動(dòng)物遺傳緒論

動(dòng)物遺傳緒論第1頁/共54頁

我國勞動(dòng)人民在早期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和家畜飼養(yǎng)過程中就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到遺傳和變異現(xiàn)象的存在。早期人們對(duì)其有各種離奇的解釋——如：公元前3世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為遺傳是通過血液進(jìn)行的；隨著精子的發(fā)現(xiàn)，荷蘭學(xué)者斯瓦默丹（1637-1680）認(rèn)為遺傳是通過精子實(shí)現(xiàn)的。

17世紀(jì)以后，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，人們把遺傳現(xiàn)象同生物的有性過程結(jié)合起來，才以科學(xué)的理論解釋了遺傳現(xiàn)象。

(一)人們對(duì)遺傳變異的早期認(rèn)識(shí)第2頁/共54頁（二）近代遺傳學(xué)的奠基

19世紀(jì)是生物科學(xué)的興盛時(shí)期，這一世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)中有兩個(gè)是生物科學(xué)方面的。一個(gè)是偉大的生物學(xué)家達(dá)爾文提出的進(jìn)化論，另一個(gè)是細(xì)胞學(xué)說。在近代遺傳學(xué)的發(fā)展中，有幾個(gè)代表性人物——第3頁/共54頁1.拉馬克：用進(jìn)廢退和獲得性狀遺傳拉馬克認(rèn)為：生物物種是可變的；遺傳變異遵循“用進(jìn)廢退和獲得性狀遺傳”規(guī)律拉馬克的主要研究領(lǐng)域是生物物種進(jìn)化。器官用進(jìn)廢退和獲得性狀遺傳假說用進(jìn)廢退：生物變異的根本原因是環(huán)境條件的改變獲得性狀遺傳：所有生物變異(獲得性狀)都是可遺傳的，并在生物世代間積累第4頁/共54頁拉馬克①長頸鹿是因?yàn)殚L期吃樹葉，所以頸越來越長；②人的盲腸退化了；③家雞上圈不會(huì)飛。第5頁/共54頁認(rèn)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(dòng)，最后匯集到生殖器官里，形成生殖細(xì)胞，當(dāng)受精卵發(fā)育成成體時(shí)，各種泛生粒又進(jìn)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。他的理論推翻了神創(chuàng)論，但對(duì)遺傳變異的本質(zhì)未能真正了解。

2.達(dá)爾文：泛生假說(hypothesisofpangensis)第6頁/共54頁3.魏斯曼：種質(zhì)連續(xù)論新達(dá)爾文主義在生物進(jìn)化方面支持達(dá)爾文的選擇理論，但在遺傳上否定獲得性狀遺傳和泛生說，魏斯曼是其首創(chuàng)者。種質(zhì)連續(xù)論(theoryofcontinuityofgermplasm)多細(xì)胞生物由種質(zhì)和體質(zhì)組成：種質(zhì)指生殖細(xì)胞，種質(zhì)是獨(dú)立的、連續(xù)的、能夠產(chǎn)生后代的種質(zhì)和體質(zhì)；體質(zhì)指體細(xì)胞，是不連續(xù)的，遺傳性的變異由種質(zhì)引起，環(huán)境引起的體質(zhì)變異是不遺傳的。種質(zhì)就是生殖細(xì)胞中的染色體。

