遺傳多樣性研究的理論課件

遺傳多樣性研究的理論

方法及應(yīng)用

第一節(jié)

遺傳多樣性概述

1、遺傳多樣性的根本概念2、遺傳多樣性的本質(zhì)3、遺傳多樣性的層次分子水平、細(xì)胞水平、個(gè)體水平、種群水平4、遺傳多樣性在進(jìn)化上的意義5、遺傳多樣性的應(yīng)用價(jià)值6、遺傳多樣性的現(xiàn)狀及展望1、遺傳多樣性的根本概念遺傳多樣性(geneticdiversity)可以泛指地球上所有生物的遺傳信息的總和，包括不同物種間以及物種內(nèi)的遺傳變異。狹義的遺傳多樣性，即通常所說(shuō)的遺傳多樣性，主要是指物種內(nèi)的不同種群間以及種群內(nèi)不同個(gè)體間的遺傳變異。2、遺傳多樣性的本質(zhì)遺傳多樣性的本質(zhì)是生物體在遺傳物質(zhì)上的變異，即編碼遺傳信息的核酸(DNA或RNA)在組成和結(jié)構(gòu)上的變異。遺傳多樣性的研究對(duì)象主要集中在物種的可遺傳變異上。由于發(fā)育的可塑性及環(huán)境條件的作用而產(chǎn)生的形態(tài)學(xué)或生理學(xué)變化，不構(gòu)成遺傳多樣性，因?yàn)檫@類差異沒(méi)有相應(yīng)的遺傳根底。這方面的例子諸如，某些生物的不同生活史階段的形態(tài)學(xué)型，動(dòng)物由于營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境導(dǎo)致的高矮、胖瘦等。3、遺傳多樣性的層次遺傳多樣性的表現(xiàn)形式是多層次的。在分子水平，可表現(xiàn)為核酸、蛋白質(zhì)、多糖等生物大分子的多樣性；在細(xì)胞水平可表達(dá)在染色體結(jié)構(gòu)的多樣性以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的多樣性；在個(gè)體水平，可表現(xiàn)為生理代謝差異、形態(tài)發(fā)育差異以及行為習(xí)性的差異。遺傳多樣性通過(guò)對(duì)上述各層次的生物性狀的影響，導(dǎo)致生物體的不同適應(yīng)性，進(jìn)而影響生物的分布和演化。此外，人們也發(fā)現(xiàn)，許多遺傳變異并不導(dǎo)致任何可觀測(cè)到的表型上的差異。4、遺傳多樣性在進(jìn)化上的意義遺傳變異是生物進(jìn)化的內(nèi)在源泉，因而，遺傳多樣性及其演變規(guī)律是生物多樣性及進(jìn)化生物學(xué)研究中的核心問(wèn)題之一。遺傳結(jié)構(gòu)與物種繁衍或?yàn)l危滅絕密切相關(guān)，遺傳多樣性在一定程度上決定了物種的分布以及數(shù)量多樣性。缺乏對(duì)生物遺傳多樣性的深入研究，就無(wú)法完整地認(rèn)識(shí)物種的進(jìn)化過(guò)程或適應(yīng)機(jī)理，以及種群地理分布格局、數(shù)量增長(zhǎng)及物種滅絕等問(wèn)題。5、遺傳多樣性的應(yīng)用價(jià)值遺傳多樣性研究也具有十分重要的實(shí)踐意義。遺傳多樣性是生物界幾十億年進(jìn)化所產(chǎn)生的珍貴資源，是人類生存和社會(huì)生產(chǎn)開(kāi)展的根底。對(duì)遺傳多樣性的掌握和有效利用，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)生物學(xué)、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究的一個(gè)前沿領(lǐng)域。特別表現(xiàn)在諸如：動(dòng)植物優(yōu)良品種選育、新的藥物的發(fā)現(xiàn)和制取、人類遺傳疾病的診斷治療、生物活性物質(zhì)的基因工程生產(chǎn)、生物資源的鑒別和利用、有害生物的檢測(cè)和防治等方面。6、遺傳多樣性的現(xiàn)狀及展望長(zhǎng)期以來(lái)，受技術(shù)手段的限制，生物多樣性研究主要集中于宏觀方面，諸如，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜性、物種多樣性、群落結(jié)構(gòu)及演替、種群數(shù)量動(dòng)態(tài)等方面，有關(guān)遺傳多樣性的一些重要內(nèi)容很少涉及。