遗传基因基因组及相关技术应用

基因、基因组与遗传赵志光

兰州大学生命科学学院现在是1页\一共有143页\编辑于星期日遗传现象heredity现在是2页\一共有143页\编辑于星期日突变现象mutation现在是3页\一共有143页\编辑于星期日组成生命体的化学物质糖类（单糖、多糖）氨基酸、蛋白质无机物（矿物质）核酸其他有机物（维生素、色素等）有机物遗传由什么物质决定？（基因是由什么物质组成的？）现在是4页\一共有143页\编辑于星期日第一部分基因和基因组现在是5页\一共有143页\编辑于星期日肺炎球菌实验体系1928年，英国FrederickGriffithS型肺炎球菌：有荚膜，菌落表面光滑，致病，肺炎R型肺炎球菌：没有荚膜，菌落表面粗糙，不致病现在是6页\一共有143页\编辑于星期日结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌这种生物分子或遗传物质是什么呢？现在是7页\一共有143页\编辑于星期日纽约洛克非勒大学研究所，纽约

从加热杀死的S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、脂类分离出来，分别加入到无害的R型肺炎球菌中，结果发现，惟独只有核酸可以使无害的R型肺炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌。1944年结论：DNA是生命的遗传物质OswaldAvery现在是8页\一共有143页\编辑于星期日AlfredHershey1908–19971965年获诺贝尔奖（研究病毒的复制和基因结构）MarthaChase1928–2003噬菌体实验体系现在是9页\一共有143页\编辑于星期日1952年，Hershey和Chase，病毒（噬菌体）放射性同位素35S标记病毒的蛋白质外壳，32P标记病毒的DNA内核，感染细菌。新复制的病毒，检测到了32P标记的DNA，没有检测到35S标记的蛋白质，DNA在病毒和生物体复制或繁殖中的关键作用。现在是10页\一共有143页\编辑于星期日DNA如何能稳定地传递遗传信息？（DNA的结构特点和半保留复制）现在是11页\一共有143页\编辑于星期日FrancisHarryComptonCrick1916

–2004用“中心法则”阐述遗传信息的传递JamesD.Watson1928-1962年诺贝尔奖（发现DNA的结构及其在生命中的传递规律）DNA双螺旋结构的发现现在是12页\一共有143页\编辑于星期日1953年4月8日，卡文迪许实验室（CavendishLaboratory）主管LawrenceBragg在比利时的一个蛋白质会议上宣布了Watson和Crick推导出DNA的双螺旋结构，但是新闻界没做任何报导。1953年4月25日，Watson和Crick将其研究结果发布在Nature上1953年5月14日，Bragg在伦敦GuysHospitalMedicalSchool再次报告了此事，newschronicle（新闻纪事报）的RitchieCalder写了一篇“WhyYouAreYou.NearerSecretofLife.“报导了此事。第二天纽约时报也报导了此事。DNA结构的阐明被一些学者称为20世纪最伟大的发现。现在是13页\一共有143页\编辑于星期日DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的。DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。现在是14页\一共有143页\编辑于星期日DNA双螺旋结构的生物学意义：精确复制现在是15页\一共有143页\编辑于星期日1958，Meselson和Stahl大肠杆菌15NH4CI为唯一氮源的培养液中生长若干代被15N标记的大肠杆菌转入14NH4CI为唯一氮源的培养液中完成第一代和第二代繁殖时，

分离DNA，密度梯度超速离心被15N标记的亲代双链DNA（记作15N/15N）密度大，在下部；14N/14N密度小，在上部；15N/14N在15N/15N和14N/14N之间DNA合成（复制）的同位素示踪实验现在是16页\一共有143页\编辑于星期日实验发现：被15N标记的亲代DNA离心后只有一条带，位于离心管下部；繁殖后第一代大肠杆菌的DNA离心后也只有一条带，分布于离心管中部；繁殖后的第二代大肠杆菌DNA离心后出现两条带，一条分布于离心管中部，另一条分布于离心管上部，证明新合成的DNA分子的两条多核苷酸链中有一条来自亲代DNA，一条则是新合成的。DNA的复制是以亲代的一条DNA为模板，按照碱基互补的原则，合成另一条具有互补碱基的新链，因此，细胞中DNA的复制被称为半保留复制FranklinWilliamStahl(1929-)MatthewStanleyMeselson(1930-)现在是17页\一共有143页\编辑于星期日DNA的复制发生在细胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先双螺旋的DNA可以同时在许多DNA复制的起始位点局部解螺旋并拆开为两条单链，如此在一条双链上可形成许多“复制泡”，解链的叉口处称为复制叉。现在是18页\一共有143页\编辑于星期日DNA的复制总是由5‘

