基因与基因工程(xin)【ppt】

《基因与基因工程(xin)【ppt】》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基因与基因工程(xin)【ppt】（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、一、基因的基本概念,1822年7月22日生于奥地利莫拉维亚省的海因岑多夫村一个贫苦农民家庭； 1828年，6岁的孟德尔开始接受系统的小学和中学教育； 1840年，以优异的成绩高中毕业，进入厄尔姆兹哲学学院进行了两年的大学预科学习； 1843年秋，进入布隆市的奥古斯汀基督教修道院当一名修道士，取教名格里高，时年21岁；,1.孟德尔遗传因子与基因 （1）孟德尔生平简介,1847年，被任命为神父； 1849年，被委派到中学任希腊文和数学代课教师； 1851年，在修道院的资助下，进入维也纳大学深造； 1854年夏天，大学毕业，回到奥古斯汀修道院，开始了人生的新篇章； 1856年，开始长达8年之久的豌豆

2、杂交实验；（修道院后花园） 1865年，在布隆市自然科学研究协会的年会上，公布了他的研究结果和理论解释； 1866年，发表著名论文植物杂交实验，首次提出了遗传因子、显性性状和隐性性状等遗传学概念； 1868年，当选奥古斯汀修道院院长，此后再也无力从事研究； 1884年1月6日去世！,后人在分析孟德尔成功发现遗传第一定律和第二定律的原因时，一致认为选择豌豆为实验材料具有决定性的意义。 那么豌豆具有什么样的生物学特性呢？,（2） 豌豆的生物学特性,a. 不同的豌豆品系之间，通常存在着差异明显、易于区别而又稳定遗传的相对性状特征；（开紫花的豌豆植株） b. 豌豆花的结构比较特殊，具有雄配子的花药和具

3、有雌配子的胚珠是由花瓣包裹着。因此它是一种严格的自花授粉植物；（豌豆花的结构） c. 豌豆具有较大型的花器官（即生殖器官），便于去雄，进行人工授粉实验。（豌豆人工授粉）,（3）孟德尔的单因子豌豆杂交实验 遗传因子分离定律,1856年至1863年，孟德尔在奥古斯汀修道院的后花园进行了长达8年的豌豆杂交实验。他首先选择了七对区别分明而又能稳定遗传的性状作仔细的观察。这七对性状是：,花着生的部位 腋生和顶生 种子的形状 圆形和皱形 种子内部颜色 黄色和绿色 花朵的颜色 紫色和白色 植株茎杆长度 长茎和短茎 成熟豆荚外形 饱满和节缩 未成熟豆荚颜色 绿色和黄色,Table 1. A summary o

4、f the seven pairs of contrasting traits and results of Mendels seven monohybrid crosses of the garden pea (Pisum sativum),（4）孟德尔双因子豌豆杂交实验数据统计,（5）遗传因子的自由组合定律：,根据上述实验结果，孟德尔推想：由两对等位因子杂交产生的杂种F1代植株，在形成配子过程中，两对等位因子的分离是彼此独立互不相关的，而在形成合子的过程中，不同因子之间又是自由组合的。这就是所谓的遗传因子独立分配律，或叫自由组合律，亦即是孟德尔第二定律。 孟德尔还进行了多因子豌豆杂交实验，

5、其结果虽然比较复杂，但它同样遵循遗传因子的独立分离和自由组合的原则。,（6）孟德尔遗传因子被正式定名为基因,1909年，丹麦的一位生物学家约翰逊，根据希腊文“给予生命之义”创造了“基因”这个名词，用来代替孟德尔的“遗传因子”。 但是需要指出，约翰逊当时所说的基因，并不代表遗传物质实体，只是一种与细胞的任何可见的形态结果均无关系的抽象单位，也就是遗传性状符号！,2、摩尔根的基因论,（1）摩尔根生平简介,1866年9月25日，Thomas Hant Morgan出生于美国肯塔基州的列克星敦市的一个富裕家庭。 1880年，14岁的少年摩尔根考入肯塔基州立学院预科班学习，两年后转入本科。 1886年，

6、以全班第一名成绩从肯塔基州立学院毕业，进入约翰.霍普金斯大学从事实验胚胎学研究；,1890年，在约翰.霍普金斯大学获理学博士学位； 18911903年，在布林莫尔女子学院任教，同时在其它一些研究机构从事胚胎学方面的研究； 19041928年，担任哥伦比亚大学动物学教授，进行遗传学与进化论领域的科学研究； 19271931年，担任美国科学院院长； 1928年退休，同年发表名著“基因论”； 19281945年，任加州大学生物学主任； 1930年，担任美国科学促进联合会主席； 1933年，获诺贝尔生理学及医学奖； 1945年12月4日，因动脉血管破裂在美国加州的帕萨迪纳市逝世。,（2）果蝇的生物学特

