1 遗传学绪论课件

遗传学生命科学学院李晓韬绪论第一节什么是遗传学第二节遗传学的发展史第三节遗传学在科学和生产中的作用及当代遗传学的特点第一节什么是遗传学一、遗传和变异（一）概念遗传－世代间相似的现象（遗传物质在世代间的传递）。变异－亲代与子代及子代个体间的差异（染色体变异，基因突变和基因重组）称变异。（二）遗传和变异的辩证关系生物体的遗传和变异是生物界普遍存在的，他们二者是并存而又对立统一的生命现象。1、遗传决定了生物界的稳定性。2、遗传和变异共同推动了生物界的进化和生物多样性的发展。3、遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大动力。遗传＋变异＋自然选择→物种遗传＋变异＋人工选择→动植物品种自然选择人工选择二、遗传学（一）概念研究遗传和变异规律的科学。（研究遗传物质的本质和传递以及遗传信息表达和进化的科学。）（二）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。第二节遗传学的发展史一、现代遗传学发展前：（一）遗传学起源于育种实践人类→生产实践→遗传和变异→选择→优良品种（二）18世纪下半叶和19世纪上半叶期间，拉马克和达尔文等对遗传和变异的系统研究：1、拉马克(LamarckJ.B.,1744-1829)①环境条件的改变是生物变异的根本原因。　②用进废退学说；如长颈鹿的颈、家鸡的翅膀。　　③获得性状遗传学说。2、达尔文(DarwinC.，1809-1882)：广泛研究遗传变异与生物进化的关系　　　①1859年发表《物种起源》著作，提出以自然选择和人工选择为中心的进化学说，认为生物是由简单→复杂、低级→高级逐渐进化的。　　②承认获得性状遗传的一些论点，并提出了“泛生论”假说，但至今未获得科学的证实。达尔文以博物学家的身份进行了五年的考察工作。3、魏斯曼(WeismannA.，1834-1914)①种质连续论：种质是世代连续不绝的；　②支持选择理论；　③否定后天获得性遗传：老鼠22代割尾巴试验。二、现代遗传学的发展阶段（一）个体遗传学向细胞遗传学过渡时期(1910之前)1、孟德尔(MendelG.J.，1822-1884)　系统地研究了生物的遗传和变异。　豌豆杂交试验（1856-1864）：　①1866年发表《植物杂交试验》,提出了分离规律和独立分配规律。　②假定细胞中有遗传的物质基础“遗传因子”，认为性状是受遗传因子所控制的。　　　2、1900年，三位植物学家：狄·弗里斯(DeVrisH.荷兰)科伦斯(CorrensC.德国)冯·切尔迈克(VonTschermakE.奥地利)在不同国家用多种植物进行了与孟德尔早期研究相类似的杂交育种试验，作出了与孟德尔相似的解释，证实孟德尔的遗规传律，确认该理论的重大意义。　　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创始人。　　　　1910年起将孟德尔提出的遗传规律命名为孟德尔定律。　　2、1900年，三位植物学家：狄·弗里斯(DeVrisH.荷兰)科伦斯(CorrensC.德国)冯·切尔迈克(VonTschermakE.奥地利)重新发现孟德尔定律，标志着遗传学的诞生。为纪念孟德尔先生，在其修道院建立了纪念馆。3、狄·费里斯（deVriesH.,1848-1935）：　　提出“突变学说”(1901~1903)：认为突变是生物进化因素。苗期白化突变（二）细胞遗传学时期(1910-1939年)　　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。　　　细胞学资料与孟德尔的遗传规律结合。　　　这一历史时期，研究工作的主要特征是从个体水平→细胞水平，建立了染色体遗传学说。1.约翰生（JohansenW，1859－1927）①1909年发表“纯系学说”，明确区分基因型和表现型。