遗传学课件：1第一章 绪论

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1、遗传学参考书目n1、戴灼华，王亚馥：遗传学遗传学 第二版，2008，高等教育出版社n2、刘祖洞主编 ：遗传学遗传学 第二版，1990，高等教育出版社n3、徐晋麟，徐沁，陈淳编著 现现代代遗遗传学原理传学原理第二版，2005，科学出版社n4、张玉静主编分子遗传学分子遗传学 2000，科学出版社 n5、赵寿元，乔守怡 现现代代遗遗传传学学第二版，2008年，高等教育出版社n6、L.Wolpert：发育的原理发育的原理 第二版，1998，科学出版社n7、Lewin, B., GENES GENES 2005，科学出版社n8、第二届遗传学名词审定委员会,遗遗传学名词传学名词,第二版，2006，科学出版

2、社 何谓遗传学？ GeneticsWilliam Batesonn这一学科名称是英国遗传学家贝特森于1906年首先提出的。n遗传学是生命科学领域中一门重要的基础学科，是研究生物遗传（heredity）与变异（variation）的规律和机制的一门科学。n遗传：亲代与子代之间同一性状相似的现象称为遗传。n变异：亲代与子代或子代之间出现性状差异的现象称为变异。n 遗传 ( Heredity) 基因的结构 DNA的复制 (replication), 基因表达 (gene expression) 表达调控 (regulation) 基因纵向传递 转化 (transformation) 基因横向传递 转

3、导 (transduction) 转染 (transfection) 无性繁殖 接合 (conjugation) 保持物种稳定 转基因(transgene)n变异变异(Variation) 基因重组(Recombination) 染色体间 减数分裂中染色体的自由组合 染色体内 染色体的重排(Rearrangements) 转基因体外重组 突变(Mutation) 基因突变 染色体畸变（Aberration） 有性繁殖 物种进化 n遗传学：是研究基因的结构、传递和表达规律的一门科学。二、遗传学的发展史遗传学的发展史n（一）在孟德尔以前及同时代的一些遗传（一）在孟德尔以前及同时代的一些遗传学说学说

4、n1.1.公元前五世纪公元前五世纪希波克拉底希波克拉底（HippocratesHippocrates） 提出了第一个遗传理论。提出了第一个遗传理论。n 他认为子代具有亲代的特性那是因为在精他认为子代具有亲代的特性那是因为在精 液或胚胎里集中了来自身体各部分的微小液或胚胎里集中了来自身体各部分的微小 代表代表元素元素( (elememtelememt) )。n2.1002.100年后，年后，亚里斯多德亚里斯多德（AristotleAristotle）认认 为为: :精液不是提供胚胎组成的精液不是提供胚胎组成的元素元素，而，而 是提供后代的是提供后代的蓝图蓝图。生物的遗传不是通。生物的遗传不是通

5、过身体各部分过身体各部分样本的传递样本的传递，而是个体胚，而是个体胚 胎发育所需的胎发育所需的信息传递信息传递。n3.3.18091809年年拉马克拉马克（Lamarck, J.BLamarck, J.B）提出了提出了 “ “用进废退用进废退”的进化论观点，由此而得出的进化论观点，由此而得出 获得性状获得性状（acquired characteristicsacquired characteristics） 是可以遗传的。是可以遗传的。Jean Baptiste Lamarckn无脊椎动物n脊椎动物和无脊椎动物分类n无脊椎动物系统n动物学哲学n4.4.18661866年年达尔文达尔文（Darw

6、inDarwin）提出了提出了泛生论泛生论（hypothesis of pangenesishypothesis of pangenesis），），认为身认为身 体各部分细胞里都存在一种胚芽或体各部分细胞里都存在一种胚芽或 泛子泛子（pangenspangens）Charles R. Darwinn“The Origin of Species” ,1859n自然选择学说自然选择学说n5.18835.1883年法国动物学家年法国动物学家鲁鲁威廉威廉（Roux.WRoux.W） 提出有丝分裂和减数分裂过程的存在可提出有丝分裂和减数分裂过程的存在可能是由于能是由于染色体染色体组成了组成了遗传物质遗传

7、物质，同时，同时他还假定了他还假定了遗传单位沿着染色体丝作直遗传单位沿着染色体丝作直线排列。线排列。Alfred R. Wallacen自然选择自然选择 6.6.德国的生物学家德国的生物学家魏斯曼魏斯曼（Weismann AWeismann A） 做了连续做了连续2222代剪断小鼠尾巴的实验，否代剪断小鼠尾巴的实验，否 定了泛生论。定了泛生论。 1883 1883和和18851885年他将年他将Roux W.Roux W.理论发展成理论发展成 为完整的遗传和发育的理论为完整的遗传和发育的理论种质论种质论 （germplasmgermplasm theory theory）, ,认为多细胞生物认

