安徽大学遗传绪论

1、遗 传 学（Genetics）1教材及教学参考书刘祖洞主编：遗传学 (上，下) 高等教育出版社 第二版 1991王亚馥，戴灼华：遗传学 高等教育出版社 1999徐晋麟，徐 沁，陈 淳编著：现代遗传学原理 科学出版社 2001年孙乃恩，孙东旭，朱德煦：分子遗传学 第二版 南京大学出版社 1997杜传书，刘祖洞：医学遗传学 第二版 人民卫生出版社 1989吴乃虎编著：基因工程原理，(上，下)，第二版，科学出版社，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 第一节 什么是遗传学？ 生命的特点: 生殖或繁殖。 1). 遗传(heredity)：亲代与子代相似的现象叫做遗传

3、。 2). 变异(variation)：亲代与子代之间，子代个体之间， 总是存在着不同程度的差异，这种现象就是变异。 3). 遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大 因素： 遗传+ 变异+ 自然选择 形成物种 遗传+ 变异+ 人工选择 动、植物品种 4)遗传和变异的表现与环境不可分割。绪言3遗传与变异之间的关系: 遗传是相对的、保守的；变异是绝对的、发展的。没有遗传，不可能保持性状和物种的相对稳定性；没有变异，不会产生新的性状，就不可能有生命的进化和生物的多样性，在生产实践中也不会有新品种的选育。 遗传和变异是生命运动中的一对矛盾。41. 研究生物遗传与变异的现象及规律的科学。 遗传学与

4、生命起源和生物进化有关。2. 是研究生物体遗传信息和表达规律的科学： 解决问题：物种 代代相传；性状 遗传。3. 是研究和了解基因本质的科学： 遗传物质是什么？ 遗传物质 性状？遗传学研究的内容：5遗传学研究的任务：(1)阐明：生物遗传和变异现象 表现规律；(2)探索：遗传和变异原因 物质基础 内在规律；(3)指导：动植物和微生物育种 提高医学水平。6遗传学是现代生命科学的核心，是生物技术的支柱。78为什么说遗传学是生命科学的核心？遗传学的基本原理适于所有生命；所有关于生命体的形态、生理、生化和行为特点皆根本上由基因决定；任何一门生物学科都不能离开遗传学而独立发展；对一门学科的更深入理解离不开

5、遗传学。9遗传学的分支按研究的层次分类： 群体遗传学(Population genetics) 宏观 即进化遗传学或种群遗传学 数量遗传学(Quantitative gentics) 细胞遗传学 (Cytogenetics) 核外遗传学 (Extranuclear G.) 微观 即细胞质遗传学(Cytoplasmic G.) 染色体遗传学(Chromosomal G.) 分子遗传学(Molecular genetics)10按研究对象分类： 人类遗传学 (Human genetics) 动物遗传学 (Animal genetics) 植物遗传学 (Plant genetics) 微生物遗传学

6、(Microbial genetics)按研究范畴分类： 发育遗传学 (Developmental genetics) 行为遗传学 ( Behavioral genetics) 免疫遗传学 (Immunogenetics) 药物遗传学 (Pharmacogenetics) 遗传学的分支11 毒理遗传学 (Toxicogenetics) 辐射遗传学 (Radiation genetics) 肿瘤遗传学 (Cancer genetics) 医学遗传学 (Medical genetics) 血型遗传学 (Blood group genetics) 生化遗传学 (Biochemical genetic

7、s)应用学科： 生物工程学 (Biotechnology) 优生学(Eugenics) 育种学(工业微生物、农、牧和水产) 遗传学的分支12第二节 遗传学的发展史一在孟德尔以前及同时代的一些遗传说 1.公元前五世纪希波克拉（Hippocrates）提出了第一个遗传理论。 他认为子代具有亲代的特性那是因为在精 液或胚胎里集中了来自身体各部分的微小代表元素(elememt)。132. 100年后，亚里斯多德（Aristotle）认 为:精液不是提供胚胎组成的元素，而 是提供后代的蓝图。生物的遗传不是通 过身体各部分样本的传递，而是个体胚 胎发育所需的信息传递。3. 1809年拉马克（Lamarck

