遗传和变异-生命特征的延续与发展.ppt

《遗传和变异-生命特征的延续与发展.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遗传和变异-生命特征的延续与发展.ppt（92页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第五章 遗传和变异,基因基因在遗传中的作用生物的遗传变异与生物进化遗传和优生基因工程,教学目的与要求,教学目的与要求：了解遗传因子的发现过程，掌握基因的本质。掌握基因在生物遗传中的作用。了解生物的遗传变异在生物进化中的作用。了解遗传病的种类、诊断和基因治疗的一般知识。了解基因工程的原理、基本内容和应用。教学重点与难点：基因的本质。基因在生物遗传中的作用。遗传病,基因工程,基因工程概述 基因工程的方法步骤 基因工程研究进展和应用前景 基因工程安全性 基因工程操作及其产品安全性,基因工程安全性 基因工程操作及其产品安全性,1971年，MIT（美国麻省理工学院）有人提出了将猴肾病毒SV40DNA同噬

2、菌体DNA重组，然后导入大肠杆菌细胞的设想。反对的理由：带有病毒DNA的重组分子有可能从实验室逸出，并随着大肠杆菌感染人类的肠道，其后果将十分严重。于是研究计划被搁置。开始是从事DNA重组研究的科学工作者担心，后来波及到群众团体。1973年，美国的公众第一次公开表示，担心应用重组DNA技术可能会培育出具有潜在危险性的新型微生物，而给人类带来难以预料的后果。,1974年，美国成立重组DNA咨询委员会，担心重组DNA在人类及其它的生物体内传播，因而有可能造成或扩大癌症及其它疾病的发生范围，要求暂停两类的实验：第一类，涉及组合一种在自然界尚未发现的，有产生病毒能力或带有抗菌素抗性基因的新型有机体。第

3、二类，涉及将肿瘤病毒或其它动物病毒的DNA引入细菌的实验。,1975年，展开讨论：潜在危险的基因可能偶然逃出实验室，或成功地寄生在实验工作者的肠道中，从而导致某种灾难性的后果；过分担忧没有必要，有危险可以防范，原核生物同真核生物接触，自然合成重组体类型，没有在自然选择中取得优势。但在如下三个问题上达成一致：新发展的基因工程技术为解决生物、医学和社会问题展开了乐观的前景。新组成的重组DNA生物体的以外扩散，可能会出现不同程度的潜在危险。采取防范措施，在严格控制条件下进行必要的DNA重组实验。目前进行的某些实验，即便在严格控制的条件下，其潜在的危险性仍然很大。,1976年，美国制定了“重组DNA研

4、究准则”：禁止若干类型的重组DNA实验，规定了实验的物理防护和生物防护。物理防护，P1-P4（分别为普通、装备负压柜、全负压实验室、专用试验楼）。生物防护EK1-EK3（分别为大肠杆菌在自然环境中一般都是要死亡的、在自然环境中无法生存）1976年发展出来第一个安全菌株EK12，1776菌株，营养缺陷突变体、细胞壁十分脆弱。1977年，首家专门制造和生产医疗药品的基因工程公司成立。发展证实，危险并不象担心的。迄今尚未发现重组DNA危险事例。1979年，允许使用病毒DNA进行重组实验。1984年，美国公布了新条例，有所放宽。1989年，批准了植物基因工程。,基因工程研究进展和应用前景,微生物基因工

5、程，微生物生长繁殖快、容易大规模培养 人胰岛素 胰岛素是治疗胰岛素依赖性糖尿病的唯一有效的药物。胰岛素由A、B两条链组成，分别有21和30个氨基酸。500多万患者。以前获得500g胰岛素需要800-1000kg的牛胰脏。1978年，美国Genentech公司成功用大肠杆菌表达了人的胰岛素基因。1982年美国FDA批准基因工程胰岛素在美国销售。,生长激素 缺乏导致侏儒症。191个氨基酸的蛋白质。生长激素有物种特异性，所以只能用人的生长激素来治疗侏儒症。以前大多从尸体的脑垂体中获得，来源非常有限。现在用大肠杆菌生产。我国正在试产。干扰素 一类抗病毒、抗肿瘤、同时具有免疫调节功能的蛋白质。根据来源不

