历史简介遗传学发展史ppt课件

第一章 历史简介 一、遗传学发展简史 遗传学发展简史 与所有其他学科一样，遗传学也是在人类的生产实践 活动中产生和发展起来的。 劳动人民在早期的农业生产和家畜饲养过程中就已经 认识到遗传和变异现象的存在，并通过选择，育成了优 良品种。我国农业历史悠久，是许多作物和家畜的起源 中心之一。中国人很早就开始作物育种工作，并积累了 宝贵的经验。汉朝的汜胜之书和后魏贾思勰的齐 民要术对选种留种就曾作过系统详细的记载。古巴比 伦人和亚述人早就掌握了人工授精方法。这说明劳动人 民对遗传和变异已有了一定的认识，但没有形成系统的 遗传学理论。 19世纪中叶，Darwin对野生和家养的动植物进行了详细 的调查研究，修正了Lamarck的“用进废退”和“获得性状 遗传”学说，提出了以自然选择为中心的进化学说，使生 物学有了突破性的进展。 同一时期，奥地利神甫Mendel根据前人的工作和他自 己进行了八年的豌豆杂交试验，于1866年发表了划时代 的论文植物杂交试验，提出了遗传因子的概念和遗 传因子分离和重组的假设。Mendal应用统计方法分析他 的试验结果，提出了假设，又设计严密的试验验证了他 的假设，这是人类对遗传现象的认识从单纯的描述第一 次推进到了科学的分析验证。遗憾的是，Mendel的思想 和理论远远超越了时代，使得他的工作当时没有得到世 人应有的重视，以致被埋没了30多年。 1900年，三位植物学家Hugo De Vris，法国的 Karl Correns和奥地利的Evich Tschermak Von Seysenegg在不同的地点，利用不同的植物，经 过大量的植物杂交工作，几乎在同时得出了与 Mendel发现的相同的遗传规律，并重新发现了 埋在故纸堆里30多年的Mendel的论文。 1900年Mendel遗传规律的重新发现，使得许 多生物学家开始对遗传学产生了兴趣，因此， 1900年被公认为遗传学建立和开始发展的一年 。算起来，至今才103岁。Genetics作为一个学 科的名称则是由Bateson于1906年首先提出的。 1903年Sutton和Boveri首先发现染色体(chromosome) 的行为与Mendel所说的遗传因子(hereditary factor)的行 为很相似，提出了染色体是遗传物质的载体的假设。 1909年，Johannsen用Gene一词代替Mendel所说的 hereditary factor，一直沿用至今。 1910年左右，Morgan和他的学生Sturtevant，Bridges 和Muller等用果蝇为材料研究性状的遗传方式，得出了 连锁交换定律，同时证明了基因直线排列在染色体上。 这样，以遗传的染色体学说为核心的基因论就诞生了， 建立了经典的遗传学理论体系。 1927年，Muller等人用X-ray诱发果蝇和玉米的 突变，获得了成功，为研究基因的本质奠定了基 础。 1937年，Blakeslee用秋水仙素诱发多倍体成 功，为创造可遗传的变异开辟了道路。 1941年，Beadle等研究了红色面包霉的生化 突变型，提出了“一个基因一个酶”的学说，把基 因与蛋白质（protein）的功能结合起来，发展了 微生物遗传学和生化遗传学，从而大大地推动了 遗传学的发展。 1944年，Avery 等从肺炎双球菌转化试验中发现 转化因子是DNA而不是蛋白质。 1952年，Hershey和Chase证明噬菌体（ phage）感染大肠杆菌(E.coli)时，只有DNA进入 细胞内，而蛋白质是不进入细菌细胞内的。这些 研究证明，DNA是真正的遗传物质。 1953年，Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模 型，开创了遗传学发展史上的新纪元。这一理论 对遗传学的一系列核心问题，诸如DNA的分子结 构、自我复制、相对稳定性和变异性等，以及 DNA作为遗传物质如何储存和传递遗传信息等都 提供了合理而科学的解释，明确了基因的本质是 DNA分子上的一个片段，从而开创了分子遗传学 这一崭新的科学领域。