8、为多细胞生物 可分为：可分为： 种质种质（germ germ plasmplasm）：）：独立独立, ,连续连续, , 能产生后代的种质和体质。能产生后代的种质和体质。 体质体质（somatoplasmsomatoplasm):):体质是不连体质是不连 续的，不能产生种质。续的，不能产生种质。n7.1869年达尔文的表弟高尔顿（Galton, F.）发表了“ 天才遗传（Hereditary genius）”，认为变异是连续的，即“融合遗传论”。提出了祖先遗传定律。 （二）遗传学的诞生二）遗传学的诞生n1797年英国的奈特（Knight，T） 豌豆杂交实验： P 灰色白色 F1 灰色 F2 灰色

9、 白色 但未统计分析，只发现了这一现象。n 1863年法国的诺丹（Nauding） 发表了植物杂交的论文并获法国政府的 奖励。他认为：（1）植物杂交的正交和反交结果是相同的；（2）在杂种植物的生殖细胞形成时“负责遗传性状的要素互相分开，进入不同的性细胞中，否则就无法解释杂种二代所得到的结果。”n1865年 奥地利的布隆（Brunn）基督教修道院的修士格里高格里高孟德尔孟德尔（Gregor Johann Mendel），根据他8年植物杂交实验的结果，2月8日在当地的科学协会上宣读了一篇题为“植物杂交实验植物杂交实验”的论文，1866年正式发表在该协会的会刊上。 孟德尔临终前说：“ 等着瞧吧，我的

10、时代总有一天要来临” 孟德尔定律的二次发现 n荷兰阿姆斯特丹大学的教授狄夫瑞斯狄夫瑞斯（de Vries）n德国土宾根大学的教授科伦斯科伦斯（Correns,C.E）n奥地利维也纳农业大学的讲师切尔迈克切尔迈克（Tschermak）n1900年分别同时发现了孟德尔的业绩。 狄夫瑞斯狄夫瑞斯：进行了月见草杂交试验，发现F2的分离比为3:1。1900年3月26日其论文“ 杂种分离法则” 发表在德国植物学会杂志(18)83-90;和法国科学院的纪事录(130)845-847。狄夫瑞斯曾从L.H拜莱的植物育种中查到孟德尔的工作。他在德文版中提到了孟德尔的工作，但在法文版中却只字未提。科伦斯科伦斯于19

11、00年4月21日阅读狄夫瑞斯法文版的论文，发现其结论和自己的实验结果相同，尽管文中未提到孟德尔，但科伦斯已从老师未格里处知道了孟德尔的工作，于是他撰写了“杂种后代表现方式的孟德尔法则” 一文，1900年4月24日发表在德国植物学会杂志(18)158-168。这对重新发现孟德尔法则起了重要的作用。切尔迈克切尔迈克也作了豌豆杂交试验，发现了分离现象，撰写了“关于豌豆的人工杂交”的讲师就职论文，清样出来后他读到了狄夫瑞斯和科伦斯的论文，于是急忙投寄论文摘要，于1900年6月24日也发表在德国植物学会杂志(18)232-239.三个人的工作都发表在德国植物学会杂志，都证实了孟德尔法则，这就是遗传学发展

12、史上著名的孟德尔法则的重新发现。孟德尔法则的发现在学术界引起了一场激烈的论战:n 牛津大学动物学教授韦尔登韦尔登（Weldon） n 剑桥大学的遗传学教授贝特森贝特森(Bateson)n贝特森先后创用: 遗传学（Genetics） 等位基因（allele） 纯合体（homozygous） 杂合体（heterozygous） 上位基因（epistatic genes）n 1909年丹麦的科学家 约翰逊（Johannsen）创用了n 基因 （gene） n 基因型（genotype）n 表型 （phenotype）n 提出“纯系学说” “如果用自花授粉的植物后代，选择是无效的”遗传学的发展可分为四

13、个时期：第一个时期第一个时期: :细胞遗传学时期细胞遗传学时期 (19001940 )1910年 摩尔根（Morgan ,T.H）及其 斯特蒂文特（Sturtevant） 弟子 布里吉斯（Bridges） 缪勒（Muller） 创立了连锁定律1927年 Muller X-射线诱发突变 基因基因是一个抽象的遗传因子，既是功是一个抽象的遗传因子，既是功 能单位，又是重组单位和突变单位能单位，又是重组单位和突变单位A. H. StutevantC. B. BridgesH. J. MullernA.Sturtevantn1913年，Sturtevant构建了第一张遗传图谱，表明基因在染色体上的直线排

14、列规律。nBridges, CalvinnBridges揭示了在雌性果蝇中存在X染色体的不分开现象，为基因确实存在于染色体上提供了第一个完美的证据nH.J.Mullern发现X-射线能使基因发生突变,1946年获 诺贝尔生理学和医学奖。n平衡致死系的概念第二时期:微生物遗传和生化遗传时期（19411960） n1941 Beadle和 Tatum 提出一一基因一酶学说（1958） n1944 Avery 确定遗传物质为DNAn1951 McClintock B. 发现跳跃基因或称转座（1983）n1953 Watson和 Crick建立双螺旋模型（1962）n1958 Meselson和Sta

