遗传学细胞学基础

遗传学细胞学基础第二节染色质与染色体染色质(chromatin)：是指细胞间期核内伸展开的DNA蛋白质纤维。染色体(chromosome)：是指高度螺旋化的DNA蛋白质纤维，是间期染色质结构紧密盘绕的结果。第2页,共75页，2024年2月25日，星期天染色质DNA蛋白质少量RNA组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4非组蛋白第3页,共75页，2024年2月25日，星期天1.组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4；含量高组蛋白:DNA1:1第4页,共75页，2024年2月25日，星期天组蛋白的某些特征组蛋白分子量氨基酸组成种类的变异H120（KD)富含赖氨酸广泛H2A137（KD)

精、赖氨酸含量中等相当保守H2B137（KD)

精、赖氨酸含量中等相当保守H3157（KD)

富含精氨酸高度保守H4112（KD)

富含精氨酸高度保守功能：参与染色体的构建；维持染色体结构。抑制DNA的复制和转录。第5页,共75页，2024年2月25日，星期天2.非组蛋白：酸性蛋白质，富含天门冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸。功能：

1.参与染色体的构建

2.启动基因复制

3.调控基因转录第6页,共75页，2024年2月25日，星期天3.DNA：染色质中重要的化学成分，为遗传物质的分子基础。人类体细胞中有46个DNA分子就有46条细丝——染色质细丝。

DNA分子结构第7页,共75页，2024年2月25日，星期天种类细胞核与细胞质细胞器（线粒体）功能核糖体RNArRNAmtrRNA核糖体的组成成分信使RNAmRNAmtmRNA蛋白质合成模板转运RNAtRNAmttRNA转运氨基酸不均一核RNAhnRNA成熟mRNA的前体小核RNAsnRNA参与hnRNA的剪接、转运微RNAmiRNA调节与生长发育有关的基因小核仁RNA核酶snoRNA有酶活性的RNArRNA的加工与修饰催化RNA剪接4.RNA:第8页,共75页，2024年2月25日，星期天

核蛋白：核内核酸（DNA和RNA）与蛋白质结合形成的超大分子复合物称核蛋白。5.其它：少量的水、无机盐、脂类（磷脂+蛋白质脂蛋白）。第9页,共75页，2024年2月25日，星期天一、染色质的螺旋化和染色体的形成染色质的结构：是指染色质的化学组分彼此之间的关系、形成的构筑。1.一级结构：核小体是染色质的基本组成单位，为染色质的一级结构，

10nm。将DNA分子长度压缩1/7。第10页,共75页，2024年2月25日，星期天球状组蛋白核心H4DNA双螺旋(140-160bp、1.75圈）H3H4H3H2AH2AH2BH2BH4H3H3H4H2AH2AH2BH2B10nmH1H1核小体核心部连接部DNA分子：140-160bp、1.75圈组蛋白：2（H2A、H2B、H3、H4）八聚体组蛋白：H1DNA分子：50—60bp第11页,共75页，2024年2月25日，星期天10nm2.二级结构：

螺旋管是染色质的二级结构，6个核小体缠绕一圈形成的中空性管.

外30nm;内10nm,组蛋白H1位于螺旋管内侧。将串珠状小体长度压缩5/6；DNA分子长度压缩1/42，螺旋管即为30nm的染色质纤维。

内10nm

外30nm组蛋白第12页,共75页，2024年2月25日，星期天3.三级结构：超螺旋管为染色质的三级结构，它是由螺旋管进一步盘曲而形成。将螺旋管长度压缩39/40。4.四级结构：超螺旋管进一步折叠又被压缩4/5～5/6成为四级结构—染色单体。（DNA分子长度压缩至1/800～1/10000）。第13页,共75页，2024年2月25日，星期天袢环模型（loopmodel）染色体支架（非组蛋白）袢环（

30nm螺旋管）总长520nm30000～100000万个bp123456789101112131415161718微带一条染色单体约有106个微带。染色单体着丝点着丝点丝第14页,共75页，2024年2月25日，星期天二、常染色质和异染色质异染色质heterochromatin（浓缩染色质、非功能性染色质）高度螺旋和盘曲、染色深、功能上不很活跃、重复顺序DNA、复制时间晚。常染色质enchromatin（伸展染色质、功能性染色质）无明显螺旋和盘曲、染色浅、功能上活跃、单一顺序DNA。第15页,共75页，2024年2月25日，星期天异染色质heterochromatin的三个特点：

