1、遗传与遗传工程,第五章,学习内容,基因的概念及其发展 基因的改变和生物的遗传变异 遗传与优生 人类基因组计划 基因工程, 1基因的概念及其发展,1、孟德尔和遗传因子,孟德尔（Mendel G. J. 18221884）,基因是怎么发现的？,孟德尔豌豆杂交实验（18561864）1866年发表植物杂交试验，提出分离规律和独立分配规律； 假定细胞中有“遗传因子”，认为遗传是受细胞里的遗传因子所控制的。,1、孟德尔和遗传因子,2、基因（gene）,1909年丹麦人约翰生（Johannsen W.，18591927） 最先提出“gene（基因）”一词：替代遗传因子概念， 被广为接受。,大麦纯系,基因在
2、什么地方？,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 提出“基因存在于染色体上”的设想。,摩尔根,摩尔根（Morgan T.H.，18661945） 创立基因学说：认为基因在染色体上直线排列,基因的化学本质？,蛋白质 约占66 脱氧核糖核酸（DNA） 约占27 核酸 核糖核酸（RNA） 约占6 其它：如拟脂和无机物质 少量,染色体,间期染色质分散于细胞核；在分裂期，染色质通过盘旋折叠压缩近万倍，包装成大小不等、形态各异的短棒状染色体。中期染色体由于形态比较稳定是观察染色体形态和计数的最佳时期。,染色体中遗传物质的主要
3、化学成分是：DNA,在核小体中，DNA是绕在组蛋白上,组成元素：C、H、O、N、P 基本单位：核苷酸 1分子含氮碱基 1分子磷酸 1分子五碳糖 种类： 核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（DNA）,核酸-DNA与RNA,DNA的双螺旋结构,DNA的双螺旋结构,3. DNA的复制,1）利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下解旋2）以一条母链为模板，按碱基互补配对原则，合成与母链互补的子链3）子链不断延伸，与对应的母链盘绕成螺旋结构，形成一个新的DNA 分子作用：1）传递遗传信息2）表达性状,DNA的复制：边解旋边复制,1）转录：以DNA的一条链为模板，按碱基互补原则，合成RNA的过程。,转录：以DNA
4、的一条链为模板，按碱基互补原则，合成RNA的过程,按DNA片段产生RNA分子的过程称为转录,转录：以DNA的一条链为模板，按碱基互补原则，合成RNA的过程,翻译：以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程,1遗传物质可以转化： 1928 年格里菲斯（FGriffith）,三个经典实验,DNA是遗传的分子基础,外源遗传物质进入细胞转化,2DNA是遗传信息的载体：赫尔歇（Hershey A.）,结论： 进入菌内的是DNA； DNA进入细胞内才能产生 完整的噬菌体。,三个经典实验,3.病毒重建试验：佛兰科尔-康拉特-辛格尔（Framkel-Conrat-Singer）,结论：提供RNA的
5、亲本决定了其后代的RNA和蛋白质。 在不含DNA的TMV中，RNA就是遗传物质。,三个经典实验,经典遗传学关于基因的概念：,回顾：基因的概念及其发展, 孟德尔： 把控制性状的因子称为遗传因子。 如豌豆红花（C）、白花（c）、植株高（H）、矮（h）。 约翰生： 提出基因（gene） 取代遗传因子。 摩尔根： 对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和染色体为 主体的经典遗传学。 基因是化学实体，以念珠状直线排列在染色体上。,一个基因 DNA分子上一定区段，携带有特殊遗传 信息 转录成RNA 翻译成多肽链，或对其它基因的 活动起调控作用（如调节基因、启动基因、操纵基因）。,分子遗传学关于基因的概
