遺傳,基因,基因組及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

基因、基因組與遺傳趙志光zgzhao@

蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院遺傳現(xiàn)象heredity突變現(xiàn)象mutation組成生命體的化學(xué)物質(zhì)糖類（單糖、多糖）氨基酸、蛋白質(zhì)無機物（礦物質(zhì)）核酸其他有機物（維生素、色素等）有機物遺傳由什么物質(zhì)決定？（基因是由什么物質(zhì)組成的？）第一部分基因和基因組肺炎球菌實驗體系1928年，英國FrederickGriffithS型肺炎球菌：有莢膜，菌落表面光滑，致病，肺炎R型肺炎球菌：沒有莢膜，菌落表面粗糙，不致病結(jié)果說明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)，可以使無害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？紐約洛克非勒大學(xué)研究所，紐約

從加熱殺死的S型肺炎球菌將蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類分離出來，分別加入到無害的R型肺炎球菌中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨只有核酸可以使無害的R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的S型肺炎球菌。1944年結(jié)論：DNA是生命的遺傳物質(zhì)OswaldAveryAlfredHershey1908–19971965年獲諾貝爾獎（研究病毒的復(fù)制和基因結(jié)構(gòu)）MarthaChase1928–2003噬菌體實驗體系1952年，Hershey和Chase，病毒（噬菌體）放射性同位素35S標(biāo)記病毒的蛋白質(zhì)外殼，32P標(biāo)記病毒的DNA內(nèi)核，感染細菌。新復(fù)制的病毒，檢測到了32P標(biāo)記的DNA，沒有檢測到35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)，DNA在病毒和生物體復(fù)制或繁殖中的關(guān)鍵作用。DNA如何能穩(wěn)定地傳遞遺傳信息？（DNA的結(jié)構(gòu)特點和半保留復(fù)制）FrancisHarryComptonCrick1916

–2004用“中心法則”闡述遺傳信息的傳遞JamesD.Watson1928-1962年諾貝爾獎（發(fā)現(xiàn)DNA的結(jié)構(gòu)及其在生命中的傳遞規(guī)律）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)1953年4月8日，卡文迪許實驗室（CavendishLaboratory）主管LawrenceBragg在比利時的一個蛋白質(zhì)會議上宣布了Watson和Crick推導(dǎo)出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，但是新聞界沒做任何報導(dǎo)。1953年4月25日，Watson和Crick將其研究結(jié)果發(fā)布在Nature上1953年5月14日，Bragg在倫敦GuysHospitalMedicalSchool再次報告了此事，newschronicle（新聞紀事報）的RitchieCalder寫了一篇“WhyYouAreYou.NearerSecretofLife.“報導(dǎo)了此事。第二天紐約時報也報導(dǎo)了此事。DNA結(jié)構(gòu)的闡明被一些學(xué)者稱為20世紀最偉大的發(fā)現(xiàn)。DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋而成的。DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側(cè)，構(gòu)成基本骨架；堿基在內(nèi)側(cè)。兩條鏈上的堿基通過氫鍵連結(jié)起來，形成堿基對，且遵循堿基互補配對原則。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的生物學(xué)意義：精確復(fù)制1958，Meselson和Stahl大腸桿菌15NH4CI為唯一氮源的培養(yǎng)液中生長若干代被15N標(biāo)記的大腸桿菌轉(zhuǎn)入14NH4CI為唯一氮源的培養(yǎng)液中完成第一代和第二代繁殖時，

分離DNA，密度梯度超速離心被15N標(biāo)記的親代雙鏈DNA（記作15N/15N）密度大，在下部；14N/14N密度小，在上部；15N/14N在15N/15N和14N/14N之間DNA合成（復(fù)制）的同位素示蹤實驗實驗發(fā)現(xiàn)：被15N標(biāo)記的親代DNA離心后只有一條帶，位于離心管下部；繁殖后第一代大腸桿菌的DNA離心后也只有一條帶，分布于離心管中部；繁殖后的第二代大腸桿菌DNA離心后出現(xiàn)兩條帶，一條分布于離心管中部，另一條分布于離心管上部，證明新合成的DNA分子的兩條多核苷酸鏈中有一條來自親代DNA，一條則是新合成的。DNA的復(fù)制是以親代的一條DNA為模板，按照堿基互補的原則，合成另一條具有互補堿基的新鏈，因此，細胞中DNA的復(fù)制被稱為半保留復(fù)制FranklinWilliamStahl(1929-)MatthewStanleyMeselson(1930-)DNA的復(fù)制發(fā)生在細胞周期的S期，在解旋酶的作用下，首先雙螺旋的DNA可以同時在許多DNA復(fù)制的起始位點局部解螺旋并拆開為兩條單鏈，如此在一條雙鏈上可形成許多“復(fù)制泡”，解鏈的叉口處稱為復(fù)制叉。DNA的復(fù)制總是由5‘