6、同可分为、三个亚型。过去靠体外培养的人细胞来生产，产量低，成本高。现用大肠杆菌生产治疗病毒感染和某些肿瘤。乙型肝炎疫苗 HBV通过血液传播。我国HBV携带者至少有1亿人。HBV不能在组织培养细胞中生长，以前乙肝抗原只能从病毒携带者的血清中分离加热处理后制成疫苗，成本高，数量少。现用大肠杆菌生产乙肝病毒的基因工程疫苗。我国已普及。,植物基因工程，培育优良品种，增加粮食产量、改进粮食品质、减少化肥和农药的使用。抗虫作物 抗虫棉和抗虫玉米 抗旱植物 抗旱的烟草和番茄 改进农产品的品质 提高植物油中的不饱和脂肪酸含量，增加谷类和豆类种子中的赖氨酸含量。兔毛棉花在我国培育成功，棉花纤维的质量很好，具有兔

7、毛般的光泽。利用植物生产疫苗和抗体 表达动物蛋白的转基因植物，生产小鼠抗体的烟草、生产人血清白蛋白的马铃薯和生产人干扰素的萝卜。目前的热点是用植物来生产疫苗。也许有一天，人们可以通过吃香蕉而不是打预防针来进行爱滋病疫苗的接种。,动物基因工程，使动物获得人类所需的某些性状；使动物具有可遗传的免疫力，对某些疾病和不良环境产生抗性；生产对人类有价值的产品当前动物基因工程的主要方向。特异表达系统：乳腺表达系统，奶容易收集；奶中的蛋白种类少，容易从中纯化所需的外源蛋白；饲养的家畜奶的产量都不低。血液表达系统，血液采集方便。基因动物生产的药有：人血红蛋白、人乳铁蛋白等。,基因工程的方法步骤,包括以下5个步

8、骤 目的基因的获得，人工合成、PCR法、利用基因杂交从基因文库中筛选。目的基因与载体DNA片段的体外连接，形成重组DNA分子。基因工程载体：目的基因的扩增需要一种能在细胞中自主复制的载体。质粒（人工改造）、噬菌体。将重组DNA分子转移到受体细胞内，并令其增殖 筛选获得了重组DNA分子的细胞。基因克隆，目的基因得到大量扩增，而且来源于无性繁殖的同一个细胞。外源基因（目的基因）表达的检测,基因工程概述,基因工程，又叫重组DNA技术。在体外将外源DNA分子经切割和连接，插入到病毒、质粒或其它载体分子中，形成重组DNA分子，倒入受体细胞中，使外源基因在受体细胞中表达的过程。重组DNA技术是现代生物技术

9、的核心手段，它使在基因水平上改造生物遗传特性成为可能。,遗传和优生,遗传病,指细胞中遗传物质发生异常改变而导致的疾病。遗传病的一般特征遗传病的分类 遗传病的预防 遗传病的治疗 优生学,遗传病的治疗,遗传病的发病过程从四个水平来分析：基因水平、酶水平、代谢水平、临床水平。环境工程：酶水平和代谢水平。要求对患者在出生后即、或患者出现典型症状予确诊，采取措施。遗传工程：基因治疗,体外原位治疗，从患者体内取出带有基因缺陷的细胞基因修正培养修正后的细胞通过细胞融合或移植转入患者体内。体内基因治疗，将具有治疗功能的基因直接转入病人的某一特定的组织中。自杀基因治疗法治疗肿瘤或癌症（自杀基因转入癌细胞，这种基

10、因编码的蛋白能把无害的药物前体转变为有毒物质，从而将癌变的细胞杀死。美国已在临床上进行应用）；肿瘤抑制基因。反义疗法，阻遏或降低目的基因的表达。DNAmRNApro 积累致病。引入反义RNA和mRNA配对，降低mRNA、蛋白质产物量降低。通过核酶的基因治疗，具有酶活性的RNA分子可裂解RNA。核酶可以切割HIV基因组RNA，并阻断其复制。美国FDA已批准将核酶倒入细胞的试验。,基因治疗尚待克服的困难、潜在的风险和应用前景,尚待克服的困难：进入临床实验的最大障碍是，重组病毒载体带入的目的基因是否能发挥正常的功能（表达）。目的基因产生的酶太少。潜在的风险：主要问题是“插入突变”，随即插入会影响其它

