第一章孟德尔定律及其扩展课件

1、遗传学 (Genetics) 主讲人：唐利洲 Email：tang_lz126 Phone:第一章 孟德尔定律及其扩展孟德尔遗传定律的发现 1856-1864年孟德尔(Gregor Mendel) ：豌豆杂交实验，发现了遗传定律，其成功原因：具有严谨的科学精神和卓越的洞察力选材得当：豌豆是自花授粉植物，性状差异明显，易于区分，且能够稳定地真实遗传。设计科学：先简单后复杂，单因子-双因子定量分析：统计方法的运用首创了测交方法孟德尔的功绩 采用32个品种 观察了7对性状, 经8年研究，发现了2个定律:分离定律和自由组合定律，创立了“ 遗传学 ” 第一节 分离定律 （Law

2、 of segregation）一、豌豆杂交试验1.分离现象亲代P: 纯红花 纯白花 子一代F1: 红花 子二代F2: 3 红花 : 1白花 （705 : 224） 子三代 F3: 纯红花 纯白花 分离 3 红花 : 1白花植物杂交试验的符号表示：亲本(parent)，杂交亲本；：作为母本，提供胚囊的亲本；：作为父本，提供花粉粒的杂交亲本。：表示人工杂交过程；F1：表示杂种第一代(first filial generation)；：表示自交，采用自花授粉方式传粉受精产生后代。F2：F1代自交得到的种子及其所发育形成的生物个体称为杂种二代，即F2。由于F2总是由F1自交得到的所以在类似的过程中符

3、号往往可以不标明。要点： 显性和隐性： 分离现象：2.分离现象的孟德尔假设性状由遗传因子(基因)决定，每个性状在体内有一对遗传因子控制，每个植株有很多遗传因子，都是成对存在的。如白花亲本含有一对白花因子，红花亲本含有一对红花因子。每一个生殖细胞(花粉或卵细胞)，只含有一个遗传因子，在形成生殖细胞时，每一对遗传因子相互分开(即分离)，分别进入不同的生殖细胞中。 F1代植株体内的一对遗传因子，一个来自父本 花粉细胞，另一个来自母本卵细胞，因此含有 两个不同的遗传因子，由于红花因子对白花因 子为显性，因此F1植株表现为红花。F1代在形成配子时，一对遗传因子也相互分离，形成两种不同类型的花粉和两种不同

4、类型的卵细胞，且各占一半。在形成F2代时，这两种类型的花粉和卵细胞的结合是随机的，因此子二代的红花与白花植株为3:1遗传因子是颗粒式的,而不是混合式 的。红花因子和白花因子在F1体内 同时存在，互不沾染，互不融合， 独立分离。亲代 P: 红花(AA) 白花(aa) 配子: A a 子一代 F1: 红花 (Aa)卵细胞 A a 花 A AA Aa粉 a Aa aa 子二代 F2红花( AA Aa) : 白花( aa) （705： 224）二.分离定律孟德尔第一定律一对等位基因在杂合状态互不沾染，保持其独立性。在配子形成时，又按原样分离到不同的配子中去。在一般情况下:配子分离比是1:1 F2基因型

5、分离比是1:2:1F2表型分离比是3:1 分离规律普遍存在。如水稻的糯性和非糯性,非糯性对糯性是显性： 非糯性(Wx/Wx)糯性(wx/wx) 非糯性(Wx/wx) 非糯性对糯性在花粉时期就已经表现出来，可用碘染色在显微镜下进行检验，非糯性亲本花粉碘染色后呈蓝黑色，糯性亲本花粉碘染色后呈红褐色，子一代花粉碘染色后一半呈蓝黑色，另一半呈红褐色，这直接证明了孟德尔分离定律的正确性，且分离比为1：1。 分离比例实现的条件 1. 研究的生物体必须是二倍体(体内染色体成对存在)，并且所研究的相对性状差异明显。 2. 在减数分裂过程中，形成的各种配子数目相等，或接近相等；不同类型的配子具有同等生活力；受精

