細(xì)胞遺傳學(xué)第1章9

王海燕（理科樓A318）

84395344(office）第一頁，共五十三頁。第一章緒論Introduction第二頁，共五十三頁。第一節(jié)細(xì)胞遺傳學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)第二節(jié)細(xì)胞遺傳學(xué)的發(fā)展簡史第三頁，共五十三頁。第一節(jié)細(xì)胞遺傳學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù)

細(xì)胞遺傳學(xué)=細(xì)胞學(xué)+遺傳學(xué) Cytogenetics=Cytology+Genetics

細(xì)胞遺傳學(xué)是遺傳學(xué)與細(xì)胞學(xué)相結(jié)合的一個(gè)遺傳學(xué)分支學(xué)科。第四頁，共五十三頁。細(xì)胞遺傳學(xué)是遺傳學(xué)與細(xì)胞學(xué)相結(jié)合的一個(gè)遺傳學(xué)分支學(xué)科。研究對(duì)象主要是真核生物，特別是包括人類在內(nèi)的高等動(dòng)植物。著重研究分離、重組、連鎖、交換等遺傳現(xiàn)象的染色體基礎(chǔ)，以及染色體畸變和倍性變化等染色體行為的遺傳學(xué)效應(yīng)。第五頁，共五十三頁?！凹?xì)胞遺傳學(xué)的建立是以這樣一個(gè)事實(shí)為基礎(chǔ)的，即任何一種生物有機(jī)體的遺傳物質(zhì)，無論它是病毒、細(xì)菌還是哺乳類都被組織進(jìn)一條或多條染色體中。利用各種各樣物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)技術(shù)都有可能去檢驗(yàn)這些細(xì)胞器（即染色體）的結(jié)構(gòu)與功能，并把染色體的特征去和遺傳功能以及表型遺傳與分布模式聯(lián)系起來”------C.P.S.Swanson(1981)

第六頁，共五十三頁。Thestudyofchromosomes,thevisiblecarriersofDNA,thehereditarymaterial.Cytogeneticsisafusionscienceduetojoiningofcytology(thestudyofcells)withgenetics(thestudyofinheritedvariation).Cytogenetics第七頁，共五十三頁。Thestudyofthestructure,functionandevolutionofchromosomeschromosomebehaviourduringsomaticandgermlinedivision第八頁，共五十三頁。植物性狀顯微鏡染色體第九頁，共五十三頁。細(xì)胞遺傳學(xué)的主要研究對(duì)象

染色體第十頁，共五十三頁。1879年,德國生物學(xué)家Flemming

（1843～1905年）發(fā)現(xiàn)。

1888年，正式被命名為染色體。能用堿性染料染色、有結(jié)構(gòu)的線狀體，是遺傳物質(zhì)基因的載體。在生物的細(xì)胞核中，有一種易被堿性染料染上顏色的物質(zhì)，叫做染色質(zhì)。染色體只是染色質(zhì)的另外一種形態(tài)。它們的組成成分是一樣的，但是由于構(gòu)型不一樣，所以還是有一定的差別。第十一頁，共五十三頁。Chromosomesarecomplexstructureslocatedinthecellnucleus,theyarecomposedofDNA,histoneandnon-histoneproteins,RNA,andpolysaccharides.Theyarebasicallythe"packages"thatcontaintheDNA.Normallychromosomescan'tbeseenwithalightmicroscopebutduringcelldivisiontheybecomecondensedenoughtobeeasilyanalyzedat1000X.Chromosomes(meaningcolouredbody)

第十二頁，共五十三頁。Cytogeneticsisthestudyofchromosomesandchromosomeabnormalities.

Thisincludes:

examination

ofchromosomestructure,

learninganddescribing

therelationshipsbetweenchromosomestructureandphenotype,

seekingout

thecausesofchromosomalabnormalities.

細(xì)胞遺傳學(xué)的任務(wù)：

研究染色體的數(shù)目、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能與運(yùn)動(dòng)，以及這些特征的各類變異對(duì)遺傳傳遞、重組、表達(dá)與調(diào)控的作用與影響。第十三頁，共五十三頁。第二節(jié)細(xì)胞遺傳學(xué)的發(fā)展簡史

細(xì)胞遺傳學(xué)形成前時(shí)期(1665-1899)經(jīng)典細(xì)胞遺傳學(xué)時(shí)期(1900-1968)分子細(xì)胞遺傳學(xué)時(shí)期(1969-至今)第十四頁，共五十三頁。細(xì)胞遺傳學(xué)形成前時(shí)期(細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué))17世紀(jì)：顯微鏡發(fā)明和細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)世界上第一架組合顯微鏡是在17世紀(jì)由荷蘭人J.Sachariassen和Z.Janssen制造的;第一個(gè)使用“細(xì)胞”這一術(shù)語的則是英國人R.Hooke，他于1665年用極原始的顯微鏡對(duì)木栓進(jìn)行了觀察。第十五頁，共五十三頁。