11、基因的表达；基因治疗所用的病毒可能从细胞中逃脱而感染其它病人，甚至出现象爱滋病之类的新疾病。几乎不可能，因为用缺陷型。应用前景：可以用于基因治疗的遗传病，半乳糖症、精氨酸症、血友病。,优生学,优生学：使用遗传学的原理和方法，改善人类的遗传素质，防止出生缺陷，提高人口质量的一门科学。预防性优生学：降低不利基因频率，减少患病性。消极优生学 演进性优生学：提高优秀个体，增加有利基因组合。积极优生学,优生学措施 婚前检查避免近亲结婚适龄生育遗传咨询产前诊断妊娠早期避免接触致癌剂：电离辐射、抗生素、化学物质、病毒。,饮食控制疗法，当代谢发生异常造成机体必需的物质缺乏时，则加以补充；造成某些代谢物质大量积

12、累时，则限制此代谢物的前身物质的摄入，以维持代谢平衡。如，半乳糖血症给予无乳糖饮食、苯丙酮尿症给予低苯丙氨酸饮食、维生素缺乏补充维生素。药物疗法，原则是补缺、去余。先天性免疫球蛋白血症患者可给免疫球蛋白制剂；糖尿病给予胰岛素。用正常的酶代替先天性代谢病患者所缺陷的酶，脑苷脂患者注射-葡萄糖苷酶，可使患者肝和血液中的脑苷脂含量降低。手术治疗，唇裂、腭裂、并指、多指、青光眼、白内障可用手术矫正。,遗传病的预防,遗传咨询，由医生或其他专业人员对遗传病患者或其亲属提出的有关该病的病因、遗传方式、诊断、预后和防治等问题进行解答。婚姻和生育指导，避免近亲结婚，提倡远缘（亲缘关系、地理上）。生育指导（适龄生

13、育）。产前诊断，又叫宫内诊断。在出生前检出遗传病和先天畸形儿，随即终止妊娠，既可预防患；儿的出生，从而减轻患儿的家庭负担和痛苦，也为控制遗传病在社会上的继续播散做出贡献。,遗传病的一般特征,遗传性：上代传至下代的特征。终生性：经治疗可以改变疾病的表型特征或改善症状，修复或纠正患者机体细胞中发生突变的遗传物质从而根治遗传病困难。先天性：先天性疾病指个体出生后即表现出来的疾病。由于许多遗传病在出生后即可见到，故大多数先天性疾病实际上是遗传病。家族性：表现出家族聚集现象的疾病，在同一家庭中有两个以上患者。有的遗传病有，有的没有。有些非遗传性疾病，由于家庭成员处于相同的环境条件而同患某种疾病，如缺乏某

14、种物质引起的疾病。,遗传病的分类,按遗传物质的突变方式，分为基因病（又可分为单基因病和多基因病）和染色体病。单基因的遗传病：与一对基因有关。主要由基因突变引起。白化病、血友病、色盲。多基因的遗传病：由几对基因的变化引起的疾病，不仅与遗传有关而且与环境有关。高血压、糖尿病、神经分裂症。人类最常见的遗传病，但发病率低 1%-10%。染色体病：染色体畸变造成。500多种。75%为性染色体异常，25%为常染色体异常。用遗传率表示遗传因素对发病作用的大小，遗传率大于70%的有兔唇、支气管哮喘、神经分裂症。遗传率在50%-60%有高血压、冠心病。遗传率小于40%的有消化性溃疡、成年型糖尿病。,生物的遗传变

15、异与生物进化,表型变异：环境影响，不能遗传。如营养条件的差异造成个体间的差异。遗传的变异，可以遗传。基因重组：用自由组合定律和连锁交换定律解释。突变：遗传物质的改变，包括染色体畸变：结构改变；数目改变基因突变：基因分子结构的改变 生物进化,染色体畸变,染色体结构变异，见图缺失：染色体断裂而丢失一段，造成基因丢失。儿童中的猫叫综合症。患儿哭声象猫叫，两眼距离较远，智力低下，生活力差。儿童视网膜肿瘤。13号染色体长臂上14、11区缺失。肾脏肿瘤，11号染色体短臂上13区缺失。重复：染色体增加片段，可执行新的功能，利于进化。神经紊乱，15号染色体上长臂部分缺失、部分重复。倒位：180度颠倒，染色体上