6、时各种雌雄配子均能以均等的机会相互自由结合。 3. 受精后不同基因型的合子及由合子发育的个体具有同样或大致同样的存活率。 4. 杂种后代都处于相对一致的条件下，而且试验分析的群体比较大。三.孟德尔研究的七对豌豆性状2.84:1277矮787高高植株高植株矮植株3.14:1207顶生651腋生腋生花腋生花顶生2.82:1152黄428绿绿色绿色黄色豆荚2.95:1299瘪882鼓鼓胀膨大缢缩豆荚3.15:1224白705紫紫花 紫花白花3.01:12019绿6022黄黄色黄叶绿色子叶2.96:11850皱5474圆圆形圆形皱缩子叶F2比例 F2F1 豌豆表型 A summary of the s

7、even pairs of contrasting traits and results of Mendels seven monohybrid crosses of the garden pea (Pisum sativum, shown in the photograph). 六位学者重复孟德尔植物杂交实验的结果3.01:1 44892134737 黄色绿色子叶总数3.01:1 36186109090 黄色绿色子叶Darbishire 19092.80:1 514 1438 黄色绿色子叶Lock 19053.05:1 3903 11903 黄色绿色子叶Bateson 19052.94:1

8、445 1310 黄色绿色子叶Hurst 19043.01:1 1190 3580 黄色绿色子叶Tschermak 19003.08:1 453 1394 黄色绿色子叶Correns 19003.01:1 2019 6022 黄色绿色子叶孟德尔 1865 绿 黄F2比例 F2 亲 代 实 验 者四.分离定律的测交验证 F1: 红花 (Aa) 白花(aa) 测交一代：F1配子： A a 隐性亲本配子(a) ： Aa aa 红花(Aa) ： 白花(aa)=1:1 85 ： 81 测交由孟德尔首创 通过测交证明： 1、孟德尔分离假说的正确， 2、遗传因子是颗粒式的,而不是混合式的。 红花因子和白花因

9、子在F1体内同时存在，但互不沾染，互不融合，独立分离。孟德尔的颗粒式遗传因子学说有力地驳斥了 混合式遗传学说 (blending inheritance)。 五.基本概念 基因(gene) 等位基因(alleles) ：如红花基因A，白花基因a 基因型(genotype): 如红花亲本基因型为AA,白花亲本基因型为aa，子一代基因型为Aa； 表型(phenotype): 如花的颜色性状，AA和Aa表现为红花、aa表现为白花； 显性基因(dominant gene):如红花基因A 隐性基因(recessive gene):如白花基因a 纯合体(homozygote):如AA, aa 杂合体(he

10、terozygote):如Aa 回交(backcross) 测交(testcross)六、分离定律的意义 1、具有普遍性 遗传病约有4344种（1988年） 侏儒（先天性软骨发育不全） 显性 裂手裂足 舞蹈病（Huntington） 白化 半乳糖血症 隐性 苯丙酮尿症 全色盲 早老症 自毁容貌综合征 2、杂合体是不能留作种子 第二节 自由组合定律（law of independent assortment） 一.自由组合实验Computation of the combined probabilities of each F2 phenotype for two independently i

11、nherited characters. P: 黄圆（YYRR) 绿皱(yyrr) 配子: YR yr F1: 黄圆 (YyRr) F2卵细胞 YR Yr yR yr YR 1/16 YYRR 黄圆 1/16 YYRr 黄圆 1/16 YyRR 黄圆 1/16 YyRr 黄圆 花 Yr 1/16 YYRr 黄圆 1/16 YYrr 黄皱 1/16 YyRr 黄圆 1/16 Yyrr 黄皱 粉 yR 1/16 YyRR 黄圆 1/16 YyRr 黄圆 1/16 yyRR 绿圆 1/16 yyRr 绿圆 yr 1/16 YyRr 黄圆 1/16 Yyrr 黄皱 1/16 yyRr 绿圆 1/16

