遺傳學課件：第1章 緒論

遺傳

學Ⅰ

本課程的性質(zhì)和任務(wù)

21世紀是生命科學蓬勃發(fā)展的世紀。隨著“人類基因組計劃”的進行和深入，遺傳學已成為21世紀生命科學領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學科之一，是當代生命科學的核心和前沿之一，它的分支幾乎擴展到生物學的各個研究領(lǐng)域。遺傳學課是生命科學學院以及相關(guān)學院本科生的基礎(chǔ)課。本課程的任務(wù)系統(tǒng)地講授遺傳學的基本原理和遺傳分析的基本方法，同時介紹現(xiàn)代遺傳學發(fā)展的最新成就，使學生對遺傳物質(zhì)的本質(zhì)、遺傳物質(zhì)的傳遞、遺傳物質(zhì)的變異以及遺傳信息的表達與調(diào)控有一個較為全面和深入的認識和了解。培養(yǎng)學生的遺傳分析能力和解決遺傳學問題的技巧。Ⅱ教學要求與教學方法

本課程始終注重培養(yǎng)學生的遺傳分析能力和實驗設(shè)計能力。要求學生掌握孟德爾式遺傳分析，連鎖遺傳分析與染色體作圖，基因精細結(jié)構(gòu)的遺傳分析，病毒的遺傳分析，細菌的遺傳分析，真核生物的遺傳分析、遺傳重組、核外遺傳、分子標記與基因組研究、遺傳物質(zhì)的改變，群體遺傳與進化，數(shù)量性狀的遺傳分析等基本內(nèi)容和原理方法等。Ⅲ

教學學時分配和安排本課程講授，按每周3學時安排，共54學時。Ⅳ

成績評定：期末考試：70%文獻閱讀與綜述：10%平時練習與測驗：20%教學方法：采用多功能教室教學，采用國內(nèi)外最新的彩色原版圖片示范。課堂教學為主，課余閱讀為輔。指定閱讀參考書。每章講授完畢，布置練習作業(yè)，以掌握和鞏固所學知識。采用教

材戴灼華、王亞馥、粟翼玟主編：遺傳學（第二版），高等教育出版社

，2008年1月20日第1次印刷第1版

1999年6月1.1遺傳學的定義：遺傳學（Genetics）：是研究生物遺傳和變異規(guī)律的科學?，F(xiàn)代遺傳學(Modern

Genetics):是研究基因的結(jié)構(gòu)、功能及其變異、傳遞和表達規(guī)律的學科。遺傳（

heredity）和變異（

variation）是生物界最普遍和最基本的特性。

遺傳和變異是遺傳信息決定的，因此，遺傳學也就是研究生物體遺傳信息的組成、傳遞和表達規(guī)律的一門科學。遺傳學

第1章

緒論Genetics:

The

study

of

Biological

informationGenetics,

the

science

of

heredity,

is

at

its

corethe

study

of

biological

information.

All

living

organism---from

single-celled

bacteria

and

protozoa

tomulticellular

plants

and

animals--must

store,

replicate,transmit

to

the

next

generation,

and

use

vastquantities

of

information

to

develop,

grow,

reproduce,and

survive

in

their

environments.

Geneticists

examinehow

organisms

pass

biological

information

on

to

theirprogeny

and

how

they

use

it

during

their

lifetime.——L.

H.Hartwell,2000

從遺傳學角度理解：1.Biological

information

is

encoded

in

the

DNA

molecule

(f-1)2.Biological

function

emerges

primarily

from

protein

molecules

(f-2)3.All

living

forms

are

closely

related

(f-3)4.The

modular

construction

of

genomes

hasallowed

the

relatively

rapid

evolution

ofbiological

complexity(f-4)5.Genetic

techniques

permit

the

dissection

ofbiological

complexity1.2

遺傳學的研究內(nèi)容：⑴

遺傳現(xiàn)象(phenomenology

of

heredity)例：植物的遺傳現(xiàn)象：種瓜得瓜，種豆得豆

水稻、大麥、小麥等各種農(nóng)作物抗病遺傳、品質(zhì)遺傳等。

動物的遺傳現(xiàn)象：代謝病、遺傳病、白化現(xiàn)象等⑵

基因組與基因的結(jié)構(gòu)和功能（

structure

and

function

of

Genome

and

genes）真核生物、原核生物基因組結(jié)構(gòu)和功能、基因的結(jié)構(gòu)、啟動子結(jié)構(gòu)等⑶

基因如何控制代謝和發(fā)育(基因表達的規(guī)律及其調(diào)控的分子機制)例：種子植株

受精卵個體⑷

基因在世代之間的傳遞方式與規(guī)律

(群體中的基因的分布和行為)ABO血型，南方人、北方人中的基因頻率的分布；遺傳病分布等，基因的流動。⑸

基因組的進化與遺傳信息流1.3、遺傳學的三個主要分支

1.Transimisson

GeneticsGenetics2.

Molecular

Genetics

3.