16、基因的排列顺序改变。人与黑猩猩发生6次倒位，黑猩猩与大猩猩发生8次倒位。胸腺、甲状腺及先天性心脏病由于22号染色体长臂11区倒位。易位：非同源染色体间互换染色体片段。可能导致家族性染色体异常。容易产生肿瘤。人的慢性粒细胞白血病由于22号染色体长臂片段易位。先天性白内障，X染色体长臂25区易位。唐氏综合症，7号、9号染色体互换片段。,染色体数目改变,整倍体改变：染色体的变化以配子的染色体数为单位增减。无籽西瓜、香蕉、小黑麦。非整倍体改变：增减1个或几个染色体。大部分情况下在动物中非整倍体是致死的。缺体，2n2，个体丢失了一对同源染色体，又称为零体。单体，2n1，个体丢失某一条染色体。XO，特纳氏

17、综合症，性腺发育不全症，先天性卵巢发育不全。女孩中发生。体矮（120cm-140cm）常有蹼颈和肘外翻，无生育能力。智力低下，常伴有先天性心脏病。性别畸形,三体，2n+1。13-三体，小头，兔唇或腭裂，一般三月死亡，少数能活到五岁。人类常见的21-三体，先天愚型，患儿眼小，眼距宽，生长发育迟缓，通贯手，智力低下，平均寿命短。18-三体，所有器官异常。XXY，先天性睾丸发育不全。外貌象男性，身体较一般男性高，无生育能力，智力低下。XYY，超雄，患者为男性，身材高大，少数有发育异常和智力低下。犯罪中XYY的比例较高（1：28），从而提出Y染色体的存在可能导致患者有侵犯行为。但尚无定论。XXX，超雌

18、。多数患者表型和生育能力都正常。男性阴阳人，Tmf（雄性激素受体基因）突变为tmf。女性阴阳人，激素代谢途径改变，产生雄性激素。双三体，2n+1+1，多了两条不同的染色体。多体，2n+n，某一号染色体增加了1条以上。,基因突变,遗传物质分子结构的改变，包括DNA上碱基对的改变和碱基对的插入和缺失。机理 碱基替换：包括转换和颠换。移码突变：增减1个或数个碱基（非3的倍数）。使插入或缺失后的所有密码内容改变，从而在翻译水平上引起多肽链的氨基酸顺序也完全改变。例如血红蛋白病，链缺失一个碱基。,突变的诱发,物理诱变剂：射线化学诱变剂：碱基类似物，食品中的亚硝酸盐，汽车尾气等。诱变的应用：使突变率提高，

19、用于育种。,碱基的转换和颠换,改变后对肽链中氨基酸顺序的影响不同：同义突变，CTACTG，mRNA上GAUGAC，都决定Asp。无义突变，DNA碱基改变后使mRNA上成为UAG、UAA和UGA终止子中的一个。错义突变，DAN中碱基替换，使mRNA上某一密码子改变，编码的氨基酸不同。一级结构改变影响高级结构。例如，镰形细胞贫血症，正常血红蛋白基因HbA，突变基因HbS决定三种基因型。GAGGTG。,生物进化,生物进化的证据 比较解剖学证据：比较多种植物和动物的器官，有基本相似的结构。同源器官不同种类的生物体内，有些位置相当的器官，尽管在外形和功能上有很大差异，但其内部构造却基本一致，并在胚胎发育

20、过程中有相似的起源。鸟类的翅膀和哺乳类的前肢。,胚胎学证据：高等生物起源于低等的单细胞生物。鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类和人在胚胎发育早期很相似：有腮裂和尾，头部较大，身体弯曲。细胞遗传学的证据：比较生物染色体的数目和形态。人与大猩猩和黑猩猩7号染色体结构相似。短尾猿有，但结构不同。分子水平证据：免疫学，利用抗原-抗体反应强弱。人与黑猩猩亲缘关系最近。蛋白质进化，比较同一种蛋白质的氨基酸组成。CytC，Hb。核酸进化，进化过程中，生物的DNA含量逐渐增高。病毒、细菌、真菌、原生动物、两栖类、爬行类、哺乳类。,生物进化的理论,拉马克学说：两个著名法则，用进废退和获得性遗传认为两者既是变异产

21、生的原因，又是适应环境的过程。环境条件的改变，首先引起生理需要上的变化，进而引起行为上的变化。器官用则发展、不用则退化用进废退。由于环境影响或用进废退所获得的变异性质，可以通过繁殖遗传给后代获得性遗传。多数鸟类善于飞翔，胸肌就发达了；生活在暗洞中的盲鼠和洞穴中的鱼，由于长期不用眼睛而失去知觉；最著名的例子是长颈鹿。-缺乏科学的实验证据。,达尔文的自然选择学说达尔文进化论的核心，该学说的主要论点是：变异：一切生物都有产生变异的特性。引起变异的根本原因是生活条件的改变。有的变异能遗传，有的变异不能遗传。繁殖过剩与生存竞争：地球上的生物有高度繁殖率，生存竞争包括生物与无机条件的斗争、种间斗争和种内斗

