动物遗传学第一章绪论.ppt

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1、动物遗传学,主讲 冯登侦教材：动物遗传学中国农业出版社，李宁主编,参考书,1动物遗传学兰州大学出版社，门正明主编2 动物遗传学农业出版社，吴仲贤主编3遗传学上下.高等教育出版社,刘祖洞主编4遗传学兰州大学出版社,王亚馥主编5遗传学高等教育出版社,周希澄主编6现代遗传学原理科学出版社，徐晋麟主编,绪论,1.遗传学的概念2.遗传学的发展史 孟德尔时期及之前遗传学假说 遗传学的诞生 遗传学的发展3.遗传学在科学和生产发展中的作用,遗传学的概念,1909年,英国生物科学家贝特生（William Bateson）把生物学科中研究遗传和变异的问题的分支科学定义为遗传学(Genetics)。所以简单讲遗传学

2、(Genetics)就是研究遗传和变异的科学。在揭示了遗传的分子基础后我们把可以遗传学看作是一门研究遗传物质结构、功能以及遗传信息传递与表达的科学。,遗传和变异,遗传（heredity）就是亲代与子代之间在形态结构、生理功能、行为本能等方面的相似性。变异（variation）就是亲代与子代之间在形态结构、生理功能、行为本能等方面差异现象。遗传是相对的，变异是绝对的；遗传是生物物种得以延续和繁衍。变异生物进化的基础。,孟德尔时期及之前遗传学假说,早期遗传和变异现象：例：公元前5世纪希克波拉底（Hippocrates）提出第一个为人所知的遗传学理论，认为子代之所以具有亲代的特征是因为在精液或胚胎里

3、集中了来自亲代身体各部分的微小代表元素。相信后天获得的性状能遗传。100年后，亚里士多德（Aristotle）认为亲代残缺，子代并不残缺。认为精液提供的不是胚胎组成的元素，而是提供后代的蓝图，生物的遗传不是通过身体各部分样本的传递，而是个体胚胎发育所需信息的传递。但没有引起人们重视。,孟德尔时期及之前遗传学假说,1809年生物学家拉马克（Lamarck）认为环境是生物变异的根本原因，提出“用进废退”进化论和“获得性”（acquired characteristics）遗传两个学说。1859年达尔文（Darwin）发表了“物种起源”一书，提出自然选择和人工选择进化学说，否定了物种不变的谬论，论证

4、了生物是由简单到复杂，有低级到高级逐渐进化。这是19世纪自然科学领域最伟大的成就之一。达尔文承认拉马克的“获得性遗传”的一些理论。1866年提出“泛生论”(Hypothesis of pangenesis)假说。,孟德尔时期及之前遗传学假说,1883年法国动物学家鲁威廉（Roux,W)提出有丝分裂和减数分裂的存在可能是由于染色体组成了遗传物质，并假设遗传单位沿染色体丝作直线排列。1883和1885年魏斯漫等新达尔文主义者的“种质连续论”（Germplasm theory），他们支持达尔文的选择理论，但否定获得性遗传。,孟德尔时期及之前遗传学假说,1869年达尔文的表弟高尔顿（Galton）用数

5、理统计的方法研究了人类智力的遗传，发表了“天才遗传”（hereditary genius），认为变异是连续的，亲代的遗传性在子女中各占一半，并彻底混合，即“融合遗传论”。此结论对他所研究的数量性状来说是正确的，适合数量性状，不能作为遗传的普遍规律。实际上，在此之前所有的遗传学理论理论均属“融合遗传论”。,遗传学的诞生,遗传学作为一门独立的自然学科源于孟德尔理论的重新发现。1900年，荷兰的狄弗里斯（DeVries）、德国的柯伦斯（Correns）和奥国的柴马克（Tschermak）在进行植物杂交试验时，分别在不同地点、不同植物上得出与孟德尔相同的结论，并在论文中引用了孟德尔的结论，至此，孟德尔

6、理论被重新发现，被公认为遗传学的理论基础。1900年也被认为是遗传学建立和开始发展的一年。,遗传学的诞生,1901年狄弗里斯（DeVries）发表了“突变学说”，1903年萨顿（Sutton）、博韦里（Boveri）提出染色体是遗传物质的载体的假说。19021909年贝特森先后创用遗传学（genetics）、等位基因（allele）、纯合体（homozygous）、杂合体（heterozygous）、上位基因（epistatic genes）等名词。1909年丹麦植物生理学家和遗传学家约翰逊（Johansen）提出“基因”（gene）一词代替孟德尔的遗传因子，创立了基因型（genetype）和

