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文档简介

第五讲从基因到基因工程

一、

孟德尔学说奠定了遗传学基础二、

基因是一段DNA序列

三、

基因工程的操作和应用生命最重要的本质之一是性状特征自上代传至下代——遗传。

今天,从遗传学研究衍生出来的基因工程技术,已构成生物技术的核心,在实际应用中显示出极大的潜力。一、孟德尔学说奠定了遗传学基础

(本节见参考书第101-107页)

在孟德尔以前,人们看到遗传现象,猜想遗传是有规律的,甚至在农牧业育种中实际运用了遗传规律,但是,一直找不到研究遗传规律的恰当方法。

孟德尔(1822-1884)从1856年起开始豌豆试验。

孟德尔的基本方法是杂交。他挑选了七对性状。

经过近10年的潜心研究,孟德尔发表了他的研究报告。其内容可概括两个定律。

返回孟德尔(1822-1884)返回豌豆杂交操作孟德尔研究的七对性状1、孟德尔第一定律--分离律

他用一对性状杂交,子一代全为显性性状,子一代之间自交,子二代为:

显性性状:隐性性状=3:1

返回孟德尔分离律2、孟德尔第二定律--自由组合律他用两对性状杂交,子一代全为显性性状,子一代之间杂交,子二代出现四种性状,其数量比例为9:3:3:1

返回孟德尔自由组合律黄圆绿圆黄皱绿皱3、孟德尔学说的要点

依据上面的试验结果,孟德尔认为,每株豌豆植株中的每一对性状,都是由一对遗传因子所控制的,遗传因子有显性因子和隐性因子之分。当一株植株中控制某一对性状的一对遗传因子均为隐性因子时,该植株才表现出隐性性状(如白花或绿色豆粒)。其他情况下,包括一对遗传因子均为显性,或一个显性一个隐性,均表现出显性性状(如紫花或黄色豆粒)。这一点在分离律实验中看的很清楚。

当两对性状一起加以研究时,显性和隐性的基本规律仍与上面相同,但要加上一条,控制不同性状的遗传因子,在传代中各自独立,互不干扰,出现自由组合现象。

返回孟德尔自由组合律黄圆绿圆黄皱绿皱4、孟德尔学说的重要意义

(1)孟德尔第一次明确提出遗传因子的概念,并且提出了遗传因子控制遗传性状的若干规律:



大多数生物体通常由

一对遗传因

子(后来称为两个等位基因)控

制同一性状。这样的生物体称为

2n个体。



遗传因子可以区分为显性和隐性。



控制不同性状的遗传因子是各自

独立的。

(2)孟德尔提出了杂交、自交、回交等一套科学有效的遗传研究方法,来研究遗传因子的规律。孟德尔创立的这套方法一直沿用到1950s,才被分子遗传学方法取代。

思考题已知:控制鹦鹉羽毛颜色的有四个等位基因(即两对基因):B、b、C、c。

B-使羽毛颜色呈黄色

C-使羽毛颜色呈蓝色

b和c是隐性基因,不产生色素。

下图返回问:

(1)写出图中四个鹦鹉的基因型。

(2)基因型为BbCc的鹦鹉应为什么颜色?

(3)两只基因型为BbCc的鹦鹉所产生的后代是什么情况?二、基因是一段DNA序列

(本节见参考书第107-113页)

“遗传因子/基因”的设想一经提出,便推动人们去寻找,去探索

基因在哪里?基因是什么?

1、基因在染色体上

显微镜技术与染色技术的发展,使人们注意到,细胞分裂时,尤其是减数分裂中,染色体的行为和孟德尔提出的等位基因的分离规律相当一致,所以,确定基因在细胞核中,在染色体上。返回同源染色体分别带着控制同一性状的两个等位基因显性等位基因纯合子隐性等位基因纯合子杂合子

摩根实验室用果蝇为材料的工作,确定了基因在染色体上的分布规律。圖下图果蝇有4对染色体下图野生果蝇没有现成的成对性状摩根在长期饲养中找到各个性状的突变株。控制不同性状的等位基因在2#染色体上的位置触须长/短身体灰/黑眼睛红/紫翅长/短下图减数分裂时发生:染色体交叉/基因重组。返回g-身体c-

