基因与遗传课件

Loremipsumdolorsitamet,基因与遗传,基因(遗传因子)是具有遗传效应的DNA片段(部分病毒如烟草花叶病毒、HIV的遗传物质是RNA)。,什么是基因？,基因的发展,19世纪60年代，遗传学家孟德尔就提出了生物的性状是由遗传因子控制的观点，但这仅仅是一种逻辑推理的产物。20世纪初期，遗传学家摩尔根通过果蝇的遗传实验，认识到基因存在于染色体上，并且在染色体上是呈线性排列，从而得出了染色体是基因载体的结论。,20世纪50年代以后，随着分子遗传学的发展，尤其是沃森和克里克提出双螺旋结构以后，人们才真正认识了基因的本质，即基因是具有遗传效应的DNA片断。研究结果还表明，每条染色体只含有12个DNA分子，每个DNA分子上有多个基因，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序（碱基序列）不同，因此，不同的基因就含有不同的遗传信息。,基因的特点,基因有两个特点：一是能忠实地复制自己，以保持生物的基本特征；二是基因能够“突变”，突变绝大多数会导致疾病，另外的一小部分是非致病突变。非致病突变给自然选择带来了原始材料，使生物可以在自然选择中被选择出最适合自然的个体。基因是含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。,基因的表达,DNA的复制是在细胞核内进行的，翻译是在细胞质中进行的,氨基酸是如何形成蛋白质的？,基因与性状的关系,基因决定性状，但是性状的表现除了与基因型有关外，还与环境有关。基因型相同的个体在相同的环境中表现出的性状相同，在不同的环境中表现出的性状不一定相同，所以说性状是基因与环境共同作用的结果。,基因工程,什么是基因工程,基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段。将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品的一种工程技术。,基因工程是生物工程的一个重要分支，它和细胞工程、酶工程、蛋白质工程和微生物工程共同组成了生物工程。所谓基因工程（geneticengineering）是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术。是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。,重组DNA技术和克隆技术的区别,重组DNA技术是指将一种生物体（供体）的基因与载体在体外进行拼接重组，然后转入另一种生物体（受体）内，使之按照人们的意愿稳定遗传并表达出新产物或新性状的DNA体外操作程序，也称为分子克隆技术。因此，供体、受体、载体是重组DNA技术的三大基本元件。,克隆技术,克隆技术，已经经历了三个发展时期：第一个时期是微生物克隆，即用一个细菌很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌，而变成一个细菌群；第二个时期是生物技术克隆，比如用遗传基因DNA克隆；第三个时期是动物克隆，即由一个细胞克隆成一个动物。克隆绵羊“多利”由一头母羊的体细胞克隆而来，使用的便是动物克隆技术。,基因工程和克隆区别,基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫DNA重组技术。得到的是重组DNA分子，其原理是基因重组。克隆是指动物的无性繁殖。也就是在此过程中肯定没有基因重组。操作手段有核移植和胚胎分割等。动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体。用核移植方法得到的动物称为克隆动物。在此过程中我们的操作对象是细胞，得到的是重组细胞。,胚胎分割是指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此，胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放入在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。其培养基一般为固态培养基，最终的目的是得到细胞株或细胞系，培养过程中细胞一般不分化，在培养十代以上的时候有可能出现癌变。植物组织培养就是在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配置的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织（这一步称为脱分化），然后诱导愈伤组织再分化最终形成一颗完整的植株。其培养基一般为液态培养基，最终目的是要获得完整的植株。,课外补充,基因工程,基因工程的程序,染色体,什么是染色体？染色体是细胞核中载有遗传信息（基因）的物质，在显微镜下呈丝状或棒状，由核酸和蛋白质组成，在细胞发生有丝分裂时期容易被碱性染料着色，因此而得名。人体共有对常染色体和一对性染色体。男女的性染色体不同，男性由一个性染色体和一个性染色体组成，而女性则有两个性染色体。第对染色体是常染色体中最后一对，形体较小，但它与免疫系统、先天性心脏病、精神分裂、智力迟钝和白血病以及多种癌症相关。,在无性繁殖物种中，生物体内所有细胞的染色体数目都一样。而在有性繁殖物种中，生物体的体细胞染色体成对分布，称为二倍体。