生物竞赛南京大学夏令营genetics-夏令营(2010.7.19)

1、王睿勇王睿勇遗遗 传传 学学 生命的语言生命的语言Marfans 综合症综合症？ Schematic of human chromosome 17 showing the location of the breast cancer gene, BRCA1.转基因鲑鱼转基因鲑鱼( (上上) )与同年龄的野生鲑鱼与同年龄的野生鲑鱼( (下下) ) FucM基因 与小鼠同性恋出生后13天出生后25天出生后16天Sox21基因与秃发遗传学简介和发展过程 研究遗传与变异的科学 研究遗传物质的结构与功能以及遗传信息的传递与表达 遗传：生物性状或信息世代传递的现象，具有稳定性和普遍性的特点 变异：生物性状在

2、世代传递过程中出现的差异现象。变异也是普遍存在的，遗传学关注的是可遗传的变异 遗传与变异是生物生存与进化的基本因素 遗传维持了生命的延续。没有遗传就没有生命的存在，没有遗传就没有相对稳定的物种 变异使得生物物种推陈出新，层出不穷。没有变异，就没有物种的形成；没有变异，就没有物种的进化。遗传与变异相辅相成，共同作用，使得生物生生不息，造就了形形色色的生物界 遗传学研究的三个方面:传递遗传学: 研究遗传物质纵向传递规律以及表型和基因型关系分子遗传学: 研究基因的结构（化学本质、精细结构）、功能（遗传物质复制、表达、调控、重组、变异）和横向传递群体遗传学：研究群体中基因频率和基因型频率以及影响其平衡

3、的各种因素遗传学的建立 Lamarck: 获得性遗传 达尔文：泛生论 Weismann: 种质论 Galton: 融合遗传论 Mendel: 豌豆杂交实验；发现遗传学基本定律，建立了颗粒式遗传的机制 De Vries, Correns, Von Tschemak: 孟德尔定律再发现现代遗传学发展阶段 1900-1939：细胞遗传学时期：从个体到细胞水平，建立染色体遗传学说 1903，Sutton & Boveri 染色体是遗传因子载体假说 1909，Morgan 果蝇遗传学，伴性遗传、连锁和交换、不分离、基因在染色体上呈直线排列 1926，Morgan 基因学说 1927，Muller

4、, 人工产生遗传变异 1940-1952：细胞向分子水平过渡时期，以微生物为研究对象，采用生化方法研究遗传物质的本质及功能 1941，Beadle 一基因一酶 1944，Avery 细菌转化实验，证明DNA是遗传物质 1952，Hershey 噬菌体感染实验 1953-现在 分子遗传学时期 1953，Watson & Crick DNA双螺旋结构 1955，Benzer 基因精细结构，顺反子 1961，Jacob & Monod, E. coli乳糖操纵子 1969，Nirenberg，遗传密码破译 1972， Berg.P等和Cohen等DNA的体外重组 1983，Macli

5、ntock, 转座子（1948） 1985，Mullis, PCR 1990, HGP 1997, 克隆羊多莉诞生 21世纪，后基因组时代传递遗传学 分离定律单因子杂交 Mendel 豌豆杂交实验 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）现代遗传学中重要的模式生物果蝇，秀丽隐杆线虫，斑马鱼，拟南芥，酿酒酵母，玉米，链孢霉，大肠杆菌 秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是一种常见的营自由生活的小型土壤线虫。成虫体长仅1mm，半透明，以细菌为食，实验室内常用大肠杆菌OP50（尿

6、嘧啶合成渗漏型突变体）为食物。从一个受精卵发育成可以产卵的成虫，它只需要3d。1960s以来，Sydney Brenner（2002年诺贝尔奖得主）最先将秀丽隐杆线虫用于发育遗传学/神经生物学研究中，现已成为与Morgan将果蝇引入遗传学同等重要的工作。秀丽隐杆线虫现已成为重要的模式生物，为人们理解复杂的细胞生命活动做出了极大的贡献。杰出的工作60-70S，Brenner建立了线虫的遗传学Sulston利用DIC建立了线虫的细胞谱系图，对雌雄同体线虫的1090个细胞（其中131细胞程序性死亡）的每一个细胞的身世和命运都清楚Horvitz详细研究了线虫的细胞凋亡的遗传控制，对细胞凋亡基因进行了细

7、致研究Fire等对RNAi作用机制研究秀丽隐杆线虫性别有两种形式：雌雄同体，雄体。雌雄同体既可产生卵，又产生精子，可与雄体交配，也可自体受精，但雌雄同体个体间不可异体受精。自体受精时约产生0.1-0.2%的雄体；而雌雄同体与雄体交配产生的子代比例为两种性别1：1。由于具有雄性和雌雄同体两种性别，秀丽线虫在遗传研究上具有无可比拟的优势。一方面，不同遗传背景的秀丽线虫可以像果蝇等模式动物一样进行遗传交配，进行遗传分析或获得具有多种性状的个体；另一方面，经突变或交配产生的新性状无需再经交配，只需转接继代就可以保持了。实验2 秀丽隐杆线虫观察和操作 分离定律：决定每对性状的两个因子（基因）没有混合和融