1、细胞间期处于凝聚状态。

2、是遗传惰性区，只含不表达基因。

3、复制时间晚——迟复制。第16页,共75页，2024年2月25日，星期天异染色质分为：结构异染色质（constitutiveheterochromatin)：在各种Ｃ中总处于凝缩状态，一般为高度重复DNA序列，无转录活性，见于着丝粒、端粒NOR等区。兼性异染色质(facultativeheterochromatin)

：在特定Ｃ或发育阶段，由常染色质转变的在浓缩时，无转录功能，松散时，变为常染色质，又有转录活性，如x染色质。第17页,共75页，2024年2月25日，星期天三、性染色质(sexchromatin)(一)X染色质(X-chromatin)1949，Barr，在雌猫神经细胞核中发现浓缩小体，即x染色质，后在正常女性间期核中见到紧贴核膜内缘、染色深，1um的小体即为～。正常男性则无。第18页,共75页，2024年2月25日，星期天Lyon假说要点：1、雌性哺乳动物细胞内仅有一条Ｘ染色体有活性，另一条在遗传上是失活的，在间期核中螺旋化异固缩为X染色质。2、失活发生在胚胎早期，人胚16天左右。3、X染色体的失活是随机的。(二)Y染色质(Y-chromatin)

正常男性在间期细胞，用荧光染料染色后，在核内出现一强荧光小体，直径0.3um，称y染色质。

第19页,共75页，2024年2月25日，星期天y染色体长臂远端部分为异染色质，被荧光染料染色后发出荧光，女性Ｃ中不存在，细胞中y染色质数目与y染色体数目相同。核性别：间期细胞核中染色质的性别差异。第20页,共75页，2024年2月25日，星期天第三节细胞分裂一、有丝分裂细胞周期cellcycle：细胞从一次有丝分裂结束开始，下一次有丝分裂结束为止所经历的全过程第21页,共75页，2024年2月25日，星期天细胞周期间期interphase丝裂期（M期）mitoticphaseDNA合成前期（G1期）DNA合成期（S期）DNA合成后期（G2期）前期prophase中期premataphase后期anaphase末期talophaseG0期细胞周期中的细胞G1期G2期S期M期第22页,共75页，2024年2月25日，星期天细胞分裂：无丝分裂（直接分裂）有丝分裂（间接分裂）减数分裂第23页,共75页，2024年2月25日，星期天间期前期中期后期末期一、有丝分裂(metosis)第24页,共75页，2024年2月25日，星期天二、减数分裂(meiosis)

减数分裂：是有性生殖个体的生殖细胞在形成过程中所进行的特殊分裂方式。细胞连续分裂两次，DNA只复制一次结果产生染色体数目减半的生殖细胞（配子：精子或卵子）。第25页,共75页，2024年2月25日，星期天减数分裂第一次减数分裂第二次减数分裂前期中期后期末期前期中期后期末期细线期偶线期粗线期双线期终变期第26页,共75页，2024年2月25日，星期天（一）、减数分裂I间期前期I(细线期)前期I(偶线期)1.同源染色体配对联会2.二价体形成同源染色体：大小形态相同、结构相似、一条来自父亲一条来自母亲，上面载有等位基因的前期I(粗线期)1.二价体四分体2.非姐妹染色单体之间出现交叉。前期I(双线期)1.联会复合体消失2.同源染色体某些部分分离前期I(终变期)中期I后期I1.同源染色体分离（四分体二分体）2.非同源染色体随机组合末期I第27页,共75页，2024年2月25日，星期天（二）减数分裂II中期II后期II1.姐妹染色单体分离（二分体单分体）2.非姐妹染色单体随机组合。末期II前期II第28页,共75页，2024年2月25日，星期天三、精子和卵子的发生（一）精子发生