向3’方向进行DNA的半保留复制保证了所有的体细胞都携带相同的遗传信息，并可以将遗传信息稳定地传递给下一代。现在是19页\一共有143页\编辑于星期日基因结构和选择性表达（遗传信息的转录）现在是20页\一共有143页\编辑于星期日核酸脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）rRNA（双链）（单链）tRNAsnRNAmRNAmiRNA…现在是21页\一共有143页\编辑于星期日转录：DNA上的遗传信息按照碱基互补原则传递到信使RNA上的过程现在是22页\一共有143页\编辑于星期日转录从哪里开始？到哪里结束？谁被转录？被谁转录？怎么转录？现在是23页\一共有143页\编辑于星期日真核生物基因的一般结构启动子：决定基因何时、何地、如何表达内含子：表达成蛋白之前被剪切掉，一个基因可以有0个或多个内含子外显子：决定基因表达成什么样的蛋白质DNARNA5’3’启动子外显子5’UTR3’UTR外显子5’UTR3’UTR转录内含子现在是24页\一共有143页\编辑于星期日启动子外显子转录起始点内含子5’UTR3’UTR现在是25页\一共有143页\编辑于星期日从mRNA到蛋白质（遗传密码的破译）现在是26页\一共有143页\编辑于星期日遗传信息是如何储藏在4种核苷酸中的？如何破译遗传密码？遗传密码的破译数学家、物理学家——逻辑运算或推导分子生物学家——？现在是27页\一共有143页\编辑于星期日1955年纽约大学Grunberg-Manago将核苷酸连接起来的酶形成RNA聚合体A连接成多聚A（polyA，A-A-A-A-A-A-A）polyCpolyGpolyUpolyAU问题：什么样的核苷酸组合可以被翻译成多肽片段？1960年Matthei31岁德国人美国国家健康研究所老板33岁的Nirenberg试管中合成多肽将ATP和游离的氨基酸加入到从细胞中提取的核糖体、核酸和酶的混合物中问题：哪一种RNA可促进多肽的合成？现在是28页\一共有143页\编辑于星期日对RNA高度敏感及时检测多肽合成的试管实验系统在试管中加入了ATP、游离的氨基酸、酶和核糖体及核糖体RNA——没有蛋白质的合成问题：需要其他带有遗传信息的RNA？列出200多种RNA，烟草花叶病毒RNA神秘的蛋白质MarianneGrunberg-Manago方法人工合成RNA加入不同的酶、核糖体、ATP、氨基酸加入polyU、polyA、polyAUpolyU产生了许多蛋白质问题：polyU主要利用了哪些氨基酸呢？现在是29页\一共有143页\编辑于星期日不同的氨基酸分别加入到polyU试管系统中5天通宵达旦星期六早晨，熬红了眼的Matthei得到了答案：polyU合成的肽链全部是苯丙氨酸（Phe）世界上破译第一个遗传密码的人问题：几个U决定一个苯丙氨酸的合成？现在是30页\一共有143页\编辑于星期日Nirenberg莫斯科第五届国际生物化学大会