近二三十年來(lái)，現(xiàn)代分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的迅速開(kāi)展，使遺傳多樣性的研究與開(kāi)發(fā)利用有了突飛猛進(jìn)的開(kāi)展。遺傳多樣性的研究，將對(duì)生物學(xué)理論開(kāi)展和生物技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生越來(lái)越重要的作用。第二節(jié)遺傳多樣性的主要來(lái)源變異是生物進(jìn)化的源泉，生物的變異由以下幾個(gè)局部構(gòu)成：1、環(huán)境飾變；2、遺傳重組；3、突變：包括基因突變和染色體突變；4、自然選擇；5、隨機(jī)遺傳漂；1、環(huán)境飾變雖然生物的性狀是由遺傳決定的，但環(huán)境對(duì)基因的表達(dá)及表達(dá)的方式具有影響，從而使相同或相似的基因產(chǎn)生不同的表型。基因與環(huán)境的相互作用豐富了遺傳多樣性的內(nèi)容。例子：環(huán)境對(duì)植物體內(nèi)次生代謝產(chǎn)物的影響；人類智利的遺傳2、遺傳重組進(jìn)行有性生殖的生物在生殖細(xì)胞形成的減數(shù)分裂過(guò)程中，非連鎖基因可以自由分裂，進(jìn)入不同的生殖細(xì)胞，并在受精過(guò)程中自由組合，這極大地豐富了生物遺傳多樣性的來(lái)源。遺傳重組是生物最直接和最重要的遺傳變異的來(lái)源。通過(guò)遺傳重組，可以在有限基因的根底上產(chǎn)生無(wú)限的性狀重組。遺傳重組還包括人為改變的DNA分子，基因工程實(shí)質(zhì)上是一種遺傳重組技術(shù)。重組包括了在分子水平上的DNA分子間的重組以及相對(duì)宏觀層次的染色體重組。在自然狀態(tài)下，染色體重組是遺傳重組的主要形式。3、突變突變也稱之為遺傳突變。遺傳突變包括點(diǎn)突變和染色體突變。點(diǎn)突變包括堿基替換、插入、缺失的突變。點(diǎn)突變的例子是鐮刀型血細(xì)胞貧血癥。染色體突變是指染色體結(jié)構(gòu)、數(shù)目和大小的改變。染色體結(jié)構(gòu)改變包括缺失、易位、到位。而染色體數(shù)目的變化包括非整倍體、單倍體和多倍體。自發(fā)突變率致突變因素4、自然選擇在一般情況下，自然選擇傾向于減少生物的遺傳多樣性，但在某些時(shí)候，有些新產(chǎn)生的基因可以通過(guò)自然選擇在種群中得到固定，從而增加生物的遺傳多樣性。如果沒(méi)有自然選擇，這些新產(chǎn)生的基因可能因遺傳漂變而不能在種群中得到固定。5、隨機(jī)遺傳漂隨機(jī)遺傳漂變是指中性及近中性的基因在種群中隨機(jī)固定的現(xiàn)象。在小種群中容易發(fā)生遺傳漂變，而在大種群中較不容易發(fā)生遺傳漂變。遺傳漂變的結(jié)果增加了生物種群中的基因數(shù)量，從而增加了遺傳多樣性。因?yàn)橹行约敖行允怯袟l件的，在條件改變時(shí)，這些基因可能就會(huì)成為有利基因，當(dāng)然，也可能是有害基因。第三節(jié)種群遺傳結(jié)構(gòu)遺傳多樣性的存在形式，主要表達(dá)在種群遺傳結(jié)構(gòu)的組成和變化上。種群遺傳結(jié)構(gòu)泛指遺傳物質(zhì)在種群水平上的存在格局或特征，包括基因頻率、基因型頻率、交配與繁殖模式、種群遺傳分化、種群間基因交流模式等。1、基因和基因型基因基因型基因頻率：是指某一等位基因在特定種群內(nèi)出現(xiàn)的概率?；蛐皖l率：是指在一個(gè)種群中，某一特定的基因型(等位基因的不同組合)的個(gè)體在整個(gè)種群中所占的比例，或出現(xiàn)的概率。2、種群和基因庫(kù)種群的根本概念。種群是生物存在和進(jìn)化的根本單位。進(jìn)化的概念基因庫(kù)(genepool)與遺傳多樣性是同義詞，狹義的基因庫(kù)是指一個(gè)孟德?tīng)柗N群中所有個(gè)體全部基因的總和。基因庫(kù)也可以用來(lái)指一個(gè)物種、甚至地球上所有物種所攜帶的基因的總和。3、哈代-溫伯格平衡定義：重要意義：該定律是群體遺傳學(xué)(種群遺傳學(xué))許多理論理論模型建立的根底。它是群體遺傳學(xué)的核心。分子進(jìn)化的中心理論，以及有關(guān)分子遺傳多樣性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析均是建立在該定律根底上。第四節(jié)