12、yyrr 绿皱 总计：9/16 黄圆：3/16黄皱：3/16绿圆：1/16绿皱 实际观察数： 315： 101： 108： 32解释：二、自由组合定律 位于不同染色体上的两对或两对以上的非等位基因，配子形成时，同一对基因各自独立地分离，分别进入不同的配子，不同对基因则自由组合，一般:F1配子分离比为1:1:1:1;F2基因型比为 (1:2:1)2;F2表型比为 (3+1)2=9:3:3:1 自由组合律的实质： 配子形成时非同源染色体自由组合三、自由组合定律的测交验证F1: 黄圆 (YyRr) 绿皱亲本(yyrr)F1配子 ： YR Yr yR yrP 配子： yr YyRr Yyrr yyRr

13、 yyrr 黄圆 黄皱 绿圆 绿皱比例： 1 ： 1 ： 1 ： 1实际观察数： 55 ： 49 ： 51 ： 52四、自由组合定律的推广-多基因杂种N（N3)对基因杂种的遗传分析： 杂种一代（F1)的配子类型为2n种， 子二代（F2)的基因类型数为3n种， 分离比为 (3+1)nFormation of P1 and F1 gametes in a trihybrid cross. 多对基因的杂交五.自由组合定律的意义和应用1)自由组合定律广泛存在，如蜜蜂的腐臭病。 2)使生物群体中存在着多样性，使得生物得以生存和进化 ;3)可应用于育种。 小麦品种A 小麦品种B (抗霜+,抗锈-） (抗霜

14、-,抗锈+） 小麦品种C (抗霜+,抗锈+） 第三节、遗传学数据的统计学处理一概率的概念 概率（probability） P（A）：A事件发生的概率。二 .概率规则 1. 相乘定律： 独立事件: (independent events) P(AB) = P(A) P(B) 2相加定律 互斥事件（matually exclusive events） P(A或B) = P(A) + P(B)三. 概率的计算和应用 1.棋盘法（Punnett square） 2.分枝法（branching process） AAbbCc aaBbCc AAaa bbBb CcCc 1CC= 1AaBbCC 1Bb

15、2Cc= 2AaBbCc 1cc= 1AaBbcc Aa 1CC= 1AabbCC 1bb 2Cc= 2AabbCc 1cc = 1Aabbcc Generation of the F2 trihybrid phenotypic ratio using the forked-line method. 3利用概率来计算 AA Bb cc DD EeAa Bb CC dd Ee P AAAa BbBb ccCC DDdd EeEe 要求的基因型 AA BB Cc Dd ee 概率 P = 1/2 1/4 1 1 1/4 = 1/32要求的表型 A B C D e 概率 P = 1 3/4 1 1

16、1/4 = 3/16 四 .二项分布和二项展开法1. 对称分布： 第一个 第二个 概率 分布 孩子 孩子 男 男 1/21/2=1/4 P(pp)=1/4 男 女 1/21/2=1/4 2P(pq) = 1/2 女 男 1/21/2=1/4 女 女 1/21/2=1/4 P(qq)=1/4 (p+q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1/4 1/2 +1/4， 分布是对称的。2、不对称分布第一个 第二个 概率 分布孩子 孩子正常 正常 3/43/4=9/16 P(pp)=9/16正常 患儿 3/41/4=3/16 2P(pq)=6/16患儿 正常 3/41/4=3/16患儿 患儿 1/4

17、1/4=1/16 P(qq)=1/16 3.计算单项概率 用于分析两对立事件(非此即彼)在多次试验中每种事件组合发生的概率。设A、B为对立事件，P(A)=p, P(B)=q，可得: P(A+B)=p+q=1；设：n为试验次数；x ：在n次试验中A事件出现的次数；n- x ：在n次试验中B事件出现的次数； 组合公式: n!/x! (n-x)! pxqn-x 正常 白化 n!/x! (n-x)! pxqn-x P 4 0 1(3/4)4(1/4)0 81/256 3 1 4(3/4)3(1/4)1 108/256 2 2 6(3/4)2(1/4)2 54/256 1 3 4(3/4)1(1/4)3

