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遺傳學(xué),金紅星副教授,自我介紹,電話：13820879887E-mail：jinhx87@jinhx87@jinhx87@研究方向：乳酸細(xì)菌生理學(xué)研究手段：分子生物學(xué)、基因工程,,朝鮮族母語：朝鮮語(韓國語)國語：中文一外：日語二外：英語,,1987.9~1991.7：東北師大生物系1991.7~1996.8：哈爾濱市中學(xué)1996.9~1999.7：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院作物遺傳育種專業(yè)1999.7~2001.2：黑龍江省科學(xué)院應(yīng)用微生物研究所基因工程研究室2001.2~2004.9：哈工大生命科學(xué)微生物2004.11至今：河北工大,緒論,Keyword遺傳學(xué)Genetics遺傳heredity變異variation,,1、什么是生命2、為什么沒有水就沒有生命？3、生男生女、種子4、分裂：減數(shù)、有絲,遺傳學(xué)家和模特兒,,參考書,1.遺傳學(xué)(第二版)劉祖洞高等教育出版社2.現(xiàn)代遺傳學(xué)原理(第三版)徐晉麟等科學(xué)出版社3.GeneXBenjaminLewin4.分子生物學(xué)(第五版)RobertF.Weaver5.微生物遺傳學(xué)(第三版)盛祖嘉,《現(xiàn)代分子生物學(xué)》第二版,朱玉賢、李毅編著高等教育出版社當(dāng)你進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)，要像脫去外衣那樣放下你的想象力，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)操作中不能有一丁點(diǎn)兒的想象，否則，你對事物的觀察就會(huì)受影響；而當(dāng)你翻開書本的時(shí)候，你又必須盡可能展開想象的“翅膀”，否則，你就不可能走在別人前面。,一、學(xué)科的研究特點(diǎn),動(dòng)植物，微生物學(xué)：研究生物個(gè)體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能細(xì)胞生物學(xué)：研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能、信號(hào)傳導(dǎo)生物化學(xué)：研究生物大分子結(jié)構(gòu)、功能、代謝途徑遺傳學(xué)：研究生物的基因結(jié)構(gòu)、傳遞、表達(dá)和調(diào)控,遺傳學(xué)的研究特點(diǎn),1.在生物的個(gè)體、細(xì)胞和基因?qū)哟紊涎芯窟z傳信息的結(jié)構(gòu)、傳遞和表達(dá)2.遺傳信息的傳遞包括世代的傳遞和個(gè)體間的傳遞3.通過個(gè)體雜交和人工的方式研究基因的功能,“遺傳學(xué)”定義Genetics,遺傳學(xué)是研究生物的遺傳與變異規(guī)律的一門生物學(xué)分支科學(xué)。遺傳學(xué)是研究基因結(jié)構(gòu)，信息傳遞，表達(dá)和調(diào)控的一門生物學(xué)分支科學(xué),遺傳heredity,生物性狀或信息世代傳遞的現(xiàn)象。同一物種只能繁育出同種的生物同一家族的生物在性狀上有類同現(xiàn)象,遺傳：顆粒式、混合式,顆粒式遺傳：代表一對相對性狀的遺傳因子在同一個(gè)體內(nèi)分別存在，而不相感染不相混合混合式遺傳：父、母本遺傳給子代的基因會(huì)彼此“沾染、混淆不清”,,“混合式遺傳學(xué)說”子代個(gè)體是雙親血液混合的產(chǎn)物我國“父精母血”，精乃是血液精華希臘，亞里士多德，精液是高度純化的有生命的血液,變異variation,生物性狀在世代傳遞過程中出現(xiàn)的差異現(xiàn)象。生物的子代與親代存在差別。生物的子代之間存在差別。,遺傳與變異的關(guān)系,1.