評(píng)價(jià)種群遺傳多樣性的指標(biāo)1、雜合度和基因多樣度雜合度基因多樣度遺傳雜合性指標(biāo)的應(yīng)用2、遺傳距離3、核苷酸多樣性4、固定指數(shù)5、共享帶率第五節(jié)

影響遺傳多樣的一些重要過(guò)程1、小種群的遺傳效應(yīng)①遺傳漂變②奠基者效應(yīng)③瓶頸效應(yīng)2、生殖方式④近親交配與有效種群大?、萁凰ネ?、種群間基因流動(dòng)⑥基因交流程度的分析⑦因交流的模式及分析第六節(jié)遺傳多樣性研究的分子生物學(xué)技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)，由于研究手段的局限性，遺傳多樣性的實(shí)際數(shù)據(jù)很難獲得。傳統(tǒng)的遺傳多樣性實(shí)驗(yàn)研究方法主要依靠表型性狀變異的分析，即利用表型性狀遺傳標(biāo)記，結(jié)合生理特性、生活習(xí)性等方面的差異來(lái)探討遺傳多樣性。此外，也應(yīng)用交配繁殖實(shí)驗(yàn)、家系分析、染色體形態(tài)學(xué)分析等手段來(lái)分析種群的遺傳多樣性。利用表型性狀來(lái)研究遺傳多樣性的主要缺點(diǎn)，是可供分析的基因位點(diǎn)太少，不能得到客觀全面的遺傳變異信息；其次，表型性狀的遺傳標(biāo)記還會(huì)受到生物發(fā)育階段、環(huán)境條件等影響。第六節(jié)遺傳多樣性研究的分子生物學(xué)技術(shù)20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)了蛋白質(zhì)電泳技術(shù)，以它為實(shí)驗(yàn)根底的同工酶、等位酶分析方法開(kāi)辟了種群遺傳變異研究的一個(gè)新時(shí)代。從70年代末至今，一系列更為敏感的檢測(cè)．DNA水平遺傳變異的方法逐步開(kāi)展起來(lái)，如RFLP、DNA指紋、AFLP、DNA序列分析等，尤其是80年代聚合酶鏈?zhǔn)椒错?PCR)的創(chuàng)造和熱穩(wěn)定性DNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)，極大地促進(jìn)了DNA分析技術(shù)在群體遺傳學(xué)和遺傳多樣性研究中的應(yīng)用。第七節(jié)遺傳多樣性的保護(hù)與管理1、野生生物的遺傳多樣性研究2