種質(zhì)連續(xù)論為遺傳學(xué)的建立開辟了道路第7頁/共54頁4.高爾頓：融合遺傳假說融合遺傳認(rèn)為：

雙親的遺傳成分在子代中發(fā)生融合，而后表現(xiàn)根據(jù)是，子女的許多特性均表現(xiàn)為雙親的中間類型。因此高爾頓及其學(xué)生畢爾生致力于用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究親代與子代間性狀表現(xiàn)的關(guān)系.所創(chuàng)建的一系列生物數(shù)學(xué)分析方法，為數(shù)量遺傳、群體遺傳的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。第8頁/共54頁5.孟德爾：遺傳因子假說遺傳因子假說認(rèn)為：生物性狀受細(xì)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(dú)立分配兩個(gè)基本規(guī)律這兩個(gè)規(guī)律是近現(xiàn)代遺傳學(xué)最主要的、不可動(dòng)搖的基礎(chǔ)1856～1864，與達(dá)爾文同時(shí)代人，孟德爾做了豌豆雜交試驗(yàn)，于1866年發(fā)表了《植物雜交實(shí)驗(yàn)》論文。真正揭開了遺傳規(guī)律的秘密。第9頁/共54頁第10頁/共54頁（三）遺傳學(xué)的建立和發(fā)展第11頁/共54頁第12頁/共54頁2.全面發(fā)展時(shí)期(1910-1952)

形成了近代遺傳學(xué)的主要內(nèi)容與研究領(lǐng)域，也是本課程的主要內(nèi)容

（1）細(xì)胞遺傳學(xué)/經(jīng)典遺傳學(xué)(1910-1940)

1910，摩爾根等：性狀連鎖遺傳規(guī)律（2）數(shù)量遺傳學(xué)與群體遺傳學(xué)基礎(chǔ)(1920-)

費(fèi)希爾等：數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法在遺傳分析中的應(yīng)用第13頁/共54頁1910年前后，摩爾根以果蠅為材料，發(fā)現(xiàn)了性狀的連鎖和交換，證明基因位于染色體上呈直線排列，從而發(fā)展了細(xì)胞遺傳學(xué)。證實(shí)和完善了經(jīng)典遺傳學(xué)的基本定律。摩爾根于1933年獲諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)。細(xì)胞遺傳學(xué)奠基人—摩爾根（Morgan,T.H）第14頁/共54頁Morgan,T.H第15頁/共54頁摩爾根研究的材料—果蠅第16頁/共54頁2.全面發(fā)展時(shí)期(1910-1952)(3)微生物遺傳學(xué)及生化遺傳學(xué)(1940-1953)

1941，比德爾等：等用紅色面包霉為材料，研究基因的生理和生化功能、分子結(jié)構(gòu)及誘發(fā)突變等問題，提出一個(gè)基因一個(gè)酶1944，阿委瑞（Q.T.Avery）和麥克勞德(C.M.Macleod)根據(jù)格里費(fèi)斯的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化首次直接證明了DNA是真正的遺傳物質(zhì)。1952，赫爾歇和蔡斯做了噬菌體浸染實(shí)驗(yàn)證實(shí)了DNA的遺傳傳遞作用。但是，DNA的結(jié)構(gòu)是怎樣的哪?1953，美學(xué)者沃森、英學(xué)者克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。第17頁/共54頁(4)其它研究方向——1927年，MullerHJ（穆勒）和StadlerLJ（斯特德勒）：人工誘變，幾乎同時(shí)采用?射線，分別誘發(fā)果蠅和玉米突變成功?！?937，布萊克斯里等：利用秋水仙素誘導(dǎo)植物多倍體成功。雜種優(yōu)勢的遺傳理論。第18頁/共54頁3.分子遺傳學(xué)時(shí)期(1953-)1953年Watson和Crick提出DNA分子雙螺旋(doublehelix)模型，是分子遺傳學(xué)及以之為核心的分子生物學(xué)建立的標(biāo)志；20世紀(jì)70年代以來，分子遺傳學(xué)、分子生物學(xué)及其實(shí)驗(yàn)技術(shù)得到飛速發(fā)展。第19頁/共54頁第20頁/共54頁3.分子遺傳學(xué)時(shí)期(1953----)建立了以DNA重組技術(shù)為核心的遺傳工程，為生物遺傳定向操作奠定了基礎(chǔ)；取得了人類、多種農(nóng)業(yè)和實(shí)驗(yàn)生物基因組的DNA序列信息(結(jié)構(gòu)基因組學(xué))；開創(chuàng)了功能基因組學(xué)研究(后基因組學(xué))。新研究領(lǐng)域開創(chuàng)與分支學(xué)科形成的要素：代表性人物；新的研究技術(shù)與方法體系：物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的新理論與技術(shù)；開創(chuàng)性的研究成果(代表性的試驗(yàn))。第21頁/共54頁20世紀(jì)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(xì)菌對(duì)抗生素抗性的質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)等，已使遺傳學(xué)的發(fā)展走在了生物科學(xué)的前面。

