1、复习题：,1、植物的雄性不育有哪几种类型？可遗传的雄性不育有哪几种？生产上大面积应用的是哪一种？2、何谓三系配套？为什么杂种优势利用必须三系配套？三系的基因型、作用各是什么？,情境3 育种方法与遗传规律,3.1 指导杂交育种的遗传规律 3.2 指导选择育种的遗传规律 3.3 指导倍性育种和诱变育种的遗传规律 3.4 指导优势育种的遗传规律 3.5 指导生物技术育种的遗传规律,3.5 指导生物技术育种的遗传规律,10 遗传物质的分子基础 10-1 DNA是主要遗传物质 10-2 核酸的化学结构与自我复制 10-3 DNA与蛋白质的合成,前面介绍的各遗传规律及生物性状的遗传变异都是遗传物质决定的，
2、控制这么多遗传规律的遗传物质在分子结构上到底是怎么组成的？又是怎样发挥作用的？,基因主要存在于染色体上，染色体的成分经化学分析的结果为。脱氧核糖核酸(DNA)核酸 33%核糖核酸(RNA)组蛋白 染色体 蛋白质非组蛋白少量的拟脂与无机物质,27%,6%,66%,分子遗传学已拥有大量直接和间接证据，证明DNA是主要的遗传物质。在缺乏DNA的某些病毒中， RNA是遗传物质。,10-1 DNA是主要遗传物质 一、DNA是遗传物质的间接证据,（一）含量：DNA在生物细胞中含量是恒定的。 一种生物不同组织的体细胞，不论其大小和功能如何，它们的DNA含量是恒定的，而且精子或卵子中的DNA含量正好是体细胞的
3、一半；多倍体系列的一些物种，其细胞中DNA的含量随染色体倍数的增加，也呈现倍数性的递增。而细胞内的RNA和蛋白质量却没有相似的分布规律。（二）代谢：DNA具有代谢上的稳定性。放射性同位素示踪研究表明， DNA分子代谢较稳定，任何元素的原子一旦与DNA分子相结合成为其组成部分后，则在细胞正常生长的情况下，保持稳定，不会离开DNA。而细胞内蛋白质和RNA分子在迅速形成的同时，又不断分解，不稳定。,（三）分布：DNA是所有生物的染色体所共有的。除了极少数病毒外，所有生物的染色体上都含有DNA。而蛋白质则不一定，某些生物的染色体上不含蛋白质，只有DNA 。（四）突变：各类生物中，能引起DNA分子结构变
4、异的化学物质都可以引起基因突变。例如：用不同波长的紫外线诱发各种生物突变时，其最有效的波长为260nm，这与DNA所吸收的紫外线光谱是一致的。以上四方面都说明DNA是遗传物质,(一) 肺炎链球菌的试验肺炎链球菌有两种不同的类型：1.光滑型(S型、有毒型) 被一层多糖类的荚膜所保护，具有毒性，在培养基上形成光滑的菌落。2.粗糙型(R型、无毒型) 没有荚膜和毒性，在培养基上形成粗糙的菌落。在R型和S型内还可以按血清免疫反应不同，分成许多抗原型，常用R，R和S、S、S等加以区别。一般情况下，各种类型间比较稳定，不会互变。,二、DNA是遗传物质的直接证据 如果DNA确是遗传物质，能否把它和蛋白质分开，
5、单独看看他的作用？,1928年格里费斯将少量无毒的R型肺炎双球菌注入家鼠体内，再将大量有毒但已加热杀死的S型肺炎双球菌注入同一只鼠体内，结果家鼠发病死亡，从死鼠体内分离出S型的肺炎双球菌。( 如图）,肺炎双球菌转化实验,16后，阿委瑞Avery等用生物化学方法证明这种引起转化的物质是DNA，他们将S型细菌的DNA提取物与R型细菌混合在一起，在离体培养条件下，成功的使少数R型细菌定向转化为S型细菌。(如图）,因为加热杀死的S型只是使其蛋白质变性而失效了， 但是DNA仍具有活性，因此当其DNA与活的R混合后， S的DNA就会用R合成蛋白质的材料重新组建S。所以说DNA是遗传物质。迄今，已经在几十种
