《河北科技師范學院》PPT課件.pptVIP

河北科技師范學院HebeiNormalUniversityofScienceandTechnology 遺傳學Genetics 目錄遺傳學的定義 研究內(nèi)容和任務遺傳學的產(chǎn)生與發(fā)展遺傳學研究的領域及分支遺傳學的應用 第一章緒言Introduction 一 遺傳學的定義遺傳學 Genetics 是研究生物遺傳和變異及其規(guī)律的一門科學 具體說 是研究生物體遺傳物質(zhì)的組成 遺傳信息的傳遞及其表達規(guī)律的一門科學 遺傳現(xiàn)象 規(guī)律 遺傳學 微生物 植物 動物和人 原因 物質(zhì)基礎變異指導育種實踐 遺傳 heredity 生物繁殖過程中 親代與子代的相似性 即生物在形態(tài) 結(jié)構(gòu) 生理功能 生化反應 行為本能等各方面的世代傳遞中 所能保持的物種固有的性狀特征的相對穩(wěn)定性 變異 variation 生物親代與子代之間 子代個體之間存在的差異性 即生物在繁殖過程中 親代與子代以及子代個體間在形態(tài) 結(jié)構(gòu) 生理功能 生化反應 行為本能等各方面總存在著不同程度的差異 絕對性 環(huán)境 environment 生物賴以生存的自然和社會條件的總和 遺傳與變異是生物界最普通 最基本的兩個特征 遺傳 變異與環(huán)境的關系任何生物的生存 發(fā)展都具有必要的環(huán)境 并從環(huán)境中攝取營養(yǎng) 通過新陳代謝進行個體的生長發(fā)育 并通過繁殖使物種延續(xù) 從而表現(xiàn)出生物的遺傳和變異 因此 生物的遺傳和變異對立統(tǒng)一且離不開環(huán)境 變異分為可遺傳的變異和不遺傳的變異兩類 可遺傳的變異經(jīng)過自然選擇形成物種 經(jīng)人工選擇育成品種 即生物的進化過程 另外生物的變異是多方向性的 這就增加了生物對環(huán)境的適應性 生物進化和新品種選育的三大因素 遺傳 變異和選擇 二 研究內(nèi)容和任務 研究內(nèi)容1 遺傳與變異的物質(zhì)基礎 所在部位 2 基因和基因組的結(jié)構(gòu)分析 構(gòu)成基因和基因組的核苷酸排列順序與其生物學功能之間的關系 包括突變與變異性狀之間的關系 3 基因在世代之間傳遞的方式與基本規(guī)律 4 基因控制性狀的方式 各種內(nèi)外環(huán)境條件對基因表達的影響 任務探究現(xiàn)象 揭示規(guī)律 能動地改造生物 造福全人類 三 遺傳學的產(chǎn)生與發(fā)展 三個階段從混合遺傳到顆粒遺傳經(jīng)典的基因論現(xiàn)代的分子遺傳學四個時期經(jīng)典與細胞遺傳學時期 1900 1940 微生物遺傳和生化遺傳時期 1941 1960 分子遺傳時期 1961 1985 基因組和蛋白質(zhì)組時期 1986 至今 從混合遺傳到顆粒遺傳 拉馬克 1744 1829 器官的用進廢退與獲得性遺傳達爾文 1809 1882 泛生假說魏斯曼 1834 1914 種質(zhì)連續(xù)論 拉馬克 器官的用進廢退與獲得性遺傳 拉馬克認為 生物物種是可變的 遺傳變異遵循 用進廢退和獲得性遺傳 規(guī)律 即認為動物器官的進化與退化取決于用與不用 用進廢退理論 以及認為每一世代中由于用或不用而加強或削弱的性狀是可以遺傳的 獲得性遺傳 如人類的盲腸 達爾文 泛生假說 達爾文在解釋生物進化時也對生物的遺傳 變異機制進行了假設 并提出了泛生假說 認為各種器官都存在微小的泛生粒 它們能分裂 生殖 并能在體內(nèi)流動 最后匯集到生殖器官里 形成生殖細胞 當受精卵發(fā)育成成體時 各種泛生粒又進入到各器官發(fā)生作用 從而表現(xiàn)出遺傳現(xiàn)象 如果親代的泛生粒發(fā)生改變 子代則表現(xiàn)變異 達爾文也承認獲得性遺傳的一些觀點 魏斯曼 種質(zhì)連續(xù)論 新達爾文主義在生物進化方面支持達爾文的選擇理論 但在遺傳上否定獲得性遺傳 魏斯曼是其首創(chuàng)者 種質(zhì)連續(xù)論 