生命科學(xué)第五章遺傳和變異-生命特征的延續(xù)與發(fā)展課件

1、生命科學(xué)第五章遺傳和變異生命特征的延續(xù)與發(fā)展生命科學(xué)第五章遺傳和變異生命特征的延續(xù)與發(fā)展教學(xué)目的與要求 教學(xué)目的與要求：了解遺傳因子的發(fā)現(xiàn)過程，掌握基因的本質(zhì)。掌握基因在生物遺傳中的作用。了解生物的遺傳變異在生物進化中的作用。了解遺傳病的種類、診斷和基因治療的一般知識。了解基因工程的原理、基本內(nèi)容和應(yīng)用。 教學(xué)重點與難點：基因的本質(zhì)。基因在生物遺傳中的作用。遺傳病教學(xué)目的與要求 教學(xué)目的與要求：了解遺傳因子的發(fā)現(xiàn)過程基因工程基因工程概述 基因工程的方法步驟 基因工程研究進展和應(yīng)用前景 基因工程安全性 基因工程操作及其產(chǎn)品安全性 基因工程基因工程概述 基因工程安全性 基因工程操作及其產(chǎn)品安全性1

2、971年，MIT（美國麻省理工學(xué)院）有人提出了將猴腎病毒SV40DNA同噬菌體DNA重組，然后導(dǎo)入大腸桿菌細胞的設(shè)想。反對的理由：帶有病毒DNA的重組分子有可能從實驗室逸出，并隨著大腸桿菌感染人類的腸道，其后果將十分嚴(yán)重。 于是研究計劃被擱置。開始是從事DNA重組研究的科學(xué)工作者擔(dān)心，后來波及到群眾團體。1973年，美國的公眾第一次公開表示，擔(dān)心應(yīng)用重組DNA技術(shù)可能會培育出具有潛在危險性的新型微生物，而給人類帶來難以預(yù)料的后果。基因工程安全性 基因工程操作及其產(chǎn)品安全性1971年，MI1974年，美國成立重組DNA咨詢委員會，擔(dān)心重組DNA在人類及其它的生物體內(nèi)傳播，因而有可能造成或擴大癌癥

3、及其它疾病的發(fā)生范圍，要求暫停兩類的實驗： 第一類，涉及組合一種在自然界尚未發(fā)現(xiàn)的，有產(chǎn)生病毒能力或帶有抗菌素抗性基因的新型有機體。 第二類，涉及將腫瘤病毒或其它動物病毒的DNA引入細菌的實驗。 1974年，美國成立重組DNA咨詢委員會，擔(dān)心重組DNA在人1975年，展開討論：潛在危險的基因可能偶然逃出實驗室，或成功地寄生在實驗工作者的腸道中，從而導(dǎo)致某種災(zāi)難性的后果；過分擔(dān)憂沒有必要，有危險可以防范，原核生物同真核生物接觸，自然合成重組體類型，沒有在自然選擇中取得優(yōu)勢。但在如下三個問題上達成一致：新發(fā)展的基因工程技術(shù)為解決生物、醫(yī)學(xué)和社會問題展開了樂觀的前景。 新組成的重組DNA生物體的以外

4、擴散，可能會出現(xiàn)不同程度的潛在危險。采取防范措施，在嚴(yán)格控制條件下進行必要的DNA重組實驗。 目前進行的某些實驗，即便在嚴(yán)格控制的條件下，其潛在的危險性仍然很大。 1975年，展開討論：潛在危險的基因可能偶然逃出實驗室，或成1976年，美國制定了“重組DNA研究準(zhǔn)則”：禁止若干類型的重組DNA實驗，規(guī)定了實驗的物理防護和生物防護。物理防護，P1-P4（分別為普通、裝備負壓柜、全負壓實驗室、專用試驗樓）。生物防護EK1-EK3（分別為大腸桿菌在自然環(huán)境中一般都是要死亡的、在自然環(huán)境中無法生存） 1976年發(fā)展出來第一個安全菌株EK12，1776菌株，營養(yǎng)缺陷突變體、細胞壁十分脆弱。 1977年，

5、首家專門制造和生產(chǎn)醫(yī)療藥品的基因工程公司成立。 發(fā)展證實，危險并不象擔(dān)心的。迄今尚未發(fā)現(xiàn)重組DNA危險事例。1979年，允許使用病毒DNA進行重組實驗。1984年，美國公布了新條例，有所放寬。1989年，批準(zhǔn)了植物基因工程。 1976年，美國制定了“重組DNA研究準(zhǔn)則”：禁止若干類型的基因工程研究進展和應(yīng)用前景微生物基因工程 ，微生物生長繁殖快、容易大規(guī)模培養(yǎng) 人胰島素 胰島素是治療胰島素依賴性糖尿病的唯一有效的藥物。胰島素由A、B兩條鏈組成，分別有21和30個氨基酸。500多萬患者。以前獲得500g胰島素需要800-1000kg的牛胰臟。1978年，美國Genentech公司成功用大腸桿菌表

6、達了人的胰島素基因。1982年美國FDA批準(zhǔn)基因工程胰島素在美國銷售。 基因工程研究進展和應(yīng)用前景微生物基因工程 ，微生物生長繁殖快生長激素 缺乏導(dǎo)致侏儒癥。191個氨基酸的蛋白質(zhì)。生長激素有物種特異性，所以只能用人的生長激素來治療侏儒癥。以前大多從尸體的腦垂體中獲得，來源非常有限。現(xiàn)在用大腸桿菌生產(chǎn)。我國正在試產(chǎn)。 干擾素 一類抗病毒、抗腫瘤、同時具有免疫調(diào)節(jié)功能的蛋白質(zhì)。根據(jù)來源不同可分為、三個亞型。過去靠體外培養(yǎng)的人細胞來生產(chǎn)，產(chǎn)量低，成本高?，F(xiàn)用大腸桿菌生產(chǎn)治療病毒感染和某些腫瘤。 乙型肝炎疫苗 HBV通過血液傳播。我國HBV攜帶者至少有1億人。HBV不能在組織培養(yǎng)細胞中生長，以前乙肝