細(xì)胞遺傳學(xué)形成前時(shí)期(細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué))17世紀(jì)：顯微鏡發(fā)明和細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)第十六頁，共五十三頁。19世紀(jì)：細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能和運(yùn)動(dòng)1828年蘇格蘭植物學(xué)家R.Brown在顯花植物中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核，并于1831年指出細(xì)胞核是細(xì)胞的主要成分。

1831－1839年德國學(xué)著M.J.Schleiden和T.Schwann正式提出“細(xì)胞學(xué)說”，明確指出細(xì)胞是一切生命有機(jī)體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位。

第十七頁，共五十三頁。遺傳學(xué)的形成19世紀(jì)后期，有許多學(xué)者對(duì)動(dòng)植物的性別與受精作用等進(jìn)行過研究。其中特別是1876－1877年和1884年E.Strasburger分別在動(dòng)植物上發(fā)現(xiàn)受精是卵子與精子（細(xì)胞核）的融合。1882年W.Flemming提出“有絲分裂”（Mitosis）與“染色質(zhì)”(chromatin)這兩個(gè)術(shù)語，并證明染色體在核分裂時(shí)縱向分開。1883年EdowardVanBeneden證明配子染色體數(shù)是體細(xì)胞的一半，而受精又使合子染色體數(shù)恢復(fù)到和體細(xì)胞相等，從而保證了物種染色體數(shù)的相對(duì)恒定。1890年T.Boveri和Q.Hertwig一起發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂（Meiosis）。

第十八頁，共五十三頁。HertwigandStrasburger: 性別和受精理論（1877and1884）Flemming: 有絲分裂（1882）BoveriandHertwig: 減數(shù)分裂（1890）細(xì)胞學(xué)和胚胎學(xué)發(fā)展，對(duì)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)、有絲分裂、減數(shù)分裂、受精及細(xì)胞分裂過程中染色體動(dòng)態(tài)都已比較了解。第十九頁，共五十三頁。孟德爾（MendelG.J.,1822~1884）系統(tǒng)地研究了生物的遺傳和變異。

豌豆雜交試驗(yàn)（1856~1864）：

?1866年發(fā)表《植物雜交試驗(yàn)》，提出

分離規(guī)律和獨(dú)立分配規(guī)律；

?假定細(xì)胞中有“遺傳因子”，認(rèn)為遺傳是受細(xì)胞里的遺傳因子所控制的。第二十頁，共五十三頁。1900年，三位植物學(xué)家：

狄·弗里斯（DeVrisH.）科倫斯（CorrensC.）馮·切爾邁克（VonTschermakE.）在不同國家用多種植物進(jìn)行雜交試驗(yàn),獲得與孟德爾相似的解釋,證實(shí)孟德爾遺傳規(guī)律,確認(rèn)重大意義。

1900年孟德爾遺傳規(guī)律的重新發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著遺傳學(xué)的建立和開始發(fā)展,孟德爾被公認(rèn)為現(xiàn)代遺傳學(xué)的創(chuàng)始人。

1910年起將孟德爾遺傳規(guī)律,命名為孟德爾定律。經(jīng)典細(xì)胞遺傳學(xué)時(shí)期(理論、材料、方法)第二十一頁，共五十三頁。德國實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)家Boveri(鮑維里，1902)and美國細(xì)胞學(xué)家Sutton(薩頓，1903):

各自在動(dòng)植物生殖細(xì)胞的減數(shù)分裂過程中發(fā)現(xiàn)了染色體行為與遺傳因子行為之間的平行關(guān)系，認(rèn)為孟德爾所設(shè)想的遺傳因子就在染色體上，這就是所謂的薩頓-博韋里假說或稱遺傳的染色體理論。

第二十二頁，共五十三頁。美國細(xì)胞學(xué)家McClung,StevensandWilson（1901-1911）先后發(fā)現(xiàn)在直翅目和半翅目昆蟲中雌體比雄體多了一條染色體，即X染色體，從而揭示了性別和染色體之間的關(guān)系。染色體與性別決定(昆蟲)-遺傳的染色體理論提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)，高翼之,遺傳,2002,24(4):459-462BatesonW.(1906）：

從香豌豆中發(fā)現(xiàn)性狀連鎖；創(chuàng)造“genetics”。

Mendel定律的普遍性提供實(shí)驗(yàn)證據(jù),第二十三頁，共五十三頁。1910年摩爾根創(chuàng)立了連鎖定律并證實(shí)了基因在染色體上以直線方式排列。確立了遺傳的染色體理論(chromosometheoryofinheritance)。獲1933年度諾貝爾獎(jiǎng)ThomasHuntMorgan(1866-1945)摩爾根（MorganT.H.,1866~1945）：①.提出“性狀連鎖遺傳規(guī)律”；②.提出染色體遺傳理論