②最先提出“基因”一词，替代“遗传因子”的概念。2.鲍维里（BoveriT，1902）和萨顿（Sutton，1903）发现遗传因子的行为和染色体的行为有平行关系，是染色体遗传学说的初步论证。3.贝特生（BetesonW,1906)①从香豌豆中发现性状连锁，但没有提出合理的解释。②创造遗传学“genetics”一词。4.詹森斯（JansensFA,1909)观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释基因的连锁交换现象提供了基础。5.摩尔根（morganTH,1866-1945)①提出“基因的连锁交换规律”②提出染色体遗传理论→为细胞遗传学奠定了基础。③著《基因论》：认为基因在染色体上呈直线排列，创立“基因学说”。6.诱变①穆勒(MullerH.T.)：1927年用X射线诱导果蝇突变成功。②斯特德勒(StadlerL.T.)：　1927年对玉米用X射线进行诱发突变。　两人证实了基因和染色体的突变不仅在自然情况下产生，且用X射线处理也会产生大量突变。　这种用人工产生遗传变异的，使遗传学发展到一个新的阶段。③布莱克斯生(BlakesleeA.F.)：利用秋水仙素诱导多倍体。穆勒（三）从细胞水平向分子水平过渡时期（1940－1950）这一时期，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(BeadleG.W.，1941)和塔特姆（Tatum)　　　在红色链孢霉的生化遗传研究中，分析了许多生化突变体。　①提出“一个基因一种酶”假说；　②发展了微生物遗传学、生化遗传学。　　以后的研究表明，基因决定着蛋白质(包括酶)的合成，故改为“一个基因一个蛋白质或多肽”。2.卡斯佩森(CasperssonT．O.)：40年代初用定量细胞化学方法，证明DNA存在于细胞核中。3.艾弗里(AveryO.T.,1944)等在用纯化的DNA、蛋白质和多糖研究肺炎双球菌转化实验中，证明了遗传物质是DNA而不是蛋白质。　4.赫尔希(HersheyA.D.,1952)等在研究噬菌体感染细菌的实验中，采用同位素示踪法再次确认了DNA是遗传物质。至此，为遗传物质的化学本质及基因功能的研究奠定了初步的理论基础。（四）分子遗传学时期（1953年－现在）1.沃森(WatsonJ．D.)和克里克(CrickF.H.C.)根据对DNA化学分析和DNA的X射线晶体学所得资料，提出DNA分子结构模式理论(双螺旋结构,1953)，并用此模型解释遗传物质的复制。2003年是生命遗传物质脱氧核糖核酸也就是ＤＮＡ的结构发现５０周年，JamesWatson，摄于2003年4月23日。2.克里克(CrickF．H．C.，1961)和同事：1958年提出中心法则，1961年用实验证明了他的关于遗传三联密码的推测。3.从1957年开始，尼伦伯格(NirenbergM．W.)等着手解译遗传密码，经多人努力至1969年全部解译出64种遗传密码。在60年代先后，初步阐明了mRNA、tRNA及核糖体功能。4.雅各布(JacobF.)和莫诺(MonodJ.)：1961年提出了大肠杆菌操纵子学说，阐明微生物基因表达的调控问。　　至60年代末已基本上搞清楚蛋白质生物合成过程，验证了1958年克里克提出的“中心法则”。这一法则因1970年逆转录酶的发现进一步作了修正。　　●遗传密码的破译→解决了遗传信息本身的物质基础及含义问题。　　●“中心法则”→解决了遗传信息的传递途径和流向问题。　　　●分子遗传学取得的许多成就都是来自对原核生物的研究,从70年代开始在此基础上才逐渐开展对真核生物的研究。由于对细菌质粒和噬菌体，以及限制性核酸内切酶、人工分离和合成基因取得进展,1973年成功地实现了DNA的体外重组→人类开始进入按照需要设计并能动改造物种和创造新物种的新时代。