暑期奥赛培训-遗传学.ppt
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1、2012/7/19,暑期奥赛培训-遗传学,2012/7/19,主讲人:王 睿 勇(南京大学生命科学学院)内容:遗传学主要内容遗传学实验主要内容生殖是遗传的基础传递遗传学,2012/7/19,遗传学主要内容,遗传学简介和发展过程孟德尔遗传学染色体遗传学说性别决定和性连锁遗传连锁遗传分析与真核生物染色体作图细菌与病毒的遗传分析侧重于遗传重组和染色体作图复杂性状遗传(数量性状遗传)基因的精细结构分析与基因的功能遗传的物质基础DNA的化学结构和复制,2012/7/19,遗传学主要内容,遗传信息的表达与调控基因组水平的遗传学遗传变异机理突变重组转座核外基因组与核外遗传发育的遗传控制遗传工程群体遗传的遗传
2、结构及其控制,2012/7/19,遗传学实验主要内容,杂交实验果蝇的雌雄鉴别及突变性状观察果蝇单因子杂交分离定律果蝇双因子杂交自由组合定律果蝇性连锁遗传果蝇三点测交秀丽隐杆线虫性别鉴别及突变性状观察秀丽隐杆线虫杂交实验玉米有性杂交,2012/7/19,细胞遗传学实验有丝分裂过程中染色体行为观察减数分裂过程中染色体行为观察果蝇唾液腺染色体观察染色体核型分析染色体显带技术姊妹染色单体色差染色技术果蝇唾液腺染色体荧光原位杂交人类性染色质的观察,遗传学实验主要内容,2012/7/19,分子遗传学实验DNA提取和纯化PCRDNA 指纹图谱SNP在秀丽隐杆线虫基因定位中的应用哺乳动物细胞中RNAi的观察G
3、FP基因在斑马鱼胚胎中的瞬间表达,遗传学实验主要内容,2012/7/19,微生物遗传学实验粗糙链孢霉杂交顺序四分子分析酵母菌杂交无序四分子分析大肠杆菌转化梯度转移法进行大肠杆菌的基因定位群体遗传学实验Hardy-Weinberg定律的验证人类对苯硫脲尝味能力的遗传分析环境因素对果蝇发生量的影响,遗传学实验主要内容,2012/7/19,2003:果蝇唾液腺染色体制片和观察2004:DNA限制性内切图谱分析2005:DNA提取和含量测定2006:质粒DNA琼脂糖电泳2007:洋葱根尖有丝分裂2008:Southern杂交2010:玉米花序减数分裂2011:酵母菌突变体分析,2012/7/19,生殖
4、是遗传的基础,1900年前后,已经注意到细胞分裂时显微镜下细胞内一系列变化(特别是染色体的行为),在此基础上,结合遗传因子的行为,Sutton&Boveri提出染色体遗传学说染色体是遗传因子(基因)的载体染色质、染色体常染色质;异染色质组成型异染色质,功能性异染色质;着丝粒;端粒,端粒酶;多线染色体细胞周期:G1期、S期、G2期、M期细胞分裂:有丝分裂、减数分裂,2012/7/19,常染色质:染色质主要部分;染色浅,着色均匀;间期,高度分散,折叠、凝缩程度低;分裂期,凝缩程度增加,不同阶段,凝缩程度不同;凝缩程度与基因活性有关,活性表达状态基因位于常染色质异染色质:折叠紧密,染色深。整个分裂期
5、凝缩程度基本不变;没有活性表达基因。可分为组成型异染色质:永久性、特定区域:着丝粒区域和端粒功能性异染色质:特定条件下,有常染色质转变而来,如巴氏小体,2012/7/19,2012/7/19,2012/7/19,有丝分裂的特征:具有前期、中期、后期和末期;前期时,每个染色体的两个染色体单体在体积和形态上完全一样,所以末期时,每条染色体也完全一样,这样精确保证染色体分配到子细胞中有丝分裂的遗传学意义:提供了遗传物质从上代细胞到下一代细胞间的连续性和保持性,2012/7/19,减数分裂特征连续进行两次核分裂,而染色体只复制一次,结果形成四个核,每个核含有单倍数染色体,即染色体减半前期特别长,且变化