遺傳與變異是生物生存與進(jìn)化的基本因素①遺傳維持了生命的延續(xù)沒有遺傳就沒有生命的存在，沒有遺傳就沒有相對穩(wěn)定的物種②變異使得生物物種推陳出新，層出不窮沒有變異，就沒有物種的形成，沒有變異，就沒有物種的進(jìn)化2.遺傳與變異相輔相成，共同作用，使得生物生生不息，造就了形形色色的生物界,二、遺傳學(xué)的發(fā)展歷史,1865年Mendel發(fā)現(xiàn)遺傳學(xué)基本定律，建立了顆粒式遺傳的機(jī)制1910年Morgan建立基因在染色體上的關(guān)系1944年Avery證明DNA是遺傳物質(zhì)1951年Watson和Crick的DNA構(gòu)型1961年Crick遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)1975年以后的基因工程的發(fā)展,三、遺傳學(xué)的研究分支,從遺傳學(xué)的研究內(nèi)容劃分進(jìn)化遺傳學(xué)；人類遺傳學(xué)；免疫遺傳學(xué)；腫瘤遺傳學(xué)從遺傳學(xué)的研究層次劃分群體遺傳學(xué)；細(xì)胞遺傳學(xué)；分子遺傳學(xué)從遺傳學(xué)的研究對象劃分植物遺傳學(xué)；動(dòng)物遺傳學(xué)；微生物遺傳學(xué),三、遺傳學(xué)的研究分支,1.從遺傳學(xué)研究的內(nèi)容劃分進(jìn)化遺傳學(xué)：研究生物進(jìn)化過程中遺傳學(xué)機(jī)制與作用的遺傳學(xué)分支科學(xué)生物進(jìn)化的機(jī)制突變和選擇有害突變淘汰和保留有利突變保留與丟失中立突變DNA多態(tài)性,三、遺傳學(xué)的研究分支,1.從遺傳學(xué)研究的內(nèi)容劃分發(fā)育遺傳學(xué)：研究基因的時(shí)間、空間、劑量的表達(dá)在生物發(fā)育中的作用遺傳學(xué)分支特征：基因?qū)?xì)胞周期分裂和分化的作用應(yīng)用重點(diǎn)干細(xì)胞的基因作用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物克隆動(dòng)物,三、遺傳學(xué)的研究分支,1.從遺傳學(xué)研究的內(nèi)容劃分免疫遺傳學(xué)：研究基因在免疫系統(tǒng)中的作用的遺傳學(xué)分支重點(diǎn)不是研究免疫應(yīng)答的過程，而是研究基因在抗體和抗原形成和改變中的作用,三、遺傳學(xué)的研究分支,2.從遺傳學(xué)研究的層次劃分群體遺傳學(xué)：研究基因頻率改變的遺傳學(xué)分支例題群體中存在一個(gè)隱性有害基因，基因頻率是萬分之一。如果實(shí)行優(yōu)生政策，不準(zhǔn)該個(gè)體結(jié)婚或生育?；蚵式档偷绞f分之一時(shí)，需要多少代？,三、遺傳學(xué)的研究分支,2.從遺傳學(xué)研究的層次劃分細(xì)胞遺傳學(xué)：研究生物在細(xì)胞水平的遺傳結(jié)構(gòu)和功能的遺傳學(xué)分支學(xué)科重點(diǎn)：染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的變化與生物表型的關(guān)系進(jìn)展：細(xì)胞表面抗原的形成和改變，細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)過程中基因的作用目前的實(shí)驗(yàn)：細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng),,例如：無籽西瓜的染色體組成普通西瓜2n＝22誘變成功的4倍體作母本X2倍體父本雜交，獲得3倍體西瓜，在形成生殖細(xì)胞時(shí)，不能正常減數(shù)分裂，所以成為無籽西瓜,三、遺傳學(xué)的研究分支,2.從遺傳學(xué)研究的層次劃分分子遺傳學(xué)：研究生物基因組結(jié)構(gòu)和功能的遺傳學(xué)分支學(xué)科基因工程生物制藥分子生物學(xué)技術(shù),三、遺傳學(xué)的研究分支,3.