theoryofcontinuityofgermplasm 生物體由種質(zhì)和體質(zhì)組成 種質(zhì)指性細胞和產(chǎn)生性細胞的那些細胞 種質(zhì)自身永世長存 世代連續(xù)相繼 體質(zhì)由種質(zhì)產(chǎn)生 是保護和幫助種質(zhì)繁殖的手段 種質(zhì)細胞系完全獨立于體質(zhì)細胞系 體質(zhì)細胞發(fā)生的變化 獲得的性狀 不影響種質(zhì)細胞 故獲得性狀是不遺傳的 經(jīng)典的基因論 孟德爾 遺傳因子假說約翰生 Johannsen 遺傳因子更名為基因 gene 貝特生 性狀連鎖現(xiàn)象摩爾根 性狀連鎖理論 孟德爾 遺傳因子假說 遺傳因子假說認為 生物性狀受細胞內(nèi)遺傳因子 hereditaryfactor 控制遺傳因子在生物世代間傳遞遵循分離和獨立分配兩個基本規(guī)律這兩個遺傳基本規(guī)律是近現(xiàn)代遺傳學最主要的 不可動搖的基礎 摩爾根 性狀連鎖理論 T H Morgan于1910年 證明基因位于染色體上 并提出了連鎖遺傳定律 現(xiàn)代分子遺傳學 1928年 F Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象 1941年 G W Beadle和E Tatum提出了 一基因一酶 學說 發(fā)展了微生物遺傳學和生化遺傳學 1944年 O Avery C Macleod和M McCarty等人通過肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗 首次直接證明了DNA是真正的遺傳物質(zhì) 1953年 J D Watson和F Crick通過X射線衍射分析 提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 開創(chuàng)了分子遺傳學這一新的學科領域 被喻為遺傳學發(fā)展史上的一個里程碑 1961年 F jacob和J Monod提出調(diào)節(jié)基因表達的操縱子模型 20世紀60年代 蛋白質(zhì)和核酸的人工合成 遺傳 中心法則 的確立 三聯(lián)體密碼的確定 調(diào)節(jié)基因作用原理的發(fā)現(xiàn) 傳遞細菌對抗生素抗性的質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)等 已使遺傳學的發(fā)展走在了生物科學的前面 20世紀70年代 隨著限制性內(nèi)切酶和一系列核酸酶的發(fā)現(xiàn)和提純 使DNA重組得以實現(xiàn) 能進行基因的人工分離和合成 開始建立遺傳工程這一新的研究領域 20世紀80年代 隨著基因工程技術的不斷成熟和應用 從而使人類在定向改造生物方面跨進到一個新的階段 20世紀90年代 由美國倡導 有美國 英國 法國 德國 日本和中國參加的人類基因組計劃的實施及動物基因組計劃的相繼提出和實施 為遺傳學的發(fā)展開辟了廣闊的空間 1996年 綿羊多利的誕生 為動物體細胞克隆提供了有力的證據(jù) 2000年 果蠅 人類 擬南芥基因組工作的完成 2003年 SARS病毒的難題 以后 遺傳學發(fā)展的四個時期 第一個時期 經(jīng)典與細胞遺傳學時期 1900 1940 1900年孟德爾定律的再次發(fā)現(xiàn)標志著遺傳學的誕生荷蘭阿姆斯特丹大學的教授狄夫瑞斯 deVries 德國土賓根大學的教授科倫斯 Correns C E 奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學的講師切爾邁克 Tschermak 分別用不同實驗材料 同時發(fā)現(xiàn)了孟德爾1866年發(fā)表的 植物雜交實驗 論文中的結(jié)論 1910年摩爾根 Morgan T H 及其斯特蒂文特 Sturtevant 弟子布里吉斯 Bridges 繆勒 Muller 創(chuàng)立了連鎖定律1927年MullerX 