Population

Genetics(1)、傳遞遺傳學(Transimission

Genetics)

孟德爾遺傳學(

Mendelian

Genetics

)

經(jīng)

典

遺傳學(

Classical

Genetics

)研究基因從親代傳遞到子代以及基因如何重組(2)、分子遺傳學（Molecular

Genetics）在分子水平上研究基因的結(jié)構(gòu)和功能，基因的表達和調(diào)控等或者說是研究遺傳信息大分子的結(jié)構(gòu)與功能的一門科學例：DNA的結(jié)構(gòu)、

基因的分子結(jié)構(gòu)和功能、操縱子、啟動子轉(zhuǎn)座子的分子結(jié)構(gòu)、基因家族等mRNA的表達和調(diào)控、

RNA

的拼接、RNA干擾等所有發(fā)生在細胞中的分子遺傳變異事件傳統(tǒng)的遺傳學“主要研究遺傳單元在各世代的分布情況”分子遺傳學則著重研究遺傳信息大分子在生命系統(tǒng)中的儲存、復(fù)制、表達及調(diào)控過程。它的研究范疇：信息源信息模板工作分子（生長、分化、發(fā)育過程中的分子事件）

中心法則

分子遺傳學的范疇分子遺傳學所研究的應(yīng)該是細胞中動態(tài)的遺傳變異過程，

以及與此相關(guān)的所有的分子事件

圖－55DNARNA肽鏈功能蛋白質(zhì)性狀(3).

群體遺傳學（Population

Genetics）

以群體為單位研究群體內(nèi)遺傳結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律的遺傳學分支學科。根據(jù)遺傳學原理，采用數(shù)字、統(tǒng)計或其他方法研究生物群體的遺傳結(jié)構(gòu)，群體中遺傳變異的程度，其變化規(guī)律以及種群演變規(guī)律。研究群體中基因的分布和行為（通常按數(shù)學術(shù)語），基因頻率ABO血型在人群中的分布，基因在群體中的演變、進化等。1.4．遺傳學的發(fā)展1.4.1遺傳學的誕生

(孟德爾以前的遺傳學)

關(guān)于遺傳機制的假說

(1)

預(yù)成論（preformation

theory）

認為生物從預(yù)先存在于性細胞（精子或卵）中雛形發(fā)展而來，所謂發(fā)育只不過是這一雛形生物的機械性擴大，并沒有新的東西產(chǎn)生出來。

精源論者（荷蘭

leeuwenhoek

列克虎文）認為雛形（微小的

“原形人”）存在于精子中，而卵源論者（Janswammerdam

1679）主張雛形存在于卵中。矮人/

侏儒蜷縮(2).

漸成論（epigenesis）亦稱后成論與預(yù)成論相對立的理論

德國胚胎學家C.F,Wolff認為生物體的各種組織和器官，都是在個體發(fā)育過程中逐步形成的，性細胞（精子或卵）中并不存在任何雛形。(3)．泛生論（pangenesis）C.Darwin（1809-1882）1868年

生物體每個細胞里都有一種代表性的“微芽”

——“泛子”（pangen）。泛子隨著血液循環(huán)→生殖細胞→

受精卵分裂和發(fā)育→

各種泛子又不斷地分配到不同的細胞中去，從而導(dǎo)致它們所代表的組織器官的分化和性狀的發(fā)育，形成一個同親代相似的新個體。達爾文認為生物的遺傳就是通過這種方式實現(xiàn)的。(4)．種質(zhì)論（Germplasmtheory）

Weismann（1834-1914）“種質(zhì)連續(xù)的遺傳學說”認為：生物體分成種質(zhì)和體質(zhì)兩部分。種質(zhì)指生殖細胞，專營生殖和遺傳，通過細胞分裂在一生中及世代間保持連續(xù)，生物的遺傳就在于種質(zhì)的連續(xù)。體質(zhì)是種質(zhì)以外的所有其他部分（體細胞），負責各種營養(yǎng)活動。

種質(zhì)決定了體質(zhì)，種質(zhì)的變異必將引起體質(zhì)的變異，但體質(zhì)的改變不會引起種質(zhì)的改變。

他指出：種質(zhì)的連續(xù)性是建立在這樣的基礎(chǔ)上，即遺傳是由具有一定化學成分和一定分子性質(zhì)的物質(zhì)，一代又一代的傳遞來實現(xiàn)的。(5)．融合遺傳學說（blending

theory/blending

inheritance）

英國學者F.Galton和他的學生K.Pearson于1886-1894用統(tǒng)計方法研究數(shù)量性狀（例如

人的身高）在親代與子代之間的相關(guān)性。

認為“父母的遺傳性在子女中各占一半，并且徹底混合

，

祖父母的遺傳性在孫代中各占1/4等等。依次類推，融合遺傳學說只能解釋一部分數(shù)量性狀的遺傳現(xiàn)象，不能解釋其全部，對絕大多數(shù)非數(shù)量性狀則完全不適合。(6)．獲得性狀遺傳（Inheritance

of

acquired

characters）法國學者拉馬克（Lamarck,1744-1829)認為個體由于在長時間受到環(huán)境條件的影響，使生物發(fā)生變異，獲得了新的性狀，經(jīng)過世代的積累加深了這個新的性狀，如果雌雄兩性都獲得這種共同的變異，那么這種變異便可以傳給后代。1856－1863