为从分子水平上研究基因 的结构和功能，揭示遗传和变异的奥秘奠定了稳 固的基础。 60年代，蛋白质和核酸的人工合成、中心 法则的提出、三联体遗传密码的破译、传 递细菌对抗生素抗性的质粒的发现以及基 因表达的调控原理的揭示等一系列重大突 破，使遗传学的发展走在了生物科学的最 前列。 70年代以来，限制性内切酶的发现、分离和提 纯为人工分离基因，重组DNA提供了可能。从而 可将外源基因通过载体（Vector）导入细菌、植 物、动物体内，并能在受体生物中表达，还能通 过有性繁殖遗传下去。这就是人们常说的遗传工 程，也称基因工程。使人类在定向改造生物方面 跨进到了一个新的阶段。 回顾100年来遗传学的发展历史，清晰地 表明遗传学是一门发展极其迅速的科学， 差不多每隔十年就有一次重大的提高或突 破。目前，遗传学已成为自然科学中进展 快，成果多的最活跃的学科之一了。 遗传学已从Mendel、Morgan时代的细 胞学水平，发展到了现代的分子学水平。 已发展为30多个分支学科。 1、临床遗传学 Clinical genetics 研究临床各种遗传病的诊断、产前诊断、预 防、遗传咨询以及治疗。 遗传学的主要分支学科 2、细胞遗传学Cytogenetic 1923年，Painter T S，提出人的染色体数目是 2n=48，性染色体为XX，XY。 1952年，徐道觉（Hsu T C），偶然应用低渗 处理细胞获得分散良好的染色体，并发现人的染 色体数为46条，但未能肯定自己的发现，仍相 信Paiter的2n=48的结论。 1956年，蒋有兴（Tjio J H）和Levan A证明 人的体细胞染色体数为46条，这标志着人类细 胞遗传学的开始。 低渗处理技术的应用和外周血短期培养方法的建 立，推进了人类染色体研究的进程。 细胞遗传学Cytogenetic 1959年Lejune J 发现Down综合征/先天愚型 ，是由于细胞中多了一条G组染色体，既21 三体所致。继之发现： Turner综合征，45，X。 Klinefelter综合征，47，XXY。 由于染色体异常而引起疾病，于是出现了染 色体病（Chromosome disease）这一术语 。 现已认识100余种染色体异常综合征和一万余 种 罕见的异常核型。 细胞遗传学是研究人类染色体的数目、结构 异 常（或畸变）与疾病的关系的科学。 3、体细胞遗传学 Somatic Cell Genetics 是以体细胞（体外培养的细胞）为对象进 行遗传学研究的科学。 体细胞遗传学优越性在于： 体外培养迅速、大量繁殖、传代； 用时复苏，不用时冻存，长期保存； 进行人为的杂交，打破种属界限，进行 不同种属、不同细胞的杂交； 可施加各种因素进行实验研究。 体细胞遗传学的应用： 杂交进行基因定位研究，如 人 鼠 TK酶基因定位； 细胞杂交与单克隆抗体的制备； 细胞杂交与肿瘤抑制基因的研究，N X T 细胞失去肿瘤特征； 基因转移研究； 克隆羊、牛、猴、鼠及猪。 4、生化遗传学 Biochmical genetics 1949年，Pauling L，研究镰状细胞贫血患 者的血红蛋白，电泳后与正常人的Hb泳动速率 不同，推论其是分子结构改变所致，从而提出 分子病的概念，随后，1956年，Ingram V M ，的工作证实了Hbs分子结构的改变是链第6 位Aa由谷Aa缬Aa所致。 1902年，Garrod A E，研究尿黑酸尿病，从 患者的尿中分离出尿黑酸，是由于代谢异常所 致，从而提出先天代谢缺陷（inborn errors metablism）的概念。 在此基础上建立和发展了生化遗传学。就是 应用生化的方法研究遗传病的蛋白、酶的变化 以及核酸的相应改变。 5、分子遗传学 Molecular genetics 1944年，Avery O T，et al肺炎双球菌的转化 实验证明遗传物质是DNA，奠定了分子遗传学 的基础。 1953年，Watson J D和Crick F H C DNA 双螺旋结构的阐明，标志着分子遗传学的开始 。 1958年，Crick 中心法则（central dogma）DNARNAP，遗传信息的传 递原则。 