普通生物学_林宏辉_第六章遗传学

第六章遗传学教学重点：1、中心法则2、变异3、基因工程教学难点：1、基因表达调控教学措施：研究实例列举2、基因工程教学措施：结合转基因的实际应用讲解第六章遗传与变异一、遗传学三大定律（一）孟德尔与豌豆实验1、遗传因子假说(inheritedfactorhypothesis)2、分离定律(lawofsegregation)3、自由组合律(lawofindependentassortment)遗传因子假说合子及其发育成的个体含有成对的遗传因子：纯合子(homozygote):AA,BB,OO杂合子(heterozygote):AO,BO,AB性状（character/trait)：显性（Dominant）显性因子:A,B隐性（Recessive）隐性因子:OO孟德尔——分离定律亲代：AA紫花Xaa白花子一代F1：Aa紫花子二代F2：AaAAA紫Aa紫aAa紫aa白紫花：白花=3：1验证Aa紫花Xaa白花Aa紫花aa白花1：1遗传学第一定律——分离律形成生殖细胞时，成对的遗传因子分离，各自分到不同的配子中去；受精时，不同配子间相对应的两个遗传因子又以同等的机会互相结合。孟德尔——自由组合律亲代YYRR黄圆Xyyrr绿皱配子YRyrF1：YyRr黄圆F1配子YRYryRyrF2代：遗传因子有16种组合，四种表现型：黄圆：黄皱：绿圆：绿皱=9：3：3：1验证YyRr黄圆Xyyrr绿皱黄圆YyRr：黄皱Yyrr：绿圆yyRr：绿皱yyrr1：1：1：1遗传学第二定律——自由组合律针对一对以上的性状而言，控制不同性状的遗传因子在形成配子时可以自由组合到不同的生殖细胞中，受精时，再以相同的机会互相结合。已知：鹦鹉毛色遗传因子两对：B-b、C-cB：黄色；C：蓝色b和c是隐性因子，不产生色素。请问：1、四种颜色鹦鹉的遗传因子组成情况如何？2、两只绿色鹦鹉产生后代的情况怎样？遗传因子的定位（二）萨顿与蚱蜢背景国哥伦比亚大学研究生WalterS.Sutton，研究蚱蜢精子的发生。减数分裂萨顿所观察到的蚱蜢染色体减数分裂过程中染色体的行为与孟德尔的遗传因子惊人的相似1、成对存在；2、形成生殖细胞时减半；3、受精时数目复原；4、减数分裂时，同源染色体行为符合分离律5、非同源染色体进入生殖细胞时的配合，符合自由组合律。遗传因子的定位遗传因子位于染色体上Sutton,WalterS.(1903).Thechromosomesinheredity.Biol.Bull.4:231-251.Boveri,Th.(1902).ÜbermehrpoligeMitosenalsMittelzurAnalysedesZellkerns.Verh.phys.-med.Ges.35:67-90遗传因子——基因1909年，丹麦遗传学家约翰逊（Johanson.W.L）将遗传因子（inheritedfactor)更名为基因（gene）（三）摩尔根与果蝇(fruitfly)FruitFlyChromosomes设想实际实验结果一合理解释基因不能随意组合实际实验结果二合理解释遗传学第三定律——连锁和交换律位于同一染色体上的基因呈线性排列，基因间存在着连锁(linkage)和交换(crossingover)现象。交换导致重组(recombination)。两个基因在染色体离得越远，重组频率越高，反之越低。重组频率基因定位3、连锁与交换定律(摩尔根)位于同一条染色体上的基因连在一起伴同遗传的现象称为连锁（linkage）第六章遗传与变异二、基因的本质染色体结构研究基因的本质（一）有荚膜——致死无荚膜——存活肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）感染实验一FredrikGriffith,1928研究基因的本质（一）肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）感染实验二