7、表型（phenotype），把遗传基础和性状表现区分开来。,遗传学的发展,第一个时期是细胞遗传学时期（19101940），此期主要是确立了遗传的染色体学说，认为染色体上基因是基本遗传单位，是不可以再区分的。1910年摩尔根（Morgan）和他的学生斯特蒂文特（Sturtevant）、布里吉斯（Bridges）和缪勒（Muller）在果蝇的伴性遗传试验中也发现了连锁现象。创立了染色体基因论，证明基因呈颗粒状的 直线排列在染色体上。提出了连锁遗传规律。,遗传学的发展,孟德尔分离规律、自由组合规律和摩尔根的连锁遗传规律统称为遗传学的三大基本规律。他们所奠定的以染色体基因理论为基础的遗传学称为经典遗传

8、学。1913年Sturtevant 绘制出第一张遗传连锁图-果蝇遗传连锁图。1926年Morgan 发表了基因论，系统的阐明了基因在上下代间的传递规律。,遗传学的发展,1927年缪勒（Muller）用X射线诱导果蝇基因突变获得成功。1930-1932年Fisher R A，Wright S和Haldane J B S等利用数理统计方法分析遗传变异和推断群体遗传参数的理论，奠定了群体遗传学和数量遗传学基础。,遗传学的发展,第二个时期是微生物遗传学和生化遗传学时期（19411960），进一步研究了基因的精细结构和生化功能，认为遗传的基本单位是顺反子（cis-trons）。1941年比德尔（Bead

9、le）提出了“一个基因一个酶”的假说。证明基因是通过酶而起作用，把基因与蛋白质的功能结合起来。1944年阿委瑞（Avery）从肺炎双球菌转化试验中，直接证明DNA是遗传物质。1951年麦克林托克（McClintock）发现跳跃基因，1952年赫尔歇（Hereshey）和简斯在大肠杆菌的侵染试验中进一步证明DNA是遗传物质。,遗传学的发展,1953年瓦特森（Watson）和克里克（Crick）利用X射线研究DNA的分子结构，提出DNA的双螺旋结构理论。对DNA分子结构、自我复制、相对稳定性和变异性以及作为遗传信息载体在信息储存和传递提供了合理的解释。明确了基因是DNA上的一个片段，从而奠定了分子

10、生物学的发展。1958年（Crick）提出了遗传信息传递的中心法则，揭示了生命活动的基本特征。1958年Matthew Meselson 和Franklin compton证明了DNA半保留复制。,遗传学的发展,第三个时期是分子遗传学时期。此期的基因概念为一段可以转录为功能性RNA的DNA，他可以重复、断裂的形式存在，并可转座。一般以1953 年DNA双螺旋结构的建立为起点。1961年Jacob and monod建立乳糖操纵子模型，Jacob and Brenner在Crick等工作的基础上，阐明了基因指导蛋白质合成的过程。1964-1965年美国生化学家尼伦伯格（Nirenberg）和印度

11、血统的美籍生化学家科拉纳（Khorana）逐步搞清了基因是以核苷酸三联体为一组编码氨基酸，并于1967年完成了全部遗传密码的破译工作。,遗传学的发展,二十世纪七十年代以后，分子遗传学有了发展，反转录酶（Temin，1975），DNA的合成酶（Kornberg，1958），限制性酶（Arber，1962，1968；Smith，1978），DNA 的重组（Berg，1972），DNA测序（Sanger and Gilbert，1977），转座子的移动（Shapiro，1980），核糖酶的发现（Cech and Altman，1981），PCR技术的建立（Swithies，1986），内含子的发现（

12、Sharp and Roberts，1977），克隆羊的成功（Wilmut，1997），人体基因组草图面世（2000年6月26日宣布）。目前，转基因动植物已应用于生产中，体细胞克隆在其他动物中也获得成功。,遗传学在科学和生产发展中的作用,在科学上的作用：遗传学作为生物科学的基础学科，它的发展有力的促进了人们对生命本质及生物进化的深入认识，推动了整个生物科学的巨大发展。冲破学科界线，综合运用现代自然科学的广泛成果，使遗传学从早年的“描述性科学”上升为“精密科学”。与许多新学科相结合，交叉渗透，促进新的边缘学科 形成，建立了许多新分支，已有30多个分支。,在农牧业生产上,1运用遗传学原理知道杂交育

