細胞遺傳學專題知識課件

細胞遺傳學專題知識

王秀娥（金陵研究院301）

E-mail:xiuew@

Tel:1395191691884395308(office）2細胞遺傳學專題知識

王海燕（金陵研究院309）

E-mail:hywang@

Tel:1377079003284395344(office）3細胞遺傳學專題知識Grading

Attendanceandclassroomperformance(10%)2quiz(20%)Mid-term(20%)Final(50%)4細胞遺傳學專題知識第一章緒論Introduction5細胞遺傳學專題知識第一節(jié)細胞遺傳學的研究對象與任務第二節(jié)細胞遺傳學的發(fā)展簡史6細胞遺傳學專題知識第一節(jié)細胞遺傳學的研究對象與任務

細胞遺傳學=細胞學+遺傳學 Cytogenetics=Cytology+Genetics

細胞遺傳學是遺傳學與細胞學相結(jié)合的一個遺傳學分支學科。7細胞遺傳學專題知識細胞遺傳學是遺傳學與細胞學相結(jié)合的一個遺傳學分支學科。研究對象主要是真核生物，特別是包括人類在內(nèi)的高等動植物。著重研究分離、重組、連鎖、交換等遺傳現(xiàn)象的染色體基礎，以及染色體畸變和倍性變化等染色體行為的遺傳學效應。8細胞遺傳學專題知識“細胞遺傳學的建立是以這樣一個事實為基礎的，即任何一種生物有機體的遺傳物質(zhì)，無論它是病毒、細菌還是哺乳類都被組織進一條或多條染色體中。利用各種各樣物理學、化學和生物學技術(shù)都有可能去檢驗這些細胞器（即染色體）的結(jié)構(gòu)與功能，并把染色體的特征去和遺傳功能以及表型遺傳與分布模式聯(lián)系起來”------C.P.S.Swanson(1981)

9細胞遺傳學專題知識Thestudyofchromosomes,thevisiblecarriersofDNA,thehereditarymaterial.Cytogeneticsisafusionscienceduetojoiningofcytology(thestudyofcells)withgenetics(thestudyofinheritedvariation).Cytogenetics10細胞遺傳學專題知識Thestudyofthestructure,functionandevolutionofchromosomeschromosomebehaviourduringsomaticandgermlinedivision11細胞遺傳學專題知識植物性狀顯微鏡染色體12細胞遺傳學專題知識細胞遺傳學的主要研究對象

染色體13細胞遺傳學專題知識1879年,德國生物學家Flemming

（1843～1905年）發(fā)現(xiàn)。

1888年，正式被命名為染色體。能用堿性染料染色、有結(jié)構(gòu)的線狀體，是遺傳物質(zhì)基因的載體。在生物的細胞核中，有一種易被堿性染料染上顏色的物質(zhì)，叫做染色質(zhì)。染色體只是染色質(zhì)的另外一種形態(tài)。它們的組成成分是一樣的，但是由于構(gòu)型不一樣，所以還是有一定的差別。14細胞遺傳學專題知識Chromosomesarecomplexstructureslocatedinthecellnucleus,theyarecomposedofDNA,histoneandnon-histoneproteins,RNA,andpolysaccharides.Theyarebasicallythe"packages"thatcontaintheDNA.Normallychromosomescan'tbeseenwithalightmicroscopebutduringcelldivisiontheybecomecondensedenoughtobeeasilyanalyzedat1000X.Chromosomes(meaningcolouredbody)

15細胞遺傳學專題知識Cytogeneticsisthestudyofchromosomesandchromosomeabnormalities.

Thisincludes:

examination

ofchromosomestructure,

learninganddescribing

therelationshipsbetweenchromosomestructureandphenotype,

seekingout

thecausesofchromosomalabnormalities.

細胞遺傳學的任務：

研究染色體的數(shù)目、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能與運動，以及這些特征的各類變異對遺傳傳遞、重組、表達與調(diào)控的作用與影響。16細胞遺傳學專題知識第二節(jié)細胞遺傳學的發(fā)展簡史

細胞遺傳學形成前時期(1665-1899)

經(jīng)典細胞遺傳學時期(1900-1968)

分子細胞遺傳學時期(1969-至今)17細胞遺傳學專題知識細胞遺傳學形成前時期(細胞學、遺傳學)17世紀：顯微鏡發(fā)明和細胞的發(fā)現(xiàn)世界上第一架組合顯微鏡是在17世紀由荷蘭人J.Sachariassen和Z.Janssen制造的;第一個使用“細胞”這一術(shù)語的則是英國人R.Hooke，他于1665年用極原始的顯微鏡對木栓進行了觀察。18細胞遺傳學專題知識