22、争。自然选择适者生存：在生存竞争中，对生存有利的变异得到保存，对生存有害的变异被淘汰。自然选择是一个长期的、缓慢的、连续的过程。,基因在生物遗传中的作用,位于染色体 DNA 上的基因通过转录,翻译决定生物的性状，基因的遗传方式分为显性和隐性遗传两种：显性基因控制的性状为显性遗传头发的颜色、眼口鼻的形态、多指、侏儒隐性基因控制的性状为隐性遗传白化病、全色盲、早老症、半乳糖血症根据基因所在的染色体的不同分为：常染色体显性遗传常染色体隐性遗传性染色体显性遗传性染色体隐性遗传生物的多基因遗传生物的性别决定,伴性遗传,生物的性别决定,性染色体决定性别XY型ZW型，ZW为雌性、ZZ为雄性性染色体数目决定性

23、别，蝗虫，雌性2n=24(xx)，雄性2n=23(xo)染色体组的倍性决定性别基因决定性别环境决定性别海生蠕虫,蜜蜂的性别决定,雄峰（n=16）精子 雄峰蜂皇(2n=32)卵子 受精卵（雌性）吃2、3天蜂皇浆 吃5天蜂皇浆 21天成为成虫 16天能生育 蜂皇(2n)职蜂(2n),未受精,生物的多基因遗传,数量性状：连续变异，农作物产量、奶牛泌奶量、身高、体重。质量性状：变异不连续，花的颜色、色盲与非色盲。多基因遗传：决定数量性状的基因多个微效基因，效应叠加。,性染色体显性遗传,X连锁显性遗传，男性致病基因只能从母亲传来，将来传给自己的女儿，不存在男性向男性的传递交叉遗传。抗维生素D性佝偻病，患

24、者由于肾小管对磷的吸收有障碍，所以血磷水平低，肠对磷、钙的吸收不良，因此形成佝偻病。女性：XAXA、XAXa、XaXa男性：XAY、XaY女性发病率高于男性,Y连锁的遗传，父传子、子传孙，女性不会出现相应的遗传病。外耳道多毛症,性染色体隐性遗传,X连锁隐性遗传红绿色盲血友病，出血性疾病，无凝血因子，英国维多利亚女王家族。自毁容貌症，肌张力障碍、侵害他人进行性肌营养不良女性：XBXB、XBXb、XbXb男性：XBY、XbY男性发病率高于女性,常染色体隐性遗传,隐性基因控制，隐性纯合体发病（aa），杂合体（Aa）为携带者。白化病，由于缺乏酪氨酸酶而不能形成黑色素特点：家系中看不到疾病的连续传递（表

25、现散发）患者双亲表现正常，但都为携带者患者同胞中约有1/4发病，男女患病机会均等近亲婚配发病率增高Aa AaAA Aa Aa aa,常染色体上显性遗传,完全显性遗传：杂合体（Aa）与显性纯合体（AA）表型完全相同。齿质形成不全症，患者牙齿有明显的缺陷，在牙齿上出现灰色或蓝色的乳光，牙齿容易被磨损。人类耳垂的遗传先天性软骨发育不全（侏儒）患者AA、Aa（多数）；正常人aa遗传遵循孟德尔分离定律齿质发育不全症患者与正常人婚配图解,亲代 Aa（患者）aa（正常人）配子 A a a子代 1/2Aa 1/2aa特点：患者的双亲中有一方是患者。由于致病的基因是稀有的，频率约为0.010.001，所以患者的

26、亲代常为杂合体。患者的同胞中约有1/2患病，而且患病机会均等。患者子女中，约有1/2的个体患病（每个子女都有1/2的发病风险）双亲无病时，子女一般不患病，只有突变情况下才看到双亲无病而子女有散发的个别病例。,不完全显性/中间型/半显性：杂合体（Aa）的表型介于显性纯合体（AA）和隐性纯合体（Aa）表型之间。型地中海贫血症，由于造血系统的血红蛋白形成受到影响，血红蛋白分子的化学成分改变及铁的利用障碍而造成低血色素贫血，红细胞形态发生改变。患者间婚配图解 Th th（轻型患者）Th th（轻型患者）Th Th Th th Th th th th（重型患者）（轻型患者）（正常人）花的颜色,共显性，一