7、抗原只能從病毒攜帶者的血清中分離加熱處理后制成疫苗，成本高，數(shù)量少?，F(xiàn)用大腸桿菌生產(chǎn)乙肝病毒的基因工程疫苗。我國已普及。 生長激素 缺乏導(dǎo)致侏儒癥。191個氨基酸的蛋白質(zhì)。生長激植物基因工程 ，培育優(yōu)良品種，增加糧食產(chǎn)量、改進糧食品質(zhì)、減少化肥和農(nóng)藥的使用。 抗蟲作物 抗蟲棉和抗蟲玉米 抗旱植物 抗旱的煙草和番茄 改進農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì) 提高植物油中的不飽和脂肪酸含量，增加谷類和豆類種子中的賴氨酸含量。兔毛棉花在我國培育成功，棉花纖維的質(zhì)量很好，具有兔毛般的光澤。 利用植物生產(chǎn)疫苗和抗體 表達動物蛋白的轉(zhuǎn)基因植物，生產(chǎn)小鼠抗體的煙草、生產(chǎn)人血清白蛋白的馬鈴薯和生產(chǎn)人干擾素的蘿卜。目前的熱點是用植物來

8、生產(chǎn)疫苗。也許有一天，人們可以通過吃香蕉而不是打預(yù)防針來進行愛滋病疫苗的接種。 植物基因工程 ，培育優(yōu)良品種，增加糧食產(chǎn)量、改進糧食品質(zhì)、減動物基因工程，使動物獲得人類所需的某些性狀；使動物具有可遺傳的免疫力，對某些疾病和不良環(huán)境產(chǎn)生抗性；生產(chǎn)對人類有價值的產(chǎn)品當(dāng)前動物基因工程的主要方向。特異表達系統(tǒng)：乳腺表達系統(tǒng)，奶容易收集；奶中的蛋白種類少，容易從中純化所需的外源蛋白；飼養(yǎng)的家畜奶的產(chǎn)量都不低。血液表達系統(tǒng)，血液采集方便。 基因動物生產(chǎn)的藥有：人血紅蛋白、人乳鐵蛋白等。 動物基因工程，使動物獲得人類所需的某些性狀；使動物具有可遺傳基因工程的方法步驟包括以下5個步驟 目的基因的獲得，人工合成

9、、PCR法、利用基因雜交從基因文庫中篩選。 目的基因與載體DNA片段的體外連接，形成重組DNA分子 ?；蚬こ梯d體：目的基因的擴增需要一種能在細胞中自主復(fù)制的載體。質(zhì)粒（人工改造）、噬菌體。將重組DNA分子轉(zhuǎn)移到受體細胞內(nèi)，并令其增殖 篩選獲得了重組DNA分子的細胞。基因克隆，目的基因得到大量擴增，而且來源于無性繁殖的同一個細胞。 外源基因（目的基因）表達的檢測 基因工程的方法步驟包括以下5個步驟 基因工程概述基因工程，又叫重組DNA技術(shù)。在體外將外源DNA分子經(jīng)切割和連接，插入到病毒、質(zhì)?；蚱渌d體分子中，形成重組DNA分子，倒入受體細胞中，使外源基因在受體細胞中表達的過程。 重組DNA技術(shù)

10、是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心手段，它使在基因水平上改造生物遺傳特性成為可能。 基因工程概述基因工程，又叫重組DNA技術(shù)。在體外將外源DNA遺傳和優(yōu)生遺傳病 ,指細胞中遺傳物質(zhì)發(fā)生異常改變而導(dǎo)致的疾病。 遺傳病的一般特征遺傳病的分類 遺傳病的預(yù)防 遺傳病的治療 優(yōu)生學(xué)遺傳和優(yōu)生遺傳病 ,指細胞中遺傳物質(zhì)發(fā)生異常改變而導(dǎo)致的疾病遺傳病的治療遺傳病的發(fā)病過程從四個水平來分析：基因水平、酶水平、代謝水平、臨床水平。 環(huán)境工程：酶水平和代謝水平。要求對患者在出生后即、或患者出現(xiàn)典型癥狀予確診，采取措施。 遺傳工程：基因治療 遺傳病的治療遺傳病的發(fā)病過程從四個水平來分析：基因水平、酶水體外原位治療，從患者體內(nèi)取出

11、帶有基因缺陷的細胞基因修正培養(yǎng)修正后的細胞通過細胞融合或移植轉(zhuǎn)入患者體內(nèi)。體內(nèi)基因治療，將具有治療功能的基因直接轉(zhuǎn)入病人的某一特定的組織中。自殺基因治療法治療腫瘤或癌癥（自殺基因轉(zhuǎn)入癌細胞，這種基因編碼的蛋白能把無害的藥物前體轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸疚镔|(zhì)，從而將癌變的細胞殺死。美國已在臨床上進行應(yīng)用）；腫瘤抑制基因。反義療法，阻遏或降低目的基因的表達。DNAmRNApro 積累致病。引入反義RNA和mRNA配對，降低mRNA、蛋白質(zhì)產(chǎn)物量降低。通過核酶的基因治療，具有酶活性的RNA分子可裂解RNA。核酶可以切割HIV基因組RNA，并阻斷其復(fù)制。美國FDA已批準(zhǔn)將核酶倒入細胞的試驗。 體外原位治療，從患者體內(nèi)

