醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體

醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)

周常文

細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)系

1第一章緒論上世紀(jì):基因、染色體研究是生命科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的核心。尋找、定位、分離、認(rèn)識、操作和開發(fā)基因21世紀(jì):生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué):基因研究與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的嶄新學(xué)科。染色體數(shù)目、致病基因、疾病治療與預(yù)防基因醫(yī)學(xué)時代:基因診斷、基因藥物及基因治療50年獲獎：18項諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎，11項化學(xué)獎

第一節(jié)學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)1865年，Mendel“融合遺傳”理論1882年，F(xiàn)lemming發(fā)現(xiàn)人染色體1900年，Mendel定律被重新發(fā)現(xiàn)1903年，Sutton和Boveri提出遺傳的染色體理論Morgan連鎖與交換證實(shí)，創(chuàng)立遺傳的基因理論第一章2

1928、44年Griffith和Avery等通過光滑型和粗糙型肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明只有DNA能將粗糙型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化為光滑型；證明遺傳物質(zhì)是DNA。隨后又證明在有DNA的生物中，DNA是遺傳物質(zhì)。在有RNA的生物中，如RNA病毒，RNA是遺傳物質(zhì)。1953年Watson和Crick提出的DNA雙股螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型，使人們認(rèn)識到?jīng)Q定生物性狀的遺傳信息存在于DNA的堿基順序中，基因即為一段具有遺傳學(xué)功能的DNA序列。1952年美籍華人徐道覺發(fā)現(xiàn)染色體低滲制片技術(shù)。1956年美籍華人蔣有興查明人類染色體數(shù)目為46條即46，XX或XY。于1960年丹佛、1963年倫敦、1966年芝加哥召開3次人類細(xì)胞遺傳學(xué)國際會議，制定了國際命名體制。1928、44年Griffith和Avery等通過光滑型3

1959年Lejennes證明先天愚型為21號染色體三體型患者，因方法學(xué)的局限性，1970年前的10年間僅記載數(shù)種染色體病。

1971年Caspersson發(fā)表第一張人類染色體顯帶照片，以及1971年巴黎人類顯帶染色體國際命名會議以后，至今已發(fā)現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)畸變的類型近萬種，染色體綜合征100余個。

1970s中期

隨著羊水穿刺等技術(shù)的建立，染色體病的診斷與產(chǎn)前診斷迅速發(fā)展，形成“臨床細(xì)胞遺傳學(xué)”這一嶄新的學(xué)科。1958年MatthewMeselson和FranklinStahl證明DNA的復(fù)制涉及雙螺旋互補(bǔ)鏈的分離；Kornberg分離出DNA聚合酶I，這是第一個可在試管中合成DNA的酶。1959年Lejennes證明先天愚型為21號染色體三41960年Ochoa發(fā)現(xiàn)RNA聚合酶，沿DNA單鏈表面合成RNA鏈；

發(fā)現(xiàn)mRNA，證實(shí)帶有編碼蛋白質(zhì)中氨基酸序列的信息。

1961年Nirenberg用人工合成的mRNA分子（多聚尿嘧啶核苷酸)

破譯出第一個遺傳密碼。

1965年揭示在細(xì)菌中抗生素抗性基因常常攜帶于稱為“質(zhì)粒”的額

外小染色體上。

1966年Nirenberg和Khorana共同確定了全部的遺傳密碼。

1968年他們兩人和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的發(fā)現(xiàn)者Holley共享該年度的諾貝爾

生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

1967年分離出DNA連接酶。

1970年WernerArber和HamiltonO．Smith分離出第一個可在特

定位點(diǎn)切割DNA分子的限制性內(nèi)切酶。

1971年Nathans用內(nèi)切酶切割一種猴病毒的環(huán)狀DNA，進(jìn)行遺傳

學(xué)研究。

1978年他們?nèi)斯蚕碓撃甓戎Z貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

1972年P(guān)aulBerg在美國斯坦福大學(xué)將DNA連接酶用于連接由限制

性內(nèi)切酶切開的DNA片段，構(gòu)建成第一個重組DNA分子。

1960年Ochoa發(fā)現(xiàn)RNA聚合酶，沿DNA單鏈表面合成5

1973年發(fā)現(xiàn)外源DNA插入質(zhì)粒DNA后，導(dǎo)入大腸桿菌仍有功

能。公眾對重組DNA可能產(chǎn)生潛在危險新微生物的擔(dān)心。

1974年部分科學(xué)家發(fā)出“世界各國暫停某些類型的重組DNA實(shí)驗(yàn)”

的呼吁；英政府要求在特定的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)謹(jǐn)慎進(jìn)行重組DNA

