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1、遗 传 学,数理与生物工程学院,第二章 遗传学三大定律,1.孟德尔杂交实验及孟德尔定律 2.孟德尔定律扩展 3.遗传的染色体学说 4.遗传学第三定律,谈家桢（1984）把遗传学生动而形象的比喻成一棵根深叶茂的大树，孟德尔则是具有顽强生命力的种子，由摩尔根等人发展起来的细胞遗传学则是这棵茁壮大树的主干。,1856年1864年，在修道院进行一系列的植物杂交实验。,孟德尔(1822-1884)奥地利修道士，遗传学的奠基人。 1851年1853年，在维也纳大学学习自然科学和数学。,孟德尔简介,1865年，经过8年的豌豆杂交实验，将他的结果发表在植物杂交实验。 提出了遗传单位是遗传因子（现代遗传学上确定
2、为基因） 发现了两大遗传规律：基因的分离定律基因的自由组合定律,孟德尔成功的秘籍,严格选材豌豆,区分三个概念：,性状：遗传学中把生物体所表现的形态特征和生理特征统称为性状。 单位性状：能被区分开的每一个具体性状。每个单位性状在不同个体间有各种不同的表现。 相对性状：同一类单位性状在不同个体间所表现出来的相对差异。,精心设计遵从从简单到复杂的原则：先分析一对相对性状（单因子分析法），再分析两对以上的性状。 运用方法得当统计学正反交：继承前人方法，设对照实验。测交“假设-推理-论证”科学思维方法的充分应用。,符号表示 P：亲本，杂交亲本 ：作为母本 ：作为父本 ：表示杂交 ：表示自交 F1：表示杂
3、种第一代 F2：表示杂种第二代,孟德尔豌豆杂交试验,1.选用7对相对性状（稳定区分的性状！）,遗传学第一定律-分离规律,正交,正交和反交,反交,2.孟德尔豌豆杂交试验结果,7对单位性状的实验结果基本相同,实验二,皱缩,1：2：1,1/4,2/4,圆形,子二代F2,皱缩,圆形,圆形,皱缩,1/4,子三代F3,3：1,3/4,1/4,圆形,圆形,F1性状表现一致，只表现一个亲本性状（显性性状），另一个亲本性状隐藏（隐性性状）。 F2性状分离(character segregation) F2群体中显隐性分离比例大致为3:1。,3.实验特点：,几个相关概念,纯合体：由两个同是显性或同是隐性的基因结合
4、。 杂合体：由一个显性和一个隐性基因结合。 杂交：指两个具有不同基因型品种个体间雌雄配子结合。 自交：指同一个体或不同个体，但为同一基因型的个体间雌雄配子结合。 表型：指生物个体表现出来的可观测的某一性状。表型是基因型与环境共同作用的结果。 基因型：指代表个体不同遗传组成的基因组合类型。基因型不能用肉眼识别，只能通过基因的遗传行为加以区别。,4.性状分离的解释,孟德尔的假设：,生物的性状是由遗传因子(inherited factor)控制的。 每一个性状由一对遗传因子决定，即遗传因子是成对存在的，一个对另一个是显性。 形成生殖细胞中，成对的遗传因子发生分离，进入生殖细胞。即每个生殖细胞（配子）
5、中只含有成对遗传因子中的一个。 生殖细胞（配子）的结合是随机的。,5.孟德尔第一定律（分离定律）控制一对相对性状的基因（等位基因）在杂合体中各自保持其独立性，在配子形成时，随机地进入不同的配子中，在正常情况下F1杂合体配子分离比为1: 1；F2代表型分离比是3: 1；基因型分离比是1:2:1； 分离规律的核心问题：等位基因分离。,6.分离规律的论证,测交-用F1代杂合体与隐性纯合体进行杂交，用以测定杂合体基因型的方法，后代的表现型就代表杂合体的基因型。测交后代就代表了F1代配子的种类和数量。,Rr,rr,:,=1:1,F1,P,F2,预期表现型,测交-,实验结果：F2代总数：166，其中圆形：