眼睛l-翅灰/黑红/紫长/短基因重组服从这样的规则:两个基因在染色体离得越远,重组频率越高;两个基因在染色体上离得越近,重组频率越低。重组频率

随着生物化学的发展,蛋白质、核酸等生物大分子逐渐分离、纯化出来。各方面的实验证据表明,基因的化学本质不是蛋白质,而是DNA。格里菲斯的实验证明遗传物质可以转化进入细菌,改变细菌特性。爱弗莱的实验证实,进入细菌改变特性的遗传物质是DNA,而不是蛋白质。

2、遗传物质是DNA

圖下图格里菲斯的肺炎双球菌转化实验爱弗莱证实转化物质是DNA下图分别用放射性同位素标记噬菌体35S-标记蛋白质32P-标记DNA返回35S标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞32P标记DNA,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞

3、华生和克里克提出DNA双螺旋模型。

DNA双螺旋模型说明DNA分子能

够充当遗传的物质基础。

按照双螺旋模型,在细胞分裂时,DNA的合成应是“半保留复制”的模式。DNA双螺旋模型返回下图半保留复制返回证实半保留复制的实验细菌培养在含15N的培养基中细菌培养在含14N

的培养基中一代两代

4、DNA作为遗传物质的功能

(1)贮藏遗传信息的功能

(2)传递遗传信息的功能

(3)表达遗传信息的功能

由此,克里克提出中心法则,确定遗传信息由DNA通过RNA流向蛋白质的普遍规律。DNADNARNA蛋白质中心法则遗传信息储存在核酸中遗传信息由核酸流向蛋白质返回

5、基因理论中的许多复杂情况

以孟德尔学说为开端的遗传理论,发展到以DNA分子结构为基础的分子遗传学,使我们对遗传规律有了确切的理解。

应该看到,实际上生命世界的遗传现象远比上面谈到的要复杂得多。

一个基因一个性状?不一定。例如肤色的控制至少有三个基因参与。

基因决定性状,环境还起不起作用?在基因型确定的基础上,环境常常会影响表型。

遗传和变异是遗传学的重要内容。子代总是与亲代相像,又有一些不像。返回人的肤色至少由三个基因控制返回产生黑色素的酶在较高温度下失活,所以毛色在端点位置呈黑色环境影响表型三、基因工程技术和应用

(本节见参考书第138-151页)1、基因工程技术

基因工程是生物技术的核心部分。基因工程的操作可以简述如下:基因工程的操作流程返回

将外源基因(又称目的基因,是一段DNA片断)组合到载体DNA分子中去,再把它转到受体细胞(亦称寄主细胞)中去,使外源基因在寄主细胞中增值和表达,从而得到期望的由这个外源基因所编码的蛋白质。

所以,基因工程的操作包含以下步骤:

获得目的基因

构造重组DNA分子

转化或转染

表达

蛋白质产物的分离纯化

到哪里去找目的基因?一般来说,人的基因,要从人体的组织细胞中去找;小鼠的基因要从小鼠的组织细胞中去找。

从组织细胞中可以分离得到人/小鼠的全套基因,称为基因文库。文库中基因总数就人来说约有3万个基因。如何从中把需要的基因找出来?

采取“钓”的办法。这个办法通常称为印迹法。

(1)获得目的基因

返回印迹法内切酶切开DNA电泳印迹转移放射性探针杂交胶片显影印迹法的主要步骤:

(1)基因文库-DNA用限制性内切

酶处理。

(2)DNA片断混合物通过电泳分离。

(3)电泳后,通过印迹技术转到酯酰

纤维薄膜上,以便操作。

(4)用已知小片断DNA作为探针,

互补结合需要找的基因片断。

(5)探针DNA片断已用放射性元素

标记,使胶片感光后可看出。

印迹法的关键是“分子杂交”,利用碱基配对的原则,用一段小的已知的DNA片断去寻找(“钓”)大的未知的基因片断。

探针DNA片断从何而来?

根据目的蛋白的氨基酸序列,只要其中N-端15-20个氨基酸序列,按三联密码转为40-60核苷酸序列,人工合成,即为探针DNA片断。

(2)目的基因的扩增

用上面的方法“钓”出的目的基因,数量极少,所以,接下来必须经过扩增,亦称为基因克隆。获得相当数量的目的基因后,才能继续下一步操作。克隆——生物分子,细胞,生物个体的无性增殖过程都称为克隆。返回

(3)PCR——把寻找目的基因和扩增目的基因两步操作并成一步。

PCR法,又称多聚酶链式反应,是近年来开发出来的基因工程新技术,它的最大优点是把目的基因的寻找和扩增,放在一个步骤里完成。PCR操作流程90

0C500C700C返回PCR反应分三步完成:

第一步

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