20世紀(jì)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(shí)現(xiàn)，能進(jìn)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(lǐng)域。第22頁/共54頁1969，GallGJ和MLPardue；JohnH，MLBirnstiel和KWJones發(fā)展原位雜交技術(shù)來作特定核苷酸序列的細(xì)胞學(xué)定位。

1975年，SouthemEM發(fā)明了Southem雜交法，即將DNA片段從瓊脂糖凝膠轉(zhuǎn)移到硝化纖維素濾膜上的方法，濾膜再與標(biāo)記DNA（放射性標(biāo)記）雜交，雜交分子用放射自顯影檢測。

1977年，AlwineJC，KempDJ和StarkGR發(fā)明了“northern”雜交。

第23頁/共54頁1987年，GrimsleyN和HohnT等首次利用土壤農(nóng)桿菌Ti系統(tǒng)將病毒DNA轉(zhuǎn)移到玉米，開創(chuàng)了遺傳工程時(shí)代。第24頁/共54頁

1970S，人工分離和合成基因，建立了遺傳工程（例如轉(zhuǎn)基因植物、動(dòng)物等)。20世紀(jì)80年代—隨著基因工程技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，從而使人類在定向改造生物方面跨進(jìn)到一個(gè)新的階段。1987年，GrimsleyN和HohnT等首次利用土壤農(nóng)桿菌Ti系統(tǒng)將病毒DNA轉(zhuǎn)移到玉米，開創(chuàng)了遺傳工程時(shí)代。第25頁/共54頁

遺傳工程的發(fā)展，使人類在改變生物性狀上將取得更多的自由，它的深遠(yuǎn)影響：不僅在于可以打破物種界限，克服遠(yuǎn)緣雜交的困難，能夠有計(jì)劃地培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆等優(yōu)良的動(dòng)植物和微生物品種，大幅度地提高農(nóng)業(yè)和工業(yè)的生產(chǎn)；而且將可以有效地治療人類的某些遺性疾病，并可能從根本上控制癌細(xì)胞的發(fā)生，造福人類。第26頁/共54頁人類基因組計(jì)劃——阿波羅登月計(jì)劃曼哈頓原子彈計(jì)劃

第27頁/共54頁第28頁/共54頁第29頁/共54頁第30頁/共54頁第31頁/共54頁第32頁/共54頁第33頁/共54頁

日本于1991年4月提出了與HGP同等重要的“水稻基因組計(jì)劃”(ricegenomeproject，RGP)，1991年10月正式實(shí)施。通過該計(jì)劃，將繪制出水稻所有12條染色體的遺傳圖譜，并對(duì)全部cDNA進(jìn)行序列分析、組織特異性表達(dá)和基因功能研究。1992年8月，中國根據(jù)國情正式宣布實(shí)施自己的“水稻基因組研究計(jì)劃”，現(xiàn)已完成水稻基因組物理圖譜的構(gòu)建。第34頁/共54頁

后基因組學(xué)：后基因組學(xué)(post-genomics)是在完成基因組圖譜構(gòu)建以及全部序列測定的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究全基因組的基因功能、基因之間的相互關(guān)系和調(diào)控機(jī)制為主要內(nèi)容的學(xué)科。目前人類基因組計(jì)劃已測定了人類基因組序列中全部的核苷酸序列。但是，要分析構(gòu)成基因組中的各個(gè)基因的功能，弄清楚共有多少基因表達(dá)、何時(shí)表達(dá),、受什么因子控制等，將比序列測定本身要復(fù)雜的多，需要的時(shí)間也長得多。有人估計(jì)還得花幾十年甚至上百年時(shí)間才能完成這一工作。第35頁/共54頁第36頁/共54頁總結(jié)第37頁/共54頁第38頁/共54頁第39頁/共54頁三、遺傳學(xué)的應(yīng)用