向3’方向進行DNA的半保留復(fù)制保證了所有的體細胞都攜帶相同的遺傳信息，并可以將遺傳信息穩(wěn)定地傳遞給下一代?；蚪Y(jié)構(gòu)和選擇性表達（遺傳信息的轉(zhuǎn)錄）核酸脫氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）rRNA（雙鏈）（單鏈）tRNAsnRNAmRNAmiRNA…轉(zhuǎn)錄：DNA上的遺傳信息按照堿基互補原則傳遞到信使RNA上的過程轉(zhuǎn)錄從哪里開始？到哪里結(jié)束？誰被轉(zhuǎn)錄？被誰轉(zhuǎn)錄？怎么轉(zhuǎn)錄？真核生物基因的一般結(jié)構(gòu)啟動子：決定基因何時、何地、如何表達內(nèi)含子：表達成蛋白之前被剪切掉，一個基因可以有0個或多個內(nèi)含子外顯子：決定基因表達成什么樣的蛋白質(zhì)DNARNA5’3’啟動子外顯子5’UTR3’UTR外顯子5’UTR3’UTR轉(zhuǎn)錄內(nèi)含子啟動子外顯子轉(zhuǎn)錄起始點內(nèi)含子5’UTR3’UTR從mRNA到蛋白質(zhì)（遺傳密碼的破譯）遺傳信息是如何儲藏在4種核苷酸中的？如何破譯遺傳密碼？遺傳密碼的破譯數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家——邏輯運算或推導(dǎo)分子生物學(xué)家——？1955年紐約大學(xué)Grunberg-Manago將核苷酸連接起來的酶形成RNA聚合體A連接成多聚A（polyA，A-A-A-A-A-A-A）polyCpolyGpolyUpolyAU問題：什么樣的核苷酸組合可以被翻譯成多肽片段？1960年Matthei31歲德國人美國國家健康研究所老板33歲的Nirenberg試管中合成多肽將ATP和游離的氨基酸加入到從細胞中提取的核糖體、核酸和酶的混合物中問題：哪一種RNA可促進多肽的合成？對RNA高度敏感及時檢測多肽合成的試管實驗系統(tǒng)在試管中加入了ATP、游離的氨基酸、酶和核糖體及核糖體RNA——沒有蛋白質(zhì)的合成問題：需要其他帶有遺傳信息的RNA？列出200多種RNA，煙草花葉病毒RNA神秘的蛋白質(zhì)MarianneGrunberg-Manago方法人工合成RNA加入不同的酶、核糖體、ATP、氨基酸加入polyU、polyA、polyAUpolyU產(chǎn)生了許多蛋白質(zhì)問題：polyU主要利用了哪些氨基酸呢？不同的氨基酸分別加入到polyU試管系統(tǒng)中5天通宵達旦星期六早晨，熬紅了眼的Matthei得到了答案：polyU合成的肽鏈全部是苯丙氨酸（Phe）世界上破譯第一個遺傳密碼的人問題：幾個U決定一個苯丙氨酸的合成？Nirenberg莫斯科第五屆國際生物化學(xué)大會

不善于推銷自己小組會上Meselson認為非同小可FrancisCrick全體大會上重新做學(xué)術(shù)報告問題：幾個U決定一個苯丙氨酸的合成？Nirenberg全力組織其他遺傳密碼的破譯Matthei回德國Nirenberg發(fā)現(xiàn)并定義了3個核苷酸為一個密碼子決定一個氨基酸的翻譯Khorana按需要連接任意核苷酸ACACACACACACACthr-his-thr-his鏈ACA——蘇氨酸的密碼子CAC——組氨酸的密碼子1966年，Nirenberg和Khorana全部遺傳密碼字典64個密碼子61個負責(zé)20種氨基酸翻譯，3個無義密碼子Nirenberg和Khorana1968年諾貝爾獎tRNA的作用蛋白質(zhì)的合成過程細胞中蛋白質(zhì)的合成是一個嚴格按照mRNA上密碼子的信息指導(dǎo)氨基酸單體合成為多肽鏈的過程，這一過程稱為mRNA的翻譯。mRNA的翻譯需要有mRNA、tRNA、核糖體、多種氨基酸和多種酶等的共同參與。翻譯過程(即多肽鏈的合成)包括起始、多肽鏈延長和翻譯終止3個基本階段。蛋白質(zhì)折疊與疾病是一種不同于細菌、病毒或類病毒的在分類上尚示定論的病原因子。其本質(zhì)為由正常宿主細胞基因編碼的、構(gòu)象異常的蛋白質(zhì)，稱為朊蛋白(prionprotein,PrP)，目前尚未檢出任何核酸成分，是人和動物的傳染性海綿狀腦病(transmissiblespongiformencephalopathies,TSEs)的病原體。朊毒體(prion)/傳染性蛋白粒子/朊粒/朊病毒：prion是一種不含核酸和脂類的疏水性糖蛋白，分子量為27～30×103，因此又稱為PrP27～30。

