清华大学普通生物学课件总结3inheritance.doc

一 遗传的基本规律
1.遗传和变异
遗传的特点:1.稳定性2.普遍性
变异的特点：
1.普遍性2.变异有两种类型：可遗传的变异,不遗传的变异
四种可遗传的变异的形式:遗传物质的重新组合,染色体结构或数目改变,基因突变,细胞质基因的变异
（一） 遗传的第一定律（二）遗传的第二定律
实验材料的选择:纯系,自花授粉,相对性状
孟德尔比率表现的前提：1 纯系。2 性状由一对基因控制，完全显性。3 配子发育良好，无选择受精。4 所有配子的存活率相同。5 实验群体要大。
孟德尔定律的精髓：颗粒遗传理论.追溯Mendel的成功之路:必备的理论和实验技术基础,实验材料的选择,实验设计的简化,引入数理统计的方法,追求真理的精神
（三）　孟德尔定律的拓展
不完全显性,复等位基因,基因多效性
（四） 遗传的染色体基础
A.染色体DNA关键序列,DNA复制起始点,着丝粒,端粒
B.染色体的基本结构单位：核小体
核小体结构:1.每个核小体包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白H1。
2．组蛋白八聚体构成核小体的核心结构。
3．146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈。组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bp DNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。
4．两个相邻核小体之间以连接DNA（linker DNA）相连，典型长度60bp，不同物种变化值为0～80bp不等。
5．组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列。实验表明，核小体具有自组装（self-assemble）的性质。
C.染色质包装的多级螺旋模型:一级结构：核小体,二级结构： 螺线管,三级结构：超螺线管,四级结构：染色单体
压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍
DNA————→核小体————→螺线管————→超螺线管————→染色单体
D.减数分裂及其意义
（五） 性染色体与性连锁遗传
性染色体和性别决定
1.性染色体与常染色体 性染色体决定性别的几种类型 XY型,ZW 型 家蚕,XO 型，如蝗虫
2.单倍体(蜜蜂 雄性为单倍体 n=16 雌性为二倍体2n=32)
3.性别分化与环境条件 激素的影响（人妖）,蜜蜂中蜂王和工蜂(蜂王浆)，植物中黄瓜 缩短日照，雌花增多。延长日照 雄花增多
（六） 果蝇的伴性遗传
（七） 人类中的伴性遗传
X连锁隐性遗传特点： 红绿色盲、血友病
(1)男性患者远多于女性，系谱中往往只有男患者。
(2)性状从得病的男人通过他的女儿传给他外孙的半数。
(3)男性患者的子女正常，不连续遗传。
(4)一个与X连锁的基因不会从父亲直接传给儿子。
(5)由于交叉遗传，男性患者的兄弟、外祖父、姨表兄　　弟、外孙可能是患者，其他亲属不可能是患者。
X染色体上显性遗传特点 抗维生素D佝偻症
(1)患者双亲必有一方患有此病。女性患者多于男性，但是女性患者病情较轻。
(2)男性患者的后代中，女儿都是患者，儿子正常。
(3)女性患者的后代中，子女各有1/2的发病可能性。
(4)未患病的后代真实遗传，不会患病。
Y染色体控制的遗传（限雄遗传） 耳毛
（八） 人类性染色体与性别畸形
睾丸退化症(Klinefelters syndrome) 核型一般为47 XXY,少数为48XXXY
卵巢退化症(Turners syndrome) 核型一般为45 XO,此外还有XO/XX嵌合体
XYY(及超Y) 多X女人Barr小体在2个以上 多X男人 48XXXY,49XXXXY
