安徽大學遺傳緒論

1、遺 傳 學（Genetics）1教材及教學參考書劉祖洞主編：遺傳學 (上，下) 高等教育出版社 第二版 1991王亞馥，戴灼華：遺傳學 高等教育出版社 1999徐晉麟，徐 沁，陳 淳編著：現(xiàn)代遺傳學原理 科學出版社 2001年孫乃恩，孫東旭，朱德煦：分子遺傳學 第二版 南京大學出版社 1997杜傳書，劉祖洞：醫(yī)學遺傳學 第二版 人民衛(wèi)生出版社 1989吳乃虎編著：基因工程原理，(上，下)，第二版，科學出版社，1998年A.J.F.Griffiths,W.M.Gelbart,J.H.Miller,R.C.Lewontin:Modern Genetic Analysis, W.H.Freeman

2、and company/Ney york. (1999)Russell,P.J.,Genetics,3 rded. Harper Collins Publishers. (1992)Lewin, B., GENES IX. Jones & Bartlett Pub.（2007） Strachan, R.F. and Read, A.P., Human molecular Genetics, BIOS Scientific Publishers, Oxford. (1996) 2 第一節(jié) 什么是遺傳學？ 生命的特點: 生殖或繁殖。 1). 遺傳(heredity)：親代與子代相似的現(xiàn)象叫做遺傳

3、。 2). 變異(variation)：親代與子代之間，子代個體之間， 總是存在著不同程度的差異，這種現(xiàn)象就是變異。 3). 遺傳、變異和選擇是生物進化和新品種選育的三大 因素： 遺傳+ 變異+ 自然選擇 形成物種 遺傳+ 變異+ 人工選擇 動、植物品種 4)遺傳和變異的表現(xiàn)與環(huán)境不可分割。緒言3遺傳與變異之間的關(guān)系: 遺傳是相對的、保守的；變異是絕對的、發(fā)展的。沒有遺傳，不可能保持性狀和物種的相對穩(wěn)定性；沒有變異，不會產(chǎn)生新的性狀，就不可能有生命的進化和生物的多樣性，在生產(chǎn)實踐中也不會有新品種的選育。 遺傳和變異是生命運動中的一對矛盾。41. 研究生物遺傳與變異的現(xiàn)象及規(guī)律的科學。 遺傳學與

4、生命起源和生物進化有關(guān)。2. 是研究生物體遺傳信息和表達規(guī)律的科學： 解決問題：物種 代代相傳；性狀 遺傳。3. 是研究和了解基因本質(zhì)的科學： 遺傳物質(zhì)是什么？ 遺傳物質(zhì) 性狀？遺傳學研究的內(nèi)容：5遺傳學研究的任務：(1)闡明：生物遺傳和變異現(xiàn)象 表現(xiàn)規(guī)律；(2)探索：遺傳和變異原因 物質(zhì)基礎(chǔ) 內(nèi)在規(guī)律；(3)指導：動植物和微生物育種 提高醫(yī)學水平。6遺傳學是現(xiàn)代生命科學的核心，是生物技術(shù)的支柱。78為什么說遺傳學是生命科學的核心？遺傳學的基本原理適于所有生命；所有關(guān)于生命體的形態(tài)、生理、生化和行為特點皆根本上由基因決定；任何一門生物學科都不能離開遺傳學而獨立發(fā)展；對一門學科的更深入理解離不開

5、遺傳學。9遺傳學的分支按研究的層次分類： 群體遺傳學(Population genetics) 宏觀 即進化遺傳學或種群遺傳學 數(shù)量遺傳學(Quantitative gentics) 細胞遺傳學 (Cytogenetics) 核外遺傳學 (Extranuclear G.) 微觀 即細胞質(zhì)遺傳學(Cytoplasmic G.) 染色體遺傳學(Chromosomal G.) 分子遺傳學(Molecular genetics)10按研究對象分類： 人類遺傳學 (Human genetics) 動物遺傳學 (Animal genetics) 植物遺傳學 (Plant genetics) 微生物遺傳學