兩種不同的分子構(gòu)型：細胞朊病毒蛋白(cellularPrP,PrPC)：三維結(jié)構(gòu)具有42%的α-螺旋，3%的β折疊。存在于正常組織及感染動物的組織中，是正?；虻漠a(chǎn)物，通常情況下是無害的。對蛋白酶K敏感。羊癢疫朊病毒蛋白(scrapieprionprotein,PrPSC)：α-螺旋占30%，β折疊高達43%，僅存在于感染動物的組織中，與致病和傳染有關(guān)。對蛋白酶K有抗性。人類PrPC基因：位于第20號染色體的短臂上，有一個內(nèi)含子和一個外顯子，含單一的讀碼框。

PrP基因變異（多為重復(fù)片段的插入或點突變可導(dǎo)致傳染性海綿狀腦病。）

PrP的增殖機制，目前尚不清楚瘋牛病MadCowDisease/牛海綿狀腦病Kuru庫魯病:僅發(fā)生在巴布新幾內(nèi)亞東部高地的土著人中的一種進行性小腦退行性疾病。本病以寒戰(zhàn)樣震顛為突出的臨床表現(xiàn)而得名。潛伏期漫長(4～30年),發(fā)病大多在6～9個月內(nèi)死亡。以小腦共濟失調(diào)為主要臨床特征，患者早期出現(xiàn)發(fā)抖、震顫、發(fā)音困難、舞蹈癥及肌陣攣等。晚期發(fā)展為癡呆，肢體完全癱瘓，最終因吞咽困難、衰竭、感染而死亡?？?雅病(Creutzfeld-Jakobdisease,CJD):

人的傳染性海綿狀腦病。散發(fā)性患者病因不明，家族性CJD患者的prion基因常發(fā)生變異。醫(yī)源性因素主要與醫(yī)療器械消毒不嚴、腦深部電極、角膜移植、器官移植或注射從尸體腦垂體提取的生長激素、促性腺激素等因素有關(guān)。我國也有報道。潛伏期15個月-40年。典型的臨床表現(xiàn)為迅速進展的癡呆，肌陣攣，皮質(zhì)盲，小腦共濟失調(diào)，運動性失語，并迅速發(fā)展為半癱、癲癇甚至昏迷，病人最終死于感染或自主神經(jīng)功能衰竭，約90%的患者于1年內(nèi)死亡。病理特征與庫魯病相似，以神經(jīng)細胞變性、減少或消失，空泡形成，海綿狀改變及出出淀粉樣斑塊為主。其中海綿狀空泡化被認為是CJD的特征病理診斷依據(jù)。

克-雅病變種(variantCJD,v-CJD)：一種新型的人類傳染性海綿狀腦病，1996年由英國CJD監(jiān)測中心首次報導(dǎo)。本病與典型的CJD在好發(fā)年齡、臨床特征、腦電圖和病理等方面有明顯變化，因此被認為是新變種(newvariantCJD,v-CJD)。進一步的研究結(jié)果顯示，從這些病例中提取的PrPSC與來源于BSE的PrPSC的性質(zhì)相同，患者腦組織的病理變化與BSE相似，從而表明v-CJD與瘋牛病密切相關(guān)?，F(xiàn)在普遍認為v-CJD的來源可能是人食物鏈中含有瘋牛病的致病因子所致，但確切的致病機制尚不清楚。BSE和v-CJD的出現(xiàn)已受到國際社會的廣泛關(guān)注。