（九） 哺乳动物的性别与SRY序列
早期认为H-Y基因控制雄性的发育。编码一种162个氨基酸的免疫蛋白。伦敦帝国癌症基金研究会的Koopman. P发现XX男性不含 ZFY,却含有另一段Y染色体。35Kb，称之为SRY
(十) 遗传的第三定律－连锁交换定律
A.F1 形成配子时，同源染色体非姊妹染色体之间发生了互换，因此出现４种类型的配子。两种亲本类型，占多数；两种交换类型占少数。
连锁遗传中，由于交换使基因发生重组。因此可以产生新的类型。但与自由组合相比重组类型显著减少。
B.交换的细胞学证据 联会复合体,多线染色体
C.重组率（RF）=重组型配子数目/总配子数目
连锁群
D.利用重组率进行基因定位
1%的重组率定义为１个图距单位(m.u)。厘摩,(centimorgan,cM
（十一） 高等植物的细胞质遗传
细胞质遗传的主要特点
正反交结果不一样，杂种表现母本性状。细胞质基因呈不均等分配，不遵循Mendel定律。细胞质基因在一定程度上是独立的。
二 基因的分子生物学
（一） 遗传物质及其结构
遗传物质必须具备的几个条件:(1)自我复制的能力。(2)储存、传递信息的能力。(3)稳定性强，变异罕见。(4)细胞分裂时把遗传信息有规律地分配到子细胞中。
1 遗传物质是DNA(有时是RNA)的直接证据
（1） 转化实验 1928年，英国微生物学家Griffith.F做了肺炎双球菌的转化实验。
1944年 Avery.O 、 Macleod.C、 McCarty.M.J揭开了转化因子的化学本质。
（2） Hersey – Chase关于T2 噬菌体的感染实验
2 DNA结构的确定,DNA双螺旋模型
DNA结构要点：１磷酸二酯键２反向平行３A＝T，G＝C４(维持碱基之间配对的)作用力是氢键
（二） DNA 复制
1 DNA复制依赖于特殊的碱基配对
2 DNA复制是半保留式的
3 DNA聚合酶与冈崎片断(DNA聚合酶的特性,催化合成磷酸二酯键的方向在已有链的３’－OH 末端添加dNTP具有纠正错误的“校读能力”)
DNA 链的延伸方向 5'-3'双向
RNA引物的作用
（三） 遗传信息流是从DNA到RNA到蛋白质
1 蛋白质是表型特征的分子基础
2 DNA与蛋白质的合成
（ 1 ）RNA 的分子构成及功能 单链 核糖 尿嘧啶（U） RNA能形成分子内碱基配对
蛋白质合成中三种RNA的作用: mRNA , rRNA, tRNA
真核细胞mRNA分子特点 Poly A 尾， 5‘端帽子甲基化-G
rRNA (约占82%)与蛋白质结合形成核糖体
(2) 转录－从DNA到RNA RNA聚合酶沿模板DNA3'向5'移行，mRNA按5'向3'方向延长
e.g.DNA3'-TACCGGAATTGC-5' mRNA 5'-AUGGCCUUAACG-3'所以蛋白质-甲硫氨酸...
碱基互补，全保留方式，RNA聚合酶。RNA 聚合酶、转录因子、启动子
真核细胞中的三种RNA聚合酶
聚合酶的种类 被转录的基因

RNA聚合酶Ⅰ 大部分的核糖体RNA基因
RNA聚合酶Ⅱ 所有蛋白质编码基因，加上一些编码小
分子量RNA的基因（如剪接体中的那些）

RNA聚合酶Ⅲ 转运RNA基因，5S核糖体RNA基因，编
码一些小分子结构RNA的基因
(3) 遗传密码
遗传密码的基本特点：连续性，简并性，偏爱密码子，专一性，不编码的终止子 (UUA,UAG,UGA)，起始密码子(AUG)，通用性
3 遗传信息在细胞质中被翻译（translation）
(1) tRNA携带氨基酸(2) 核糖体阅读密码子，氨基酸连成多肽链
4 中心法则 遗传信息流从DNA RNA Protein
(1) 中心法则(2) 中心法则的发展（1) RNA 复制（2） 反转录（3） DNA 转译 (Lab)
（四） 遗传物质的改变
1 染色体畸变与人类疾病
（1） 染色体结构变异(a) 研究染色体畸的好材料－－多线染色体
