染色体上，从而将孟德尔遗传规律与细胞学研究结合起来,Genetics,贝特生（Bateson W.）1906 年 等位基因（allele） 纯合体（homozygous） 杂合体（heterozygous） 上位基因（epistatic genes）,纯系学说,约翰生 (Johannsen W.)，1909年提出“gene”的概念，明确区别了基因型和表现型认为由纯合的个体自花受精所产生的子代群体是一个纯系。在纯系内，个体间的表型虽因环境影响而有所差异，但其基因型则相同，因而选择是无效的；而在由若干个纯系组成的混杂群体内进行选择时，选择却是有效的。,交叉现象,詹森斯（Janssens F.A.) 1909观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释基因连锁现象提供了基础,2、细胞遗传学时期（1910-1939）,摩尔根（Morgan T.H.),斯特蒂文特（Sturtevant）布里吉斯（Bridges）缪勒（Muller）,性状连锁遗传规律提出染色体遗传理论细胞遗传学创立“基因学说” 1）种质（基因）是连续的遗传物质 2）基因是染色体上的遗传单位，呈直线排列，有很高的稳定性，能自我复制和发生变异 3）在个体发育中，基因在一定条件下，控制着一定的代谢过程，表现相应的遗传特性和特征,诱变,穆勒（Muller H.T.） 1927年对果蝇用X射线诱发突变施特德勒（Stadler L.T.） 1927年对玉米用X射线诱发突变证实基因和染色体的突变不仅在自然情况下产生，用X射线处理也会产生大量突变。人工产生遗传变异的方法，使遗传学发展到一个新的阶段,3、微生物遗传和生化遗传时期（19411952）,由于微生物遗传学和生化遗传学研究的广发开展，工作进入微观层次，其主要特征是以微生物为研究对象，采用生化方法探索遗传物质的本质及其功能,Beadle G.W.（1941）,在红色面包霉的生化遗传研究中，分析了许多生化突变体提出“一个基因一种酶”假说发展了微生物遗传学、生化遗传学,以后研究表明，基因决定着蛋白质（包括酶）合成，改为一个基因一个蛋白质或多肽,艾弗里（Avery O.） 1944肺炎双球菌转化试验证明转化因子是DNA而不是蛋白质赫尔希（Hershey A.D.)和蔡斯 (Chase M.)1952T2噬菌体重组试验证实遗传物质是DNA,麦克林托克（McClintock B.）,转座子，跳跃基因 1951,4、分子遗传时期 (1953 ),1945: 薛丁谔（Schrdinger） 生命是什么 (WHAT IS LIFE ?）“ 基因是活细胞的关键组成部分，要懂得什么是生命就必须知道基因是如何发挥作用的。” 遗传的分子基础和基因的自我复制,沃森（Watson J.D.)和克里克（Crick F.H.C.),根据对DNA化学分析和X-射线晶体学结果提出DNA的双螺旋模型 1953意义：1）为DNA分子结构、自我复制、相对稳定性和变性提出合理解释2）DNA是贮存和传递遗传信息的物质3）基因是DNA分子上的一个片段4）分子生物学的诞生,1958：Crick， “中心法则”1961: Jacob 和Monod建立乳糖操纵子模型1962 ，1968 Arber， 1978 Smith 发现限制性内切酶1964，1965：Nirenberg，Khorana破译遗传密码,1972年：基因工程成功,美国的吉尔伯特是碱基排列分析法的创始人,1973年，科恩（S.Cohen）等人把一段外源DNA片段与质粒DNA连接起来，构成了一个重组质粒，并将该重组质粒转入大肠杆菌，第一次完整地建立起了基因克隆体系。,美国斯坦福大学的伯格（P.Berg）等人把一种猿猴病毒的DNA与噬菌体DNA用同一种限制性内切酶切割后，再用DNA连接酶把这两种DNA分子连接起来，于是产生了一种新的重组DNA分子，从此产生了基因克隆技术。,1977 Sanger & Gilbert 建立测序方法1977 Sharp 和 Roberts 发现内含子 1981 Cech和Altman 发现核酶1985 Mullis,K. 