27、对等位基因的两个成员在杂合体中都显示出来。人类的MN血型，LMLM、LMLN、LNLN4号染色体上的M、N基因决定的M抗原、N抗原人类的ABO血型，决定于9号染色体上的一组复等位基因（IA基因、IB基因、i基因）ABO血型的特点双亲和子女之间ABO血型遗传关系A男和B女能否生出O型的儿子来？AB男和O女能否生出O型的孩子来？用于亲子鉴定用于排查嫌疑犯 Rh血型,延迟显性遗传，携带有显性致病基因的杂合体，有时在生命的早期并不表现出体征，达到一定年龄后致病基因控制的症状才表现出来。原发性血色病，含铁血黄素广泛沉积在各器官引起器官损害铁质积累到一定程度发病，3/4在40岁时发病。慢性进行性舞蹈症，3

28、5岁以后发病。,丛性显性遗传，性别对表现型有影响，杂合体表现型在不同性别中表现不同。早秃，常染色体上显性遗传，杂合体男性35岁后发病，女性不发病。基因在常染色体上，但由于受到性激素的作用，基因在不同的性别中表现不同。早秃的遗传方式 正常女早秃男 b+b+bb b+b b+b 女（正常）男（早秃）,Rh血型,红细胞膜上是否有Rh抗原（R）决定：Rh+：RR或Rr（属于完全显性），多数人Rh-：rr，北美和欧洲15%的人群、中国1.5%，比例高给婴儿带来一种潜在的危险。新生儿溶血症,Rh+,抗体,ABO血型的特点,双亲和子女之间ABO血型遗传关系,基因,基因的发展史遗传因子的提出遗传的染色体学说基

29、因在染色体上呈线性排列基因的物质基础基因的发展基因的概念人类基因组计划,基因的发展史,系统的遗传学理论开始于 Mendel 的重大发现。在 Mendel 之前已经有一些植物学家做了植物杂交实验，并获得了显著的成绩：1797 年英国的骑士和法国的 Nauding 都做了植物的杂交实验，得到了一些结果，但未进行分析。1865 年，Mendel 根据 8 年植物杂交实验的结果，提出了遗传因子的分离和自由组合定律 2 月 8 日在当地的科学协会上宣读了一篇题为 植物杂交实验 的论文，1866 年正式发表在该协会的会刊上，并将论文寄给当时的一些生物科学家，几乎得不到回音，这一伟大发现被埋没在旧纸堆里长达

30、 35 年 Mendel 临终前说：等着瞧吧，我的时代总有一天要来临。,分离定律,杂合体在通过减数分裂形成生殖细胞的过程中，位于同源染色体上的一对等位基因在产生配子时彼此分离，并独立的随配子分配到不同的生殖细胞中。,独立的分类原则,自由组合定律,具有两对或两对以上相同性状的亲本进行杂交后，子一代形成生殖细胞的减数分裂中，位于同源染色体上的等位基因彼此分离，而位于非同源染色体上的非等位基因可以自由组合,1900 年荷兰的 Devries,德国的植物学家 Correns 和奥地利的 Tschermak 分别发现了这篇论文和他的价值，这就是 Mendel 定律的第二次发现。接踵而来的是一场激烈的论战

31、：一方是牛津大学动物学教授 Weldon 为首，贬低 Mendel 学说的贡献，由于他的影响极大，自然等杂志都不发表 Mendel 观点的文章；另一方的主将是剑桥大学的遗传学教授贝特森，但由于力量单薄，只得靠私人印发自己的论文来应战直到 1904 年贝特森在论战中获得胜利，Mendel 主义才摆脱了冷嘲热讽和忽视。,1902 年，发现染色体的行为与遗传因子的行为很相似，Sutton 和 Boveri 提出了遗传的染色体学说认为遗传因子在染色体上。1909 年，“基因”一词提出，遗传因子被基因替代。1910 年，摩根带领着他的三大弟子以果蝇为材料，创立了连锁定律，并证实了基因在染色体上以线状排列

