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河北科技师范学院Hebei Normal University of Science and Technology,遗 传 学 Genetics,目 录遗传学的定义、研究内容和任务 遗传学的产生与发展 遗传学研究的领域及分支 遗传学的应用,第一章 绪言Introduction,一、遗传学的定义遗传学(Genetics):是研究生物遗传和变异及其规律的一门科学。具体说，是研究生物体遗传物质的组成、遗传信息的传递及其表达规律的一门科学。遗传 现象、规律、遗传学（微生物、植物、动物和人）原因、物质基础 变异 指导育种实践,遗传(heredity)：生物繁殖过程中，亲代与子代的相似性。（即生物在形态、结构、生理功能、生化反应、行为本能等各方面的世代传递中，所能保持的物种固有的性状特征的相对稳定性。)变异(variation)：生物亲代与子代之间、子代个体之间存在的差异性。即生物在繁殖过程中，亲代与子代以及子代个体间在形态、结构、生理功能、生化反应、行为本能等各方面总存在着不同程度的差异。(绝对性)环境（environment)：生物赖以生存的自然和社会条件的总和。遗传与变异是生物界最普通、最基本的两个特征,遗传、变异与环境的关系任何生物的生存、发展都具有必要的环境，并从环境中摄取营养。通过新陈代谢进行个体的生长发育，并通过繁殖使物种延续，从而表现出生物的遗传和变异。因此，生物的遗传和变异对立统一且离不开环境。变异分为可遗传的变异和不遗传的变异两类。可遗传的变异经过自然选择形成物种，经人工选择育成品种。即生物的进化过程。另外生物的变异是多方向性的，这就增加了生物对环境的适应性。生物进化和新品种选育的三大因素-遗传、变异和选择,二、研究内容和任务,研究内容1.遗传与变异的物质基础、所在部位。2.基因和基因组的结构分析，构成基因和基因组的核苷酸排列顺序与其生物学功能之间的关系，包括突变与变异性状之间的关系。3.基因在世代之间传递的方式与基本规律。4.基因控制性状的方式，各种内外环境条件对基因表达的影响。任务探究现象，揭示规律，能动地改造生物，造福全人类。,三、遗传学的产生与发展,三个阶段从混合遗传到颗粒遗传经典的基因论现代的分子遗传学四个时期 经典与细胞遗传学时期(19001940)微生物遗传和生化遗传时期（19411960）分子遗传时期(19611985)基因组和蛋白质组时期(1986 至今),从混合遗传到颗粒遗传,拉马克(1744-1829)：器官的用进废退与获得性遗传达尔文(1809-1882)：泛生假说魏斯曼(1834-1914)：种质连续论,拉马克：器官的用进废退与获得性遗传,拉马克认为：生物物种是可变的；遗传变异遵循“用进废退和获得性遗传”规律，即认为动物器官的进化与退化取决于用与不用（用进废退理论），以及认为每一世代中由于用或不用而加强或削弱的性状是可以遗传的（获得性遗传）。如人类的盲肠。,达尔文：泛生假说,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。达尔文也承认获得性遗传的一些观点。,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遗传，魏斯曼是其首创者。种质连续论(theory of continuity of germplasm)生物体由种质和体质组成：种质指性细胞和产生性细胞的那些细胞；种质自身永世长存，世代连续相继，体质由种质产生，是保护和帮助种质繁殖的手段；种质细胞系完全独立于体质细胞系，体质细胞发生的变化（获得的性状）不影响种质细胞，故获得性状是不遗传的。,经典的基因论,孟德尔：遗传因子假说约翰生(Johannsen)：遗传因子更名为基因(gene)。贝特生：性状连锁现象摩尔根：性状连锁理论,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遗传基本规律是近现代遗传学最主要的、不可动摇的基础,摩尔根：性状连锁理论,T.H.Morgan 于1910年证明基因位于染色体上，并提出了连锁遗传定律。,现代分子遗传学,1928年F.Griffith发现肺炎双球菌的转化现象。1941年G.W.Beadle和E.Tatum提出了“一基因一酶”学说，发展了微生物遗传学和生化遗传学。1944年O.Avery,C.Macleod和M.McCarty等人通过肺炎双球菌转化试验，首次直接证明了DNA是真正的遗传物质。