1、部位：睾丸曲精细管中

2、时间：雄性个体性成熟后，连续进行。第29页,共75页，2024年2月25日，星期天3、过程：

(1)增殖期：精原细胞(2n)，多次有丝分裂

(2)生长期：体积增大为初级精母细胞(2n)(3)成熟期：减数分裂第一次：2个次级精母细胞（n）第二次：4个精细胞(n)(4)变形期：第30页,共75页，2024年2月25日，星期天(二)卵子的发生

1、部位：卵巢

2、时间：卵原细胞增殖在胚胎早期进行前期I双线期(停顿)

性成熟后，每月排放一个卵泡中期II

受精后，则继续发育未受精，则退化消失第31页,共75页，2024年2月25日，星期天2、过程：

(1)增殖期：卵原细胞(2n)(2)生长期：初级卵母细胞

(3)成熟期：减数分裂第一次：一个次级卵母细胞(n)

一个第一极体(n)

第二次：一个卵细胞(n)

三个第二级体(n)第32页,共75页，2024年2月25日，星期天第四节人类性别决定的染色体机制人类性别是细胞中的性染色体决定的，但决定个体的表型性别是Y染色体。y上有一个睾丸决定因子(在短臂上)基因(testisdeterminingfactor,TDF），有男性化的强烈作用。第33页,共75页，2024年2月25日，星期天XX

女性46,XXXY

男性46,XYXYXXX

女性46,XXXY

男性46,XY人类的性别决定示意图第34页,共75页，2024年2月25日，星期天遗传（heredity）：生物世代间相似的现象。变异（variation）：生物个体间的差异。小至个体，大至种间。遗传学：研究生物的遗传和变异。第五节遗传的基本规律第35页,共75页，2024年2月25日，星期天HapsburgLip(哈布斯堡唇)马克米兰一世：1459－1519查尔斯五世：1500－1558菲利普六世：1630－1680阿尔佛索十三世：1910第36页,共75页，2024年2月25日，星期天基本术语显性（dominant）：杂合状态下表现的性状。隐性（recessive）：杂合状态下消失的性状。表型（phenotype）：性状及其组合基因型（genotype）：基因及其组合等位基因（allel）：控制一个性状，位于通一个基因座位上的基因，彼此互为等位基因。纯合子和杂合子性状（trait）第37页,共75页，2024年2月25日，星期天一、孟德尔及其学说1822－1884。1856－1865：植物杂交试验。《植物杂交的实验》1866，布隆博物学会年鉴第38页,共75页，2024年2月25日，星期天孟德尔试验的特点精心挑选实验对象豌豆：闭花自花授粉，性状稳定，清晰可辨，7对性状分布在7个染色体。假说与演绎耐心、细致、准确的观察严密的逻辑推理第39页,共75页，2024年2月25日，星期天杂交试验第40页,共75页，2024年2月25日，星期天孟德尔挑选的7性状第41页,共75页，2024年2月25日，星期天圆形皱缩圆形圆形皱缩5474：18502.96：13：1PF1F2(1)植株的性状是由遗传因子决定的。(2)遗传因子在体细胞中成对存在的,但在每一个配子中每一种因子则只有一个,受精卵中每一种因子又恢复成对。(3)生物个体中控制不同相对性状的遗传因子独立存在,不相混合。PRRrrRRrr生殖细胞F1RrRr生殖细胞RrRrF2RRRrRrrr(一)分离律第42页,共75页，2024年2月25日，星期天

测交实验（testcross）：杂种子1代与隐性亲本杂交（回交）。RrrPRrrrF1Rr生殖细胞rr1：1第43页,共75页，2024年2月25日，星期天一对性状的杂交3：1分离测交：