6、(Microbial genetics)按研究范疇分類： 發(fā)育遺傳學 (Developmental genetics) 行為遺傳學 ( Behavioral genetics) 免疫遺傳學 (Immunogenetics) 藥物遺傳學 (Pharmacogenetics) 遺傳學的分支11 毒理遺傳學 (Toxicogenetics) 輻射遺傳學 (Radiation genetics) 腫瘤遺傳學 (Cancer genetics) 醫(yī)學遺傳學 (Medical genetics) 血型遺傳學 (Blood group genetics) 生化遺傳學 (Biochemical genetic

7、s)應用學科： 生物工程學 (Biotechnology) 優(yōu)生學(Eugenics) 育種學(工業(yè)微生物、農(nóng)、牧和水產(chǎn)) 遺傳學的分支12第二節(jié) 遺傳學的發(fā)展史一在孟德爾以前及同時代的一些遺傳說 1.公元前五世紀希波克拉（Hippocrates）提出了第一個遺傳理論。 他認為子代具有親代的特性那是因為在精 液或胚胎里集中了來自身體各部分的微小代表元素(elememt)。132. 100年后，亞里斯多德（Aristotle）認 為:精液不是提供胚胎組成的元素，而 是提供后代的藍圖。生物的遺傳不是通 過身體各部分樣本的傳遞，而是個體胚 胎發(fā)育所需的信息傳遞。3. 1809年拉馬克（Lamarck

8、, J.B）提出了 “ 用進廢退”的進化論觀點，由此而得出 獲得性狀（acquired characteristics） 是可以遺傳的。144. 1866年達爾文（Darwin）提出了泛生論（hypothesis of pangenesis），認為身 體各部分細胞里都存在一種胚芽或 泛子（pangens）5. 1883年法國動物學家魯.威廉（Roux.W） 提出有絲分裂和減數(shù)分裂過程的存在可 能是由于染色體組成了遺傳物質(zhì)，同時 他還假定了遺傳單位沿著染色體絲作直 線排列。156. 德國的生物學家魏斯曼（Weismann A） 做了連續(xù)22代剪斷小鼠尾巴的實驗，否 定了泛生論。 1883和188

9、5年他將Roux, W.理論發(fā)展成 為完整的遺傳和發(fā)育的理論種質(zhì)論 （germplasm theory）,認為多細胞生物 可分為： 種質(zhì)（germplasm）：獨立,連續(xù), 能產(chǎn)生后代的種質(zhì)和體質(zhì)。 體質(zhì)（somatoplasm):體質(zhì)是不連 續(xù)的，不能產(chǎn)生種質(zhì)。16二遺傳學的誕生1797年英國的奈特（Knight，T） 豌豆雜交實驗： P 灰色白色 F1 灰色 F2 灰色 白色 但未統(tǒng)計分析，只發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。17 1863年法國的諾丹（Nauding） 發(fā)表了植物雜交的論文并獲法國政府的 獎勵。他認為：（1）植物雜交的正交和反交結(jié)果是相同的；（2）在雜種植物的生殖細胞形成時“ 負 責遺傳性

10、狀的要素互相分開，進入不 同的性細胞中，否則就無法解釋雜種 二代所得到的結(jié)果”181865年當時屬奧地利的布?。˙runn）基督教修道院的修士格里高孟德爾（Gregor Johann Mendel），根據(jù)他8年植物雜交實驗的結(jié)果，2月8日在當?shù)氐目茖W協(xié)會上宣讀了一篇題為“植物雜交實驗”的論文，1866年正式發(fā)表在該協(xié)會的會刊上。 孟德爾臨終前說：“ 等著瞧吧，我的時代總有一天要來臨”19202122 孟德爾定律的二次發(fā)現(xiàn) 荷蘭阿姆斯特丹大學的教授狄夫瑞斯（de Vries）德國土賓根大學的教授科倫斯（Correns,C.E）奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學的講師切爾邁克（Tschermak）1900年分別