18、 12/256 0 4 1(3/4)0(1/4)4 1/256 五、适合度（goodness of fit)检验1.统计的标准:P0.05 结果与理论数无显著差异，实 得值符合理论值。P0.05 结果与理论数有显著差异，实 得值不符合理论值。P0.01 结果与理论数有极显著差异， 实得值非常不符合理论值。2、2（Chi square method）测验 E : 为预期值 O : 为观察值 (1) 2测验应用于大样本(2) 预期数不得小于5(3) 所取数值不用百分比表示。例：番茄杂交实验P: 紫茎缺刻叶(AACC)绿茎马铃薯叶(aacc)F1:紫茎缺刻叶(AaCc) 表型 基因型 观察数(O)

19、期望值(E)F2: 紫茎缺刻叶(A-C-) 247 255.4 紫茎马铃薯叶(A-cc) 90 85.1 绿茎缺刻叶(aaC-) 83 85.1 绿茎马铃薯(aacc) 34 28.4 总计 454 4542 = (Oi-Ei)2/Ei=1.71df=4-1=3, 2 2 0.05=7.82，统计差异不显著，说明实验结果符合自由组合定律，O与E的偏差是随机误差。查卡方表(表1.5)：自由度 N=2 1=1当 X2=10 P 0.01 有极显著差异，结果不符合理论比。当X2= 0.05 P 0.30 无显著差异，结果符合理论比。六、基因、环境与性状表型的关系（一）环境对基因控制性状的影响： 基因

20、型相同 表型不同 基因型不同 表型相同 基因型不同 表型不同反应规范基因型对环境反应的幅度，即在一定的环境条件下特定的基因型产生表型的可变性。结论：基因型是性状发育的内因，环境条件是性状发育的外因，表型是性状发育的现实，是基因型和环境相互作用的结果。 不利环境 表型异常 基因型异常群体 基因型正常群体 基因型，环境和表型三者的关系 （二）基因表达的差异外显率指一定基因型个体形成一定表型的百分率外显率如果是100%，称为完全外显;外显率低于100,称为不完全外显; 表现度在具有特定基因（型）且表现该性状的个体中，该性状的表现程度。如多指六、基因、环境与性状表型的关系一个多指的系谱（此系谱为不规则

21、遗传）完全外显：外显率等于100%不完全外显：外显率低于100%外显不全多指（polydactyly postaxial)(MIM 174200)11q31-q34I 1 2 3 4II 1 2 3 III 1 2 3 Marfan 综合征(Marfan syndrome)(MIM 134797)15q21.3I 1 2II 1 2 3 4 5 III 1 2 3 4 5 IV 1 2 3表现度不一致和不完全外显率是由于杂合子（Aa）中受到遗传背景（除A和 a 一对主基因以外的其它基因）和或环境因素的作用，影响致病基因A的表达。（三）一因多效与多因一效一因多效一个基因影响多个性状的发育，这种现

22、象称为一因多效。 单一基因表现多方面的表型效应，叫做基因的多效现象。说明基因的作用与生物整体的代谢有关。多因一效指一个性状受多对基因控制的现象。六、基因、环境与性状表型的关系-珠蛋白6号密码子的突变导致一因多效GAG(Glu)GTG(Val)血红蛋白A血红蛋白S正常溶解性溶解性较差，易结晶正常细胞镰形细胞小动脉和细血管堵塞氧缺乏感染多病学习障碍溶血贫血心衰脑受累肝损伤死亡 缬氨酸谷氨酸 稀氧状态下，HbS溶解度比正常血红蛋白低5倍HbS形成管状结构和凝胶化红细胞 镰刀形细胞膜不可逆的损害镰刀形细胞红细胞氧张力增加镰变时间过长造成严重的贫血镰形细胞被单核吞噬细胞清除不能通过微循环局部缺血缺氧急性