1953年J.D.Watson和F.Crick 通过X射线衍射分析,提出了DNA分子双螺旋结构模型，开创了分子遗传学这一新的学科领域，被喻为遗传学发展史上的一个里程碑。1961年F.jacob和J.Monod提出调节基因表达的操纵子模型。,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。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。,20世纪90年代由美国倡导，有美国、英国、法国、德国、日本和中国参加的人类基因组计划的实施及动物基因组计划的相继提出和实施，为遗传学的发展开辟了广阔的空间。1996年绵羊多利的诞生，为动物体细胞克隆提供了有力的证据。2000年果蝇、人类、拟南芥基因组工作的完成。2003年SARS病毒的难题。以后？,遗传学发展的四个时期：第一个时期:经典与细胞遗传学时期(19001940)1900年 孟德尔定律的再次发现标志着遗传学的诞生 荷兰阿姆斯特丹大学的教授狄夫瑞斯（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）分别用不同实验材料，同时发现了孟德尔1866年发表 的“植物杂交实验”论文中的结论。1910年 摩尔根（Morgan,T.H）及其 斯特蒂文特（Sturtevant）弟子 布里吉斯（Bridges）缪勒（Muller）创立了连锁定律 1927年 Muller X-射线诱发突变 基因从一个抽象的遗传因子发展成为生物染色体上“三位一体”的遗传物质实体-既是功能单位，又是重组单位和突变单位。,第二时期:微生物遗传和生化遗传时期（1941-1960）,1941 Beadle和 Totum 提出一基因一酶学说 1944 Avery 确定遗传物质为DNA1951 McClintock B.发现跳跃基因或称转座1953 Watson和 Crick建立DNA双螺旋模型1958 Kornberg 发现 DNA合成酶 基因是顺反子（Cis-trons），即是具有编码功能的DNA实体，而单核苷酸是发生突变和重组最小单位,第三时期:分子遗传时期(19611985),1961:Jacob 和Monod建立乳糖操纵子模型;1962，1968 Arber，1978 Smith 发现限制酶;1964，1965：Nirenberg，Khorana破译遗传密码;1972 Berg建立重组技术;1975 Temin发现反转录酶.1977 Sanger&Gilbert 建立DNA测序方法；1977 Sharp 和 Roberts 发现内含子；1980 Shapiro发现转座子；1981 Cech和Altman 发现核酶；1985 Mullis,K.建立了PCR体外扩增技术。基因的概念是一段可以重叠、断裂的形式存在并可转座的DNA序列。,1986年 美 Dulbecco首次提出了“人类基因工程”组 1990年4月 美国宣布人类基因组测序工作的5年计划。1991年 Stepken Fodor 把基因芯片的设想第一次变成 了现实.1992年10月 美Vollrath D.等分别完成人类Y染色体的物理图谱.1993 10月 美国公布了19931995年的人类基 因组测序工作计划，并预计2005年完成 整个的测序工作。1995 Smith,H.O等第一个细菌基因组流感嗜 血杆菌(H.influenzae)全基因组序列发表。,第四时期:基因组和蛋白质组时期(1986 至今),1995 12月美、法科学家公布了有15000个标记 的人类基因组的物理图谱。1996 Dietrich W.F等绘制了小鼠基因组的完整 遗传图谱。1996 10月Goffeau等完成了酵母基因组的测序。1996 DNA芯片(chip)进入商业化。1997 Wilmut 完成了动物体细胞克隆,“多莉”绵 羊。1998 12月，第一个多细胞真核生物线虫的 基因组在Science上发表。1999 Cate J.H第一次绘制出完整核糖体的 晶体结构，揭示了其中的很多细节。,1999 国际人类基因组计划联合研究小组完成 了人类 第22号染色体测序工作。2000 3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因 组测序。