從遺傳學(xué)研究的對象劃分微生物遺傳學(xué)：以微生物為研究對象的遺傳學(xué)分支重點(diǎn)研究病毒，細(xì)菌，真菌的基因結(jié)構(gòu)，基因功能基因工程的載體，受體等,三、遺傳學(xué)的研究分支,3.從遺傳學(xué)研究的內(nèi)容劃分人類遺傳學(xué)：研究人類遺傳和變異規(guī)律的分支科學(xué)人類性狀的遺傳分析遺傳病的分布和發(fā)生機(jī)理遺傳病的診斷基因治療,三、遺傳學(xué)的研究分支情況,3.從遺傳學(xué)研究的對象劃分人類遺傳學(xué)遺傳學(xué)疾病人類3千多種，涉及上萬個(gè)基因染色體疾病基因突變疾病，線粒體疾病，孟德爾遺傳病，多基因遺傳病1930年色盲基因第一個(gè)定位，1974年kappa輕鏈缺乏癥基因第一個(gè)克隆。目前已定位孟德爾遺傳病基因1600多，克隆了其中的940多種,,腫瘤抑制基因(antioncogene)Rbdel13q1427個(gè)exon,12個(gè)intron視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤尋找Rb基因采用消減雜交方法正常個(gè)體DNA有病個(gè)體DNA尋找差別基因,克隆的概念與類型,Clone源于希臘文klon，嫩枝的意思，是指從樹上取下嫩枝，栽在地上以成另一棵樹美國生命倫理顧問委員會(huì)則認(rèn)為，克隆一詞指細(xì)胞、植物、動(dòng)物或人的精確的遺傳復(fù)制歐洲委員會(huì)認(rèn)為，克隆是生產(chǎn)遺傳上等同的生物的方法名詞，一群具有相同基因型的微生物,,哺乳動(dòng)物細(xì)胞克隆技術(shù)，又稱哺乳動(dòng)物的核移植或無性繁殖技術(shù)；它是通過特殊的人工手段(顯微操作，電融合等)對哺乳動(dòng)物特定發(fā)育階段的核供體(胚胎分裂球或體細(xì)胞核)，及相應(yīng)的核受體(去核的受精卵或成熟的卵母細(xì)胞)不經(jīng)過有性繁殖過程，進(jìn)行體外重構(gòu)并通過重構(gòu)胚的胚胎移植，從而達(dá)到擴(kuò)繁同基因型哺乳動(dòng)物種群的目的,1981年Illmensee和Hoppe報(bào)道采用移植技術(shù)得到了正常的小鼠，但其結(jié)果未被其他實(shí)驗(yàn)室重復(fù)出來1983年McGrath和Solter等利用顯微操作技術(shù)與細(xì)胞融合技術(shù)，創(chuàng)造了全新的核移植方法1986年Willadsen通過實(shí)驗(yàn)提出了兩個(gè)創(chuàng)新的觀念：（1）作為核受體，卵母細(xì)胞較受精卵更佳；（2）羊桑椹胚細(xì)胞核具有全能性,以后綿羊（1986），牛（1987），兔（1988）和豬（1989）等胚胎細(xì)胞克隆動(dòng)物也相繼獲得了成功1997年2月，Wilmut等利用綿羊乳腺細(xì)胞成功的克隆出體細(xì)胞核移植后代，根本動(dòng)搖了原有的傳統(tǒng)結(jié)論，并使哺乳動(dòng)物克隆技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)劃時(shí)代的新階段,NetiandDitto,克隆技術(shù)存在的問題,動(dòng)物克隆技術(shù)雖然取得了一定的進(jìn)展，但該技術(shù)目前還很不完善；存活率低是當(dāng)今核移植技術(shù)的最大缺陷最近發(fā)現(xiàn)，克隆羊的端粒較同年羊短；可能會(huì)減少壽命基因組印記現(xiàn)象在哺乳動(dòng)物的發(fā)育中普遍存在，基因組印記與動(dòng)物克隆技術(shù)的成功及不足有何關(guān)系值得深入研究核移植過程中產(chǎn)生的個(gè)體突變頻率高,第01章經(jīng)典遺傳學(xué)的誕生,Keywords顯性dominant隱性recessive基因型genotype表型phenotype分離定律lawofsegregation自由組合定律lawofindependentassortment連鎖與交換定律,一、泛生論pangenesis,內(nèi)容：在雌雄個(gè)體的生殖液中所含的能夠傳遞的粒子，可以形成胚胎的各個(gè)器官；由于這些粒子的相似性，能產(chǎn)生同一物種的個(gè)體；父母雙方中哪一方的粒子較多，吸引力較大，則多半會(huì)產(chǎn)生類似那一方的特性；個(gè)體的同一個(gè)器官形成各自的粒子，匯集在血管里流動(dòng)而后集中于生殖液,“暫定的泛生論”,達(dá)爾文：1868年提出每一個(gè)能夠各自獨(dú)立變化的性狀是由同一種物質(zhì)載體----芽球----聯(lián)結(jié)在一起的高爾頓：芽球----“血統(tǒng)(stirps)”1876年，動(dòng)物輸血實(shí)驗(yàn),二、種質(zhì)論germplasmtheory,拉馬克：“用進(jìn)廢退”觀點(diǎn)魏斯曼：種質(zhì)論明確區(qū)分種質(zhì)(germplasm)和體質(zhì)(somatoplasm)種質(zhì)：性細(xì)胞和產(chǎn)生性細(xì)胞的細(xì)胞體質(zhì)：除種質(zhì)以外的切掉新生小鼠尾巴實(shí)驗(yàn)，連續(xù)19代,三、分離定律,實(shí)驗(yàn):P:紅花X白花基因型CCcc配子CcF1代紅花基因型Cc配子C，cF2代紅花白花基因型CC，Cccc比例3：1,分離定律,雜合體的一對等位基因在形成配子時(shí)互相不影響地分到配子中去,名詞,親代ParentGeneration,P子一代FirstFilialGeneration,F1正反交ReciprocalCross不完全顯性IncompleteDominance共顯性Codominance分離Segregation配子gamete和合子zygote,基礎(chǔ)概念,雜合體(heterozygote)：基因座上兩個(gè)不同的等位基因的個(gè)體純合體(homozygote)：基因座上兩個(gè)相同的等位基因的個(gè)體回交(backcross)：雜交的后代與親代的交配形式測交(testcross)：雜合個(gè)體與純合隱性個(gè)體的交配形式,基礎(chǔ)概念,性狀(character)：生物的形態(tài)，結(jié)構(gòu)，生理功能過程的特征顯性(dominant)：雜合子生物表現(xiàn)出來的性狀隱性(recessive)：雜合子生物被掩蓋的性狀等位基因(allele)：同源染色體上相對位置上的決定同種性狀的基因表型(phenotype)：生物個(gè)體形成的性狀表現(xiàn)基因型(genotype)：生物個(gè)體的基因組成,孟德爾假設(shè),1.遺傳性狀由遺傳因子(hereditarydeterminant)決定2.遺傳因子是成對存在的3.生殖細(xì)胞中具有成對因子中的一個(gè)4.每對因子分別來自雌雄親代的生殖細(xì)胞5.形成生殖細(xì)胞時(shí)，成對因子相互分離6.生殖細(xì)胞的結(jié)合是隨機(jī)的7.遺傳因子有顯隱性之分,孟德爾分離比實(shí)現(xiàn)的條件,1.雜合體的兩種配子在形成配子時(shí)數(shù)目是相等的2.兩種配子結(jié)合是隨機(jī)的3.子二代基因型個(gè)體存活率是相等的4.顯性是完全的,四、孟德爾自由組合定律,實(shí)驗(yàn)：黃，滿X綠，皺基因型YYRRyyrr配子YRyrF1代黃滿基因型YyRr配子YRYryRyrF2代黃滿黃皺綠滿綠皺基因型Y_R_Y_rryyR_yyrr表型比：9：3：3：1,孟德爾自由組合定律,兩對非同源色體上的非等位基因在形成配子時(shí)，各自獨(dú)立地分開和組合，形成四種基因型的配子。在雜交時(shí)四種配子隨機(jī)結(jié)合，形成四種表型，9種基因型的群體。親組合、重組合Recombination顆粒式遺傳particulateinheritance混合式遺傳blendinginheritance,多對非等位基因分析,雜合體AaBbCcDd自交，子代中1.