细胞生物学生命与繁衍的保证

1、第六讲 遗传与变异生命与繁衍的保证概要一、繁殖二、遗传三、变异四、肿瘤与遗传五、遗传与优生一、繁殖1、无性繁殖（asexual reproduction）不涉及性别，没有配子参与，不经过受精过程，由母体形成新个体的繁殖方式。优点：容易繁殖子代与亲代相同缺点：没有变异，难以进化裂殖（fission） 裂殖 一个有机体分裂成两个完整的有机体单细胞生物最常见的一种生殖方式有机体的细胞质和细胞核分裂为两个相同的有机体出芽生殖（budding）出芽生殖 从母体上长出新芽，由芽发育成新个体。母体将细胞核均匀分割，但是细胞质非均匀分割出芽生殖方式广泛存在水螅出芽生殖酵母出芽孢子生殖（spore format

2、ion） 孢子生殖：从母体繁殖出单一细胞藻类、真菌及其他低等植物的主要繁殖方式再生在生是生物修复机体损失的一种生理过程植物中普遍存在的现象2、有性生殖通过两性细胞（配子，如精子、卵子）融合为一，成为合子（受精卵），发育成新一代的生殖方式。性细胞通过减数分裂产生亲体细胞减数分裂卵子、精子受精受精卵有丝分裂子代细胞二、遗 传遗传：生物世代间的延续。变异：生物个体间的差异。 生物进化的保证遗传学：研究生物的遗传与变异的学科。1、遗传的物质基础细胞染色体DNADNA的复制传代的基础从DNA到 蛋白质DNA前体RNAmRNA多肽链表现性状的基础转录翻译三联密码遗传密码子具有以下基本特点（1）每个密码子三

3、联体(triplet)决定一种氨基酸；（2）两种密码子之间无任何核苷酸或其它成分加以分离，即密码子无逗号;（线性、序列性）（3）密码子具有方向性，例如AUC是Ile的密码子，A为5端碱基，C为3端碱基。因此密码也具有方向性，即mRNA从5端到3端的核苷酸排列顺序就决定了多肽链中从N端到C端的氨基酸排列顺序;（4）密码子有简并性(degeneracy)一种氨基酸有几个密码子，或者几个密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。除了Met和Trp只有一个密码子外，其它氨基酸均有二个以上密码子，例如Arg有6个密码子。（5）共有64个密码子，其中AUG不仅是Met或者fMet(在原核细胞)的密码子

4、，也是肽链合成的起始信号，故称AUG为起始密码子。UAA、UAG和UGA为终止密码子，不代表任何氨基酸，也称为无意义密码子。（6）密码子有通用性，即不论是病毒、原核生物还是真核生物密码子的含义都是相同的。转录开始转录终止翻译转录中心法则：基因的概念 基因是一段有功能的DNA（RNA）片段 基因位于染色体上 基因决定生物 性状、发育、 代谢和免疫 状态等等位基因 等位基因 位于同源染色体同一位置的基因 等位基因决定生物体的某一性状 在一般情况下，一个基因只有两种等位形式。其中一个起决定作用， 为显性；另一个为隐性。 复等位基因：有3种或更多种等位形式。但是在每个个体最多只能有两种形式。例如：A,

5、 B, O血型的多等位基因.基因表达调控基因表达调控的层次染色质水平上的调控 转录水平上的表达调控 转录后调控 翻译水平上的调控蛋白质合成后加工原核基因调控 转录和翻译在同一时间和空间内发生 基因表达的调控主要发生在转录水平上通过转录调控，以开启或关闭某些基因的表达来适应自然环境的变化 例如：大肠杆菌利用营养物质。葡萄糖正常情况下乳糖需要-半乳糖苷酶分解乳糖，形成葡萄糖和半乳糖。如果环境中只有乳糖可以利用，则-半乳糖苷酶的基因就必须表达，从而合成这种酶。如果环境中有葡萄糖可利用，则-半乳糖苷酶的基因就应该关闭。 真核基因调控转录和翻译过程在时间和空间上彼此分开转录和翻译后都有复杂的信息加工过程