用隐性纯合子与基因型未知的显性个体交配，以检测显性个体的基因型（回交）

红：白=1：1第44页,共75页，2024年2月25日，星期天孟德尔遗传第一定律（分离律）生物的性状是由一对也只有一对因子控制，这对因子是生物体内稳定的、彼此独立的、可以传递功能单位。生物在形成生殖细胞时，成对的基因彼此分离，分别进入不同的生殖细胞。这一基因的行动规律就称为分离律（lawofsegregation），也称为孟德尔第一定律。第45页,共75页，2024年2月25日，星期天细胞学基础：减数第一次分裂中，同源染色体的分离就是分离律的细胞遗传学基础。意义用事实证实：生物体内有一种颗粒状的因子控制着遗传。第46页,共75页，2024年2月25日，星期天(二)自由组合律PF1黄圆绿皱黄圆绿皱黄圆绿圆黄皱F2315：101：108：32共计：5569：3：3：1第47页,共75页，2024年2月25日，星期天PF1绿皱黄圆绿圆黄皱F2315：101：108：32共计：5569：3：3：1RRYYRrYyRYRRYYrryyry生殖细胞RYRyrYryRYRyrYryrrYYRRyyRRYyRrYYRrYyRRYyRrYyRryyRrYYRrYyrrYyrryyRrYyRryyrrYyRrYy第48页,共75页，2024年2月25日，星期天回交RrYyrryyRYRyrYryryRrYyRryyrrYyrryy1:1:1:1第49页,共75页，2024年2月25日，星期天

自由组合律（lawofindependentassortment）：生物在形成生殖细胞时，不同对的基因独立行动，可分可合，随机组合在一个生殖细胞中。又称为孟德尔第二定律。细胞学基础：减数分裂时，非同源染色体随机组合进入一个生殖细胞是自由组合律的细胞遗传学基础。第50页,共75页，2024年2月25日，星期天孟德尔学说的重新发现1900年，来自荷兰、德国和奥地利的植物学家deVries、Correns和Tshermak重现发现孟德尔的工作。孟德尔论文的重新发现标志着遗传学史上这样一个时代的终结，这个时代绵亘了二千五百多年之久，充满了种种的臆测和遐想，从此，它逐渐地被具有坚实的实验基础的、科学的知识体系所取代。第51页,共75页，2024年2月25日，星期天二、遗传的染色体学说1879年发现有丝分裂1883年发现减数分裂1888年命名染色体。细胞分裂的重要过程是母细胞核的颗粒（指染色体）的分裂，所有其余阶段，则是用以保证母颗粒分裂产生的每一个颗粒，转移到两个子细胞的中心。1902年Boveri，Sutton提出遗传的染色体学说第52页,共75页，2024年2月25日，星期天摩尔根：基因的染色体理论（连锁和交换）第53页,共75页，2024年2月25日，星期天第54页,共75页，2024年2月25日，星期天测交♂♀第55页,共75页，2024年2月25日，星期天♀♂第56页,共75页，2024年2月25日，星期天基因论基因位于染色体上，每一个基因控制一个性状。一个染色体通常含有多个基因，这些基因组成连锁群。位于不同连锁群(或染色体)的基因在形成配子时是分离和自由组合的。同一连锁群的基因在减数分裂时常与同源染色体上的等位基因之间发生有秩序的交换，交换的结果是连锁群基因的重新组合。基因在染色体上有一定的位置和顺序，并作直线排列。第57页,共75页，2024年2月25日，星期天第58页,共75页，2024年2月25日，星期天摩尔根如是说：这些原理使我们在最严格的数学基础上研究遗传学问题，又容许我们以很大的准确性来预测在任何一定情形下将会发生什么事情。在这几方面，基因论完全满足了一具科学理论的条件。第59页,共75页，2024年2月25日，星期天连锁与互换定律（lawoflinkageandcrossingover）连锁（linkage）：位于同一条染色体上的基因联合传递的现象称连锁这种现象称为完全连锁（completelinkage）。互换（crossingover）：由于非姐妹染色单体的交换，原来连锁的基因不在联合传递而形成新的连锁关系称互换这种现象称为不完全连锁（incompletelinkage）。第60页,共75页，2024年2月25日，星期天

连锁群(linkagegroup):凡位于一对同源染色体上的多对等位基因彼此间相互连锁构成一个连锁群.

