遗传的细胞学基础.ppt

2019/6/16,1/61,办公室地址: 湖东实验楼 31205 办公室电话: 8462491 E-mail: ychxwfmc.edu.cn (O) lilywf316163.com (P),遗传学 Genetics,基础医学院 遗传学教研室 杨利丽,2019/6/16,2/61,1. 教材：戴灼华, 王亚馥, 粟翼文主编,遗传学(第二版), 高等教育出版社，2008年。 2. 学时安排： 理论学时：60 实验学时：28,课程安排,杨利丽 刘红英刘顺梅 王 刚,3. 授课教师,2019/6/16,3/61,1 绪论 2 遗传的细胞学基础 3 遗传物质的分子基础 4 孟德尔式遗传分析 5 连锁遗传分析 6 真核生物的遗传分析 7 细菌的遗传分析 8 病毒的遗传分析,9 数量性状遗传分析 10 核外遗传分析 12 染色体畸变的遗传分析 13 基因突变与DNA损伤修复 16 发育的遗传分析 17 免疫的遗传分析 18 基因组学与后基因组学 20 群体与进化遗传分析,4. 理论课内容,2019/6/16,4/61,实验一 X染色质标本的制备和观察 实验二 小鼠骨髓染色体制备技术 实验三 果蝇实验技术及杂交实验 实验四 小鼠骨髓嗜多染红细胞微核技术 实验五 正常人的染色体核型分析 实验六 植物DNA提取和琼脂糖凝胶电泳技术 实验七 遗传平衡定律,5. 实验内容,2019/6/16,5/61,1. 刘祖洞，乔守怡，吴燕华，等主编，遗传学, 第三版, 高等教育出版社. 2013-01 2. Steve S. Klug et al.，遗传学基础(第四版) (影印版), 高教出版社. 2002-11 3. 乔守怡等译，遗传学原理(第3版)(中文版)，高等教育出版社. 2005-8,参考书,2019/6/16,6/61,1 绪论,1.1 遗传学的涵义 1.2 遗传学的发展 1.3 遗传学的应用,1掌握遗传学、遗传、变异的概念。 2熟悉遗传学发展的主要阶段及其做出重大贡献的科学家。 3了解遗传学在农牧业、医药业、社会和法律等方面的应用。,2019/6/16,7/61,1.1 遗传学的涵义,1.1.1 遗传学的定义 1.1.2 遗传学的研究内容,2019/6/16,8/61,1.1.1 遗传学的定义,遗传学(Genetics)是研究生物遗传和变异规律的科学。,物质基础,基因,现代遗传学：是研究基因的结构、功能及其变异、传递和表达规律的学科。,2019/6/16,9/61,“鸭蛋孵不出鸡雏”,遗传(heredity)：指生物亲代与子代相似的现象。或生物繁殖与自身相似的同类的现象。,变异(variation)：指生物在亲代与子代之间、子代与子代之间不完全相同，表现出一定差异的现象。,“种瓜得瓜、种豆得豆”,“一母生九子，连母十个样”,？,2019/6/16,10/61,遗传与变异的对立统一 遗传：保守物种稳定。相对 变异：发展物种进化。绝对 遗传和变异是生物进化的动力。,2019/6/16,11/61,1.1.2 遗传学的研究内容,物质？ 表现？,亲代,子代,配子,染色体（DNA）,性状,对应关系？,变化（变异）？,2019/6/16,12/61,（1）基因与性状,遗传密码：遗传信息存储在A、T、G、C的排列顺序中. 基因蛋白质：性状表现的物质基础是蛋白质。 基因与发育：基因表达的时、空调控、基因型和环境相互作用。,2019/6/16,13/61,（2）遗传学的研究内容,各类生物基因组的结构及其功能。 特定基因的结构与功能，基因定位与作图。 基因的传递方式与规律。 基因变异的类型、规律及其分子机制。 基因转化为性状（基因表达）的规律及其调控的分子机制。,2019/6/16,14/61,1.2 遗传学的发展,1.2.1 遗传学的诞生 1.2.2 细胞遗传学时期 1.2.3 生化和微生物遗传学时期 1.2.4 分子遗传学时期,2019/6/16,15/61,（1）遗传学诞生前的时期,混血式遗传学理论(Blending inheritance theory)：公元前三世纪，哲学家Aristotle, 认为遗传是因为子代接受了父母的部分血液。 