6、基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上 瞬时调控(可逆性调控 )对环境条件变化所作出的反应发育调控(不可逆调控 )真核基因调控的关键部分决定真核细胞的生长、分化、发育的全部进程 遗传的染色体基础（1）在体细胞中，染色体成对出现，遗传基因也成对出现（等位基因）；（2）在配子中，每对同源染色体只剩一条，等位基因只有一个；（3）成对同源染色体中一条来自于父本，一条来自于母本，同一对等位基因中亦有一个来自于父本，一个来自于母本；（4）染色体能够复制，代代相传；（5）同源染色体在减数分裂时发生分离，等位基因在形成配子时亦发生分离；（6）非同源染色体在减数分裂时自由进入子细胞，非等位基因在形成配子时则独

7、立进行分配；（7）单倍染色体的配子通过受精恢复为二倍体合子。2、孟德尔定律 G.Mendel，奥地利修道士，1822年1884年，现代遗传学的奠基人。1857年开始豌豆遗传实验，8年后公布的研究成果，1866年发表了“植物杂交实验”的划时代论文。 否定了当时流行的所谓融合遗传，确定了遗传物质的存在和遗传学的两个基本规律：分离律和自由组合律。 1900年，研究才引起遗传学家、育种家的高度重视。 孟德尔分离律花的颜色由一对等位基因控制A 红色，显性 a 白色，隐性 基因型 表型AA（纯合）红花aa （纯合）白花Aa （杂合）红花单因子杂交试验P:AA X aa F1: Aa F2: AA- 1/4

8、 aa 1/4 Aa(aA) 2/4 红花：AA+Aa(aA) = 3/4 白花：aa = 1/4P:红花 X白花 F1: 红花 F2 705红花 : 224白花705: 2243:1分离律： 一对等位基因在杂合状态下（Aa），互不干预，保持独立性，在形成配子时各自（A或a）分配到不同的配子中去。子一代配子分离比为 1 ：1子二代基因型分离比为 1：2 ：1子二代表型分离比为 3 ：1孟德尔分离律图示 孟德尔自由组合律研究两对或多对相对性状的遗传 基因之间的相互影响非等位基因的自由组合双因子杂交试验 实验材料：圆形黄色种子，皱缩绿色种子P:圆黄 X皱绿 F1:圆黄 F2: 圆黄 皱黄 圆绿 皱

9、绿 315 : 101 : 108 : 32等位基因1：W-圆 w-皱; 等位基因2：G-黄 g-绿P:WWGG X wwgg配子: WG wgF1: WwGg配子: WG Wg wG wG F2: 各类表型比 9 : 3 : 3 : 116种组合WxGx 9 圆黄wwGx 3 皱黄Wxgg 3 圆绿wwgg 1 皱绿3、连锁与交换定律(摩尔根)位于同一条染色体上的基因连在一起伴同遗传的现象称为连锁（linkage） 基因不能随意组合第一对等位基因第二对等位基因实验材料：果蝇野生果蝇 灰色（B），长翅（V）。突变体 黑色（b）或短翅（v）。P: （雄）BBvv X bbVV （雌）配子： Bv

10、 bV 受精 F1: BbVv（灰色长翅） X bbvv（黑色短翅）配子： BV Bv bV bv bv 受精 BbVv Bbvv bbVv bbvv结论： Bv连锁（灰色与短翅连在一起） bV连锁（黑色与常翅连在一起）交换处于同一染色体上的基因具有连锁关系，但是也可以发生交换。两个基因距离越近，交换机会越小； 距离越远，交换频率越大 遗传图谱 连锁图谱Fruit Fly, Drosophila melanogaster, (SEM X60). 染色体4对，形态各不相同，容易区别。基因组长1.8108bp，有12000个基因。推测人类80%的人类基因与之有同源性。已发现100余个人类疾病基因在

11、果蝇中发现。 4、摩尔根的伴性遗传最初研究的目的：将遗传因子（基因）定位在特定染色体上伴性遗传试验野生果蝇眼睛为红色偶然发现一只雄性白眼（突变）P: 红眼（雌） X 白眼（雄） F1: 全部红眼 （自交）F2: 红眼 : 白眼 3 ：1（雌：全红； 雄：红- 50%，白 50%）结论：控制眼色的基因位于染色体X上，红色是显性的，白色是隐性的，而在染色体Y上没有等位的基因。雌：XX- 显性雄：XY- 可隐性由性染色体上的基因决定的性状在遗传时与性别是联系着的，就是sex-linked inheritance 。人约有80种性状是伴性遗传的。红绿色盲、血友病等。男性的患病率较高。5.性别决定性染色