6、念：,http:/ 2.基因的改变和生物的遗传变异,变异（variation）：个体之间的差异。 “母生九子，各子有别”,遗传（heredity）：亲子间的相似现象。 “种瓜得瓜、种豆得豆”,突变,例：人的镰形红血球贫血症,染色体结构变异,染色体数量变异 例：无籽西瓜,三倍体（3n）,（有性生殖需要经减数分裂、配子产生和受精过程）, 3遗传与优生,遗传病：是由于人的生殖细胞或受精卵遗传物质发生改变而引起的疾病。,单基因遗传病,遗传病一般分为基因病与染色体病基因病又分为:单基因病和多基因病染色体病可分:常染色体和性染色体异常两大类,突变基因位于2号染色体长臂上 患者除手指畸形外，其思维、反应及语
7、言表达能力与正常人没有明显的区别，身体各部分的发育也完全正常。,并指、多指,常染色体显性遗传病,白化病,患儿皮肤呈浅的粉红色。双眼常有内斜或外斜视与水平震颤，视力减退，常失明。日光照射部位的皮肤易出现灼伤，久之可出现癌变。部分患儿伴有智能低下。,常染色体隐性遗传病,先天性聋哑,常染色体隐性遗传 严重听力减退，由于听力差，无法学习语言，因而造成继发性语言障碍。与正常人结婚后子女一般不发病。,常染色体隐性遗传病,抗维生素D佝偻病,X染色体上的显性致病基因 对磷、钙吸收不良而导致骨发育障碍。患者常常表现为X型（O型）腿、骨骼发育畸形（如鸡胸）、生长缓慢等症状。,X连锁的显性遗传病,X连锁的隐性遗传
8、女：XCXc杂合时非色盲，只有XcXc纯合时才是色盲； 男：Y染色体上不携带对应基因，XCY正常、XcY色盲。,色 盲,X连锁的隐性遗传病,（人类和哺乳动物的雄性个体有两个异型性染色体，为XY型）,多基因病（polygenic disease）,多基因遗传病：指某种疾病的发生受两对以上等位基因的控制。 多基因遗传病除了决定于遗传因素之外，还受着环境等多种复杂因素的影响（由多个基因与环境因子共同作用所引起的遗传性疾病）。 常见的多基因遗传病有高血压、冠心病、糖尿病以及先天畸形(唇腭裂、脊柱裂、无脑儿等)。,唇 裂,染色体异常遗传病,如：猫叫综合征、 21三体综合征等,如：性腺发育不良等,（45+
9、XX或45+XY）,（44+X、44 +XXY）,Down氏综合症 （21三体）,先天性愚型,病因：比正常人多了一条21号常染色体症状：智力低下，身体发育缓慢。常表现为特殊的面容,染色体病,性腺发育不良,病因：缺少一条X染色体 症状：比较矮小，肘常外翻。性腺发育不良，乳房 不发育，因而没有生育能力。,染色体病,一个病残儿平均寿命为50年，50年国家和家庭需为孩子承担40万人民币的基本生活费用 每年出生:120万人40万元=4800亿元,经济负担,精神负担,什么是优生学？,预防性优生学：研究降低产生不利表现型的不利基因的途径A. 开展婚前检查B. 禁止近亲结婚C. 提倡适龄生育D. 开展遗传咨询
10、E. 开展产前诊断F. 妊娠早期避免接触致畸剂,遗传病如何诊断？,移植胚胎前诊断,8细胞,遗传病如何诊断？,胎儿产前诊断,图示：羊膜腔穿刺术取出胎儿细胞进行染色体分析,图示：经皮脐血管穿刺术,遗传病如何治疗？,干细胞与基因治疗,遗传病如何治疗？,第一例获得成功的基因疗法：1990年，ADA(腺苷脱氨酶)缺乏症,http:/ Human Genome Project: Sequencing DNA and Cataloguing Genes, 4人类基因组计划,20世纪人类科学史上三大工程,人类基因组计划,曼哈顿原子弹计划,阿波罗登月计划,人类可以征服地球环境最险恶的南北极以及第三极珠峰；可以遨
11、游太空、登上月球；但是对自已身体又了解多少呢？,为什么要启动人类基因组计划？,有数据表明，在我国： 11的人患有高血压症； 4.2%的人有不同程度的残疾； 2.5的人智力低下； 在全球约有2050的人每天备受各种慢性疾病的折磨； 肿瘤、心血管疾病等主要死因已成为驱除不掉的幽灵； 艾滋病，疯牛病等新的传染病使人们对未知灾难又有了新的 恐惧。,而以上所述病症均与人类的基因密切相关,事实上，人类基因组计划的产生与“肿瘤计划”的搁浅是分不开的。美国从70年代起启动了 “肿瘤计划”，但是，不惜血本的投入换来的是令人失望的结果。,1986年3月7日，最早提出HGP设想的美国生物学家、诺贝尔奖得主杜尔贝科在
