遗传学第十三章-遗传与进化

1、*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章 遗传与进化,进化（evolution）:是一种变异发生的过程，它是从地球上原已存在的生命形式产生新的动物、植物和微生物的过程。,第一节 分子进化 一、蛋白质的进化,各种生物的某一种蛋白质在结构上的相互关系可以作为衡量生物物种之间亲缘关系的尺度。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第一节：分子进化 一、蛋白质进化,生物物种之间氨基酸的差异和分化时间存在着明显的依存关系,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第一节：分子进化 一、蛋白质进化,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第一节：分子进化 二、核酸进化 1、DNA 量的

2、变化 在进化过程中，DNA含量在物种间出现明显的增长，从总的趋势看，越是高等的生物，DNA含量越多，大量的基因对维持较为复杂的生命活动是必需的。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第一节：分子进化 二、核酸进化 2、DNA 质的变化 即核苷酸顺序的变化，借助分子杂交技术，通过温度稳定法来估测不同物种间的DNA的同源程度。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,二、核酸进化 2、DNA 质的变化,TmA-A =TmB-B =TmA-B A、B属同一种 TmA-B TmA-A 或 TmA-B TmB-B A、B有差异,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第一节：分子进化 三、遗传体系的进

3、化 1、遗传物质在进化中的变化 RNA - DNA 2、蛋白质合成机制在进化中的变化 “三中读二”理论 3、染色体的演化,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第二节：进化理论 一、进化学说 进化论一词最早是由法国博物学家拉马克(J.B.Lamarck,1744-1829)在1802年提出的。拉马克的学说被称为用进废退学说，或获得性状遗传学说。英国博物学家达尔文(CharlesDarwen,1809-1882)在1859年发表的物种起源一书为进化论奠定了科学基础。现代生命科学的发展大大丰富了进化论的内容。现代进化理论主要从群体遗传学和分子生物学的

4、角度解释生物的进化机制。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第二节：进化理论 一、进化学说 1、拉马克学说 (A).生物生长的环境，使它产生某些欲求。 (B).生物改变旧的器官，或产生新的痕迹器官，以适应这些欲求。 (C).继续使用这些痕迹器官，使这些器官的体积增大，功能增进，但不用时可以退化或消失。 (D).环境引起的性状改变是会遗传的，从而将这些改变了的性状传递给下一代。 （E）新物种是由渐变的方式而形成的,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第二节：进化理论 一、进化学说 1、拉马克学说 获得性：是指个体在生活过程中为了适应外界环境而发生的定向变异。 拉马克认为：如果环境

5、向一定的方向改变，那么生物由于用进废退和获得性遗传，微小的变异会累积起来而形成为显著的变异，最终引起生物类型的改变。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第二节：进化理论 一、进化学说 2、达尔文学说 生物个体的变异是绝对的 一切生物都有巨大的繁殖率但由于生物的生存空间和食物的有限性，任何生物间存在生存斗争。 与无机自然条件的斗争 跟同一物种的斗争（种内斗争） 跟不同物种的斗争（种间斗争） 适者生存 自然选择的变化大都有方向性,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第二节：进化理论 2、达尔文学说,巨大的繁殖率 + 有限的生存空间,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第二节：进化理论 达尔文学说达尔文和拉马

6、克在进化机制上的根本区别： 拉马克认为：环境及其变化在顺序上居先。它们在生物中产生需求与活动，而后引起适应性变异。 就达尔文来说，首先是随机的变异，然后才是环境的有次序的活动（“自然选择”）；变异并不是由环境直接或间接引起的。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第二节：进化理论 二、突变为生物的进化提供了原材料 一个群体所包含的基因总数称为基因库。基因库也就是一个群体的基因型。 现代进化理论认为：群体的进化就是基因库中等位基因频率的改变。在遗传平衡群体模型中，基因库中的等位基因频率保持不变。这样的群体不处在进化中。但是，遗传平衡必须满足四个条件。由于没有自然群体满足这四个条件，因而一切群体必然处

