《动物遗传绪论》PPT课件.ppt

二、遗传学的发展简史,(一)人们对遗传变异的早期认识(二)近代遗传学的奠基1.拉马克：器官用进废退与获得性状遗传2.达尔文：泛生假说3.魏斯曼：种质连续论4.高尔顿：融合遗传假说5.孟德尔：遗传因子假说(三)遗传学的建立和发展1.初创时期(1900-1910)2.全面发展时期(1910-1952)3.分子遗传学时期(1953-),我国劳动人民在早期的农业生产和家畜饲养过程中就已经认识到遗传和变异现象的存在。早期人们对其有各种离奇的解释如：公元前3世纪，古希腊哲学家亚里士多德认为遗传是通过血液进行的；随着精子的发现，荷兰学者斯瓦默丹（1637-1680）认为遗传是通过精子实现的。17世纪以后，随着科学的不断发展，人们把遗传现象同生物的有性过程结合起来，才以科学的理论解释了遗传现象。,(一)人们对遗传变异的早期认识,（二）近代遗传学的奠基,19世纪是生物科学的兴盛时期，这一世纪自然科学的三大发现中有两个是生物科学方面的。一个是伟大的生物学家达尔文提出的进化论，另一个是细胞学说。在近代遗传学的发展中，有几个代表性人物,1.拉马克：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。,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,拉马克,长颈鹿是因为长期吃树叶，所以颈越来越长；,人的盲肠退化了；,家鸡上圈不会飞。,认为各种器官都存在微小的泛生粒，它们能分裂、生殖，并能在体内流动，最后汇集到生殖器官里，形成生殖细胞，当受精卵发育成成体时，各种泛生粒又进入到各器官发生作用，从而表现出遗传现象。如果亲代的泛生粒发生改变，子代则表现变异。他的理论推翻了神创论，但对遗传变异的本质未能真正了解。,2.达尔文：泛生假说(hypothesis of pangensis),3.魏斯曼：种质连续论,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和泛生说，魏斯曼是其首创者。种质连续论(theory of continuity of germplasm)多细胞生物由种质和体质组成：种质指生殖细胞，种质是独立的、连续的、能够产生后代的种质和体质；体质指体细胞，是不连续的，遗传性的变异由种质引起，环境引起的体质变异是不遗传的。种质就是生殖细胞中的染色体。种质连续论为遗传学的建立开辟了道路,4.高尔顿：融合遗传假说,融合遗传认为：双亲的遗传成分在子代中发生融合，而后表现根据是，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.所创建的一系列生物数学分析方法，为数量遗传、群体遗传的产生和发展奠定了基础。,5.孟德尔：遗传因子假说,遗传因子假说认为：生物性状受细胞内遗传因子(hereditary factor)控制遗传因子在生物世代间传递遵循分离和独立分配两个基本规律这两个规律是近现代遗传学最主要的、不可动摇的基础,18561864，与达尔文同时 代人，孟德尔 做了豌豆杂交 试验，于1866年发表了植物杂交实验论文。真正揭开了遗传规律的秘密。,（三）遗传学的建立和发展,2.全面发展时期(1910-1952),形成了近代遗传学的主要内容与研究领域，也是本课程的主要内容（1）细胞遗传学/经典遗传学(1910-1940)1910，摩尔根等：性状连锁遗传规律（2）数量遗传学与群体遗传学基础(1920-)费希尔等：数理统计方法在遗传分析中的应用,1910年前后，摩尔根以果蝇为材料，发现了性状的连锁和交换，证明基因位于染色体上呈直线排列，从而发展了细胞遗传学。证实和完善了经典遗传学的基本定律。摩尔根于1933年获诺贝尔科学奖。,细胞遗传学奠基人摩尔根（Morgan,T.H）,Morgan,T.H,摩尔根研究的材料果蝇,2.