雜合體概率是多少2.純合體概率是多少,,基因?qū)?shù)表型基因型分離比123(1+3)1249(1+3)23827(1+3)341681(1+3)4。n2n3n(1＋3)n,多對基因的遺傳估計(jì),AABBCCXaabbcc子一代自交，子二代中：1.表型為A-B-C-的比例是多少？2.子一代自交，子二代中，基因型為AaBbCc的比例是多少？3.子一代自交，子二代中雜合體的比例是多少？,,一個(gè)基因決定了一個(gè)性狀。一個(gè)性狀并不一定由一個(gè)基因所決定。事實(shí)上，很多性狀由一系列基因所決定。當(dāng)考察性狀的遺傳方式時(shí)，是以在其它基因相同的條件下，僅僅列出了差別的基因。,思考題,日本有一種蘿卜有兩個(gè)純系品種，一種是紅色的，另一種是露出地面的部分呈紅色，埋在地下的部分呈白色。有的學(xué)者希望利用這個(gè)材料，研究花色素形成的機(jī)制。研究內(nèi)容：光對花色素基因表達(dá)的影響；尋找決定花色素形成的基因。提出研究方案。,苯丙氨酸代謝途徑,苯丙氨酸?酪氨酸?3，4二羥苯丙氨酸?cc??苯丙酮酸對羥苯丙酮酸??黑色素尿黑酸?aa?CO2+水,例題,一對表型正常的夫婦生有一個(gè)有病的孩子和一個(gè)表型正常的孩子。1.再生一個(gè)是有病孩子的機(jī)會(huì)是多少？2.如果表型正常兒子與一個(gè)另一個(gè)同樣類型的表型正常女子結(jié)婚，生有病子女的機(jī)會(huì)是多少？如果一個(gè)表型正常，等位基因是雜合的男子與一個(gè)純合隱性基因的病女子結(jié)婚，生有5個(gè)孩子，其中無病子女的機(jī)會(huì)是多少，3病2正常的機(jī)會(huì)是多少？,孟德爾分離定律的普遍性,適用于單基因遺傳性狀的分析例如：人類的白化?。籖FLP(DNA限制性內(nèi)切酶片段長度多態(tài)性),,EcoRV酶切人體基因組DNA，與苯丙氨酸羥化酶基因探針雜交，獲得30kb和25kb的兩種類型，父母是正常表型，兩個(gè)孩子中一個(gè)是表型正常的30kb/25kb雜合體，另一個(gè)是有病個(gè)體，25kb/25kb純合體，推測，25kb可能與有病基因連鎖。,孟德爾定律數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理,適合度測驗(yàn)(goodnessoffit)實(shí)驗(yàn)實(shí)際比數(shù)與理論比數(shù)適合的程度?？ㄆ椒綔y驗(yàn)適合度,孟德爾定律的適用范圍,共顯性：當(dāng)一對等位基因雜合時(shí)，兩個(gè)基因所控制的性狀同時(shí)顯現(xiàn)出來的現(xiàn)象血型Bloodgroup復(fù)等位基因MultipleAlleles：群體中的不同個(gè)體，在同一基因座(locus)上有2種以上等位基因外顯率：帶有顯性基因的個(gè)體表現(xiàn)出所控制性狀的實(shí)際數(shù)與理論數(shù)之比,概念,遺傳學(xué)Genetics棋盤法PunnettSquare不完全顯性IncompleteDominance黑縞蠶白蠶→淡黑縞鑲嵌顯性MosaicDominance：指控制一對相對性狀的基因，也就是一對等位基因可以各自在身體的不同部分分別表現(xiàn)出顯性黑緣型(前緣黑色)均色型(后緣黑色)→,,,五、連鎖遺傳分析,F1雜合子形成配子時(shí)，兩對基因有保持親代原來組合的傾向，并且這種傾向與顯隱性無關(guān),,,,,,,,,,,,摩爾根根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出連鎖交換定律，即遺傳的第三定律：處在同一染色體上的兩個(gè)或兩個(gè)以上基因遺傳時(shí)，聯(lián)合在一起的頻率大于重新組合的頻率,,連鎖(linkage)：同一親本的基因趨向于聯(lián)合交換(crossingover)：同一親本的基因相互分開，重新組合重組(recombination)：由于同源染色體上的不同等位基因間的重新組合，產(chǎn)生不同于親本的