不善于推销自己小组会上Meselson认为非同小可FrancisCrick全体大会上重新做学术报告问题：几个U决定一个苯丙氨酸的合成？Nirenberg全力组织其他遗传密码的破译Matthei回德国Nirenberg发现并定义了3个核苷酸为一个密码子决定一个氨基酸的翻译Khorana按需要连接任意核苷酸ACACACACACACACthr-his-thr-his链ACA——苏氨酸的密码子CAC——组氨酸的密码子现在是31页\一共有143页\编辑于星期日1966年，Nirenberg和Khorana全部遗传密码字典64个密码子61个负责20种氨基酸翻译，3个无义密码子Nirenberg和Khorana1968年诺贝尔奖现在是32页\一共有143页\编辑于星期日tRNA的作用现在是33页\一共有143页\编辑于星期日蛋白质的合成过程细胞中蛋白质的合成是一个严格按照mRNA上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程，这一过程称为mRNA的翻译。mRNA的翻译需要有mRNA、tRNA、核糖体、多种氨基酸和多种酶等的共同参与。翻译过程(即多肽链的合成)包括起始、多肽链延长和翻译终止3个基本阶段。现在是34页\一共有143页\编辑于星期日蛋白质折叠与疾病现在是35页\一共有143页\编辑于星期日是一种不同于细菌、病毒或类病毒的在分类上尚示定论的病原因子。其本质为由正常宿主细胞基因编码的、构象异常的蛋白质，称为朊蛋白(prionprotein,PrP)，目前尚未检出任何核酸成分，是人和动物的传染性海绵状脑病(transmissiblespongiformencephalopathies,TSEs)的病原体。朊毒体(prion)/传染性蛋白粒子/朊粒/朊病毒：现在是36页\一共有143页\编辑于星期日prion是一种不含核酸和脂类的疏水性糖蛋白，分子量为27～30×103，因此又称为PrP27～30。

两种不同的分子构型：细胞朊病毒蛋白(cellularPrP,PrPC)：三维结构具有42%的α-螺旋，3%的β折叠。存在于正常组织及感染动物的组织中，是正常基因的产物，通常情况下是无害的。对蛋白酶K敏感。羊痒疫朊病毒蛋白(scrapieprionprotein,PrPSC)：α-螺旋占30%，β折叠高达43%，仅存在于感染动物的组织中，与致病和传染有关。对蛋白酶K有抗性。现在是37页\一共有143页\编辑于星期日人类PrPC基因：位于第20号染色体的短臂上，有一个内含子和一个外显子，含单一的读码框。

PrP基因变异（多为重复片段的插入或点突变可导致传染性海绵状脑病。）

PrP的增殖机制，目前尚不清楚现在是38页\一共有143页\编辑于星期日疯牛病MadCowDisease/牛海绵状脑病现在是39页\一共有143页\编辑于星期日Kuru库鲁病:仅发生在巴布新几内亚东部高地的土著人中的一种进行性小脑退行性疾病。本病以寒战样震颠为突出的临床表现而得名。潜伏期漫长(4～30年),发病大多在6～9个月内死亡。以小脑共济失调为主要临床特征，患者早期出现发抖、震颤、发音困难、舞蹈症及肌阵挛等。晚期发展为痴呆，肢体完全瘫痪，最终因吞咽困难、衰竭、感染而死亡。现在是40页\一共有143页\编辑于星期日克-雅病(Creutzfeld-Jakobdisease,CJD):

人的传染性海绵状脑病。散发性患者病因不明，家族性CJD患者的prion基因常发生变异。医源性因素主要与医疗器械消毒不严、脑深部电极、角膜移植、器官移植或注射从尸体脑垂体提取的生长激素、促性腺激素等因素有关。我国也有报道。潜伏期15个月-40年。典型的临床表现为迅速进展的痴呆，肌阵挛，皮质盲，小脑共济失调，运动性失语，并迅速发展为半瘫、癫痫甚至昏迷，病人最终死于感染或自主神经功能衰竭，约90%的患者于1年内死亡。病理特征与库鲁病相似，以神经细胞变性、减少或消失，空泡形成，海绵状改变及出出淀粉样斑块为主。其中海绵状空泡化被认为是CJD的特征病理诊断依据。

现在是41页\一共有143页\编辑于星期日克-雅病变种(variantCJD,v-CJD)：一种新型的人类传染性海绵状脑病，1996年由英国CJD监测中心首次报导。本病与典型的CJD在好发年龄、临床特征、脑电图和病理等方面有明显变化，因此被认为是新变种(newvariantCJD,v-CJD)。进一步的研究结果显示，从这些病例中提取的PrPSC与来源于BSE的PrPSC的性质相同，患者脑组织的病理变化与BSE相似，从而表明v-CJD与疯牛病密切相关。现在普遍认为v-CJD的来源可能是人食物链中含有疯牛病的致病因子所致，但确切的致病机制尚不清楚。BSE和v-CJD的出现已受到国际社会的广泛关注。