7、性,a. 繁殖能力强，产卵数量多； b. 繁殖速度快，世代时间短（9天左右）； c. 染色体数目少，仅4对，且形态各异，易于辨认； d. 拥有大量的各种突变体； e. 个体小，管理简单，对饲料无特殊要求。,（3）果蝇的染色体组,性染色体指与生物个体的性别决定有直接关联的染色 体。例如果蝇的X染色体和Y染色体。 常染色体除了性染色体之外的，不直接参与生物个体性别决定的染色体叫常染色体。例如果蝇的第II对，第III对染色体，均为常染色体。,果蝇有4对染色体，其中1对为性染色体，其余3对为常染色体。,（4） 果蝇眼色基因的性连锁遗传,1910年，摩尔根及其助手从红严果蝇群体中发现了一只白眼的雄果蝇，

8、他们将白眼雄果蝇同来自同一父母的姊妹红眼雌果蝇交配，结果产生的F1代果蝇，无论是雄的还是雌的，无一例外都是红眼的。这个结果说明： a. 果蝇红眼是显性性状，白眼是隐性性状； b. 亲代白眼雄果蝇是隐性纯合子； c. 亲代红眼雌果蝇是显性纯合子； 摩尔根等人将上述所产生的F1代的红眼雄果蝇同红眼雌果蝇相互交配，产生的子二代（F2）果蝇中，红眼同白眼的比例恰好为3:1。但有趣的是，所有的白眼果蝇都是雄性的，没有一只是雌性。,这说明：白眼性状与性别有联系，摩尔根等人推测控制果蝇的白眼隐性基因是位于X染色体上。 摩尔根等人的工作，第一次将代表某一特定性状的基因，同某一特定的染色体联系起来了，从而建立了

9、基因的遗传物质基础，建立了基因的染色体理论，使基因学说得到了普遍的承认。,（5） 连锁与交换定律,基因的连锁与交换定律，是由美国著名的遗传学及胚胎学家摩尔根与他的学生所建立的。由于该定律极大地完善并丰富了孟德尔遗传学理论，因此后人将它与孟德尔第一遗传定律、第二遗传定律并列，称之为遗传学第三定律。,（6） 摩尔根的学术贡献,摩尔根及其学术的工作，第一次将代表某一特定性状的基因，同某一特定的染色体连系了起来，从而确证了基因的遗传物质基因，建立了基因的染色体理论，为基因工程的建立作了卓越的贡献。 摩尔根生活低调，衣着朴素，热心科研，勤奋工作，知道38岁才与其女友结婚。为了不影响科研工作，摩尔根借故没

10、有出席诺贝尔奖的颁奖典礼。他总结自己为什么会在科学研究中作出诸多发现的原因时说“一靠勤奋，二靠实验材料得当，三靠愿意放弃没有任何证据的假说，最后还得少开些遗传学大会”。,3 . 基因的载体是 DNA,在孟德尔和摩尔根的基因论被科学工作者广泛接受之后，关于基因的载体（或说是化学本质）是DNA还是蛋白质，一直存在着两种不同的意见。,（1） 1944年，O. Avery等人的肺炎链球菌毒性转化实验证明，基因的载体是DNA，而不是蛋白质。,S型肺炎链球菌具荚膜，光滑，有毒。 R型肺炎链球菌无荚膜，粗糙，无毒。,结论：,使肺炎链球菌毒力性状发生转化的因子是DNA，而不是蛋白质。这有力地证明基因的遗传载体

11、是DNA而不是蛋白质。,（2） 1952年，A.D Hershey and M. Chase应用放射性同位素双标记技术，证明菌体的遗传物质（基因的载体）也是DNA而不是蛋白质。,实验现象：,用放射性同位素32P和35S分别标记噬菌体的内部DNA和外部蛋白质，然后感染寄主细胞。结果发现只有32P标记的DNA注入大肠杆菌细胞。,结论：在噬菌体中，基因的载体也是DNA而不是蛋白质。,DNA分子的半保留复制模型,（3） 1953年，J. Watson和F.Crick建立了DNA的双螺旋模型；1958年，M.Meselson和F.W. Stahl在此基础上发现了DNA分子半保留复制机理。从而解决了基因的