先成论：17世纪荷兰科学家Swammerdam提出，精子中带有小人，在子宫中成长为胎儿。,2019/6/16,16/61,“用进废退”和“获得性遗传”论：法国博物学家Lamarck，认为后天获得的性状可遗传；用进废退 一个物种在新环境中经过不断完善适应，渐变成新物种。,J.B.de Lamarck (1744-1829),2019/6/16,17/61,泛生论：1868年英国博物学家Darwin认为，遗传是动物各器官的微小“泛生粒”(“泛子”) 能分裂繁殖，随血液汇集到生殖器官，形成生殖细胞 在世代间传递和表现的结果。,Charles Robert Darwin (1809 -1882),2019/6/16,18/61, 种质学说：德国动物学家魏斯曼认为多细胞生物的细胞分为： 种质(germ plasm)生殖细胞和产生生殖细胞的细胞遗传； 体质(somatoplasm)营养细胞。,August Weismann (1834 1914),种质产生体质；体质保护种质，体质产生的变 化(获得性状)不能遗传如22代小鼠切尾实验。,2019/6/16,19/61,（2）遗传学的诞生,Gregor Johann Mendel,1822-1884,孟德尔的工作 1865年, 奥地利修道士Mendel，根据8年豌豆杂交实验结果，发表了 “植物杂交实验”论文，揭示了遗传的分离律和自由组合律。,2019/6/16,20/61,孟德尔提出：生物性状受细胞内遗传因子(hereditary factor) 控制；遗传因子在生物世代间传递遵循分离和独立分配两个规律。 但直到1884年孟德尔逝世，他的成果未得到认可。临终前孟德尔说：“ 等着瞧吧，我的时代总有一天要来临”。,2019/6/16,21/61,1900年，三位科学家： 荷兰阿姆斯特丹大学教授de Vries 德国土宾根大学教授Correns, C.E 奥地利维也纳农业大学讲师 Tschermak,Tschermak,Correns,de Vries,2019/6/16,22/61,de Vries：月见草杂交试验发现F2的3:1分离比，在法国科学院纪事录发表论文“杂种分离法则”。之后从L.H拜莱的植物育种中查到孟德尔的文献，于3月在德国植物学会杂志发表德文版论文，其中提到孟德尔的工作。,de Vries,2019/6/16,23/61,Correns：4月发现de Vries法文版论文中的结论和自己的实验结果相同。他从其老师处得知孟德尔的工作，撰写论文“杂种后代表现方式的孟德尔法则”，发表在同一杂志上。,Correns,这对重新发现孟德尔法则起了重要作用。,2019/6/16,24/61,Tschermak：在豌豆杂交试验中发现了分离现象，撰写了“关于豌豆的人工杂交”的讲师就职论文，之后他读到了de Vries和Correns的论文，于是6月投寄发表了论文摘要至德国植物学会杂志。,Tschermak,2019/6/16,25/61,Genetics，1906年，Bateson依据希腊文“生殖”(generate)一词定名为学科名称。,1900年孟德尔法则的被重新发现。 定为 遗传学 诞生年，孟德尔为奠基人。,2019/6/16,26/61,1.2.2 细胞遗传学时期,(1) 细胞遗传学(cytogenetics)：通过细胞学手段研究遗传物质的结构、功能和行为的遗传学分支学科。 (2) 1903年Sutton和Boveri分别提出, 遗传因子位于细胞核内染色体上，从而将孟德尔定律与细胞学研究结合起来。,2019/6/16,27/61,(3) Johannsen (1909)创造“Gene”遗传因子。提出“genotype”和 “phenotype”的区别。 (4) Morgan(1910)通过果蝇的白眼性状与性别关系的实验，证实基因位于染色体上，染色体是基因的载体，发现了连锁与互换定律。,2019/6/16,28/61,摩尔根的染色体遗传学(chromosomal genetics)遗传学发展史上的里程碑。