全面发展时期(1910-1952),(3)微生物遗传学及生化遗传学(1940-1953)1941，比德尔等：等用红色面包霉为材料，研究基因的生理和生化功能、分子结构及诱发突变等问题，提出一个基因一个酶 1944，阿委瑞（Q.T.Avery）和麦克劳德(C.M.Macleod)根据格里费斯的肺炎双球菌转化 首次直接证明了DNA是真正的遗传物质。1952，赫尔歇和蔡斯做了噬菌体浸染实验 证实了DNA的遗传传递作用。但是，DNA的结构是怎样的哪?1953，美学者沃森、英学者克里克提出DNA的双螺旋结构模型。,(4)其它研究方向1927年，Muller HJ（穆勒）和Stadler LJ（斯特德勒）：人工诱变，几乎同时采用射线，分别诱发果蝇和玉米突变成功。1937，布莱克斯里等：利用秋水仙素诱导植物多倍体成功。杂种优势的遗传理论。,3.分子遗传学时期(1953-),1953年Watson和 Crick提出DNA分子双螺旋(double helix)模型，是分子遗传学及以之为核心的分子生物学建立的标志；20世纪70年代以来，分子遗传学、分子生物学及其实验技术得到飞速发展。,3.分子遗传学时期(1953-),建立了以DNA重组技术为核心的遗传工程，为生物遗传定向操作奠定了基础；取得了人类、多种农业和实验生物基因组的DNA序列信息(结构基因组学)；开创了功能基因组学研究(后基因组学)。,新研究领域开创与分支学科形成的要素：代表性人物；新的研究技术与方法体系：物理学、化学、数学等学科的新理论与技术；开创性的研究成果(代表性的试验)。,20世纪60年代蛋白质和核酸的人工合成、遗传“中心法则”的确立，三联体密码的确定、调节基因作用原理的发现，传递细菌对抗生素抗性的质粒的发现等，已使遗传学的发展走在了生物科学的前面。20世纪70年代随着限制性内切酶和一系列核酸酶的发现和提纯，使DNA重组得以实现，能进行基因的人工分离和合成，开始建立遗传工程这一新的研究领域。,1969，Gall GJ和ML Pardue；John H，ML Birnstiel和KW Jones发展原位杂交技术来作特定核苷酸序列的细胞学定位。1975年，Southem EM发明了Southem杂交法，即将DNA片段从琼脂糖凝胶转移到硝化纤维素滤膜上的方法，滤膜再与标记DNA（放射性标记）杂交，杂交分子用放射自显影检测。1977年，Alwine JC，Kemp DJ和Stark GR发明了“northern”杂交。,1987年，Grimsley N和Hohn T等首次利用土壤农杆菌Ti系统将病毒DNA转移到玉米，开创了遗传工程时代。,1970S，人工分离和合成基因，建立了遗传工程（例如转基因植物、动物等)。20世纪80年代随着基因工程技术的不断成熟和应用，从而使人类在定向改造生物方面跨进到一个新的阶段。,1987年，Grimsley N和Hohn T等首次利用土壤农杆菌Ti系统将病毒DNA转移到玉米，开创了遗传工程时代。,遗传工程的发展，使人类在改变生物性状上将取得更多的自由，它的深远影响：不仅在于可以打破物种界限，克服远缘杂交的困难，能够有计划地培育出高产、优质、抗逆等优良的动植物和微生物品种，大幅度地提高农业和工业的生产；而且将可以有效地治疗人类的某些遗性疾病，并可能从根本上控制癌细胞的发生，造福人类。,人类基因组计划 阿波罗登月计划 曼哈顿原子弹计划,日本于1991年4月提出了与HGP同等重 要的“水稻基因组计划”(rice genome project，RGP)，1991年10月正式实施。通过该计划，将绘制出水稻所有12条染色体的遗传图谱，并对全部cDNA进行序列分析、组织特异性表达和基因功能研究。,1992年8月，中国根据国情正式宣布实施自己的“水稻基因组研究计划”，现已完成水稻基因组物理图谱的构建。,后基因组学：后基因组学(post-genomics)是在完成基因组图谱构建以及全部序列测定的基础上，进一步研究全基因组的基因功能、基因之间的相互关系和调控机制为主要内容的学科。