现代遗传学.doc

现 代 遗 传 学 （Modern Genetics）l 第一章 经典遗传学的诞生l 遗传(heredity)：生物性状或信息世代传递中的亲子间的相似现象。l 变异(variation)：生物性状在世代传递过程中出现的差异现象。基因概念的发展 1866，年Mendel在他的豌豆杂交实验论文中首次提出遗传性状是由遗传因子控制的假说； 1909年，丹麦学者Johannson第一次提出“基因（gene）”这一术语，泛指那些控制任何性状，又依孟德尔规律的遗传因子； 1911，Morgan通过对果蝇的研究，证明基因在染色体上呈直线排列，至此经典遗传学把基因看作是不可分割的结构单位和功能单位，是决定遗传性状的功能单位和突变、重组 “三位一体”的最小单位； 1941年美国生物学家比德尔和塔特姆证明酶有控制基因的作用，认为一个基因的功能相当于一个特定的蛋白质（酶），基因和酶的特性是同一序列的，每一基因突变都影响着酶的活性，于是在1946年提出了“一个基因一个酶”的假说，奠定了基因和酶之间控制关系的概念，开创了现代生物化学遗传学。 1944年，O.T.Avery通过肺炎球菌的转化试验，证明基因的化学成分为DNA,基因是DNA分子上的功能单位； 1955年，S.Benzer根据侵染大肠杆菌的T4噬菌体基因结构的分析，证明了基因的可分性，提出了突变子、重组子和顺反子的概念。 第二章 分子生物学的兴起l 性状(trait):生物体所表现的形态特征和生理特性，并能从亲代遗传给子代。孟德尔提出以下假说生物的遗传性状是由遗传因子（hereditary determinant）决定的。每棵植株的每一种性状都分别由一对遗传因子控制。每一个生殖细胞（花粉或卵细胞）只含遗传因子的一个。每对遗传因子中，一个来自父本的雄性生殖细胞，另一个来自母本的雌性生殖细胞。形成配子细胞时，每对遗传因子相互分开，也就是分离，然后分别进入生殖细胞。生殖细胞的结合（形成一个新合子或个体）是随机的。控制红花的遗传因子同控制白花的遗传因子是同一种遗传因子的两种形式，其中红花对白花是显性，白花对红花是隐性。只要有一个控制红花的遗传因子就会开红花，只有两个遗传因子都是控制白花的植株才会开白花。l 分离法则：F2群体中显隐性分离比例大致为3:1。l 自由组合法则：又称独立分配法则，指形成包含两个以上的相对性状的杂种时，各对相对性状之间各自独立地发生自由组合。l 独立分配规律的要点：控制两对不同性状的等位基因在配子形成过程中，一对等位基因与另一对等位基因的分离和组合互不干扰，各自独立分配到配子之中。 l 独立分配的实质：控制两对性状的等位基因，分布在不同的同源染色体上；减数分裂时，每对同源染色体上等位基因发生分离，而位于非同源染色体上的基因，可以自由组合。 l 完整性法则：支配性状的遗传因子在彼此组合形成杂种时，互不沾染，互不融合。遗传因子在杂种中仍然保持其完整性。l 基因型（genotype）：个体的基因组合即遗传组成；l 复等位基因（Allele, Allomorph） 同一座位存在的两个以上不同状态的基因, 其总和称之为复等位基因multiple alleles）（如，红细胞血型，IA、IB、i .）。模式生物果蝇1、果蝇的生活周期短 。大约为10天，新羽化的雌性成虫大约8小时可交配，约40小时开始产卵。 2、容易培养；通过控制养殖的温度，可以加速和减缓果蝇的发育。 3、繁殖子代多；产卵初期每天可达5070枚，累计产卵可达上千枚。4、染色体数目少；5、染色体大；6、有个别性形态特征；7、还积累了丰富多彩的遗传资料l 连锁遗传：原来亲本所具有的两个性状，在F2连系在一起遗传的现象。若干非等位基因位于同一染色体而发生连系遗传的现象。第三章 基因的概念和结构DNA作为主要遗传物质的直接证据1.肺炎双球菌的转化实验实验步骤：1.S菌光滑型小鼠死，R菌粗糙型致病小鼠活 2.死S菌+活R菌小鼠死 3.死S菌小鼠活结论：说明DNA具有特定的遗传特性。 说明一种基因型细胞DNA进入另一种基因型细胞后，可引起稳定遗传变异。2.噬菌体的感染实验实验步骤：1.S（硫）主要存在蛋白质中，P（磷）主要存在DNA中 2.