6、细菌和放线菌中成功地获得了遗传性状的定向转化。这些试验都证明起转化作用的物质是DNA。,(二)噬菌体的侵染与繁殖T2噬菌体是感染大肠杆菌的一种病毒，它由蛋白质外壳和包藏在头部中的DNA 组成。当T2噬菌体侵染大肠杆菌时，就把它的DNA注入到大肠杆菌的细胞中，它的蛋白质外壳却留在寄主细胞的外面。但是 T2噬菌体的DNA在大肠杆菌内，不仅能够利用大肠杆菌的材料来复制自己的DNA，而且能够利用大肠杆菌合成蛋白质的材料来制造自己的蛋白质外壳和尾部，从而形成完整的新生的噬菌体。,已知S只存在于蛋白质中（因甲硫氨酸和半胱氨酸都含S ），而DNA中不含S ， DNA中含有P。赫尔歇 等用同位素32P标记T2
7、噬菌体的DNA，用同位素35S标记T2噬菌体的蛋白质。然后用标记的T2噬菌体(32P或35S)分别感染大肠杆菌，经10分钟后，用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体外壳。发现用同位素32P标记的噬菌体感染时，在蛋白质外壳中很少有放射性同位素，大多数的32P（ DNA）在宿主细胞内。这说明是DNA进入宿主细胞内。 用35S标记的噬菌体感染时，宿主的细胞内很少有同位素标记，大多数的用35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面。这说明蛋白质没有进入宿主细胞内。由此证明进入宿主细胞的主要是DNA， DNA是具有连续性的遗传物质。,第一种情况下，基本上全部放射活性见于细菌内而不被甩掉并可传递给子代。 第二
8、种情况下，放射性活性大部分见于被甩掉的外壳中，细菌内没有放射性活性，且不能传递给子代 这样看来，主要是由于DNA进入细胞内才产生完整的噬菌体。所以说DNA是具有连续性的遗传物质。,(三)、烟草花叶病毒的重建烟草花叶病毒（TMV）是由RNA与蛋白质组成的圆筒状微粒，它的中心是单螺旋的RNA（不含DNA ），外部是蛋白质的外壳。（如图）,把TMV的RNA与蛋白质分开，用二者分别去感染烟草，发现：蛋白质不能使烟草感病，RNA可使病毒感病 。 把TMV的蛋白质与车前草病毒HRV的RNA重新合成混合的烟草花叶病毒，用它感染烟草叶片时，所产生的新病毒颗粒与提供RNA的品系完全一样，亦即亲本的RNA决定了后
9、代的病毒类型，说明RNA是遗传物质 (右图)。 以上实例均证明DNA是生物主要的遗传物质，而在缺少DNA的生物中，RNA则为遗传物质。,10-2 核酸的化学结构与自我复制,核酸是一种高分子的化合物，它的构成单元是核苷酸。两个核苷酸之间由3和5位的磷酸二脂键相连 。一、核酸种类及分布 核酸有两种：脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。两种核酸的主要区别如下：,DNA通常是双链，一般较长。绝大部分存在于细胞核内的染色体上，少量在细胞质中的细胞器上。 RNA主要为单链，分子链较短。在细胞质和细胞核中都有分布，核内多数在核仁区，少量在染色体上。二、核酸的分子结构(一)DNA的分子结构与分布DNA
10、分子是脱氧核苷酸的多聚体，含有4种脱氧核苷酸：脱氧腺嘌呤核苷酸(A)、脱氧胸腺嘧啶核苷酸 (T)、脱氧鸟嘌呤核苷酸 (G)、脱氧胞嘧啶核苷酸 (C)。,1953年，瓦特森和克里克根据碱基互补配对的规律以及对DNA分子的X射线衍射研究的成果，提出了著名的DNA双螺旋结构模型(图9-6)。这个模型最主要特点有： (1)由两条互补的多核苷酸链以右手螺旋的形式，彼此以一定的空间距离，平行地环绕于同一轴上，很象一个扭曲起来的梯子。,(2)两条多核苷酸链走向为反向平行。即一条链磷酸二脂键为53方向，而另一条为35方向，二者刚好相反。(3)每条长链的内侧是扁平的盘状碱基，碱基一方面与脱氧核糖相联系，另一方面