性细胞如精子、卵子等是单倍体，染色体数目只是体细胞的一半。在有不同性别的生物体内，有两个基本类型的染色体：性染色体和常染色体。前者控制性联遗传特征，后者控制着除性联遗传特征以外的全部遗传特征。,染色体、DNA、基因的关系,染色体与基因的关系：一条染色体上有许多基因，基因在染色体上呈直线排列。染色体与DNA的关系：每一条染色体上只有一个DNA分子，染色体是DNA分子的主要载体。DNA与基因的关系：每个DNA上有许多基因，基因是有遗传效应的DNA片段。,研究结果表明，每一个染色体含有一个脱氧核糖核酸（）分子，每个分子含有很多个基因，一个基因是分子的一部分。现代遗传学认为，基因是分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的分子片段。备注：核糖核苷酸是核糖核酸的基本组成单位，二者的区别就如氨基酸和蛋白质，核糖核酸是长链，它的构成单元是核糖核苷酸（核糖+碱基=核苷，核苷+磷酸=核苷酸，核苷酸经过聚合就形成了核糖核酸）,所谓基因诊断就是利用现代分子生物学和分子遗传学的技术方法，直接检测基因结构及其表达水平是否正常，从而对疾病作出诊断的方法。,基因的诊断与治疗,基因诊断的方法,常用基因诊断技术：一、Southern印迹法（Southernblot）基本原理是：硝酸纤维膜或尼龙滤膜对单链DNA的吸附能力很强，当电泳后凝胶经过DNA变性处理，覆以上述滤膜，再于其上方压上多层干燥的吸水纸，借助它对深盐溶液的上吸作用，凝胶上的单链DNA将转移到滤膜上。转移是原位的，即DNA片段的位置保持不变。转移结束后，经过80烘烤的DNA，将原位地固定于膜上。当含有特定基因片段已原位转移到膜上后，即可与同位素标记了的探针进行杂交，并将杂交的信号显示出来。杂交通常在塑料袋中进行，袋内放置上述杂交滤膜，加入含有变性后探针的杂交溶液后，在一定温度下让单链探针DNA与固定于膜上的单链基因DNA分子按碱基到互补原理充分结合。结合是特异的，例如只有珠蛋白基因DNA才能结合上珠蛋白的探针。杂交后，洗去膜上的未组合的探针，将线胶片覆于膜上，在暗盒中日光进行放射自显影。结合了同位素标记探针的DNA片段所在部位将显示黑色的杂交带，基因的缺失或突变则可能导致带的缺失或位置改变。,二、聚合酶链反应,近年来，基因分析和基因工程技术有了革命性的突破，这主要归功于聚合酶链反应（polymerasechainreaction,PCR）的发展和应用。应用PCR技术可以使特定的基因或DNA片段在短短的23小时内体外扩增数十万至百万倍。扩增的片段可以直接通过电泳观察，也可用于进一步的分析。这样，少量的单拷贝基因不需通过同位素提高其敏感性来观察，而通过扩增至百万倍后直接观察到，而且原先需要一、二周才能作出的诊断可以缩短至数小时。,三、扩增片段长度多态性,小卫星DNA和微卫星DNA的长度多态性可以通过PCR扩增后电泳来检出，并用于致病基因的连锁分析，这种诊断方法称为扩增片段长度多态性（amplifiedfragmentlengthpolymorphism,Amp-FLP）连锁分析法。PCR扩增后，产物即等位片段之间的差别有时只有几个核苷酸，故需用聚丙烯酰胺凝胶电泳分离鉴定。此法多用于突变性质不明的连锁分析。,四、等位基因的特异寡核苷酸探针诊断法,当基因的突变部位和性质已完全明了时，可以合成等基因特异的寡核苷酸探针（allele-specificoligonucleotide,ASO）用同位素或非同位素标记进行诊断。探针通常为长20bp左右的核苷酸。用于探测点突变时一般需要合成两种探针，与正常基因序列完全一致，能与之稳定地杂交，但不能与突变基因序列杂交；另一种与突变基因序列一致，能与突变基因序列稳定杂交，但不能与正常基因序列稳定杂交，这样，就可以把只有一个碱基发生了突变的基因区别开来.PCR可结合ASO，即PCRASO技术，即先将含有突变点的基因有关片段进行体外扩增，然后再与ASO探针作点杂交，这样大大简化了方法，节约了时间，而且只要极少量的基因组DNA就可进行。,五、单链构象多态性诊断法,单链构象多态性（signlestrandconformationpolymorphism,SSCP）是指单链DNA由于碱基序列的不同可引起构象差异，这种差异将造成相同或相近长度的单链DNA电泳迁移率不同，从而可用于DNA中单个碱基的替代、微小的缺失或手稿的检测。用SSCP法检查基因突变时，通常在疑有突变的DNA片段附近设计一对引物进行PCR扩增，然后将扩增物用甲酰胺等变性，并在聚丙烯酰胺凝胶中电泳，突变所引起的DNA构象差异将表现为电泳带位置的差异，从而可据之作出诊断。,基因治疗,基因治疗（genetherapy）是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。从广义说，基因治疗还可包括从DNA水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。,基因治疗的策略,1、基因矫正：纠正致病基因中的异常碱基，而正常部分予以保留。2、基因置换：指用正常基因通过同源重组技术，原位替换致病基因，使细胞内的DNA完全恢复正常状态。3、基因增补：把正常基因导入体细胞，通过基因的非定点整合使其表达，以补偿缺陷基因的功能，或使原有基因的功能得到增强，但致病基因本身并未除去4、基因失活：将特定的反义核酸（反义RNA、反义DNA)和核酶导入细胞，在转录和翻译水平阻断某些基因的异常表达，而实现治疗的目的。5、自杀基因：在某些病毒或细菌