分子遗传学第1章引言

1,农学院作物遗传育种系李志坤Tel:7520154-mail:lzhk,分子遗传学MolecularGenetics,2,分子遗传学,课程号:BX0901214-02课程性质:业务素质课课程总学时:48学时课程学分:3学分,3,第一章引言（2学时）第二章遗传的物质基础（4学时）第三章基因与基因组（6学时）第四章DNA复制（4学时）第五章转录（10学时）第六章翻译（4学时）第七章突变和遗传重组（6学时）第八章原核生物基因表达调控（7学时）第九章真核生物基因表达调控（3学时）第十章分子标记技术（2学时）,4,主要参考书,1.基础分子生物学，郑用琏主编，高等教育出版社，2007（普通高等教育十五国家级规划教材）2.MolecularBiology(Third):RobetF.WeaverMcGraw-HillCompanies,Inc.20043.GenesVIIIBenjaminLewinPrenticeHall20044.分子遗传学，孙乃恩主编，南京大学出版社，19965.现代分子生物学（第二版），朱玉贤、李毅，高等教育出版社，19976.分子生物学，阎隆飞、张玉麟，农业大学出版社，19977.分子遗传学，张玉静主编，科学出版社，2002,6,一、分子生物学及分子遗传学的含义,二、分子遗传学的发展简史,三、分子生物学家获得Nobel奖情况,第一章引言,1.广义的分子生物学：研究蛋白质（Protein）及核酸(Nucleicacid)等生物大分子的结构、功能和生物大分子之间的互作，即从分子水平上阐明生命现象和生物学规律。,2.狭义的分子生物学：即分子遗传学或核酸（基因）的分子生物学研究基因的概念、结构、复制、表达、调控、遗传、突变及交换的分子基础。,一、分子生物学及分子遗传学的含义,8,结构生物学,基因分子生物学,生物技术理论与应用,3.分子生物学研究的三大主要领域,狭义的分子生物学,9,1847年SchleidenTheSorghumbicolorgenomeandthediversificationofgrasses,1PlantGenomeMappingLaboratory,UniversityofGeorgia,Athens,Georgia30602,USA2WaksmanInstituteforMicrobiology,RutgersUniversity,Piscataway,NewJersey08854,USA3DOEJointGenomeInstitute,WalnutCreek,California94598,USA4StanfordHumanGenomeCenter,StanfordUniversity,PaloAlto,California94304,USA5MIPS/IBIS,HelmholtzZentrumMnchen,InglostaedterLandstrasse1,85764Neuherberg,Germany6CenterforIntegrativeGenomics,UniversityofCalifornia,Berkeley,California94720,USA7CollegeofSciences,HebeiPolytechnicUniversity,Tangshan,Hebei063000,China,50,ThedraftgenomeofadiploidcottonGossypiumraimondiiKunboWang1,6,ZhiwenWang2,6,FuguangLi1,6,WuweiYe1,6,JunyiWang2,6,GuoliSong1,6,ZhenYue2,LinCong2,HaihongShang1,ShilinZhu2,ChangsongZou1,QinLi3,YouluYuan1,CairuiLu1,HenglingWei1,CaiyunGou2,ZequnZheng2,YeYin2,XueyanZhang1,KunLiu1,BoWang2,ChiSong2,NanShi2,RussellJKohel4,RichardGPercy4,JohnZYu4,Yu-XianZhu3,JunWang2,5doi:10.1038/ng.2371NaturegeneticsIF34,51,第一代DNA测序技术第一代测序技术是双脱氧链末端终止法根据核苷酸在某一固定的点开始，随机在某一个特定的碱基处终止，产生A，T，C，G四组不同长度的一系列核苷酸，然后在尿素变性的PAGE胶上电泳进行检测，从而获得DNA序列。在每一轮测序反应的引物延伸步骤中，会随机引入已被四种不同颜色荧光分别标记的ddNTP（ddATP、ddTTP、ddGTP、ddCTP）以终止延伸反应。这样就形成了大量末端被荧光标记的、长短不一（终止位点不同）的延伸产物。接着，再用高分辨率的毛细管凝胶电泳分离这些延伸产物，通过对延伸产物末端四种不同荧光颜色的区分，计算机软件会自动“读出”DNA序列。,52,第二代测序技术：第二代测序技术是焦磷酸测序法由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应，适于对已知的短序列的测序分析。是边合成边测序。在Sanger等测序方法的基础上，通过技术创新，用不同颜色的荧光标记四种不同的dNTP，当DNA聚合酶合成互补链时，每添加一种dNTP就会释放出不同的荧光，根据捕捉的荧光信号并经过特定的计算机软件处理，从而获得待测DNA的序列信息。,53,第三代测序技术：第三代测序技术则是基于纳米孔的单分子读取技术，基本原理是新型纳米孔测序法（nanoporesequencing），它采用电泳技术，借助电泳驱动单个分子逐一通过纳米孔来实现测序的。