11、通过氢键与它互补的碱基相联系，相互层叠宛如一级一级的梯子横档。互补碱基对A与T之间形成两对氢键，而C与G之间形成三对氢键(右图)。上下碱基对之间的距离为3.4nm,近来发现DNA的构型并不是固定不变的，除主要以瓦特森和克里克提出的右手双螺旋构型存在外，还有许多变型。瓦特森和克里克提出的双螺旋构型称为BDNA。1. BDNA 是DNA在正常生理状态下的构型（每螺圈含有10个核苷酸对）。2. ADNA 当DNA在高盐浓度下时，则以ADNA形式存在。ADNA是DNA的脱水构型，它也是右手螺旋，但每螺圈含有11个核苷酸对。ADNA比较短和密。3. ZDNA 某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在，称为
12、ZDNA。,DNA构型之变异,（二）、RNA的分子结构,就其化学组成上看，由四种核苷酸组成的多聚体。它与DNA的不同，首先在于以尿嘧啶U代替了胸腺嘧啶T，其次是用核糖代替了脱氧核糖。 此外，绝大部分RNA以单链形式存在，但可以折叠起来形成若干双链区域。在这些区域内，凡互补的碱基对间可以形成氢键(图99)。,三 、核酸的自我复制,自我复制是遗传物质的重要特点。 （一）、 DNA的自我复制,复制时DNA双链解开并以每一单链为模板来形成另一对应的新链。(图9-10)。,DNA自我复制的方式-半保留复制：,DNA的合成是半保留复制（ 分别以两条链互为模板，而合成两条互补新链），复制是双向的，复制时链的
13、延伸总是从5向3方向进行。,DNA的合成过程：,1、解链 DNA分子首先从其一端沿氢键逐渐打开成两条单链 ，当双螺旋的一端已成为两条单链，而另一端仍保持双链时就开始,2、以分开的2条单链为模扳分别形成2个新链。 按碱基互补配对原则，从细胞内吸取与自己碱基互补的游离核苷酸（A-T、C-G）进行氢键结合 ，在复杂的酶系统的作用下逐步连接起来，各自形成一条新的互补链。3、新链与原来的模扳老链相结合，形成一个新的DNA双链结构。由于每个DNA分子都包括一个老链和一个新链，所以叫半保留复制。,由于DNA聚合酶作用的方向是从53，而DNA双螺旋 中的两条链是反向平行，则一条走向是从53，另一条走向是从35
14、 。所以 1967年科恩伯格提出了在35方向的单链上，新链的合成是倒退着进行的 ：按从53的方向一段、一段的合成DNA单链小片段，称为冈崎片断 ，这些小片段在由连接酶连接起来，形成一条连续的单链，完成DNA的复制。,（二）、RNA的自我复制 RNA在传递DNA的遗传信息和控制蛋白质合成中起着重要作用。1. 在真核生物中，各种RNA是以染色体DNA为模扳 ，在RNA聚合酶的作用下，在细胞核内合成的。最初转录下来的RNA产物常需进过一系列断裂、拼接、修饰和改造过程，才能成为成熟的 RNA分子,2. 在原核生物中，许多RNA病毒在宿主细胞内能以自身为模板合成RNA，这说明RNA也有自我复制的功能。