孟德爾

著名的豌豆實驗涉及基因分離1866

孟德爾《植物雜交實驗》（Experimentson

plant

hybrids）提出了遺傳學的兩個基本定律：分離定律和自由組合定律(孟德爾

)1859達爾文

《

物種起源

》

現(xiàn)代進化理論1871米歇爾從細胞核中分離出nuclein(核素)1875赫特維希指出受精是雌雄兩原核融合1.4.2

孟德爾以后的遺傳學發(fā)展

遺傳學的孕育期－19001882－1885strasburgar

and

Flemming證明細胞核含有染色體。1900

孟德爾定律重新發(fā)現(xiàn)

突變理論

荷蘭

de

Vries

(費里斯)

《論雜交分離的定律》

月見草

遺傳基礎(chǔ)研究

德國

Correns（柯倫斯）

《雜交分離的孟德爾定律》

玉米

植物育種

奧地利

Tschermak

(丘歇馬克)

《豌豆的人工雜交》

豌豆

他們的論文都刊登在1900年出版的《德國植物學會雜志》上，各自獨立地證明遺傳的孟德爾原理，這就是遺傳學史上的孟德爾定律的重新發(fā)現(xiàn)。

1900年遺傳學作為一門獨立的學科正式誕生了(1)細胞遺傳學時期1901年

W.sutton

研究蝗蟲

;

T.Bovert

研究海膽觀察:染色體的減數(shù)分裂行為，孟德爾因子分離和自由組合與染色體的分離和自由組合一致,他們大膽地認為孟德爾因子就在染色體上。

提出Chromosome

theory

of

heredity(遺傳的染色體假說)19021905

willian

E,Castle

首先認識等位基因和基因型頻率之間的關(guān)系willan

Bateson

將遺傳的科學稱為遺傳學

the

Science

of

heredity

：“genetics”1909W.Johannsen基因、基因型、表現(xiàn)型概念用基因取代“因子”﹑“性狀”和“特性”等含糊概念。1910-1939細胞遺傳學時期（摩爾根）：1910T.H.Morgan果蠅sex-linked

inheritance通過果蠅實驗提出基因連鎖定律，用實驗證明基因位于染色體上。白眼→伴性遺傳→一個特點基因位于一個特定的染色體上。遺傳連鎖圖19131927A.H.Sturtevant

H.J.Mullerχ-射線誘導(dǎo)染色體突變

人工改變基因的實驗

摩爾根（1866-1945）《基因論》——創(chuàng)立“基因?qū)W說”

提出染色體遺傳理論：細胞遺傳學；1933年獲諾貝爾獎摩爾根學派染色體——基因理論：

基因是控制遺傳性狀的單位，并以直線排列染色體上；

生物的某種性狀是受一個或幾個基因控制；

染色體上基因的變化(或突變)是生物性狀變異和生物進化的直接原因；提出遺傳學的第三定律

論證﹑概括和總結(jié)了遺傳學的三大定律：

分離﹑自由組合和基因連鎖交換定律。(2)生化和微生物遺傳學時期

1923年

A.Garrod(枷羅德)英國醫(yī)生（生化遺傳），進行家譜研究

,撰寫“Inborn

Errors

of

Metabolism”《先天性代謝病》

鑒別了第一個人類遺傳病，黑尿?。ㄈ蹦蚝谒嵫趸福?。他認為這種疾病是由于單個基因發(fā)生突變后，產(chǎn)生一種不具功能的產(chǎn)物，從而導(dǎo)致代謝紊亂（

metabolic

disorder）

。提出“一個突變基因決定一種代謝紊亂”的觀點，但在當時未受到廣泛的關(guān)注。

1927

F.Griffith（格里菲思）

肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗

為了證明遺傳物質(zhì)是DNA，但沒有進行單因子轉(zhuǎn)化實驗

1944

O.T.Avery

進行單因子轉(zhuǎn)化實驗

證明DNA是遺傳物質(zhì)

肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗（a）將S型肺炎鏈球菌注入小鼠體內(nèi)，小鼠被殺死；(b)將R型肺炎鏈球菌注入小鼠體內(nèi)，小鼠仍活著；(c)將加熱滅活的S型菌株注入小鼠體內(nèi)，小鼠仍活著；(d)將R型菌株與加熱滅活的S型菌株混合后注入小鼠體內(nèi)，小鼠被殺死。1940-1953細胞遺傳學向分子遺傳學過渡階段1941

G.W.Beadle

&

E.L.Tatum分離出紅色面包菌（Neurospora

crassa）的突變型

提出

“一個基因一個酶”的假說

（one

gene-one

enzyme）

酶1

酶2

酶3

前體→鳥氨酸→瓜氨酸→精氨酸后來被修改為：“一個基因一種多肽”

（one

gene-one

polypeptide）圖1-401946J.Lederberg

&

Tatum_

細菌的結(jié)合實驗

多營養(yǎng)缺陷型之間進行雜交

_

_

_

_Met

bio

Thr+Leu+thi+

╳

Met+bio+Thr

Leu

thi

硫胺（VB1）

Met+Thr+Leu+thi+（營養(yǎng)型）1950Barbara

McClintock

玉米Ac-Ds系統(tǒng)