12、体决定性别型： 雌：XX; 雄:XY雄性有两个异型性染色体。 人类，哺乳动物，果蝇等；型：雌：ZW; 雄: ZZ雌性有两个异型性染色体 鸟类，蝴蝶等；型: 雄性只有染色体， 蝗虫：雄性是， 雌性是 1。单倍体决定性别蜜蜂: 雄性为单倍体(n),由未受精卵发育而来, 无父亲; 雌性为二倍体(2n),由受精卵发育而来环境决定:珊瑚岛鱼: 在30-40条左右的群体中,只有一条为雄性,当雄性死后,由一条强壮的雌性转变为雄性.基因决定性别:玉米雌雄同株 雌花序由Ba基因控制; 雄花序由Ts基因控制;三、生物的变异染色体的畸变基因突变单基因病多基因病1、染色体畸变 染色体的数量畸变（1）非整数畸变单体性（

13、2n-1） 某同源染色体少一条 绝大多数不能成活缺体性（2n-2） 缺失一对染色体三体性（2n+1）某同源染色体多一条多体性（2n+x）某同源染色体多若干条（2）整数倍畸变多倍体：3n、4n 多见于植物中染色体数目或结构改变染色体结构畸变（1）缺失 染色体少了某一片段 通常是致死的（2）重复 染色体上多出了一段（3）倒位 染色体内部结构的顺序发生颠倒（4）易位 染色体断裂，断裂片断接到其他地方染色体的数量变异无籽西瓜染色体的数量变异Down氏综合症（21号染色体三体）又叫先天愚型Down氏综合症群体发病率1/800。症状:多器官组织异常。头颅小而圆，枕部扁平，脸圆而平，鼻梁扁平，眼距过宽，眼裂

14、小，舌常外伸并有舌裂，掌纹异常，通常有通贯掌 “蒙古样痴呆”；生长迟缓，智力低下，多数有心脏病，无生育能力或生育能力低下。病因：47,XX/XY;+21；第21号染色体多一条47，XY；+21Down氏综合症与母亲年龄的关系母亲20岁时约2000新生儿中有一例患者；30岁前略有增加35岁以后约300例中有一个患者；40岁后100例中有一例；45岁后50例中有一例。染色体的结构变异猫叫综合症： 第5号染色体短臂缺失一部分，患儿哭声类似猫叫，耳位低下，面部表情似很机灵，但实则智力低下非常严重（IQ常低于20）。发病率：1:50,000猫叫综合症： 性染色体异常数目异常结构异常 性染色体数目异常Kl

15、inefetter综合症(克氏综合症，先天性睾丸发育不全)发病率：1/850临床症状：外貌男性,睾丸萎缩,男性第二性征发育差，有女性化表现，如无胡须、体毛少、皮肤细嫩、乳房发育，不育，部分智商低，有些有精神异常。 身高180cm 占1/260; 染色体组成: 47, XXY 在男性不育中占1/100Turner综合症（特纳综合症，性腺发育不全，先天性卵巢发育不全综合症）发病率：1/25005000临床症状：外貌女性，个矮（1.3米左右）第二性征发育不良，原发性闭经，面呈三角形，口角下旋呈“鲨鱼样嘴”肘外翻，颈部发际很低，多数有颈蹼，胸宽平如盾，35%有心血管病，智力低下或正常。 性染色体数目异

16、常染色体组成：45, X0Turner综合症患者超雄：XYY或多个Y个体，发病率1/900临床症状：身材高大，生育力下降，易于兴奋，易感到欲望不满足，自我克制力较差。 性染色体数目异常多X女性:表现为女性, 眼距宽,外生殖器及第二性征多正常,有的月经失调,类似21三体,智力发育迟缓. 性染色体数目异常 基因突变的特性（1）随机性（2）突变的多方向性和复等位基因一个基因可能存在多种突变体（3）稀有性（4）可逆性2、基因突变 基因突变的类型（1）碱基置换突变（2）移码突变（由碱基插入或删除引起）诱发基因突变的因素 常见的诱变剂有： 1） 物理诱变X-射线 -射线 紫外线 2） 化学诱变苯、亚硝酸盐

