第2章孟德尔定律课件.ppt

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1、第二章 孟德尔定律,Chapter 2 Mendels Laws,This is a review chapter that you need to review on your own.,第二章 孟德尔定律Chapter 2 Mendels,1-1 Law of Segregation,Gregor J.Mendel 1822-1884,1-1 Law of SegregationGregor,Why was Mendel successful?,选材（Chose a good genetic organism）:short life cycle(生活周期短);large progeny(大

2、量的后代);Several variable characters with two discrete traits(许多稳定的、易于区分的性状）,easy to score(yellow or green)Self fertilize(自花受粉),can produce pure lines(纯系)can cross fertilize(杂交)量化结果（Quantified results）.,Why was Mendel successful?选材（C,Peas(Pisum sativum L.)can self fertilize.,Peas(Pisum sativum L.)can s

3、el,Peas(Pisum sativum L.)can cross fertilize.,Peas(Pisum sativum L.)can cro,孟德尔实验及其分析,孟德尔实验及其分离定律的归纳孟德尔分析的关键性名词概念,孟德尔实验及其分析 孟德尔实验及其分离定律的归纳,Mendel chose seven traits to study.,Trait on the left is dominant（显性）.Trait on the right is recessive（隐性）.,Mendel chose seven traits to s,The first experiment:mo

4、nohybrid cross,Pure breeding round Pure breeding wrinkled Hybrids all round(round is dominant;wrinkled is recessive)Round peas wrinkled peas5,474 1,850,Parental Generation(P)First Filial Generation(F1)Second Filial Generation(F2),Wrinkled reappears in F2,unchanged in phenotype and breeding behavior.

5、Ratio of round:wrinkled 3:1.,All wrinkled,wrinkled round,(3:1),The first experiment:monohybr,5,474 round peasGrow 565 into plantsallow to self fertilize（自交）,193 plants produced 372 plants produced only round peas round and wrinkled peas,Ratio of F2 plants producing(only round):(round and wrinkled F3

6、 progeny)is 1:2.Therefore 3:1 phenotypic ratio is 1:2:1 ratio based on breeding behavior(pure breeding round:hybrids:pure breeding wrinkled.,Third Filial Generation(F3),5,474 round peas193 plants pro,豌豆的性状：种子：圆粒或皱缩种子颜色：黄色或绿色成熟豆夹的形态：饱满或压缩未成熟豆夹的颜色：绿色或黄色 花的颜色：紫花或白花花着生的位置：枝腋生或枝顶生茎的长度：高茎(9-18英吋)或矮茎(6-7英呎

7、),豌豆的性状：,孟德尔推断(Mendels Inferences)中的三原则,1.单位性状原则：一个遗传因子（hereditary factor）决定一个性状。2.显隐性原则：决定相对性状的遗传因子在一起的时候，有显性和隐性的区别。3.分离原则：遗传因子在体细胞里成双存在，形成配子时成对遗传因子分离，因此遗传因子在生殖细胞里成单存在，受精以后又恢复到成双状态。由于分离和显隐性的关系，在豌豆杂交的子一代中得到3:1的比例。,孟德尔推断(Mendels Inferences)中的三原,How did Mendel explain the 3:1and 1:2:1 ratios?,How did

8、Mendel explain the 3:1,How to test his inferences?,测交Test Cross:Breeding a homozygous recessive with a dominant phenotype(unknown genotype)can determine an unknown allele.,How to test his inferences?测交T,Mendels First Conclusion:分离定律（Law of Segregation）,All allele pairs randomly segregate during game

9、te formation（配子形成过程中等位基因随机分离）Paired condition restored with fusion(fertilization)（成对基因在受精后得到恢复）,Mendels First Conclusion:分离定,实现孟德尔分离比的条件：,1.F1代个体形成的配子数目相等，生活力相同；2.配子结合的机会是相等的；3.到观察时，F2代 3 种基因型个体的存活率相等；4.显性是完全的；5.F2应有足够的个体。,实现孟德尔分离比的条件：1.F1代个体形成的配子数目相,孟德尔规律走在了时代的前面,孟德尔时代的生物学水平对受精现象没有肯定下来，细胞的减数分裂还没有发现