1961年，Jacob F 和Monod J 提出乳糖操 纵子模型，建立了基因调控的概念。 分子遗传学 1967年，Khorana H G 等，破译了全部遗传密码 ，使人们对遗传物质有了全新的认识。 1968年，Arber W等限制性核酸内切酶的发现与 应用，推进了DNA重组技术的发展和应用。 1977年，Sanger F，提出双脱氧核苷酸法DNA 测序进行DNA序列分析。 1985年，Mullis K提出体外扩增DNA片段方法 PCR，人工合成DNA。 *分子遗传学依据上述理论和技术，研究Gene的结 构、突变、表达及调控，阐明遗传病的分子机制， 为基因诊断、治疗提供手段。 6、肿瘤遗传学 Cancer genetics 应用遗传学的基本原理、方法，研 究肿瘤发生的遗传基础。 遗传学家与肿瘤学家们从细胞遗传 学、分子遗传学、免疫遗传学等不同 角度探讨肿瘤的发生、发展，阐明肿 瘤发生机理，为诊断、治疗以及预防 提供依据。 7、群体遗传学 Population genetics 以群体为研究对象，研究群体中的 遗传结构及变化规律，如遗传病的种 类、发病率、基因频率、携带者频率 ，以控制遗传病在群体中的播散。 理论依据是1908年Hardy和1909 年Weinberg提出的遗传平衡定律。 8、免疫遗传学 Immunogenetics 研究免疫反应的遗传基础与遗传控 制、抗体多样性产生的遗传机理， 补体的遗传基础等，为控制免疫过 程、阐明免疫缺陷病提供手段。 9、药物遗传学 Pharmacogenetics 是药理学与遗传学相结合发展起来 的边缘学科，研究机体的遗传因素 对药物代谢和药物反应的影响。为 指导医生用药的个体化原则提供理 论根据。 10、遗传毒理学 Genetic toxicology 研究环境因素对遗传物质的损伤机制，即 诱变剂、致畸剂、致癌剂对遗传物质的损 伤，建立检测方法和手段。 11、发育遗传学 Developmental genetics 研究胚胎发育过程中细胞的生长、 分化、组织、器官的形成的遗传机制 和调控作用。 12、行为遗传学 Behavior genetics 从低等生物高等生物人类的行为是什么决定 的？如何决定的？这是行为遗传学将要阐述的问题。 60年代，人们倾向于行为是由环境决定的观点。 70年代，认为行为是遗传因素和环境因素共同作用 的结果。 80年代以后，N生物学、分子生物学的理论方法进展 ，推动了行为遗传学的发展，对行为提出科学、辨证 的观点，行为是N元及其由N元所构成的回路对外界 刺激的综合性反应。不难看出遗传及环境与行为形成 的辨证关系。 人们对人类病理行为的研究取得了很大进展，定位 和克隆了一些行为基因，如害羞基因、癫痫发作基因 、自杀基因、同性恋基因、酗酒基因等。 二、 ISCN历史简介 1.1 1956-1984 1956年，Tjao和Levan在一篇文章中报道人类的染色体 数目是46条，而不是48条。这篇文章现已成为经典之作 。 Tjao和Levan的实验是在培养的人类胚胎细胞的基础上进 行的。通过研究取自睾丸的原料，Ford和Hamerton很快 也证实了这个结论（1956）。这两篇文章使得人们对细 胞遗传学又产生了新的兴趣。 到1959年为止，有好几个实验室致力于人类染色体的研 究，并且提出了多种分类和命名方法。由于分类和命名 的不同，相关文献上出现了混乱。人们迫切需要一个命 名的共用系统，以便能够促进这个领域工作者之间交流 。 TjioTjio Yunis，1976）几项研究表明这种技术需要一种新的命名 （Francke and Oliver, 1978; Viegas-Pequignot and Dutrillaux, 1978; Yunis et al., 1978）。 科研小组在不同地点举行了会议，对于染色体带的数目 ，宽度和他们的相对位置，大家都达成一致的协议。但 是，对于某些带的本质以及和其它的带比较起来，这些 带在什么分裂期显现，却很难达成一致意见。在1980年 五月的巴黎会议上，专家们对此达成了很大程度上的一 致，并且将其发表“人类细胞遗传学的国际命名体制 高分辨染色体(1981)”或ISCN(1981)。 