现在是42页\一共有143页\编辑于星期日Scrapie羊瘙痒病:在欧洲已流行了近300年（第一个被发现的TSE）,感染动物表现为消瘦、步态不稳、脱毛、麻痹等，因病羊由于瘙痒而常在围栏上摩擦身体而得名，病死率极高。现在是43页\一共有143页\编辑于星期日DNADNARNA蛋白质遗传信息储存在核酸中；遗传信息由核酸流向蛋白质中心法则FrancisCrick1916

–2004现在是44页\一共有143页\编辑于星期日中心法则的补充

（反转录与反转录病毒）反转录（逆转录）是以RNA为模板合成DNA的过程现在是45页\一共有143页\编辑于星期日病毒RNARNA：DNA中间体逆转录酶RNA酶H双股DNA整合酶整合到宿主细胞染色体转录、翻译子代病毒非活化形式长期潜伏现在是46页\一共有143页\编辑于星期日病毒复制+ssRNA+ssRNA:-ssDNAssDNA:+ssDNA+ssRNA反转录HIV包膜糖蛋白刺突gp120与宿主细胞特异受体结合——膜融合进入细胞质——脱壳释出RNA现在是47页\一共有143页\编辑于星期日2、反转录病毒的共同特性⑴有包膜、球形，80-120nm。⑵基因组为二条相同的单正链RNA二聚体。⑶核心中有RNA依赖的反转录酶（具多聚酶和核酸内切酶功能）⑷复制特点：有独特的反转录过程，通过DNA中间体，整合于细胞染色体DNA。⑸有gag、Pol和env3个结构基因及数量不等的调节基因。⑹病毒有组织亲嗜性，以芽生方式释放现在是48页\一共有143页\编辑于星期日现在是49页\一共有143页\编辑于星期日现在是50页\一共有143页\编辑于星期日人类嗜T细胞病毒共有两种型别

HTLV-IHTLV-IIHumanT-cellLymphotropicVirus现在是51页\一共有143页\编辑于星期日基因在细胞内的存在形式（染色体）现在是52页\一共有143页\编辑于星期日现在是53页\一共有143页\编辑于星期日DNA测序技术和人类基因组计划双脱氧末端终止和凝胶电泳法现在是54页\一共有143页\编辑于星期日DNA测序技术的自动化改进：双脱氧末端终止和四色荧光标记现在是55页\一共有143页\编辑于星期日基因gene：基因是生命有机体的遗传单位基因是生命有机体中编码蛋白质或功能RNA的一段核酸（DNA或RNA）序列基因组genome：是一种生物整套遗传信息的总和什么是基因组(Genome)现在是56页\一共有143页\编辑于星期日这本书有23章（染色体）每一章有4800万-1亿5000万个字母（A/T/C/G）而且没有空格全书总共有约32亿个字母这本书装在只有针尖大小的细胞核内绝大多数情况下人体每个细胞至少装了一本这样的书，唯一的例外是血液中的红细胞，它们在发育过程中丢失了细胞核而没有基因组。如果把人类基因组看成一本书现在是57页\一共有143页\编辑于星期日部分生物基因组大小的比较物种类型物种名称基因组大小（bp数）备注病毒噬菌体MS23,569第一个测序的RNA基因组病毒HIV（艾滋病毒）9,749病毒Mimi病毒1,181,404已知最大的病毒基因组细菌流感嗜血杆菌1,830,000第一个完成基因组测序的生物（1995）变形虫无恒变形虫670,000,000,000最大的基因组（有争议）酵母酿酒酵母12,100,000第一个测序的真核生物（1996）植物日本马醉木150,000,000,000已知最大的植物基因组鱼非洲肺鱼130,000,000,000已知最大的脊椎动物基因组哺乳动物人3,200,000,000现在是58页\一共有143页\编辑于星期日概况：是一项旨在确定人类DNA上所有碱基序列并鉴定和定位人类基因组上20,000–25,000个基因的生理功能的国际性科学研究1989年由美国能源部生物与环境办公室长官AriPatrinos提出。1998年美国Celera公司也宣布开展独立的人类基因组计划研究人类基因组计划的主要工作由美国、英国、日本、法国、德国和中国等6国政府的大学和研究机构完成，人类基因组计划（HGP）现在是59页\一共有143页\编辑于星期日概况：政府的人类基因组计划为1990-2005年完成。实际2000年完成人类基因组计划工作草图，2003年完成和发表了全部框架图。2006年最后一条染色体的测序工作完成。人类基因组计划的初始目标是定位人类基因组单倍体的参考基因组（约30亿个碱基），一些组织和公司已经着手进行二倍体基因组的研究任何个体的“基因组”都是独特的（同卵双胞胎和克隆个体除外），定位“人类基因组”包括对每个变异基因的测序。人类基因组计划不包括此类工作，约有8%的人类异染色体没有测序。现在是60页\一共有143页\编辑于星期日启动阶段：1998年初HGP才完成约3％，1998年一季度HGP中一些科学家怀疑，原计划可能过于乐观。现在是61页\一共有143页\编辑于星期日公私并进格局：1998.5.9J.C.Venter等宣布，组建商业公司，投入3亿美元，计划3年内完成。1998.6.5Venter在Science上发表文章，论述人类基因测序新策略。他们计划装备新式测序仪230台，每天测序14万个碱基。第一年即可完30亿个碱基的99%，第2、3年进行拼接和填补。1998.8加州Incyte药物公司宣布投入2亿美元用于HGP。其他公司也宣布开展HGP研究现在是62页\一共有143页\编辑于星期日在公私竞争格局下的国际HGP研究：1998.10美国国家人类基因组研究所宣布HGP可提前2年,即在2003年完成。1999.12国际HGP联合小组宣布完整地破第22对染色体的遗传密码。2000.6完成并公布人类基因组工作草图。（2000.4塞莱拉公司宣布完成一名志者的完整遗传密码。）2001年2月16日人类基因组计划（HGP）完成同时发表两套报告（Science,Vol.291,No.5507，Nature,Vol.409,p.860）现在是63页\一共有143页\编辑于星期日HGP带来的影响：推动医学和生物技术的飞跃发展开拓新学科领域又有商机，又有知识产权问题对社会伦理的冲击现在是64页\一共有143页\编辑于星期日

