人类遗传学第一章绪论

遗传学,主讲教材： （1） 遗传学 第二版上册 刘祖洞编著 高等教育出版社 （2）人类遗传学导论余其兴 赵刚编著 高等教育出版社 Springer 出版社 （3）遗传学 王亚馥编著 高等教育出版社 学 时： 48 考试方式： 闭卷笔试 任课教师： 唐 艳 黑龙江大学生命科学学院,第一章 绪论,本章重点 遗传、变异、遗传学的含义、研究内容和任务、遗传与变异的关系，遗传学研究特点、遗传学的发展简史 学时：2,第一节 遗传学 的定义、研究内容和任务,1.遗传学的研究内容,（1）是研究生物遗传和变异的科学： 遗传学与生命起源和生物进化有关。 （2）是研究生物体遗传信息和表达规律的科学： 解决问题：物种代代遗传 性状遗传 （3）是研究和了解基因本质的科学: 遗传物质是什么？ 遗传物质性状？,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生产实际的基础科学，直接指导医学研究和植物、动物和微生物育种。,2.遗传和变异的定义,(1). 遗传（heredity）：一种生物只能繁衍同种生物， 世代间相似的现象就是遗传。 “种瓜得瓜,种豆得豆”。“龙生龙，凤生凤, 老鼠生的儿女会打洞 ”。 (2). 变异（variation）：亲代和子代之间、子代和子代之间相似而不完全相同，这种生物个体间的差异叫变异。 (3).遗传学（Genetics）：是研究生物的遗传与变异规律的一门生物学分支科学；是研究遗传信息传递与表达的一门生物学分支科学。,自然选择,人工选择,3.遗传学研究的对象,以微生物(细菌、真菌、病毒)、 植物和动物以及人类为对象， 研究其遗传变异规律。,4遗传学研究的任务,（1）阐明：生物遗传和变异现象表现规律； （2）探索：遗传和变异原因物质基础内在规律； （3）指导：动植物和微生物育种提高医学水平。,物种特征是怎样一代一代传递下来保持基本不变的。 基因在世代之间传递的方式与规律。 变异是如何发生的，有无规律可循。 遗传和变异的物质基础是什么，它们的化学结构和性质如何。 基因转化为性状时所需的各种内外环境条件,也就是基因表达的规律。 按照人类的要求控制遗传变异，能动地改造生物,使之符合人类的利益和要求，特别是对人类自身的疾病的防治。,1.在生物个体细胞基因层次上研究遗传信息的结构、传递与表达。 2. 遗传信息的传递包括世代的传递与个体间的传递 3. 通过人工个体杂交方式研究基因的功能。 4. 人类遗传疾病的研究层次包括：家系、双生子、 寄养子、细胞、 分子。,5 遗传学的研究特点,6.遗传学的实验设计,普通遗传学实验设计，需要具备三个基本条件： .要求实验对象的基因型完全相同或相似，要求具备世代周期短，繁殖快和繁殖量大的特点。 .要求实验环境具备相对稳定的一致性。 .要求实验方案设计能按照人为意愿进行不同基因型之间的杂交。,第二节 遗传学的发展历史,旧石器时代末新石器时代初 通过动植物的驯养和栽培使劳动人民对遗传现象有了粗浅的认识 。 人类生产实践遗传和变异选择育成优良品种。,一、古代遗传学知识的积累,公元前4000年 伊拉克的古代巴比伦石刻上记载了马头部性状在个世代的遗传。 公元前5世纪到4世纪 希波克拉底 认为子代具有亲代的特性那是因为在精液或胚胎里集中了来自身体各部分的微小代表元素(elememt)。 100年后，亚里斯多德（Aristotle）认为:精液不是提供胚胎组成的元素，而是提供后代的蓝图。生物的遗传不是通过身体各部分样本的传递，而是个体胚胎发育所需的信息传递。 18世纪（林奈、柯尔络特） 宗教神学的统治使遗传知识带上了浓厚的神学、神秘主义色彩，集中表现为生物物种神创论和不变论，从一定程度上限制了遗传学的发展。,1. 拉马克（Lamarck J. B., 17441829）： 环境条件改变是生物变异的根本原因； 器官的用进废退与获得性遗传 如长颈鹿、家鸡翅膀、鼹鼠。 拉马克（1809，动物的哲学） 生物物种是可变的； 遗传变异遵循“用进废退和获得性遗传”规律，即认为动物器官的进化与退化取决于用与不用（用进废退理论），以及认为每一世代中由于用或不用而加强或削弱的性状是可以遗传的（获得性遗传）。,二、近代遗传学的奠基,拉马克的“用进废退”,法国的科学家拉马克主张生物的器官常使用就会进化，不使用就会退化 ，器官改变后的性状可以传给后代。