10、，还不知道什么东西在体细胞里成双存在，在性细胞里成单存在，孟德尔走在了其时代的前面。孟德尔曾把他的论文送给当时欧洲有名望的植物学家，但他们不置可否。,孟德尔规律走在了时代的前面孟德尔时代的生物学水平对受精现象没,Basic Terminology,性状(Character):is a feature that is heritable.生物表现出来的形态特征和生理生化特征.基因(gene):a part of a chromosome which determines a certain trait.基因座(locus):Location on a chromosome of gene表示在给

11、定的一条染色体上的一个基因的位置。等位基因(allele):An alternative form of a gene表示在一个给定基因座内一个基因的替代形式(一个或多个形式)。显性基因(dominant gene):a gene allele which is always expressed when it is present,regardless of whether it is homozygous or heterozygous.隐性基因(recessive gene):a gene allele which is not expressed if it is in the het

12、erozygous state.,Basic Terminology性状(Character),基因型(genotype):the genetic makeup of an organism 一个生物体的全部基因组成，可以指一个基因座，也可以指限制性的若干基因座.表现型(phenotype):指一个生物体能够被观察到的总体特征，是基因型和环境因素相互作用下的可见结果。纯合体(homozygous):a pair of alleles which are identical某个体在一个给定的基因座上具有两个相同的等位基因杂合体(heterozygous):a single pair of all

13、eles which are unlike each other某个体在其一个给定的基因座上具有两个不同的等位基因杂交（hybrid）:offspring resulting from crossbreeding two true breeding lines.测交（testcross):Breeding a homozygous recessive with a dominant phenotype(unknown genotype).P True breeding parent generation;F1 First“filial”generation;F2 Second“filial”g

14、eneration.,基因型(genotype):the genetic mak,1-2 Law of Independent Assortment,一、孟德尔的双因子杂交试验二、自由组合定律的归纳及其扩展三、孟德尔学说的核心四、人类简单孟德尔遗传五、豌豆皱缩性状的分子机制,1-2 Law of Independent Assor,Dihybrid crosses,R/R;Y/Y(round,yellow),r/r;y/y(wrinkled,green),R;Y,r;y,Parental combination,Recombination,Dihybrid crossesR/R;Y/Yr/r;

15、y,Two hypotheses:dependent or independent assortment（自由分离）,9:3:3:1 RATIO,Two hypotheses:dependent or i,We can use a Punnett Square to show that a self cross of dihybrids producing gametes in a 1:1:1:1 will generate a 9:3:3:1 phenotypic ratio.,female gameteRY Ry rY ry,RYRyrYry,malegamete,We can use a

16、 Punnett Square to,Mendels Second Conclusion:自由组合定律（Law of Independent Assortment）,形成配子时，同一对等位基因发生分离，不同对的基因自由组合。,Mendels Second Conclusion:自由,测交验证（Dihybrid Test Cross）Test Cross with multiple traits:Same as with one trait!the test cross is RrYy rryy,parentsRrYyrryygametesRY,Ry,二、自由组合定律的归纳及其扩展,一般情况下：

17、F1 配子分离比为1:1:1:1F 2表型分离比为（3:1）2，即（3/41/4）2二项式展开的各项系数,二、自由组合定律的归纳及其扩展一般情况下：,表2-4 杂交所包括的基因对数及基因型和表型,表2-4 杂交所包括的基因对数及基因型和表型杂交中包括的基,三、孟德尔学说的核心,颗粒遗传（particulate inheritance)每一个遗传因子是一个相对独立的功能单位；因子的纯洁性；因子的等位性。-孟德尔遗传的精髓,三、孟德尔学说的核心颗粒遗传（particulate inh,1902年，英国Garrod医生认为黑尿酸症是常染色体隐性遗传病；1903年，人类家族性A1型短指（趾）症是常染色

18、体显性遗传病；1908年发现ABO血型是常染色体单基因遗传性状；至1991年，发现的人类单基因遗传性状达4325个。,四、人类简单孟德尔遗传,1902年，英国Garrod医生认为黑尿酸症是常染色体隐性遗,雀斑,雀斑,第2章孟德尔定律课件,徐道觉最先报道了折叠舌性状,抗日战争胜利后，浙江大学由贵州迁回杭州。在一次遗传学课上，徐道觉介绍卷舌性状，一位钱姓女生举手发言，告诉大家她的舌头不仅会卷，还会向上折叠，并做了表演。徐道觉以此为线索进行了调查研究，发表了两篇论文报道了这个性状。Hsu T.C.Tongue upfolding:A newly reported heritable characte