Scrapie羊瘙癢病:在歐洲已流行了近300年（第一個被發(fā)現(xiàn)的TSE）,感染動物表現(xiàn)為消瘦、步態(tài)不穩(wěn)、脫毛、麻痹等，因病羊由于瘙癢而常在圍欄上摩擦身體而得名，病死率極高。DNADNARNA蛋白質(zhì)遺傳信息儲存在核酸中；遺傳信息由核酸流向蛋白質(zhì)中心法則FrancisCrick1916

–2004中心法則的補充

（反轉(zhuǎn)錄與反轉(zhuǎn)錄病毒）反轉(zhuǎn)錄（逆轉(zhuǎn)錄）是以RNA為模板合成DNA的過程病毒RNARNA：DNA中間體逆轉(zhuǎn)錄酶RNA酶H雙股DNA整合酶整合到宿主細胞染色體轉(zhuǎn)錄、翻譯子代病毒非活化形式長期潛伏病毒復(fù)制+ssRNA+ssRNA:-ssDNAssDNA:+ssDNA+ssRNA反轉(zhuǎn)錄HIV包膜糖蛋白刺突gp120與宿主細胞特異受體結(jié)合——膜融合進入細胞質(zhì)——脫殼釋出RNA2、反轉(zhuǎn)錄病毒的共同特性⑴有包膜、球形，80-120nm。⑵基因組為二條相同的單正鏈RNA二聚體。⑶核心中有RNA依賴的反轉(zhuǎn)錄酶（具多聚酶和核酸內(nèi)切酶功能）⑷復(fù)制特點：有獨特的反轉(zhuǎn)錄過程，通過DNA中間體，整合于細胞染色體DNA。⑸有g(shù)ag、Pol和env3個結(jié)構(gòu)基因及數(shù)量不等的調(diào)節(jié)基因。⑹病毒有組織親嗜性，以芽生方式釋放人類嗜T細胞病毒共有兩種型別

HTLV-IHTLV-IIHumanT-cellLymphotropicVirus基因在細胞內(nèi)的存在形式（染色體）DNA測序技術(shù)和人類基因組計劃雙脫氧末端終止和凝膠電泳法DNA測序技術(shù)的自動化改進：雙脫氧末端終止和四色熒光標(biāo)記基因gene：基因是生命有機體的遺傳單位基因是生命有機體中編碼蛋白質(zhì)或功能RNA的一段核酸（DNA或RNA）序列基因組genome：是一種生物整套遺傳信息的總和什么是基因組(Genome)這本書有23章（染色體）每一章有4800萬-1億5000萬個字母（A/T/C/G）而且沒有空格全書總共有約32億個字母這本書裝在只有針尖大小的細胞核內(nèi)絕大多數(shù)情況下人體每個細胞至少裝了一本這樣的書，唯一的例外是血液中的紅細胞，它們在發(fā)育過程中丟失了細胞核而沒有基因組。如果把人類基因組看成一本書部分生物基因組大小的比較物種類型物種名稱基因組大小（bp數(shù)）備注病毒噬菌體MS23,569第一個測序的RNA基因組病毒HIV（艾滋病毒）9,749病毒Mimi病毒1,181,404已知最大的病毒基因組細菌流感嗜血桿菌1,830,000第一個完成基因組測序的生物（1995）變形蟲無恒變形蟲670,000,000,000最大的基因組（有爭議）酵母釀酒酵母12,100,000第一個測序的真核生物（1996）植物日本馬醉木150,000,000,000已知最大的植物基因組魚非洲肺魚130,000,000,000已知最大的脊椎動物基因組哺乳動物人3,200,000,000概況：是一項旨在確定人類DNA上所有堿基序列并鑒定和定位人類基因組上20,000–25,000個基因的生理功能的國際性科學(xué)研究1989年由美國能源部生物與環(huán)境辦公室長官AriPatrinos提出。1998年美國Celera公司也宣布開展獨立的人類基因組計劃研究人類基因組計劃的主要工作由美國、英國、日本、法國、德國和中國等6國政府的大學(xué)和研究機構(gòu)完成，人類基因組計劃（HGP）概況：政府的人類基因組計劃為1990-2005年完成。實際2000年完成人類基因組計劃工作草圖，2003年完成和發(fā)表了全部框架圖。2006年最后一條染色體的測序工作完成。人類基因組計劃的初始目標(biāo)是定位人類基因組單倍體的參考基因組（約30億個堿基），一些組織和公司已經(jīng)著手進行二倍體基因組的研究任何個體的“基因組”都是獨特的（同卵雙胞胎和克隆個體除外），定位“人類基因組”包括對每個變異基因的測序。人類基因組計劃不包括此類工作，約有8%的人類異染色體沒有測序。啟動階段：1998年初HGP才完成約3％，1998年一季度HGP中一些科學(xué)家懷疑，原計劃可能過于樂觀。公私并進格局：1998.5.9J.C.Venter等宣布，組建商業(yè)公司，投入3億美元，計劃3年內(nèi)完成。1998.6.5Venter在Science上發(fā)表文章，論述人類基因測序新策略。他們計劃裝備新式測序儀230臺，每天測序14萬個堿基。第一年即可完30億個堿基的99%，第2、3年進行拼接和填補。1998.8加州Incyte藥物公司宣布投入2億美元用于HGP。其他公司也宣布開展HGP研究在公私競爭格局下的國際HGP研究：1998.10美國國家人類基因組研究所宣布HGP可提前2年,即在2003年完成。1999.12國際HGP聯(lián)合小組宣布完整地破第22對染色體的遺傳密碼。2000.6完成并公布人類基因組工作草圖。（2000.4塞萊拉公司宣布完成一名志者的完整遺傳密碼。）2001年2月16日人類基因組計劃（HGP）完成同時發(fā)表兩套報告（Science,Vol.291,No.5507，Nature,Vol.409,p.860）HGP帶來的影響：推動醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)的飛躍發(fā)展開拓新學(xué)科領(lǐng)域又有商機，又有知識產(chǎn)權(quán)問題對社會倫理的沖擊