1，推动医学和生物技术的飞跃发展

⊙新药开发

⊙个性化给药

⊙司法审判现在是65页\一共有143页\编辑于星期日

⊙新药开发

估计人类基因中可能成为

药物靶的的基因约为：10%

相当于基因数：3000个

若全世界100家

顶级制药公司来竞争

每家平均30个现在是66页\一共有143页\编辑于星期日

⊙新药开发

一些人们感兴趣的靶基因

致癌基因

抑癌基因

肥胖基因

支气管哮喘基因现在是67页\一共有143页\编辑于星期日

⊙个性化给药

个人遗传背景不同，很有可能表现为对药物有不同反应

儿童急性淋巴细胞白血病

主要治疗药物

6-巯基嘌呤

1/30用药儿童呈毒性反应，可能致命

因为缺失巯基嘌呤甲基转移酶（TPMT）

这类儿童只需

1/10-1/15剂量

该疾病美国每年检出2400例现在是68页\一共有143页\编辑于星期日

⊙个性化给药

细胞色素P450酶

参与人类目前所用药物中25%

药物的分解代谢。

受其影响的，包括100种全球销量最大药物。

如：抗忧郁症药物Prozae，过量有致命危险。

止痛药，需代谢后才有止痛效果。

人群中10%呈该酶缺失。现在是69页\一共有143页\编辑于星期日

⊙个性化给药

由此发展出一个新学科：药物遗传学

美国每年住院病人

死于药物反应10万人

受害者总数220万人

药物遗传学/个性化给药

将对此作出贡献。现在是70页\一共有143页\编辑于星期日

⊙个性化给药

过去是：

One–Size–Fits–All

今后要：

RightDrug–RightDose–RightPerson现在是71页\一共有143页\编辑于星期日⊙司法审判

由于

（1）可以很容易地从血液、精液、头发、衣物上的残留物、木乃伊或古尸的骨髓、内脏等出获得

DNA的样品；

（2）理论证明，两个人的DNA完全相同的机率为几十亿分之一。

所以，DNA测试很快被用在罪犯管制上。现在是72页\一共有143页\编辑于星期日谁是替身？现在是73页\一共有143页\编辑于星期日第二部分遗传的规律现在是74页\一共有143页\编辑于星期日一些概念：性状：生物个体表现出来的可见或可测单一特征（如花色、人眼睛颜色、手指数目、个体大小等）表型：一个个体性状的总和遗传：生物将性状传递给子代的现象基因型：控制可遗传性状的整套基因（一个性状可能由多个基因控制）现在是75页\一共有143页\编辑于星期日几千年以来，人类一直尝试着通过选育的方法培育出更为有用的植物或动物，但是19世纪中页以前，由于不了解动植物性状遗传的机理，这些选育方法都是凭经验进行，成功与否完全不可预知。遗传学研究的发展改变了这种状况。现在是76页\一共有143页\编辑于星期日GregorMendel1822-1884奥地利奥古斯丁修道院的修道士，1866年发表了他的研究成果，但直到1900年（孟德尔去世后16年）才引起注意。孟德尔晚年成为奥古斯丁修道院院长，停止了他的研究活动。豌豆花现在是77页\一共有143页\编辑于星期日经典遗传学（孟德尔遗传学）现在是78页\一共有143页\编辑于星期日豌豆单因子杂交实验与分离定律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。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，F2代具有一定的比例。现在是79页\一共有143页\编辑于星期日豌豆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3：1规律等位因子纯合子/杂合子显性基因隐性基因现在是80页\一共有143页\编辑于星期日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”：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。现在是81页\一共有143页\编辑于星期日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，种子的颜色为黄色；一个是双隐性亲本：种子是皱缩的，种子的颜色为绿色。Mendel遗传学第二定律：自由组合定律现在是82页\一共有143页\编辑于星期日测交实验结果：1：1：1：1“多对基因的独立分配和自由组合定律”：当两对或更多对基因处于异质接合状态时，它们在形成配子时的分离是彼此独立不相牵连的，同时分配时相互间进行自由组合。