生命科学史8遗传学与分子生物学课件

生命科学史第八章：遗传学与分子生物学生命科学史遗传学起源于育种实践：人类è生产实践è遗传和变异è选择è育成优良品种现代遗传学开展前生命科学史遗传学：是研究生物遗传和变异的科学：

遗传学与生命起源和生物进化有关。是研究生物体遗传信息和表达规律的科学：

解决问题：物种代代相传；性状遗传。是研究和了解基因本质的科学：遗传物质是什么？遗传物质性状？生命科学史遗传学是一门涉及生命起源和生物进化的理论科学，同时也是一门密切联系生产实际的根底科学，直接指导医学研究和植物、动物、微生物育种。生命科学史遗传(heredity)：亲子间的相似现象。“种瓜得瓜、种豆得豆〞变异(variation)：个体之间的差异。“母生九子，九子各别〞遗传和变异是一对矛盾。遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素：·遗传+变异+自然选择è形成物种·遗传+变异+人工选择è动、植物品种遗传和变异的表现与环境不可分割。生命科学史为了获得豌豆品种，而从事豌豆研究，开展了豌豆杂交试验〔1856-1864〕：实验结果于1866年发表在?植物杂交试验?，提出了别离定律和自由组合定律；假定细胞中有“遗传因子〞，认为遗传是受细胞里的遗传因子所控制的。孟德尔〔Mendel，1822-1884〕奥地利生物学家，神父，遗传学的奠基人，被誉为现代遗传学之父。生命科学史孟德尔豌豆杂交试验成功因素：正确选用实验材料。豌豆是严格的自花授粉植物，在花开之前即完成授粉过程，防止了外来花粉的干扰。豌豆具有一些稳定的、容易区分的性状，所获实验结果可靠。应用统计学方法分析实验结果。从单因子到多因子的研究方法。对生物性状进行分析时，孟德尔开始只对一对性状的遗传情况进行研究，暂时忽略其他性状，明确一对性状的遗传情况后再进行对2对、3对甚至更多对性状的研究。合理设计实验程序。如设计测交实验来验证对性状别离的推测。生命科学史孟德尔8年豌豆实验为什么没有得到科学界的重视？达尔文的名著?物种起源?刚出版7年，几乎全部的生物学家转向生物进化的讨论。这一点也许对孟德尔论文的命运起了决定性的作用。当时的科学界缺乏理解孟德尔定律的思想根底，无法理解单个性状的研究规律与数学方法。有的权威出于偏见或不理解，把孟德尔的研究视为一般的杂交实验，和别人做的没有多大差异。生命科学史20世纪初：狄·弗里斯〔DeVriseH.1848-1935〕以罂粟、月见草、报春花等为对象