細胞遺傳學形成前時期(細胞學、遺傳學)17世紀：顯微鏡發(fā)明和細胞的發(fā)現(xiàn)19細胞遺傳學專題知識19世紀：細胞的結(jié)構(gòu)、功能和運動1828年蘇格蘭植物學家R.Brown在顯花植物中發(fā)現(xiàn)了細胞核，并于1831年指出細胞核是細胞的主要成分。

1831－1839年德國學著M.J.Schleiden和T.Schwann正式提出“細胞學說”，明確指出細胞是一切生命有機體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位。

20細胞遺傳學專題知識遺傳學的形成19世紀后期，有許多學者對動植物的性別與受精作用等進行過研究。其中特別是1876－1877年W.A.O.Hertwig和1884年E.Strasburger分別在動植物上發(fā)現(xiàn)受精是卵子與精子（細胞核）的融合。1882年W.Flemming提出“有絲分裂”（Mitosis）與“染色質(zhì)”(chromatin)這兩個術(shù)語，并證明染色體在核分裂時縱向分開。1883年EdowardVanBeneden證明配子染色體數(shù)是體細胞的一半，而受精又使合子染色體數(shù)恢復到和體細胞相等，從而保證了物種染色體數(shù)的相對恒定。1890年T.Boveri和Q.Hertwig一起發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂（Meiosis）。

21細胞遺傳學專題知識HertwigandStrasburger: 性別和受精理論（1877and1884）Flemming: 有絲分裂（1882）BoveriandHertwig: 減數(shù)分裂（1890）細胞學和胚胎學發(fā)展，對于細胞結(jié)構(gòu)、有絲分裂、減數(shù)分裂、受精及細胞分裂過程中染色體動態(tài)都已比較了解。22細胞遺傳學專題知識孟德爾（MendelG.J.,1822~1884）系統(tǒng)地研究了生物的遺傳和變異。

豌豆雜交試驗（1856~1864）：

?1866年發(fā)表《植物雜交試驗》，提出

分離規(guī)律和獨立分配規(guī)律；

?假定細胞中有“遺傳因子”，認為遺傳是受細胞里的遺傳因子所控制的。23細胞遺傳學專題知識1900年，三位植物學家：

狄·弗里斯（DeVrisH.）科倫斯（CorrensC.）馮·切爾邁克（VonTschermakE.）在不同國家用多種植物進行雜交試驗,獲得與孟德爾相似的解釋,證實孟德爾遺傳規(guī)律,確認重大意義。

1900年孟德爾遺傳規(guī)律的重新發(fā)現(xiàn)標志著遺傳學的建立和開始發(fā)展,孟德爾被公認為現(xiàn)代遺傳學的創(chuàng)始人。

1910年起將孟德爾遺傳規(guī)律,命名為孟德爾定律。經(jīng)典細胞遺傳學時期(理論、材料、方法)24細胞遺傳學專題知識德國實驗胚胎學家Boveri(鮑維里，1902)and美國細胞學家Sutton(薩頓，1903):

各自在動植物生殖細胞的減數(shù)分裂過程中發(fā)現(xiàn)了染色體行為與遺傳因子行為之間的平行關(guān)系，認為孟德爾所設想的遺傳因子就在染色體上，這就是所謂的薩頓-博韋里假說或稱遺傳的染色體理論。

25細胞遺傳學專題知識美國細胞學家McClung,StevensandWilson（1901-1911）先后發(fā)現(xiàn)在直翅目和半翅目昆蟲中雌體比雄體多了一條染色體，即X染色體，從而揭示了性別和染色體之間的關(guān)系。染色體與性別決定(昆蟲)-遺傳的染色體理論提供實驗證據(jù)，高翼之,遺傳,2002,24(4):459-462BatesonW.(1906）：

從香豌豆中發(fā)現(xiàn)性狀連鎖；創(chuàng)造“genetics”。

Mendel定律的普遍性提供實驗證據(jù),26細胞遺傳學專題知識1910年摩爾根創(chuàng)立了連鎖定律并證實了基因在染色體上以直線方式排列。確立了遺傳的染色體理論(chromosometheoryofinheritance)。獲1933年度諾貝爾獎ThomasHuntMorgan(1866-1945)摩爾根（MorganT.H.,1866~1945）：①.提出“性狀連鎖遺傳規(guī)律”；②.提出染色體遺傳理論