6、85；皱缩81,二.自由规律及其遗传分析,1.实验：豌豆两对性状：种子的形状圆型与皱型子叶的颜色黄色与绿色。,F1代出现显性性状； F2代出现4种组合：种亲组合种重组合亲组合：亲代原有的性状组合重组合：亲代没有的性状组合 F2代出现4种组合具有一定的比例：9：3：3：1 实验结果是否符合孟德尔第一定律？,2.实验特点：,3.孟德尔的解释（假说） 两对相对性状的基因在子一代杂合状态虽同处一体，但互不混淆，各自保持其独立性。 形成配子时，同一对基因各自独立地分离，分别进入不同的配子中去，不同对的基因则是自由组合的。,4.孟德尔假设的验证： Y-显性表型黄色的基因 y-隐形表型绿色的基因 R-显性表
7、型圆形的基因 r-隐形表型皱缩的基因,雄配子,F2表型比：黄圆：黄皱：绿圆：绿皱=9：3：3：1,1/16YYRR 2/16 YYRr 2/16 YyRR 4/16 YyRr 1/16YYrr 2/16Yyrr 1/16yyRr 2/16 yyRR 1/16yyrr,F2基因型：,F2表型,黄圆 黄皱 绿圆 绿皱,5.孟德尔第二定律（自由组合定律）支配两对（或两对以上）不同性状的等位基因，在杂合状态保持其独立性，在配子形成时，各等位基因彼此独立分离，不同对的基因自由组合。,6.自由组合规律的验证,测交法：F1杂合子和双隐性亲本测交，后代应为黄圆、黄皱、绿圆和绿皱四种基因型和表型，其比例为1：1
8、：1：1。,三.分支法计算基因型及表型比率 基本步骤：分别算出每一对基因的基因型和表现型的概率，然后再把这些概率相乘。,三对基因杂合 TtGgrrttGgrr,四.人类中的孟德尔遗传分析,人为的控制性婚配（一夫一妻制） 繁衍后代数量太少（ “计划生育”） 不易受外界环境控制 性状不易观察（尤其很多遗传病是在特定的发病年龄）,1971年7月22日，意大利妇产科医生从一位35岁妇女的子宫中剖取10女5男计15个胎儿，这是一胎生育最多的世界纪录，但由于胎儿体重太轻，全部没有存活。,一胎生育最多的世界记录：,据2001年吉尼斯世界记录记载：世界上生孩子最多的女人是19世纪俄罗斯女农民，在1725年至1
9、765年期间，她生儿育女27次69人，包括16次双胞胎、7次3胞胎和4次4胞胎，其中的67个活了下来。,一生生孩子最多的女人：,系谱分析：是用图解表明一个家族中某种性状（或遗传病）发生情况，是判断人类单基因决定的孟德尔式遗传方式的经典方法。,单基因遗传病（孟德尔式遗传病）：是指一对等位基因控制的遗传病。,1977年辽宁省一个小孩的出生令全世界震惊！因为他身上覆盖着黑黑的长毛！他就是于震环。他被媒体称为“国宝”、“中国第一毛孩”，被吉尼斯记录评为“世界上毛发覆盖最多的人（每平方厘米41根）”。,课前测试题：AABbCcddEe自交产生ABCdE配子的比例？用分枝法计算产生几种基因型？分别是什么？
10、,苯丙氨酸及酪氨酸代谢图解,西红柿女孩,有一女孩患苯丙酮尿症，是真正意义上的不食“人间烟火”，能吃的食物仅有西红柿。,多基因遗传病：是由两对以上基因共同作用造成的，无显隐性之分，每对基因作用较小，但有积累效应，还常受环境因素影响。,系谱图的绘制是从先证者入手，追溯调查其家族的所有成员的数目，亲缘关系及其某种遗传特征或遗传疾病分布的资料，按一定格式绘制的图解。,指（趾）部骨骼畸形,短指症,这是有史以来记载的第一例孟德尔常染色体显性遗传病，近百年来作为典型案例出现在各国教材中，科学家们却为它的致病之谜所困扰。,揭开了困扰人类几乎整整一个世纪的A1型短指基因之谜 IHH基因的发现。,贺林院士,3个A
11、1型短指（趾）症家系世代居住于湖南、贵州的崇山峻岭中，分为汉族、苗族和布依族，共100多人，其中，布依族四代同堂。3个家族中患A1型短指（趾）症的达47人，年龄最大的80岁，最小的仅5岁。,A-1型短指（趾）症致病基因的定位,率先完成了A1型短指(趾)症致病基因精确定位、克隆与突变检测，发现了IHH基因的3个点突变是致病的直接原因。A1型短指（趾）症”基因定位于2号染色体的长臂的特定区域。,二 孟德尔定律扩展,环境的影响和基因的表型效应 外显率和表现度 孟德尔定律的扩展,环境的影响和基因的表型效应,个体发育是基因按照特定的时间、空间表达的过程，是生物体的基因型与内外环境因子相互作用，并逐步转化
