遺傳學(xué)001緒論課件

生物學(xué)教研室韓桂琪hanguiqi@163.co1章緒論

遺傳學(xué)的涵義

遺傳學(xué)的發(fā)展

遺傳學(xué)的應(yīng)用

第1章緒論

第一節(jié)遺傳學(xué)的涵義

一.遺傳學(xué)的定義生物和非生物的本質(zhì)區(qū)別之一是生物能夠自我復(fù)制，從而構(gòu)成生命的連續(xù)系統(tǒng)。遺傳和變異是生物界最普遍和最基本的兩個特征。

6遺傳學(xué)（Genetics）：基本涵義：研究生物遺傳和變異規(guī)律的科學(xué)。遺傳和變異由遺傳信息決定，遺傳學(xué)也可以認(rèn)為研究生物體遺傳信息的組成、傳遞、和表達規(guī)律的科學(xué)。遺傳信息是基因結(jié)構(gòu)和功能之間因果制約關(guān)系的體現(xiàn)?，F(xiàn)代遺傳學(xué)定義為研究基因的結(jié)構(gòu)、功能及其變異、傳遞和表達規(guī)律的科學(xué)，遺傳和變異的關(guān)系在整個生物界，遺傳是保守的，而變異是發(fā)展的，遺傳和變異是矛盾的兩方面相互制約又相互依存。沒有變異，生物界就是去了進化的素材，遺傳只能簡單的重復(fù)，失去遺傳，變異也不能積累，生物也就不能進化。

遺傳和變異是生物進化發(fā)展和新物種形成的內(nèi)在因素。10選擇：自然選擇和人工選擇變異自然選擇遺傳創(chuàng)造變異人工選擇遺傳進化新品種

二.遺傳學(xué)的研究內(nèi)容

(一).遺傳學(xué)研究的對象：

以微生物(細(xì)菌、真菌、病毒)、植物和動物以及人類為對象，研究其遺傳變異規(guī)律。

遺傳學(xué)的研究內(nèi)容：１.基因組的結(jié)構(gòu)和功能，基因組的核苷酸序列與生物學(xué)功能之間的關(guān)系。２.基因的結(jié)構(gòu)與功能，基因在染色體的定位與作圖。３.基因在世代之間的傳遞方式與規(guī)律。４.基因變異的類型、規(guī)律及其分子機制。５.基因轉(zhuǎn)化為性狀所需各種內(nèi)外環(huán)境條件，即基因表達的規(guī)律及其調(diào)控的分子機制。

第1章緒論

第二節(jié)遺傳學(xué)的發(fā)展

一.遺傳學(xué)的誕生

(一).現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展前16古人對遺傳學(xué)知識的運用和積累夫種麥而得麥，種稷而得稷，人不怪也——呂氏春秋桔逾淮北而為枳，牡丹歲取變者以為新——南北朝男女同姓，其生不蕃——左傳·僖公元年公元前4000年古巴比倫馬頭像石刻和古埃及人工授粉育種石刻。公元前5-4世紀(jì)希波克拉底學(xué)派，亞里斯多德說。

1.遺傳學(xué)起源于育種實踐：人類

生產(chǎn)實踐

遺傳和變異

選擇

優(yōu)良品種(馴養(yǎng)動物；栽培谷物);2.18世紀(jì)下半葉和19世紀(jì)上半葉期間，拉馬克和達爾文對生物界遺傳和變異進行了系統(tǒng)的研究：拉馬克(J.B.deLamarck,1744-1829)認(rèn)為：遺傳變異遵循“用進廢退和獲得性狀遺傳”規(guī)律，環(huán)境是引起生物變異的根本原因;

器官的用進廢退(useanddisuseoforgan)學(xué)說：如長頸鹿的頸、家雞的翅膀。

獲得性狀遺傳(inheritanceofacquiredcharacters)學(xué)說。

達爾文(C.R.Darwin,1809-1882)在解釋生物進化時也對生物的遺傳、變異機制進行了假設(shè)，1868年提出了泛生假說(theoryofpangenesis)，認(rèn)為：遺傳物質(zhì)是存在于生物器官中的“泛子/泛生?！保豢梢苑至逊敝?，流動到生殖器官，形成生殖細(xì)胞。受精卵發(fā)育成成體時，泛生粒就進入各器官發(fā)揮作用而表現(xiàn)親代的性狀。如果親代泛生粒發(fā)生變異，則子代表現(xiàn)變異。

