现代生物学导论细胞繁殖和遗传课件.ppt

8细胞繁殖和遗传 8 1细胞的分裂与细胞周期8 2遗传的基本法则8 3遗传的染色体学说8 4基因的连锁和交换8 5性染色体和伴性遗传 8 1细胞分裂与细胞周期 细胞分裂 一些单细胞生物 如眼虫和变形虫 一次细胞分裂可形成两个新生物体 多细胞生物 也是由一个细胞 受精卵或合子经过多次分裂和分化发育形成 由受精卵或合子经过多次分裂和分化发育形成多细胞囊胚 1 细胞分裂是细胞繁殖一种形式 细胞分裂的作用 2 生物的生长也依赖于细胞分裂 生物体积的加大不仅要靠细胞体积的增加 更要靠细胞数目的增多 细胞分裂还导致了多细胞生物的组织分化和生长发育 繁殖与生殖 是生命体延续的最基本的特征无性繁殖 裂殖没有配子参与 也没有受精过程有性繁殖 有配子参与 有受精过程 活细胞不断进行新陈代谢 细胞表面担负着输入养分 排出废物的重任 表面积 体积比值的下降 意味着代谢速率的受限和下降 所以 细胞分裂是细胞生长过程中保持足够表面积 维持一定的生长速率的重要措施 3 一个多细胞生物完全长大以后 仍然需要细胞分裂的过程 这种分裂生成的新细胞可用于替代不断衰老或死亡的细胞 维持细胞的新陈代谢 或者用于生物组织损伤的修复 例如 骨髓细胞可以不断再生出新的血细胞 骨髓细胞不断再生出新的血细胞 细胞分裂的作用 细菌裂殖时DNA的复制 细胞分裂 首先细胞内遗传物质 DNA要完成复制 再均等分为两份 基因与染色体的复制 细胞分裂并非母细胞简单的一分为二 在原核生物中 如在细菌裂殖时 这种DNA的复制和二分 如细菌裂殖 相对比较简单 细胞生长增大到一定程度DNA复制 形成两个DNA分子 分别移到拉长了的细胞两端 中间形成新的细胞间隔 进而形成细胞壁 成为两个细胞 这个过程称为二分分裂 细菌细胞分裂 真核生物具有膜包被的细胞核 其内细长的双链DNA 蛋白质及少量RNA结合形成的复合物称为染色质 真核细胞分裂时的染色体 真核生物 DNA复制和二分相对要复杂的多 在细胞分裂时期 构成染色质的长链DNA分子经过紧密缠绕 折叠 凝缩 并与蛋白质结合 形成染色体 染色体是真核细胞分裂时期 在显微镜下可见的 具有易被碱性染料着色的固定形态的遗传物质存在形式 DNA与组蛋白共同组装成核小体成串珠状的核小体聚集形成染色质细胞分裂前 染色质被进一步包装而形成染色体 染色体的结构 核小体和染色质 人DNA平均长度 染色体的长度 5cm 2 3 m rre 染色单体 染色体的结构 人的体细胞中染色体 核型 有丝分裂中期染色体的数目 大小 形态特征 决定生物各种形状的基因都位于染色体上 可用于诊断遗传病 判断亲缘关系 多数动物和植物的体细胞是二倍体 即每一个体细胞核中有两组同样的染色体 用2n表示 称同源染色体 生殖细胞 配子 亲本的每一个配子只带有一组染色体 叫单倍体 n表示 单倍染色体组所含有的全部遗传信息称为基因组 细胞有丝分裂时 染色体复制 形成纵向并列的两条染色单体 即姐妹染色体 再分开 分配到两个新的子细胞中 端粒 每一种生物染色体的数目都是恒定的 人46条果蝇8家蚕16豌豆14苔藓1262 一种 蛙26小鼠40鸡狗78 真核生物的细胞分裂涉及 染色体复制 有丝分裂 减数分裂 细胞周期调控等过程 大多数真核生物是多细胞生物 体细胞的分裂称为有丝分裂 生殖细胞形成过程中 则有与之不同的减数分裂 细胞周期与有丝分裂 有分裂能力的细胞 从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的一个完整过程称为一个细胞周期 细胞周期与有丝分裂 典型的细胞周期可包括间期和细胞分裂期两部分 间期 interphase 包括一个DNA合成期 S期 及S期前后两个间隙期 G1期和G2期 细胞分裂期则包括有丝分裂 mitosis M期 和胞质分裂 C期 两个过程 有丝分裂 M期 又分为前 中 后和末期动 植物周期约20h 其中分裂期约1 2h 其余是间期 G0 有丝分裂 M期 是一个连续的过程 根据染色体形态的变化特征可分为前期 中期 后期和末期4个阶段 细胞周期与有丝分裂 有丝分裂的特点 在间期每个染色体复制成两条相同的染色单体 在分裂时有规律地分配到两个子细胞核中 有丝分裂 在细胞间期 细胞生长过程为分裂期做物资准备 现在集中看一下细胞分裂期 在M期发生的有丝分裂过程 前期 核膜消失 染色质浓缩 折叠 包装 形成染色体 每条染色体含两条染色单体 纺锤体形成 中期 染色体排列在赤道板上 后期 