類型,,重組頻率recombinationfrequency,RF重組頻率的計(jì)算：重組頻率(RF)：重組型數(shù)目/(親本型數(shù)目＋重組型數(shù)目)1%重組值為一個(gè)單位，稱一個(gè)厘摩，記作1個(gè)CM基因在染色體上的距離以重組值為根據(jù)，畫出的基因距離圖稱遺傳學(xué)圖(geneticmap),三點(diǎn)測交(threepointtesscross),ABC/ABCXabc/abcABC/abcXabc/abcABCAbCabcaBcABcaBCabCAbc,,,果蠅：4對染色體,果蠅的三個(gè)突變基因：ec(echinus,棘眼)，sc(scute,胸部剛毛稀缺)，cv(crossveinless,翅上無橫脈)，都是X連鎖遺傳把ec果蠅同sc、cv果蠅雜交，得到三雜合體果蠅(ec++/+sccv)課本：第二版152頁，,三雜合雌蠅(ec++/+sccv)與三隱性雄蠅(ecsccv/Y)交配后得到的子代數(shù)據(jù),,ec-sc：親組合810+828+89+103=1830，重組合62+88=150，重組率=150/(1830+150)=7.6ec-cv：重組率為9.7%sc-cv：重組率為17.3%子代果蠅出現(xiàn)6種表型可以出現(xiàn)8種表型ct(cut截翅),(ecct+/++cv)(ecctcv/Y)子代的表型數(shù),,ec-ct：10.1+8.3=18.4ec-cv：10.1+0.1=10.2ct-cv：8.3+0.1=8.4,連鎖與交換,類型觀察數(shù)Sn3-mw-mSn3-wSn3wm372---+++285---+w+95-++Sn3+m97-++Sn3++4+-++wm4+-+++m91++-Sn3w+52++-合計(jì)1000151335200,三點(diǎn)測交(threepointtesscross),Sn3wm/Sn3wmX+++/Sn3wmm---sn3:151/1000=15.1%m---w:335/1000=33.5%w---sn3:200/1000=20.0%m15.1sn320w,,,校正值，并發(fā)率，干涉,校正值：被低估的雙交換頻率（4＋4）X2/1000=1.6%33.5+1.6=35.1并發(fā)率＝雙交換率/單交換率乘積0.8%/(15.1X20%)=0.26干涉＝1-并發(fā)率＝1-0.26=0.74,馬的二倍體染色休數(shù)是64，驢的二倍體染色體數(shù)是62。試說明馬驢雜種騾何以高度不育。,因?yàn)轵厼轶H、馬遠(yuǎn)緣雜種，構(gòu)成騾之細(xì)胞中相對的兩個(gè)染色體組(n驢=31，n馬=32)對應(yīng)各成員之間沒有同源關(guān)系。因此，騾的性母細(xì)胞在減數(shù)分裂時(shí)，染色體很少或沒有配對、可以認(rèn)為，對細(xì)胞兩極63個(gè)染色體的取向是隨機(jī)的。不難看出，減數(shù)分裂必須滿足下列條件才能形成可育配子：,,①A、B兩極之染色體必須雖31：32分配；②31者全為驢的，32者全為馬的染色體。于是，問題歸結(jié)為估算上述特定方式減數(shù)分裂的發(fā)生頻率。設(shè)63個(gè)染色體在兩極呈31：32分配的概率為PA，則PA＝C3163(1/2)31(1/2)32+C3263(1/2)32(1/2)31(A31、B32與A32、B31之和事件)從數(shù)學(xué)上知：C3163＝C3263所以PA＝2C3163(1/2)63,,當(dāng)染色體呈31：32分配時(shí)，必有一種，也只有一種31全驢，32全馬的情形。設(shè)31全驢、32全馬染色體時(shí)之條件概率為P(B1A)，則：P(B1A)=1/C3163（＝1/C3263）于是，可育配子的概率：P(AB)=PAP(B1A)=2C3163(1/2)631/C3163=2(1/2)63可見，驢馬雜種產(chǎn)生可育配子的概率是極低的，所以，經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為騾通常是不育的。,