在分子遗传学中已成功地：　　*人工分离基因　　　*人工合成基因　　　*人工转移基因　　　*克隆技术应用目前：基因工程→定向改变遗传性状。　　　　　　　*可以更自由和有效地改变生物性状；　　　*打破物种界限，克服远缘杂交困难；　　　*培育优良动、植物新品种；　　　*有效地治疗人类的一些遗传性疾病。遗传学发展：　　　*整体水平→细胞水平→分子水平；　　　*宏观→微观；　　　*染色体→基因；　　　*逐步深入到研究遗传物质结构和功能。　现代遗传已发展到30多个分支：　细胞遗传学数量遗传学生统遗传学发育遗传学进化遗传学微生物遗传学分子遗传学辐射遗传学遗传工程基因组学等田中(1967)划为8个阶段：　　1900-1909　形态遗传　　1910-1919　细胞遗传　　1920-1929　生理遗传　　1930-1939　诱变遗传　　　1940-1959　生化遗传　　1950-1959　群体遗传　　　1960-1969　微生物遗传　　1970-　　　分子遗传　　　与遗传学有关的新学科：数量遗传学、分子数量遗传学、基因组学、生物信息学等。第三节遗传学在科学和生产发展中的作用及当代遗传学的特点一、遗传学在科学和生产中的作用二、当代遗传学的特点和方向一、遗传学在科学和生产中的作用（一）科学发展上的作用　1.解释生物进化的原因，阐明生物进化的遗传机理；　2.遗传学表明高等生物和低等生物所表现的遗传规律相同；　　3.随着分子遗传学的发展，进一步认识生命本质(DNA、蛋白质)。　（二）生产实践中的作用1、丰富和更新动植物育种新技术，对农业科学起直接指导作用。2、指导医学研究，提高健康水平。二、当代遗传学的特点和方向（一）1990年美国正式开始实施《人类基因组作图及测序》　★测定和分析人体基因组全部核苷酸排列次序→揭示携带的全部遗传信息→阐明遗传信息表达的规律及其最终生物学效应。　　　★对生物学和医学产生革命性的变革，是生物学中的最重大事件和遗传学领域中一个跨世纪宏伟计划。　　★在2000年6月26日人类基因组的“工作框架图”绘制宣布完成（历时10年）。　★我国承担了第3号染色体测序任务,共计3000万个碱基对，约占人类基因组全部序列的1％。（二）其他动植物基因组计划1、美国、英国国际植物基因研究中心等的研究对象，已从模式植物拟南芥菜的基因图谱入手（注：2001年12月14日美、英等国科学家宣布绘制出拟南芥基因组的完整图谱），逐渐扩大到玉米、小麦等主要农作物；　2、美、日和中已开展水稻基因组作图及测序研究；　　　2002年4月5日《Science》宣布中国科学家独立绘制完成水稻基因组草图序列(总数：4.6亿bp），是继人类基因组工作草图之后完成测定的最大基因组。3、欧洲八国科学家正在英国爱丁堡动物生理和遗传学研究所进行中国梅山猪基因图谱的测定工作；4、美国农业部肉类动物研究中心也在进行牲畜基因图谱工作。　（二）其他动植物基因组计划（三）预计基因组的结构及其功能的研究。在相当一段时间内都将会是分子生物学、细胞生物学和分子遗传学共同关注的问题，并开始形成一门新的遗传学分支学科——基因组学genomics。　　（四）遗传学的发展得益于生命科学的众多成就，以及物理学、化学、数学和技术科学的渗透。今后多学科与遗传学的相互交叉与渗透会更加密切→产生许多崭新的科学概念→涌现出许多前沿研究领域。　如随着人类基因组计划的进展，目前已出现了一门新的学科－生物信息学→处理、分析和解释遗传信息。需有数学、逻辑学、计算机科学和分子遗传学、生物化学等多学科科学家的参与→破译“遗传语言”→阐明其生物学意义。　（五）遗传学是一门基础学科。基础研究的属性决定它没有国界，某些重大科学问题的解决往往需要多国甚至全球的广泛合作。　　当代社会信息化的结果也导致基础研究的国际交流、合作和竞争十分活跃。　　　学术交流也已不仅是科学家之间交流信息的一种方式，而且已成为科研工作的重要组成部分和取得突破性进展的重要途径。