12、取出帶有基因缺陷的細胞基因修正培基因治療尚待克服的困難、潛在的風(fēng)險和應(yīng)用前景 尚待克服的困難：進入臨床實驗的最大障礙是，重組病毒載體帶入的目的基因是否能發(fā)揮正常的功能（表達）。 目的基因產(chǎn)生的酶太少。 潛在的風(fēng)險：主要問題是“插入突變”，隨即插入會影響其它基因的表達；基因治療所用的病毒可能從細胞中逃脫而感染其它病人，甚至出現(xiàn)象愛滋病之類的新疾病。 幾乎不可能，因為用缺陷型。 應(yīng)用前景：可以用于基因治療的遺傳病，半乳糖癥、精氨酸癥、血友病。 基因治療尚待克服的困難、潛在的風(fēng)險和應(yīng)用前景 尚待克服的困難優(yōu)生學(xué) 優(yōu)生學(xué)：使用遺傳學(xué)的原理和方法，改善人類的遺傳素質(zhì)，防止出生缺陷，提高人口質(zhì)量的一門科學(xué)

13、。預(yù)防性優(yōu)生學(xué)：降低不利基因頻率，減少患病性。消極優(yōu)生學(xué) 演進性優(yōu)生學(xué)：提高優(yōu)秀個體，增加有利基因組合。積極優(yōu)生學(xué) 優(yōu)生學(xué) 優(yōu)生學(xué)：使用遺傳學(xué)的原理和方法，改善人類的遺傳素質(zhì)，優(yōu)生學(xué)措施 婚前檢查避免近親結(jié)婚適齡生育遺傳咨詢產(chǎn)前診斷妊娠早期避免接觸致癌劑：電離輻射、抗生素、化學(xué)物質(zhì)、病毒。 優(yōu)生學(xué)措施 飲食控制療法，當(dāng)代謝發(fā)生異常造成機體必需的物質(zhì)缺乏時，則加以補充；造成某些代謝物質(zhì)大量積累時，則限制此代謝物的前身物質(zhì)的攝入，以維持代謝平衡。如，半乳糖血癥給予無乳糖飲食、苯丙酮尿癥給予低苯丙氨酸飲食、維生素缺乏補充維生素。藥物療法，原則是補缺、去余。先天性免疫球蛋白血癥患者可給免疫球蛋白制劑；

14、糖尿病給予胰島素。用正常的酶代替先天性代謝病患者所缺陷的酶，腦苷脂患者注射-葡萄糖苷酶，可使患者肝和血液中的腦苷脂含量降低。手術(shù)治療，唇裂、腭裂、并指、多指、青光眼、白內(nèi)障可用手術(shù)矯正。 飲食控制療法，當(dāng)代謝發(fā)生異常造成機體必需的物質(zhì)缺乏時，則加以遺傳病的預(yù)防遺傳咨詢 ，由醫(yī)生或其他專業(yè)人員對遺傳病患者或其親屬提出的有關(guān)該病的病因、遺傳方式、診斷、預(yù)后和防治等問題進行解答。 婚姻和生育指導(dǎo)，避免近親結(jié)婚，提倡遠緣（親緣關(guān)系、地理上）。生育指導(dǎo)（適齡生育）。 產(chǎn)前診斷，又叫宮內(nèi)診斷。在出生前檢出遺傳病和先天畸形兒，隨即終止妊娠，既可預(yù)防患；兒的出生，從而減輕患兒的家庭負擔(dān)和痛苦，也為控制遺傳病在

15、社會上的繼續(xù)播散做出貢獻。 遺傳病的預(yù)防遺傳咨詢 ，由醫(yī)生或其他專業(yè)人員對遺傳病患者或其遺傳病的一般特征遺傳性：上代傳至下代的特征。終生性：經(jīng)治療可以改變疾病的表型特征或改善癥狀，修復(fù)或糾正患者機體細胞中發(fā)生突變的遺傳物質(zhì)從而根治遺傳病困難。先天性：先天性疾病指個體出生后即表現(xiàn)出來的疾病。由于許多遺傳病在出生后即可見到，故大多數(shù)先天性疾病實際上是遺傳病。家族性：表現(xiàn)出家族聚集現(xiàn)象的疾病，在同一家庭中有兩個以上患者。有的遺傳病有，有的沒有。有些非遺傳性疾病，由于家庭成員處于相同的環(huán)境條件而同患某種疾病，如缺乏某種物質(zhì)引起的疾病。 遺傳病的一般特征遺傳性：上代傳至下代的特征。遺傳病的分類按遺傳物質(zhì)

16、的突變方式，分為基因病（又可分為單基因病和多基因?。┖腿旧w病。單基因的遺傳病：與一對基因有關(guān)。主要由基因突變引起。白化病、血友病、色盲。多基因的遺傳?。河蓭讓虻淖兓鸬募膊?，不僅與遺傳有關(guān)而且與環(huán)境有關(guān)。高血壓、糖尿病、神經(jīng)分裂癥。人類最常見的遺傳病，但發(fā)病率低 1%-10% 。染色體病：染色體畸變造成。500多種。75%為性染色體異常， 25% 為常染色體異常。用遺傳率表示遺傳因素對發(fā)病作用的大小，遺傳率大于70% 的有兔唇、支氣管哮喘、神經(jīng)分裂癥。遺傳率在50%-60%有高血壓、冠心病。 遺傳率小于40% 的有消化性潰瘍、成年型糖尿病。 遺傳病的分類按遺傳物質(zhì)的突變方式，分為基因病

