現(xiàn)代生物學(xué)導(dǎo)論細(xì)胞繁殖和遺傳課件.ppt

8細(xì)胞繁殖和遺傳 8 1細(xì)胞的分裂與細(xì)胞周期8 2遺傳的基本法則8 3遺傳的染色體學(xué)說(shuō)8 4基因的連鎖和交換8 5性染色體和伴性遺傳 8 1細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期 細(xì)胞分裂 一些單細(xì)胞生物 如眼蟲(chóng)和變形蟲(chóng) 一次細(xì)胞分裂可形成兩個(gè)新生物體 多細(xì)胞生物 也是由一個(gè)細(xì)胞 受精卵或合子經(jīng)過(guò)多次分裂和分化發(fā)育形成 由受精卵或合子經(jīng)過(guò)多次分裂和分化發(fā)育形成多細(xì)胞囊胚 1 細(xì)胞分裂是細(xì)胞繁殖一種形式 細(xì)胞分裂的作用 2 生物的生長(zhǎng)也依賴(lài)于細(xì)胞分裂 生物體積的加大不僅要靠細(xì)胞體積的增加 更要靠細(xì)胞數(shù)目的增多 細(xì)胞分裂還導(dǎo)致了多細(xì)胞生物的組織分化和生長(zhǎng)發(fā)育 繁殖與生殖 是生命體延續(xù)的最基本的特征無(wú)性繁殖 裂殖沒(méi)有配子參與 也沒(méi)有受精過(guò)程有性繁殖 有配子參與 有受精過(guò)程 活細(xì)胞不斷進(jìn)行新陳代謝 細(xì)胞表面擔(dān)負(fù)著輸入養(yǎng)分 排出廢物的重任 表面積 體積比值的下降 意味著代謝速率的受限和下降 所以 細(xì)胞分裂是細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中保持足夠表面積 維持一定的生長(zhǎng)速率的重要措施 3 一個(gè)多細(xì)胞生物完全長(zhǎng)大以后 仍然需要細(xì)胞分裂的過(guò)程 這種分裂生成的新細(xì)胞可用于替代不斷衰老或死亡的細(xì)胞 維持細(xì)胞的新陳代謝 或者用于生物組織損傷的修復(fù) 例如 骨髓細(xì)胞可以不斷再生出新的血細(xì)胞 骨髓細(xì)胞不斷再生出新的血細(xì)胞 細(xì)胞分裂的作用 細(xì)菌裂殖時(shí)DNA的復(fù)制 細(xì)胞分裂 首先細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì) DNA要完成復(fù)制 再均等分為兩份 基因與染色體的復(fù)制 細(xì)胞分裂并非母細(xì)胞簡(jiǎn)單的一分為二 在原核生物中 如在細(xì)菌裂殖時(shí) 這種DNA的復(fù)制和二分 如細(xì)菌裂殖 相對(duì)比較簡(jiǎn)單 細(xì)胞生長(zhǎng)增大到一定程度DNA復(fù)制 形成兩個(gè)DNA分子 分別移到拉長(zhǎng)了的細(xì)胞兩端 中間形成新的細(xì)胞間隔 進(jìn)而形成細(xì)胞壁 成為兩個(gè)細(xì)胞 這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為二分分裂 細(xì)菌細(xì)胞分裂 真核生物具有膜包被的細(xì)胞核 其內(nèi)細(xì)長(zhǎng)的雙鏈DNA 蛋白質(zhì)及少量RNA結(jié)合形成的復(fù)合物稱(chēng)為染色質(zhì) 真核細(xì)胞分裂時(shí)的染色體 真核生物 DNA復(fù)制和二分相對(duì)要復(fù)雜的多 在細(xì)胞分裂時(shí)期 構(gòu)成染色質(zhì)的長(zhǎng)鏈DNA分子經(jīng)過(guò)緊密纏繞 折疊 凝縮 并與蛋白質(zhì)結(jié)合 形成染色體 染色體是真核細(xì)胞分裂時(shí)期 在顯微鏡下可見(jiàn)的 具有易被堿性染料著色的固定形態(tài)的遺傳物質(zhì)存在形式 DNA與組蛋白共同組裝成核小體成串珠狀的核小體聚集形成染色質(zhì)細(xì)胞分裂前 染色質(zhì)被進(jìn)一步包裝而形成染色體 染色體的結(jié)構(gòu) 核小體和染色質(zhì) 人DNA平均長(zhǎng)度 染色體的長(zhǎng)度 5cm 2 3 m rre 染色單體 染色體的結(jié)構(gòu) 人的體細(xì)胞中染色體 核型 有絲分裂中期染色體的數(shù)目 大小 形態(tài)特征 決定生物各種形狀的基因都位于染色體上 可用于診斷遺傳病 判斷親緣關(guān)系 多數(shù)動(dòng)物和植物的體細(xì)胞是二倍體 即每一個(gè)體細(xì)胞核中有兩組同樣的染色體 用2n表示 稱(chēng)同源染色體 生殖細(xì)胞 配子 親本的每一個(gè)配子只帶有一組染色體 