12、Science上发表了一篇题为“肿瘤研究的一个转折点：人类基因组的全序列分析”的短文。他提出：包括癌症在内的人类疾病的发生都与基因直接或间接有关，呼吁科学家们联合起来，从整体上研究人类的基因组，分析人类基因组的全部序列。,杜尔贝科说：“这一计划可以与征服宇宙的计划相媲美，我们也应该以征服宇宙的气魄来进行这一工作。”,杜尔贝科（1914 ） Renato Dulbecco 美国病毒学家 伦敦帝国癌症研究基金实验室,人类有23对染色体，约30亿个碱基对（约3万个基因）所包含的信息，如果印成书，以每页3000个印刷符号计，会有100万页。就是这样一本“天书”，蕴藏着人的生、老、病、死的丰富信息，也是
13、科学家们进一步探索生命奥秘的“地图”，其价值难以估量 。因此，称其为生命科学领域的“阿波罗计划”一点都不为过！,1990年10月1日 中国国庆日HGP正式启动了！,总体计划： 在15年内投入至少30亿美元进行人类全基因组的分析,人类单倍体基因组含30亿碱基对(bp)的DNA序列，包括约3万个基因，分布于22条常染色体和X、Y性染色体。,1999 年 12 月英、日、美三国科学家联合完成首条人类染色体（22 号染色体）的测序任务,2000年6月26日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成,HGP1%测序中国实验室,2002年4月5日Science刊登中国独立完成的水稻基因组草图序列（总数4.6亿） 2
14、005年完成全基因组精细图,2007年10月11日首个完整中国人基因图公布（炎黄一号 ）,2008年10月深圳华大基因研究院宣布，大熊猫“晶晶”基因组框架图绘制完成。,大熊猫基因组约为30亿bp（23万个基因），与人的大小相似，与狗的基因组最为接近。 该成果可为大熊猫这种濒危物种的保护、疾病的监控 和人工繁殖提供科学依据，为保护其它保护动物提供范例。,大熊猫“晶晶”,HGP基本内容,遗传图谱 物理图谱 序列图谱 转录图谱,HGP对人类疾病基因研究的贡献 （最重要）,寻找遗传疾病基因的常规流程,HGP将给人类带来的好处,1、将带动一场医学革命用基因图谱看病 基因药物治病基因检测预防隐患 基因治疗
15、疾病,2、获取了操纵生命的工具控制生命的孕育优生优育 延长人的寿命选择最佳生活环境,3、得以进行精确的个体鉴定基因身份证 生物考古,4、将带来巨大的商机生物制药 器官培植,基因档案,好的方面：每个人可以了解自己的体质，使疾病的预防和治疗大为有效；每个人可以根据自己的基因特征，扬长避短，规划自己的发展前途和成长道路。 问题：个人基因档案是否个人隐私？应如何得到保护？是否会产生“基因”歧视？,5、遗传工程（基因工程）,1）概念：是指将外源的核酸分子（目的基因）导入到原来没有这类基因的宿主生物体内，并能持续稳定地繁殖，从而使宿主生物产生新的性状。（即：转基因） 2）核心技术：DNA的重组技术,3）
16、三大理论基础和三大实践基础,理论基础： 生物的遗传物质是DNADNA的双螺旋结构和半保留复制机理 中心法则实践基础： 限制性内切酶 DNA连接酶 细菌质粒（载体）,4） 产生,1973年，科恩重组大肠杆菌两种不同质粒成功 1974年，科恩重组金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的质粒成功 重组非洲爪蟾DNA和大肠杆菌质粒成功,5） 基本步骤,1）目的基因的获得：限制性内切酶 “分子剪刀”,DNA连接酶“分子针线”,（2）将目的基因与载体连接成重组DNA,载体质粒,（4）目的基因的表达,（3）将重组基因导入受体细胞,6） 基因工程的应用,对绿色食品产业的影响,第一种市场化的基因食品西红柿与1993年在美国出现,医学,