“泛生論”至今未獲得科學(xué)的證實。

達爾文以博物學(xué)家的身份進行了五年的環(huán)球旅行，完成了他的考察工作。

1859年，達爾文發(fā)表名著《物種起源》(OriginofSpecies)，提出自然選擇和人工選擇(naturalselec-tion&artificialselection)的進化學(xué)說，認(rèn)為生物是由簡單

復(fù)雜、低級

高級逐漸進化的。

1892年，魏斯曼(A.Weismann,1834-1914)提出種質(zhì)連續(xù)論(theoryofcontinuityofgermplasm)，否定獲得性狀遺傳。

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，負(fù)責(zé)生殖和遺傳；體質(zhì)指體細(xì)胞，負(fù)責(zé)營養(yǎng)活動。

種質(zhì)是“潛在的”，世代相傳，不受體質(zhì)和環(huán)境影響，所以獲得性狀不能遺傳；體質(zhì)由種質(zhì)產(chǎn)生，不能遺傳。

種質(zhì)在世代間連續(xù)，遺傳是由具有一定化學(xué)成分和一定分子性質(zhì)的物質(zhì)(種質(zhì))在世代間傳遞實現(xiàn)的。

一.遺傳學(xué)的誕生

(二).現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展階段(1910之前)

孟德爾(G.J.Mendel，1822-1884)根據(jù)8年(1856-1864)豌豆雜交實驗，于1866年發(fā)表《植物雜交試驗》(ExperimentsonPlantHybrids)論文，提出遺傳因子假說。并應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)方法分析和驗證了這些假設(shè)。認(rèn)為：

生物性狀受細(xì)胞內(nèi)遺傳因子(hereditaryfactor)控制。遺傳因子在生物性狀世代間傳遞遵循分離和獨立分配兩個基本規(guī)律。

這兩個遺傳基本規(guī)律是近現(xiàn)代遺傳學(xué)最主要的、不可動搖的基礎(chǔ)。近代遺傳學(xué)的奠基——孟德爾：遺傳因子假說

荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)教授狄·弗里斯(HugodeVires,1848-1935)研究月見草，《雜種分離法則》論文；

德國土賓根大學(xué)教授柯倫斯(C.Correns,1864-1933)研究玉米，《雜種后代表現(xiàn)方式的孟德爾法則》論文；

奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學(xué)年輕講師丘歇馬克(E.vonTschermakSeyse-negg,1871-1962)研究豌豆，《關(guān)于豌豆的人工雜交》論文；

刊登在《德國植物學(xué)會雜志》18卷(83-90頁;158-168頁;232-239頁);近代遺傳學(xué)的奠基——孟德爾定律的重新發(fā)現(xiàn)近代遺傳學(xué)的奠基——孟德爾定律的重新發(fā)現(xiàn)

1905年，貝特森(W.Bateson,1861-1926)依據(jù)希臘文“生殖”(generate)一詞，定名遺傳學(xué)為genetics。

1910年起將孟德爾遺傳規(guī)律改稱為孟德爾定律，公認(rèn)孟德爾是遺傳學(xué)的奠基人。

狄·弗里斯教授(HugodeVires,1848-1935)：提出“突變學(xué)說”(1901-1903)：認(rèn)為突變是生物進化因素。請看下列各圖：苗期白化突變。

二.細(xì)胞遺傳學(xué)時期

(1910-1939年)

細(xì)胞遺傳學(xué)——通過細(xì)胞學(xué)手段對遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能和行為進行研究的遺傳學(xué)分支學(xué)科。

1902-1903年，鮑維里（T.Boveri）和薩頓（W.S.Sutton）發(fā)現(xiàn)遺傳因子的行為與染色體行為呈平行關(guān)系，提出“遺傳的染色體學(xué)說”（chromosometheoryofinheri-tance），認(rèn)為：遺傳因子位于細(xì)胞核內(nèi)的染色體上，從而將孟德爾遺傳規(guī)律與細(xì)胞學(xué)的研究結(jié)合起來；

