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第三章 动物遗传基本原理,重点内容,细胞遗传，群体遗传学，数量性状的遗传，分子遗传与生物工程,第一节 分离规律,一、一对相对性状的分离现象二、分离现象的解释三、基因型与表现型四、分离规律的验证五、基因分离的细胞学基础六、分离规律的意义与应用,一、一对相对性状的分离现象,相关背景知识单位性状与相对性状豌豆的7个单位性状及其相对性状孟德尔的豌豆杂交试验(一)豌豆花色杂交试验(二)七对相对性状杂交试验结果(三)性状分离现象,单位性状与相对性状,生物体或其组成部分所表现的形态特征和生理特征称为性状(character/trait)。最初人们在研究生物遗传时往往把所观察到的生物所有特征或某一类特征作为一个整体看待。,孟德尔把植株性状总体区分为各个单位，称为单位性状(unit character)，即：生物某一方面的特征特性。不同生物个体在单位性状上存在不同的表现，这种同一单位性状的相对差异称为相对性状(contrasting character)。,豌豆的7个单位性状及其相对性状,豌豆的7个单位性状及其相对性状,孟德尔的豌豆杂交试验,所选择的七个单位性状的相对性状间都存在明显差异，后代个体间表现明显的类别差异；按杂交后代的系谱进行的记载和分析，对杂交后代性状表现进行归类统计、并分析了各种类型之间的比例关系。,(一)、豌豆花色杂交试验,试验结果,F1(杂种一代)的花色全部为红色；F2(杂种二代)有两种类型的植株，一种开红花，一种开白花；并且红花植株与白花植株的比例接近3:1。,P 红花()白花()F1 红花 F2 红花 白花株数 705 224比例 3.15 1,?,反交(reciprocal cross)试验及其结果,孟德尔后来用白花亲本作为母本、红花亲本作为父本进行杂交试验，即：白花()红花()。通常人们将这两种杂交组合方式之一称为正交，另一种则是反交(reciprocal cross)。反交试验结果：F1植株的花色仍然全部为红色；F2红花植株与白花植株的比例也接近3:1。反交试验结果与正交完全一致，表明：F1、F2的性状表现不受亲本组合方式的影响，与哪一个亲本作母本无关。,3.反交(reciprocal cross)试验及其结果,(二)、七对相对性状杂交试验结果,(三)、性状分离现象,F1代个体(植株)均只表现亲本之一的性状，而另一个亲本的性状隐藏不表现。相对性状中，在F1代表现出来的相对性状称为显性性状(dominant character)，而在F1中未表现出来的相对性状称为隐性性状(recessive character)。F2有两种性状表现类型的植株，一种表现为显性性状，另种表现为隐性性状；并且表现显性性状的植株数与隐性性状个体数之比接近3:1。隐性性状在F1中并没有消失，只是被掩盖了，在F2代显性性状和隐性性状都会表现出来，这就是性状分离(character segregation)现象。,二、分离现象的解释,(一)、遗传因子假说(二)、遗传因子的分离规律(三)、豌豆花色分离现象解释(四)、豌豆子叶颜色遗传因子的分离与组合,(一)、遗传因子假说,孟德尔在试验结果分析基础上提出了遗传因子(inherited factor/determinant,hereditary determinant/factor)的概念，认为：生物性状是由遗传因子决定，且每对相对性状由一对遗传因子控制；显性性状受显性因子(dominant)控制，而隐性性状由隐性因子(recessive)控制；只要成对遗传因子中有一个显性因子，生物个体就表现显性性状；遗传因子在体细胞内成对存在，而在配子中成单存在。体细胞中成对遗传因子分别来自父本和母本。,(二)、遗传因子的分离规律,遗传因子在世代间的传递遵循分离规律(the law of segregation)：(性母细胞中)成对的遗传因子在形成配子时彼此分离、分配到配子中，配子只含有成对因子中的一个。而杂种体细胞中，分别来自父母本的成对遗传因子也各自独立，互不混杂；在形成配子时彼此分离、互不影响。杂种产生含两种不同因子(分别来自父母本)的配子，并且数目相等；各种雌雄配子受精结合是随机的，即两种遗传因子是随机结合到子代中。,(三)、豌豆花色分离现象解释,孟德尔利用其遗传因子假说、分离规律对性状分离现象进行解释，认为：F2产生性状分离现象是由于遗传因子的分离与组合。