,2. 达尔文（Darwin C.，18091882）： 广泛研究遗传变异与生物进化关系。 1859年发表物种起源著作，提出了自然选择和人工选择的进化学说，认为生物是由简单复杂、低级高级逐渐进化而来的。 承认获得性状遗传的一些 论点提出“泛生论”假说。,达尔文以博物学家的 身份进行了年的环 球考察工作。,达尔文：泛生假说,1868，在驯养下动物和植物的变异对生物的遗传、变异机制进行了假设，并提出了泛生假说。 认为各种器官都存在微小的泛生粒，它们能分裂、生殖，并能在体内流动，最后汇集到生殖器官里，形成生殖细胞，当受精卵发育成成体时，各种泛生粒又进入到各器官发生作用，从而表现出遗传现象。如果亲代的泛生粒发生改变，子代则表现变异。,所有生物都在改变（变异），它们的特征可以遗传。 所有的生物都参与生存竞争，优胜劣汰，适者生存，并繁衍后代，许多世代之后形成了进化。,新达尔文主义 在生物进化方面支持达尔文的选择理论，但在遗传上否定获得性遗传，魏斯曼是其首创者。 1892，种质连续论(theory of continuity of germplasm) 生物体由种质和体质组成：种质指生殖细胞，负责生殖和遗传；体质指体细胞，负责营养活动。 种质自身永世长存，世代连续相继，体质由种质产生，是保护和帮助种质繁殖的手段； 种质细胞系完全独立于体质细胞系，体质细胞发生的变化（获得的性状）不影响种质细胞，获得性状是不遗传的。,3.魏斯曼：种质连续论,魏斯曼（Weismann A.，18341914）： 种质连续论：种质是世代连续不绝的； 支持选择理论； 否定后天获得性遗传：老鼠22代割尾巴试验。 ,三、现代遗传学的发展阶段,1. 个体遗传学向细胞遗传学 过渡时期（1910之前）,1866年，植物杂交试验 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自由组合两个规律,（1）孟德尔：遗传因子假说,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,Gregor Mendel 18221884,Put forth the basic principles of inheritance, publishing his findings in 1866 ,the significance of his work did not become widely appreciated until 1900.,孟德尔“分离规律”和“自由组合定律”，是遗传学奠基人,（2）1900年，三位植物学家： 荷兰的de Vries：月见草 德国的Correns：玉米、豌豆 奥地利的Tschermak：豌豆 在不同国家用多种植物进行与孟德尔早期研究相似的 杂交试验获得与孟德尔相似的解释 证实孟德尔遗传 规律 确认重大意义。 1900年孟德尔遗传规律的重新发现 标志着遗传学的 建立和开始发展 孟德尔被公认为现代遗传学的奠基人。 1906年，W.Bateson提出以Genetics作为该学科的学科名。 1910年起将孟德尔遗传规律 孟德尔定律 。,纪念孟德尔先生：在其修道院建立了纪念馆。,（3）狄费里斯（de Vries H., 18481935）： 提出“突变学说”（19011903）： 认为突变是生物进化因素。,苗期白 化突变,2. 细胞遗传学时期（1910 1939）,当时细胞学和胚胎学已有很大发展，对于细胞结构、有丝分裂、减数分裂、受精及细胞分裂过程中染色体动态都已比较了解。 细胞学研究和孟德尔遗传规律结合。 研究工作的主要特征是从 个体水平细胞水平建立 染色体遗传学说。,（1）约翰生（Johannsen W., 18591927）： 1909年发表“纯系学说”：明确区别基因型和表现型； 最先提出“基因”一词：替代遗传因子概念。 （2）鲍维里（Boveri T., 1902）和萨顿（Sutton W., 1903）： 发现遗传因子的行为与染色体行为呈平行关系染色体遗传学说的初步论证。,大麦纯系,（3）贝特生（Bateson W., 1906）： 从香豌豆中发现性状连锁； 创造“genetics”这一学科名称。 