1，推動醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)的飛躍發(fā)展

⊙新藥開發(fā)

⊙個性化給藥

⊙司法審判

⊙新藥開發(fā)

估計人類基因中可能成為

藥物靶的的基因約為：10%

相當(dāng)于基因數(shù)：3000個

若全世界100家

頂級制藥公司來競爭

每家平均30個

⊙新藥開發(fā)

一些人們感興趣的靶基因

致癌基因

抑癌基因

肥胖基因

支氣管哮喘基因

⊙個性化給藥

個人遺傳背景不同，很有可能表現(xiàn)為對藥物有不同反應(yīng)

兒童急性淋巴細胞白血病

主要治療藥物

6-巰基嘌呤

1/30用藥兒童呈毒性反應(yīng)，可能致命

因為缺失巰基嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶（TPMT）

這類兒童只需

1/10-1/15劑量

該疾病美國每年檢出2400例

⊙個性化給藥

細胞色素P450酶

參與人類目前所用藥物中25%

藥物的分解代謝。

受其影響的，包括100種全球銷量最大藥物。

如：抗憂郁癥藥物Prozae，過量有致命危險。

止痛藥，需代謝后才有止痛效果。

人群中10%呈該酶缺失。

⊙個性化給藥

由此發(fā)展出一個新學(xué)科：藥物遺傳學(xué)