15、RNA病毒的复制方式主要有两种：,（1）. 当RNA病毒侵染宿主细胞时，将其正链注入宿主细胞中，首先合成复制酶及有关蛋白质 ，再以宿主中的核苷酸为原料，以病毒RNA为模板合成一条互补的单链，（通常称病毒原有的，起模板作用的链称为“”链，而新复制的RNA链称为“”链）。 然后这个“”链又从“”链模板释放出来，它也以自己为模板复制出一条与自己互补的“”链，最后用宿主细胞中的氨基酸合成其蛋白质外壳，于是形成了一个新生的病毒颗粒。（2）. 致癌RNA病毒，当他们的RNA进入宿主细胞后，就以自己的RNA为模板，在反转录酶的作用下，反向合成DNA前病毒，再以DNA为模板，合成新的病毒RNA，其碱基顺序与模
16、扳RNA一样。,小结： 明确遗传物质是什么 掌握核酸的化学组成及自我复制。 复习题： 1.染色体的主要化学成分有哪些？ 2.DNA的化学组成、分子结构及复制各有何特点？ 203页：1、2、3、4，重点是1、3、4,DNA是主要遗传物质，它可以自我复制，从而保证了生物各物种的稳定性。生物的大部分遗传性状都是直接或间接通过蛋白质表现出来的:即DNA通过其的碱基序列决定遗传信息-传递到具有相应序列的信使RNA（mRNA）分子上-进而决定相应的氨基酸序列-合成蛋白质分子-来决定各个性状的表现，使基因所控制的性状得以表达出来。那么DNA是如何决定蛋白质合成的？ DNA上的遗传信息与蛋白质之间是什么对应关
17、系呢？,9-3 DNA与蛋白质的合成一、 DNA与遗传密码（一）、遗传密码的概念在遗传中，遗传密码决定在蛋白质合成时，如何由碱基序列翻译成不同的氨基酸。大量实验证明：碱基序列分为一系列由3个碱基为一组的单位，每单位的3个碱基被称为一个密码子，可以编码一种氨基酸。遗传密码：是指核酸上3个相连的碱基，是遗传信息的单位，由A、 G 、C、 U 4种碱基组成。 4种碱基能够组成43=64种密码子，负责编码构成蛋白质的20种氨基酸，由于密码子的种类（64种）多于氨基酸的种类（20种），因此除了甲硫氨酸和色氨酸外，每种氨基酸都有一种以上的密码子，这种现象叫简并或遗传密码的丰余。简并：一个氨基酸由一个以上的
18、三联体密码所决定的现象。,表10-1 遗传密码字典,（二）遗传密码的基本特点,1遗传密码为三联体：三个碱基决定一种氨基酸；在64种密码中，有61种可以编码氨基酸，称为有意密码，其中AUG(编码甲硫氨酸)还可做为起始密码；剩下的3 种为无意密码，即UAA 、UAG 、UGA不编码任何氨基酸，而是蛋白质合成终止的信号，即终止密码子。,2. 遗传密码间不能重复利用:,在一个mRNA 上每个碱基只属于一个密码子； 均以3 个一组的形成氨基酸密码。,3. 遗传密码间无逗号：,AUG GUA CUG UCA .甲硫氨酸 缬氨酸 亮氨酸 丝氨酸,密码子与密码子之间无逗号，按三个三个的顺序一直 阅读下去，不漏
19、不重复。 如果中间某个碱基增加或缺失后，阅读就会按新的顺 序进行下去，最终形成的多肽链就与原先的完全不一 样(称为移码突变)。AUG UAC UGU CA 甲硫氨酸 酪氨酸 半胱氨酸,除了色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG) 仅一个三联体密码外， 其余氨基酸都有一种以上的密码子。,4简并现象：,简并现象的意义：（生物遗传的稳定性）,同义的密码子越多，生物遗传的稳定性也越大。如：UCU UCC 或UCA 或UCG，均为丝氨酸。,5同义性：,编码同一氨基酸的密码子称为同义密码子，同义密码子之间很相似，如脯氨酸：CCU 、CCA 、CCC 、CCG 。决定同一个氨基酸的多个密码子中，第1 个和第2
