细胞遗传学专题知识

王秀娥（金陵研究院301）

E-mail:xiuew@

Tel:1395191691884395308(office）细胞遗传学专题知识第1页

王海燕（金陵研究院309）

E-mail:hywang@

Tel:1377079003284395344(office）细胞遗传学专题知识第2页Grading

Attendanceandclassroomperformance(10%)2quiz(20%)Mid-term(20%)Final(50%)细胞遗传学专题知识第3页第一章绪论Introduction细胞遗传学专题知识第4页第一节细胞遗传学研究对象与任务第二节细胞遗传学发展简史细胞遗传学专题知识第5页第一节细胞遗传学研究对象与任务

细胞遗传学=细胞学+遗传学 Cytogenetics=Cytology+Genetics

细胞遗传学是遗传学与细胞学相结合一个遗传学分支学科。细胞遗传学专题知识第6页细胞遗传学是遗传学与细胞学相结合一个遗传学分支学科。研究对象主要是真核生物，尤其是包含人类在内高等动植物。着重研究分离、重组、连锁、交换等遗传现象染色体基础，以及染色体畸变和倍性改变等染色体行为遗传学效应。细胞遗传学专题知识第7页“细胞遗传学建立是以这么一个事实为基础，即任何一个生物有机体遗传物质，不论它是病毒、细菌还是哺乳类都被组织进一条或多条染色体中。利用各种各样物理学、化学和生物学技术都有可能去检验这些细胞器（即染色体）结构与功效，并把染色体特征去和遗传功效以及表型遗传与分布模式联络起来”------C.P.S.Swanson(1981)

细胞遗传学专题知识第8页Thestudyofchromosomes,thevisiblecarriersofDNA,thehereditarymaterial.Cytogeneticsisafusionscienceduetojoiningofcytology(thestudyofcells)withgenetics(thestudyofinheritedvariation).Cytogenetics细胞遗传学专题知识第9页Thestudyofthestructure,functionandevolutionofchromosomeschromosomebehaviourduringsomaticandgermlinedivision细胞遗传学专题知识第10页植物性状显微镜染色体细胞遗传学专题知识第11页细胞遗传学主要研究对象

染色体细胞遗传学专题知识第12页1879年,德国生物学家Flemming

（1843～1905年）发觉。

1888年，正式被命名为染色体。能用碱性染料染色、有结构线状体，是遗传物质基因载体。在生物细胞核中，有一个易被碱性染料染上颜色物质，叫做染色质。染色体只是染色质另外一个形态。它们组成成份是一样，不过因为构型不一样，所以还是有一定差异。细胞遗传学专题知识第13页Chromosomesarecomplexstructureslocatedinthecellnucleus,theyarecomposedofDNA,histoneandnon-histoneproteins,RNA,andpolysaccharides.Theyarebasicallythe"packages"thatcontaintheDNA.Normallychromosomescan'tbeseenwithalightmicroscopebutduringcelldivisiontheybecomecondensedenoughtobeeasilyanalyzedat1000X.Chromosomes(meaningcolouredbody)

细胞遗传学专题知识第14页Cytogeneticsisthestudyofchromosomesandchromosomeabnormalities.

Thisincludes:

examination

ofchromosomestructure,

learninganddescribing

therelationshipsbetweenchromosomestructureandphenotype,

seekingout

thecausesofchromosomalabnormalities.

细胞遗传学任务：

研究染色体数目、形态、结构、功效与运动，以及这些特征各类变异对遗传传递、重组、表示与调控作用与影响。细胞遗传学专题知识第15页第二节细胞遗传学发展简史

细胞遗传学形成前时期(1665-1899)经典细胞遗传课时期(1900-1968)分子细胞遗传课时期(1969-至今)细胞遗传学专题知识第16页细胞遗传学形成前时期(细胞学、遗传学)17世纪：显微镜创造和细胞发觉世界上第一架组合显微镜是在17世纪由荷兰人J.Sachariassen和Z.Janssen制造;第一个使用“细胞”这一术语则是英国人R.Hooke，他于1665年用极原始显微镜对木栓进行了观察。细胞遗传学专题知识第17页