1905年，貝特森（W.Bateson,1861-1926）：①.創(chuàng)造genetics一詞，定義遺傳學(xué)；②.從香豌豆中發(fā)現(xiàn)性狀連鎖；

1909年，約翰遜（W.L.Johannsen,1859-1927）：①.發(fā)表“純系學(xué)說”明確區(qū)別基因型和表現(xiàn)型；②.最先提出“基因”(gene)一詞替代遺傳因子概念；Gene由達爾文的“泛子”（pangen）的最后一個音節(jié)衍生而來。

1909年，詹森斯（F.A.Janssens）:觀察到染色體在減數(shù)分裂時呈交叉現(xiàn)象，為解釋基因連鎖現(xiàn)象提供了基礎(chǔ);

1910年，摩爾根（T.H.Morgan,1866－1945）:①提出“性狀連鎖遺傳規(guī)律”；②提出染色體遺傳理論

細(xì)胞遺傳學(xué)；③著《基因論》（theoryofgene）：認(rèn)為基因在染色體上呈直線排列，創(chuàng)立“基因?qū)W說”。ThomasHuntMorgan(September25,1866~December4,1945)

基因?qū)W說主要內(nèi)容:

種質(zhì)（基因）是連續(xù)的遺傳物質(zhì)；

基因是染色體上的遺傳單位，穩(wěn)定性很高，能自我復(fù)制和發(fā)生變異；

在個體發(fā)育中，一定的基因在一定條件下，控制著一定的代謝過程，體現(xiàn)出相應(yīng)的遺傳特性和特征表現(xiàn)；

生物進化的材料主要是基因及其突變等論點。是對孟德爾遺傳學(xué)說的重大發(fā)展，也是這一歷史時期的巨大成就。TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1933tohim:

“forhisdiscoveriesconcerningtheroleplayedbythechromosomeinheredity”

人工誘變:

穆勒（H.T.Muller）：1927年對果蠅用X射線誘發(fā)突變；

斯特德勒（L.T.Stadler）：1927年在玉米用X射線誘發(fā)突變；

兩人證實了基因和染色體的突變不僅在自然情況下產(chǎn)生，且用X射線處理也會產(chǎn)生大量突變。這種用人工產(chǎn)生遺傳變異的方法，使遺傳學(xué)發(fā)展到一個新的階段。

布萊克斯里（A.F.Blakeslee）：利用秋水仙素誘導(dǎo)多倍體。H.T.Muller

費希爾（R.A.Fisher）：①1918年，發(fā)表了一篇劃時代的文獻“根據(jù)孟德爾遺傳假設(shè)的親屬間相關(guān)的研究”成功地運用多基因假設(shè)分析資料，首次將數(shù)量變異劃分為各個分量，開創(chuàng)了數(shù)量性狀遺傳研究的思想方法。②1925年，首次提出方差分析（ANOVA）方法,為數(shù)量遺傳學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

三.生化和微生物遺傳學(xué)時期(1940-1952年)微生物遺傳學(xué)——是研究基因的化學(xué)結(jié)構(gòu)和調(diào)控因子的結(jié)構(gòu)與合成的機制等的遺傳學(xué)分支學(xué)科。

1923年，加羅德（A.E.Garrod，1858-1936）發(fā)現(xiàn)“先天性代謝缺陷”尿黑癥（alkaptonuria），提出一個突變基因決定一種代謝紊亂，從此開創(chuàng)了生化遺傳。

1941年，比德爾（G.W.Beadle，1903-1989）和坦特姆（E.L.Tatum，1909-1975）：在紅色面包霉的生化遺傳研究中，分析了許多生化突變體。①.“一個基因一種酶”(onegene-oneenzyme)假說;②.發(fā)展了微生物遺傳學(xué)、生化遺傳學(xué)。

以后的研究表明，基因決定著蛋白質(zhì)（包括酶）的合成，故改為“一個基因一個蛋白質(zhì)或多肽”（onegene-oneproteinorpolypeptide）。