17、（又可分為單基因生物的遺傳變異與生物進化 表型變異：環(huán)境影響，不能遺傳。如營養(yǎng)條件的差異造成個體間的差異。遺傳的變異，可以遺傳?；蛑亟M：用自由組合定律和連鎖交換定律解釋。突變：遺傳物質(zhì)的改變，包括染色體畸變：結(jié)構(gòu)改變；數(shù)目改變基因突變：基因分子結(jié)構(gòu)的改變 生物進化生物的遺傳變異與生物進化 表型變異：環(huán)境影響，不能遺傳。如營染色體畸變 染色體結(jié)構(gòu)變異 ，見圖缺失：染色體斷裂而丟失一段，造成基因丟失。兒童中的貓叫綜合癥。患兒哭聲象貓叫，兩眼距離較遠，智力低下，生活力差。兒童視網(wǎng)膜腫瘤。13號染色體長臂上14、11區(qū)缺失。腎臟腫瘤，11號染色體短臂上13區(qū)缺失。重復(fù)：染色體增加片段，可執(zhí)行新的功能

18、，利于進化。神經(jīng)紊亂，15號染色體上長臂部分缺失、部分重復(fù)。倒位：180度顛倒，染色體上基因的排列順序改變。人與黑猩猩發(fā)生6次倒位，黑猩猩與大猩猩發(fā)生8次倒位。胸腺、甲狀腺及先天性心臟病由于22號染色體長臂11區(qū)倒位。易位：非同源染色體間互換染色體片段?？赡軐?dǎo)致家族性染色體異常。容易產(chǎn)生腫瘤。人的慢性粒細胞白血病由于22號染色體長臂片段易位。先天性白內(nèi)障，X染色體長臂25區(qū)易位。唐氏綜合癥，7號、9號染色體互換片段。 染色體畸變 染色體結(jié)構(gòu)變異 ，見圖生命科學(xué)第五章遺傳和變異生命特征的延續(xù)與發(fā)展染色體數(shù)目改變 整倍體改變：染色體的變化以配子的染色體數(shù)為單位增減。無籽西瓜、香蕉、小黑麥。非整倍體

19、改變：增減1個或幾個染色體。大部分情況下在動物中非整倍體是致死的。缺體，2n2，個體丟失了一對同源染色體，又稱為零體。單體，2n1，個體丟失某一條染色體。XO，特納氏綜合癥，性腺發(fā)育不全癥，先天性卵巢發(fā)育不全。女孩中發(fā)生。體矮（120cm-140cm）常有蹼頸和肘外翻，無生育能力。智力低下，常伴有先天性心臟病。性別畸形染色體數(shù)目改變 整倍體改變：染色體的變化以配子的染色體數(shù)為單三體，2n+1。13-三體，小頭，兔唇或腭裂，一般三月死亡，少數(shù)能活到五歲。人類常見的21-三體，先天愚型，患兒眼小，眼距寬，生長發(fā)育遲緩，通貫手，智力低下，平均壽命短。18-三體，所有器官異常。XXY，先天性睪丸發(fā)育不

20、全。外貌象男性，身體較一般男性高，無生育能力，智力低下。XYY，超雄，患者為男性，身材高大，少數(shù)有發(fā)育異常和智力低下。犯罪中XYY的比例較高（1：28），從而提出Y染色體的存在可能導(dǎo)致患者有侵犯行為。但尚無定論。XXX，超雌。多數(shù)患者表型和生育能力都正常。男性陰陽人，Tmf（雄性激素受體基因）突變?yōu)閠mf。女性陰陽人，激素代謝途徑改變，產(chǎn)生雄性激素。雙三體，2n+1+1，多了兩條不同的染色體。多體，2n+n，某一號染色體增加了1條以上。 三體，2n+1。生命科學(xué)第五章遺傳和變異生命特征的延續(xù)與發(fā)展基因突變 遺傳物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改變，包括DNA上堿基對的改變和堿基對的插入和缺失。 機理 堿基替換：

21、包括轉(zhuǎn)換和顛換。移碼突變：增減1個或數(shù)個堿基（非3的倍數(shù)）。使插入或缺失后的所有密碼內(nèi)容改變，從而在翻譯水平上引起多肽鏈的氨基酸順序也完全改變。例如血紅蛋白病，鏈缺失一個堿基。 基因突變 遺傳物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改變，包括DNA上堿基對的改變和突變的誘發(fā)物理誘變劑：射線化學(xué)誘變劑：堿基類似物，食品中的亞硝酸鹽，汽車尾氣等。誘變的應(yīng)用：使突變率提高，用于育種。 突變的誘發(fā)物理誘變劑：射線堿基的轉(zhuǎn)換和顛換改變后對肽鏈中氨基酸順序的影響不同：同義突變，CTACTG，mRNA上GAUGAC，都決定Asp。無義突變，DNA堿基改變后使mRNA上成為UAG、UAA和UGA終止子中的一個。錯義突變，DAN中堿基替

22、換，使mRNA上某一密碼子改變，編碼的氨基酸不同。一級結(jié)構(gòu)改變影響高級結(jié)構(gòu)。例如，鐮形細胞貧血癥，正常血紅蛋白基因HbA，突變基因HbS決定三種基因型。GAGGTG。堿基的轉(zhuǎn)換和顛換改變后對肽鏈中氨基酸順序的影響不同：生物進化 生物進化的證據(jù) 比較解剖學(xué)證據(jù)：比較多種植物和動物的器官，有基本相似的結(jié)構(gòu)。同源器官不同種類的生物體內(nèi)，有些位置相當(dāng)?shù)钠鞴伲M管在外形和功能上有很大差異，但其內(nèi)部構(gòu)造卻基本一致，并在胚胎發(fā)育過程中有相似的起源。鳥類的翅膀和哺乳類的前肢。生物進化 生物進化的證據(jù) 胚胎學(xué)證據(jù)：高等生物起源于低等的單細胞生物。魚類、兩棲類、爬行類、鳥類、哺乳類和人在胚胎發(fā)育早期很相似：有腮裂