贝特生先后创用: 遗传学（Genetics） 等位基因（allele） 纯合体（homozygous） 杂合体（heterozygous） 上位基因（epistatic genes）,（4）詹森斯（Janssens F. A., 1909）： 观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释基因连锁现象提供了基础。,（5）摩尔根（Morgan T.H., 18661945）： 提出“性状连锁遗传规律”； 提出染色体遗传理论 细胞遗传学； 著“基因论”：认为基因在染色体上直线排列，创立基因学说。,基因学说主要内容： 种质(基因)是连续的遗传物质； 基因是染色体上的遗传单位，有很高稳定性能自我复制和发生变异； 在个体发育中，基因在一定条件下，控制着一定的代谢过程表现相应的遗传特性和特征； 生物进化主要是基因及其突变等。 这是对孟德尔遗传学说的重大发展，也是这一历史时期的巨大成就。,（6）诱变： 穆勒（Muller H.T.）： 1927年对果蝇用X 射线诱发突变。 斯特德勒（Stadler L.T.）： 1927年在玉米用X 射线诱发突变。 证实基因和染色体的突变不仅在自然情况下产生，用X射线处理也会产生大量突变。 人工产生遗传变异的方法，使遗传学发展到一个新的阶段。 布莱克斯生（Blakeslee A. F.）： 利用秋水仙素诱导多倍体。,穆勒,3. 数量遗传学和群体遗传学的诞生 （1930 1932年）,费希尔（Fisher R. A.）： 1918年，发表了重要文献“根据孟德尔 遗传假设的亲属间相关的研究” 成功运用 多基因假设分析资料，首次将数量变异划分 为各个分量，开创了数量性状遗传研究的思想方法。 1925年，首次提出了方差分析（ANOVA）方法, 为数量遗传学的发展奠定了基础。,4. 从细胞水平向分子水平过渡时期 （1940 1952年）,由于微生物遗传学和生化遗传学研究的广泛开展，使工作进入微观层次其主要特征是以微生物为研究对象，采用生化方法探索遗传物质的本质及其功能。,（1）比德尔（Beadle G. W.，1941）： 在红色面包霉的生化遗传研究中，分析了许多生化突变体： 提出“一个基因一种酶”假说； 发展了微生物遗传学、生化遗传学。 以后研究表明，基因决定着蛋白质（包括酶）合成改为“一个基因一个蛋白质或多肽”。,（2）艾弗里（Avery O. T., 1944）等 用纯化因子研究肺炎双球菌的转化实验，证明了遗传物质是DNA而不是蛋白质。 （3）卡斯佩森（Caspersson T. O.）： 40年代初用定量细胞化学方法证明DNA存在于细胞核中。,（4）赫尔希（Hershey A. D., 1952）等 用同位素示踪法在研究噬菌体感染细菌的实验中，再次确认了DNA是遗传物质。 至此，已为遗传物质的化学本质和基因功能奠定了初步的理论基础。 （5）以后又有人证明： DNA是构成染色体的主要物质； 同种生物不同细胞中DNA的质与量恒定； 在性细胞中DNA的含量为体细胞的一半。,5. 分子遗传学时期（1953现在）,40年代中细胞遗传学、微生物遗传学和生化遗传学取得了巨大成就，使一些物理学家对研究生物学问题产生浓厚的兴趣。 在量子力学家薛定谔生命是什么?（1944）一书影响下，一些物理学家和化学家研究遗传的分子基础和基因的自我复制这两个当时生物学的中心问题。 在生物研究中带进了物理学理论、概念和方法。,1951年McClintock B. 发现跳跃基因或称转座。 1953年J. D. Watson和F. Crick 通过X射线衍射分析,提出了DNA分子双螺旋结构模型，开创了分子遗传学这一新的学科领域，被喻为遗传学发展史上的一个里程碑。 1958年Kornberg 发现 DNA合成酶。 在此期遗传的基本单位是顺反子（Cistrons）,20世纪60年代 1961年F.jacob和J.Monod提出调节基因表达的操纵子模型。 1962年，1968年Arber， 1978年Smith 发现限制性酶。 1964、1965年 Nirenberg，Khorana破译遗传密码。 蛋白质和核酸的人工合成、“中心法则”的确立、三联体密码的确定、调节基因作用原理的发现、传递细菌对抗生素抗性的质粒的发现使遗传学的发展走在了生物科学的前面。, 20世纪70年代 1972年 Berg建立重组技术。 1975年 Temin发现反转录酶。 1977年 Sanger & Gilbe