目前人类基因组计划已测定了人类基因组序列中全部的核苷酸序列。但是，要分析构成基因组中的各个基因的功能，弄清楚共有多少基因表达、何时表达,、受什么因子控制等，将比序列测定本身要复杂的多，需要的时间也长得多。有人估计还得花几十年甚至上百年时间才能完成这一工作。,总结,三、遗传学的应用,据估计，由有性杂交培育新品种比自然进化快一万倍，而遗传工程培育新品种则能提高到一亿到十亿倍。可见若遗传工程若内能在农业上付诸实施的话，将会使农业发生巨大变化。,新品选育：如1970年，N.E.Borlaug 应用植物遗传学原理，通过杂交方式，综合了美国、日本、澳大利亚的小麦优良基因，培育出了产量高、适应性强的墨西哥小麦品种；美国由于推广了杂交玉米，使增产250%（19401980）；通过育种手段，使原来的高杆水稻变成抗倒伏耐水肥的矮杆品种，即水稻育种上的矮化革命，使水稻产量大幅度提高；利用细胞融合，改善作物品质-1983年“向日豆”的产生是将豆类Pr基因转入sunflowersunbean.,在农业上的应用,目前，利用基因工程技术已培育出许多抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆的优良品系或品种，很多已经大面积种植推广。,现代遗传育种理论对育种效率的影响,湖北白猪5个世代缺陷乳头数选择效果,遗传学的发展使工业生产发生了重大变革，特别是医药工业，不断选出新的抗生素品种，并使其产量成百倍的增长。微生物发酵工业，大大推进了AA和核苷酸的生产。利用遗传工程成功地人工合成人脑激素和胰岛素。以及在环保上处理“三废”等。,在医药工业上的应用,应用基因工程生产人的蛋白质的方法是在细菌中表达人的胰岛素(insulin)，这个基因工程产品在1982年就获得临床应用专利。生产：100千克胰岛原料生产3-4克，而用“胰岛素基因工程”生产，10种发酵液即可生产3-4克。,干扰素是种多功能Pr，抑制病毒生长和细胞分裂，对治疗癌症大有意义。但生产1mg耗资4万美元，而用“干扰素基因工程”只需不足10美元。脑激素具有调节生长的功能，治疗侏儒症。生产5mg产品需50万头羊的脑组织，而用“生长激素基因工程”生产，用100g E.coli就足以解决问题。利用类似的方法，已在细菌中生产10多种医药产品，如表皮生长因子、人生长激素因子、干扰素、乙型肝炎工程疫苗等。,一些“超级”细菌可以清除环境中有毒的汞与炔类。有的作高级“清洁工”高效率清除污油，如海面上有严重的浮油污染，有一般细菌清除需一年以上，而用这种高级“清洁工”细菌仅需数小时即可。利用“工程菌”还可从工厂排出的废液中回收一些产品，以供需要。例如：从2吨木纸浆的废液中，可生产一吨饲料Pr。,在环保上的应用,在医学上的指导作用 遗传疾病的防治。如血友病、肿瘤，先天愚型可以开展产前诊断，达到优生优育。癌症机理研究。自1976年发现第一个致癌基因后，现已辨明了人和动物的24个致癌基因。人的膀胱癌细胞的致癌基因与正常人细胞DNA相比，在约6000bp中仅有一个碱基的差别，即T取代了G（GGCGTC），AA由颉AA代换了甘AA。生物工程制药。据估计，1999年世界生物技术产品，销售额为3400亿美元，2020年将达到 3.1万亿美元，在世界经济中贡献率将超过18%，仅次于信息产业。基因疗法。人类遗传病至少有3000多种，多数是由于不能合成正常的Pr、酶，造成代谢紊乱所致，采用遗传工程技术，用正常的基因置换遗传缺陷的基因，进行“基因疗法”，将有可能根治遗传病。,用转基因动物生产人用蛋白药品动物乳腺反应器 克隆修饰的动物（猪），为人体器官移植供外源器官 干细胞研究 干细胞是指未充分分化、具有再生为各种组织器官和个体潜在功能的细胞。血液干细胞能够分化生成整个血液系统；以色列科学家首先从胚胎干细胞培养出人类心脏组织，它可以正常跳动；波兰科学家用脐血干细胞培育出了脑细胞；美国科学家 胚胎干细胞造血干细胞红血球、白血球、血小板；我国科学家用干细胞培养成胃和肠黏膜组织。,