23、和尾，頭部較大，身體彎曲。細胞遺傳學(xué)的證據(jù)：比較生物染色體的數(shù)目和形態(tài)。人與大猩猩和黑猩猩7號染色體結(jié)構(gòu)相似。短尾猿有，但結(jié)構(gòu)不同。分子水平證據(jù)：免疫學(xué)，利用抗原-抗體反應(yīng)強弱。人與黑猩猩親緣關(guān)系最近。蛋白質(zhì)進化，比較同一種蛋白質(zhì)的氨基酸組成。CytC，Hb。核酸進化，進化過程中，生物的DNA含量逐漸增高。病毒、細菌、真菌、原生動物、兩棲類、爬行類、哺乳類。胚胎學(xué)證據(jù)：高等生物起源于低等的單細胞生物。魚類、兩棲類、爬生物進化的理論拉馬克學(xué)說：兩個著名法則，用進廢退和獲得性遺傳認為兩者既是變異產(chǎn)生的原因，又是適應(yīng)環(huán)境的過程。環(huán)境條件的改變，首先引起生理需要上的變化，進而引起行為上的變化。器官用則

24、發(fā)展、不用則退化用進廢退。由于環(huán)境影響或用進廢退所獲得的變異性質(zhì)，可以通過繁殖遺傳給后代獲得性遺傳。多數(shù)鳥類善于飛翔，胸肌就發(fā)達了；生活在暗洞中的盲鼠和洞穴中的魚，由于長期不用眼睛而失去知覺；最著名的例子是長頸鹿。-缺乏科學(xué)的實驗證據(jù)。生物進化的理論拉馬克學(xué)說：兩個著名法則，用進廢退和獲得性遺傳 達爾文的自然選擇學(xué)說達爾文進化論的核心，該學(xué)說的主要論點是：變異：一切生物都有產(chǎn)生變異的特性。引起變異的根本原因是生活條件的改變。有的變異能遺傳，有的變異不能遺傳。繁殖過剩與生存競爭：地球上的生物有高度繁殖率，生存競爭包括生物與無機條件的斗爭、種間斗爭和種內(nèi)斗爭。自然選擇適者生存：在生存競爭中，對生存

25、有利的變異得到保存，對生存有害的變異被淘汰。自然選擇是一個長期的、緩慢的、連續(xù)的過程。 達爾文的自然選擇學(xué)說達爾文進化論的核心，該學(xué)說的主要論點基因在生物遺傳中的作用位于染色體 DNA 上的基因通過轉(zhuǎn)錄,翻譯決定生物的性狀，基因的遺傳方式分為顯性和隱性遺傳兩種：顯性基因控制的性狀為顯性遺傳頭發(fā)的顏色、眼口鼻的形態(tài)、多指、侏儒隱性基因控制的性狀為隱性遺傳白化病、全色盲、早老癥、自毀容貌癥、半乳糖血癥根據(jù)基因所在的染色體的不同分為：常染色體顯性遺傳常染色體隱性遺傳性染色體顯性遺傳性染色體隱性遺傳生物的多基因遺傳生物的性別決定伴性遺傳基因在生物遺傳中的作用位于染色體 DNA 上的基因通過轉(zhuǎn)錄,生物的

26、性別決定性染色體決定性別XY型ZW型，ZW為雌性、ZZ為雄性性染色體數(shù)目決定性別，蝗蟲，雌性2n=24(xx)，雄性2n=23(xo)染色體組的倍性決定性別基因決定性別環(huán)境決定性別海生蠕蟲生物的性別決定性染色體決定性別蜜蜂的性別決定雄峰（n=16） 精子 雄峰蜂皇(2n=32) 卵子 受精卵（雌性） 吃2、3天蜂皇漿 吃5天蜂皇漿 21天成為成蟲 16天能生育 蜂皇(2n) 職蜂 (2n) 未受精蜜蜂的性別決定雄峰（n=16） 精子 生物的多基因遺傳數(shù)量性狀：連續(xù)變異，農(nóng)作物產(chǎn)量、奶牛泌奶量、身高、體重。質(zhì)量性狀：變異不連續(xù)，花的顏色、色盲與非色盲。多基因遺傳：決定數(shù)量性狀的基因多個微效基因，

27、效應(yīng)疊加。生物的多基因遺傳數(shù)量性狀：連續(xù)變異，農(nóng)作物產(chǎn)量、奶牛泌奶量、性染色體顯性遺傳X連鎖顯性遺傳，男性致病基因只能從母親傳來，將來傳給自己的女兒，不存在男性向男性的傳遞交叉遺傳?？咕S生素D性佝僂病，患者由于腎小管對磷的吸收有障礙，所以血磷水平低，腸對磷、鈣的吸收不良，因此形成佝僂病。女性：XAXA、XAXa、XaXa男性：XAY、XaY女性發(fā)病率高于男性性染色體顯性遺傳X連鎖顯性遺傳，男性致病基因只能從母親傳來，Y連鎖的遺傳，父傳子、子傳孫，女性不會出現(xiàn)相應(yīng)的遺傳病。外耳道多毛癥Y連鎖的遺傳，父傳子、子傳孫，女性不會出現(xiàn)相應(yīng)的遺傳病。性染色體隱性遺傳X連鎖隱性遺傳紅綠色盲血友病，出血性疾病

28、，無凝血因子，英國維多利亞女王家族。自毀容貌癥，肌張力障礙、侵害他人進行性肌營養(yǎng)不良女性：XBXB、XBXb、XbXb男性：XBY、XbY男性發(fā)病率高于女性性染色體隱性遺傳X連鎖隱性遺傳生命科學(xué)第五章遺傳和變異生命特征的延續(xù)與發(fā)展常染色體隱性遺傳隱性基因控制，隱性純合體發(fā)?。╝a），雜合體（Aa）為攜帶者。白化病，由于缺乏酪氨酸酶而不能形成黑色素特點：家系中看不到疾病的連續(xù)傳遞（表現(xiàn)散發(fā)）患者雙親表現(xiàn)正常，但都為攜帶者患者同胞中約有1/4發(fā)病，男女患病機會均等近親婚配發(fā)病率增高Aa AaAA Aa Aa aa常染色體隱性遺傳隱性基因控制，隱性純合體發(fā)病（aa），雜合體常染色體上顯性遺傳完全顯性