,(四)、豌豆子叶颜色遗传因子的分离与组合,三、基因型(genotype)和表现型(phenotype),基本概念(一)、基因型与表现型的相互关系(二)、纯合(homozygous)与杂合(heterozygous)(三)、生物个体基因型的推断,基因型(genotype)指生物个体基因组合，表示生物个体的遗传组成，又称遗传型；表现型(phenotype)指生物个体的性状表现，简称表型。,(一)、基因型与表现型的相互关系,基因型是生物性状表现的内在决定因素，基因型决定表现型。如一株豌豆的基因型是CC或Cc，则该植株会开红花，而基因型为cc的植株才会开白花。表现型是基因型与环境条件共同作用下的外在表现，往往可以直接观察、测定，而基因型往往只能根据生物性状表现来进行推断。,(二)、纯合与杂合,具有一对相同基因的基因型称为纯合基因型(homozygous genotype)，如CC和cc；这类生物个体称为纯合体(homozygote)。显性纯合体(dominant homozygote),如：CC.隐性纯合体(recessive homozygote),如：cc.具有一对不同基因的基因型称为杂合基因型(heterozygous genotype)，如Cc；这类生物个体称为杂合体(heterozygote)。,由于纯合体与杂合体的基因组成不同，所以它们所产生的配子及自交后代的遗传稳定性均有所不同：(1)产生配子上的差异；(2)自交后代的遗传稳定性。,(三)生物个体基因型的推断,基因型和表现型的概念是建立在单位性状上，所以当我们谈到生物个体的基因型或表现型时，往往都是针对所研究的一个或几个单位性状而言，而不考虑其它性状和基因的差异。,通常可以根据生物的表现型来对一个生物的基因型作出推断，尤其是推断表现为显性性状的生物个体的基因型是纯合的，还是杂合的。例：有一株豌豆A开红花，如何判断它的基因型？,例:红花植株基因型推断,因为表现型为红花，所以至少含有一个显性基因C；判断A植株是纯合体(CC)还是杂合体(Cc)，要看它所产生配子的类型、比例或者自交后代是否出现性状分离现象。用A植株进行自交，如果自交后代都开红花，则A植株是纯合体，其基因型是CC；如果自交后代有红花和白花两种：且两种个体的比例为3:1，则A植株是杂合体Cc。,四、分离规律的验证,遗传因子仅是一个理论的、抽象的概念。当时孟德尔不知道遗传因子的物质实体是什么，如何实现分离。遗传因子分离行为仅仅是孟德尔基于豌豆7对相对性状杂交试验中所观察到的F1、F2个体表现型及F2性状分离现象作出的一种假设。正因为如此，从孟德尔杂交试验到遗传因子假说是一个高度理论抽象过程。所以当时几乎没有人能够理解。如何对这一假说进行验证呢？,一个正确的理论，它首先要能解释已知的现象；其次要能够对未知事物作出理论推断(预测未知)，并通过试验来检验推断结果。这是科学理论的一般验证过程。,遗传因子假说及其分离能够解释豌豆杂交试验中观察到的性状分离现象。,测交(test cross)的概念与作用,测交法：是把被测验的个体与隐性纯合的亲本杂交。根据测交子代Ft所出现的表现型种类和比例，可以确定被测个体的基因型。被测个体不仅仅是F1，可以是任一需要确定基因型的生物个体。,因为隐性纯合体只能产生一种含隐性基因的配子，它们和含有任何基因的某一种配子结合，其子代将只能表现出那一种配子所含基因的表现型。所以测交子代的表现型的种类和比例正好反映了被测个体所产生的配子种类和比例。,(一)、测交法,1.杂种F1的基因型及其测交结果的推测杂种F1的表现型与红花亲本(CC)一致，但根据孟德尔的解释，其基因型是杂合的，即为Cc；因此杂种F1减数分裂应该产生两种类型的配子，分别含C和c，并且比例为1:1。白花植株的基因型是cc，只产生含c的一种配子。推测：如果用杂种F1与白花植株(cc)杂交，后代应该有两种基因型(Cc和cc)，分别表现为红花和白花，且比例为1:1。,红花F1的测交结果推测,2.测交试验结果,Mendel用杂种F1与白花亲本测交，结果表明：在166株测交后代中：85株开红花，81株开白花；其比例接近1:1。结论：分离规律对杂种F1基因型(Cc)及其分离行为的推测是正确的。,(二)、自交法,纯合体(如CC)只产生一种类型的配子，其自交后代也都是纯合体，不会发生性状分离现象；杂合体(如Cc)产生两种配子，其自交后代会产生3:1的显性:隐性性状分离现象。