卡斯佩森（T.O.Caspersson）：40年代初用定量細(xì)胞化學(xué)方法

證明DNA存在于細(xì)胞核中；

以后又有人證明：①：DNA是構(gòu)成染色體的主要物質(zhì)；②：同種生物不同細(xì)胞中DNA的質(zhì)與量恒定；

③：在性細(xì)胞中DNA的含量為體細(xì)胞的一半。

1944年，艾弗里（O.T.Avery）等，在用純化因子研究肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中，證明遺傳物質(zhì)是DNA而不是蛋白質(zhì)。他最應(yīng)該獲得諾貝爾獎而沒有獲得，為此，諾貝爾評選委員會曾一度受到批評。

1952年，赫爾希（A.D.Hershey）等，在研究噬菌體感染細(xì)菌的實驗中，采用同位素示蹤法再次確認(rèn)了DNA是遺傳物質(zhì)。

1952年，蔡斯（M.Chase）等用同位素示蹤法在研究T2噬菌體感染細(xì)菌的實驗中，再次確認(rèn)了DNA是遺傳物質(zhì)。至此，為遺傳物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)及基因的功能奠定了初步的理論基礎(chǔ)。Oswald

Avery(1877-1955)

四.分子遺傳學(xué)時期

(1953年-現(xiàn)在)

發(fā)動生物學(xué)革命的物理學(xué)家：薛定諤

薛定諤（ErwinSchrodinger,1887-1961）：奧地利物理學(xué)家、量子力學(xué)理論的創(chuàng)建人之一，1933年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者。

著《生命是什么──活細(xì)胞的物理學(xué)觀》。該小冊子在生物學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的革命性影響。ErwinSchr?dinger1887~1961AustriaBerlinUniversityBerlin,GermanyPaulAdrienMauriceDirac1902~1984UnitedKingdomUniversityofCambridgeCambridge,UnitedKingdomTheNobelPrizeinPhysics1933tothem:

“forthediscoveryofnewproductiveformsofatomictheory”S.E.LuriaF.H.C.CrickJ.D.WatsonP.BergS.Altman

分子遺傳學(xué)和以其為核心的分子生物學(xué)建立的標(biāo)志:

1953年，沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）根據(jù)對DNA化學(xué)分析和對DNA的X射線晶體學(xué)所得資料，提出DNA分子結(jié)構(gòu)模式理論。

1953年4月25日，英國著名科學(xué)期刊《Nature》發(fā)表了沃森、克里克的一篇優(yōu)美精煉的短文，宣告了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的誕生。

這一年，沃森年僅25歲，克里克也只有37歲，尚未獲得博士學(xué)位。

E.Chargaff（1949-1951）等對不同生物的DNA進行化學(xué)組份的分析，發(fā)現(xiàn):

①.T+C=A+G；

②.A=T；

③.G=C；

④.A+T≠G+C；RosalindFranklin(25July1920~16April1958)和改變歷史的51號照片。MauriceWilkinsDecember15，1916~October6，2004MauriceWilkinswithaplaquecelebratinghisachieve-ments,atStrandCampus,King'sCollege,London,1999.PermissionMauriceWilkins.JamesDeweyWatson

(April6th，1928~)USAHarvardUniversity

Cambridge，MA，USAFrancisCrickJune8th，1916~July28，2004InStockholmfortheirNobelPrizes,December1962:MauriceWilkins,JohnSteinbeck,JohnKendrew,MaxPerutz,FrancisCrick,andJamesDWatson.

NobelPrizewinners,December1962.

MauriceWilkins,MaxPerutz,FrancisCrick,JohnSteinbeck,JamesDWatson,JohnKendrew(UPI/Bettman)Permission:CorbisTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962tothem:

“fortheirdiscoveriesconcerningthemolecularstructureofnucleicacidsanditssignificanceforinformationtransferinlivingmaterial”煙草花葉病毒(Tobaccomosaicvirus,TMV)的結(jié)構(gòu)模型。富蘭克林逝世之后,英國生物化學(xué)家克魯格繼續(xù)并且完成她的這一研究課題;克魯格榮獲了1982年諾貝爾化學(xué)獎。AaronKlug(1926~)UnitedKingdomMRCLaboratoryofMolecularBiology

Cambridge,UnitedKingdomTheNobelPrizeinChemistry1982tohim:

“forhisdevelopmentofcrystallographicelectronmicroscopyandhisstructuralelucidationofbiologicallyimportantnucleicacid-proteincomplexes”