19、r in man.Journal of heredity,1948,39:186188.Liu T.T.,Hsu T.C.Tongue-folding and tongue-rolling in a sample of the Chinese population.Journal of heredity,1949,40:1920.,徐道觉最先报道了折叠舌性状抗日战争胜利后，浙江大学由贵州迁回,第2章孟德尔定律课件,人类常染色体遗传病,常染色体单基因显性遗传病 人类家族性A1型短指（趾）症、软骨发育不全、高胆固醇血症、神经纤维瘤、视网膜母细胞瘤、Huntington舞蹈病等常染色体单基因隐性遗传

20、病 黑尿酸症、白化病、苯丙酮尿症、半乳糖血症、镰刀形细胞贫血症等,人类常染色体遗传病常染色体单基因显性遗传病,人类家族性A1型短指（趾）症,人类家族性A1型短指（趾）症,A1型短指（趾）症：1903年，哈佛大学医学院博士毕业生法拉比（Farabee）首次在其毕业论文中报道，即世界上第一例孟德尔常染色体显性遗传病，以后作为遗传学的经典例子被全世界的生物学和遗传学教材广泛引用。上海交大贺林实验室利用布依族、苗族和汉族的三个A1型短指（趾）症大家系，对该病的致病基因进行了定位（定位于2q35-36区）、克隆，首次发现人IHH基因和该基因上的三个突变位点是导致A1型短指（趾）症的直接原因。,人类家族性

21、A1型短指（趾）症,A1型短指（趾）症：1903年，哈佛大学医学院博士毕业生法拉,第2章孟德尔定律课件,上海交大贺林克隆了人类家族性A1型短指（趾）症基因,Xinping Yang,Chaowen She,Jingzhi Guo,et al.A Locus for Brachydactyly Type A-1 Maps to Chromosome 2q35-q36.The American Journal of Human Genetics,66(3):892-903(March 2000)Bo Gao,Jingzhi Guo,Chaowen She,et al.Mutations in IH

22、H,encoding Indian hedgehog,cause brachydactyly type A-1.Nature Genetics 28,386-388(16 July 2001)Bo Gao,Jianxin Hu,Sigmar Stricker,et al.A mutation in Ihh that causes digit abnormalities alters its signalling capacity and range.Nature 458,(2009)高波和胡建新等.IHH基因点突变通过改变IHH蛋白信号能力和信号距离导致指(趾)畸形 nature，2009年3

23、月揭示了A-1型短指（趾）症致病机理.,上海交大贺林克隆了人类家族性A1型短指（趾）症基因Xinpi,五、豌豆皱缩性状的分子机制,Bhattacharyya,M.K.,Smith,A.M.,Noel Ellis,T.H.,Hedley,C.and Martin,C.The wrinkled-seed character of pea described by Mendel is caused by a transposon-like insertion in a gene encoding starch-branching enzyme.Cell,1990,6:115-122.Lester,D

24、.R.,Ross,J.J.,Davies,P.J.and Reid,J.B.Mendels stem length(Le)encodes a gibberellin(赤霉素)3 beta-hydroxylase.Plant Cell,1997,9:1435-1443.,五、豌豆皱缩性状的分子机制Bhattacharyya,M.,豌豆圆粒(RR)和皱粒(rr)在淀粉含量和性质上存在差异。1903年，R.P.Gregory发现，RR豌豆种子淀粉粒数目多、大且单一；而rr种子淀粉粒数目少、小且多角。RR种子淀粉的含量比rr的高，并且支链淀粉与直链淀粉的比例也要高(greenwood&Thomson,

25、1962).rr种子可溶性蔗糖的含量高于RR种子。以上证据表明，rr种子的淀粉合成受到了阻碍(Smith,1988)。rr种子淀粉合成量减少，且直链淀粉转变成支链淀粉的过程受阻，细胞中游离的葡萄糖和蔗糖含量升高，渗透压增高，细胞吸收的水分多，因而在种子发育早期，种子吸水膨胀；干燥时，种子收缩，于是产生皱缩的表型。1988年，英国John Innes研究所的Smith等发现淀粉分支酶(SBE1,isoform 1 of starch-branching enzyme)的活性在确定rr种子淀粉含量方面起重要作用，淀粉分支酶是催化直链淀粉转变为支链淀粉的一种酶。,豌豆圆粒(RR)和皱粒(rr)在淀粉