1981年在Jerusalem召开了第六届国际人类遗传学年会， 年会中特别召开了一个由细胞遗传学家参加的会议，会 议选举产生了新的标准委员会,David Harnden被任为委 员会主席。 1984年科研工作者们准备修订“人类细胞遗传学 命名的国际系统”，并且将它以ISCN(1985)发表 ，改编的一个原因是需要对该体制进行修订重印 ，另一个原因是科研工作者认为把所有有关命名 的文章撰成一集是很重要的，他们利用这个机会 纠正一些错误，作少量的补充，但是并未作很大 的改动。 “在维持和提高国际间合作方面，人类染色体国际命名体 制已成为一个重要的文件，并广泛被人接受。正是由于 许多人的合作，使得该体制的发展成为可能。我不仅要 对标准委员会的成员表示感谢，而且要对那些曾经担任 过顾问和为上述这些出版物慷慨解囊、贡献智慧的人表 示感谢。我还要代表国际细胞遗传学会向“March of Dimes”先天性缺陷基金会表示感谢，感谢他们十九年来 连续不断的大量的经济援助。没有他们的帮助，就没有 人类染色体命名体制的发展。” -David Hamden 1984年10月 1.2 1985-1995 1986年在柏林举行的第七届国际人类遗传 学大会上，与会的细胞遗传学家选举了一 个新的标准委员会，Uta Francke被任命为 主席。委员会认识到那些和肿瘤形成有关 的染色体畸变的资料在数量和种类上都有 大量的增加，但是那些获得了畸变的染色 体，并不象发表在ISCN上那些被命名的染 色体本质畸变一样描述得充分，所以，很 有必要为它们编撰一本命名法。 Uta Francke 在Felix Mitelman的领导下，成立了一个分 会，该分会的主要任务是为肿瘤细胞遗传 学命名。ISCN标准委员会接受了该分会的 报告并将该报告作为ISCN (1991)出版：即 肿瘤细胞遗传学指南。这些指南代替了 ISCN以前的关于肿瘤细胞遗传学的建议， 并且从此成为公用的指导性文件。 1991年在华盛顿召开的第八届国际人类遗传学年会上， 选举了新的标准委员会。Felix Mitelman被任命为主席。 新选举的委员会考虑到由于该领域的进展，必须适时再 研讨ISCN的命名，使之适应时代要求，该命名包括原位 杂交技术应用的进展，以及把所有与肿瘤细胞遗传学有 关的文章和指导性文件编撰成一册，这个册子定于1995 年在ISCN上发表。在新近出版的相关杂志上，委员会邀 请细胞遗传学家把他们发现的自1978年到1991年出版的 ISCN上的任何错误，以及相应的修改和改进的意见交上 来。 1994年10月9日到13日，在Avirachan Tharapel教授的友 好邀请下，标准委员会成员与顾问们云集一堂。委员会 审阅了所有呈递给他们的建议信，并且修改了自1985到 1991年所发表的文章，把他们编撰成一个册子，以便能 适应时代的要求，这便是1995年编写此书的目的。 H.J. Evans A. Jacobs 1994年10月 1.3 1996-2004 1996年第九界国际人类遗传学会议在里约热内卢召开。 在细胞遗传学分会上，科学家们选举产生了新一界标准 委员会。Patricia AJacobs被任命为主席。根据 ISCN(1995)的修订方案，本界委员会决定不再实施对 ISCN的变更。 第十界国际人类遗传学会议在维也纳召开。与会的细胞 遗传学家们在分会上选举产生了新一界标准委员会， Tommerup任主席。通过ISCN(1995)在遗传学界的广泛 应用，科学家们一致认为有几个方面需要澄清、删除和 增添。因此，委员会决定审查并更新ISCN(1995)。 Niels Tommerup Professor, Center Direktr Wilhelm Johannsen Centre Department of Medical Genetics, Institute of Medical Biochemistry and Genetics, University of Copenhagen Lynda Campbell, Australia Christin