32、经典的遗传学单位是一个不可再分而且是抽象的基因。1941 年，提出了“一基因一酶”学说。,基因的连锁与互换定律,1910 年，在 Mendel 遗传学的基础上，美国著名的遗传学家摩根对果蝇做实验，得出了基因的连锁与互换定律证明基因位于染色体上，而且呈线性排列。连锁与互换定律：在减数分裂过程中，位于同一染色体上不同座位的基因可以连锁遗传，同源染色体的某些区段也会发生交换，使原来在同一染色体上的基因不在一同遗传。,摩尔根的连锁和互换定律,遗传的染色体学说,染色体合和基因之间有平行关系：1.染色体成对存在，基因也成对存在。2.个体中成对的基因一个来自母本，一个来自父本；染色体也是如此，两个同源染色体

33、也是分别来自父本和母本。3.不同对的基因在形成配子时的分离与不同对的染色体在减数分裂后期的分离，都是独立分配的。Sutton 和 Boveri 遗传的染色体理论支撑基因被安排在染色体上的线流行中。,1944 年，Avery 等的肺炎双球菌转化实验，遗传物质确定为 DNA，而不是蛋白质。1952 年，Hershey 和追捕用标记噬菌体感染实验再次证实遗传物质是 DNA 而不是蛋白质。1953 年，Waston 和引起同上症状建立了 DNA 的双螺旋模型。1956 年，发现烟草花叶病毒的遗传物质是 RNA。1958 年，证实了 DNA 的半保留复制。1958 年，肌肉抽筋提出了中心法则使人们确信基

34、因就是一段 DNA 或 RNA。,中心法则,DNA 的半保留复制,亲代双链 DNA 分子在 DNA 聚合酶的作用下，分别以每单链 DNA 分子为模板，聚合与自身碱基可以互补配对的游离 dNTP,合成出两条与亲代 DNA 分子完全相同的子代 DNA 分子的过程。,DNA 的双螺旋模型,詹姆士 Watson(左边)和法兰西斯肌肉抽筋,DNA 分子由两条反向平行的多核苷酸链，形成右手螺旋。双螺旋的直径为 2.0nm；螺距为 3.4nm；上下相临碱基对平面之间的距离 0.34nm，交角 36，每个螺旋有 10 个碱基对。外侧是磷酸基和脱氧核糖，脱氧核糖环平面与纵轴大致平行碱基配对，层叠于双螺旋的内侧；

35、碱基平面与纵轴垂直链间有螺旋型的凹槽：小沟、大沟。,噬菌体感染实验,60 年代，人工合成蛋白质、核酸 70 年代，实现了基因重组外源基因插入质粒并被导入大肠杆菌。80 年代，基因工程生产药物。1990 年，启动了人类的基因组计划。2000 年，宣布人类基因组工作草图绘制成功。2003 年，人类基因组计划全部完成。,基因重组,基因的种类,种类很多，表达的、不表达的；连续的、不连续的；重叠的、不重叠的。按功能分：结构基因，能转录、翻译成蛋白质的基因。调控基因，调节控制结构基因转录，翻译活性的基因例操纵基因,启动基因只是控制基因转录功能的一段 DNA，并不转录。决定 tRNA 和 rRNA 的基因只

36、转录不翻译。连续基因，原核生物如细菌的基因是一段连续的 DNA 片段。,断裂基因，真核生物如人类的基因是一个嵌合体，包含着编码部分（外显子）和不编码部分（内含子），基因上能表达的外显子被不表达的内含子一一隔开。重叠基因，在 X174 噬菌体和其他一些生物的 DNA 中，发现同一部分的 DNA 能编码两种不同的蛋白质。跳跃基因，DNA 上的一些基因位置并不是固定不便，而是可以移动的可移动的基因片段叫做跳跃基因。假基因，与结构基因顺序相类似，但并不表达。,重叠基因,一个基因完全在另一个基因里面，如基因 B 在基因一内，基因 E 在基因 D 内。部分重叠，如基因 K 和基因 C 的部分重叠。两个基因

37、只有一个碱基对的重叠，如 C 基因终止密码子的最后一个碱基是 D 基因起始密码子的第一个碱基。,断裂基因（打断了基因）,一个基因被不能编码蛋白质的 DNA 片段分割成不连续的几部分鸡卵清蛋白基因的结构及其与 cDNA 杂交的示意图内含子（intron）,在成熟的 mRNA 中不出现的序列外显子（extron）,在成熟的 mRNA 中出现的编码序列,基因的概念,基因是 DNA（有时是 RNA）分子上具有遗传学效应的核苷酸序列。基因是遗传信息传递、表达、性状分化发育的依据。基因是可分的，也是可移动的，它不是固定不变在染色体上的静止结构。基因本身在结构和功能上也存在着差异。,人类基因组计划（人类的