被35S和被32P标记的噬菌体分别感染细菌 3.宿主细胞内主要是32p，宿主细胞外主要是35S结论：说明注入宿主细胞的物质是DNA，只有DNA是联系亲代和子代的物质。 说明DNA是遗传物质。3.烟草花叶病毒的感染和繁殖（TMV）实验步骤：1.把TMV的蛋白质和RNA分离 2.分别感染烟草，只有含RNA的成分能成功 3.S系蛋白质外壳不含组氨酸、甲硫氨酸，HR系含 4.S系pro+HR系RNA第二代HR性状 5.S系RNA+HR系pro第二代S性状结论：说明决定病毒遗传性状的是RNA 。 夏洛夫法则（1）DNA中的4种碱基的含量并不是等量的；（2）腺嘌呤(A)的量总是和胸腺嘧啶(T)的量相等;鸟嘌呤(G),则和胞嘧啶（C）几乎相等. 既:A=T；C =G DNA双螺旋结构特点：1. 两条互补多核酸链、在同一轴上互相盘旋；2. 双链具有反向平行的特点；3. 碱基配对原则为：A=T、G=C，双螺旋直径约20A，螺距为34A(10个碱基对)。DNA双螺旋结构的生物学意义第一，它能够说明遗传物质的自我复制。在复制时，DNA的双链拆开，成为两个模板，再根据碱基配对的原则，复制成两个与原来的DNA序列一模一样的新分子。在这两个新DNA分子中，各有一条旧链和一条新合成的链。这个“半保留复制”的设想后来被麦赛尔逊和斯塔勒用同位素追踪实验证实。第二，它能够说明遗传物质是如何携带遗传信息的。DNA上的碱基序列就是遗传信息，4种碱基的排列组合可以携带无限多样的遗传信息。第三，它能够说明基因是如何突变的。基因突变是由于碱基序列发生了变化，这样的变化可以通过复制而得到保留。中心法则：从噬菌体到真核生物的整个生物界共同遵循的规律。遗传信息DNA 到 mRNA的转录，再到蛋白质翻译，以及遗传信息从DNA 到 DNA的复制过程。中心法则的发展：. RNA的反转录. RNA的自我复制 . DNA指导的蛋白质合成. RNA的反转录 单链RNA在反转录酶的作用下，可反转录成DNA，再以此为模板生成双链DNA。说明1.遗传信息可以在DNA和RNA 之间流动 2.DNA、RNA的遗传信息单向流动到蛋白质中第四章 基因和染色体复等位基因（Allele, Allomorph） 同一座位存在的两个以上不同状态的基因, 其总和称之为复等位基因（multiple alleles）如，红细胞血型，白细胞抗原 。l 顺反子：是一个遗传的功能单位，一个顺反子决定一条多肽链，顺反子即是基因。l 重叠基因:指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。l 可动基因(mobile gene：指染色体组上可以转移（或转坐）的基因。即跳跃基因(jumping gene)或转座因子。l 操纵子：操纵基因与由它操纵的几个结构基因连锁在一起，几个结构基因由一个启动子转录成一个RNA分子再翻译成蛋白质，这样的结构叫操纵子。l 超基因：指作用于一种性状或作用一系列相关性状的几个紧密连锁的基因。l 突变子：DNA中构成基因的一个或若干个核苷酸l 重组子：代表一个空间单位，有起点和终点，可以是若干个密码子重组，也可是单个核苷酸互换，若是后者就变成突变子。l 转座子：Tn:Is:转座因子转座途径有复制转座：非复制转座：细胞质遗传的特点：1.正交和反交的遗传表现不同。2.连续回交，母本核基因可被全部置换掉，但由母本细胞质基因所控制的性状仍不会 消失；3.非孟德尔遗传又称非染色体遗传、染色体外遗传、核外遗传、母性遗传。一切受细胞质基因所决定的性状，其遗传信息一般只能通过卵细胞传给子代，而不能通过精细胞遗传给子代。线粒体DNA分子特点： mt DNA一般呈圆环，非常小，仅为核DNA十万分之一。没有内含子，几乎每一对核苷酸都参与一个基因的组成；无重复序列，许多基因序列是重叠的； 线粒体基因组能够自我复制，转录和合成少数蛋白质，大部分由核基因编码。线粒体自身结构和生命活动受核基因参与和控制，核基因遗传是主宰。叶绿体DNA的分子特点: .ct DNA与细菌DNA相似，裸露的DNA； .闭合双链环状结构； .多拷贝：高等植物每个叶绿体中有3060个DNA，整个细胞约有几千个DNA分子；藻类中，叶绿体中有几十至上百个DNA分子，整个细胞中约有上千个DNA分子。 . 线粒体基因组能够自我复制，转录和合成少数蛋白质，大部分由核基因编码。l 第五章 基因组染色体结构的改变包括： 缺失、重复、倒位、易位的特点和遗传效应基因突变包括：点突变、移码突变、基因重组、基因转换 动态突变、表观遗传变异、DNA甲基化、基因组印记、RNA编辑真核生物染色体：端粒、着丝粒和复制原点是染色体保持完整和稳定的三大要素。端粒：是染色体末端的DNA重复序列，作用是保持染色体的完整性。端粒的复制：端粒重复序列是由端粒酶合成后添加到染色体末端。 端粒DNA主要功能有：第一，保护染色体不被核酸酶降解；第二，防止染色体相互融合；第三，为端粒酶提供底物，解决DNA复制的末端隐缩，保证染色体的完全复制。l 基因突变(Gene Mutation)：指基因的一种等位形式变成另一种等位形式。l 基因重组：由于不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合，形成新DNA分子的过程。l 基因组：单倍体细胞中所含的整套染色体所包含的DNA分子以及DNA分子所携带的全部遗传指令。l C值悖理：从总体上说，生物基因组的大小同生物在进化上所处的地位高低无关，这种现象称为C值悖论。重复序列：基因组中重复出现的序列。如，STR,SNP,微卫星DNA SNP single nucleotide polymorphism 单核苷酸多态性：在基因组内某一特定的核苷酸位置上，可以有不同的核苷酸。单个核苷酸位置上存在转换、颠换、插入、缺失等变异所引起的DNA序列多态性(小于1%归为点突变)。基因克隆:是指某种目的基因的分离过程，通常是将生物材料的遗传物质如DNA以酶切成片断， 插入到载体中，通过无性繁殖（细菌或细胞的倍增）使其扩增，然后再以某种探针选 择、钓取目的基因。l 第九章 基因与发育l 生物学角度来说，发育是高等生物从受精卵开始发育，经过一系列细胞分裂和分化，产生新个体，生长繁殖的一系列过程。l 从遗传学角度来说，发育是基因按照特定的时间，空间程序表达的过程。 l 研究基因对发育的调控作用的学科就是发育遗传学（Developmental Genetics） 。l 决定（determination）: 早期胚胎期间的全能或多能干细胞在基因的调控下，确定了特定细胞的分化趋势，即指定了这些细胞的分化命运。l 特化（specification）：细胞或组织按照已经被决定的命运自主地进行分化，形成特异性组织或细胞地过程。l 细胞克隆：把单个细胞从群体内分离出来单独培养，使之重新繁衍成一个新的细胞群体的培养技术。l 第八章 基因表达与调控l 顺式作用元件：与靶基因位于同一条染色体上起调控作用的DNA序列。通常不编码蛋白质，位于基因的旁侧序列或内含子中。（启动子、增强子、弱化子、绝缘子、沉默子 ）。l 反式作用因子：基因编码的起调控作用的产物。反式作用的基因与受调控基因多半不位于同一条染色体上。（调节基因、转录因子基因）l 增强子(enhance):指增加同它连锁的基因转录频率的DNA 序列 。 l 沉默子 (silencer) ： 能够对基因转录起阻遏作用的 DNA 片段，属于负性调控元件。真核生物的三个水平调控：DNA水平：启动子、增强子、弱化子、绝缘子、沉默子、DNA甲基化。转录水平：RNA选择性剪接、RNA编辑（移码）、RNA甲基化翻译水平：翻译因子磷酸化、多肽切割、多肽化学修饰（磷酸化、糖基化）、蛋白质内含子的剪切l 第九章 数量性状基因及其遗传l 质量性状：表型之间截然不同，具有质的差别，用文字描述的性状称质量性状。如水稻的糯与粳，豌豆的饱满与皱褶等性状。l 数量性状：性状之间呈连续变异状态，界限不清楚，不易分类，用数字描述的性状。如作物的产量，奶牛的泌乳量，棉花的纤维长度等。l 质量性状和数量性状的区别：质量性状 数量性状变异类型 不连续 连续F1表现类型 显性性状 中亲类型对环境的敏感性 不敏感 敏感后代个体数分布 孟德尔遗传 正态分布基因数目 一个或少数几个 微效多基因研究方法 系谱和概率分析 统计分析 第十章 群体遗传学l 哈代-温伯格定律（Hardy-Weinberg law)：又叫遗传平衡定律