26、含量和性质上存在差异。,1989年，巴塔卡雅(M.K.Bhattacharyya)和Smith等克隆了编码淀粉分支酶(SBE1)的DNA片段，并确证它位于r位点。,r基因是在R基因靠近3端插入了一个0.8kb的类转座子(transposon-like)Ips-r，Ips-r的两个末端为12bp的倒转重复序列：TAGGGGTGGCAA ATCCCCACCGTT。在类转座子的两个侧翼为8bp的正向重复序列：AGTAGAAT TCATCTTA,1989年，巴塔卡雅(M.K.Bhattacharyya,Efficient form,of Starch,Branching,Enzyme in,Early

27、,Development,Inefficient,form of,Starch,Branching,Enzyme in,Early,development,Enzyme+,substrate,Enzyme+,substrate,High,Starch Output,(more,amylopectin,than amylose),Low,Starch Output,(more amylose,than,amylopectin),RR,rr,Low,Sucrose,Content,High,Sucrose,Content,Granules large,and kidney,bean shaped,

28、Granules small,and fissured,(sand dollar-,like),High,Osmotic,Potential,Normal,Osmotic,Potential,Normal,Water Content,Water,Accumulates,Altered,Metabolism,Late in Seed,Development,Other Starch,Producing,Enzymes,Stimulated,Seed Remains,Plump During,Dehydration,Seed Shrivels,Easily during,Dehydration,R

29、ound,Phenotype,Wrinkled,Phenotype,Figure 1.The influence of R and r alleles on phenotype.AKA Why do Mendels Peas Wrinkle?,Read Bhattacharyya et.al.,1990.,有效的淀粉分支酶同工酶,无效的淀粉分支酶同工酶,支链淀粉,直链淀粉,高糖-高渗透压-水分降低,Efficient form of Starch Branc,在玉米、大麦等其它植物中也发现了皱缩表型，其皱缩性状的产生机理与豌豆类似。r座位上SBE1的克隆有助于理解显性和隐性的实质：显性基因和隐

30、性基因是类似的DNA片段；显性基因一般形成有功能的酶，当它发生突变，例如其中插入另一段DNA，那么它就不能正常行使功能而成为隐性基因；隐性基因形成的酶可能是异常的，或者根本不能形成有功能的蛋白质。,在玉米、大麦等其它植物中也发现了皱缩表型，其皱缩性状的产生机,豌豆皱皮基因的克隆是正向遗传学的典范,经典的正向遗传学是通过杂交等手段研究品种表型的变化、并推测遗传基因的组成和传递规律，其认知路线是由表及里。反向遗传学是在已知基因序列的基础上，利用现代生物理论与技术，通过核苷酸序列的突变、插入等手段创造突变体并研究其表型效应，分析鉴定基因的功能。反向遗传学的认知路线是由里及表，即直接从生物的遗传物质入

31、手来研究基因的生物学功能。,豌豆皱皮基因的克隆是正向遗传学的典范经典的正向遗传学是通过杂,1-3 遗传学数据的统计学处理,一、两个重要的概率法则二、分支法计算遗传比率三、适合度测验,1-3 遗传学数据的统计学处理一、两个重要的概率法则,乘法法则 The Product rule(the AND rule):The probability of two independent outcomes occurring simultaneously is the product of their individual probabilities.加法法则 The Sum rule(the OR rul

32、e):The probability of two mutually exclusive outcomes occurring is the sum of their individual probabilities.,Two important probability rules,乘法法则 The Product rule(the AN,But we can use the product rule（乘法法则）The probability of getting round,yellow peas is the probability of getting round peas AND th

33、e probability of getting yellow peas.(3/4)(3/4)=9/16The probability of getting round,green peas is the probability of getting round peas AND the probability of getting green peas.(3/4)(1/4)=3/16The probability of getting wrinkled,yellow peas is the probability of getting wrinkled peas AND the probab

34、ility of getting yellow peas.(1/4)(3/4)=3/16The probability of getting wrinkled,green peas is the probability of getting wrinkled peas AND the probability of getting green peas.(1/4)(1/4)=1/16,But we can use the product rul,二、分支法(Branching Pathway)计算遗传比率:,F1 genotypeRrYyF1 phenotypeAll yellow,round,