12、自我复制和代代相传的问题。 至此，基因的分子本质是DNA而不是蛋白质已是不争的事实！,4. 基因的编码产物,基因是细胞中所有RNA及蛋白质分子的“蓝图”，有 些基因编码的最终产物是RNA分子，例如rRNA基因、 tRNA基因及其它小分子量的RNA基因等；而其它一些 基因编码的最终产物是蛋白质，这些蛋白质是通过 mRNA中介合成的。,5. 遗传密码的破译DNA的核苷酸顺序与蛋白质氨基酸顺序关系,Beadle、Tatum和Ingram等人的工作，虽然确立了基因（DNA）与蛋白质多肽链之间的关系，也就是说蛋白质是由基因编码的，但是，基因的DNA分子是由4种不同的核苷酸（A、T、G和C）排列组合而成的

13、，而蛋白质分子中的多肽链则是由20种氨基酸排列组合而成。那么基因DNA分子中的核苷酸碱基顺序，同蛋白质多肽链中的氨基酸顺序之间存在着什么样的关系呢？遗传密码的破译正确地回答了这个问题。,（1） 中心法则,1958年，F. Crick提出了解释DNA，RNA及蛋白质三者关系的所谓中心法则：,DNA,RNA,蛋白质,根据中心法则DNA会自我复制，而RNA及蛋白质二者都不能够自我复制，因此生物体中能够永久保存代代相传下去的是DNA分子，或说是基因。,DNA在复制过程中双链解开，以单链形式作为合成自己互补链（cDNA）的模板，其碱基配对原则是： 腺嘌呤（A）胸腺嘧啶（T） 鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C） 在

14、DNA到RNA的转录过程中，单链的cDNA则是作为指导RNA合成的模板。RNA可分成tRNA、rRNA、其它小分子RNA和mRNA，其中只有mRNA可转译成蛋白质。转录过程中的碱基配对原则： 腺嘌呤（A）尿嘧啶（U） 鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）,（2）遗传密码,遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的过程，叫作基因的表达。它涉及遗传信息的转录和转译两个步骤。,转录根据碱基互补原则，遗传信息从DNA的核苷酸序列形式转换成RNA核苷酸序列形式的过程叫作转录，也叫RNA合成。 转译遗传信息从mRNA的核苷酸序列形式，转变成蛋白质多肽链氨基酸序列形式的过程叫作转译，也叫蛋白质合成。,当我们思考转录和转译这两

15、个过程时会发现， 转译与转录不同，它不是简单的核苷酸序列的转换过 程，而是将mRNA分子上的核苷酸语言翻译成蛋白质多肽链上氨基酸语言的负责过程，是涉及到两种不同语言信号之间的更换问题。 因此，在从mRNA到蛋白质多肽链的转译过程中， 必定存在着一种特殊的遗传密码系统，才能够将 RNA分子上的核苷酸顺序，同蛋白质多肽链分子上 的氨基酸顺序联系。这种遗传密码在1966年已经完 全破译。,（3）通用遗传密码表,注1. Met和Val的密码子AUG和GUG，也叫起始密码子，表中加方框表示。 注2. UAA、UAG及UGA三个密码子为终止密码子，表中以“Stop”表示。,6. 基因的结构,按照细胞中是否

16、存在真正有形的细胞核结构，可把生物分成真核生物和原核生物两大类。例如大肠杆菌细胞中的染色体并没有被核膜包围，因此没有真正的有形的细胞核结构，属于原核生物。而诸如高等植物和动物，细胞中的染色体被核膜包围成一种有形的细胞核结构，属于真核生物。与此相应，也可把基因分成真核基因和原核基因两大类，两者在结构上是有差别的。,（1） 基因的基本组成部分,不管是真核基因还是原核基因，都具有如下4个基本的组成部分：,a.编码区包括起始密码子，终止密码子和氨基酸密码子； b.非编码区5-末端非转译区，3-末端非转译区，真核基因 的间隔区； c.启动区RNA聚合酶结合部位，由此启动基因的转录作用 ； d.终止区具有终止转录作用的功能。,（2） 原核蛋白质编码基因的结构,基因,（3）真核蛋白质编码基因的结构,基因,转录区,启动子,终止子,转录,ATG,TAA,5-UTR,3-UTR,多聚核苷酸化位点,RNA起点,初级RN