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1 遗传学 GENETICS 遗传学 GENETICS 教材及主要参考书 1. 遗传学 ( 第 3 版 ) 刘祖洞, 乔守怡, 吴燕华, 赵寿元编, 高等教育出版社, 遗传学 ( 第 2 版 ) 戴灼华, 王亚馥, 粟翼玟著, 高等教育出版社, 医学遗传学 第 3 版傅松滨李璞北京大学医学出版社 现代遗传学原理 第 3 版徐晋麟主编科学出版社 现代遗传学 第 2 版赵寿元乔守怡高等教育出版社 医学遗传学 左伋人民卫生出版社 ; 第 6 版 2013 年 6. Instant Notes in Genetics 第 4 版 ( 英 ) Hugh Fletcher,Paul Winter,Ivor Hickey Taylor & Francis Ltd 2012

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4 第一章绪论 Introduction 一 遗传学的涵义 二 遗传学的发展 三 遗传学的应用 四 医学遗传学

5 一 遗传学的涵义 遗传 (heredity): 指生物子代与亲代相似的现象 变异 (variation): 指生物在亲代与子代之间, 以及在子代与子代之间表现出一定差异的现象

6 遗传与变异现象在生物界普遍存在, 是生命活动的基本特征之一 遗传与变异是一对矛盾对立统一的两个方面 遗传是相对的 保守的, 而变异是绝对的 发展的 没有变异, 生物界就失去进化的素材, 遗传只能是简单的重复 ; 没有遗传, 就没有物种的相对稳定, 变异不能累积, 变异失去意义, 生物也不能进化

7 遗传学的定义 遗传学是研究生物遗传与变异规律的科学 Genetics is a science about biology heredity and Variation. 遗传学是研究生物体遗传信息的组成 传递和表达规律的科学 遗传学的主题是研究基因的结构和功能以及两者之间的关系 遗传学是研究基因的结构 传递和表达规律的科学, 又可称为基因学

8 遗传学的研究内容 1. 生物基因组的结构与功能, 基因组的核苷酸顺序与生物学功能之间的关系 ( 突变与异常性状之间的关系 ) 2. 基因的结构与功能, 基因在染色体上的定位和作图 3. 基因在世代之间传递的方式与规律 4. 基因变异的类型 规律及其分子机制 5. 基因转化为性状时所需的各种内外环境条件, 即基因表达的规律及其调控的分子机制 6. 能动地改造生物, 使之更符合人类的利益和要求

9 所以, 遗传学是一门涉及生命起源和生物进化的理论科学 ; 同时, 也是一门密切联系实际的基础科学 直接指导医学研究和动物 植物和微生物育种

10 二 遗传学的发展 遗传学也是在人类的生产实践活动中产生和发展起来的 古代遗传学知识的积累 : 栽培谷物 驯养动物 汉朝的 汜 si 胜之书 后魏贾思勰的 齐民要术 : 选种留种 古巴比伦人和亚述人 : 人工授精 这说明劳动人民对遗传和变异已有了一定的认识, 但没有形成系统的遗传学理论

11 19 世纪中叶生物学有了突破性的进展 Lamarck(1744~1829) 用进废退 和 获得性状遗传 Darwin(1809~1882) 物种起源 The Origin of Species(1859) 提出了以自然选择为中心的进化学说

12 Weisman( ) 新达尔文主义 种质连续论 (thoery of continuity of germplasm) 多细胞的生物体由体质 (somatoplasm) 和种质 (germplasm) 两部分组成 体质由种质产生, 种质在世代间是连续的

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14 Mendel(1822~1884) 是遗传学的奠基人 真正开始科学系统研究生物遗传和变异现象的人是 Mendel 1856~ 年豌豆杂交试验 1865 年 植物杂交试验 Experiment in Plant Hybridization 分离规律和独立分配规律 遗憾 : 无人能懂

15 孟德尔 : 遗传因子假说 遗传因子假说认为 : 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 个基本规律 这两个遗传基本规律是近现 代遗传学最主要的 不可动 摇的基础