,F2基因型及其自交后代表现推测(1/4)表现隐性性状F2个体基因型为隐性纯合，如白花F2为cc；(3/4)表现显性性状F2个体中：1/3是纯合体(CC)、2/3是杂合体(Cc)；推测：在显性(红花)F2中：1/3自交后代不发生性状分离，其F3均开红花；2/3自交后代将发生性状分离。,F2基因型及其自交后代表现推测,F2自交试验结果,孟德尔将F2代显性(红花)植株按单株收获、分装。由一个植株自交产生的所有后代群体称为一个株系(line)。将各株系分别种植，考察其性状分离情况。所有7对性状试验结果均列于表2-2中。发生性状分离现象的株系数与没有发生性状分离现象的株系数之比总体上是趋向于2：1。表现出性状分离现象的株系来自杂合(Cc)F2个体；未表现性状分离现象的株系来自纯合(CC)F2个体。结论：F2自交结果证明根据分离规律对F2代基因型的推测是正确的。,豌豆7对相对性状显性F2自交后代表现,五、分离比例实现的条件,研究的生物体必须是二倍体(体内染色体成对存在)，并且所研究的相对性状差异明显。在减数分裂过程中，形成的各种配子数目相等，或接近相等；不同类型的配子具有同等的生活力；受精时各种雌雄配子均能以均等的机会相互自由结合。受精后不同基因型的合子及由合子发育的个体具有同样或大致同样的存活率。杂种后代都处于相对一致的条件下，而且试验分析的群体比较大。,*六、分离规律的意义与应用,(一)、分离规律的理论意义(二)、在遗传育种工作中的应用,(一)、分离规律的理论意义,1.形成了颗粒遗传的正确遗传观念；2.指出了区分基因型与表现型的重要性；3.解释了生物变异产生的部分原因；4.建立了遗传研究的基本方法。,第二节 独立分配规律,又称“自由组合规律”：两对及两对以上相对性状(等位基因)在世代传递过程中表现出来的相互关系 一、两对相对性状的遗传 二、独立分配现象的解释 三、独立分配规律的验证 四、多对相对性状的遗传 五、独立分配规律的应用,一、两对相对性状的遗传,(一)两对相对性状杂交试验(自由组合现象).豌豆的两对相对性状：子叶颜色：黄色子叶(Y)对绿色子叶(y)为显性；种子形状：圆粒(R)对皱粒(r)为显性。,(二)试验结果与分析,1.杂种后代的表现：F1两性状均只表现显性状状，F2出现四种表现型类型(两种亲本类型、两种重新组合类型)，比例接近9:3:3:1。2.对每对相对性状分析发现：它们仍然符合3:1的性状分离比例：黄色:绿色=(315+101):(108+32)=416:140 3:1.圆粒:皱粒=(315+108):(101+32)=423:133 3:1.这表明：子叶颜色和籽粒形状彼此独立地传递给子代，两对相对性状在从F1传递给F2时，是随机组合的。,3.两对相对性状的自由组合,如果两相对性状独立遗传，而两独立事件同时发生的概率等于各个事件单独发生概率的乘积(概率定律)；因此在F2代中，黄圆、黄皱、绿圆、绿皱四种类型的概率(理论比例)应该如下图所示；实际试验结果与理论比例的比较。,二、独立分配现象的解释,1.独立分配规律的基本要点：控制不同相对性状的遗传因子(等位基因)在配子形成过程中的分离与组合是互不干扰的，各自独立分配到配子中去。2.棋盘方格(punnett square)图示两对等位基因的分离与组合：亲本的基因型及配子基因型；杂种F1配子的形成(种类、比例)；F2可能的组合方式；F2的基因型和表现型(种类、比例)。,棋盘方格图，示：Y/y与R/r两对基因独立分配,双杂合体F1(YyRr)四种类型配子形成示意图,F2的基因型、表现型类型与比例,表31说明F2群体共有9种基因型，因Y对y为完全显性，R对r为完全显性，故只有4种表现型。,三、多对相对性状的遗传,(一)多对相对性状独立分配的条件(二)用分枝法分析多对相对性状遗传(三)用二项式法分析多对相对性状遗传(四)n对相对性状的遗传,(一)多对相对性状独立分配的条件,根据独立分配规律的细胞学基础可知：非等位基因的自由组合实质是非同源染色体在减数分裂AI的自由组合；因此只要决定各对性状的各对基因分别位于非同源染色体上，性状间就必然符合独立分配规律。不位于同一条染色体上的非等位基因间。,(二)用分枝法分析多对相对性状遗传,1.分枝法：由于各对基因的分离是独立的，所以可以依次分析各对基因/相对性状的分离类型与比例(概率)。2.两对相对性状遗传分析：F2表现型类型与比例的推导；F2基因型类型与比例的推导。3.三对相对性状遗传分析(pp75-76:表4-4)：F2表现型类型与比例的推导；F2基因型类型与比例的推导。,2.两对相对性状遗传分析：表现型,2.