8、, J.B）提出了 “ 用进废退”的进化论观点，由此而得出 获得性状（acquired characteristics） 是可以遗传的。144. 1866年达尔文（Darwin）提出了泛生论（hypothesis of pangenesis），认为身 体各部分细胞里都存在一种胚芽或 泛子（pangens）5. 1883年法国动物学家鲁.威廉（Roux.W） 提出有丝分裂和减数分裂过程的存在可 能是由于染色体组成了遗传物质，同时 他还假定了遗传单位沿着染色体丝作直 线排列。156. 德国的生物学家魏斯曼（Weismann A） 做了连续22代剪断小鼠尾巴的实验，否 定了泛生论。 1883和188

9、5年他将Roux, W.理论发展成 为完整的遗传和发育的理论种质论 （germplasm theory）,认为多细胞生物 可分为： 种质（germplasm）：独立,连续, 能产生后代的种质和体质。 体质（somatoplasm):体质是不连 续的，不能产生种质。16二遗传学的诞生1797年英国的奈特（Knight，T） 豌豆杂交实验： P 灰色白色 F1 灰色 F2 灰色 白色 但未统计分析，只发现了这一现象。17 1863年法国的诺丹（Nauding） 发表了植物杂交的论文并获法国政府的 奖励。他认为：（1）植物杂交的正交和反交结果是相同的；（2）在杂种植物的生殖细胞形成时“ 负 责遗传性

10、状的要素互相分开，进入不 同的性细胞中，否则就无法解释杂种 二代所得到的结果”181865年当时属奥地利的布隆（Brunn）基督教修道院的修士格里高孟德尔（Gregor Johann Mendel），根据他8年植物杂交实验的结果，2月8日在当地的科学协会上宣读了一篇题为“植物杂交实验”的论文，1866年正式发表在该协会的会刊上。 孟德尔临终前说：“ 等着瞧吧，我的时代总有一天要来临”19202122 孟德尔定律的二次发现 荷兰阿姆斯特丹大学的教授狄夫瑞斯（de Vries）德国土宾根大学的教授科伦斯（Correns,C.E）奥地利维也纳农业大学的讲师切尔迈克（Tschermak）1900年分别

11、同时发现了孟德尔的业绩。 狄夫瑞斯：进行了见月草杂交试验，发现F2的分离比为3:1。 1900,3,26日其论文“ 杂种分离法则” 发表在德国植物学会杂志(18)83-90;和法国科学院的纪事录(130)845-847。狄夫瑞斯曾从L.H拜莱的植物育种中查到孟德尔的工作。他在德文版中提到了孟德尔的工作，但在法文版中却只字未提。23科伦斯于1900,4,21日阅读狄夫瑞斯法文版的论文，发现其结论和自己的实验结果相同，尽管文中未提到孟德尔，但科伦斯已从老师未格里处知道了孟德尔的工作，于是他撰写了“ 杂种后代表现方式的孟德尔法则” 一文，1900,4,24日发表在德国植物学会杂志(18)158-16

12、8。这对重新发现孟德尔法则起了重要的作用。24切尔迈克也作了豌豆杂交试验，发现了分离现象，撰写了“ 关于豌豆的人工杂交”的讲师就职论文，清样出来后他读到了狄夫瑞和斯科伦斯的论文，于是急忙投寄论文摘要，于1900，6,24日也发表在德国植物学会杂志(18)232-239.三个人的工作都发表在德国植物学会杂志，都证实了孟德尔法则，这就是遗传学发展史上著名的孟德尔法则的重新发现。孟德尔法则的发现在学说界皆引起了一场激烈的论战: 牛津大学动物学教授韦尔登（Weldon） 剑桥大学的遗传学教授贝特森(Bateson)25贝特森先后创用: 遗传学（Genetics） 等位基因（allele） 纯合体（ho

13、mozygous） 杂合体（heterozygous） 上位基因（epistatic genes）26 1909年丹麦的科学家 约翰逊（Johannsen）创用了 基因 （gene） 基因型（genotype） 表型 （phenotype）遗传学的发展可分为四个时期：27第一个时期:细胞遗传学时期(19001940)1910年 摩尔根（Morgan ,T.H）及其 斯特蒂文特（Sturtevant） 弟子 布里吉斯（Bridges） 缪勒（Muller） 创立了连锁定律1927年 Muller X-射线诱发突变 基因是一个抽象的遗传因子，既是功 能单位，又是重组单位和突变单位28第二时期:微生