35、F2 generation:,F2 phenotypic ratiofor Rr Rr,3/4 R_,1/4 rr,F2 phenotypic ratiofor Yy Yy,Combined F2 ratios,3/16 rrY_ yellow,wrinkled,3/16 R_yy green,round,9/16 R_Y_yellow,round,1/16 rryy green,wrinkled,二、分支法(Branching Pathway)计算遗传比率,F2 generation:,F2 genotypic ratiofor Rr Rr,1/4 RR,1/4 rr,F2 genotypi

36、c ratiofor Yy Yy,Combined F2 ratios,2/4 Rr,1/16 RRYY,2/16 RRYy,1/16 RRyy,2/16 RrYY,4/16 RrYy,1/16 Rryy,1/16 rrYY,1/16 rrYy,1/16 rryy,F2 generation:F2 genotypic rat,Aa,1/8 AaBbCC,2/8 AaBbCc,1/8 AaBbcc,1/8 AabbCC,2/8 AabbCc,1/8 Aabbcc,Aa1/4 CC2/4 Cc1/4 cc1/2 Bb1/2,A_,3/8 A_B_C_,1/8 A_B_cc,3/8 A_bbC_,1

37、/8 A_bbcc,A_3/4 C_1/4 cc1/2 B_1/2 bb3/8,四、卡方测验(Chi square test),测验观测比例与理论比例是否相符合 的定义：,E：理论值(expected frequency)O：观测值(observed frequency),四、卡方测验(Chi square test)测验,测验的步骤,P41页数据：,1.计算每一类的理论值2.计算卡方值：3.确定自由度：dfn14134.估计 P（probability）值：PCHIDIST(32.40，3)4.30997E-075.统计结论：0.05；0.01 P0.05 观测值和理论比例没有差异 P0.0

38、1 观测值和理论值存在极显著差异,测验的步骤P41页数据：1.计算每一类的理论值,当 df1时，必须注意：,假若用上述方法进行卡方测验，观测值和理论值相符合，则结论可信；假若用上述方法进行卡方测验，观测值和理论值不相符合，则一定要做卡方连续性校正，所用的校正公式为：,当 df1时，必须注意：假若用上述方法进行卡方测验，观测,例 用正常翅的野生型果蝇与残翅果蝇杂交，F1代均表现为正常翅。F1代自交，在F2代中包含311个正常翅，和81个残翅。问这一分离比是否符合孟德尔31的理论比？,解：正常翅 残翅 总数 实际观测数 311 81 392 理 论 数 294 98 392 OE（未矫正）17 1

39、7(OE)2 289 289(OE)2/E 0.983 2.949 2 0.9832.949 3.932 df1，20.053.841，220.05，P0.05结论：正常翅与残翅的分离比不符合31,例 用正常翅的野生型果蝇与残翅果蝇杂交，F1代均表现为正常,解：正常翅 残翅|OE|0.5 16.5 16.5(|OE|0.5)2 272.25 272.25(|OE|0.5)2/E 0.926 2.778 2 0.9262.778 3.704 df1，20.053.841，220.05，P0.05 结论：正常翅与残翅的分离比符合31 从以上的结果可以看出，df1时，同一问题矫正与不矫正所得结论不同

40、。应该用矫正后的计算数据做统计结论。,解：,当观测值和理论值都较小（小于5）时不能用卡方测验法，必须用精确测验法，见教材 P3637。,当观测值和理论值都较小（小于5）时不,关于卡方测验的讨论,科学工作者不是单凭卡方测验来证明或否定一个假设的；卡方测验的结果只是科学论据之一；卡方测验的结论只是表象，必须从生物学角度在更深层次上对试验结果进行解释。,关于卡方测验的讨论科学工作者不是单凭卡方测验来证明或否定一个,讨论,孟德尔的伟大发现为什么会被忽视、遗忘长达三十多年？,讨论孟德尔的伟大发现为什么会被忽视、遗忘长达三十多年？,本章重点,孟德尔学说的核心（精髓）-颗粒遗传（particulate inheritance)分支法计算遗传比率卡方测验,本章重点孟德尔学说的核心（精髓）-颗粒遗传（part,作业,P43，第5题P44，第8题，第9题,作业P43，第5题,下课好走！,下课,