可移動因子

轉(zhuǎn)座因子說明遺傳物質(zhì)不是不變的，基因是可以移動的。

圖1-381953James

Watson,Francis

Crick

DNA雙螺旋模型（圖1-41）

該模型被認為是二十世紀生物學方面最偉大的發(fā)現(xiàn)，是分子遺傳學誕生的標志。1953～1957

進入分子遺傳學時期：H.Fraenkel-Conrat

&

B.Singer煙草花葉病毒的重建（圖1-47），證明TMV的遺傳物質(zhì)是RNA。1958M.Meselson（梅塞爾森）

&

Stahl（史塔爾）

密度梯度超速離心實驗（圖1－49）

證明DNA復(fù)制是半保留的。1958

～

1972重組DNA技術(shù)體系的建立1958Arthur

Kornberg從E.coli中分離出DNA聚合酶Ⅰ為分子遺傳學的開展、遺傳工程的進行、人工合成基因奠定了基礎(chǔ)。1959Serero

Ochoa

(奧喬亞)從微生物棕色固氮菌（Azotobacter

vinelandi）分離出RNA

polymerase

I為遺傳密碼的破譯提供了實驗方法和手段

siderey

Brener發(fā)現(xiàn)mRNAFramcois

JacobMathew

Meselson1961Framcois

Jacob

&Jacques

Monod提出乳糖操縱子模型現(xiàn)代分子遺傳學基因調(diào)控研究的一個重要的里程碑1965Robert

Holley

測得第一個tRNA分子的序列1966Marshall

Nirenberg

&H

Gobind

Khorana破譯遺傳密碼（

圖1－45）1967發(fā)現(xiàn)DNA連接酶1970

H.O.Smith等發(fā)現(xiàn)并分離出流感嗜血桿菌中的內(nèi)切酶H.M.Temin(梯明)&D.Baltimore在RNA腫瘤病毒中分離出反轉(zhuǎn)錄酶1972Paul

Berg(伯格)等首次完成DNA分子重組（體外重組DNA）1975Edward.M.SouthernSouthern

Blotting1976Walter

GilbertφⅩ174=

5387ntFrederick

Sanger

Phillip

Sharp

等建立DNA序列測定法（圖1-44）

（圖1-42）發(fā)現(xiàn)真核生物基因中存在內(nèi)含子

基因不連續(xù)概念（圖1-37）1983Thomas

CechSidney

AltmanRNA的自我拼接Catalytic

RNAs1986

Kary

Mullis

and

othersPolymerase

Chain

Reaction

(PCR)

（圖1－46）1989

L.C.Tsui

and

John

Riordan

,and

Francis

collins’s

group.鑒別和克隆了人類基因cystic

fibrosis（囊性纖維細胞）1990

James

Watson

and

many

other

scientist

Human

Genome

project

測療，圖譜

30億美元

30億個堿基，8-10萬個基因。標志著生物科學研究全面進入基因組研究時期1992歐洲共同體各國35個實驗室首先發(fā)表第一個真核生物染色體（酵母染色體III）DNA全序列（共315000bp）1995

完成了酵母基因組DNA（125×105bp）全序列的測定工作1997線蟲基因圖譜繪測成功(f1-8)199820002002完成人22號染色體DNA核苷酸全序列測定人的基因組全序列測定(工作草圖)

（圖1－48）

老鼠基因組物理圖測定

（1－51）2002年水稻基因組框架圖完成2004年家蠶基因組

框架圖完成基因組大?。?50

Mb基因數(shù)目：18510西南農(nóng)業(yè)大學等，Science，2004年12月10日2004年雞基因組框架圖完成

紅原雞基因組家雞(肉雞、蛋雞、烏雞)基因組多態(tài)性基因組大?。?050

Mb基因數(shù)目：20000-23000

（其中有60%與人類相同）平均每千個堿基5個變異位點

是人的變異率的6到7倍是大猩猩變異率的3倍2004年12月9日、西班牙組成的國際科研小組宣布，初步完成了黑猩猩基因組序列草圖，發(fā)表于9月1日出版的Nature上。

基因組大小：約3000

Mb與人類基因組DNA序列相似性：99%

考慮插入、缺失：96%

共同基因：29%

2005年黑猩猩基因組

框架圖完成8月31日美國、德國、以色列、意大利2006截至2008年1月人類基因組計劃ENCODE計劃

Project

Jim美國腫瘤基因組計劃HapMap計劃

蛋白質(zhì)組計劃

1、

國際人類基因組‘單體型圖’計劃“國際人類基因組‘單體型圖’計劃”（ＨａｐＭａｐ）是繼“國際人類基因組計劃”之后，人類基因組研究領(lǐng)域的又一重大研究計劃。其目的是在通過測序了解了遺傳基本信息的基礎(chǔ)上，進一步確立世界上主要族群基因組的遺傳變異圖譜。HapMap計劃是由加拿大、中國、日本、尼日利亞、英國和美國共同資助和合作進行的項目，旨在建立一個將幫助研究者發(fā)現(xiàn)人類疾病及其對藥物反應(yīng)的相關(guān)基因的公眾資源。