2000 完成了人类第21号染色体的测序；2000 6,26 人类基因组草图发表；2000 12,14 英美等国科学家宣布绘出拟南 芥基因组的完整图谱；2001 1,12 中、美、日、德、法、英等国科学家(Nature,15日)和美国塞莱拉公司(Science,16日)各自公布人类基因组图谱和初步分析结果。全部约32亿个核苷酸对的排列次序，约3.5万个基因的遗传和物理图谱确定人类基因组DNA编码的遗传信息。,我国遗传学发展的进展胰岛素与核酸的人工合成 1958年，英国著名的生物化学家桑格确定了胰岛素的结构，测定出胰岛素51个氨基酸序列。中国科学家从1958年开始研究，1959年就获得10的产率，而当时国外的产率只有12；不久中国人又提到3050。经过近7年的艰苦研究与探索，他们完成了牛胰岛素的全合成。经过晶体结构的测定，人工合成物具有与天然胰岛素完全一样的精细结构和生物活性。这是世界上第一次人工合成的蛋白质。l995年中国科学家又开始基因重组人胰岛素的研究工作。中国由此成为世界上第三个能够生产、销售基因重组人胰岛素的国家。1981年11月，中国科学工作者经过13年长期艰苦的研究，终于完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成。是继中国在世界上第一次人工合成牛胰岛素之后取得的又一重要成就，标志着中国在人工合成生物大分子的研究方面继续居于世界先进行列。基因与克隆的研究 我国转基因技术在家畜及鱼类育种上初见成效。中科院水产生物研究所在世界上率先进行转基因鱼的研究，成功地将人生长激素基因、鱼生长激素基因导入鲤鱼。,中国农业大学生物学院瘦肉型猪基因工程育种取得初步成果，已获得生长激素转基因猪的第二、三、四代共215头和初步建立生产转基因猪的技术体系，转基因猪核心群的生产水平比非转基因猪提高20，生产效率提高达5，达到国际先进水平。1998年2月，中国转基因羊研究取得重大突破。上海医学遗传研究所与复旦大学遗传学研究所的专家经多年合作，已获得5只与人凝血第九因子基因整合的转基因山羊，其中一只已进入泌乳期，并在乳汁中分泌出了有活性的能治疗血友病的人凝血第九因子。1999年3月，上海医学遗传研究所运用自己创立的转基因羊新技术路线，成功培育出了中国第一头转基因试管牛；自1990年西北农林科技大学首次完成世界第一例克隆山羊以来，我国已实现山羊胚胎连续克隆，并用克隆技术生产出羊、猪、牛、兔、鼠五种哺乳动物。克隆技术，对于繁殖优良家畜、抢救濒危生物具有十分重要的意义。1998年12月，湖南医科大学“中国医学遗传学国家重点实验室”在国际上首次克隆成功以高频性听力下降为主要特征的神经性耳聋疾病基因。这也是国内克隆出的第一个人类疾病基因。,遗传学发展的新动态,21世纪，将进入“后基因组时代”，将阐明蛋白质的功能弄清DNA序列所包含遗传信息的生物学功能.1.基因组(genome)学2.后基因组学3.蛋白质组学(Proteomics)4.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.,遗传学研究的领域及分支,根据研究领域划分经典遗传学细胞遗传学统计遗传学分子遗传学根据研究的生物范畴划分动物遗传学植物遗传学微生物遗传学人类遗传学,根据遗传机理划分生理遗传学生化遗传学发育遗传学辐射遗传学学科交叉产生的分枝行为遗传学药物遗传学毒理遗传学免疫遗传学生态遗传学病理遗传学,遗传学的应用,在农牧业生产上的应用在医疗保健上的应用遗传工程的应用遗传学与社会、法律、伦理道德和世界观,主要参考书,刘祖洞主编，遗传学，高教出版社。杨业华主编，普通遗传学，高教出版社。李宝森、胡庆宝主编，遗传学，南开大学出版社。赵寿元、乔守怡主编，现代遗传学，高教出版社。、著，遗传学(影印版)，科学出版社。Daniel L.Hartl、Elizabeth W.Jones著，遗传学-基因与基因组分析(影印版)，科学出版社。孙乃恩等编著,分子遗传学,南京大学出版社,罗鹏主编，遗传学应用，高教出版社。著，遗传学原理，科学出版社。林文君主编，细胞遗传学原理，四川大学出版社。陈永清、王文华著，微生物遗传学导论，复旦大 学出版社。戴维、布鲁西克著，遗传毒理学原理，复旦大学 出版社。,相关期刊及站点,遗传遗传学报 中国农业科学生物技术通报生命的化学)GeneticsGeneGenomeJournal of Animal ScienceAnimal Science,NCBIEMBLDDBJ中华基因网 中国基因研究中心 中国西部农业信息网 中国科学院国家基因研究中心 中科院遗传与发育所 生物谷中国遗传,使用的教材贺竹梅主编，现代遗传学教程，中山大学出版社。,