美國每年住院病人

死于藥物反應(yīng)10萬人

受害者總數(shù)220萬人

藥物遺傳學(xué)/個性化給藥

將對此作出貢獻。

⊙個性化給藥

過去是：

One–Size–Fits–All

今后要：

RightDrug–RightDose–RightPerson⊙司法審判

由于

（1）可以很容易地從血液、精液、頭發(fā)、衣物上的殘留物、木乃伊或古尸的骨髓、內(nèi)臟等出獲得

DNA的樣品；

（2）理論證明，兩個人的DNA完全相同的機率為幾十億分之一。

所以，DNA測試很快被用在罪犯管制上。誰是替身？第二部分遺傳的規(guī)律一些概念：性狀：生物個體表現(xiàn)出來的可見或可測單一特征（如花色、人眼睛顏色、手指數(shù)目、個體大小等）表型：一個個體性狀的總和遺傳：生物將性狀傳遞給子代的現(xiàn)象基因型：控制可遺傳性狀的整套基因（一個性狀可能由多個基因控制）幾千年以來，人類一直嘗試著通過選育的方法培育出更為有用的植物或動物，但是19世紀中頁以前，由于不了解動植物性狀遺傳的機理，這些選育方法都是憑經(jīng)驗進行，成功與否完全不可預(yù)知。遺傳學(xué)研究的發(fā)展改變了這種狀況。GregorMendel1822-1884奧地利奧古斯丁修道院的修道士，1866年發(fā)表了他的研究成果，但直到1900年（孟德爾去世后16年）才引起注意。孟德爾晚年成為奧古斯丁修道院院長，停止了他的研究活動。豌豆花經(jīng)典遺傳學(xué)（孟德爾遺傳學(xué)）豌豆單因子雜交實驗與分離定律7對差別鮮明的性狀：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/皺縮；豆莢顏色： 綠色/黃色；植株高度： 高/矮。Mendel遺傳學(xué)第一定律：分離定律Mendel最初實驗是對具有單個相對性狀的親代雜交，所有雜交產(chǎn)生的F1代都只表現(xiàn)一個親代的性狀，F(xiàn)2代具有一定的比例。豌豆7組相對性狀分別雜交實驗結(jié)果Mendel按上述方法繼續(xù)對7組相對性狀分別進行雜交實驗，統(tǒng)計了子二代植株顯性與隱性性狀之間比例3：1規(guī)律等位因子純合子/雜合子顯性基因隱性基因Mendel首創(chuàng)了測交實驗方法，驗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”：一對基因在形成配子時完全按照原樣分離到不同的配子中去，相互不發(fā)生影響。在分析了一對性狀傳遞規(guī)律的基礎(chǔ)上，Mendel進一步進行了兩對相對性狀雜交的遺傳分析。他選擇了這樣兩個親本進行雜交：一個是雙顯性親本：種子是圓形的，種子的顏色為黃色；一個是雙隱性親本：種子是皺縮的，種子的顏色為綠色。Mendel遺傳學(xué)第二定律：自由組合定律測交實驗結(jié)果：1：1：1：1“多對基因的獨立分配和自由組合定律”：當(dāng)兩對或更多對基因處于異質(zhì)接合狀態(tài)時，它們在形成配子時的分離是彼此獨立不相牽連的，同時分配時相互間進行自由組合。人類皮膚色素的連續(xù)性變化Mendel遺傳學(xué)定律不能代表所有遺傳因子表現(xiàn)的性狀及遺傳規(guī)律多基因遺傳數(shù)量性狀遺傳質(zhì)量性狀（qualitativetraits/characters）：變異可以截然區(qū)分為幾種明顯不同的類型，一般用語言來描述數(shù)量性狀（quantitativetraits/characters）：指在一個群體內(nèi)的各個體間表現(xiàn)為連續(xù)變異的性狀，如動植物的高度或長度等數(shù)量性狀是可以度量的數(shù)量性狀呈連續(xù)性變異數(shù)量性狀的表現(xiàn)容易受到環(huán)境的影響控制數(shù)量性狀的遺傳基礎(chǔ)是多基因系統(tǒng)現(xiàn)代遺傳學(xué)基因的連鎖和交換規(guī)律20世紀初，美國著名的實驗胚胎學(xué)家Morgan及其同事通過果蠅的雜交試驗，確立了基因在染色體上的連鎖和交換規(guī)律，被后人稱為遺傳學(xué)第三定律?；蚪粨Q導(dǎo)致基因重組重組率染色體上各基因間的重組率與基因位點間的距離成正比三點測交法遺傳學(xué)圖ThomasHuntMorgan(1866–1945)遺傳的基礎(chǔ)細胞分裂與染色體的復(fù)制細胞分裂的作用一些單細胞生物，如眼蟲和變形蟲，一次細胞分裂可形成兩個新生物體。多細胞生物，也是由一個細胞——受精卵或合子經(jīng)過多次分裂和分化發(fā)育形成由受精卵或合子經(jīng)過多次分裂和分化發(fā)育形成多細胞囊胚細菌裂殖時DNA的復(fù)制細胞分裂首先細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)—DNA要完成復(fù)制，再均等分為兩份。在原核生物中，如在細菌裂殖時，這種DNA的復(fù)制和二分相對比較簡單真核生物具有膜包被的細胞核，其內(nèi)細長的雙鏈DNA、蛋白質(zhì)及少量RNA結(jié)合形成的復(fù)合物稱為染色質(zhì)，它是一種易被堿性染料著色的遺傳物質(zhì)。真核細胞分裂的染色體在細胞分裂時期，構(gòu)成染色質(zhì)的長鏈DNA分子經(jīng)過緊密纏繞、折疊、凝縮，并與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成染色體。染色體是真核細胞分裂時期，在顯微鏡下可見的具有固定形態(tài)的遺傳物質(zhì)存在形式。每一種生物染色體的數(shù)目都是恒定的。多數(shù)動物和植物的體細胞是二倍體親本的每一個配子只帶有一組染色體，叫單倍體。單倍染色體組所含有的全部遺傳信息稱為基因組。細胞有絲分裂時，復(fù)制后形成的兩個染色單體分開，分配到兩個新的子細胞中有分裂能力的細胞，從一次分裂結(jié)束到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的一個完整過程稱為一個細胞周期有絲分裂與細胞周期典型的細胞周期可包括間期和細胞分裂期兩部分。間期包括一個（DNA）合成期（S期）及S期前后兩個間隙期（G1期，G2期）。細胞分裂期則包括有絲分裂和胞質(zhì)分裂兩個主要過程。有絲分裂是一個連續(xù)的過程，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。有絲分裂與細胞周期特點：在間期每個染色體復(fù)制成兩條相同的染色單體，在分裂時有規(guī)律地分配到兩個子細胞核中。減數(shù)分裂與配子形成在動物和植物中，雌配子是一個卵細胞，雄配子是一個精子細胞（高等植物中稱為精核）。雌雄配子相互融合形成受精卵或稱合子。合子通常為二倍體（2n），而配子則為單倍體(n)。減數(shù)分裂與配子形成由二倍體細胞形成單倍體細胞需要在細胞分裂過程中染色體數(shù)目減半，伴隨著染色體數(shù)目減半的細胞分裂稱為減數(shù)分裂。遺傳的染色體學(xué)說遺傳因子及其獨立分離與自由組合特性與染色體的行為特性有平行性：基因與染色體的平行關(guān)系—基因定位在染色體上染色體和基因成對存在；形成配子時每對染色體每對基因分離；在配子中，只有每對染色體一個染色單體，也只有每對等位基因中一個基因。性染色體和伴性遺傳與性別相關(guān)的特殊形態(tài)的一對同源染色體稱為性染色體4種性染色體類型人的體細胞中有23對染色體性連鎖基因伴性遺傳X連鎖遺傳遺傳病果蠅復(fù)眼顏色的遺傳與性連鎖基因定位第三部分現(xiàn)代生物技術(shù)簡介基因克隆基因重組轉(zhuǎn)基因基因克?。≒CR技術(shù)及其應(yīng)用）啟動子：決定基因何時、何地、如何表達內(nèi)含子：表達成蛋白之前被剪切掉，一個基因可以有0個或多個內(nèi)含子外顯子：決定基因表達成什么樣的蛋白質(zhì)DNARNA5’3’啟動子外顯子5’UTR3’UTR外顯子5’UTR3’UTR轉(zhuǎn)錄內(nèi)含子克?。簾o性繁殖生物分子的復(fù)制少量、不可見、不可測定大量、可測定（或可見）