(b)染色体结构变异的类型:缺失,重复,倒位,易位(利用FISH技术定位人类染色体的易位片断)
(2) 染色体数目变异 染色体组的概念
a) 整倍体 三倍体无籽西瓜,八倍体小黑麦
b)非整倍体 三体2n+1 单体2n-1 缺体2n-2
2.基因突变
(1)　两种形式的基因突变
（a）碱基置换
转换:嘌呤换嘌呤或嘧啶换嘧啶
颠换:嘌呤换嘧啶或嘧啶换嘌呤
(b) 移码突变 插入或删除碱基
（2）突变的诱发
（a）辐射(电离辐射、非电离辐射）（b）化学诱变剂(c)其他诱变因素
3.DNA损伤修复
修复缺陷与人类疾病 Xeroderma pigmentosum(着色性干皮病 )
三. 基因表达调控
（一） 基因的选择性表达是细胞特异性的基础
（二） 原核生物的基因表达调控
1 大肠杆菌的乳糖操纵子模型
结构基因，调节基因，启动子，操纵基因，操纵子
2 色氨酸操纵子
（三） 真核生物的基因表达调控
1 不同的细胞有特异的基因表达方式
2. DNA的包装影响基因的表达
3 异染色质化与基因表达失活
4 真核细胞的RNA转录后的加工
（1） 断裂基因（2） RNA剪接
四 重组DNA技术
（一） 基因工程的相关技术
1 DNA的变性与复性
2 分子探针（probe）
3 Southern Blot DNA
4 Northern Blot RNA
5原位杂交
6聚合酶链式反应
(1)　PCR基本原理(2) Taq DNA聚合酶(3) 寡核苷酸引物(4) PCR技术的应用
(二) 基因工程主要的工具酶
1 限制性内切核酸酶 2DNA连接酶及其连接作用3 反转录酶
(三) 基因克隆的质粒载体（克隆载体的要求：复制起始点，选择性标记，单一切点，较小分子量，多拷贝，安全性高）
1 质粒2 PBR322 Plasmid
（四） 重组DNA的基本步骤
1 获取目的基因--基因文库　人工合成　反转录　PCR 法
2 DNA分子的体外重组
3 重组DNA分子引入宿主细胞及筛选鉴定(目的基因的表达,影响表达的因素,重组DNA的鉴定)
(五) 基因工程的应用及相关问题 --疫苗生产,制药工业,转基因动物,转基因植物
六 达尔文学说与微观进化
（一） 达尔文是进化理论的主要创立者
1 达尔文和《物种起源》2 多重证据支持共同由来说(加拉帕戈斯地雀与共同由来说,形态学比较的证据,化石资料)3 人工选择的效应是自然选择的一个佐证
自然选择学说的基本内容
(1)生物普遍具有遗传与变异现象
(2)一切生物都有高速率增加的倾向，即具有巨大的繁殖力。
(3)一切生物的实际生存数保持相对稳定。
(4)在生存斗争中，保存有利变异个体，淘汰不利个体。（适者生存）
(5)通过自然选择、性状分歧逐渐形成新种。
(6)自然选择经常在生物与环境的相互关系中改造生物体，使生物更加适应于环境，促进了生物向着从简单到复杂、从低级到高级方向的发展。
(二) 生物的微观进化
微观进化和 宏观进化
1 群体是生物微观进化的基本单位 群体 基因库 基因频率　基因型频率　
2 理想群体的Hardy-Weinberg 平衡
Hardy-Weinberg 定律:基因频率的恒定
基因频率和基因型频率恒定的因素：种群大、随机交配、无突变、无迁移、无选择
3 改变群体遗传结构的因素
遗传漂变 建立者效应 瓶颈效应 基因流 突变和新基因的加入 不随机交配 自然选择
4 自然选择就是有差别的存活和生殖
发生自然选择的三个条件:群体内存在不同的基因型个体,不同基因型的表型性状影响了个体的存活和生殖或其一,不同基因型个体世代之间的增长率产生了差异。
适合度的概念（fitness）生物能够生存并将其基因传给下代的能力。如野生型适合度为1,　突变型适合度为0.75,则选择系数为0.25
5 自然选择的靶子是整个生物体
任何基因型的适合度依赖于其他基因
在重组－选择的反复交替中产生新的遗传聚集
遗传重组和选择的往复实际上就是一种创造。
6 自然选择的三种主要模式