這一計劃的主要內(nèi)容是對亞、非、歐裔全基因組中DNA序列上的多態(tài)位點進行測定和分析

，由此構(gòu)建出整合了人類遺傳多態(tài)信息的每條染色體的“單體型圖”，為疾病易感性、藥物敏感性、遺傳多態(tài)性等研究提供最基本的信息與工具?！皣H人類基因組‘單體型圖’計劃”將以世界亞、非、歐三大族群為研究對象，三大群體樣本各占三分之一。其中，中國漢族將提供一半的亞裔樣本，即占世界樣本的六分之一。什么是單體型圖?意義：人類單體型圖的繪制，將為不同群體的遺傳

多態(tài)性研究、疾病和遺傳關(guān)聯(lián)分析、治病基因和治病因子的確定、藥效及副作用和疾病風險的分析、人類起源進化遷徙歷史的研究等提供完整的人類基因組信息和有效的研究工具。將為人類常見疾病的研究提供最強大、最經(jīng)濟的工具。2

、

ENCODE計劃The

Encyclopedia

of

DNA

Elements

Project

：即“DNA元件百科全書計劃”，簡稱ENCODE計劃完成人類基因組全序列測定后，2003年9月由美國國立人類基因組研究所（National

Human

Genome

Research

Institute）組織的又一個重大的國際合作計劃其目的是解碼基因組的藍圖，鑒定人類基因組中包括基因、啟動子、增強子、抑制子/沉默子、內(nèi)含子、復(fù)制原點等已知的和還不知功能的多個物種的保守序列等在內(nèi)的所有功能元件。ENCODE計劃中提出的每一類元件都是已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)過的，所不同的是現(xiàn)在要在全基因組的范圍內(nèi)進行系統(tǒng)的研究。ENCODE計劃的實施分為3個階段：試點階段（

a

pilot

phase）、技術(shù)發(fā)展階段（a

technology

development

phase）和生產(chǎn)階段（a

producttion

phase）試點階段：首先集中對按一定標準選擇的人類基因組中約1％的序列，共長30Mb，分布在不同染色體上的44個靶區(qū)（ENCODE

targets）序列，例如α－和β－珠蛋白基因族、囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)蛋白基因CFTR等進行解碼注釋，并評估現(xiàn)有各種鑒別基因組元件的策略方法正確與否，確定一套有效程序，促進發(fā)展高通量更準確的基因組功能元件的鑒別技術(shù)方法。技術(shù)發(fā)展階段：與試點階段同時進行的，其主要目標是設(shè)計發(fā)明新的實驗方法和計算方法來改進我們鑒別新的功能序列和發(fā)現(xiàn)新的基因組功能元件的能力。生產(chǎn)階段是利用以上兩個階段所建立的成熟的技術(shù)和方法，對人類基因組其余99％的基因組序列進行高效益的全面分析（Science

2004，306：636－640）。ENCODE計劃聯(lián)合體（Consortium）：11個國家

80家科研機構(gòu)

35個研究小組2007年6月

《Nature》和《Genome

Research》報道其4年來研究的主要成果：研究表明人類基因組的大多數(shù)DNA都會被轉(zhuǎn)錄成RNA，即基因組中的堿基大多會出現(xiàn)在原始轉(zhuǎn)錄物中，包括非蛋白編碼轉(zhuǎn)物錄和重疊轉(zhuǎn)錄物等，因此，人類基因組實際上是一個非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的研究，確定了許多以前不為人知的DNA轉(zhuǎn)錄啟動位點，在基因之外的調(diào)控區(qū)域新發(fā)現(xiàn)了4491個轉(zhuǎn)錄啟動位點，對轉(zhuǎn)錄啟動位點有了新的認識，包括它與特異性調(diào)控序列、組蛋白修飾和染色質(zhì)可接近性等之間的聯(lián)系。推翻了傳統(tǒng)觀點的認識，調(diào)控區(qū)域也有可能位于DNA轉(zhuǎn)錄啟動位點的下游；進一步認識了染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及它與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄調(diào)控之間相互關(guān)系的復(fù)雜性；通過哺乳動物種間和種內(nèi)的序列比較，對人類基因組在功能與進化上又有了新的認識，研究表明大約一半人類基因組中的功能元件在進化過程中不會受到很大限制。以上這些新的成果挑戰(zhàn)了關(guān)于人類基因組的傳統(tǒng)理論，說明人類基因藍圖不是由孤立的基因和大量“垃圾DNA片段”組成的，而是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，單個基因、調(diào)控元件以及與編碼蛋白無關(guān)的其他類型的DNA序列一道，以交疊的方式相互作用，共同控制著人類的生理活動。與人類基因組計劃相比，“ENCODE計劃”的顯著特點是：采用綜合性研究策略，重視新技術(shù)的研究與開發(fā)，將計劃向?qū)W術(shù)界和公司開放。ENCODE計劃的實施為進一步認識人類基因組的功能藍圖開辟了道路。?