29、遺傳：雜合體（Aa）與顯性純合體（AA）表型完全相同。齒質(zhì)形成不全癥，患者牙齒有明顯的缺陷，在牙齒上出現(xiàn)灰色或藍色的乳光，牙齒容易被磨損。人類耳垂的遺傳先天性軟骨發(fā)育不全（侏儒）患者AA、Aa（多數(shù)）；正常人aa遺傳遵循孟德爾分離定律齒質(zhì)發(fā)育不全癥患者與正常人婚配圖解常染色體上顯性遺傳完全顯性遺傳：雜合體（Aa）與顯性純合體（親代 Aa（患者） aa（正常人）配子 A a a子代 1/2Aa 1/2aa特點：患者的雙親中有一方是患者。由于致病的基因是稀有的，頻率約為0.010.001，所以患者的親代常為雜合體?；颊叩耐屑s有1/2患病，而且患病機會均等。患者子女中，約有1/2的個體患?。總€

30、子女都有1/2的發(fā)病風(fēng)險）雙親無病時，子女一般不患病，只有突變情況下才看到雙親無病而子女有散發(fā)的個別病例。親代 Aa（患者） aa（正常人）不完全顯性/中間型/半顯性：雜合體（Aa）的表型介于顯性純合體（AA）和隱性純合體（Aa）表型之間。型地中海貧血癥，由于造血系統(tǒng)的血紅蛋白形成受到影響，血紅蛋白分子的化學(xué)成分改變及鐵的利用障礙而造成低血色素貧血，紅細胞形態(tài)發(fā)生改變?；颊唛g婚配圖解 Th th （輕型患者） Th th （輕型患者） Th Th Th th Th th th th（重型患者） （輕型患者） （正常人）花的顏色不完全顯性/中間型/半顯性：雜合體（Aa）的表型介于顯性純合生命科學(xué)

31、第五章遺傳和變異生命特征的延續(xù)與發(fā)展共顯性，一對等位基因的兩個成員在雜合體中都顯示出來。人類的MN血型，LMLM、LMLN、LNLN4號染色體上的M、N基因決定的M抗原、N抗原人類的ABO血型，決定于9號染色體上的一組復(fù)等位基因（IA基因、IB基因、i基因）ABO血型的特點雙親和子女之間ABO血型遺傳關(guān)系A(chǔ)男和B女能否生出O型的兒子來？AB男和O女能否生出O型的孩子來？用于親子鑒定用于排查嫌疑犯 Rh血型共顯性，一對等位基因的兩個成員在雜合體中都顯示出來。延遲顯性遺傳，攜帶有顯性致病基因的雜合體，有時在生命的早期并不表現(xiàn)出體征，達到一定年齡后致病基因控制的癥狀才表現(xiàn)出來。原發(fā)性血色病，含鐵血黃

32、素廣泛沉積在各器官引起器官損害鐵質(zhì)積累到一定程度發(fā)病，3/4在40歲時發(fā)病。慢性進行性舞蹈癥，35歲以后發(fā)病。延遲顯性遺傳，攜帶有顯性致病基因的雜合體，有時在生命的早期并叢性顯性遺傳，性別對表現(xiàn)型有影響，雜合體表現(xiàn)型在不同性別中表現(xiàn)不同。早禿，常染色體上顯性遺傳，雜合體男性35歲后發(fā)病，女性不發(fā)病?；蛟诔Ｈ旧w上，但由于受到性激素的作用，基因在不同的性別中表現(xiàn)不同。早禿的遺傳方式 正常女早禿男 b+b+ bb b+b b+b 女（正常） 男（早禿）叢性顯性遺傳，性別對表現(xiàn)型有影響，雜合體表現(xiàn)型在不同性別中表Rh血型紅細胞膜上是否有Rh抗原（R）決定：Rh+：RR或Rr（屬于完全顯性），多數(shù)人

33、Rh-：rr ，北美和歐洲15%的人群、中國1.5%，比例高給嬰兒帶來一種潛在的危險。新生兒溶血癥Rh+抗體Rh血型紅細胞膜上是否有Rh抗原（R）決定：Rh+抗體ABO血型的特點血型紅細胞抗原血清中的天然抗體基因型AAIAIA、IAiBBIBIB、IBiABA、B-IAIBO-、iiABO血型的特點血型紅細胞抗原血清中的天然抗體基因型AAI雙親和子女之間ABO血型遺傳關(guān)系雙親血型子女中可能有的血型子女中不可能有的血型AAA、OB、ABA OA、OB、ABA BA、B、AB、O-A ABA、B、ABOB BB、OA、ABB OB、OA、ABB ABA、B、ABOAB OA、BAB、OAB ABA

34、、B、ABOO OOA、B、AB雙親和子女之間ABO血型遺傳關(guān)系雙親血型子女中可能有的血型子基因基因的發(fā)展史遺傳因子的提出遺傳的染色體學(xué)說基因在染色體上呈線性排列基因的物質(zhì)基礎(chǔ)基因的發(fā)展基因的概念人類基因組計劃基因基因的發(fā)展史基因的發(fā)展史系統(tǒng)的遺傳學(xué)理論開始于 Mendel 的重大發(fā)現(xiàn)。在 Mendel 之前已經(jīng)有一些植物學(xué)家做了植物雜交實驗，并獲得了顯著的成績：1797 年英國的騎士和法國的 Nauding 都做了植物的雜交實驗，得到了一些結(jié)果，但未進行分析。1865 年， Mendel 根據(jù) 8 年植物雜交實驗的結(jié)果，提出了遺傳因子的分離和自由組合定律 2 月 8 日在當(dāng)?shù)氐目茖W(xué)協(xié)會上宣讀