6、复杂,重要事件包括同源染色体配对(联会)、交换、分离等具有一定的时空性,表现在特定发育阶段和特定细胞中进行第一次分裂时,一条染色体的两条姊妹染色单体不分离减数分裂的遗传学意义使有性生殖生物有可能世代保持染色体数目恒定来自于父方和母方的染色体可在配子中进行组合同源染色体的非姊妹染色单体间交换可进一步造成父方和母方的遗传特性在配子中重组,2012/7/19,在显微镜下观察进行分裂中植物细胞样本(2n=14),在其中一个细胞中只看到7条染色体,但每条染色体都由2条姊妹染色单体组成,此细胞最可能是在哪一分裂期?A、有丝分裂前期 B、有丝分裂后期 C、第一减数分裂前期 D、第二减数分裂中期 E、第二减数
7、分裂后期,2012/7/19,下有关果蝇唾液腺染色体的描述正确的有?A、是有丝分中期的染色体 B、有同源染色体配对 C、染色体上呈现许多条带 D、是DNA复制多次的结果 E、有时可观察到基因表达的区域,2012/7/19,人21号染色体上的短串联重复序列(STR,一段核苷酸序列)可作为遗传标记对21三体综合征作出快速的基因诊断(遗传标记可理解为等位基因)。现有一个21三体综合征患儿,该遗传标记的基因型为+-,其父亲该遗传标记的基因型为+-,母亲该遗传标记的基因型为-。在减数分裂过程中,假设同源染色体的配对和分离是正常的,那么该遗传标记未发生正常分离的是 A初级精母细胞 B初级卵母细胞 C次级精
8、母细胞 D次级卵母细胞,2012/7/19,2012/7/19,下图表示某种动物的一个卵巢细胞中的染色体。该细胞处于减数第一次分裂的前期末。下列叙述正确的是。A该生物二倍体染色体数是12,单倍体染色体数为6B该生物二倍体染色体数是6,单倍体染色体数为3C该图显示的减数分裂,因为非同源染色体发生了联会D该生物二倍体染色体数是24,单倍体染色体数12,2012/7/19,某植物种子胚乳的基因型是AaaBbb,其父本的基因型为AaBb,母本的基因型是:AAaBb BAABB CaaBb DaaBB 解:要完成该题的分析,双受精的概念一定要清楚,即父本提供精子,而母本提供二个基因型完全相同的极核 父本
9、的基因型为AaBb,则可提供AB、Ab、Ab、ab四种配子,与胚乳基因型比较,可以发现极核必须提供ab配子,从给出的4个基因型来看,A和C都可提供ab配子,因此可选 A和C,2012/7/19,传递遗传学,分离定律单因子杂交遗传学研究的生物的特点亲代遗传背景必须清楚相对短的生活史后代数量足够多易于操作最重要的是:群体中不同个体间有不同性状(差异标记)黑腹果蝇、秀丽隐杆线虫、斑马鱼、小鼠;拟南芥;啤酒酵母、粗糙脉胞霉;大肠杆菌,2012/7/19,分离定律:决定每对性状的两个因子(基因)没有混合和融合,而是在个体整个生命过程中保持独立;形成配子时,每对基因互相分离,一半配子具有每对基因中的一个,
10、另一半配子具有每对基因中的另一个分离定律的精髓:颗粒式遗传遗传比率:1:2:1;3:1;测交 1:1分离定律的意义:普遍性。人类单基因遗传性状和遗传病:6678种(1994年),14220种(2004年)杂种不能留种,2012/7/19,一匹雄性黑马与若干匹纯种枣红马交配后,共生出20匹枣红马和23匹黑马。下列叙述中错误的是:A.雄性黑马是杂合体 B.黑色是隐性性状 C.枣红色是显性性状 D.枣红色是隐性性状 解:黑马与纯种枣红马交配后产生的子代比例为枣红色:黑色=1:1,为典型的测交比例。因此,枣红色为隐性纯合体,而黑色为显性杂合体。,2012/7/19,人类家系分析:人类遗传研究的重要手段