两对相对性状遗传分析：基因型,(三)用二项式法分析多对相对性状遗传,1.一对基因F2的分离(完全显性情况下)：表现型：种类：21=2，比例：显性:隐性=(3:1)1;基因型：种类：31=3，比例：显纯:杂合:隐纯=(1:2:1)1；2.两对基因F2的分离(完全显性情况下)：表现型：种类：22=4，比例：(3:1)2=9:3:3:1；基因型：种类：32=9，比例：(1:2:1)2=1:2:1:2:4:2:1:2:1。3.三对/n对相对性状的遗传(完全显性情况下)(pp76:表4-5),三对(n对)基因独立遗传,豌豆：黄色圆粒红花(YYRRCC)绿色皱粒白花(yyrrcc);杂种F1：黄色圆粒红花(YyRrCc);F1产生的配子类型：8种(2n)；F2可能组合数：64种(22n)；F2基因型种类：27种(3n)；F2表现型种类：8种(2n,完全显性情况下)；不完全显性和共显性情况下：？。,四、独立分配规律的意义与应用,一、独立分配规律的理论意义：揭示了位于非同源染色体上基因间的遗传关系；解释了生物性状变异产生的另一个重要原因非等位基因间的自由组合。完全显性时，n对染色体的生物可能产生2n种组合。,二、在遗传育种中的应用1.可以通过有目的地选择、选配杂交亲本，通过杂交育种将多个亲本的目标性状集合到一个品种中；或者对受多对基因控制的性状进行育种选择；2.可以预测杂交后代分离群体的基因型、表现型结构，确定适当的杂种后代群体种植规模，提高育种效率。,第三节 连锁与交换,一、连锁遗传现象二、连锁遗传的解释三、完全连锁与不完全连锁四、交换与不完全连锁的形成五、重组型配子的比例六、交换的细胞学证据,一、连锁遗传现象,(一)香豌豆(Lathyrus odoratus)两对相对性状杂交试验.花色：紫花(P)对 红花(p)为显性；花粉粒形状：长花粉粒(L)对 圆花粉粒(l)为显性。1.紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒.2.紫花、圆花粉粒红花、长花粉粒.,组合一：紫花、长花粉粒红花、圆花粉粒,结果：F1两对相对性状均表现为显性，F2出现四种表现型；F2四种表现型个体数的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫长和红圆)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫圆和红长)的实际数少于理论数。,组合二：紫花、圆花粉粒红花、长花粉粒,结果：F1两对相对性状均表现为显性，F2出现四种表现型；F2四种表现型个体数的比例与9:3:3:1相差很大，并且两亲本性状组合类型(紫圆和红长)的实际数高于理论数，而两种新性状组合类型(紫长和红圆)的实际数少于理论数。,(二)连锁遗传现象.杂交试验中，原来为同一亲本所具有的两个性状在F2中不符合独立分配规律，而常有连在一起遗传的倾向，这种现象叫做连锁(linkage)遗传现象。相引相(coupling phase)与相斥相(repulsion phase).,二、连锁遗传的解释,为什么F2不表现9:3:3:1的表现型分离比例。(一)每对相对性状是否符合分离规律？(二)非等位基因间是否符合独立分配规律？(三)摩尔根等的果蝇遗传试验；(四)连锁遗传现象的解释。,(一)每对相对性状是否符合分离规律？,(二)两对相对性状自由组合？,测交法：测定杂种F1产生配子的种类和比例赫钦森(C.B.Hutchinson,1922)玉米测交试验籽粒颜色：有色(C)、无色（c）籽粒饱满程度：饱满(Sh)、凹陷(sh)相引相测交试验；相斥相测交试验。试验结果分析：F1产生的四种类型配子比例不等于1:1:1:1；亲本型配子比例高于50，重组型配子比例低于50；亲本型配子数基本相等，重组型配子数也基本相等。,测交：相引相,(三)摩尔根等的果蝇遗传试验,果蝇(Drosophila melanogaster)眼色与翅长的连锁遗传：眼色：红眼(pr+)对紫眼(pr)为显性；翅长：长翅(vg+)对残翅(vg)为显性。相引相杂交与测交相斥相杂交与测交结果：F1形成四种类型的配子；但比例显然不符合1:1:1:1，且亲本类型配子明显多于重组型配子；两种亲本型配子数大致相等，两种重组型配子数也大致相等。