PCR（PolymeraseChainReaction）聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR是一種體外酶促合成特定DNA片斷的技術(shù)，是根據(jù)人類的需要對復(fù)雜生命過程的一種簡單化的模擬。PCR技術(shù)的原理是DNA半保留復(fù)制。歷史1960s-1970s：基因的體外分離技術(shù)。Khorana（1971）：美國MIT教授、1968年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎得主“經(jīng)過DNA變性，與合適引物雜交，用DNA聚合酶延伸引物，并不斷重復(fù)該過程便可克隆tRNA基因”。核酸體外擴增最早設(shè)想遺忘:

當(dāng)時很難進行測序和合成寡核苷酸引物；當(dāng)時(1970)Smith等發(fā)現(xiàn)了內(nèi)切酶，體外克隆基因成為可能KaryMullis(1985)發(fā)明過程

Mullis在“偶然想出的聚合酶鏈反應(yīng)”一文中寫到:

“這種簡單得令人驚奇，可以無限量地拷貝DNA片段的方法是在不可想象的情況下，即駕車行駛在月色下的加利福尼亞山間公路上時想出來的”。專利官司1987年美國專利局專利授權(quán)1989年，DuPont異議，大小公司對簿公堂，將決定誰將獲得諾貝爾獎。DuPont理由是，1971年P(guān)CR的雛形已由Khorana一系列文章闡明，并公布于眾，應(yīng)當(dāng)是公共產(chǎn)權(quán)。斯坦福大學(xué)Kornberg（研究DNA聚合酶獲諾貝爾獎）也認為，任何具備生物技術(shù)知識的人都可以從Khorana等的文章中推知如何操作PCR。美國專利局駁回DuPont異議，地方法院判屬CetusCetus獲勝后馬上反訴，指出DuPont已侵犯另一項與PCR有關(guān)的專利并要求對方賠償以及不再銷售與PCR有關(guān)試劑和儀器PCR發(fā)展速度驚人，沒有一種技術(shù)能與之相比引用論文最多、應(yīng)用范圍十分廣泛1993年度諾貝爾化學(xué)獎：Mullis，與開創(chuàng)了“寡核苷酸基因定點誘變”加拿大籍英國科學(xué)家MichaelSmith共獲