23、骨关节和腹部疼痛不同器官的病变 长期处于低度缺氧状态 刺激骨髓增生 地中海贫血面容 (额骨突出、两侧骨高、上腭骨外突使门牙外露 )脾脏肿大一是代偿造血，二是需要不断代谢掉有缺的红血球） 过度的骨髓增生骨折等并发症（骨骼皮质变薄）终身时常输血度日，最终死于肝脏纤维化和功能衰竭一因多效-地中海贫血即遗传异质性（genetic heterogenety）:同一性状或疾病具有不同的遗传基础。即表型相同而基因型不同的现象。如先天聋哑，控制先天聋哑的基因有32个。多因一效-先天聋哑 显性性状的表现完全显性不完全显性共显性（等显性） 分析水平与显隐性的关系 显性的表现与环境的关系内部环境条件对显性的影响外部

24、环境条件对显性的影响 七、显性的相对性 完全显性(complete dominance): 一对相对性状差别的两个纯合亲本杂交后，F1代的表型与亲本之一完全一样，这样的显性表现称完全显性。孟德尔所研究过的豌豆的7对相对性状中，显性基因都是完全的。 不完全显性概念：具有相对性状的纯合亲本杂交，其F1代表现出双亲性状的中间型。举例：卷羽鸡常羽鸡轻度卷羽 紫茉莉的红花白花粉色花。 地中海贫血 从临床症状轻重来看，杂合子OA病情是介于OO与AA之间 。 例:地中海贫血 杂合体（Aa）表型介于纯合体显性（AA）与纯合体隐性(aa)之间。该遗传方式称不完全显性遗传（incomplete dominant

25、inheritance）或半显性遗传（semidominant inheritance）。基因型者AAOAOO临床症状无症状病情较轻病情严重 共显性（等显性）概念：具有相对性状的纯合亲本杂交，其F1代表现出双亲的性状。举例：人类血型遗传 A、B、O血型： MN血型： MM NN MN 分析水平与显隐性的关系 如：豌豆性状的遗传：豌豆性状基因型显性表现种子形态RR Rr圆粒rr皱粒完全显性淀粉粒形态RR球形或卵圆形Rr二者兼有Rr多角形共显性观察水平基 因 型显性表现临床表现HbAHbA正常HbAHbS正常HbSHbS患病完全显性血球形态正常圆盘形 镰形镰刀形等显性又如：人类镰形贫血病的遗传：

26、镶嵌显性（mosaic dominance）鞘翅瓢虫（Harmonia axyridis）内环境的影响：有角羊无角羊 公羊有角+母羊无角外环境的影响：兔腹内脂肪有黄脂和白脂之分，白脂兔体内含有分解食物中黄色素的酶，而黄脂兔则无此酶，这是它们的遗传差异。但若将饲料中的黄色素去掉，则黄脂兔的腹脂也表现白色。 显性的表现与环境的关系 人类的伴性遗传 人体的伴性遗传( sex-limited inheritance )：常染色体上的基因，由于基因表达的性别限制，只在一种性别上表现，而另一种性别完全不能表现。如子宫阴道积水（hydrometrocolpos） AR 女性基因纯合子表现相应症状，而男性纯合

27、子不表现该性状，但基因可向后代传递。前列腺癌致死基因的作用可发生在生物个体发育的任何阶段！致死基因概念：致死基因能使个体致死的基因就叫致死基因。隐性致死致死基因纯合后才使个体致死的现象(如地中海贫血、镰形细胞贫血HbSHbS)。显性致死又叫杂合致死，指凡含有致死基因的个体就死亡的现象(单基因显性遗传)。配子致死在配子期致死。合子致死在胚胎期或生后期致死(如黄鼠AY基因胚胎期)。 致死基因的发现 Cuenot于1907年左右发现，家鼠中黄色鼠不能真实遗传，无论黄鼠与黄鼠交配还是黄鼠与非黄鼠交配，其后代均出现性状分离 。 黄鼠AY基因的致死作用发生在胚泡植入子宫壁后不久，对胚泡的滋养层发生不得影响