細胞遺傳學；③.著“基因論”：認為基因在染色體上直線排列，創(chuàng)立基因?qū)W說。27細胞遺傳學專題知識從1910年到1940年，細胞遺傳學發(fā)展迅猛。1910年美國T.H.Morgan發(fā)表“果蠅的性別遺傳”。此后，他又和C.B.Bridges,A.H.Sturtvant等用果蠅為試驗材料，根據(jù)大量試驗結(jié)果，證明基因在染色體上呈直線排列，并提出以三點測驗為基礎的基因定位方法。1912年T.H.Morgan首先發(fā)表“果蠅的連鎖圖”。1917－1921年C.B.Bridges,A.H.Sturtvant先后用遺傳試驗識別缺失、重復、倒位與易位等染色體結(jié)構(gòu)變異。1925年T.H.Morgan的重要著作《基因論》問世。1932年C.D.Darlington的《細胞學最近進展》第一版出版，被公認為當時細胞遺傳學研究進展的總結(jié)性經(jīng)典。28細胞遺傳學專題知識20世紀30年代至40年代經(jīng)典細胞遺傳學研究在許多動植物中廣泛展開，其中特別是以果蠅和玉米為材料進行的研究對這門學科的影響最大。1931年C.Stern,H.B.Creighton和B.McClintock提出交換涉及同源染色體間染色質(zhì)互換的證據(jù)。1933年T.S.Painter將多線染色體應用于果蠅細胞遺傳學研究。29細胞遺傳學專題知識1933年B.McClintock將粗線期染色體用于染色體畸變研究。接著她又于1934年分析玉米的核仁形成中心。40年代末至50年代初B.McClintock又在染色體單體斷裂－融合－橋周期性變化研究基礎上發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座因子。

1936年C.Stern發(fā)現(xiàn)有絲分裂染色體交換，同時A.H.Sturtvant發(fā)現(xiàn)果蠅染色體的優(yōu)先分離。1942－1952年L.F.Randolph和M.M.Rhoades也在玉米中發(fā)現(xiàn)類似的優(yōu)先分離。30細胞遺傳學專題知識31細胞遺傳學專題知識TjioandLevans,19562n=46(Human)將人類染色體從2n＝48更正為2n＝46。50年代末發(fā)現(xiàn)人類一系列遺傳綜合癥與染色體畸變有關(guān)。32細胞遺傳學專題知識A.F.Blakeslee（布萊克斯生）和O.T.Avery于1937年發(fā)現(xiàn)用秋水仙堿可使植物染色體加倍。這一發(fā)現(xiàn)對人工合成多倍體植物起到了積極的推動作用。1917年和1928年H.J.Muller（穆勒）和L.J.Stadler（斯特德勒）分別在果蠅和玉米上證明X射線可使基因突變頻率大為提高。此后，許多學者又進一步發(fā)現(xiàn)另一些物理與化學因素也有大幅度提高突變頻率的明顯作用?；虻耐蛔冄芯砍藶橛N工作開拓遺傳變異提供了一個新的手段，同時也將有關(guān)基因本質(zhì)的研究進一步引向深入。

33細胞遺傳學專題知識分子細胞遺傳學時期(分子遺傳學+細胞遺傳學)真核生物的染色體研究與核酸研究的結(jié)合可以追溯到在細胞學制片上用染色反應去識別DNA的實驗。這一實驗最早是由R.G.Feulgen于1924年報道的。T.O.Caspersson于1968年和同事們又創(chuàng)立了染色體的熒光顯帶技術(shù)，為后來逐步發(fā)展起來的染色體分帶技術(shù)奠定了基礎。60年代末至70年代初J.B.Gall和M.L.Pardue提出的直接在染色體上進行DNA原位雜交的技術(shù)又成為細胞遺傳學與分子遺傳學相互結(jié)合的一個重要里程碑。

34細胞遺傳學專題知識分子細胞遺傳學時期(分子遺傳學+細胞遺傳學)

1924，F(xiàn)eulgen

染色反應

1968,

Carspersson,

染色體分帶技術(shù)