20、个碱基的重要性大于第3 个碱基，往往只是最后一个碱基发生变化。,6通用性：在整个生物界中，从病毒到人类，遗传密码是通用的。构成4 个基本碱基符号(A U C G)所有氨基酸所有蛋白质生物种类、生物体性状。,二、 DNA与蛋白质的合成生物性状的千变万化是由于在DNA的控制下，合成了不同结构的特异蛋白质才表现出来的。蛋白质是生物体的重要组成成分，同时具有重要的生理功能。 蛋白质是由20种不同的氨基酸组成的多肽链，每种蛋白质都有其特定的氨基酸序列。 氨基酸的基本结构为（式中R代表侧链）H H OH N C C OHR,遗传信息贮存于DNA里，由DNA所含的碱基序列决定氨基酸序列的过程即蛋白质的合成过
21、程，也就是基因的表达过程。蛋白质的合成包括遗传信息的转录和翻译两个步骤：1. 遗传信息的转录：在细胞核内的染色体上， 以DNA的一条链为模板，把遗传密码以互补的方式转录到信使核糖核酸（mRNA ）上的过程。即合成与它互补的mRNA 的过程。根据碱基互补配对的规律，在这条mRNA链上，A变为U，T变为A，C变为G，G变为C。,2. 遗传信息的翻译：就是mRNA携带着转录的遗传密码从细胞核进入细胞质、附着在核糖体上，把由转移核糖核酸（tRNA）运来的各种氨基酸，按照mRNA的密码顺序，相互连接起来成为多肽链，并进一步折叠成为立体的蛋白质分子的过程。 在核糖体上合成的多肽链，经过盘绕、折叠，形成具有
22、立体结构的、有生物活性的蛋白质分子。 这些蛋白质 （1）成为结构蛋白，作为细胞的组成部分（2）成为功能蛋白，表现一定的功能 直接表现性状。（3）成为控制细胞内各种生化反应的酶间接表现性状。 从而使遗传信息得以表达。即性状得以表现。,基因的表达,DNA的碱基序列决定生物的遗传性状,大部分都是直接或间接通过蛋白质表现出来的.遗传信息-传递到具有相应序列的信使RNA（mRNA）分子上-进而决定相应的氨基酸序列-合成蛋白质分子-来决定各个性状的表现，使基因所控制的性状得以表达出来。,三、中心法则及其发展,1中心法则：遗传上把 遗传信息的复制过程（从DNA DNA）和蛋白质的合成过程（遗传信息从DNA
23、mRNA 蛋白质的转录和翻译过程）叫遗传的中心法则。中心法则是整个生物界共同遵循的规律。(下图内的实线部分为中心法则）,2中心法则的发展 （图内的虚线部分为中心法则的发展 ）,. RNA 的反转录,RNA 肿瘤病毒：反转录酶，以RNA 为模板来合成DNA 。,如：HIV 病毒RNA 经反转录成DNA，然后整合到人类染色体中。对于遗传工程上基因的酶促合成、致癌机理研究有重要作用。增加中心法则中遗传信息的原有流向，丰富了中心法则内容。,大部分RNA 病毒还可以把RNA 直接复制成RNA 。,. RNA 的自我复制,. DNA 指导的蛋白质合成,60 年代中期，McCarthy 和Holland：试
24、验体系中加入抗生素等，变性的单链DNA 在离体条件下可以直接与核糖体结合，指导蛋白质的合成。,本章小结,1DNA 是主要的遗传物质： 间接证据(4 个) 直接证据(3 个) 2核酸的化学结构： DNA 的分子结构，双螺旋结构，自我复制。 3DNA 的复制： DNA 的半保留复制；,4. 遗传密码与蛋白质的合成： * 遗传密码：是指核酸上3个相连的碱基。 它是遗传信息的记录 * 遗传信息：核苷酸一定的排列顺序； * 三联体：由三个碱基决定一个氨基酸的密码子； * 简并：一个以上三联体密码决定一个氨基酸的现象；,*遗传信息的转录：遗传信息的翻译：中心法则及其发展。 * 复习题：203页1、5、6,