互换率（crossovervalue)两对基因之间发生交换的频率。重组类型+亲本类型重组类型互换率（%）=×100%第61页,共75页，2024年2月25日，星期天

互换率的大小，与同源染色体上两对基因之间的距离有关。基因之间距离越远，互换率越大；距离越近，互换率越小。每1%的互换率作为一个图距单位-厘摩（centimorgancM）1cM即1000kb(1Mb)左右。根据cM可绘制出基因的连锁图（lagemap)。第62页,共75页，2024年2月25日，星期天三点测交实验b-vg的重组率=92+70+86+772000×100%=16.25%cn-vg的重组率=6+9+86+772000×100%=8.9%cn-b的重组率=92+70+6+92000×100%=8.85%cn8.858.9bvg16.25第63页,共75页，2024年2月25日，星期天理论b-vg的重组率=cn-vg的重组率+cn-b的重组率=8.9%+8.85%=17.75%实际b-vg的重组率=16.25%cnvgBCnVgb未重组CnvgBcnVgb重组表面上看似乎b-vg之间未发生交换，事实上同时发生两次互换。一次cn-b之间，另一次cn-vg之间。BcnvgbCnVgbCnVg1bcnvg2BCnVg3Bcnvg4BcnvgbCnVgbCnVgBcnvgbCnvg7BcnVg8bCnVgBcnvgbcnVg5BCnvg6BcnvgbCnVg八类配子的来源第64页,共75页，2024年2月25日，星期天b-vg的实际重组率=92+70+86+772000×100%+2×(6+9)2000×100%=16.25%+1.5%=17.75%第六节遗传学的统计学基础一、事件事件必然事件不可能事件相互干扰事件相互独立事件复合事件第65页,共75页，2024年2月25日，星期天二、概率(probability)概率乘法定律加法定律逆概率定律：两个互不干扰事件同时发生概率等于各分概率之积。：两个互相干扰事件同时发生概率等于各分概率之和。第66页,共75页，2024年2月25日，星期天三、二相分布概率（p+q)n一对夫妇生三个孩子1/2（男）1/2（女）第一胎第二胎第三胎结果概率1/2（男）1/2（男）1/2（女）1/2（女）1/2（男）1/2（男）1/2（男）1/2（男）1/2（女）1/2（女）1/2（女）1/2（女）男男男男男女男女男男女女女男男女男女女女男女女女1/2×1/2×1/2=1/81/2×1/2×1/2=1/81/2×1/2×1/2=1/81/2×1/2×1/2=1/81/2×1/2×1/2=1/81/2×1/2×1/2=1/81/2×1/2×1/2=1/81/2×1/2×1/2=1/8P（三个男孩）=1/2×1/2×1/2=1/8P（二男一女）=1/8+1/8+1/8=3×1/8P（一男二女）=1/8+1/8+1/8=3×1/8P（三个女孩）=1/2×1/2×1/2=1/8CKn=n!K!(n－k)!k为第一类型（男孩）

n－k为第二类型（女孩）第67页,共75页，2024年2月25日，星期天如：一对夫妇生三个孩子为两男一女的组合数C23=3!2!(3－2)!=3×2×12×1×1=3四个孩子为两男两女的组合数C24=4!2!(4－2)!=4×3×2×12×1×2×1=6

满足下列条件：①一次实验可能有两个结果，两个结果为相互干扰事件。它们的概率分别为a、b;a＋b=1。②同样条件下实验可以重复，n次实验产生的结果和概率可用公式表示：（a＋b)n=C0na0bn+C1na1bn－1+‥‥+CKnakbn－1+‥‥+Cnnanb0

由公式:n次的实验结果有n+1种,k为第一种结果;n－k次为另一种结果的概率为CKnakbn－1,既二项式分布概率。第68页,共75页，2024年2月25日，星期天一对夫妇生三个孩子的结果（概率）为：(1/2+1/2)3=C031/201/23+C131/211/22+C231/221/21+C331/231/20=1/8（三男）+3/8（二男）+3/8（一男）+1/8（零男）四、X2检验→吻合度（goodnessoffit)X2=∑(o－e)2ee理论预期值，o实际观察值统计学认为：P﹤0.05表明实际值与理论值差异显著，不符合理论设计。P﹤0.01表明实际值与理论值差异极显著，否定理论设计。P﹥0.05表明实际值与理论值差异不显著，符合理论设计。第69页,共75页，2024年2月25日，星期天PF1绿皱黄圆绿圆黄皱F2RrYyRRYYrryyRrYy315：101：108：329：3：3：1黄圆黄皱绿圆绿皱合计∑实际值o31510110832556理论值e556×9/16=312.75556×3/16=104.25556×3/16=104.25556×1/16=34.75556o－e2.25－3.253.75－