,果蝇眼色与翅长连锁遗传：相引相,Ppr+pr+vg+vg+prprvgvgF1pr+prvg+vgprprvgvg(测交)Ftpr+prvg+vg1339prprvgvg1195pr+prvgvg 151prprvg+vg 154,果蝇眼色与翅长连锁遗传：相斥相,Ppr+pr+vgvgprprvg+vg+F1pr+prvg+vgprprvgvg(测交)Ftpr+prvg+vg 157prprvgvg 146pr+prvgvg 965prprvg+vg1067,(四)连锁遗传现象的解释,连锁遗传规律：连锁遗传的相对性状是由位于同一对染色体上的非等位基因间控制，具有连锁关系，在形成配子时倾向于连在一起传递；交换型配子是由于非姊妹染色单体间交换形成的。控制果蝇眼色和翅长的两对非等位基因位于同一同源染色体上。即：相引相中，pr+vg+连锁在一条染色体上，而prvg连锁在另一条染色体，杂种F1一对同源染色体分别具有pr+vg+和prvg。,三、完全连锁和不完全连锁,完全连锁(complete linkage)：如果连锁基因的杂种F1(双杂合体)只产生两种亲本类型的配子，而不产生非亲本类型的配子，就称为完全连锁。例如雄果蝇和雌家蚕中通常不发生交换，连锁基因完全连锁，不发生重组。不完全连锁(incomplete linkage)：指连锁基因的杂种F1不仅产生亲本类型的配子，还会产生重组型配子。,完全连锁(complete linkage),A B,a b,不完全连锁(incomplete linkage),C-Sh基因间的连锁与交换,四、交换与不完全连锁的形成,重组合配子的产生是由于：减数分裂前期 I 同源染色体的非姊妹染色单体间发生了节段互换。(基因论的核心内容)1.同一染色体上的各个非等位基因在染色体上各有一定的位置，呈线性排列；2.染色体在间期进行复制后，每条染色体含两条姊妹染色单体，基因也随之复制；,3.同源染色体联会、非姊妹染色单体节段互换，导致基因交换，产生交换型染色单体；4.发生交换的性母细胞中四种染色单体分配到四个子细胞中，发育成四种配子(两种亲本型、两种重组合型/交换型)。5.相邻两基因间发生断裂与交换的机会与基因间距离有关：基因间距离越大，断裂和交换的机会也越大。,连锁与交换的遗传机理,PF1(复制)同源染色体联会(偶线期)非姊妹染色单体交换(偶线期到双线期)终变期 四分体,五、重组型配子的比例,1.尽管在发生交换的孢(性)母细胞所产生的配子中，亲本型和重组型配子各占一半，但是双杂合体所产生的四种配子的比例并不相等，因为并不是所有的孢母细胞都发生两对基因间的交换。2.重组型配子比例是发生交换的孢母细胞比例的一半，并且两种重组型配子的比例相等，两种亲本型配子的比例相等。,重组型配子的比例,六、交换的细胞学证据,七伴性遗传,家畜 公 XY 母 XX家禽 公ZZ 母ZW应用,第四节 群体遗传学,一 基因库与基因频率,群体遗传学（population genetics）：研究群体中的基因组组成以及世代间基因组变化的学科。群体（population）：指孟德尔群体，即在特定地区内一群能相互交配并繁育后代的个体。一个最大的孟德尔群体就是一个物种。等位基因频率（allele frequency）：一个群体中某一等位基因在该基因座上可能出现的等位基因总数中所占的比率。任一基因座的全部等位基因频率之和等于1。,例题：某一1000人群中MN血型的分布是 M MN N 250 500 250M的频率：(250X2+500)/1000 x2=0.5N的频率：(250X2+500)/1000 x2=0.5,基因型频率：一个群体中不同基因型所占的比率。全部基因型频率的总和等于1。群体遗传结构：群体中各种等位基因的频率以及由不同的交配体制所产生的各种基因型在数量上的分布。Hardy-Weinberg定律：在一个大的随机交配的群体内，基因型频率在没有迁移、突变和选择的理想条件下，世代相传保持不变。由英国数学家Hardy，G.H和德国医学家Weinberg，W于1908年提出。,平衡群体：在生物个体随机交配，且没有突变，选择情况下，群体的基因型频率世代保持不变这样的一个群体称为平衡群体。,随机交配一代，基因型频率发生改变的群体不是平衡群体。一个非平衡群体，随机交配一代以后，成为平衡群体。,平衡群体鉴定,AA Aa aa 是否平衡1.0.5/0.5-2.0.4 0.2 0.4-3.0.25 0.5 0.25+,改变群体基因频率的因素,突变能产生新的等位基因，但改变基因频率的 速率很慢 自然选择是进化的潜在动力 突变与选择对常染色体上等位基因频率的联 合效应 遗传漂变对进化平衡的不可预测效应 迁移造成群体间的基因流（gene flow）,群体在世代过程中等位基因频率的变化，称为微进化（microevolution），即发生在物种内的遗传变化。