研究；在美國召開的國際會議，強(qiáng)烈要求制定控制重組

DNA實(shí)驗(yàn)的操作守則，呼吁發(fā)展安全的細(xì)菌和質(zhì)粒。

1975年美國NIH公布第一個重組DNA實(shí)驗(yàn)操作守則，對許多類型的

重組DNA實(shí)驗(yàn)作了限制；隨著公眾對條例可能不起作用的

憂慮加深，《紐約時代雜志》上刊文呼吁禁止對重組DNA

研究授予諾貝爾獎。

1977年美國成立第一個專門利用重組DNA技術(shù)制造醫(yī)學(xué)上重要

藥物的遺傳工程公司(Genentech)；科學(xué)家構(gòu)建第一個含

有哺乳動物DNA的重組DNA分子，發(fā)明了對大片段DNA進(jìn)行

快速序列分析的方法。Roberts和Sharp發(fā)現(xiàn)斷裂(split)

基因，1993年獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。

1973年發(fā)現(xiàn)外源DNA插入質(zhì)粒DNA后，導(dǎo)入大腸桿菌仍61978年生長激素抑制素成為首個用重組DNA技術(shù)產(chǎn)生的人類激素。1979年NIH操作守則普遍放松。允許利用重組DNA技術(shù)研究病毒DNA；科學(xué)家用惡性生長細(xì)胞的DNA轉(zhuǎn)染小鼠細(xì)胞株，分析惡性生長細(xì)胞中的癌基因。

1980年籌建了用重組DNA技術(shù)生產(chǎn)胰島素的第一家工廠；PaulBerg因于1972年構(gòu)建了第一個重組DNA分子，WalterGilbert、FrederickSanger因發(fā)明DNA測序方法共同獲得了諾貝爾化學(xué)獎。1981年第一個重組DNA公司(Genentech)出售通用股票，紐約華爾街金融中心估價，其總額在2億美元以上；NIH取消操作守則中對使用大腸桿菌和酵母菌株作為宿主繁殖重組DNA分子的基因克隆實(shí)驗(yàn)的限制；鐮狀細(xì)胞貧血癥成為首個產(chǎn)前基因診斷的遺傳病，方法是利用限制性內(nèi)切酶對DNA進(jìn)行分析；第一只轉(zhuǎn)基因小鼠和轉(zhuǎn)基因果蠅誕生。1978年生長激素抑制素成為首個用重組DNA技術(shù)產(chǎn)生的人類71982年

NIH進(jìn)一步全面放寬操作守則的限制。

科學(xué)家將大鼠生長激素基因連接到可誘導(dǎo)的小鼠基因控制信號上，注入小鼠受精卵，植入受體母鼠體內(nèi)，產(chǎn)生”超級小鼠”，體重為正常小鼠的兩倍。

用重組DNA方法生產(chǎn)的人胰島素以“Humulin”商品名進(jìn)入市場。

發(fā)現(xiàn)一種摻入煙草植物細(xì)胞的外源基因依孟德爾規(guī)律通過花粉和卵細(xì)胞進(jìn)行遺傳。

從人膀胱癌細(xì)胞分離出癌基因，在大腸桿菌上進(jìn)行克隆．發(fā)現(xiàn)人膀胱癌基因與其正常的基因僅存在單一堿基的變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)物中一個氨基酸的變化。1983年科學(xué)家發(fā)表了λ噬菌體的DNA全序列，共有48502堿基對。

McClintock在20世紀(jì)50年代提出并發(fā)現(xiàn)可移動的遺傳因子而獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。1982年NIH進(jìn)一步全面放寬操作守則的限制。81983年科學(xué)家獲得首例轉(zhuǎn)基因植物；Kohler、Milstein和Jerne因發(fā)明單克隆

抗體技術(shù)，完善極微量蛋白質(zhì)檢測技術(shù)，分享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎；

斯坦福大學(xué)獲得了關(guān)于重組DNA的專利。

1985年第一批轉(zhuǎn)基因家畜出生。

1988年J．D．Watson出任“人類基因組計劃”首席科學(xué)家。

1989年Altman和Cech因發(fā)現(xiàn)RNA具有酶的功能{核酶)共享諾貝爾化學(xué)獎；

DuPont公司獲得轉(zhuǎn)腫瘤基因小鼠——“Oncomouse”。

1990年首例基因治療臨床實(shí)驗(yàn)在美國實(shí)施；

美國能源部(DOE)和NIH牽頭啟動人類基因組計劃。

1993年Mullis因發(fā)明PCR技術(shù)而與首個設(shè)計基因定點(diǎn)突變的Smith共享諾貝爾

化學(xué)獎。

1994年Gilman和Rodbell因發(fā)現(xiàn)G蛋白在細(xì)胞內(nèi)信息傳導(dǎo)中的作用分享諾貝爾

生理醫(yī)學(xué)獎；

第一批基因工程西紅柿在美國上市；

微生物基因組計劃啟動；

繪制完詳細(xì)的人類基因組遺傳圖譜，密度平均1個Marker/700kb。

1983年科學(xué)家獲得首例轉(zhuǎn)基因植物；Kohler、Mils91995年Nature發(fā)表人基因組物理圖，及3、16和22號人染色體高密度物理圖。Iewls、Nusslei-Volhard和Wieschaus在20世紀(jì)40-70年代先后獨(dú)立鑒定控制果蠅體節(jié)發(fā)育基因分享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。1996年完成了酵母基因組全序列測定。1997年E．coli基因組測序完成，共有4600000堿基對，大約4000個基因。英國愛丁堡羅斯林研究所獲得克隆羊——多利。1998年JamesThompson和JohnGearhart領(lǐng)導(dǎo)的兩個研究小組分別成功地培養(yǎng)出了人胚胎干細(xì)胞。