现在是83页\一共有143页\编辑于星期日人类皮肤色素的连续性变化Mendel遗传学定律不能代表所有遗传因子表现的性状及遗传规律多基因遗传数量性状遗传现在是84页\一共有143页\编辑于星期日质量性状（qualitativetraits/characters）：变异可以截然区分为几种明显不同的类型，一般用语言来描述数量性状（quantitativetraits/characters）：指在一个群体内的各个体间表现为连续变异的性状，如动植物的高度或长度等数量性状是可以度量的数量性状呈连续性变异数量性状的表现容易受到环境的影响控制数量性状的遗传基础是多基因系统现在是85页\一共有143页\编辑于星期日现代遗传学现在是86页\一共有143页\编辑于星期日基因的连锁和交换规律20世纪初，美国著名的实验胚胎学家Morgan及其同事通过果蝇的杂交试验，确立了基因在染色体上的连锁和交换规律，被后人称为遗传学第三定律。基因交换导致基因重组重组率染色体上各基因间的重组率与基因位点间的距离成正比三点测交法遗传学图现在是87页\一共有143页\编辑于星期日ThomasHuntMorgan(1866–1945)现在是88页\一共有143页\编辑于星期日现在是89页\一共有143页\编辑于星期日现在是90页\一共有143页\编辑于星期日遗传的基础细胞分裂与染色体的复制现在是91页\一共有143页\编辑于星期日细胞分裂的作用一些单细胞生物，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现在是92页\一共有143页\编辑于星期日细菌裂殖时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。在原核生物中，如在细菌裂殖时，这种DNA的复制和二分相对比较简单现在是93页\一共有143页\编辑于星期日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，它是一种易被碱性染料着色的遗传物质。真核细胞分裂的染色体在细胞分裂时期，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固定形态的遗传物质存在形式。现在是94页\一共有143页\编辑于星期日每一种生物染色体的数目都是恒定的。多数动物和植物的体细胞是二倍体亲本的每一个配子只带有一组染色体，叫单倍体。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，复制后形成的两个染色单体分开，分配到两个新的子细胞中现在是95页\一共有143页\编辑于星期日有分裂能力的细胞，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有丝分裂与细胞周期典型的细胞周期可包括间期和细胞分裂期两部分。间期包括一个（DNA）合成期（S期）及S期前后两个间隙期（G1期，G2期）。细胞分裂期则包括有丝分裂和胞质分裂两个主要过程。现在是96页\一共有143页\编辑于星期日有丝分裂是一个连续的过程，根据染色体形态的变化特征可分为前期、中期、后期和末期。有丝分裂与细胞周期特点：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。现在是97页\一共有143页\编辑于星期日减数分裂与配子形成在动物和植物中，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)。现在是98页\一共有143页\编辑于星期日减数分裂与配子形成由二倍体细胞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。现在是99页\一共有143页\编辑于星期日遗传的染色体学说遗传因子及其独立分离与自由组合特性与染色体的行为特性有平行性：基因与染色体的平行关系—基因定位在染色体上染色体和基因成对存在；形成配子时每对染色体每对基因分离；在配子中，只有每对染色体一个染色单体，也只有每对等位基因中一个基因。现在是100页\一共有143页\编辑于星期日现在是101页\一共有143页\编辑于星期日性染色体和伴性遗传与性别相关的特殊形态的一对同源染色体称为性染色体4种性染色体类型人的体细胞中有23对染色体现在是102页\一共有143页\编辑于星期日性连锁基因伴性遗传X连锁遗传遗传病果蝇复眼颜色的遗传与性连锁基因定位现在是103页\一共有143页\编辑于星期日第三部分现代生物技术简介现在是104页\一共有143页\编辑于星期日基因克隆基因重组转基因现在是105页\一共有143页\编辑于星期日基因克隆（PCR技术及其应用）启动子：决定基因何时、何地、如何表达内含子：表达成蛋白之前被剪切掉，一个基因可以有0个或多个内含子外显子：决定基因表达成什么样的蛋白质DNARNA5’3’启动子外显子5’UTR3’UTR外显子5’UTR3’UTR转录内含子现在是106页\一共有143页\编辑于星期日克隆：无性繁殖生物分子的复制少量、不可见、不可测定大量、可测定（或可见）现在是107页\一共有143页\编辑于星期日