着丝粒分裂 姐妹染色单体分开 被分别拉向细胞两侧末期 重新形成核膜 核仁 染色体消失在C期 胞质分裂 胞质形成间隔 最终分开为两个细胞 分5个时相 单相有序 细胞周期的控制机制 真核细胞的3个主要细胞周期检验点 分别位于G1期 G2期和M期细胞的周期取决于细胞内的周期蛋白 cyclin 和周期蛋白依赖型激酶 Cyclin dependentkinase Cdk 组成的引擎分子的周期性变化以酵母M周期蛋白为例 在G2期 周期蛋白与Cdk结合 形成MPF 有丝分裂促进因子 一种引擎分子 M期的长短取决于MPF浓度 从增殖角度将细胞分为 周期性细胞 G0期细胞终极分化细胞 G0 有性生殖与减数分裂 有性生殖 父本和母本一对生物 一种特别的性细胞在动物和植物中 雌配子是一个卵细胞 雄配子是一个精子细胞 高等植物中称为精核 雌雄配子相互融合形成受精卵或称合子 合子通常为二倍体 2n 而配子则为单倍体 n 因此要经历减数分裂 图三种不同生物的有性生殖生活史 配子形成与减数分裂 由配子母细胞 二倍体 形成单倍体细胞需要在细胞分裂过程中染色体数目减半 伴随着染色体数目减半的细胞分裂称为减数分裂 meiosis 分为 两期 黑麦花粉母细胞的减数分裂 减数分裂过程 是在配子体形成过程的成熟期进行 减数分裂 前期 染色质浓缩 折叠 包装 形成光镜下可见的染色体 每条染色体含两对染色单体 即父本和母本的同源染色体 称为联会 即4条染色体 称为四分体 非姐妹染色单体间形成交叉 可能产生同源重组中期 同源染色体排列在赤道板上后期 一对同源染色体分开 被分别拉向细胞两侧 但姐妹染色单体仍连结在一起末期 重新形成核膜 染色体没有消失 减数分裂 与有丝分裂过程基本相同 细胞减数分裂I 细胞减数分裂II 有丝分裂与减数分裂的差别 有丝分裂减数分裂 1 染色体复制1次1次2 细胞分裂次数1次2次3 同源染色体配对 4 姐妹染色体交换 5 子细胞数目246 子细胞染色体数2nn7 细胞类型体细胞性细胞 姚雪彪教授从动点马达蛋白CENP E着手 研究其在细胞分裂过程中染色体运动及细胞生长调控过程中的作用 2000年度的 NatureCellBiology 与 Cell 杂志2000年的首版封面 8 2遗传的基本法则 经典遗传学的创始人MendelMendel遗传学第一定律 独立分离定律Mendel遗传学第二定律 自由组合定律Mendel遗传学定律的延伸和变化 经典遗传学的创始人Mendel Mendel1822年出生于奥地利乡村高中以后中断了学业21岁修道院进修中学代课教师1851 1853维也纳大学物理学家Doppler科学实验植物生理学家植物遗传变异原因大学毕业担任神职中学任教花园里做豌豆实验 为什么选择豌豆作为实验材料 1 当时已有一些不同品系的豌豆种子 由不同品系种子培育出的植株具有明显易于比较的性状差别 2 豌豆是严格自花受粉植物 性状稳定 出售的种子都是纯种 3 豌豆的花比较大 便于人工除去原有的雄蕊 并利用另一植株的花粉做人工异花授粉 进行杂交实验 4 每次杂交后 产生的后代完全可育 可以追踪观察特定性状在杂交后代的分离情况 总结出遗传规律 经典遗传学的创始人Mendel 7对差别鲜明的性状花的颜色 紫色 白色种子形状 圆形 皱缩种子颜色 黄色 绿色花着生位置 腋生 顶生豆荚形状 饱满 皱缩豆荚颜色 绿色 黄色植株高度 高 矮 豌豆单因子杂交实验与分离定律 Mendel遗传学第一定律 分离定律 Mendel最初实验是对具有单个相对性状的亲代杂交 所有杂交产生的F1代都只表现一个亲代的性状 如花色 称紫花为显性性状 白花为隐性性状 再F1代自花授粉 子二代 F2代 花色就具有一定的比例 豌豆7组相对性状分别杂交实验结果 Mendel按上述方法继续对7组相对性状分别进行杂交实验 统计了子二代植株显性与隐性性状之间比例为3 1的规律 推断 控制遗传性状的有一对遗传因子等位基因 alleles 纯合子与杂合子显性基因 用大写字母隐性基因 用小写字母 Mendel遗传学第一定律 分离定律 Mendel首创了测交实验方法 验证了其推断的正确性 Mendel建立了遗传学第一定律 即 分离定律 即 一对基因在形成配子时完全按照原样分离到不同的配子中去 相互不发生影响 Mendel遗传学第一定律 分离定律 在分析了一对性状传递规律的基础上 Mendel进一步进行了两对相对性状杂交的遗传分析 他选择了这样两个亲本进行杂交 一个是双显性亲本 种子是圆形的 种子的颜色为