大进化（macroevolution）指从现有物种中产生新物种的过程，是微进化的扩展、累积的结果。,选择的作用,趋同进化：在突变和选择的作用下，对不同中间具有趋同进化的趋势，这种现象称协同进化。遗传负荷：如果一个群体的突变不断积累，并且这些突变是有害的，就会出现的适合度下降。这种现象被称为遗传负荷。用1w/W来表示遗传负荷的度量。,软骨发育不全遗传病侏儒108人生27个子女，确定相对生育率，正常对照457人生582个子女，侏儒相对生育率是：27/108 582/457=0.20,二 遗传漂变对进化平衡的不可预测效应,遗传漂变（genetic drift）：群体内由于抽样误差造成的等位基因频率的随机波动.奠基者效应（founder effect）：遗传漂变的一种形式，指由带有亲代群体中部分等位基因的少数个体重新建立新的群体。瓶颈效应：由于自然环境急剧的改变，使得群体中大部分个体死亡，仅存的少数个体侥幸逃生，繁衍成新的群体。,低频率基因由于遗传漂变，成为高频率。东卡罗林群岛 Pringelap人群，先天性失明占10。由于1780年飓风，原人群大量死亡，遗留下带有失明基因的个体比例很高，使得该群体的后代有病个体大幅度增加。基因频率改变。AA Aa aa AA Aa aa 0.95 0.04 0.01 0.4 0.2 0.4,迁移造成群体间的基因流（gene flow）,设有一个大群体A，每代有部分（m）个体从B迁入，某一等位基因在A群体中的频率为qo，B群体中为qm，则混合后的群体基因频率为(1-m)n=qn-Q/q0-Q,Rh血型的一个等位基因R；非洲黑人q0=0.630美国白人Q0=0.028美国黑人q10=0.446计算200300年以来，每代由白人导入黑人的群体中的基因占黑人群体的比例。(1-m)10=q10-Q/q0-Q=0.446-0.028/0.630-0.028 m=0.036白人每代迁入基因比例0.036,第五节 基因组进化,基因组的起源RNA起源学说原始RNA的三种作用:剪切，复制和编码，合成。新基因的形成突变，转座，重组，扩增。,编码序列的改变,人类中仅仅有1.5%的是编码序列。染色体加倍，基因重组，外显子洗牌，滑序复制，转座以及突变等原因使得编码序列的基因发生改变，在选择压力下，基因组不断进化,DNA的变化是基因组进化的基础,真正中性的突变不受自然选择的影响，通过遗传漂变维持在群体中或被淘汰。负选择（negative selection）淘汰群体中有害的突变。一些对生物有利的极稀有的突变通过正选择（positive selection）增加等位基因频率，并固定在群体中。,非编码序列的改变,人类中仅仅有98%的是非编码序列。没有选择压力，基因组积累了大量的变异。非编码序列有未知的功能玉米中转座因子MITE序列，在225kb中有33个重复，在基因两侧。原来认为是没有生物功能的序列，现发现它与复制和调控有关。自私DNA:本身没有功能，进化中处于中性，只是伴随编码DNA复制并遗传。内含子起源：GTAG真核中的内含子，细菌中没有。晚起源与早起源学说,基因岛与基因协同进化,基因组间基因的间隔相差很大，基因在基因组中的分布疏密不一，某些区段形成基因基因集中的基因岛。啤酒酵母缺失了一部分裂殖酵母和其它酵母特有的基因。这些基因功能相近，相伴丢失。,（一）从分子水平研究生物进化的优点,传统的生物进化研究的主要依据是生物个体、细胞水平研究所提供的信息。分子水平研究发现，在生物大分子中蕴藏了丰富的生物进化的遗传信息；从分子水平研究生物进化具有以下优点：根据生物所具有的核酸和蛋白质结构上的差异程度，可以估测生物种类的进化时期和速度；对于结构简单的微生物的进化，只能采用这种方法；它可以比较亲缘关系极远类型之间的进化信息。,（二）分子水平的进化信息研究,研究表明：在不同物种中，相应核酸和蛋白质序列组成存在广泛差异，并且这些差异在长期生物进化过程中产生，具有相对稳定的遗传特性。根据这类信息可以估测物种间的亲缘关系：物种间的核苷酸或氨基酸序列相似程度越高，其亲缘关系越近，反之亲缘关系越远。从分子水平研究获得的生物进化信息与地质研究估计数据十分接近。,1.氨基酸序列与系统发育,分析比较不同物种同功蛋白组成，就可以估测它们之间的亲缘程度和进化速度。蛋白质进化中研究得最多的是血红蛋白和细胞色素c的氨基酸序列差异。,估算物种进化的分歧时间,2.