在20世纪上半叶遗传学研究中起了主导作用。,特定基因,特定性状,特定染色体的特定位置,(抽象),(实体),摩尔根在他的“基因论”中预言：“基因代表着一个有机的化学实体”,2019/6/16,29/61,1.2.3 生化和微生物遗传学时期,生化遗传学(biochemical genetics)：生物化学和遗传学相结合的学科，研究遗传物质的理化性质，以及对蛋白质生物合成和机体代谢的调节控制。 微生物遗传学(microbial genetics)：研究微生物的遗传机制和遗传规律的科学。,2019/6/16,30/61,1941年，Beadle通过链孢霉实验，提出 “一个基因一个酶”的理论。 1944年，Avery通过肺炎双球菌的体外转化实验确定了DNA是遗传物质。 1952年，Hershey和Chase证实T2噬菌体的遗传物质也是DNA。 1956年，Fraenkel-Conrate用烟草花叶病毒重组实验证实遗传物质是RNA。,2019/6/16,31/61,1.2.4 分子遗传学时期,1953年Watson- Crick：DNA双螺旋模型，是分子遗传学及分子生物学建立的标志； 20世纪70年代以来，分子遗传学、分子生物学及其实验技术得到飞速发展。,2019/6/16,32/61,1990年美国正式开始实施人类基因组作图和测序计划。 2000.6.26，完成人类基因组的“工作草图”(历时10年)，2003.4.14，美、英、日、法、德、中等国际协作组宣布完成人类基因组的测序工作。2004年10月公布了人类基因组完成序列。,结构基因组学,2019/6/16,33/61,由美、英、日、法、德、中组成的国际人类基因组测序联合体对人类基因组3.2×109bp的分析结果，表明人类有22.5万个编码蛋白质的基因，仅占人类基因组全序列的1.11.4%。 同时发现人类基因组有(310)×106单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms)。,2019/6/16,34/61,功能基因组的研究，主要包括蛋白质组、转录组、代谢组、癌基因组、疾病基因组、药物基因组、环境基因组和行为基因组等。 600多位全球顶尖科学家提出，生命科学和临床医学结合，将是后基因组时代最重要的研究方向之一。 2003年被称为是“基因组医学”的诞生年。,功能基因组学,2019/6/16,35/61,我国负责研究的第3号染色体短臂的一部分，共计3000万个碱基对，约占人类基因组全部序列1%。,2019/6/16,36/61,1.3 遗传学的应用,1. 3. 1 遗传学与农牧业 1. 3. 2 遗传学与医药业 1. 3. 3 遗传学与社会和法律,2019/6/16,37/61,1.3.1 遗传学与农牧业,应用遗传学原理改良品种，达到提高产量、改善品质、增强对病虫害的抗性的目的。,1973年我国用自己的材料和独创技术，实现 “不育系”、“保持系”、“恢复系”配套，在世界上首先育成籼型杂交稻, 并于1980年作为农业方面第一项专利转让给美国。,2019/6/16,38/61,1.3.2 遗传学与医药业,基因治疗：如腺甙脱氨酶缺乏重症综合性免疫缺陷症的治疗。 基因工程药物：如胰岛素、干扰素、脑激素、疫苗等。不受活体动物体内的数量和提取、纯化难度的困扰。,2019/6/16,39/61,1.3.3. 遗传学与社会和法律,环保：基因工程超级菌，同时分解多种有毒物质。例将能降解芳香烃、萜烃、多环芳香烃类的质粒转移到假单胞菌中(降解酯烃). 法律：DNA指纹技术用于亲子鉴定，嫌疑人鉴定。,安徽安庆莲湖公园水葫芦疯长,1999年人工打捞费用： 浙江温州1000万 福建莆田500万元,原产于南美委内瑞拉, 1901引入,2019/6/16,40/61,复习题,1遗传学，遗传，变异的概念。 2遗传学发展中的几个重要里程碑及其做出重大贡献的科学家。