11、显性基因控制性状特点两种性别都可患病每个患病个体都有患病的父亲或母亲子代患病率大约在1/2多指症、多发性结肠息肉、侏儒、先天性白内障、亨廷顿舞蹈病等,2012/7/19,隐性基因控制性状特点两种性别都可患病大多数患病个体父母亲都不是患者,但是携带者杂合子父母大约1/4子代患病患者父母通常是近亲先天性聋哑、白化症、唇裂、黑尿症、高度近视等,2012/7/19,一对正常的父母生了一个患有Huntington舞蹈病的孩子。问:1、这种现象可能的原因是什么?2、如果这个孩子结婚后生下一个Huntington舞蹈病的后代,这个后代又结婚生下3个正常孩子,这个性状的消失的原因是什么?3、如果其中一个正常孩
12、子结婚后生了一个白化孩子,白化的来源可能是什么?,2012/7/19,自由组合定律双因子杂交亲组合/重组合遗传比率:9:3:3:1,测交1:1:1:1,如何得到?棋盘法分枝法多因子杂交两对基因时,产生4种配子,有16种组合,F2有9种基因型,有4种表型,分离比为9:3:3:1三对基因时,产生8种配子,有64种组合,F2有27种基因型,有8种表型n对基因时,产生2n种配子,有4n种组合,F2有3n种基因型,有2n种表型,2012/7/19,自由组合定律:两对非同源色体上的非等位基因在形成配子时,各自独立地分开和组合,形成4种基因型的配子。在杂交时4种配子随机结合,形成4种表型,9种基因型的群体自
13、由组合定律的意义普遍性自由组合使生物群体存在多样性,使生物得以生存和进化育种:通过杂交将多种优良性状集中在杂种后代,2012/7/19,蜜蜂的幼虫在化蛹前会吐丝将蜂室封盖。有时候,蜜蜂的幼虫会感染一种美洲幼虫病,患病幼虫多在封盖后腐败,并生恶臭。某种蜜蜂的品系(不卫生型)不会处理患病幼虫,另一种蜜蜂的品系(卫生型)却有咬开封盖、拖出死亡幼虫的行为,从而阻止疾病在蜂巢中蔓延。将(不卫生型)与(卫生型)蜜蜂交配,其子代俱为(不卫生型)。将该子代与纯合子(卫生型)品系杂交的结果:1/4是(卫生型),1/4会咬开封盖、但不会拖出死亡幼虫;1/4不会咬开封盖、但只要有人帮忙打开封盖,就会拖出死亡幼虫;另
14、1/4既不会咬开封盖、也不会拖出死亡幼虫(不卫生型)。以下叙述何者正确?A、交配实验可以用来证明行为差异的遗传基础 B、蜜蜂的(卫生)基因是显性基因 C、两种蜜蜂品系的行为差异和一个基因座有关 D、两种蜜蜂品系的行为差异和两个基因座有关 E、这个实验显示单一基因座的差异即足以导致行为的差异,2012/7/19,纯种黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆杂交,在F2出现的新性状中,能稳定遗传的个体占总数的:A.1/16 B.2/16 C.3/16 D.4/16 解:黄色(YY)圆粒(RR)豌豆与绿色(yy)皱粒(rr)豌豆杂交,F1的基因型为YyRr,F2中两种性状独立遗传,形成配子时的比例为:YY=1/4
15、,yy=1/4,RR=1/4,rr=1/4。形成的四种纯合子中,YYrr和yyRR为出现的新性状。YYrr比例为1/41/4=1/16,yyRR为1/41/4=1/16。两者总数为1/16+1/16=2/16。,2012/7/19,某单子叶植物的非糯性A对糯性a为显性,抗病T对染病t为显性,花粉粒长形D对圆形d为显性,三对等位基因位于三对同源染色体上。非糯性花粉遇碘液变蓝,糯性花粉遇碘液变棕色。现有四种纯合子基因型分别为:AATTdd,AAttDD,Aattdd,aattdd。则下列说法正确的是:A、若采用花粉鉴定法验证基因的分离定律,应选择亲本和杂交 B、若采用花粉鉴定法验证基因的自由组合定