FredrikGriffith,1928研究基因的本质（二）OswaldAveryetal.,1944研究基因的本质（三）放射性同位素标记噬菌体T2AlfredDayHershey，1952多项实验证实基因的本质是DNA第六章遗传与变异三、基因的结构、功能和调控1、DNA结构：华生(Watson)和克里克(Crick)DNA双螺旋模型（1953）DNA半保留复制（1953）获1962年诺贝尔奖半保留复制(semi-conservative)后续链(theLaggingStrand)的合成DNA的复制解链酶(helicase)单链DNA结合蛋白(Single-strandedDNAbindingprotein)DNA引物酶(DNAprimase)DNA聚合酶(DNApolymerase)DNA连接酶(DNAligase)DNA切割酶(DNAnickase)DNA的复制单向复制双向复制原核与真核的复制差异原核单个复制起始点真核多个复制起始点第六章遗传与变异2、DNA作为遗传物质的功能（1）贮藏遗传信息的功能（2）传递遗传信息的功能（3）表达遗传信息的功能克里克提出中心法则,确定遗传信息由DNA通过RNA流向蛋白质的普遍规律。遗传信息的表达——中心法则基因的结构基因的结构真核基因的结构转录翻译转录：DNA→RNA转录(transcription)转录(transcriptiong)RNA酶的功能解DNA链合成RNA沿DNA移动转录翻译翻译(translation)密码子(codon)与反密码子(anticodon)遗传密码(geneticcode)特性：3个碱基间并性专一性通用性三、基因的结构、功能和调控4、基因的表达及调控原核基因的表达调控原核生物乳糖操纵子：调节基因启动基因操纵基因结构基因阻遏蛋白mRNARNA聚合酶阻遏蛋白调节基因启动基因操纵基因结构基因RNA聚合酶mRNAmRNA阻遏蛋白+乳糖分解乳糖的系列酶阻遏蛋白真核基因的表达调控转录水平的控制对前体mRNA的加工mRNA穿过核膜向细胞质运输的控制在细胞质中mRNA的稳定性调节mRNA的选择性翻译蛋白质产物的修饰、折叠与活化第二节人类遗传学基础一、人类的染色体组成：22对常染色体+1对性染色体（一）、性别决定机制：1、性染色体决定性别：(1)XY型性别决定：XX-雌；XY-雄所有的哺乳动物、某些两栖类和鱼类、许多昆虫;雌雄异株的植物如：大麻、菠菜、木瓜等。性别决定机制(2)ZW型性别决定：ZW-雌；ZZ-雄鸟类、家蚕等鳞翅目昆虫、某些两栖类、爬行类(3)XO型性别决定：16+X=雄；16+XX=雌蝗虫、蟋蟀、蚱蜢、蟑螂等直翅目昆虫（4）性比数决定性别果蝇为XY型性决定，X染色体与常染色体组的比率决定性别：性别决定机制2、染色体倍性的性别决定：蚂蚁、马蜂、蜜蜂、黄蜂等。例：受精卵→雌蜂（2n）未受精卵→雄峰（n）雄蜂的减数分裂雄蜂的减数分裂十分特殊，第一次减数分裂，出现单极纺锤体（monopolarspindle）所以染色体染色体全部向一极移动，两个子细胞其中一个正常，含16个二联体，而另一个是无核的细胞质芽体。正常的子细胞经第二次减数分裂产生两个单倍体（n=16）的精细胞，发育成精子。3、基因决定性别：例：玉米：Ba-雌基因；Ts-雄基因Ba-Ts-：雌雄同株babaTs-：雄株Ba-tsts：雌株babatsts：双隐性雌株4、环境因素决定性别：营养、温度、日照、位置、激素等等例：蜜蜂、黄瓜、珊瑚鱼、后螠温度决定性别1、定义：性染色体上的基因，它的遗传方式是与性别相联系的，这种遗传方式叫作伴性遗传2、伴性遗传的种类：伴X遣传：男女均会发生伴Y遣传：只发生在男性身上X染色体遗传CalicoCats染色体变异（一）染色体变异1、染色体数目变异A、整倍性改变：如无籽西瓜B、非整倍性改变：（1）单体性：2n-1，如：特纳氏综合症（2）缺体性：2n-2，不能存活（3）三体性：2n+1，如：Down氏综合症Klinefetter综合症4）多体性：2n+3或以上性染色体数目异常Klinefetter综合症染色体结构变异2、染色体结构变异（畸变）（教材：p.404)A、缺失：染色体断裂而丢失一段B、重复：多了一段C、倒位：染色体内部结构顺序发生颠倒D、易位：染色体断裂并接到别的染色体上猫叫综合症：第5号染色体短臂缺失,患儿哭泣时发出咪咪声，耳位低下，智商仅20-40。