28、，导致胚胎死亡。 实验一 实验二黄鼠非黄鼠 黄鼠黄鼠黄鼠 非黄鼠 黄鼠 非黄鼠2378只 2398只 2386只 1235只 1 1 2 1 推 测黄鼠AYa 黄鼠AYa 1AYAY2Aya1aa 致死 黄鼠 黑鼠 复等位基因等位基因与复等位基因的概念复等位基因数目与基因型的关系有显性等级的复等位基因等显性的复等位基因 等位基因与复等位基因的概念等位基因二倍体生物中，位于同源染色体相同基因座位上，以不同方式影响同一性状的两个基因。复等位基因指在群体中，占据同源染色体相同基因座位的两个以上的等位基因。就二倍体而言，任何个体只含有复等位基因中的两个，复等位基因只能以群体为基础来描述。 复等位基因的

29、数目 与基因型的关系基因型数：若复等位基因数为N，可产生的基因型数为：表型数完全显性时：有N个复等位基因就有N种表型共显性时：表型数目基因型数目 有显性等级的复等位基因如：控制兔毛色遗传的四个复等位基因CCchChc。C：全色基因，表现全灰或全黑Cch：青紫蓝基因，表现银灰色Ch：喜马拉扬基因，表现八黑c：白化基因，表现为白色毛、淡红色眼表 型基 因 型纯 合杂 合全 色CCC Cch，C Ch，Cc青紫蓝Cch CchCch Ch，Cchc喜马拉扬Ch ChChc白 化cc无 等显性的复等位基因如：控制人类ABO血型的基因，有三个复等位基因IA、IB和i， IAIBI由这三个复等位基因组成的

30、基因型及表型见下表：血型（表型）基因型AIAIA，IAiBIBIB，IBiABIAIBOii 植物的自交不亲和性 在一些异花授粉植物中，自交或相同基因型个体之间交配，由于产生拮抗作用，都不能正常受精结实，只有不同基因组合的雌雄配子之间才能正常受精结实，这种现象称为自交不亲和。 基因互作互补基因指不同的（或非等位的）基因相互作用， 控制（或影响）某一单位性状的遗传发育的现象。累加效应概念：指两对或两对以上基因互作时，显性基因对数累积愈多，性状表现愈明显的现象。 就两对基因而言，当两种显性基因同时存在时，表现一种性状；当两种显性基因单独存在时，分别表现相似的性状；当两种显性基因均不存在时，则表现另

31、一性状。其F2代性状的分离比数是961。如猪毛色的遗传。P1：某系杜洛克猪棕色毛 Aabb 另一系杜洛克猪棕色毛 aaBBF1： 红色（AaBb）F2基因型：9A-B-（红） 3 A-bb（棕）3 aaB-（棕） 1 aabb（白）F2表型比例： 9 红色 ： 6 棕色 ： 1 白色重叠作用两种或两种以上不同的显性基因对表型产生相同的影响，只要有一个显性基因存在，性状就得以表现，各基因座均为隐性纯合子时，表现另一性状，基因的这种互作方式称为重叠作用。F2代表型比例为151。 抑制作用 inhibition effect 指一对基因本身不表现性状，但当其处于显性纯合或杂合状态时， 却能够使另一对显性基因不能起作用，这种基因互作类型称为抑制作 用。起抑制作用的基因称为抑制基因(suppressor) 。如：控制鸡羽色的两对基因I抑制基因i无表型基因C有色羽基因c白色羽基因抑制效应（suppression effect） I 抑制 白色羽 C 有色羽 C 抑制效应的生化机制上位作用概念：两对基因同时控制一个单位性状的发育，其中一对基因对另