16、律,可以选择亲本和、和杂交 C、若培育糯性抗病优良品种,应选用和亲本杂交 D、将和杂交后所得的Fl的花粉涂在载玻片上,加碘液染色后,置于显微镜下观察,将会看到四种类型的花粉,且比例为9:3:3:1,2012/7/19,微卫星(microsatellites)是位于基因体中定目重复的短片段(如:GC)。小明的妈妈具有9个重复和6个重复的微卫星,爸爸拥有6个重复和5个重复的微卫星,请问小明的微卫星可能是哪种组合?A、9个重复和6个重复 B、15个重复和12个重复 C、6个重复和6个重复 D、9个重复和5个重复 E、12个重复和14个重复,2012/7/19,孟德尔定律数据的统计处理概率相加法则:P
17、(A+B)=P(A)+P(B)相乘法则:P(AB)=P(A)P(B)条件概率:P(B/A)=P(AB)/P(A)二项式展开二项式展开通式 适合度检验卡平方测验,2012/7/19,一对夫妇均为某种低能症隐性基因的携带者,如果允许他们生4个孩子,那么3个孩子正常而1个孩子为低能的概率是:A27/64 B1/256 C81/256 D3/64 解:这对夫妻的基因型均为:Aa,则生正常小孩概率为3/4,低能小孩为1/4。因此,3个孩子正常而1个孩子为低能的概率为:运用二项式通式,2012/7/19,大约在70个表型正常的人中有一个白化基因杂合子。一个表型正常、其双亲也正常、但有一白化弟弟的女人,与一
18、无亲缘关系的正常男人婚配。问他所生的孩子患白化病的概率是多少?解:这类题目通常都会是要求计算隐性纯合个体的出现概率。分析时,分别求得带有隐性基因的配子来自父本和母本的概率,再用相乘法则即可。父本(正常男子):白化基因杂合子(携带者)概率为1/70,则产生带有白化基因配子的概率为1/140;母本:父母正常,而弟弟有病,表明父母均为杂合子,Aa Aa 1AA:2Aa:1aa,题中已指出母本为表型正常,则其基因型为Aa的概率为2/3,产生带有白化基因配子的概率为 2/3 1/2=1/3;因此,生产白化儿的概率为1/3 1/140=1/420,2012/7/19,带有完全隐性致死基因的一头杂合子公牛与
19、32头母牛交配,每头母牛生3头小牛,其中12头母牛生有死产小牛(一头或多于一头),所以这12头母牛必定是致死基因的携带者。在这群体中还有多少头携带者母牛尚未鉴定出来?,2012/7/19,解:一杂合子母牛同一杂合子公牛交配生3头小牛,生正常小牛的概率是3/4,所以3头小牛都是正常的概率=(3/4)3=27/64,这也就是不能鉴定出携带者母牛(生3头小牛时)的概率。于是,能鉴定出携带者母牛的概率是(1-27/64)=37/64。令X=该群体杂合子(携带者)母牛头数,则(37/64)X12。解得X=21。由于其中12头已鉴定出来,在该群体中可能还有9头母牛携带者尚未鉴定出来。,2012/7/19,
20、孟德尔定律的扩展,遗传学的核心命题:表型=基因型+环境基因型决定一个性状表达的可能性(即反应规范)。基因的作用不仅取决于外部环境,而且取决于个体内其他基因(等位、非等位)共同构成的细胞内环境基因型终身不变,而环境时刻变化,基因型是发育内因,环境是外因,而表型是发育结果,是基因型与和环境互作的结果,2012/7/19,在某类兔子中,毛色黑色与白色是一对相对性状,黑色为显性(W),白色为隐性(w)。下图显示两项交配,亲代兔子A、B、P、Q均为纯合子。则下列叙述合理的是 A比较C与D的表现型,说明温度导致了基因W突变成了w B将兔D与兔S中的雌雄兔交配得到子代,在15中成长,表现型最可能是黑色的 C