35、了一篇題為 植物雜交實驗 的論文， 1866 年正式發(fā)表在該協(xié)會的會刊上，并將論文寄給當(dāng)時的一些生物科學(xué)家，幾乎得不到回音，這一偉大發(fā)現(xiàn)被埋沒在舊紙堆里長達 35 年 Mendel 臨終前說： 等著瞧吧，我的時代總有一天要來臨。 。基因的發(fā)展史系統(tǒng)的遺傳學(xué)理論開始于 Mendel 的重大發(fā)現(xiàn) 分離定律雜合體在通過減數(shù)分裂形成生殖細胞的過程中，位于同源染色體上的一對等位基因在產(chǎn)生配子時彼此分離，并獨立的隨配子分配到不同的生殖細胞中。分離定律雜合體在通過減數(shù)分裂形成生殖細胞的過程中，位于同源染獨立的分類原則獨立的分類原則自由組合定律具有兩對或兩對以上相同性狀的親本進行雜交后，子一代形成生殖細胞的減

36、數(shù)分裂中，位于同源染色體上的等位基因彼此分離，而位于非同源染色體上的非等位基因可以自由組合自由組合定律具有兩對或兩對以上相同性狀的親本進行雜交后，子一1900 年荷蘭的 Devries,德國的植物學(xué)家 Correns 和奧地利的 Tschermak 分別發(fā)現(xiàn)了這篇論文和他的價值，這就是 Mendel 定律的第二次發(fā)現(xiàn)。接踵而來的是一場激烈的論戰(zhàn)：一方是牛津大學(xué)動物學(xué)教授 Weldon 為首，貶低 Mendel 學(xué)說的貢獻，由于他的影響極大，自然等雜志都不發(fā)表 Mendel 觀點的文章；另一方的主將是劍橋大學(xué)的遺傳學(xué)教授貝特森，但由于力量單薄，只得靠私人印發(fā)自己的論文來應(yīng)戰(zhàn)直到 1904 年貝特

37、森在論戰(zhàn)中獲得勝利， Mendel 主義才擺脫了冷嘲熱諷和忽視。1900 年荷蘭的 Devries,德國的植物學(xué)家 Corr1902 年，發(fā)現(xiàn)染色體的行為與遺傳因子的行為很相似， Sutton 和 Boveri 提出了遺傳的染色體學(xué)說認為遺傳因子在染色體上。1909 年，“基因”一詞提出，遺傳因子被基因替代。1910 年，摩根帶領(lǐng)著他的三大弟子以果蠅為材料，創(chuàng)立了連鎖定律，并證實了基因在染色體上以線狀排列經(jīng)典的遺傳學(xué)單位是一個不可再分而且是抽象的基因。1941 年，提出了“一基因一酶”學(xué)說。1902 年，發(fā)現(xiàn)染色體的行為與遺傳因子的行為很相似， Su基因的連鎖與互換定律1910 年，在 Men

38、del 遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上，美國著名的遺傳學(xué)家摩根對果蠅做實驗，得出了基因的連鎖與互換定律證明基因位于染色體上，而且呈線性排列。連鎖與互換定律：在減數(shù)分裂過程中，位于同一染色體上不同座位的基因可以連鎖遺傳，同源染色體的某些區(qū)段也會發(fā)生交換，使原來在同一染色體上的基因不在一同遺傳。基因的連鎖與互換定律1910 年，在 Mendel 遺傳學(xué)的摩爾根的連鎖和互換定律摩爾根的連鎖和互換定律遺傳的染色體學(xué)說染色體合和基因之間有平行關(guān)系：1. 染色體成對存在，基因也成對存在。2. 個體中成對的基因一個來自母本，一個來自父本；染色體也是如此，兩個同源染色體也是分別來自父本和母本。3. 不同對的基因在形成配子時的

39、分離與不同對的染色體在減數(shù)分裂后期的分離，都是獨立分配的。Sutton 和 Boveri 遺傳的染色體理論支撐基因被安排在染色體上的線流行中。遺傳的染色體學(xué)說染色體合和基因之間有平行關(guān)系：1944 年， Avery 等的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，遺傳物質(zhì)確定為 DNA ，而不是蛋白質(zhì)。1952 年， Hershey 和追捕用標(biāo)記噬菌體感染實驗再次證實遺傳物質(zhì)是 DNA 而不是蛋白質(zhì)。1953 年， Waston 和引起同上癥狀建立了 DNA 的雙螺旋模型。1956 年，發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是 RNA 。1958 年，證實了 DNA 的半保留復(fù)制。1958 年，肌肉抽筋提出了中心法則使人們確信基

40、因就是一段 DNA 或 RNA 。1944 年， Avery 等的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗，遺傳物質(zhì)中心法則中心法則DNA 的半保留復(fù)制親代雙鏈 DNA 分子在 DNA 聚合酶的作用下，分別以每單鏈 DNA 分子為模板，聚合與自身堿基可以互補配對的游離 dNTP,合成出兩條與親代 DNA 分子完全相同的子代 DNA 分子的過程。DNA 的半保留復(fù)制親代雙鏈 DNA 分子在 DNA 聚合酶DNA 的雙螺旋模型詹姆士 Watson(左邊) 和法蘭西斯肌肉抽筋DNA 的雙螺旋模型詹姆士 Watson(左邊) 和法蘭西斯DNA 分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈，形成右手螺旋。雙螺旋的直徑為 2.0nm；螺距為