细胞遗传学形成前时期(细胞学、遗传学)17世纪：显微镜创造和细胞发觉细胞遗传学专题知识第18页19世纪：细胞结构、功效和运动1828年苏格兰植物学家R.Brown在显花植物中发觉了细胞核，并于1831年指出细胞核是细胞主要成份。

1831－1839年德国学着M.J.Schleiden和T.Schwann正式提出“细胞学说”，明确指出细胞是一切生命有机体结构与功效基本单位。

细胞遗传学专题知识第19页遗传学形成19世纪后期，有许多学者对动植物性别与受精作用等进行过研究。其中尤其是1876－1877年W.A.O.Hertwig和1884年E.Strasburger分别在动植物上发觉受精是卵子与精子（细胞核）融合。1882年W.Flemming提出“有丝分裂”（Mitosis）与“染色质”(chromatin)这两个术语，并证实染色体在核分裂时纵向分开。1883年EdowardVanBeneden证实配子染色体数是体细胞二分之一，而受精又使合子染色体数恢复到和体细胞相等，从而确保了物种染色体数相对恒定。1890年T.Boveri和Q.Hertwig一起发觉了减数分裂（Meiosis）。

细胞遗传学专题知识第20页HertwigandStrasburger: 性别和受精理论（1877and1884）Flemming: 有丝分裂（1882）BoveriandHertwig: 减数分裂（1890）细胞学和胚胎学发展，对于细胞结构、有丝分裂、减数分裂、受精及细胞分裂过程中染色体动态都已比较了解。细胞遗传学专题知识第21页孟德尔（MendelG.J.,1822~1884）系统地研究了生物遗传和变异。

豌豆杂交试验（1856~1864）：

�1866年发表《植物杂交试验》，提出

分离规律和独立分配规律；

�假定细胞中有“遗传因子”，认为遗传是受细胞里遗传因子所控制。细胞遗传学专题知识第22页1900年，三位植物学家：

狄·弗里斯（DeVrisH.）科伦斯（CorrensC.）冯·切尔迈克（VonTschermakE.）在不一样国家用各种植物进行杂交试验,取得与孟德尔相同解释,证实孟德尔遗传规律,确认重大意义。

1900年孟德尔遗传规律重新发觉标志着遗传学建立和开始发展,孟德尔被公认为当代遗传学创始人。

1910年起将孟德尔遗传规律,命名为孟德尔定律。经典细胞遗传课时期(理论、材料、方法)细胞遗传学专题知识第23页德国试验胚胎学家Boveri(鲍维里，1902)and美国细胞学家Sutton(萨顿，1903):

各自在动植物生殖细胞减数分裂过程中发觉了染色体行为与遗传因子行为之间平行关系，认为孟德尔所构想遗传因子就在染色体上，这就是所谓萨顿-博韦里假说或称遗传染色体理论。

细胞遗传学专题知识第24页美国细胞学家McClung,StevensandWilson（1901-1911）先后发觉在直翅目和半翅目昆虫中雌体比雄体多了一条染色体，即X染色体，从而揭示了性别和染色体之间关系。染色体与性别决定(昆虫)-遗传染色体理论提供试验证据，高翼之,遗传,,24(4):459-462BatesonW.(1906）：

从香豌豆中发觉性状连锁；创造“genetics”。

Mendel定律普遍性提供试验证据,细胞遗传学专题知识第25页1910年摩尔根创建了连锁定律并证实了基因在染色体上以直线方式排列。确立了遗传染色体理论(chromosometheoryofinheritance)。获1933年度诺贝尔奖ThomasHuntMorgan(1866-1945)摩尔根（MorganT.H.,1866~1945）：①.提出“性状连锁遗传规律”；②.提出染色体遗传理论