細(xì)胞遺傳學(xué)；③.著“基因論”：認(rèn)為基因在染色體上直線排列，創(chuàng)立基因?qū)W說。第二十四頁，共五十三頁。從1910年到1940年，細(xì)胞遺傳學(xué)發(fā)展迅猛。1910年美國發(fā)表“果蠅的性別遺傳”。此后，他又和,等用果蠅為試驗(yàn)材料，根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，證明基因在染色體上呈直線排列，并提出以三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)為基礎(chǔ)的基因定位方法。1912年首先發(fā)表“果蠅的連鎖圖”。1917－1921年,先后用遺傳試驗(yàn)識(shí)別缺失、重復(fù)、倒位與易位等染色體結(jié)構(gòu)變異。1925年的重要著作《基因論》問世。1932年的《細(xì)胞學(xué)最近進(jìn)展》第一版出版，被公認(rèn)為當(dāng)時(shí)細(xì)胞遺傳學(xué)研究進(jìn)展的總結(jié)性經(jīng)典。第二十五頁，共五十三頁。20世紀(jì)30年代至40年代經(jīng)典細(xì)胞遺傳學(xué)研究在許多動(dòng)植物中廣泛展開，其中特別是以果蠅和玉米為材料進(jìn)行的研究對(duì)這門學(xué)科的影響最大。1931年C.Stern,和B.McClintock提出交換涉及同源染色體間染色質(zhì)互換的證據(jù)。1933年將多線染色體應(yīng)用于果蠅細(xì)胞遺傳學(xué)研究。第二十六頁，共五十三頁。1933年B.McClintock將粗線期染色體用于染色體畸變研究。接著她又于1934年分析玉米的核仁形成中心。40年代末至50年代初B.McClintock又在染色體單體斷裂－融合－橋周期性變化研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座因子。1936年C.Stern發(fā)現(xiàn)有絲分裂染色體交換，同時(shí)發(fā)現(xiàn)果蠅染色體的優(yōu)先分離。1942－1952年和也在玉米中發(fā)現(xiàn)類似的優(yōu)先分離。第二十七頁，共五十三頁。第二十八頁，共五十三頁。TjioandLevans,19562n=46(Human)將人類染色體從2n＝48更正為2n＝46。50年代末發(fā)現(xiàn)人類一系列遺傳綜合癥與染色體畸變有關(guān)。第二十九頁，共五十三頁。（布萊克斯生）和于1937年發(fā)現(xiàn)用秋水仙堿可使植物染色體加倍。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)人工合成多倍體植物起到了積極的推動(dòng)作用。1917年和1928年（穆勒）和（斯特德勒）分別在果蠅和玉米上證明X射線可使基因突變頻率大為提高。此后，許多學(xué)者又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)另一些物理與化學(xué)因素也有大幅度提高突變頻率的明顯作用?；虻耐蛔冄芯砍藶橛N工作開拓遺傳變異提供了一個(gè)新的手段，同時(shí)也將有關(guān)基因本質(zhì)的研究進(jìn)一步引向深入。

第三十頁，共五十三頁。分子細(xì)胞遺傳學(xué)時(shí)期(分子遺傳學(xué)+細(xì)胞遺傳學(xué))真核生物的染色體研究與核酸研究的結(jié)合可以追溯到在細(xì)胞學(xué)制片上用染色反應(yīng)去識(shí)別DNA的實(shí)驗(yàn)。這一實(shí)驗(yàn)最早是由于1924年報(bào)道的。于1968年和同事們又創(chuàng)立了染色體的熒光顯帶技術(shù)，為后來逐步發(fā)展起來的染色體分帶技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。60年代末至70年代初和提出的直接在染色體上進(jìn)行DNA原位雜交的技術(shù)又成為細(xì)胞遺傳學(xué)與分子遺傳學(xué)相互結(jié)合的一個(gè)重要里程碑。

第三十一頁，共五十三頁。分子細(xì)胞遺傳學(xué)時(shí)期(分子遺傳學(xué)+細(xì)胞遺傳學(xué))