核苷酸序列与系统发育,同功蛋白基因、非蛋白表达基因序列两两比较或多重比较，可以推断序列间同源性，并进行差异性分析构建分子水平系统进化树(evolution tree);在结构基因组研究的基础上进行序列比较研究可能为物种比较提供更为全面的信息，甚至全基因组序列比较。利用序列信息还可以估算分子进化速率，从而用分子进化钟来估算物种进化的分歧时间。,3.基因组的进化,在自由生活的生物中，细胞内基因组DNA的含量与进化过程存在密切关系，不同生物按细胞内DNA含量不同，可分为四大重叠类群。细菌DNA含量最低，变动于0.0030.01pg；真菌每个细胞DNA含量不足0.1pg；大多数动物和某些植物每个细胞DNA含量变动于0.110pg；蝾螈、某些鱼和许多植物每个细胞DNA含量大于10pg。,海胆、两栖类、鸟类和哺乳类,3.基因组的进化,注意：一般情况下，高等生物遗传信息比低等生物复杂，因此基因组内DNA含量较高；而低等生物的基因组DNA含量就相对较低。但是基因组DNA含量与生物的进化并不存在必然的对应关系。尤其在真核生物中，基因组中往往存在大量高度重复且无功能的DNA区段自私DNA。因此造成DNA含量与其进化水平的矛盾。C值悖理：,基因组DNA含量,（三）中性学说,1.中性基因 分子水平研究发现生物基因组中存在中性基因变异：不同等位基因间碱基序列存在差异，但无表型选择作用。中性基因频率改变不是选择压引起，而主要是由遗传漂变引起。中性基因可能有以下几种情况：氨基酸序列改变、性状变异，但无选择意义(中性性状)；氨基酸序列改变，但蛋白质功能不发生改变(中性突变)；氨基酸序列不改变(同义突变)。,2.自然选择学说在分子水平的矛盾自然选择学说认为：生物进化是微小变异长期选择而产生的群体遗传定向改变的过程。据此可以推测：具有适应性意义的基因，在定向选择作用下进化速率应该比中性基因快；存在于物种间分子水平上的差异也更大。但现有分子水平的研究表明：中性基因往往比那些功能上重要的基因在物种间差异要大得多。也就是说：中性基因的进化速率快于功能上重要的基因。,3.中性学说 1968年木村资生提出了分子进化的“中性学说”，全称是“中性突变漂移假说”。他认为：中性基因在种内的积累不是由于自然选择，而是由于遗传漂变导致的偶然固定；决定分子进化的主导因素是那些对生物生存既无利、又无害的“中性”基因；生物物种间(中性基因)在分子水平上的进化速率是一致的。,第五节 数量性状的遗传,一 遗传参数（一）重复力-同一个体某性状各次测量值之间的组内相关系数（二）遗传力h2-数量性状加性遗传方差占表型方差的比 例（三）遗传相关-同一个体育种值间的相关二选择（一）基本概念1.选择差与选择强度选择差即是留种均值与全群均值的差，也称为表型选择差。选择强度实际上是留种平均值的标准化。2.选择反应留种群子女均值与全群均值的差就称为选择反应。,3.世代间隔 世代间隔是指亲本的中选后代出生时父母按其子女数加权的平均年龄。4.选择极限 长期选择时，遗传方差逐渐减少，选择反应组建降低。当有利基因全部固定时，选择反应停止。（二）选择方法1.单性状选择方法（1）个体选择 只需根据个体本身表型值选择。（2）家系选择 是以整个家系作为一个选择单位。(3)家系内选择 根据每个个体表型值与加息均值的偏差来选择。(4)合并选择 是对家系均值和家系内偏差两种信息来源给予不同的加权，构成一个新的合并指标。,2.多性状的选择方法（1）顺序选择法是指对所选择的n个形状x1、x2、xn,每一个性状选择一代或数代，而每代只对其中一个性状进行选择，当一个性状选择完成后再选择 下一个性状。（2）独立淘汰法该法是指对所选的几个性状各自确定一个淘汰标准。（3）综合选择指数法各性状育种值依据各自经济重要性不同，以货币为代为分别给予适当的加权，综合成一个指数称为综合育种值。,三、近交和杂交（一）概念两个基因型不同的纯合子之间的交配叫做杂交。相同基因型的交配叫做同型交配，而近交就是完全的或不完全的同型交配。（二）近交和杂交的遗传反应1.近交使基因纯合，杂交使基因杂合2.近交降低群体均值，杂交提高群体均值3.近交使群体分化，杂交使群体一致4.近交出现近交衰退，杂交出现杂种优势近交衰退是指由于近交使家畜的繁殖性能、生理活动以及与适应性有关的各性状，都较近交前有所消弱。具体表现为：繁殖力减退、死胎和畸形增多，生活力下降，适应性变差，体质变弱，生长较慢。生产力降低。