8、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，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。 人类家系分析：人类遗传研究的重要手段 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 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

9、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 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 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，形成四种基因型的配子。在杂交时四种配子随机结合

10、，形成四种表型，9种基因型的群体 自由组合定律的意义 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从基因型到表型基因与环境相互作用的关系 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 双生子研究 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

11、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。 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；ww：直发 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：鼠色遗传 显性致死基因：人类视网膜母细胞瘤（Rb基因） 复等位基因：一组等位基因数目在两个以上，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，()为杂合子显性

12、等级 非等位基因间相互作用9：3：3：1的修饰 两对基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的修饰基因互作： 9：3：3：1 ，鸡冠形状遗传 互补基因：，香豌豆花色遗传 累加效应：，南瓜果形遗传 重叠效应：， 抑制基因：13：3，家蚕茧色遗传 上位效应：非等位基因间的显隐性关系 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 基因互作机理 生化途径控制：香豌豆花色遗传性别决定与性连锁遗传 性别决定 性染色体 1905，Stevens & Wilson

13、, 直翅目昆虫，雌性：偶数条染色体，雄性：奇数；其中一条雌性中为条，而雄性中为条，把雌性中多出的这一条称为染色体；此后，发现一些生物，雌雄都是偶数条染色体，但有一条形态不同（异形染色体），称为染色体。同配性别异配性别性别决定 果蝇性指数决定哺乳动物染色体决定型性别决定 性别的基因决定 性别的环境决定 性连锁遗传 特点 决定性状的基因位于性染色体上 性状的遗传与性别有关 正反交结果不同 表现特殊的交叉遗传和隔代遗传现象连锁隐性遗传，如血友病，红绿色盲等 患者多为男性 有害基因由母亲传递（女儿正常，可生下患病外孙） 绞花遗传，代与代之间不连续 双亲正常，儿子可以是患者 儿子若表型正常，后代都正常连

14、锁显性遗传，抗佝偻病 患者女性多于男性 每代都有患者 男性患者女儿都是患者 女性患者，子女患病机会为连锁遗传：基因 从性连锁：基因位于常染色体上，但由于受性激素作用，基因在不同性别表达不同。人类早秃（），杂合体（）只在男性中表现性状，女性中正常。 限性遗传：基因可位于性染色体或常染体上，但仅在一种性别中表现。如睾丸女性化，只在男性中表达。连锁交换定律F1杂合子形成配子时，两对基因有保持亲代原来组合的倾向，并且这种倾向与显隐性无关。 连锁 完全连锁 不完全连锁 连锁交换定律：处在同一染色体上的两个或两个以上基因遗传时，联合在一起的频率大于重新组合的频率 重组 染色体间重组：自由组合 染色体内重组

15、：交换 一般来说，两个基因在染色体上距离越远，交换的可能性就越大，反之，亦然；因此交换值就可用于表示两个基因间距离。但交换值无法直接测定，只能通过基因间重组来估计。 重组值 重组值 重组频率（重组频率（ RF）=重组型数目重组型数目/(亲本型数目亲本型数目重组型数目重组型数目) 1%重组值为一个单位，称一个厘摩，记作重组值为一个单位，称一个厘摩，记作1个个cM 基因在染色体上的距离以重组值为根据，基因在染色体上的距离以重组值为根据，画出的基因距离图称遗传学图画出的基因距离图称遗传学图基因定位与染色体作图 基因定位：根据重组值确定不同基因在染色体上的相对位置和排列顺序的过程 图距：意义 三点测交

16、 为什么选择测交？ 优点 玉米：lz：平卧生长；gl：光滑叶；su：甜胚乳 现做三点测交：（Lz Gl Su/lz gl su lz gl su/lz gl su） 数据如下： 测交子代 测交子代 测交子代 表型 基因型 数目 野生型 Lz Gl Su 286 Lz lz Gl Su 33 Gl Lz gl Su 59 Su Lz Gl su 4 Lz，Gl lz gl Su 2 Lz，Su lz Gl su 44 Gl，Su Lz gl su 40 Lz，Gl，Su lz gl su 272 如何分析？ 第1行和最后1行数目最多，为非重组型（亲本型），可知杂交组合是： Lz Gl Su/lz gl sulz gl su/lz gl su；依据这一原则，即使亲本未表示出，也可进行推断） 三个基因顺序：数目最少的一定是双交换类型，将它们与亲组合比较，可确定基因顺序。原则：双交换的结果总是位于三个基因中间的那个互换 确定单交换发生位置 将上述数据重新画表 发生交换处Lz Su Gl 286lz