1924，F(xiàn)eulgen染色反應(yīng) 1968,Carspersson,染色體分帶技術(shù) 1969,1970,PardueandGall,原位雜交技術(shù) 遺傳圖譜和物理圖譜構(gòu)建第三十二頁，共五十三頁。Feulgen染色反應(yīng)第三十三頁，共五十三頁。Carspersson,染色體分帶技術(shù)40年代初用定量細(xì)胞化學(xué)方法證明DNA存在于細(xì)胞核中。第三十四頁，共五十三頁。第三十五頁，共五十三頁。第三十六頁，共五十三頁。ChromosomePainting第三十七頁，共五十三頁。普通小麥染色體1B缺失圖譜第三十八頁，共五十三頁。第三十九頁，共五十三頁。第四十頁，共五十三頁。JohannMendel:遺傳，2003,25(1)ThomasHuntMorgan:遺傳，2003,25(2)JamesWatsonandFrancisCrick:遺傳，2003,25(3)BabaraMcClintock:遺傳，2003,25(4)第四十一頁，共五十三頁。細(xì)胞遺傳學(xué)衍生的分支學(xué)科:體細(xì)胞遺傳學(xué)--主要研究體細(xì)胞，特別是離體培養(yǎng)的高等生物體細(xì)胞的遺傳規(guī)律；分子細(xì)胞遺傳學(xué)--主要研究染色體的亞顯微結(jié)構(gòu)和基因活動(dòng)的關(guān)系；進(jìn)化細(xì)胞遺傳學(xué)--主要研究染色體結(jié)構(gòu)和倍性改變與物種形成之間的關(guān)系；細(xì)胞器遺傳學(xué)--主要研究細(xì)胞器如葉綠體、線粒體等的遺傳結(jié)構(gòu)；醫(yī)學(xué)細(xì)胞遺傳學(xué)--這是細(xì)胞遺傳學(xué)的基礎(chǔ)理論與臨床醫(yī)學(xué)緊密結(jié)合的新興邊緣科學(xué)，研究染色體畸變與遺傳病的關(guān)系等，對(duì)于遺傳咨詢和產(chǎn)前診斷具有重要意義。第四十二頁，共五十三頁。ThevalueofChromosomeResearch:

Thecentralfeaturesofchromosomestructureandfunctionaredefinedatthemolecularlevel.Thewayinwhichgenesareorganizedwithchromosomes,Therelationbetweenstructureandfunction,Theeffectsofgeneorganizationonfunction,Themechanismsthatcontrolgeneactivity.第四十三頁，共五十三頁。Manyaspectsofchromosomebehaviorincelldivisionhavebeenclarified.

Theprocessesofcelldivision,includingmitosisandmeiosis,havebeenstudiedinorganismsasdiverseashumans,frogs,hrasshoppers,flies,maize,wheatandyeast.第四十四頁，共五十三頁。Whole-chromosomestudiesasapartofcytogeneticsarehavingamajorimpactongenome-mappingprojects.Theidentificationofchromosomeregionsprovidedaframeworkforsequencingthewholegenomeofanorganism;Cytogeneticsstudiesofchromosomesarethemajorimpetusforthemolecularanalysisofsignificantregionsofchromosomes.第四十五頁，共五十三頁。Detailedmolecular-cytogeneticmapsprovidethebasisforthedesignofDNAprobesthatcanbeusedtoanalyzeindividuals,families,andpopulation.Especiallywhencompletegenome-sequencedataarenotavailable.第四十六頁，共五十三頁。Understandingchromosomestructureprovidesthemeanstoanalyzethesecondarychangesthatoccurduringtheprocessesofchromosomeengineeringandtransformation.IntroducenewDNAmaycausesecondarychangesinchromosomestructure.Whole-chromosomestudiesareessentialtounderstandthesechangesandtohelpineliminatingunwantedabnormalities.第四十七頁，共五十三頁。Molecularbiologycannowprovidethetechnologyfortheconstructionofsimplechromosomes.SynthesizechromosomesopensupaneweraforanalyzingchromosomebehaviorandfordeterminingthefunctionoflargesectionofDNA.第四十八頁，共五十三頁。參考資料：Apples/Morris/Gill/May,1999.ChromosomeBiology,Kluwer Academicpublisher.Swansonetal,1981,Cytogenetics-Thechromosomeindivision, inheritanceandevolution.Newjersey:PrenticeHallInc

Shultze-Schaffer，1980，Cytogenetics-Plants,animals,humans. NewYork:Springer-VerlagNewYorkLtd.

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Rieger,etal,1976,GlossaryofGeneticsandCytogenetics-classical andmolecular.NewYork:Springer-Verlag,Berlin

第四十九頁，共五十三頁。劉大鈞，1999，《細(xì)胞遺傳學(xué)》，農(nóng)業(yè)出版社李國珍，染色體及其研究法?？茖W(xué)出版社，1987。羅鵬等，植物細(xì)胞遺傳學(xué)。高等教育出版社，1989。Glossary-Cytogeneticsterms第五十頁，共五十三頁。 <Cytogeneticsand

GenomeResearch><Genome> <ChromosomeRe