PCR（PolymeraseChainReaction）聚合酶链式反应PCR是一种体外酶促合成特定DNA片断的技术，是根据人类的需要对复杂生命过程的一种简单化的模拟。PCR技术的原理是DNA半保留复制。现在是108页\一共有143页\编辑于星期日历史1960s-1970s：基因的体外分离技术。Khorana（1971）：美国MIT教授、1968年诺贝尔医学奖得主“经过DNA变性，与合适引物杂交，用DNA聚合酶延伸引物，并不断重复该过程便可克隆tRNA基因”。核酸体外扩增最早设想遗忘:

当时很难进行测序和合成寡核苷酸引物；当时(1970)Smith等发现了内切酶，体外克隆基因成为可能现在是109页\一共有143页\编辑于星期日KaryMullis(1985)发明过程

Mullis在“偶然想出的聚合酶链反应”一文中写到:

“这种简单得令人惊奇，可以无限量地拷贝DNA片段的方法是在不可想象的情况下，即驾车行驶在月色下的加利福尼亚山间公路上时想出来的”。现在是110页\一共有143页\编辑于星期日专利官司1987年美国专利局专利授权1989年，DuPont异议，大小公司对簿公堂，将决定谁将获得诺贝尔奖。DuPont理由是，1971年PCR的雏形已由Khorana一系列文章阐明，并公布于众，应当是公共产权。斯坦福大学Kornberg（研究DNA聚合酶获诺贝尔奖）也认为，任何具备生物技术知识的人都可以从Khorana等的文章中推知如何操作PCR。美国专利局驳回DuPont异议，地方法院判属CetusCetus获胜后马上反诉，指出DuPont已侵犯另一项与PCR有关的专利并要求对方赔偿以及不再销售与PCR有关试剂和仪器现在是111页\一共有143页\编辑于星期日PCR发展速度惊人，没有一种技术能与之相比引用论文最多、应用范围十分广泛1993年度诺贝尔化学奖：Mullis，与开创了“寡核苷酸基因定点诱变”加拿大籍英国科学家MichaelSmith共获