优势产生的机制有显性学说，控制双亲性状的许多有利显性基因汇合在杂种种，一个亲本的显性有利基因有可能掩盖,来自另一亲本的不利基因，这种互补效应消除了不利基因的作用，使杂种的表现优于任何一个亲本。超显性学说认为杂种优势来源于双亲基因型的异质结合所引起的基因间的互作。（三）近交和杂交的应用1.影响近交效果的因素（1）畜种（2）类型（3）品种（4）性别（5）环境条件（6）性状种类2.近交和杂交的应用近交只能在育种工作认为必要时才可能采用，不能滥用，更不能长期连续使用。杂交主要用于杂交育种和经济杂交。,第六节 遗传工程,利用转基因手段对生物进行人为改造的技术,什么是遗传工程？,研究工作生物产品(生物反应器)改良物种(提高品质)基因治疗,体外DNA重组技术：利用工具酶将外源片段和载体连接，导入生物体并使其稳定复制和传代的技术。,目的,工具酶,A.剪切酶类有目的有选择的把目的片段切开B.连接酶类将目的片段和载体相连C.其他工具酶修饰,加工等作用,限制性内切酶II及其产生的3种不同末端,5突出的粘性末端,3突出的粘性末端,平末端,EcoR I,EcoR V,Pst I,P,P,P,P,P,P,同切酶和同粘酶,同切酶:识别相同的位点,但生成不同的末端.同粘酶:识别不同的位点,但产生相同的粘性末端,Sma I 5.C C CG G G.3 3.G G GC C C.5,Xma I 5.C C CG G G.3 3.G G GC C C.5,同切酶,BamH I 5.GG A T C C.3 3.C C T A GG.5,Bgl II5.AG A T C T.3 3.T C T A GA.5,同粘酶,Sau3A5.G A T C.3 3.C T A G.5,连接酶及其对底物的要求:T4 Ligase,Ecoli Ligase,底物:自由5末端和自由3末端,5末端带磷酸基团反应条件：Mg+，ATP存在,聚合酶(polymerase):DNA聚合酶I,klenow片段,Taq,Pfu,末端转移酶外切核酸酶(exonuclease):exo III,S1核酸酶,DNase I脱磷酸酶(dephosphatase):碱性磷酸酯酶CIP磷酸化酶,激酶(kinase)逆转录酶(reverse transcriptase)RNase H,RNase A甲基化酶(methylase),其它工具酶,载体及其构成基本要素,能独立复制并稳定传代:复制起始点ori或自主复制序列ARS和着丝粒,端粒方便插入外源片段:单酶切位点选择标记:药物抗性报告基因:插入筛选标记易分离提取高产率（多拷贝）强启动子多宿主,常用载体,质粒(plasmid)，粘粒(cosmid)，噬菌体，噬粒(phagemid),病毒，PAC，YAC，BAC,特殊用途的载体,表达型载体，分泌型载体，穿梭载体,宿主,繁殖快,易于培养,能够快速得到产物对所携带基因的表达产物具有较高耐受性,具有克隆最多种基因的可能 突变率低,能够稳定忠实的保存被克隆基因,常用宿主,大肠杆菌:繁殖快,易培养,易分离产物噬菌体:转化效率高,易于保存酵母:繁殖最快的真核生物,适于有蛋白质加工的基因表达,lacZ,如何提高克隆效率?,提高插入片段和载体的比例尽可能采用粘端连接*载体脱磷以降低载体自连插入片段磷酸化改进转化条件,新鲜组织研磨或匀浆,RNA提取液,总RNA,过oligo(dU)柱,洗脱,mRNA,AAAAAAAA,TTTTTTTTT,AAAAAAAA,AAAAAAAA,rRNA,tRNA,mRNA,筛选DNA文库,用标记的核酸作为探针用诱饵质粒筛选表达cDNA文库,探针标记,标记物：同位素标记：32P非放射性标记：荧光标记，生物素，dig(地高辛）等,变性,模板DNA,随机6核苷酸引物，dNTP,某种标记dNTPDNA Pol I,5,随机引物,标记的DNA片段,REMOVE,REMOVE,Inserted DNA codingProtein for detection,GAL4-AD,lacZ,bait DNA,其他常用分子生物学技术,丙烯酰氨凝胶电泳（PAGE）脉冲电泳双向电泳Southern杂交northern杂交western杂交,转基因动植物和基因治疗,转基因动物：医学研究，生物制药转基因植物：改良品质，提高抗逆能力基因治疗：治疗药物无法根治的遗传性疾病,Your Topic Goes Here,Your subtopic goes here,Backdrops:-These are full sized backdrops,just scale them up!-Can be