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的生物學(xué)意義：

對DNA分子的結(jié)構(gòu)、自我復(fù)制、相對穩(wěn)定性和變性提出合理的解釋；

DNA是貯存和傳遞遺傳信息的物質(zhì)；

基因是DNA分子上的一個片斷；

分子生物學(xué)誕生

將生物學(xué)各分支學(xué)科及相關(guān)的農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)研究都推進到分子水平

是遺傳學(xué)發(fā)展到分子遺傳學(xué)的重要轉(zhuǎn)折點。

1951年，芭芭拉·麥克林托克（Barbara.McClintock,1902-1992）發(fā)現(xiàn)跳躍基因（jumpinggenes）或稱轉(zhuǎn)座子（transposableelements）。BarbaraMcClintockBorn:16June1902,Hartford,CT,USADied:

2September1992,Huntington,NY,USAAffiliationatthetimeoftheaward:

ColdSpringHarborLaboratory,ColdSpringHarbor,NY,USATheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1983toher:

“forherdiscoveryofmobilegeneticelements”

1958，A.Kornberg發(fā)現(xiàn)DNA合成酶；

1957～1969，尼倫伯格（M.W.Nirenberg）和柯蘭拉（H.G.Khorana）全部解譯出64種遺傳密碼；

1961，F(xiàn).Jacob&J.Monod提出：大腸桿菌乳糖操縱子模型，闡明微生物基因表達的調(diào)控機制；

1970，史密斯（H.O.Smith）等分離到限制性內(nèi)切酶

基因工程；

1972，伯格（P.Berg）建立重組技術(shù)；

1973，柯恩（S.N.Cohen）和波耶（H.Boyer）首次用質(zhì)?？寺NA，開創(chuàng)了基因工程的先河；

1975，H.Temin發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶；

1977，P.A.Sharp&R.J.Roberts發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子；

1977，F(xiàn).Sanger&W.Gilbert建立DNA的測序法；

1981，T.R.Cech&S.Altman發(fā)現(xiàn)核酶；

1985，K.B.Mullis建立了PCR體外擴增技術(shù)；

1986，R.Dulbecco首次提出HGP；

1990.4，美國宣布人類基因組測序工作的5年計劃；

1997，I.Wilmut完成了體細(xì)胞克?。?/p>

2001.2.12，中、美、日、德、法、英等國科學(xué)家（Nature,15日）和美國塞萊拉（CelenaGenomics）公司（Science,16日）各自公布人類基因組圖譜和初步分析結(jié)果。約3萬基因；

2002.4.5，楊煥明領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)家在Science發(fā)表了水稻全基因組框架序列圖；

2003.4.14，全部完成了HGP。2002.4.5.《Nature》的封面超級稻（秈稻）2002.4.5.《Science》插圖云南紅河哈尼梯田TothePeople,FoodisHeaven.Science2003.4.15.，詹姆斯·沃森(JamesDWatson)在美國國家自然歷史博物館舉行的報告會上說：“當(dāng)新世界在眼前展開，但愿我們能學(xué)會去理智把握?！?/p>

其它動植物基因組計劃：

美國、英國國際植物基因研究中心等的研究對象，已從模式植物擬南芥菜基因圖譜入手，逐漸擴大到玉米、小麥等主要農(nóng)作物；

歐洲八國科學(xué)家正在英國愛丁堡動物生理和遺傳學(xué)研究所進行中國梅山豬基因圖譜的工作；

美國農(nóng)業(yè)部肉類動物研究中心也在進行牲畜基因圖譜工作。

中國遺傳學(xué)的先驅(qū)：

陳楨(1894-1957)：動物遺傳學(xué)創(chuàng)始人，從事于魚類遺傳的研究，曾任教于北京大學(xué)和清華大學(xué)；

李汝祺(J.C.Li，1895-1991)：我國現(xiàn)代遺傳學(xué)創(chuàng)始人，著《發(fā)生遺傳學(xué)》；

朱洗(1900-1962)：細(xì)胞學(xué)、實驗胚胎學(xué)家，蛙卵人工單性繁殖，“沒有外祖父的蟾蜍”；

談家楨(C.C.Tan，1909-2009)：細(xì)胞遺傳學(xué)家;

童第周(1902-1979)：實驗胚胎學(xué)的主要開拓者，從事于核質(zhì)關(guān)系的研究；

李景