叫單倍體 n表示 單倍染色體組所含有的全部遺傳信息稱(chēng)為基因組 細(xì)胞有絲分裂時(shí) 染色體復(fù)制 形成縱向并列的兩條染色單體 即姐妹染色體 再分開(kāi) 分配到兩個(gè)新的子細(xì)胞中 端粒 每一種生物染色體的數(shù)目都是恒定的 人46條果蠅8家蠶16豌豆14苔蘚1262 一種 蛙26小鼠40雞狗78 真核生物的細(xì)胞分裂涉及 染色體復(fù)制 有絲分裂 減數(shù)分裂 細(xì)胞周期調(diào)控等過(guò)程 大多數(shù)真核生物是多細(xì)胞生物 體細(xì)胞的分裂稱(chēng)為有絲分裂 生殖細(xì)胞形成過(guò)程中 則有與之不同的減數(shù)分裂 細(xì)胞周期與有絲分裂 有分裂能力的細(xì)胞 從一次分裂結(jié)束到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的一個(gè)完整過(guò)程稱(chēng)為一個(gè)細(xì)胞周期 細(xì)胞周期與有絲分裂 典型的細(xì)胞周期可包括間期和細(xì)胞分裂期兩部分 間期 interphase 包括一個(gè)DNA合成期 S期 及S期前后兩個(gè)間隙期 G1期和G2期 細(xì)胞分裂期則包括有絲分裂 mitosis M期 和胞質(zhì)分裂 C期 兩個(gè)過(guò)程 有絲分裂 M期 又分為前 中 后和末期動(dòng) 植物周期約20h 其中分裂期約1 2h 其余是間期 G0 有絲分裂 M期 是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程 根據(jù)染色體形態(tài)的變化特征可分為前期 中期 后期和末期4個(gè)階段 細(xì)胞周期與有絲分裂 有絲分裂的特點(diǎn) 在間期每個(gè)染色體復(fù)制成兩條相同的染色單體 在分裂時(shí)有規(guī)律地分配到兩個(gè)子細(xì)胞核中 有絲分裂 在細(xì)胞間期 細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程為分裂期做物資準(zhǔn)備 現(xiàn)在集中看一下細(xì)胞分裂期 在M期發(fā)生的有絲分裂過(guò)程 前期 核膜消失 染色質(zhì)濃縮 折疊 包裝 形成染色體 每條染色體含兩條染色單體 紡錘體形成 中期 染色體排列在赤道板上 后期 著絲粒分裂 姐妹染色單體分開(kāi) 被分別拉向細(xì)胞兩側(cè)末期 重新形成核膜 核仁 染色體消失在C期 胞質(zhì)分裂 胞質(zhì)形成間隔 最終分開(kāi)為兩個(gè)細(xì)胞 分5個(gè)時(shí)相 單相有序 細(xì)胞周期的控制機(jī)制 真核細(xì)胞的3個(gè)主要細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn) 分別位于G1期 G2期和M期細(xì)胞的周期取決于細(xì)胞內(nèi)的周期蛋白 cyclin 和周期蛋白依賴(lài)型激酶 Cyclin dependentkinase Cdk 組成的引擎分子的周期性變化以酵母M周期蛋白為例 在G2期 周期蛋白與Cdk結(jié)合 形成MPF 有絲分裂促進(jìn)因子 一種引擎分子 M期的長(zhǎng)短取決于MPF濃度 從增殖角度將細(xì)胞分為 周期性細(xì)胞 G0期細(xì)胞終極分化細(xì)胞 G0 有性生殖與減數(shù)分裂 有性生殖 父本和母本一對(duì)生物 一種特別的性細(xì)胞在動(dòng)物和植物中 雌配子是一個(gè)卵細(xì)胞 雄配子是一個(gè)精子細(xì)胞 高等植物中稱(chēng)為精核 雌雄配子相互融合形成受精卵或稱(chēng)合子 合子通常為二倍體 2n 而配子則為單倍體 n 因此要經(jīng)歷減數(shù)分裂 圖三種不同生物的有性生殖生活史 配子形成與減數(shù)分裂 由配子母細(xì)胞 二倍體 形成單倍體細(xì)胞需要在細(xì)胞分裂過(guò)程中染色體數(shù)目減半 伴隨著染色體數(shù)目減半的細(xì)胞分裂稱(chēng)為減數(shù)分裂 meiosis 分為 兩期 黑麥花粉母細(xì)胞的減數(shù)分裂 減數(shù)分裂過(guò)程 是在配子體形成過(guò)程的成熟期進(jìn)行 減數(shù)分裂 前期 染色質(zhì)濃縮 折疊 包裝 形成光鏡下可見(jiàn)的染色體 每條染色體含兩對(duì)染色單體 即父本和母本的同源染色體 稱(chēng)為聯(lián)會(huì) 即4條染色體 稱(chēng)為四分體 非姐妹染色單體間形成交叉 可能產(chǎn)生同源重組中期 