1969,

1970,PardueandGall,

原位雜交技術(shù) 遺傳圖譜和物理圖譜構(gòu)建35細胞遺傳學專題知識Feulgen染色反應36細胞遺傳學專題知識Carspersson,染色體分帶技術(shù)40年代初用定量細胞化學方法證明DNA存在于細胞核中。37細胞遺傳學專題知識38細胞遺傳學專題知識39細胞遺傳學專題知識ChromosomePainting40細胞遺傳學專題知識普通小麥染色體1B缺失圖譜41細胞遺傳學專題知識42細胞遺傳學專題知識43細胞遺傳學專題知識JohannMendel:遺傳，2003,25(1)ThomasHuntMorgan:遺傳，2003,25(2)JamesWatsonandFrancisCrick:遺傳，2003,25(3)BabaraMcClintock:遺傳，2003,25(4)44細胞遺傳學專題知識ThevalueofChromosomeResearch:

Thecentralfeaturesofchromosomestructureandfunctionaredefinedatthemolecularlevel.Thewayinwhichgenesareorganizedwithchromosomes,Therelationbetweenstructureandfunction,Theeffectsofgeneorganizationonfunction,Themechanismsthatcontrolgeneactivity.46細胞遺傳學專題知識Manyaspectsofchromosomebehaviorincelldivisionhavebeenclarified.

Theprocessesofcelldivision,includingmitosisandmeiosis,havebeenstudiedinorganismsasdiverseashumans,frogs,hrasshoppers,flies,maize,wheatandyeast.47細胞遺傳學專題知識Whole-chromosomestudiesasapartofcytogeneticsarehavingamajorimpactongenome-mappingprojects.Theidentificationofchromosomeregionsprovidedaframeworkforsequencingthewholegenomeofanorganism;Cytogeneticsstudiesofchromosomesarethemajorimpetusforthemolecularanalysisofsignificantregionsofchromosomes.48細胞遺傳學專題知識Detailedmolecular-cytogeneticmapsprovidethebasisforthedesignofDNAprobesthatcanbeusedtoanalyzeindividuals,families,andpopulation.Especiallywhencompletegenome-sequencedataarenotavailable.49細胞遺傳學專題知識Understandingchromosomestructureprovidesthemeanstoanalyzethesecondarychangesthatoccurduringtheprocessesofchromosomeengineeringandtransformation.IntroducenewDNAmaycausesecondarychangesinchromosomestructure.Whole-chromosomestudiesareessentialtounderstandthesechangesandtohelpineliminatingunwantedabnormalities.50細胞遺傳學專題知識Molecularbiologycannowprovidethetechnologyfortheconstructionofsimplechromosomes.SynthesizechromosomesopensupaneweraforanalyzingchromosomebehaviorandfordeterminingthefunctionoflargesectionofDNA.51細胞遺傳學專題知識參考資料：Apples/Morris/Gill/May,1999.ChromosomeBiology,Kluwer Academicpublisher.Swansonetal,1981,Cytogenetics-Thechromosomeindivision, inheritanceandevolution.Newjersey:PrenticeHallInc

Shultze-Schaffer，1980，Cytogenetics-Plants,animals,humans. NewYork:Springer-VerlagNewYorkLtd.

Redei,1982,Genetics.NewYork:MacmillanPublishingCo.Ltd.

Rieger,etal,1976,GlossaryofGeneticsandCytogenetics-classical andmolecular.NewYork:Springer-Verlag,Berlin

52細胞遺傳學專題知識劉大鈞，1999，《細胞遺傳學》，農(nóng)業(yè)出版社李國珍，染色體及其研究法?？茖W出版社，1987。羅鵬等，植物細胞遺傳學。高等教育出版社，1989。Glossary-Cytogeneticsterms.au/glossary53細胞遺傳學專題知識 <Cytogeneticsand

GenomeResearch><Genome> <ChromosomeResearch> <Chromosoma> <Genetics><GenomeResearch><ThePlantCell><TheoryandAppliedGenetics> <遺傳> 《遺傳學報》http://4/cell/main.asp54細胞遺傳學專題知識FlemmingwasunawareofGregorMendel's(1822-1884)workonheredity,sohedidnotmaketheconnectionbetweenhisobservationsandgeneticinheritance.TwodecadeswouldpassbeforethesignificanceofFlemming'sworkwastrulyrealizedwiththerediscoveryofMendel'srules.Hisdiscoveryofmitosisandchromosomesisconsideredoneofthe100mostimportantscientificdiscoveriesofalltimes,andoneofthe10mostimportantdiscoveriesincellbiology(togetherwithAugustWeismann's(1834-1914)discoveryofmeiosis,TheodorSchwann(1810-1882)andMatthiasSchleiden's(1804-1881)celltheoryand