15、hl 证明 DNA的半保留复制 在此期遗传的基本单位是顺反子（Cistrons） George Wells Beadle Edward Lawrie Tatum n1943: 薛丁谔（Sehrdinger,E） 生命是什么 (WHAT IS LIFE ?)“ 基因是活细胞的关键组成部分，基因是活细胞的关键组成部分，要懂得什么是生命就必须知道基要懂得什么是生命就必须知道基因是如何发挥作用的。因是如何发挥作用的。”第三时期:分子遗传时期 (19611985)n1961 Jacob 和Monod建立乳糖操纵子模型（1965）n1964 Baltimore，Temin和Dulbecco 发现RNA肿瘤

16、病毒和反转录酶（1975）n1970 Smith，Nathans和Arber 发现限制性核酸内切酶（1978）n1972 Jack，Symons和Berg 首次合成重组DNA（1980）n1975 Temin发现反转录酶n1977 Sanger和Gilbert 建立测序方法n1977 Sharp和Roberts 发现内含子和外显子，提出“断裂基因”概念（1993） n1985 Mullis 建立了PCR体外扩增技术（1993）n1998 Andrew和Craig 发现RNAi机制（2006）n2001 Kornberg 揭示真核生物转录的分子机制（2006） n此期基因的概念是此期基因的概念是

17、一段可以转录为功能一段可以转录为功能性性RNA的的DNA，它可以重叠、断裂的形式存在它可以重叠、断裂的形式存在，并可转座。，并可转座。 n第四时期第四时期: 基因组和蛋白质组时期基因组和蛋白质组时期 (1986 至今至今)n1986 Dulbecco首次提出了“ 人类基因组 工程”n1990 4月美国宣布人类基因组测序工作的5 年计划。n1991 Stepken Fodor 把基因芯片的设想第一 次变成了现实.n1992 10月Vollrath D.等分别完成人类Y染 色体染色体的物理图谱.n1993 10月 美国公布了19931995年的人类基 因组测序工作计划，并预计2005年完成 整个的

18、测序工作。n1995 Smith等第一个细菌基因组流感嗜 血杆菌(H.influenzae)全基因组序列发表。n1995 12月美、法科学家公布了有15000个标记 的人类基因组的物理图谱。n1996 Dietrich等绘制了小鼠基因组的完整 遗传图谱。n1996 10月Goffeau等完成了酵母基因组的测序n1996 DNA芯片进入商业化n1997 WilmutWilmut 完成了体细胞克隆n1998 12月，第一个多细胞真核生物线虫的 基因组在Science上发表。 n1999 CateCate J.H J.H第一次绘制出完整核糖体的 晶体结构，揭示了其中的很多细节。n1999 国际人类基

19、因组计划联合研究小组完 成了人类第22号染色体测序工作。n2000 3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因 组测序。 n2000 完成了人类第21号染色体的测序n2000 6月26日 人类基因组草图发表n2000 12月14日 英美等国科学家宣布绘出 拟南芥基因组的完整图谱n2001 1月12日 中、美、日、德、法、英等 国科学家 (Nature,15日) 和美国塞莱拉 公司(Science,16日) 各自公布人类基 因组图谱和初步分析结果。约3万基 因。n2002年4月5日出版的美国科学杂志封面 n在一片青山衬托下的金灿灿的中国云南红河哈尼水稻梯田登上了世界知名科学杂志美国SCIENCE的封面n

20、成功完成了全世界第一张水稻（籼稻）全基因组的框架序列图，中国科学家获得了空前的尊重和殊荣。n2006 1号染色体测序完成。遗传学的分支遗传学的分支n按研究的层次分类： 群体遗传学(Population genetics) 宏观 即进化遗传学或种群遗传学 数量遗传学(Quantitative gentics) 细胞遗传学 (Cytogenetics) 核外遗传学 (Extranuclear G.) 微观 即细胞质遗传学(Cytoplasmic G.) 染色体遗传学(Chromosomal G.) 分子遗传学(Molecular genetics)n按研究对象分类： 人类遗传学 (Human ge

21、netics) 动物遗传学 (Animal genetics) 植物遗传学 (Plant genetics) 微生物遗传学 (Microbial genetics)n按研究范畴分类： 发生遗传学 (Developmental genetics) 行为遗传学 ( Behavioral genetics) 免疫遗传学 (Immunogenetics) 药物遗传学 (Pharmacogenetics) 毒理遗传学 (Toxicogenetics) 辐射遗传学 (Radiation genetics) 肿瘤遗传学 (Cancer genetics) 医学遗传学 (Medical genetics) 血型遗传学 (Blood group genetics) 生化遗传学 (Biochemical genetics) 遗传学n遗传学是生命科学领域中的重要学科，研究遗传物质的结构与功能以及遗传信息的传递与表达。n经典遗传学：研究遗传物质纵向传递的规律以及表型和基因的关系。n分子遗传学：研究基因的结构、功能和横向传递。