同源染色體排列在赤道板上后期 一對(duì)同源染色體分開(kāi) 被分別拉向細(xì)胞兩側(cè) 但姐妹染色單體仍連結(jié)在一起末期 重新形成核膜 染色體沒(méi)有消失 減數(shù)分裂 與有絲分裂過(guò)程基本相同 細(xì)胞減數(shù)分裂I 細(xì)胞減數(shù)分裂II 有絲分裂與減數(shù)分裂的差別 有絲分裂減數(shù)分裂 1 染色體復(fù)制1次1次2 細(xì)胞分裂次數(shù)1次2次3 同源染色體配對(duì) 4 姐妹染色體交換 5 子細(xì)胞數(shù)目246 子細(xì)胞染色體數(shù)2nn7 細(xì)胞類(lèi)型體細(xì)胞性細(xì)胞 姚雪彪教授從動(dòng)點(diǎn)馬達(dá)蛋白CENP E著手 研究其在細(xì)胞分裂過(guò)程中染色體運(yùn)動(dòng)及細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控過(guò)程中的作用 2000年度的 NatureCellBiology 與 Cell 雜志2000年的首版封面 8 2遺傳的基本法則 經(jīng)典遺傳學(xué)的創(chuàng)始人MendelMendel遺傳學(xué)第一定律 獨(dú)立分離定律Mendel遺傳學(xué)第二定律 自由組合定律Mendel遺傳學(xué)定律的延伸和變化 經(jīng)典遺傳學(xué)的創(chuàng)始人Mendel Mendel1822年出生于奧地利鄉(xiāng)村高中以后中斷了學(xué)業(yè)21歲修道院進(jìn)修中學(xué)代課教師1851 1853維也納大學(xué)物理學(xué)家Doppler科學(xué)實(shí)驗(yàn)植物生理學(xué)家植物遺傳變異原因大學(xué)畢業(yè)擔(dān)任神職中學(xué)任教花園里做豌豆實(shí)驗(yàn) 為什么選擇豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料 1 當(dāng)時(shí)已有一些不同品系的豌豆種子 由不同品系種子培育出的植株具有明顯易于比較的性狀差別 2 豌豆是嚴(yán)格自花受粉植物 性狀穩(wěn)定 出售的種子都是純種 3 豌豆的花比較大 便于人工除去原有的雄蕊 并利用另一植株的花粉做人工異花授粉 進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn) 4 每次雜交后 產(chǎn)生的后代完全可育 可以追蹤觀察特定性狀在雜交后代的分離情況 總結(jié)出遺傳規(guī)律 經(jīng)典遺傳學(xué)的創(chuàng)始人Mendel 7對(duì)差別鮮明的性狀花的顏色 紫色 白色種子形狀 圓形 皺縮種子顏色 黃色 綠色花著生位置 腋生 頂生豆莢形狀 飽滿(mǎn) 皺縮豆莢顏色 綠色 黃色植株高度 高 矮 豌豆單因子雜交實(shí)驗(yàn)與分離定律 Mendel遺傳學(xué)第一定律 分離定律 Mendel最初實(shí)驗(yàn)是對(duì)具有單個(gè)相對(duì)性狀的親代雜交 所有雜交產(chǎn)生的F1代都只表現(xiàn)一個(gè)親代的性狀 如花色 稱(chēng)紫花為顯性性狀 白花為隱性性狀 再F1代自花授粉 子二代 F2代 花色就具有一定的比例 豌豆7組相對(duì)性狀分別雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Mendel按上述方法繼續(xù)對(duì)7組相對(duì)性狀分別進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn) 統(tǒng)計(jì)了子二代植株顯性與隱性性狀之間比例為3 1的規(guī)律 推斷 控制遺傳性狀的有一對(duì)遺傳因子等位基因 alleles 純合子與雜合子顯性基因 用大寫(xiě)字母隱性基因 用小寫(xiě)字母 Mendel遺傳學(xué)第一定律 分離定律 Mendel首創(chuàng)了測(cè)交實(shí)驗(yàn)方法 驗(yàn)證了其推斷的正確性 Mendel建立了遺傳學(xué)第一定律 即 分離定律 即 一對(duì)基因在形成配子時(shí)完全按照原樣分離到不同的配子中去 相互不發(fā)生影響 Mendel遺傳學(xué)第一定律 分離定律 在分析了一對(duì)性狀傳遞規(guī)律的基礎(chǔ)上 Mendel進(jìn)一步進(jìn)行了兩對(duì)相對(duì)性狀雜交的遺傳分析 他選擇了這樣兩個(gè)親本進(jìn)行雜交 一個(gè)是雙顯性親本 種子是圓形的 種子的顏色為