,2019/6/16,41/61,2 遗传的细胞学基础,2.1 染色体的结构和功能 2.2 染色体在细胞分裂中的行为 2.3 生物体的有性生殖与无性生殖 2.4 生活周期,2019/6/16,42/61,学习目标,掌握常染色质、异染色质的概念; 染色体的形态特征与分类。 掌握染色体在有丝分裂、减数分裂中的行为。 熟悉遗传的染色体学说。 熟悉生物体的生殖方式以及配子发生过程。 了解各类生物的生活史。,2019/6/16,43/61,2.1 染色体的结构和功能,2.1.1 染色质 2.1.2 染色体的形态结构和数目 （1）染色体形态 （2）染色体结构（不讲） （3）染色体数目（不讲）,2019/6/16,44/61,2.1.1 染色质,常染色质：螺旋程度低，结构松散，转录活性高，常位于细胞核中央。 异染色质：螺旋程度高，结构紧密，无或低转录活性，常位于核边缘。,组成性异染色质 兼性异染色质,2019/6/16,45/61,2.1.2 染色体的形态结构和数目,（1）(中期)染色体形态 染色单体(chromatid) 主缢痕(primary constriction)： 着丝粒；动粒 短臂(p，petite)、长臂(q) 端粒(telomere) 次缢痕(secondary constriction) 随体(satellite)：核仁组织区。,2019/6/16,46/61,（2）染色体的类型 分类方法：将染色体平均分成8等份，根据着丝粒位置分成4类：,2019/6/16,47/61,（3）特殊形态染色体 灯刷染色体: 染色体因形似灯刷得名。 1882年由Flemming首次发现，1892年由Ruckert 确定为染色体并命名。,Lampbrush chromosome,2019/6/16,48/61,灯刷染色体是两栖类卵母细胞减双线期的染色体二价体, 含4条染色单体。由轴(axis)和侧环(loop)组成, 轴由染色粒(染色质凝集而成的颗粒)和轴丝构成。环成对垂直于轴。,2019/6/16,49/61,多线染色体(Polytene chromosome) 存在于双翅目昆虫幼虫某些组织，例如果蝇唾腺，也称巨大染色体(Giant chromosomes)。,巨大：细胞处于间期，DNA连续复制而无核及胞质分裂，故产生多股染色单体并列构成较体细胞染色体大百倍以上的巨大染色体。,2019/6/16,50/61,多线染色体上的横行带纹，是DNA纤维上致密排列的袢环区DNA含量高、着色深；带纹间(带间)为伸展区，DNA含量低，染色浅。,2019/6/16,51/61,2.2 染色体在细胞分裂中的行为,2.2.1 细胞周期(不讲) 2.2.2 有丝分裂中的染色体行为 2.2.3 减数分裂中染色体行为,2019/6/16,52/61,2.2.2 有丝分裂中染色体的行为,2019/6/16,53/61,有丝分裂中染色体行为,2019/6/16,54/61,(1)减数分裂,2.2.3 减数分裂中染色体的行为,2019/6/16,55/61,中期：同源染色体并列排列在赤道板。 后期：同源染色体移向两极。 末期：两个子细胞形成。每个子细胞只含有同源染色体的其中一条。,2019/6/16,56/61,(2) 减数分裂,2019/6/16,57/61,染色体学说：认为基因是染色体的一部分。 1879年, 德国Flemming观察细胞分裂时发现染色体。1888年正式命名为染色体。 1902年Walter Sutton(美)和T.Boveri(德)观察到配子发生有染色体联会和分离，与遗传因子的行为有精确的平行关系。推测染色体是孟德尔定律的物质基础，提出遗传的染色体学说。,2.2.4 遗传的染色体学说,2019/6/16,58/61,染色体与基因的平行关系 每一细胞含两个拷贝; 从亲代子代数目不变; 减数分裂的联会分离; 减数分裂时不同对间组合; 受精时染色体的随机结合。,1928年摩尔根对染色体学说作出了决定性贡献。实验证实染色体是遗传基因的载体，并于1933年获得诺贝尔生理医学奖。,2019/6/16,59/61,复习题,1. 减数分裂时染色体的联会、遗传物质互换以及同源染色体分离与配子多样性的关系。 2. 遗传的染色体学说。,