14、物遗传和生化遗传时期（19411960） 1941 Beadle和 Totum 提出一基因一酶学说 1944 Avery 确定遗传物质为DNA1951 McClintock B. 发现跳跃基因或称 转座1953 Watson和 Crick建立双螺旋模型1958 Kornberg 发现 DNA合成酶 在此期遗传的基本单位是顺反子（Cistrons） 291945: 薛丁谔（Sehrdinger,E） 生命是什么 (WHAT IS LIFE ? Cambridge Univ )“ 基因是活细胞的关键组成部分，要懂得什么是生命就必须知道基因是如何发挥作用的。”30第三时期:分子遗传时期(196119

15、85)1961: Jacob 和Monod建立乳糖操纵子模型1962 ，1968 Arber， 1978 Smith 发现限制 性酶1964，1965：Nirenberg，Khorana破译遗传 密码1972 Berg建立重组技术1975 Temin发现反转录酶311977 Sanger & Gilbert 建立测序方法1977 Sharp 和 Roberts 发现内含子 1980 Shapiro发现转座子1981 Cech和Altman 发现核酶1985 Mullis,K. 建立了PCR体外扩增技术。此期基因的概念是一段可以转录为功能性RNA的DNA，它可以重迭、断裂的形式存在，并可转座。

16、32第四时期: 基因组和蛋白质组时期(1986至今)1986 美 Dulbecco首次提出了“人类基因组 工程”1990 4月美国宣布人类基因组测序工作的5 年计划。1991 Stepken Fodor 把基因芯片的设想第一 次变成了现实.1992 10月美Vollrath D.等分别完成人类Y染 色体染色体的物理图谱.331993 10月 美国公布了19931995年的人类基 因组测序工作计划，并预计2005年完成 整个的测序工作。1995 Smith,H.O等第一个细菌基因组流感嗜 血杆菌(H.influenzae)全基因组序列发表。1995 12月美、法科学家公布了有15000个标记 的

17、人类基因组的物理图谱。1996 Dietrich W.F等绘制了小鼠基因组的完整 遗传图谱。1996 10月Goffeau等完成了酵母基因组的测序1996 DNA芯片进入商业化341997 Wilmut 完成了体细胞克隆1998 12月，第一个多细胞真核生物线虫的 基因组在Science上发表。 1999 Cate J.H第一次绘制出完整核糖体的 晶体结构，揭示了其中的很多细节。1999 国际人类基因组计划联合研究小组完成 了人类 第22号染色体测序工作。2000 3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因 组测序。 352000 完成了人类第21号染色体的测序2000 6,26 人类基因组草图发表2

18、000 12,14 英美等国科学家宣布绘出拟南 芥基因组的完整图谱2001 1,12 中、美、日、德、法、英等国科 学家 (Nature,15日) 和美国塞莱拉公司 (Science,16日) 各自公布人类基因组图 谱和初步分析结果。约3万基因。36遗传学发展的新动态1.基因组学(Genomics)2.后基因组学(Postgenomics)3.蛋白质组学(Proteomics)4.生物信息学(Bioinformatics) 定义为分子生物学和计算生物学的交叉. 包含三个重要的内容:(1)基因组信息学;(2)蛋白质的结构模拟;(3)药物设计.37第三节 遗传学的应用一、遗传学与农业 绿色革命即农

19、作物的品种改良。 我国60年代水稻矮秆育种，亩产由126公斤增加到300-400公斤。70年代的杂交水稻育种又使亩产增加到500公斤以上。最高的接近1000公斤。 美国洛克菲勒基金会的一个研究小组,1961年育成“墨西哥小麦”，亩产由60多公斤提高到200多公斤。38二、动物育种 产奶的现代Jersey Cow 和产肉的Shorthorn Cow与原始类型大为不同,而且相互之间也有很大差异。三、遗传学与医学： 人类约有3000种遗传疾病，15-20%的新生儿患有1至多种遗传病，其中很多可通过适当的生活方式或预防医学而得到避免。 优生学：Eugenics.39四、遗传与环境保护 环境中的理化因素引起遗传物质的变化。 毒理遗传学：用遗传学的方法研究环境因素对遗传物质的损害及其毒理效应的遗传学分支。 生物防治：例如热带、亚热带专性寄生的温血动物screw worm ,化学防治成本高且造成污染。1951年用X射线处理蛹,然后释放到自然界。五、发酵工业与微生物遗传学六、与进化论40第四节 当代遗传学特点理论扎实 技术领先实用性强 学科交叉41遗传学是一门处于发展巅峰时期的学科。目前遗传学前沿已从对原核生物的研究转向高等真核生物，从对性状传递规律研究深入到基因的表达及其调控的研究。42 随着基因组作图与测序计划的完成，预计基