细胞遗传学；③.著“基因论”：认为基因在染色体上直线排列，创建基因学说。细胞遗传学专题知识第26页从1910年到1940年，细胞遗传学发展迅猛。1910年美国T.H.Morgan发表“果蝇性别遗传”。今后，他又和C.B.Bridges,A.H.Sturtvant等用果蝇为试验材料，依据大量试验结果，证实基因在染色体上呈直线排列，并提出以三点测验为基础基因定位方法。1912年T.H.Morgan首先发表“果蝇连锁图”。1917－1921年C.B.Bridges,A.H.Sturtvant先后用遗传试验识别缺失、重复、倒位与易位等染色体结构变异。1925年T.H.Morgan主要著作《基因论》问世。1932年C.D.Darlington《细胞学最近进展》第一版出版，被公认为当初细胞遗传学研究进展总结性经典。细胞遗传学专题知识第27页20世纪30年代至40年代经典细胞遗传学研究在许多动植物中广泛展开，其中尤其是以果蝇和玉米为材料进行研究对这门学科影响最大。1931年C.Stern,H.B.Creighton和B.McClintock提出交换包括同源染色体间染色质交换证据。1933年T.S.Painter将多线染色体应用于果蝇细胞遗传学研究。细胞遗传学专题知识第28页1933年B.McClintock将粗线期染色体用于染色体畸变研究。接着她又于1934年分析玉米核仁形成中心。40年代末至50年代初B.McClintock又在染色体单体断裂－融合－桥周期性改变研究基础上发觉转座因子。1936年C.Stern发觉有丝分裂染色体交换，同时A.H.Sturtvant发觉果蝇染色体优先分离。1942－1952年L.F.Randolph和M.M.Rhoades也在玉米中发觉类似优先分离。细胞遗传学专题知识第29页细胞遗传学专题知识第30页TjioandLevans,19562n=46(Human)将人类染色体从2n＝48更正为2n＝46。50年代末发觉人类一系列遗传综合症与染色体畸变相关。细胞遗传学专题知识第31页A.F.Blakeslee（布莱克斯生）和O.T.Avery于1937年发觉用秋水仙碱可使植物染色体加倍。这一发觉对人工合成多倍体植物起到了主动推进作用。1917年和1928年H.J.Muller（穆勒）和L.J.Stadler（斯特德勒）分别在果蝇和玉米上证实X射线可使基因突变频率大为提升。今后，许多学者又深入发觉另一些物理与化学原因也有大幅度提升突变频率显著作用。基因突变研究除了为育种工作开拓遗传变异提供了一个新伎俩，同时也将相关基因本质研究深入引向深入。

细胞遗传学专题知识第32页分子细胞遗传课时期(分子遗传学+细胞遗传学)真核生物染色体研究与核酸研究结合能够追溯到在细胞学制片上用染色反应去识别DNA试验。这一试验最早是由R.G.Feulgen于1924年报道。T.O.Caspersson于1968年和同事们又创建了染色体荧光显带技术，为以后逐步发展起来染色体分带技术奠定了基础。60年代末至70年代初J.B.Gall和M.L.Pardue提出直接在染色体上进行DNA原位杂交技术又成为细胞遗传学与分子遗传学相互结合一个主要里程碑。

细胞遗传学专题知识第33页分子细胞遗传课时期(分子遗传学+细胞遗传学)

1924，Feulgen染色反应 1968,Carspersson,染色体分带技术 1969,1970,PardueandGall,原位杂交技术 遗传图谱和物理图谱构建细胞遗传学专题知识第34页Feulgen染色反应细胞遗传学专题知识第35页Carspersson,染色体分带技术40年代初用定量细胞化学方法证实DNA存在于细胞核中。细胞遗传学专题知识第36页细胞遗传学专题知识第37页细胞遗传学专题知识第38页ChromosomePainting细胞遗传学专题知识第39页普通小麦染色体1B缺失图谱细胞遗传学专题知识第40页细胞遗传学专题知识第41页细胞遗传学专题知识第42页JohannMendel:遗传，,25(1)ThomasHuntMorgan:遗传，,25(2)JamesWatsonandFrancisCrick:遗传，,25(3)BabaraMcClintock:遗传，,25(4)细胞遗传学专题知识第43页细胞遗传学衍生分支学科:体细胞遗传学--主要研究体细胞，尤其是离体培养高等生物体细胞遗传规律；分子细胞遗传学--主要研究染色体亚显微结构和基因活动关系；进化细胞遗传学--主要研究染色体结构和倍性改变与物种形成之间关系；细胞器遗传学--主要研究细胞器如叶绿体、线粒体等遗传结构；医学细胞遗传学--这是细胞遗传学基础理论与临床医学紧密结合新兴边缘科学，研究染色体畸变与遗传病关系等，对于遗传咨询和产前诊疗含有主要意义。细胞遗传学专题知识第44页ThevalueofChromosomeResearch:

Thecentralfeaturesofchromosomestructureandfunctionaredefinedatthemolecularlevel.Thewayinwhichgenesareorganizedwithchromosomes,Therelationbetweenstructureandfunction,Theeffectsofgeneorganizationonfunction,Themechanismsthatcontrolgeneactivity.细胞遗传学专题知识第45页Manyaspectsofchromosomebehaviorincelldivisionhavebeenclarified.

Theprocessesofcelldivision,includingmitosisandmeiosis,havebeenstudiedinorganismsasdiverseashumans,frogs,hrasshoppers,flies,maize,wheatandyeast.细胞遗传学专题知识第46页Whole-chromosomestudiesasapartofcytogeneticsarehavingamajorimpactongenome-mappingprojects.Theidentificationofchromosomeregionsprovidedaframeworkforsequencingthewholegenomeofanorganism;Cytogeneticsstudiesofchromosomesarethemajorimpetusforthemolecularanalysisofsignificantregionsofchromosomes.细胞遗传学专题知识第47页Detailedmolecular-cytogeneticmapsprovidethebasisforthedesignofDNAprobesthatcanbeusedtoanalyzeindividuals,families,andpopulation.Especiallywhencompletegenome-sequencedataarenotavailable.细胞遗传学专题知识第48页Understandingchromosomestructureprovidesthemeanstoanalyzethesecondarychangesthatoccurduringtheprocessesofchromosomeengineeringandtransformation.IntroducenewDNAmaycausesecondarychangesinchromosomestructure.Whole-chromosomestudiesareessentialtounderstandthesechangesandtohelpineliminatingunwantedabnormalities.细胞遗传学专题知识第49页Molecularbiologycannowprovidethetechnologyfortheconstructionofsimplechromosomes.SynthesizechromosomesopensupaneweraforanalyzingchromosomebehaviorandfordeterminingthefunctionoflargesectionofDNA.细胞遗传学专题知识第50页参考资料：Apples/Morris/Gill/May,1999.ChromosomeBiology,Kluwer Academicpublisher.Swansonetal,1981,Cytogenetics-Thechromosomeindivision, inheritanceandevolution.Newjersey:PrenticeHallInc

Shultze-Schaffer，1980，Cytogenetics-Plants,animals,humans. NewYork:Springer-VerlagNewYorkLtd.

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Rieger,etal,1976,GlossaryofGeneticsandCytogenetics-classical andmolecular.NewYork:Springer-Verlag,Berlin

细胞遗传学专题知识第51页刘大钧，1999，《细胞遗传学》，农业出版社李国珍，染色体及其研究法。科学出版社，1987。罗鹏等，植物细胞遗传学。高等教育出版社，1989。Glossary-Cytogeneticsterms.au/glossary细胞遗传学专题知识第52页 <Cytogeneticsand

GenomeResearch><Genome> <ChromosomeResearch> <Chromosoma> <Genetics><GenomeResearch><ThePlantCell><TheoryandAppliedGenetics> <遗传> 《遗传学报》http://4/cell/main.asp细胞遗传学专题知识第53页FlemmingwasunawareofGregorMendel's(1822-1884)workonheredity,sohedidnotmaketheconnectionbetweenhisobservationsandgeneticinheritance.TwodecadeswouldpassbeforethesignificanceofFlemming'sworkwastrulyrealizedwiththerediscoveryofMendel'srules.Hisdiscoveryofmitosisandchromosomesisconsideredoneofthe100mostimportantscientificdiscoveriesofalltimes,andoneofthe10most