13、种，提高农产品的质量和数量；杂种优势在玉米和高粱等作物中应用可提高产量20%-30%。2 品种 改良和新品种培育：把豆科植物的固氮基因转移到非豆科作物上，培育出能固氮的粮食作物，利用DNA重组技术培育出机遇高赖氨酸玉米，可是赖氨酸含量提高50-60%，抗倒伏矮化基因引入、抗病品种的培育。利用遗传育种原理进行动物新品种培育，多羔基因，双肌基因，矮小基因在动物育种的应用。,遗传学涉及到社会的许多方面,1 能源开发和环境保护、法律上亲子鉴定、犯罪嫌疑人的排查、考古中DNA的鉴定等。2 分子遗传标记在动植物鉴定和选择应用，利用转基因技术生产转基因动植物，生物反应器生产，利用核移植技术生产克隆动物。,在

14、工业中的应用,主要应用于生物制药、化学工业、食品工业和发酵工业。选用突变的高产菌种可使抗菌素生产成百倍的提高；在微生物发酵中应用基因调控技术可大大提高氨基酸和核苷酸的生产；利用基因重组和基因工程技术生产干扰素、胰岛素、白细胞介素等。,在医学中的应用：,主要用于遗传疾病的检测和治疗。肿瘤、心血管疾病、遗传病和某些病毒感染（艾滋病、埃伯拉病、和疯牛病）均和遗传有关。肿瘤的本质是癌基因的突变或调控的改变，造成细胞内信息传递的紊乱。心血管疾病也能遗传。目前，发现有4000种遗传病是由于基因突变造成的。艾滋病等疾病虽不是人类本身基因突变造成，但要想有效的进行防治，首先要搞清这些病毒的基因结构及其复制和表

15、达规律。,早期对遗传和变异现象记述,在我春秋时期就有“桂实生桂，桐实生桐”的记载，战国时有“种麦得麦，种稷得稷”的记载，东汉时王充写道“万物生于土，各似本种”，“物生自类本种”。这都是生物产生同类的意思。同时也有“嘉禾异种，常无本根”，南北朝有“桔愈淮而北为枳”，汉代有“牡丹岁取起变者以为新”等有关变异的记述。而古巴比伦人和亚述人已经学会了植物的人工受粉的方法。说明很早人们就对遗传和变异 有了一些认识，但没有形成一套遗传学理论。,泛生论,认为生物的性状由“泛因子”（pangens）决定，生物每个器官都存在“泛生粒”，他们能够分裂繁殖，并通过血液和导管在体内流动并集结在生殖系统形成生殖细胞。到受

16、精卵发育成个体时，各种“泛生粒”进入各器官中发生作用，表现为遗传现象。如亲代的“泛生粒”发生改变，子代就表现为变异现象。魏斯曼（Weismann）把一对雌雄老鼠的切掉尾巴，交配产生后代，再切掉尾巴，直至22代，但每代子鼠都有尾巴，从而否定了泛生论。,种质连续论,魏斯曼种质连续论认为多细胞生物可分为种质（germ plasm）和体质（somatoplasm）两部分，种质是独立的、连续的、能够产生后代的种质和体质。体质是不连续的不能产生种质。种质的 变异将导致遗传的变异，环境只影响体质不影响种质，且环境影响体质是不连续的，故获得性不遗传。而实际上无法将生物划分为种质和体质。他还假设遗传物质在生殖细

17、胞中数量减半，在受精卵得到恢复，个体的遗传物质一半来自父亲，一半来自母亲，这推理现在看来也很正确。但他认为细胞核中的每一条染色体都带有个体的全部基因。,融合遗传论,认为子代的性状就是他们双亲的混合体，杂交就象墨水和清水倒在一起产生较淡的的液体一样，常用的一个词“混血儿”就是这种思想的反映，达尔文就是这种思想的代表。,孟德尔学说,孟德尔是奥国布隆（现捷克的Bron）的神甫。他于18561864年进行了8年的豌豆杂交试验，1865年在当地的科学协会上宣读了“植物杂交实验”论文，1966年发表在该协会的会刊上。首次提出了分离和自由组合假说，认为生物的性状是受细胞内的遗传因子（factor）控制，遗传因子在细胞内独立存在，不是融合在一起。所以这一理论后来被称为颗粒遗传理论（particulate inheritance）。但这一理论没有受到当时科学界的重视。,孟德尔,孟德尔(Gregor mendel)(1822-1884),