ENCODE數(shù)據(jù)的主要門戶網(wǎng)址：/ENCODE?

ENCODE原始數(shù)據(jù)的門戶網(wǎng)址：/projects/geo/info/ENCODE.htmlhttp://www.ebi.ac.uk/arrayexpress/?

ENCODE聯(lián)合體的信息網(wǎng)址：/ENCODE

3

、

Project

Jim：世界首份“個人版”

全基因組圖譜面世?——

諾貝爾獎得主“DNA之父”

詹姆斯·沃森

（James

Watson）的“生命天書”

1953年，沃森與克里克共同提出了DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，由于其對DNA分子結(jié)構(gòu)的貢獻，因而在1962年他們與威爾金斯共同獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，他們因此被譽為“DNA之父”。?2007年5月30日，隨著“吉姆工程（Project

Jim）”的完成，79歲的沃森博士獲得了一張由美國貝勒醫(yī)學院人類基因組測序中心和“454生命科學公司（454

Life

Sciences

Corporation）”共同合作完成的、儲存著沃森自己全基因組序列的DVD光盤，成為世界首份

“個人版”基因組圖譜的擁有者（Nature

1

June

2007，在線發(fā)表；doi:10.1038/

news

070528-10）。?這是從2003年人類基因組全序列圖譜完成以來分子遺傳學和基因組學研究領(lǐng)域的又一偉大成就。首先，這標志著人類基因組測序技術(shù)的快速改進和提高，所花時間和金錢大幅下降。1990年啟動的“人類基因組”計劃用了13年才完成全序列圖譜的繪制，耗資近10億美元(預(yù)計為30億美元，但實際支出由于技術(shù)的更新而減少很多)。而這次沃森的圖譜繪制采用了一種新的測序技術(shù)——

Genome

Sequencer

FLX（TM）systems，不但極大地提高了測序效率，而且僅耗時2個月，花費僅100萬美元；第二，2007年5月31日，沃森的基因組圖譜被收入到美國國家健康協(xié)會的數(shù)據(jù)庫(http://www.ncbi.

nlm.

/

Traces/

trace.cgi)，并向全世界公開，研究者可以從中找到被認為與基因有關(guān)的疾病、智力、冒險精神、信仰和性格等問題的密碼。沃森希望通過自己的行動帶動更多的人進行基因測序。他認為，了解這些信息有助于提早預(yù)防癌癥、心臟病、阿爾茨海默氏癥等多種頑疾，甚至還能讓人更富有同情心。這標志著個人基因組時代的到來；4、

黃種人基因組序列測定的完成?

我國科學家2007年10月11日對外宣布，已經(jīng)成功繪制完成

第一個完整中國人基因組圖譜（又稱“炎黃一號”），這也

是第一個亞洲人全基因序列圖譜。該項目是我國科學家繼

承擔國際人類基因組計劃1%任務(wù)、國際人類單體型圖譜

10%任務(wù)后，用新一代測序技術(shù)獨立完成的100%中國人

基因組圖譜。專家表示，這項在基因組科學領(lǐng)域里程碑式

的科學成果，對于中國乃至亞洲人的DNA、隱形疾病基因

、流行病預(yù)測等領(lǐng)域的研究具有重要作用。?

該項目由來自深圳華大基因研究院、生物信息系

統(tǒng)國家工程研究中心及中國科學院北京基因研究

所的科學家共同發(fā)起并承擔。該項目執(zhí)行博士王

俊說，遺傳保證了生命的延續(xù)，而突變產(chǎn)生了不

同物種以及人與人之間的差異。不同族群有著各

自獨特的遺傳背景，對不同病的易感性也可能不

一樣。只有真正了解基因與疾病的關(guān)系，才能根

據(jù)每個個體的基因進行疾病預(yù)測和檢測，及早做

出預(yù)防方案或進行針對性治療?！叭祟惢蚪M計劃是由6國科學家共同努力完成的，現(xiàn)在中國人靠自己的努力獨立完成‘炎黃一號’100％的工作量，這是一個歷史性的跨越?！?/p>

有人將個體全基因組序列圖稱為“人體的第二張解剖圖”，其作用是通過分析人體染色體堿基序列，獲得個人基因組，以幫助預(yù)防遺傳疾病，并實現(xiàn)個性化治療。目前全世界共發(fā)現(xiàn)2000個與疾病有關(guān)的人類基因，其中1500個已在美國用于臨床診斷。基因預(yù)測、基因預(yù)防、基因診斷、基因治療將使整個醫(yī)學改觀。5

、國際人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃“人類蛋白質(zhì)組計劃”是繼“人類基因組計劃”之后最大規(guī)模的國際性科技工程，也是21世紀第一個重大國際合作計劃，其首批行動計劃包括：由美國牽頭的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”由我國牽頭的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”（簡稱HLPP）。HLPP是第一個人類組織/器官蛋白質(zhì)組計劃，也將是我國第一次領(lǐng)導(dǎo)的重大國際協(xié)作計劃。HLPP的科學目標完成“二譜、二圖、三庫”任務(wù)：構(gòu)建蛋白質(zhì)表達全譜和蛋白質(zhì)修飾譜；繪制蛋白質(zhì)相互作用連鎖圖和細胞定位圖；建立符合國際標準的肝臟標本庫；發(fā)展規(guī)?；贵w制備技術(shù)并建立肝臟蛋白質(zhì)抗體庫；建立完整的肝臟蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫；尋找藥物作用靶點和探索肝臟疾病防治診治的新思路和新方案。