16 遗传学的诞生 1900 年 荷兰狄弗里斯 H. de Vries 德国柯伦斯 C. E. Correns 奥地利柴马克 E. V. Tschermak 同时发现 Mendel 的论文 公认为 1900 年是遗传学的诞生年

17 遗传学的建立和发展 1. 初创时期 ( ) 2. 全面发展时期 ( ) 细胞遗传学 / 经典遗传学 数量遗传学与群体遗传学基础 3. 分子遗传学时期 (1953-)

18 1. 初创时期 ( ) (1)1900 年, 狄 弗里斯 柴马克和柯伦斯分别重新发现孟德尔规律, 是遗传学学科建立的标志 1906 年, W. Bateson 发现性状连锁现象, 贝特生提出以 Genetics 作为该学科的学科名, 年贝特森先后创用遗传学 (Genetics) 等位基因(allele), 纯合体 (homozygous) 杂合体(heterozygous) 上位基因 (epistatic genes) 等名词

19 1. 初创时期 ( ) (2) 年, 狄 弗里斯 Devries 发表 突变学说 (3)1903 年,Sutton 和 Boveri 分别提出染色体遗传理论, 认为 : 遗传因子位于细胞核内染色体上, 从而将孟德尔遗传规律与细胞学研究结合起来 (4)1909 年, 约翰生发表 纯系学说, 并提出 gene 的概念, 以代替孟德尔所谓的 遗传因子, 创用了基因 (gene), 基因型 (genotype) 和表型 (phenotype) (5)1908 年, 哈德和温伯格分别推导出群体遗传平衡定律

20 2. 全面发展时期 ( ) 形成了近代遗传学的主要内容与研究领域 (1) 细胞遗传学 / 经典遗传学 ( ) 1910, 摩尔根等 : 性状连锁遗传规律 (2) 数量遗传学与群体遗传学基础 (1920-) 费希尔等 : 数理统计方法在遗传分析中的应用

21 2. 全面发展时期 ( ) (3) 微生物遗传学及生化遗传学 ( ) 1941, 比德尔等 : 一个基因一个酶 1944, 阿委瑞 : 肺炎双球菌转化 1952, 赫尔歇和蔡斯 : 噬菌体重组 (4) 其它研究方向 1927, 穆勒等 : 人工诱变 1937, 布莱克斯里等 : 植物多倍体诱导杂种优势的遗传理论

22 Morgan 的贡献 T. H. Morgan 1866~1945 美国遗传学家 1910 年以后, 以果蝇为材料, 证明基因位于染色体上, 呈直线排列 提出了连锁遗传定律 提出了遗传学的染色体理论 1933 年获得诺贝尔奖

23 1913 A.Sturtevant 绘制了第一张连锁遗传图 1927 H.Muller (1946 年获诺贝尔奖获得者 ) X 射线诱发突变 1937 A.Blackslee 秋水仙素诱发植物多倍体 1941 G.Beadle and E.Tatum 一个基因一个酶建立了微生物遗传学和生化遗传学获得 1958 年诺贝尔奖

24 One gene one enzyme

25 DNA 是遗传物质 1944 O.Avery 证明了 DNA 转化 1952 A.Hershey and M.Chase 用放射性同位素标记试验, 进一步证明 DNA 是遗传物质, 获得 1969 年诺贝尔奖 McClintock 的发现 1951 转座子 1983 获诺贝尔奖

26 3. 分子遗传学时期 (1953-) 1953 年 Watson 和 Crick 提出 DNA 分子双 螺旋 (double helix) 模型, 是分子遗传学 及以之为核心的分子 生物学建立的标志 ; 开辟了遗传学研究的新世代 1962 年获得诺贝尔奖

27 Double helix X-ray of DNA

28 1955 S.Benzer 基因的精细结构图 1958 M.Meselson and F.Stahl 证明了 DNA 的半保留复制 1958 A.Kornberg(1959 年诺贝尔奖获得者 ) 从 E. coli 中分离到了 DNA 聚合酶 I 1959 S.Ochoa(1959 年诺贝尔奖获得者 ) 分离到了 RNA 聚合酶