據(jù)估計(jì)，由有性雜交培育新品種比自然進(jìn)化快一萬倍，而遺傳工程培育新品種則能提高到一億到十億倍?？梢娙暨z傳工程若內(nèi)能在農(nóng)業(yè)上付諸實(shí)施的話，將會(huì)使農(nóng)業(yè)發(fā)生巨大變化。第40頁/共54頁

新品選育：如1970年，N.E.Borlaug應(yīng)用植物遺傳學(xué)原理，通過雜交方式，綜合了美國、日本、澳大利亞的小麥優(yōu)良基因，培育出了產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)的墨西哥小麥品種；美國由于推廣了雜交玉米，使增產(chǎn)250%（1940—1980）；通過育種手段，使原來的高桿水稻變成抗倒伏耐水肥的矮桿品種，即水稻育種上的矮化革命，使水稻產(chǎn)量大幅度提高；利用細(xì)胞融合，改善作物品質(zhì)----1983年“向日豆”的產(chǎn)生是將豆類Pr基因轉(zhuǎn)入sunflower→sunbean.在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用第41頁/共54頁第42頁/共54頁

目前，利用基因工程技術(shù)已培育出許多抗除草劑、抗蟲、抗病、抗逆的優(yōu)良品系或品種，很多已經(jīng)大面積種植推廣。第43頁/共54頁第44頁/共54頁現(xiàn)代遺傳育種理論對(duì)育種效率的影響

湖北白豬5個(gè)世代缺陷乳頭數(shù)選擇效果世代

G0G1G2G3G4樣本含量333170157167155缺陷乳頭豬頭數(shù)3919953發(fā)生率（%）11.7111.25.73.01.9第45頁/共54頁第46頁/共54頁第47頁/共54頁

遺傳學(xué)的發(fā)展使工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了重大變革，特別是醫(yī)藥工業(yè)，不斷選出新的抗生素品種，并使其產(chǎn)量成百倍的增長。微生物發(fā)酵工業(yè)，大大推進(jìn)了AA和核苷酸的生產(chǎn)。利用遺傳工程成功地人工合成人腦激素和胰島素。以及在環(huán)保上處理“三廢”等。在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用

應(yīng)用基因工程生產(chǎn)人的蛋白質(zhì)的方法是在細(xì)菌中表達(dá)人的胰島素(insulin)，這個(gè)基因工程產(chǎn)品在1982年就獲得臨床應(yīng)用專利。生產(chǎn)：①100千克胰島原料→生產(chǎn)3-4克，而用“胰島素基因工程”生產(chǎn)，10種發(fā)酵液即可生產(chǎn)3-4克。第48頁/共54頁②干擾素是種多功能Pr，抑制病毒生長和細(xì)胞分裂，對(duì)治療癌癥大有意義。但生產(chǎn)1mg耗資4萬美元，而用“干擾素基因工程”只需不足10美元。③腦激素具有調(diào)節(jié)生長的功能，治療侏儒癥。生產(chǎn)5mg產(chǎn)品需50萬頭羊的腦組織，而用“生長激素基因工程”生產(chǎn)，用100gE.coli就足以解決問題。利用類似的方法，已在細(xì)菌中生產(chǎn)10多種醫(yī)藥產(chǎn)品，如表皮生長因子、人生長激素因子、干擾素、乙型肝炎工程疫苗等。

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①一些“超級(jí)”細(xì)菌可以清除環(huán)境中有毒的汞與炔類。②有的作高級(jí)“清潔工”高效率清除污油，如海面上有嚴(yán)重的浮油污染，有一般細(xì)菌清除需一年以上，而用這種高級(jí)“清潔工”細(xì)菌僅需數(shù)小時(shí)即可。③利用“工程菌”還可從工廠排出的廢液中回收一些產(chǎn)品，以供需要。例如：從2噸木紙漿的廢液中，可生產(chǎn)一噸飼料Pr。在環(huán)保上的應(yīng)用第50頁/共54頁

在醫(yī)學(xué)上的指導(dǎo)作用①遺傳疾病的防治。如血友病、腫瘤，先天愚型