2006年安德魯·法爾和克雷格·梅洛因為發(fā)現(xiàn)了ＲＮＡ（核糖核酸）干擾機制而獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，因為他們“發(fā)現(xiàn)了控制遺傳信息流動的基本機制”，ＲＮＡ干擾已被廣泛用作研究基因功能的一種手段，并有望在未來幫助科學家開發(fā)出治療疾病的新療法。

法爾出生于１９５９年，１９８３年獲美國麻省理工學院生物學博士學位，現(xiàn)任斯坦福醫(yī)學院病理學和遺傳學教授。梅洛出生于１９６０年，１９９０年獲得哈佛大學生物學博士學位，現(xiàn)任馬薩諸塞州醫(yī)學院分子醫(yī)學教授。6

、

美國腫瘤基因組計劃?

“腫瘤基因組計劃”預(yù)計在未來13年里找出肺癌、腦癌、卵

巢癌等所有困擾人類癌癥的致癌基因元兇，從而診斷、治

療這一“絕癥”。研究人員表示，癌癥有很多種。每個腫瘤

都有自己獨特的基因藍圖。同時，即使是同一種癌癥致病

的原因也不盡相同。而通過“腫瘤基因組計劃”，全球科學

家希望協(xié)力逐一解開所有癌癥的秘密，進而建立一個共享

數(shù)據(jù)庫。屆時，這一計劃就能真正造福于人類健康。?

美國準備投入1億美元，用3年時間在DNA序列上找出與某

些癌癥相關(guān)的基因變異?？紤]到腦癌、肺癌和卵巢癌，是

美國人健康的主要隱患。該計劃決定先完成這3種癌癥的

基因圖譜。7

、美英三科學家因干細胞研究的貢獻獲諾貝爾醫(yī)學獎?

8

October

2007?

The

Nobel

Assembly

at

Karolinska

Institutet

hastoday

decided

to

award?

The

Nobel

Prize

in

Physiology

or

Medicine

for

2007jointly

to:?

Mario

R.

Capecchi,

Martin

J.

Evans

and

OliverSmithies?

for

their

discoveries

of

"principles

for

introducing

specific

gene

modifications

in

mice

by

the

use

of

embryonic

stem

cells"獲獎?wù)吆喗轳R利歐·卡佩奇1937年出生

在意大利，后獲得美國國籍

。1967年獲美國哈佛大學

生物物理學博士學位，在

霍華德·休斯醫(yī)學研究所工

作，還擔任猶他大學人類遺

傳學和生物學教授?？ㄅ迤?/p>

因在“基因靶向”技術(shù)的研究

上做出了開創(chuàng)性工作而成名

。埃文斯1941年出生在英國，1963年從劍橋大學畢業(yè)后，進入倫敦大學學院學習，獲得解剖學和胚胎學博士學位。1978年，他返回劍橋大學工作。3年后，他和同事從小鼠胚胎中第一次成功分離出未分化的胚胎干細胞。這為“基因靶向”技術(shù)提供了施展本領(lǐng)的空間。如今，埃文斯在英國加的夫大學擔任哺乳動物遺傳學教授。獲獎?wù)吆喗?

Oliver

Smithies,born

1925

in

GreatBritain,

US

citizen,PhD

in

Biochemistry1951,

OxfordUniversity,

UK.Excellence

Professorof

Pathology

andLaboratory

Medicine,University

of

NorthCarolina

at

ChapelHill,

NC,

USA.?奧利弗·史密斯1925年生于英國，后獲美國國籍。1951年獲牛津大學生物化學博士學位，現(xiàn)在美國北卡羅來納大學工作。他一開始主要進行胰島素的研究工作，后轉(zhuǎn)入分子生物學領(lǐng)域。在近60歲時，他開發(fā)出了可關(guān)閉活體內(nèi)特定基因的技術(shù)。史密斯和卡佩基幾乎同時對“基因靶向”技術(shù)做出了奠基性貢獻，這一技術(shù)使得科學家能培育出擁有特定變異基因的小鼠。獲獎成就介紹這三位科學家是因為“在涉及胚胎干細胞和哺乳動物DNA重組方面的一系列突破性發(fā)現(xiàn)”而獲得這一殊榮的。這些發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了一種通常被人們稱為“基因打靶”的強大技術(shù)。這一國際小組通過利用胚胎干細胞在老鼠身上引入特定基因修飾。以上工作為胚胎發(fā)育、衰老和疾病治療指引了道路，有助于對囊腫性纖維化、心臟病、糖尿病和癌癥等疾病的研究?；虼虬屑夹g(shù)三．遺傳學與生物學其他領(lǐng)域以及與國民經(jīng)濟的關(guān)系1．遺傳學從各個層次上把生命科學連成一個整體