基因的结构发生改变，编码氨基酸的DNA碱基发生变化，由其编码的氨基酸、蛋白质的结构、功能随之改变。通常有碱基替换，移码突变两种类型。血红蛋白β链基因突变人类中有约10%的人患有单基因遗传病，约20%的人患有多基因遗传病，还有染色体病（包括常染色体和性染色体的数量和结构畸变）等。优生研究降低产生不利表现型的不利基因的途径。A、开展婚前检查B、禁止近亲结婚C、提倡适龄生育：20岁以下年轻母亲所生子女中，先天畸形发生率比25-34岁者要高50%，40岁以上母亲所生子女中，先天愚型的发病率要比25-34岁者高10倍。D、开展遗传咨询临床水平；细胞水平：染色体、细胞、组织检查；分子水平：一是检测基因产物-蛋白质、酶的量和活性。二是检测酶促反应底物或产物的变化；基因水平：核酸分子杂交法、PCR法、限制性内切酶法、核酸测序法等。3、遗传病的治疗外源基因导入的化学和物理方法体外原位治疗体内基因治疗反义疗法核酶的基因治疗第六章遗传与变异第三节基因工程原理与技术一、基因工程原理：生物的性状大都是可以遗传的，改变基因就可改变性状。其基础在于：（一）理论上的三大发现：1、遗传物质是DNA2、DNA的双螺旋结构、半保留复制3、遗传信息的传递方式：中心法则（二）技术上的三大发现：1、限制性内切酶、DNA连接酶2、基因载体3、逆转录酶基因工程二、基因工程的基本内容：基因工程：指在体外将外源DNA分子经切割和连接，插入至病毒、质粒或其它载体分子中，形成重组的DNA分子，导入到受体细胞中，使外源基因在受体细胞中表达的过程。基因工程的基本步骤1、目的基因的分离2、将目的基因连接到能自我复制的载体分子上，形成重组DNA分子3、将重组DNA分子转移到适当的受体细胞内4、筛选获得了重组DNA分子的受体细胞克隆5、克隆基因的表达，产生出人类所需要的物质胰岛素基因的转化重组DNA的主要工具SourcesofrecombinantDNA:geneofinterest目的基因Vector载体:质粒(Plasmids),病毒等RestrictionEnzyme限制性内切酶HostCell宿主细胞目的基因的制备•构建基因组文库(DNA文库)•逆向转录从mRNA合成DNA(cDNA文库)•利用PCR特异性地扩增目的基因片段基因组文库的构建基因组文库的构建cDNA文库complementaryDNA从文库中寻找目的基因多聚酶链式反应PolymeraseChainReaction所需反应物模版引物单核苷酸酶缓冲体系PCR反应步骤第一步——92-940C高温下，使混合物的DNA片断因变性而成单链。第二步——37-550C温度下，引物DNA结合在适于配对的DNA片断上。第三步——68-720C温度下，由合成酶（DNA高温聚合酶）催化，从引物开始合成目的基因DNAPCR的三个步骤为一次循环，约需2－5分钟。每经一次循环，所找到的目的基因扩充一倍，故PCR产物以指数方式即2n扩增。对克隆基因的分析•gelelectrophoresis凝胶电泳•SouthernBlotTechniqueRunningofanagarosegel琼脂糖凝胶电泳限制性内切酶的功能限制性内切酶的的应用载体Vectors必须能够自我复制必须带有启动子大小适度的环状DNA分子通常带有筛选标志(如:抗生素抗性基因等等)质粒Plasmids重组质粒导入宿组细胞转化Transformation,导入受体细菌细胞电激Electroporation基因枪技术geneguntechnique重组质粒导入植物细胞转染（transfection），是将携带