7、于进化状态中。进化的机制是：突变、自然选择、遗传漂变和基因流动。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第二节：进化理论 二、突变为生物的进化提供了原材料 变异是指同种生物世代之间或同代不同个体之间的差异,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第二节：进化理论 二、突变为生物的进化提供了原材料 如何理解突变的有利有害性 尽管突变对生物体的害处较多，但大部分的突变对生物体的作用是微弱的 突变的发生增加了等位基因，因而增加了自然种群的杂合性，而许多杂合子能表现出杂种优势 突变的有害也有相对性，它往往随内外环境的改变而变化,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第

8、二节：进化理论 三、新基因的起源 新基因形成：是指结构相似而功能相异的非等位基因的形成 通过突变形成 突变使原有功能消失，而产生新的功能，导致新基因的产生 原有基因的延长而形成 由于等位基因内发生不等交换，而使原有基因延长而形成新基因 通过部分重复而形成,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第三节：物种的形成 一、物种的概念 物种：是指形态相似，有一定分布区域，彼此可以自由交配并产生正常后代的一群个体。 衡量是否是同一物种的主要标准： 能否杂交并产生能育后代 不同物种之间在生殖上存在某种隔离机制 物种的形成主要是隔离机制的形成,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第三节

9、：物种的形成 隔离在物种形成中的作用 物种形成的主要因素是变异，它是物种形成的原始资料。 自然选择决定物种形成的方向 隔离是物种形成的必要条件 隔离导致群体分化，促使新种的形成,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第三节：物种的形成 隔离的方式 地理隔离 地理隔离：是指由某些地理条件的阻碍而造成是生殖隔离的前奏 生态隔离 生态隔离：是指由于食物，环境或其他生态条件的差异而发生的隔离。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第三节：物种的形成 隔离的方式 生殖隔离 生殖隔离：是指种群间不能杂交或杂交后代不能生育的现象，它是划分物种的主要依据。 受精前生殖隔离 季节隔离：是指两个种的生

10、殖季节的不重叠所造成 心理隔离：对有求偶行为的动物，由于求偶行为的异常，引起对方的厌恶从而不能发生交配发生隔离。 受精隔离：是指能交配，但由于雌雄配子有某种不协调，因此不能结合形成合子。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第三节：物种的形成 隔离的方式 生殖隔离 受精后生殖隔离 是指能交配受精形成子一代杂合子但由于 F1合子不能生存 F1杂种不能发育到性成熟阶段 F1杂种不育 使得F2代以后带有杂种基因的个体均不育或不能生存 而达到生殖隔离的目的。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第三节：物种的形成 四 物种形成的方式

11、是一种由量变到质变的过程 渐进式：即在一个较长的时期内，由旧的物种逐渐演变为新的物种。 爆发式：即在较短的时间内，由一种物种变成另一种物种。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第三节：物种的形成 四 物种形成的方式 渐进式：即在一个较长的时期内，由旧的物种逐渐演变为新的物种。 原种先经过地理隔离，突变，自然选择形成亚种，再由亚种进一步分化，产生生育隔离，从而形成新物种。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第三节：物种的形成 四 物种形成的方式 爆发式：即在较短的时间内，由一种物种变成另一种物种 爆发式新种形成，起因于染色体变异或突变，远缘杂交以及染色体加倍等方式，在

12、自然选择的作用下，逐渐形成新种，而不需要先形成亚种的阶段。 这种方式常见于植物界,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第三节：物种的形成 通过人工选择和人为的作用形成众多的新种 人工选择的特点： 选择方向明确，效果好，时间可以大大缩短 可以扩大遗传变异的范围，提供更多的选择机会 人工方法：人为克服生殖隔离 染色体加倍，组织培养，花柱嫁接法，原生质体融合,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第四节：群体遗传学 群体（population）：是指可以相互交配的个体繁殖成的集群。 如果这个群

13、体是以有性生殖为前提，以孟德尔定律为基础，则又可称为孟德尔群体（mendilian population） 群体遗传学（population genetics）：是研究一个群体内基因的传递情况和基因频率改变的科学。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第十三章：遗传与进化,第四节：群体遗传学 一、基因频率和基因型频率 基因频率（gene frequency）：是指在某一群体中，某一等位基因在该位点上可能出现的基因总数中所占的比率。 基因型频率（genotype frequency）：是指在某一群体中，某一基因型在群体基因型总数中所占的比率。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 一、