29 semiconservative replication

30 1961 F.Jacob and J. Monod(1965 年诺贝尔奖获得者 ) 提出了细菌中基因表达与调控的操纵元模型 1961 S.Brener 等发现了 mrna 1965 R.Holley(1968 年诺贝尔奖获得者 ) 分析出了酵母丙氨酸 trna 的全部核甘酸序列 1966 M.Nirenberg and H.Khorana (1968 年诺贝尔奖获得者 ) 建立了完整的遗传密码表

31 genetic codon table operon theory mrna, genetic code, C. elegans 线虫

32 3. 分子遗传学时期 (1953-) 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 建立了以 DNA 重组技术为核心的遗传工程, 为生物遗传定向操作奠定了基础 ; 取得了人类 多种农业和实验生物基因组的 DNA 序列信息 ( 结构基因组学 ); 开创了功能基因组学研究 ( 后基因组学 )

33 基因工程的诞生 1970,O.Smith(1978 年诺贝尔奖获得者 ) 分离到限制性核酸内切酶 1970,D.Baltimore(1975 年诺贝尔奖获得者 ) 反转录酶 1972,P.Berg(1980 年诺贝尔奖获得者 ) 首次重组 DNA 分子 由此, 基因工程技术基本形成, 开创了遗传学研究的新时代

34 DNA 测序技术 1977,F.Sanger and W.Gilbert 发明了 DNA 序列测定方法, 获得了 1980 年的诺贝尔奖 1982, 基因工程生产的人胰岛素进入市场 1983, 获得首例转基因植物 基因工程技术已经成熟, 人类由此能够创造新的生命形态

35 人类基因组计划 人类的遗传疾病有 4000 多种, 困扰着人类 1987, 美国国会批准 人类基因组计划 1999, 中国承担 1% 测序任务 2002, 完成全部测序任务 水稻 小鼠等几十个物种的基因组计划已经完成 后基因组时代 阐明基因组编码的蛋白质的功能 基因表达的调控机制 弄清所有基因之间的相互关系

36 What animals have been cloned? Cloned monkeys Dolly First cloned mule

37 三 遗传学的应用 生产实践的需要, 成为遗传学发展的动力 ; 遗传学的研究成果, 又促进生产出现革命性的变革

38 三 遗传学的应用 农 牧 林 渔业 医药业

39 三 遗传学的应用 当今社会遗传学涉及面已经很广, 如法律上亲子鉴定, 犯罪嫌疑人的排查, 考古中 DNA 的鉴定, 体育中人才的选拔都或多或少和遗传有关, 可以说遗传学是一国济民生, 人寿年丰的学科

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41 医学遗传学 (medical genetics) 医学遗传学是用遗传学的理论与方法, 研究遗传病因素在人类疾病的发生 流行 诊断 预防 治疗和遗传咨询等方面的作用机制及其规律的遗传学分支学科 医学遗传学 : 是医学与遗传学相结合的一门边缘学科, 它的研究对象是与人类遗传相关的疾病, 即遗传病 从亲代传至子代的特点和规律 起源和发生 病理机制 病变过程及其与临床关系 ( 包括诊断 治疗和预防 ) 的一门综合性学科

42 现代医学遗传学将人类遗传病划分为 4(5) 类 ( 一 ) 单基因病 [( 五 ) 线粒体遗传病 )] ( 二 ) 多基因病 ( 三 ) 染色体病 ( 四 ) 体细胞遗传病

43 遗传病 基因病 染色体病 单基因病多基因病 常染色体病性染色体病 线粒体遗传病显性遗传病常染色体病隐性遗传病显性遗传病性染色体病隐性遗传病 数目异常遗传病结构畸变遗传病数目异常遗传病 X 染色体病结构畸变遗传病数目异常遗传病 Y 染色体病结构畸变遗传病

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