科伦斯〔CorrensC.1864-1936〕以玉米和豌豆为对象

冯·切尔迈克〔VonTschermakE.〕以豌豆为对象在不同国家用多种植物进行了与孟德尔早期研究相类似的杂交育种试验，并获得与孟德尔相似的解释，证实孟德尔遗传规律并确认其重大意义。1900年孟德尔遗传规律的重新发现标志着遗传学的正式建立，孟德尔被公认为现代遗传学的创始人。狄·弗里斯科伦斯冯·切尔迈克生命科学史狄·弗里斯〔DeVriseH.1848-1935〕在对月见草进行遗传与突变实验研究的根底上，提出了突变理论。弗里斯认为：突变是不经过中间过渡而突然出现的，而且突变一旦产生，便可能一代代遗传下去。突变学说的提出对进化论，尤其对进化动因的研究有重大影响，弥补了进化论学说的缺乏。突变学说生命科学史贝特森〔BatesonW.1861～1926〕，英国生物学家，坚决的达尔文主义者。从香豌豆中发现性状连锁；创造“genetics〞，并确立了现代遗传学的许多根本概念性状连锁生命科学史约翰生〔JohannsenW.,1859~1927〕：1909年发表“纯系学说〞：明确区别基因型和表现型；最先提出“基因〞一词：采“给予生命〞之义，创造了基因〔gene〕一词，替代遗传因子概念。生命科学史生命科学史诱变：穆勒〔MullerH.T.〕：1927年对果蝇用X射线诱发突变。斯特德勒〔StadlerL.T.〕：1927年在玉米用X射线诱发突变。两人证实了基因和染色体的突变不仅在自然情况下产生，且用X射线处理也会产生大量突变。这种用人工产生遗传变异的方法，使遗传学开展到一个新的阶段。太空育种生命科学史赫尔希〔HersheyA.D.,1952〕等用同位素示踪法在研究噬菌体感染细菌的实验中，再次确认了DNA是遗传物质。为遗传物质的化学本质以及基因功能定了初步的理论根底。艾弗里〔AveryO.T.,1944〕等用纯化因子研究肺炎双球菌的转化实验，证明了遗传物质是DNA而不是蛋白质。DNA的作用发现生命科学史沃森〔WatsonJ.D.〕和克里克〔CrickF.H.C.〕根据对DNA化学分析和X射线晶体学结果èDNA分子结构模式理论〔双螺旋结构，1953〕。DNA双螺旋结构意义：为DNA分子结构、自我复制、相对稳定性和变性提出合理解释；DNA是贮存和传递遗传信息的物质；基因是DNA分子上的一个片段；分子生物学诞生è将生物学各分支学科及相关的农学、医学研究推进到分子水平è是遗传学开展到分子遗传学的重要转折点。生命科学史“中心法那么〞是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法那么。在某些病毒中的RNA自我复制〔如烟草花叶病毒等〕和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程〔某些致癌病毒〕是对中心法那么的补充。克里克，于1957年提出“中心法那么〞生命科学史遗传学仍在开展：理论上和实践上仍有许多需要解决的问题；广泛利用丰富的生物资源，提高育种效果。遗传学是一门处于开展巅峰时期的学科。目前遗传学前沿已从对原核生物的研究转向高等真核生物，从对性状传递规律研究深入到基因的表达及其调控的研究。生命科学史狭义分子生物学定义：偏重于核酸〔基因〕的分子生物学，主要研究基因或者DNA的复制、转录、表达和调控等过程，也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。生命科学史桑格〔FrederickSanger，1918－2021〕，是一位英国生物化学家，曾经在1958年及1980年两度获得诺贝尔化学奖，是第四位两度获得诺贝尔奖，以及唯一获得两次化学奖的人，被誉为“基因组学之父〞。在1955年将胰岛素的氨基酸序列完整地定序出来，同时证明蛋白质具有明确构造。生命科学史梅塞尔森和斯塔尔将大肠杆菌置于含有同位素重氮〔15N〕的培养基中生长。15N比14N多一个中子，质量稍重。大肠杆菌繁殖假设干代，其DNA中所含的氮均为15N。DNA半保存复制：DNA在进行复制的时候链间氢键断裂，双链解旋分开，每条链作为模板在其上合成互补链，经过一系列酶〔DNA聚合酶、解旋酶、链接酶等〕的作用生成两个新的DNA分子。子代DNA分子其中的一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种方式称半保存复制。支持了DNA半保存复制的假说,否认了全保存复制、弥散复制假说。生命科学史遗传密码的发现尼伦伯格〔Nirenberg〕等发现由三个核苷酸构成的微mRNA能促进相应的氨基酸-tRNA和核糖体结合〔1959年〕科兰纳〔Khorana,HarGobind〕用组成的两个、三个或四个一组的核苷酸顺序人工合成mRNA，在细胞外的转译系统中参加放射性标记的氨基酸，确定三联码就为该氨基酸的遗传密码。尼伦伯格科兰纳生命科学史20世纪60-70年代，一系列酶的发现1967年，Gellert发现DNA连接酶1970年，Smith等别离得到第一个类型II限制性内切酶1970年，Temin和Baltimore在RNA肿瘤病毒中发现逆转录酶，进一步完善了中心法那么生命科学史1973年，科恩〔S.Cohen〕等人把一段外源DNA片段与质粒DNA连接起来，构成了一个重组质粒，并将该重组质粒转入大肠杆菌，第一次完整地建立起了基因克隆体系。生命科学史PCR的最大特点，是能将微量的DNA大幅增加。聚合酶链反响〔polymerasechainreaction，PCR〕穆利斯〔K.Mullis，1944~〕美国化学家，1993年诺贝尔化学奖获得者。生命科学史多莉：世界第一个人工动物〔1996-2003〕生命科学史目前：基因工程

定向改变遗传性状。更自由和有效地改变生物性状；打破物种界限，克服远缘杂交困难；培育优良动、植物新品种；治疗人类的一些遗传性疾病。转蓝细菌CO2浓缩机制基因生命科学史1990年美国正式开始实施的?人类基因组作图及测序方案?目的测定和分析人体基因组全部核苷酸排列次序揭示携带的全部遗传信息说明遗传信息表达规律及其最终生物学效应。生命科学史人类基因组“工作框架图〞在2000年6月26日宣布完成绘制〔历时10年〕，2003年4月14日美英日法德中等国的科学家宣布完成人类基因组的测序工作。我国参与研究的第3号染色体，共计3000万个碱基