DENATURATION

93°C-95°C

退火

37°C-72°C延伸反應(yīng)

72°C25-35循環(huán)變性

93°C-95°C

最后延伸體外DNA復(fù)制原理Klenow酶早期采用該酶不耐熱，缺點有①溫度要求低(37℃)，受熱即失活；②產(chǎn)物特異性不高；③積累大量的失活殘酶，使反應(yīng)產(chǎn)物純度大大降低；④擴增的最長序列約400bp（Taq酶則能擴增10kb）TaqDNA聚合酶分離:1969年，美國黃石國家公園溫泉分子量:94KDa活性：在幾種水生棲熱菌中活性最高，200000U/mgTaqDNA聚合酶離子需要：對Mg2+、單價離子性質(zhì)和濃度較敏感。最適濃度為50mmol/L。忠實性:沒有校正單核苷酸錯配功能--致命弱點。一般出錯率為2×10-4核苷酸/每輪循環(huán)，利用PCR克隆、測序時尤應(yīng)注意。TaqDNA聚合酶抑制劑:尿素、乙醇、DMSO、DMF、甲酰胺、SDS及許多其他化學(xué)藥劑。內(nèi)源DNA:不同來源的酶可能由于制備過程中殘留的原細菌DNA或PCR產(chǎn)物的污染而含有不明來源的DNA。在使用擴增保守序列的通用引物時，會在無模板對照管出現(xiàn)擴增帶。保存:在-20℃至少6個月。PCR技術(shù)應(yīng)用：遺傳性疾病診斷地中海貧血的基因診斷血友病苯丙酮尿癥PCR技術(shù)應(yīng)用：傳染性疾病診斷肝炎性病腫瘤PCR技術(shù)應(yīng)用：法醫(yī)學(xué)個人識別、親子鑒定1985年，英國遺傳學(xué)家Jeffreys采用DNA指紋圖譜進行個人識別和親子鑒定。有時犯罪物證量很少，不足以用來進行DNA指紋分析，PCR有效解決這些問題。對于犯罪現(xiàn)場中遺留的少量生物物證，如一根毛發(fā)、一滴血等都可用于分析，在法醫(yī)學(xué)上認證罪犯、親子鑒定以及人的性別鑒定中PCR技術(shù)被普遍采用。PCR技術(shù)應(yīng)用：植物遺傳育種構(gòu)建遺傳圖譜、分離目的基因、基因定位分子標(biāo)記輔助育種了解不同品種間的親緣關(guān)系、系統(tǒng)進化PCR技術(shù)應(yīng)用：畜牧畜禽病診斷:豬偽狂犬病毒、豬口蹄疫病毒、豬瘟病毒、牛白血病毒、牛病毒、性腹瀉病毒、免疫缺陷病毒等檢測性別鑒定：牛、綿羊Y染色體上特異

DNA片段構(gòu)建基因圖譜檢測基因整合與表達：轉(zhuǎn)基因魚PCR技術(shù)應(yīng)用：植物保護殺蟲病原微生物的基因型鑒定植物病原微生物分類形態(tài)學(xué)上相似性和潛在的血清學(xué)交互反應(yīng)，用常規(guī)方法難以區(qū)分，采用反轉(zhuǎn)錄PCR（RT-PCR）可準(zhǔn)確快速區(qū)分①考古學(xué)②植物分類學(xué)③群體生態(tài)學(xué)PCR技術(shù)應(yīng)用：其他：基因重組子曰：“工欲善其事，必先利其器。居是邦也，事其大夫之賢者，友其士之仁者。限制性核酸內(nèi)切酶核酸連接酶Ctrl+XCtrl+V限制性核酸內(nèi)切酶：（限制酶）能在專一性位點切割單鏈或雙鏈DNA的酶，來源于細菌或古生菌，具有抵抗外來核酸物質(zhì)的入侵的作用。酶名稱來源識別位點EcoRⅠEcoRⅠ-N-C-T-T-A-A↓G-N-5′5′N-G↑A-A-T-T-C-N-BamHⅠBacillusamyloliquefaciensH-N-C-C-T-A-G↓G-N-5′5′N-G↑G-A-T-C-C-N-HindⅡHemophilusinfluenzaeD-C-A-Pu↓Py-T-G-5′5′G-T-Py↑Pu-A-C-HindⅢHemoph