11、同時發(fā)現(xiàn)了孟德爾的業(yè)績。 狄夫瑞斯：進行了見月草雜交試驗，發(fā)現(xiàn)F2的分離比為3:1。 1900,3,26日其論文“ 雜種分離法則” 發(fā)表在德國植物學會雜志(18)83-90;和法國科學院的紀事錄(130)845-847。狄夫瑞斯曾從L.H拜萊的植物育種中查到孟德爾的工作。他在德文版中提到了孟德爾的工作，但在法文版中卻只字未提。23科倫斯于1900,4,21日閱讀狄夫瑞斯法文版的論文，發(fā)現(xiàn)其結(jié)論和自己的實驗結(jié)果相同，盡管文中未提到孟德爾，但科倫斯已從老師未格里處知道了孟德爾的工作，于是他撰寫了“ 雜種后代表現(xiàn)方式的孟德爾法則” 一文，1900,4,24日發(fā)表在德國植物學會雜志(18)158-16

12、8。這對重新發(fā)現(xiàn)孟德爾法則起了重要的作用。24切爾邁克也作了豌豆雜交試驗，發(fā)現(xiàn)了分離現(xiàn)象，撰寫了“ 關(guān)于豌豆的人工雜交”的講師就職論文，清樣出來后他讀到了狄夫瑞和斯科倫斯的論文，于是急忙投寄論文摘要，于1900，6,24日也發(fā)表在德國植物學會雜志(18)232-239.三個人的工作都發(fā)表在德國植物學會雜志，都證實了孟德爾法則，這就是遺傳學發(fā)展史上著名的孟德爾法則的重新發(fā)現(xiàn)。孟德爾法則的發(fā)現(xiàn)在學說界皆引起了一場激烈的論戰(zhàn): 牛津大學動物學教授韋爾登（Weldon） 劍橋大學的遺傳學教授貝特森(Bateson)25貝特森先后創(chuàng)用: 遺傳學（Genetics） 等位基因（allele） 純合體（ho

13、mozygous） 雜合體（heterozygous） 上位基因（epistatic genes）26 1909年丹麥的科學家 約翰遜（Johannsen）創(chuàng)用了 基因 （gene） 基因型（genotype） 表型 （phenotype）遺傳學的發(fā)展可分為四個時期：27第一個時期:細胞遺傳學時期(19001940)1910年 摩爾根（Morgan ,T.H）及其 斯特蒂文特（Sturtevant） 弟子 布里吉斯（Bridges） 繆勒（Muller） 創(chuàng)立了連鎖定律1927年 Muller X-射線誘發(fā)突變 基因是一個抽象的遺傳因子，既是功 能單位，又是重組單位和突變單位28第二時期:微生

14、物遺傳和生化遺傳時期（19411960） 1941 Beadle和 Totum 提出一基因一酶學說 1944 Avery 確定遺傳物質(zhì)為DNA1951 McClintock B. 發(fā)現(xiàn)跳躍基因或稱 轉(zhuǎn)座1953 Watson和 Crick建立雙螺旋模型1958 Kornberg 發(fā)現(xiàn) DNA合成酶 在此期遺傳的基本單位是順反子（Cistrons） 291945: 薛丁諤（Sehrdinger,E） 生命是什么 (WHAT IS LIFE ? Cambridge Univ )“ 基因是活細胞的關(guān)鍵組成部分，要懂得什么是生命就必須知道基因是如何發(fā)揮作用的。”30第三時期:分子遺傳時期(196119

15、85)1961: Jacob 和Monod建立乳糖操縱子模型1962 ，1968 Arber， 1978 Smith 發(fā)現(xiàn)限制 性酶1964，1965：Nirenberg，Khorana破譯遺傳 密碼1972 Berg建立重組技術(shù)1975 Temin發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶311977 Sanger & Gilbert 建立測序方法1977 Sharp 和 Roberts 發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子 1980 Shapiro發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子1981 Cech和Altman 發(fā)現(xiàn)核酶1985 Mullis,K. 建立了PCR體外擴增技術(shù)。此期基因的概念是一段可以轉(zhuǎn)錄為功能性RNA的DNA，它可以重迭、斷裂的形式存在，并可轉(zhuǎn)座。