射線誘發(fā)突變基因從一個抽象的遺傳因子發(fā)展成為生物染色體上 三位一體 的遺傳物質(zhì)實體 既是功能單位 又是重組單位和突變單位 第二時期 微生物遺傳和生化遺傳時期 1941 1960 1941Beadle和Totum提出一基因一酶學說1944Avery確定遺傳物質(zhì)為DNA1951McClintockB 發(fā)現(xiàn)跳躍基因或稱轉(zhuǎn)座1953Watson和Crick建立DNA雙螺旋模型1958Kornberg發(fā)現(xiàn)DNA合成酶基因是順反子 Cis trons 即是具有編碼功能的DNA實體 而單核苷酸是發(fā)生突變和重組最小單位 第三時期 分子遺傳時期 1961 1985 1961 Jacob和Monod建立乳糖操縱子模型 1962 1968Arber 1978Smith發(fā)現(xiàn)限制酶 1964 1965 Nirenberg Khorana破譯遺傳密碼 1972Berg建立重組技術 1975Temin發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶 1977Sanger Gilbert建立DNA測序方法 1977Sharp和Roberts發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子 1980Shapiro發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子 1981Cech和Altman發(fā)現(xiàn)核酶 1985Mullis K 建立了PCR體外擴增技術 基因的概念是一段可以重疊 斷裂的形式存在并可轉(zhuǎn)座的DNA序列 1986年 美 Dulbecco首次提出了 人類基因工程 組1990年4月美國宣布人類基因組測序工作的5年計劃 1991年StepkenFodor把基因芯片的設想第一次變成了現(xiàn)實 1992年10月 美 VollrathD 等分別完成人類Y染色體的物理圖譜 199310月美國公布了1993 1995年的人類基因組測序工作計劃 并預計2005年完成整個的測序工作 1995Smith H O等第一個細菌基因組 流感嗜血桿菌 H influenzae 全基因組序列發(fā)表 第四時期 基因組和蛋白質(zhì)組時期 1986 至今 199512月美 法科學家公布了有15000個標記的人類基因組的物理圖譜 1996DietrichW F等繪制了小鼠基因組的完整遺傳圖譜 199610月Goffeau等完成了酵母基因組的測序 1996DNA芯片 chip 進入商業(yè)化 1997Wilmut完成了動物體細胞克隆 多莉 綿羊 199812月 第一個多細胞真核生物線蟲的基因組在Science上發(fā)表 1999CateJ H第一次繪制出完整核糖體的晶體結(jié)構(gòu) 揭示了其中的很多細節(jié) 1999國際人類基因組計劃聯(lián)合研究小組完成了人類第22號染色體測序工作 20003月塞萊拉公司宣布完成了果蠅的基因組測序 2000完成了人類第21號染色體的測序 20006 26人類基因組草圖發(fā)表 200012 14英美等國科學家宣布繪出擬南芥基因組的完整圖譜 20011 12中 美 日 德 法 英等國科學家 Nature 15日 和美國塞萊拉公司 Science 16日 各自公布人類基因組圖譜和初步分析結(jié)果 全部約32億個核苷酸對的排列次序 約3 5萬個基因的遺傳和物理圖譜確定人類基因組DNA編碼的遺傳信息 我國遺傳學發(fā)展的進展胰島素與核酸的人工合成1958年 英國著名的生物化學家桑格確定了胰島素的結(jié)構(gòu) 測定出胰島素51個氨基酸序列 中國科學家從1958年開始研究 1959年就獲得10 的產(chǎn)率 而當時國外的產(chǎn)率只有1 2 不久中國人又提到30 50 經(jīng)過近7年的艱苦研究與探索 他們完成了牛胰島素的全合成 經(jīng)過晶體結(jié)構(gòu)的測定 人工合成物具有與天然胰島素完全一樣的精細結(jié)構(gòu)和生物活性 