21、将兔C与兔D中的雌雄兔交配得到子代,在30中成长,表现型黑:白=1:l D上述实验说明30更有利于白兔的生长,2012/7/19,有一种兔子体脂肪的颜色由单一基因控制,不过其性状会受饲料成分影响,喂饲一般草料时,显性B产生白体脂,而b产生黄体脂。当喂饲不含叶黄素的饲料时,bb兔子也会表现白体脂。如果一只异型合子的兔子配上一只黄体脂的兔子,下列对于其第一子代在采食一般草料时的表现型描述正确的是?A、均为黄体脂 B、1/4为黄体脂 C、1/2为黄体脂 D、3/4为黄体脂 E、均为白体脂,2012/7/19,双生子研究主要用于人类中比较基因型和环境对表型产生的影响双生子都有或都无的性状具一致性,只在
22、其中之一中有具不一致性通过对一致性/不一致性的频率的分析,可了解基因型和环境对一个特定性状的贡献比例如果在同卵、异卵双生子中均具有一致性,则认为性状主要受环境影响;如果在同卵双生子中均具有高度一致性,而异卵双生子中均具有高度不一致性,则认为性状主要受基因型(遗传组成)影响,2012/7/19,性状的多基因决定与基因的多效性表现度、外显率基因表达的变异表现度:一定环境下,某一突变个体基因型表达的差异程度,果蝇Lobe Eyes小眼基因外显率:一个基因型,有些个体表现一定表型而另外一些不表现。,2012/7/19,等位基因的相互作用显隐性关系完全显性不完全显性:人的卷发:WW:卷发;Ww:中等卷发
23、;ww:直发;表型和基因型比率均为1:2:1共显性:杂合体中,一对等位基因都得到表达人的MN血型超显性:杂种优势依标准不同显隐性关系发生改变:镰形细胞贫血症致死基因隐性致死基因:纯合致死;鼠色遗传显性致死基因:杂合致死;人类视网膜母细胞瘤(Rb基因),2012/7/19,2012/7/19,黄色小鼠(Aa)之间交配所生的小鼠中,AA为纯合体致死基因型,如果黄色小鼠与非黄色小鼠的比例为2:1,则从小鼠致死的原因是 AA是致死基因,纯合体(AA)因为不产生黄色色素致死 BA必须抑制a才能表现黄色 C因为A是a的显性上位基因 D因为AA缺少必需基因而致死,2012/7/19,复等位基因:一组等位基因
24、数目在两个以上,作用相似,影响相同的性状就每个二倍体细胞而言,只有两个等位基因人类ABO血型植物自交不亲和n个等位基因,有()基因型,其中n为纯合子,()为杂合子,2012/7/19,假定一种双倍体生物的一种形状由具有4个等位基因的单个墓因决定。那么,在这样的系统中,可能存在不同的表现型的个数是:A3 B6 C8 D10 解:4个复等位基因产生的基因型数目为:纯合体为4,杂合体为4(4-1)/2=6,基因型总数为10。假定四个基因间都是共显性,则最大表型数为10。如果存在显隐性关系,则可能的表型数可以为4,5,6,7,8,9。,2012/7/19,非等位基因间相互作用9:3:3:1的修饰两对基
25、因间自由组合不意味着互相没有关系,当非等位基因影响同一性状时,能产生基因的相互作用,表现出不同的新的孟德尔比数。这些新的比数说到底都是9:3:3:1的修饰,2012/7/19,2012/7/19,基因互作:9:3:3:1,鸡冠形状遗传互补基因:9:7,香豌豆花色遗传累加效应:9:6:1,南瓜果形遗传重叠效应:15:1,芥果形遗传抑制基因:13:3,家蚕茧色遗传显性上位:12:3:1,南瓜果色遗传隐性上位:9:3:4,家兔毛色遗传,2012/7/19,基因互作:9:3:3:1,鸡冠形状遗传,2012/7/19,2012/7/19,互补基因:,香豌豆花色遗传,2012/7/19,2012/7/19
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