17、、 3） 生物诱变病毒基因突变与性状改变基因突变血红蛋白链基因突变基因突变血红蛋白链基因突变3、基因与性状显性基因 显性性状隐性基因 隐性性状共显基因 共显性状 性状是由基因与环境共同作用的结果.（1）常染色体上基因显性基因的遗传:人类耳垂 AA、Aa: 有耳垂 aa: 无耳垂显性基因的遗传:人类多指显性基因的遗传:软骨发育不全症常染色体显性遗传病的特点患者一般携带一个致病基因子代的患病概率为1:1传代过程中与性别无关，男女患病率一致。常染色体隐性基因的遗传:白化病先天性聋哑先天性高度近视白化病遗传白化病常染色体隐性遗传病的特点患者的一对等位基因必定都是致病基因患者双亲为携带者杂合子患者的兄弟

18、姐妹中的患病概率为1:3患病概率和传代过程与性别无关，男女患病率一致。（2）性染色体上基因伴性遗传：决定性状的基因位于性染色体上 连锁显性遗传连锁隐性遗传 Y连锁遗传连锁的显性遗传控制某形状的基因位于染色体X上，且为显性 等位基因：XA Xa A 显性症状（母） （父） aa A0 （0代表Y染色体上无对应基因） 女儿：表现 A 症状（父传女）儿子：不表现 A 症状连锁的显性遗传病特点患者一般携带一个致病基因；若女方为患者，其子女患病的概率为1:1，且子女中男女患病概率为1:1；若男方为患者，其子女患病的概率为1:1，但患者均为女性。连锁的隐性遗传控制某形状的基因位于染色体X上，且为隐性 女性

19、在纯合下表现症状 Xa Xa 男性在 Xa Y 时表现症状 有病的人大都是男性 男性患者的子女都正常，但是其外孙可能发病X连锁的隐性遗传病特点群体中男性患者多于女性患者；女性必定携带两个致病基因才可发病，男性携带一个致病基因就足以发病；女性携带者的子女中的患病率为1:3，且为男性；男性患者的子女中儿子均正常，女儿均为携带者，致病基因可由其女儿传给外孙，即隔代遗传；Y 连锁遗传控制某形状的基因位于染色体Y上 遗传规律： 父传子，子传孙，全男性遗传； 女性不会出现相应的遗传性状或疾病。连锁的显性遗传病：抗维生素性佝偻病X连锁的隐性遗传-色盲X连锁的隐性遗传-血友病Y连锁遗传(限雄遗传)人类的耳道长

20、毛症从性遗传: 常染色体上的基因，表现受个体性别的影响。人类的秃顶： 男性显性，女性隐性。性反转 基因与性别畸形男性阴阳人： 具有正常男性的染色体组成（46，XY)。外观多呈女性，不育。病因: 雄性激素受体基因突变.女性阴阳人: 第二性征多呈男性。病因: 基因突变导致雄性激素产生。4、多基因遗传 数量性状受环境的影响甚为明显。环境引起的变异一般只表现于当代，不能连续。遗传变异是可以遗传的。遗传变异对数量性状的作用，用遗传率来表示： 遗传变异 遗传率（%）= - X 100% 总变异（遗传变异+环境变异）遗传率高说明群体的变异主要是由遗传变异引起的。遗传率人类一些性状与疾病的遗传率 性状 遗传率 疾 病 群体发病率 遗 传率 （%） （%） （%）身高 81 唇裂+腭裂 0.17 76体重 78 糖尿病 0.2 75智商 80 精神分裂症 1.0 80语言能力 68 哮喘 4 80计算能力 12 高血压 4-8 62 四、肿瘤与遗传家族息肉型大肠癌视网膜母细胞瘤癌家族指一个家系中恶性肿瘤的发病率高，发病年龄早，通常按常染色体显性方式遗传。家族性癌指一个家系中多个成员患同一种肿瘤与肿