16、32第四時期: 基因組和蛋白質(zhì)組時期(1986至今)1986 美 Dulbecco首次提出了“人類基因組 工程”1990 4月美國宣布人類基因組測序工作的5 年計劃。1991 Stepken Fodor 把基因芯片的設想第一 次變成了現(xiàn)實.1992 10月美Vollrath D.等分別完成人類Y染 色體染色體的物理圖譜.331993 10月 美國公布了19931995年的人類基 因組測序工作計劃，并預計2005年完成 整個的測序工作。1995 Smith,H.O等第一個細菌基因組流感嗜 血桿菌(H.influenzae)全基因組序列發(fā)表。1995 12月美、法科學家公布了有15000個標記 的

17、人類基因組的物理圖譜。1996 Dietrich W.F等繪制了小鼠基因組的完整 遺傳圖譜。1996 10月Goffeau等完成了酵母基因組的測序1996 DNA芯片進入商業(yè)化341997 Wilmut 完成了體細胞克隆1998 12月，第一個多細胞真核生物線蟲的 基因組在Science上發(fā)表。 1999 Cate J.H第一次繪制出完整核糖體的 晶體結(jié)構(gòu)，揭示了其中的很多細節(jié)。1999 國際人類基因組計劃聯(lián)合研究小組完成 了人類 第22號染色體測序工作。2000 3月塞萊拉公司宣布完成了果蠅的基因 組測序。 352000 完成了人類第21號染色體的測序2000 6,26 人類基因組草圖發(fā)表2

18、000 12,14 英美等國科學家宣布繪出擬南 芥基因組的完整圖譜2001 1,12 中、美、日、德、法、英等國科 學家 (Nature,15日) 和美國塞萊拉公司 (Science,16日) 各自公布人類基因組圖 譜和初步分析結(jié)果。約3萬基因。36遺傳學發(fā)展的新動態(tài)1.基因組學(Genomics)2.后基因組學(Postgenomics)3.蛋白質(zhì)組學(Proteomics)4.生物信息學(Bioinformatics) 定義為分子生物學和計算生物學的交叉. 包含三個重要的內(nèi)容:(1)基因組信息學;(2)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)模擬;(3)藥物設計.37第三節(jié) 遺傳學的應用一、遺傳學與農(nóng)業(yè) 綠色革命即農(nóng)

19、作物的品種改良。 我國60年代水稻矮稈育種，畝產(chǎn)由126公斤增加到300-400公斤。70年代的雜交水稻育種又使畝產(chǎn)增加到500公斤以上。最高的接近1000公斤。 美國洛克菲勒基金會的一個研究小組,1961年育成“墨西哥小麥”，畝產(chǎn)由60多公斤提高到200多公斤。38二、動物育種 產(chǎn)奶的現(xiàn)代Jersey Cow 和產(chǎn)肉的Shorthorn Cow與原始類型大為不同,而且相互之間也有很大差異。三、遺傳學與醫(yī)學： 人類約有3000種遺傳疾病，15-20%的新生兒患有1至多種遺傳病，其中很多可通過適當?shù)纳罘绞交蝾A防醫(yī)學而得到避免。 優(yōu)生學：Eugenics.39四、遺傳與環(huán)境保護 環(huán)境中的理化因素引起遺傳物質(zhì)的變化。 毒理遺傳學：用遺傳學的方法研究環(huán)境因素對遺傳物質(zhì)的損害及其毒理效應的遺傳學分支。 生物防治：例如熱帶、亞熱帶專性寄生的溫血動物screw worm ,化學防治成本高且造成污染。1951年用X射線處理蛹,然后釋放到自然界。五、發(fā)酵工業(yè)與微生物遺傳學六、與進化論40第四節(jié) 當代遺傳學特點理論扎實 技術(shù)領(lǐng)先實用性強 學科交叉41遺傳學是一門處于發(fā)展巔峰時期的學科。目前遺傳學前沿已從對原核生物的研究轉(zhuǎn)向高等真核生物，從對性狀傳遞規(guī)律研究深入到基因的表達及其調(diào)控的研究。42 隨著基因組作圖與測序計劃的完成，預計基