现在是112页\一共有143页\编辑于星期日DENATURATION

93°C-95°C

退火

37°C-72°C延伸反应

72°C25-35循环变性

93°C-95°C

最后延伸体外DNA复制原理现在是113页\一共有143页\编辑于星期日现在是114页\一共有143页\编辑于星期日Klenow酶早期采用该酶不耐热，缺点有①温度要求低(37℃)，受热即失活；②产物特异性不高；③积累大量的失活残酶，使反应产物纯度大大降低；④扩增的最长序列约400bp（Taq酶则能扩增10kb）现在是115页\一共有143页\编辑于星期日TaqDNA聚合酶分离:1969年，美国黄石国家公园温泉分子量:94KDa活性：在几种水生栖热菌中活性最高，200000U/mg现在是116页\一共有143页\编辑于星期日TaqDNA聚合酶离子需要：对Mg2+、单价离子性质和浓度较敏感。最适浓度为50mmol/L。忠实性:没有校正单核苷酸错配功能--致命弱点。一般出错率为2×10-4核苷酸/每轮循环，利用PCR克隆、测序时尤应注意。现在是117页\一共有143页\编辑于星期日TaqDNA聚合酶抑制剂:尿素、乙醇、DMSO、DMF、甲酰胺、SDS及许多其他化学药剂。内源DNA:不同来源的酶可能由于制备过程中残留的原细菌DNA或PCR产物的污染而含有不明来源的DNA。在使用扩增保守序列的通用引物时，会在无模板对照管出现扩增带。保存:在-20℃至少6个月。现在是118页\一共有143页\编辑于星期日PCR技术应用：遗传性疾病诊断地中海贫血的基因诊断血友病苯丙酮尿症现在是119页\一共有143页\编辑于星期日PCR技术应用：传染性疾病诊断肝炎性病肿瘤现在是120页\一共有143页\编辑于星期日PCR技术应用：法医学个人识别、亲子鉴定1985年，英国遗传学家Jeffreys采用DNA指纹图谱进行个人识别和亲子鉴定。有时犯罪物证量很少，不足以用来进行DNA指纹分析，PCR有效解决这些问题。对于犯罪现场中遗留的少量生物物证，如一根毛发、一滴血等都可用于分析，在法医学上认证罪犯、亲子鉴定以及人的性别鉴定中PCR技术被普遍采用。现在是121页\一共有143页\编辑于星期日PCR技术应用：植物遗传育种构建遗传图谱、分离目的基因、基因定位分子标记辅助育种了解不同品种间的亲缘关系、系统进化现在是122页\一共有143页\编辑于星期日PCR技术应用：畜牧畜禽病诊断:猪伪狂犬病毒、猪口蹄疫病毒、猪瘟病毒、牛白血病毒、牛病毒、性腹泻病毒、免疫缺陷病毒等检测性别鉴定：牛、绵羊Y染色体上特异

DNA片段构建基因图谱检测基因整合与表达：转基因鱼现在是123页\一共有143页\编辑于星期日PCR技术应用：植物保护杀虫病原微生物的基因型鉴定植物病原微生物分类形态学上相似性和潜在的血清学交互反应，用常规方法难以区分，采用反转录PCR（RT-PCR）可准确快速区分现在是124页\一共有143页\编辑于星期日①考古学②植物分类学③群体生态学PCR技术应用：其他：现在是125页\一共有143页\编辑于星期日基因重组子曰：“工欲善其事，必先利其器。居是邦也，事其大夫之贤者，友其士之仁者。现在是126页\一共有143页\编辑于星期日限制性核酸内切酶核酸连接酶Ctrl+XCtrl+V现在是127页\一共有143页\编辑于星期日限制性核酸内切酶：（限制酶）能在专一性位点切割单链或双链DNA的酶，来源于细菌或古生菌，具有抵抗外来核酸物质的入侵的作用。酶名称来源识别位点EcoRⅠEcoRⅠ-N-C-T-T-A-A↓G-N-5′5′N-G↑A-A-T-T-C-N-BamHⅠBacillusamyloliquefaciensH-N-C-C-T-A-G↓G-N-5′5′N-G↑G-A-T-C-C-N-HindⅡHemophilusinfluenzaeD-C-A-Pu↓Py-T-G-5′5′G-T-Py↑Pu-A-C-HindⅢHemophilusinfluenzaeD-T-T-C-G-A↓A-5′5′A↑A-G-C-T-T-