14、基因频率和基因型频率 基因频率： 假定有个群体有1000个个体，其中353个为AA，494个为Aa和153个aa，当一个座位上存在两个等位基因时，基因频率分别为：,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 一、基因频率和基因型频率,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 一、基因频率和基因型频率,p + q = 1 P + H + Q = 1,p = (2P + H ) / 2(P + H + Q) = P + H q = (2Q + H) / 2(P+ H + Q) = Q + H,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg

15、 定律（遗传平衡定律） 在一个无限大的随机交配的群体中，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、和选择的条件下，世代相传，保持恒定，并且基因型频率是由基因频率决定。 （一）基因频率的恒定 （二）基因型频率的恒定 （三）基因频率的分析,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg 定律（遗传平衡定律） （一）基因频率的恒定 假定由亲本产生的精子和卵子，基因A与基因a的频率分别为p、q，那么由精卵结合产生的合子基因型可表示为： 亲本配子 Ap aq 配子合子 合子各基因型AA的频率p2 Aa的频率2pq aa的频率q2,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四

16、节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg 定律（遗传平衡定律） （一）基因频率的恒定 假定由亲本产生的精子和卵子，基因A与基因a的频率分别为p、q，那么由精卵结合产生的合子基因型可表示为： 亲本配子 Ap aq 配子合子 合子各基因型AA的频率p2 Aa的频率2pq aa的频率q2 合子子代 子代基因频率 Ap2 pqp（pq）p aq2 pqq（pq）q 亲代的基因频率和子代的基因频率相等，而且将这种频率世代相传，保持恒定。,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg 定律（遗传平衡定律） （三）基因型频率的恒定 在群体中，亲本三种基

17、因型的频率分别为：AA:P Aa:H aa:Q 亲代三种个体间随机交配时，所得到后代的基因型频率分别为:,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg 定律（遗传平衡定律） （三）基因型频率的恒定 在群体中，亲本三种基因型的频率分别为：AA:P Aa:H aa:Q 亲代三种个体间随机交配时，所得到后代的基因型频率分别为: 每个杂交组合所产生后代的基因型频率分别为： AAP2+PH+1/4H2=（P+1/2H）2 AaPH+2/4H2+HQ+2PQ=2（P+1/2H)(Q+1/2H） aa=Q2+HQ+1/4H2=（Q+1/2H）2,*,苏州科技学院生

18、物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg 定律（遗传平衡定律） （三）基因型频率的恒定 每个杂交组合所产生后代的基因型频率分别为： AAP2+PH+1/4H2=（P+1/2H）2 AaPH+2/4H2+HQ+2PQ=2（P+1/2H)(Q+1/2H） aa=Q2+HQ+1/4H2=（Q+1/2H）2 而p （P+1/2H） q （Q+1/2H） 所以杂交后代基因型频率总和为：AA+Aa+aa=p22pqq21 而亲代基因型频率总和P+Q+H=1 在一个大的随机交配的群体中，在没有迁移、选择、突变的条件下，基因型频率代代相传，保持恒定。,*,苏州科技学院生物系 叶亚

19、新,第四节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg 定律（遗传平衡定律） （三）基因频率的分析,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg 定律（遗传平衡定律） （三）基因频率的分析,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,第四节：群体遗传学 二、Hardy - Weinberg 定律（遗传平衡定律） （三）基因频率的分析,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,三、基因频率的改变 （一）突变对基因频率的影响 设a基因的频率为q，A基因的频率为plq A突变为a的突变率为u a回复突变为A的突变率为v 则每一代中共有(1一q)u的A突变为a，有qv的a突

20、变为A 若(Iq)uqv，则a的频率增加 若(1一q)uqv，则A的频率增加 若(1一q)uqv，则基因频率q保持不变，处于平衡状态 在乎衡时，,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,三、基因频率的改变 （二）在选择作用下基因频率的改变 适应值（adaptive value）：是指一个生物能生存并把它的基因传给下一代的能力。最适基因型的适应度为w1。 选择系数（selective coefficient）：是指某一基因型在群体中不利于生存的程度。又称淘汰系数，致死基因或不育基因的纯合体s1。 W + S 1,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,三、基因频率的改变 （二）在选择作用下基因频率的改变 1、对显性基因不利的选择,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,三、基因频率的改变 （二）在选择作用下基因频率的改变 2、对隐性基因不利的选择 经过一代选择后：,*,苏州科技学院生物系 叶亚新,*,苏州