遺傳問題只有在各個層次上進行研究，才能揭露出其它的本質(zhì)。產(chǎn)物基因基因結(jié)構(gòu)

表型基因表達遺傳學研究的對象十分廣泛：從低等生物到高等生物：病毒遺傳學微生物遺傳學藻類遺傳學植物遺傳學動物遺傳學人類遺傳學生態(tài)遺傳學

群體遺傳學

細胞遺傳學根據(jù)不同層次：染色體遺傳學

分子遺傳學

量子遺傳學以遺傳學為核心和紐帶，

使生物由宏觀到微觀聯(lián)系到了一起。2．遺傳學成為生命科學中最富有綜合性的中心學科

遺傳學涉及生物學三大基本問題：

⑴

生物遺傳變異問題

⑵

生物進化問題

⑶

生命起源問題

遺傳現(xiàn)象的普遍性，決定了遺傳學是最具有綜合性的學科。

在科學上的作用是：解釋生物遺傳變異與進化的原因，闡明生物進化的遺傳機理；揭示高等和低等生物的遺傳規(guī)律；認識生命本質(zhì)(DNA、蛋白質(zhì))等等。

在生物學各研究領(lǐng)域強調(diào)了遺傳學的中心作用。

進化、發(fā)育和遺傳的共同基礎(chǔ)是基因

遺傳、發(fā)育、進化在基因水平上的統(tǒng)一。遺傳學有助于解決進化和發(fā)育機理問題，對遺傳學基本原理的理解，是充分了解生理、生化、發(fā)育以及進化的各類生命現(xiàn)象的先決條件。遺傳與生理、生化、發(fā)育、進化等密切相關(guān)，對相應(yīng)的分支學科影響深遠。1.3

遺傳學的應(yīng)用⑴直接指導(dǎo)農(nóng)業(yè)科學(豐富和更新育種新技術(shù))①高產(chǎn)優(yōu)勢新品種②抗蟲抗病農(nóng)作物如：“雜交水稻”

“雜交油菜”

“雜交小麥”如：抗蟲棉新品種③

改進食用動物的品質(zhì)

如：牛、羊、豬優(yōu)良品種的培育⑵生物制藥：利用植物大量生產(chǎn)人體蛋白利用遺傳工程技術(shù)生產(chǎn)抗菌素、胰島素、干擾素、生長激素尿激酶、疫苗等。轉(zhuǎn)基因動植物。⑶指導(dǎo)醫(yī)學研究，提高健康水平：診斷和治療，

有效地治療人類的一些遺傳性疾病。

例如分子遺傳學已成功地應(yīng)用在于：

人工分離基因；人工合成基因；人工轉(zhuǎn)移基因；克隆技術(shù)應(yīng)用；

基因工程定向改變遺傳性狀，可以更自由和有效地改變生物性狀；

打破物種界限，克服遠緣雜交困難；培育優(yōu)良動、植物新品種；

遺傳學的進步帶動生產(chǎn)的發(fā)展，國家財力雄厚能提供更多的經(jīng)費支持遺傳學的研究。

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，1997謝謝！本章結(jié)束返回圖1-37返回圖1-38返回圖1-39返回圖1-40返回圖1-41返回圖1-42返回圖1-44返回圖1－44返回圖1－45圖1－46返回圖1-47返回正常煙草葉煙草“花葉”煙草花葉病毒(tobaccomosaicvirus,

TMV)圖1-48返回圖1－49返回1－51返回返回孟德爾（1822－1884）孟德爾簡介

約翰·孟德爾(Johann

Mendel)

1822年7月22日出生在奧地利莫拉維亞(Moravia)

海欽多大(Heinzendorf)

村(現(xiàn)已劃歸捷克)

,農(nóng)民家庭，排行第二，是家中唯一的男孩。6歲上小學，勤奮好學、成績突出。由于家境貧寒，付不起學費，高中階段的學習生活十分拮據(jù)。高中畢業(yè)后，他打算進厄爾姆茲學院(Olmults)

大學預(yù)科學習。不幸的是，由于他父親健康狀況不佳而無力供養(yǎng)他繼續(xù)深造。最困難的時刻，孟德爾的妹妹變賣自己的嫁妝，資助他完成了學業(yè)。這使他永生難忘，并且把感激化為學習的動力，學業(yè)一直名列前茅。然而，家境的窘迫，難以圓他大學之夢。孟德爾意識到，必須先要找到一份可以聊生的職業(yè)，才有可能繼續(xù)深造。他接受了老師的建議，于1843年9月進入布隆(Brūnn，現(xiàn)名Brno)市的修道院當了一名修道士，Gregor是他的教名。布隆是莫拉維亞省首府，也是奧匈帝國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟中心。修道院擁有一個藏書20000冊的圖書館，可和當時的大學圖書館媲美，也是當時全市宗教和文化中心。教士們文化素質(zhì)很高，不少牧師都有正式的園藝、音樂、哲學等學位。在修道院，孟德爾進行了系統(tǒng)的宗教學習，成績突出，僅用3年時間就完成了4年的學業(yè)。學習結(jié)束，孟德爾被任命為教區(qū)教士，但