建立了PCR体外扩增技术,1995 第一个细菌基因组流感嗜血杆菌全基因组 序列发表。1996 Goffeau等完成了酵母基因组的测序1998 第一个多细胞真核生物线虫的基因组发表。 2000 塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因组测序。 2000 英美等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完 整图谱2003 人类基因组测序完成2005 水稻基因组测序完成2009 玉米基因组侧学完成,遗传学发展的新动态1.后基因组学2.蛋白质组学(Proteomics)3.生物信息学(Bioinformatic) 定义为分子生物学和计算生物学的交叉. 包含三个重要的内容:(1) 基因组信息学;(2)蛋白质的结构模拟;(3)药物设计.,小羊“多莉”（Dolly）， 特别之处在于它的生命的诞生没有精子的参与。英国和我国等国在80年代后期先后利用胚胎细胞作为供体，“克隆”出了哺乳动物。到90年代中期，我国已用此种方法“克隆”了老鼠、兔子、山羊、牛、猪5种哺乳动物。,克隆技术,遗传学与其他学科的关系遗传学的发展和与其他学科发生相互交叉和渗透产生了相当多的分支学科和边缘学科：细胞遗传学体细胞遗传学：微生物遗传学；植物遗传学；动物遗传学；人类遗传学发育遗传学（发生遗传学）医学遗传学；肿瘤遗传学；优生遗传学；生化遗传学；分子遗传学；生物工程学统计遗传学；数量遗传学；群体遗传学毒理遗传学；病理遗传学辐射遗传学；免疫遗传学；行为遗传学；生态遗传学；反求遗传学；基因组学；蛋白质组学，表观遗传学,第三节、 遗传学的应用,1.对生命本质的探索生命现象的遗传统一性生命科学在分子水平上的统一2.生物进化理论的基础遗传学研究生物在少数几个世代繁育过程中表现出来的遗传、变异现象与规律生物进化研究生物在长期历史过程中的遗传与变异规律及发展方向,3.指导动植物、微生物遗传改良工作提高育种工作的预见性创造新的遗传变异提高选择可靠性与效率定向创造和重组遗传变异,*4.提高医疗卫生水平遗传病的遗传规律研究、诊断与治疗(基因制剂与基因疗法)细胞组织癌变机制、诊断与防治病原物(细菌、病毒) 致病的遗传机理及其防治生物工程药物生产等,5、社会与法律,遗传与人类健康,染色体变异所致的遗传病，称为染色体病。 这种疾病已记录有500 多种，其中，性染色体异常占75，常染色体异常占25。,遗传物质的改变,染色体变异,基因突变（点突变）,染色体结构变异（染色体畸变）,染色体数目的变异（倍性变异）,染色体变异,猫叫综合征：人第5染色体短臂缺失(5p-) 15.2, 儿童期表现为智力低，早期死亡，哭声轻、声调较高，象猫叫等症状。,唐氏综合症：21号染色体重复，斜眼，平脸，大舌，矮小，指短，心智发育迟缓,30岁孕妇建议做唐氏筛查(羊水，绒毛膜抽检）,超雄：XYY或多个Y个体，发病率1/900临床症状：身材高大，生育力下降，易于兴奋，易感到欲望不满足，自我克制力较差。,性染色体数目异常,1）.苯丙酮尿症： 苯丙氨酸羟化酶基因突变，于染色体12q22-q24.1。脑发育受阻，严重脑力呆滞，智商050 。发病率: 1/11000,新生儿筛查法：苯丙氨酸浓度240umol/L即为初筛阳性低苯丙氨酸饮食，专用奶粉,基因突变,2）.白化病酪氨酸酶基因缺少或突变。常染色体隐性遗传。世界白化病的总发病率为 1/1000020000。,第四节、遗传学的特点与学习方法,试验研究材料：所有动植物和微生物生物形态、生理、生态及农艺特征(性状) 通过生物体内的生理、生化过程表现 以生物细胞内遗传物质为基础，在特定环境下 采用一定的物理、化学与数学方法,综合性强生物学(动植物、微生物学)、细胞学、生理学、生物化学的基础 土壤学、气象学、生态学等相关学科的基础知识 物理、化学和数学(包括生物统计)方法,理论性普通遗传学细胞遗传学数量遗传学群体遗传学生化遗传学分子遗传学等,实践性与应用性来源于生产与生活实践 直接指导人类科学研究与生产实践工作,学习方法善于联系相关学科与实践、勤于思考切忌死记硬背注重相互交流、讨论形成遗传的观念，从遗传与变异角度思考问题,