12、为表型的过程。,同卵双胞胎，一样也不一样,性状的多基因决定,基因与性状之间是多对多的关系。为了方便，只指出造成性状差异的基因，或者用某一性状来称谓决定它的多个基因。,人类肤色遗传是由2对以上的基因控制的，不同肤色的基因对后代作用是相同的，不存在显隐性的区别，所以如果父亲肤色较黑，而母亲皮肤白皙，那么孩子会得到一个“中和”的肤色。,英夫妇7年生育两对“黑白双胞胎”,据专家称，孕妇连生两组黑白双胞胎的概率，就好像是在同一个地方被闪电击中了两次一样。,“娘矮矮一个，爹矮矮一窝”？,果蝇-“眼”花缭乱的眼,一个基因可以影响多个表型性状。,基因的多效性,转基因植物技术也是一把双刃剑！,在转基因植物食品安
13、全性评价中有一个指标 外源基因的多效性。 引起宿主体内某一基因失活。 使原来沉默的基因激活。,外显率和表现度,外显率(penetrance)：在特定环境中，某显性基因在杂合状态或某隐性基因在纯合状态显示预期表型个体的比率(以%表示)。,由于外显不完全，在人类一些显性遗传病的系谱中，可以出现隔代遗传（skipped generation）现象。,表现度（expressivity）：具有相同基因型的个体之间基因表达的变化程度。即具有同一基因型的不同个体或同一个体的不同部位，由于各自遗传背景不同所表现程度差异。,外显率是指一个基因效应的表达或不表达，不管表达的程度如何。而表现度则适用于描述基因表达的
14、不同程度。,三.孟德尔定律的扩展,等位基因间的相互作用 非等位基因间的相互作用,不完全显性或部分显性,杂合体表现为双亲的中间性状。,等位基因间的相互作用,F2代基因型比率和孟德尔定律相同：1:2:1；表型比被修饰为1:2：1。,显性标准随判定标准而改变：,镰刀形血红细胞贫血症,镰刀形血红细胞贫血症患者和正常人结婚所生的子女，他们的红血球细胞，即有碟形又有镰刀形。,X,一对等位基因的两个成员在杂合体中都表达的遗传现象叫并显性遗传。,并显性（codominance),MN血型： 表现型 基因型M型 LMLMN型 LNLNMN型 LMLN,镶嵌显性（mosaic dominance）,两个亲本的性状
15、同时在F1代个体上表现的现象，称为镶嵌显性。,1946年，谈家桢先生建立了瓢虫鞘翅色斑的遗传模型，发现瓢虫鞘翅色斑遗传的镶嵌显性。,镶嵌显性与共显性的不同之处在于两个亲本的性状不发生融合，而是同时在不同部位表现。,致死基因(lethal genes),是指使生物体或细胞不能存活的基因，致死作用可以发生在个体发育的各个时期。第一次发现致死基因是在1904年，法国LCuenot在研究黄色皮毛的小鼠中发现的。,实验1：黄鼠黄鼠,黄鼠（2396），黑鼠（1235）,不符合3:1?,实验2：黄鼠黑鼠,黄鼠（2378），黑鼠（2398）,符合1:1（测交）,生存能力AYAY纯合时是致死的，AY在致死方面具
16、有隐性效应，即只有在纯合体时是致死的。,AY基因影响两个性状： 毛皮颜色（AY对a显性）AY在体色上具有显性效应。,隐性致死基因(recessive lethal)：隐(或显)性基因在杂合时不影响个体的生活力，但在纯合状态有致死效应的基因叫隐性致死基因。,显性致死基因(dominant lethal)：杂合状态即表现致死作用的基因。 如显性基因Rb引起的视网膜母细胞瘤？,视网膜母细胞瘤是一种眼科致死性遗传病，常在幼年发病，患者通常因肿瘤长入单侧或双侧眼内玻璃体，晚期向眼外蔓延，最后可全身转移而死亡。,是指在群体中占据某同源染色体同一座位上的两个以上的，决定同一性状的基因群。但就每一个二倍体细胞来讲，最多只能有两个，并且都是按孟德尔定律进行分离和自由组合的。,复等位基因,ABO血型由3个复等位基因决定:IA，IB和i,