由于纳米孔的直径非常细小，仅允许单个核酸聚合物通过，因而可以在此基础上使用多种方法来进行高通量检测。此外，纳米级别的孔径保证了检测具有良好的持续性，所以测序的准确度非常高。对于长达1,000个碱基的单链DNA分子、RNA分子或者更短的核酸分子而言，根本无需进行扩增或标记就可以使用纳米孔测序法进行检测，这使得便宜、快速地进行DNA测序成为可能。,54,2.从比较简单的代谢作用和途径的分子遗传学研究,逐渐转向复杂的个体发育的分子遗传学研究,个体发育和细胞分化过程中一般不发生基因型的变化，变化的是不同基因的表达,目前，积极探讨个体发生和细胞分化的动态过程中基因表达调控问题,真核基因表达调控沈栩非，方福德1994TranscriptionalRegulationinEukaryotes:Concepts,Strategies,andTechniques清华大学出版社，冷泉港实验室出版社,55,3.遗传工程的兴起,基因工程是在分子遗传学的理论基础上发展起来的，使人类可以直接从DNA分子入手改良生物、创造新物种、生产各种贵重的生物制品、治疗疾病、消除环境污染等,如：转基因抗虫棉；利用反义RNA技术延长水果、蔬菜的保鲜期改变花卉颜色等；,1958JoshuaLederberg(33y),Phagetransduction,Beadle&Tatum,Onegene-oneenzyme,有关基因重组和细菌遗传物质结构的发现,三、分子生物学家获得Nobel奖情况,57,RichphosphatebondsofATP-Energy,1959,41y,DNAreplication,Isolation,DNApolymeraseI,实现了DNA分子在细菌细胞和试管内的复制,54y,JamesWatson(34y)FrancisCrick(46y)MauriceWilkins(46y),1962,FrancisCrick(1916-2004),59,FrancoisJacob(44y)JacquesMonod(55y)(French),Lac.OperonTheory提出并证实了operon作为调节细菌代谢的分子机制,1965,60,1968,R.HolleyH.G.KhoranaM.NirenbergPakistan,61,62,发现Reversetranscription,63,64,1983.BarbaraMcClintock(86y),transposableelememt跳跃基因、转座子、转位因子,65,Altman&Cech,Ribozyme（核酶）,Roberts&Sharp,Splittinggene（断裂基因）,1997年StanleyB.Prusiner发现朊病毒是作为老年痴呆症等疾病的病原并能在寄主细胞中繁殖传播1998年Furchgott,Ignarro&Murad发现了NO作为信号分子的作用机制1999年Blobel阐述了蛋白质在细胞间的转运机制，明确了信号肽及信号识别复合物在蛋白质跨膜运转过程中的作用,66,SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston,发现了在器官发育和“程序性细胞死亡”过程中的基因规则,2002年,67,2003年，美国科学家保罗劳特布尔（左）和英国科学家彼得曼斯菲尔德（右）。他们在核磁共振成像技术上获得关键性发现，这些发现最终导致核磁共振成像仪的出现。,68,2004年，美国科学家理查德阿克塞尔（左）和琳达巴克（右）。他们在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中做出贡献，揭示了人类嗅觉系统的奥秘。,69,2005年，澳大利亚科学家巴里马歇尔和罗宾沃伦。他们发现了导致人类罹患胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的罪魁幽门螺杆菌，革命性地改变了世人对这些疾病的认识。,70,2006年，美国科学家安德鲁法尔（左）和克雷格梅洛（右）。他们发现了核糖核酸（RNA）干扰机制，这一机制已被广泛用作研究基因功能的一种手段，并有望在未来帮助科学家开发出治疗疾病的新疗法。,71,2007年，美国科学家马里奥卡佩基（左）、奥利弗史密斯（中）和英国科学家马丁埃文斯（右）。他们的一系列突破性发现为“基因靶向”技术的发展奠定了基础，使深入研究单个基因在动物体内的功能并提供相关药物试验的动物模型成为可能。,72,2008年：德国科学家哈拉尔德楚尔豪森（右）及两名法国科学家弗朗索瓦丝巴尔西诺西（左）和吕克蒙塔尼（中）前者由于其在人类乳突淋瘤病毒（HPV）研究方面的成就获奖，后两者则因发现人类免疫缺陷病毒（HIV）而获奖。,73,伊丽莎白-布莱克本,卡萝尔-格雷德,杰克-绍斯塔克,表彰他们发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。三人“解决了生物学上的一个重大问题”，即在细胞分裂时染色体如何进行完整复制，如何免于退化。由染色体根冠制造的端粒酶(telomerase)是染色体的自然脱落物，能引发衰老和癌症。端粒也被科学家称作“生命时钟”，在新细胞中，细胞每分裂一次，端粒就缩短一次，当端粒不能再缩短时，细胞就无法继续分裂而死亡。,74,年诺贝尔生理学或医学奖授予英国生理学家罗伯特爱德华兹，以表彰他在体外受精技术领域做出的开创性贡献。,75,2011年诺贝尔生理学或医学奖,发现了免疫系统激活的关键原理，从而彻底革新了我们对免疫系统的认识。BruceA.Beutler，美国公民。JulesA