38、Genome 计划，HGP）,基因组：指某一种生物全部的遗传物质的总和，其大小通常以全部 DNA 碱基对总数来表示。人类基因组的长度为 30 亿个 DNA 碱基对（bp），大约含 3 万 5 千个基因。对人体细胞核中 30 亿个碱基对和 3 万 5 千个结构基因作定位描图，并阐明功能、序列位置、排列组合方式、重组及变异的某些规律，从而破译人类的全部遗传密码。1986 年，由美国科学家在科学上提出。1987 年，由美国国立卫生研究院和美国能源部联合提出。1990 年，首先在美国开始实施。,人类基因体的一般组织,目前，有美国，德国，日本，英国，法国和中国 6 个国家的科学家正式加入了这一计划我国于

39、 1994 年才正式启动人类基因组计划，由杨焕民,于军教授等组成的基因组科研队伍于 1998 年 8 月在中科院遗传所组建了人类基因组中心，并于 1999 年 7 月向国际人类基因组申请承担 1 的测序任务同年 9 月在英国剑桥唱了中心举行的第三届国际人类基因组战略会上正式确认了中国的参与，工作量和工作区域，预计中国工作组将于 2003 年完成全部组装及分析工作。,HGP 的主要目标,用 15 年的时间，即 1990 2005 年，完成人类基因组全套碱基的测序，绘制出 DNA 的序列图物理图谱（DNA 中碱基对的顺序）和遗传图谱（DNA 中人类的全部基因）。,HGP 的意义,是人类对自身的了解

40、进一步加深，这给整个生命科学甚至整个人类社会所带来的巨大影响是不可估量的。获得全部的人类基因序列有助于人类认识许多遗传疾病以及癌症等疾病的致病机理，为基因诊断、基因治疗等新方法提供理论依据。科研人员把人类遗传密码破译以及对导致乳腺癌、糖尿病、肥胖症、哮喘等遗传特征的基因加以具体研究，并提出具体的解决办法，这无论对人类的生存还是人类的优生、优育都大有裨益,自杀基因,一个人会自杀，是因为他生命体内有自杀基因英国布里斯托大学精神健康学家乔纳森堤文博士和戴维纳特教授找到了一种自杀的基因并认为它能导致某些人发生自杀的行为。目前，科学家还不能定量测算出有“自杀基因”者就存在自杀的必然性。有“自杀基因”并不

41、意味着一定会自杀，但自杀者一定带有“自杀基因”。,长寿基因,一个人是否长寿，也和基因有极大关系法国科学家就发现了长寿基因他们研究了三万名长寿人，发现不少研究对象体内均带有两种基因的特定变体。这两种基因能帮助他们对抗致命的老年疾病，特别是心脏病和老年性痴呆症。这个研究组的负责人科恩博士说，带有这两种特定基因的人，颐享天年的机会比普通人高两倍。,离婚因子,离婚问题也不完全是感情问题，还有基因在作怪这是英国科学家最近对 3500 名已婚者调查后得出的结论他们认为，离婚因子先天就有。主持这项研究的维克多约金博士发现，离婚原因的一大半取决于配偶的性格，而女人的性格比男人更有决定因素。他们发现，父母离婚的

42、孩子结婚后，离婚的危险要比常人高出十倍。其中一个主要原因是遗传基因在作怪。,对于人类基因组的精确了解有助于对人类基因的表达调控进行更为深入的研究。有助于人们了解人的发育过程，从而有利于人类健康。有助于人们了解人类的发展、进化历史。,Chr 复制。序列复制完成的(%)1 2202 2089(94.9)2 1966 1948(99.1)3 1740 1630(93.7)4 1629 1572(96.5)5 1775 1700(95.8)6 1795 1790(99.7)7 1526 1514(99.2)8 1239 1133(91.4)9 999 963(96.4)10 1132 1117(98.7)11 1147 1088(94.9)12 1140 1044(91.6),Chr 复制。序列复制完成的(%)13 854 854(100.0)14 655 642(98.0)15 710 618(87.0)16 725 672(92.7)17 692 541(78.2)18 600 585(97.5)19 861 852(99.0)20 632 632(100.0)21 473 472(99.8)22 527 527(100.0)X 1588 1508(95.0)Y 200 200(100.0)总数 26807 25691(95.8)d,