41、 3.4nm；上下相臨堿基對平面之間的距離 0.34nm，交角 36 ，每個螺旋有 10 個堿基對。外側(cè)是磷酸基和脫氧核糖，脫氧核糖環(huán)平面與縱軸大致平行堿基配對，層疊于雙螺旋的內(nèi)側(cè)；堿基平面與縱軸垂直鏈間有螺旋型的凹槽：小溝、大溝。DNA 分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈，形成右手螺旋。噬菌體感染實驗噬菌體感染實驗生命科學(xué)第五章遺傳和變異生命特征的延續(xù)與發(fā)展生命科學(xué)第五章遺傳和變異生命特征的延續(xù)與發(fā)展60 年代，人工合成蛋白質(zhì)、核酸 70 年代，實現(xiàn)了基因重組外源基因插入質(zhì)粒并被導(dǎo)入大腸桿菌。80 年代，基因工程生產(chǎn)藥物。1990 年，啟動了人類的基因組計劃。2000 年，宣布人類基因組工作草圖

42、繪制成功。2003 年，人類基因組計劃全部完成。60 年代，人工合成蛋白質(zhì)、核酸 70 年代，實現(xiàn)了基因重組基因重組基因重組基因的種類種類很多，表達的、不表達的；連續(xù)的、不連續(xù)的；重疊的、不重疊的。按功能分：結(jié)構(gòu)基因，能轉(zhuǎn)錄、翻譯成蛋白質(zhì)的基因。調(diào)控基因，調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄，翻譯活性的基因例操縱基因,啟動基因只是控制基因轉(zhuǎn)錄功能的一段 DNA ，并不轉(zhuǎn)錄。決定 tRNA 和 rRNA 的基因只轉(zhuǎn)錄不翻譯。連續(xù)基因，原核生物如細菌的基因是一段連續(xù)的 DNA 片段?；虻姆N類種類很多，表達的、不表達的；連續(xù)的、不連續(xù)的；重疊斷裂基因，真核生物如人類的基因是一個嵌合體，包含著編碼部分（外顯子）和不

43、編碼部分（內(nèi)含子），基因上能表達的外顯子被不表達的內(nèi)含子一一隔開。重疊基因，在 X174 噬菌體和其他一些生物的 DNA 中，發(fā)現(xiàn)同一部分的 DNA 能編碼兩種不同的蛋白質(zhì)。跳躍基因， DNA 上的一些基因位置并不是固定不便，而是可以移動的可移動的基因片段叫做跳躍基因。假基因，與結(jié)構(gòu)基因順序相類似，但并不表達。斷裂基因，真核生物如人類的基因是一個嵌合體，包含著編碼部分（重疊基因一個基因完全在另一個基因里面，如基因 B 在基因一內(nèi)，基因 E 在基因 D 內(nèi)。部分重疊，如基因 K 和基因 C 的部分重疊。兩個基因只有一個堿基對的重疊，如 C 基因終止密碼子的最后一個堿基是 D 基因起始密碼子的第一

44、個堿基。重疊基因一個基因完全在另一個基因里面，如基因 B 在基因一斷裂基因（打斷了基因）一個基因被不能編碼蛋白質(zhì)的 DNA 片段分割成不連續(xù)的幾部分雞卵清蛋白基因的結(jié)構(gòu)及其與 cDNA 雜交的示意圖內(nèi)含子（ intron ）,在成熟的 mRNA 中不出現(xiàn)的序列外顯子（ extron ）,在成熟的 mRNA 中出現(xiàn)的編碼序列斷裂基因（打斷了基因）一個基因被不能編碼蛋白質(zhì)的 DNA 片基因的概念基因是 DNA （有時是 RNA ）分子上具有遺傳學(xué)效應(yīng)的核苷酸序列。基因是遺傳信息傳遞、表達、性狀分化發(fā)育的依據(jù)?；蚴强煞值?，也是可移動的，它不是固定不變在染色體上的靜止結(jié)構(gòu)?；虮旧碓诮Y(jié)構(gòu)和功能上也存

45、在著差異。基因的概念基因是 DNA （有時是 RNA ）分子上具有遺傳人類基因組計劃（人類的 Genome 計劃， HGP ）基因組：指某一種生物全部的遺傳物質(zhì)的總和，其大小通常以全部 DNA 堿基對總數(shù)來表示。人類基因組的長度為 30 億個 DNA 堿基對（ bp ），大約含 3 萬 5 千個基因。對人體細胞核中 30 億個堿基對和 3 萬 5 千個結(jié)構(gòu)基因作定位描圖，并闡明功能、序列位置、排列組合方式、重組及變異的某些規(guī)律，從而破譯人類的全部遺傳密碼。1986 年，由美國科學(xué)家在科學(xué)上提出。1987 年，由美國國立衛(wèi)生研究院和美國能源部聯(lián)合提出。1990 年，首先在美國開始實施。人類基因組

46、計劃（人類的 Genome 計劃， HGP ）基因人類基因體的一般組織人類基因體的一般組織目前，有美國，德國，日本，英國，法國和中國 6 個國家的科學(xué)家正式加入了這一計劃我國于 1994 年才正式啟動人類基因組計劃，由楊煥民,于軍教授等組成的基因組科研隊伍于 1998 年 8 月在中科院遺傳所組建了人類基因組中心，并于 1999 年 7 月向國際人類基因組申請承擔(dān) 1 的測序任務(wù)同年 9 月在英國劍橋唱了中心舉行的第三屆國際人類基因組戰(zhàn)略會上正式確認了中國的參與，工作量和工作區(qū)域，預(yù)計中國工作組將于 2003 年完成全部組裝及分析工作。目前，有美國，德國，日本，英國，法國和中國 6 個國家的科學(xué)HGP 的主要目標(biāo)用 15 年的時間，