這是世界上第一次人工合成的蛋白質(zhì) l995年中國科學家又開始基因重組人胰島素的研究工作 中國由此成為世界上第三個能夠生產(chǎn) 銷售基因重組人胰島素的國家 1981年11月 中國科學工作者經(jīng)過13年長期艱苦的研究 終于完成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸的人工合成 是繼中國在世界上第一次人工合成牛胰島素之后取得的又一重要成就 標志著中國在人工合成生物大分子的研究方面繼續(xù)居于世界先進行列 基因與克隆的研究我國轉(zhuǎn)基因技術在家畜及魚類育種上初見成效 中科院水產(chǎn)生物研究所在世界上率先進行轉(zhuǎn)基因魚的研究 成功地將人生長激素基因 魚生長激素基因?qū)膈庺~ 中國農(nóng)業(yè)大學生物學院瘦肉型豬基因工程育種取得初步成果 已獲得生長激素轉(zhuǎn)基因豬的第二 三 四代共215頭和初步建立生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因豬的技術體系 轉(zhuǎn)基因豬核心群的生產(chǎn)水平比非轉(zhuǎn)基因豬提高20 生產(chǎn)效率提高達5 達到國際先進水平 1998年2月 中國轉(zhuǎn)基因羊研究取得重大突破 上海醫(yī)學遺傳研究所與復旦大學遺傳學研究所的專家經(jīng)多年合作 已獲得5只與人凝血第九因子基因整合的轉(zhuǎn)基因山羊 其中一只已進入泌乳期 并在乳汁中分泌出了有活性的能治療血友病的人凝血第九因子 1999年3月 上海醫(yī)學遺傳研究所運用自己創(chuàng)立的轉(zhuǎn)基因羊新技術路線 成功培育出了中國第一頭轉(zhuǎn)基因試管牛 自1990年西北農(nóng)林科技大學首次完成世界第一例克隆山羊以來 我國已實現(xiàn)山羊胚胎連續(xù)克隆 并用克隆技術生產(chǎn)出羊 豬 牛 兔 鼠五種哺乳動物 克隆技術 對于繁殖優(yōu)良家畜 搶救瀕危生物具有十分重要的意義 1998年12月 湖南醫(yī)科大學 中國醫(yī)學遺傳學國家重點實驗室 在國際上首次克隆成功以高頻性聽力下降為主要特征的神經(jīng)性耳聾疾病基因 這也是國內(nèi)克隆出的第一個人類疾病基因 遺傳學發(fā)展的新動態(tài) 21世紀 將進入 后基因組時代 將闡明蛋白質(zhì)的功能弄清DNA序列所包含遺傳信息的生物學功能 1 基因組 genome 學2 后基因組學3 蛋白質(zhì)組學 Proteomics 4 生物信息學 Bioinformatic 定義為分子生物學和計算生物學的交叉 包含三個重要的內(nèi)容 1 基因組信息學 2 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)模擬 3 藥物設計 遺傳學研究的領域及分支 根據(jù)研究領域劃分經(jīng)典遺傳學細胞遺傳學統(tǒng)計遺傳學分子遺傳學根據(jù)研究的生物范疇劃分動物遺傳學植物遺傳學微生物遺傳學人類遺傳學 根據(jù)遺傳機理劃分生理遺傳學生化遺傳學發(fā)育遺傳學輻射遺傳學學科交叉產(chǎn)生的分枝行為遺傳學藥物遺傳學毒理遺傳學免疫遺傳學生態(tài)遺傳學病理遺傳學 遺傳學的應用 在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)上的應用在醫(yī)療保健上的應用遺傳工程的應用遺傳學與社會 法律 倫理道德和世界觀 主要參考書 劉祖洞主編 遺傳學 高教出版社 楊業(yè)華主編 普通遺傳學 高教出版社 李寶森 胡慶寶主編 遺傳學 南開大學出版社 趙壽元 喬守怡主編 現(xiàn)代遺傳學 高教出版社 P C Winter G I Hickey H L Fletcher著 遺傳學 影印版 科學出版社 DanielL Hartl ElizabethW Jones著 遺傳學 基因與基因組分析 影印版 科學出版社 孫乃恩等編著 分子遺傳學 南京大學出版社 羅鵬主編 遺傳