人類基因組計劃宣布將加快研究進(jìn)度。2000年果蠅基因組(47350000堿基對)測序完成。

2001年實(shí)現(xiàn)基因草圖的繪制。HGP和Celera分別將他們的初步分析結(jié)果發(fā)表在2月15日的Nature和2月16日的Science上。1995年Nature發(fā)表人基因組物理圖，及3、16和2210第二節(jié)展望20世紀(jì)50年代以來：

染色體顯帶技術(shù)、DNA重組技術(shù)、PCR技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用，與醫(yī)學(xué)的結(jié)合相繼形成了十余個醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)學(xué)科：

人類細(xì)胞遺傳學(xué)(humancytogenetics)人類生化遺傳學(xué)（humunbiochemicalgenetics)人類分子遺傳學(xué)(humanmoleculargenetics)人類群體遺傳學(xué)(humanpopulationgenetms)藥物遺傳學(xué)(pharmacogenetics)免疫遺傳學(xué)(immunogenetics)輻射遺傳學(xué)(radiationgenetics)發(fā)育遺傳學(xué)(developmentalgenetics)遺傳毒理學(xué)(genetictoxicology)體細(xì)胞遺傳學(xué)(somaticcellgenetics)腫瘤遺傳學(xué)(cancergenetics)行為遺傳學(xué)(behaviorgenetics)臨床遺傳學(xué)(clinicalgenetics)等。第二節(jié)展望11目前公布的基因組框架圖不十分完善，但提供了一個當(dāng)前最全面、最完整的基因組信息。利用日益豐富和不斷完善的基因組數(shù)據(jù)，可以確定遺傳病、腫瘤、心血管病、糖尿病等危害人類生命健康最嚴(yán)重疾病的致病基因，尋找出個體化的防治藥物和方法。對于癌癥、藥物依賴、基因表達(dá)、免疫、進(jìn)化基因組學(xué)、膜交換、細(xì)胞骨架、細(xì)胞周期和生物鐘研究以及進(jìn)化生物學(xué)等學(xué)科都將產(chǎn)生難以預(yù)想的深遠(yuǎn)影響。極大地推動人類與醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)以及整個遺傳學(xué)科的發(fā)展。目前公布的基因組框架圖不十分完善，但提供了一個當(dāng)前最全面、最12疾病基因的克隆情況

1974-1989年16年

1974年世界上克隆第一種Kappa輕鏈缺乏癥的疾病基因以來，僅克隆疾

病基因106個，平均每年克隆6．6種。

1990-2002年12年

共克隆1060個疾病基因，平均每年克隆88．3種。即基因組計劃實(shí)施后

每年克隆疾病基因的數(shù)目是以前的13倍。

人類基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

人類基因組大?。?/p>

2．9—3．2Gb

個體間同源性：

99．99％

GC堿基含量：

38％

基因數(shù)目：

3～4萬，少于原先估計的10萬個，只是線蟲

或果蠅基因數(shù)量的兩倍。

疾病基因的克隆情況

1974-1989年16年

13人有而鼠沒有的基因：300個。約200多個基因編碼的蛋白質(zhì)分子與細(xì)菌中的蛋白同源，但酵母、線蟲、果蠅及—些無脊椎動物未發(fā)現(xiàn)同源物。人類基因大小差異大，從65bp-2000kb不等。目前發(fā)現(xiàn)的最大編碼dystrophin蛋白的基因有2400kb，含79個外顯子，編碼序列只占整個基因序列的0．6％。人類基因組中編碼蛋白的序列不足5％，存在“熱點(diǎn)”和大片“荒漠”，即在染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域．也有大片的區(qū)域只有Junk-DNA。分布著300多萬個長片斷重復(fù)序列．在非編碼序列中重復(fù)序列則至少占基因組的50％。人有而鼠沒有的基因：300個。14人類基因組計劃帶來的問題：

”突變與自然選擇”的“經(jīng)濟(jì)與適應(yīng)”原則是生物生存與進(jìn)化的最基本的法則。1.四種單核苷酸(A、T、G、C)的不同排列組合就構(gòu)成了地球上數(shù)億種生物，為什么人類具有30億個核苷酸而編碼蛋白的序列不足5％？2.如果95％核苷酸序列對生物體生存無用，為何不在進(jìn)化過程中淘汰？3.為什么人類只有3萬—4萬個基因卻能編碼出數(shù)十萬種蛋白質(zhì)？4.在進(jìn)化中人是最高等生物，為什么人有、鼠沒有的基因只有300個?

5.上世紀(jì)末的研究證明，酶是蛋白質(zhì)，為什么蛋白質(zhì)以外的物質(zhì)如某些RNA也具有酶的功能？6.DNA、RNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，但其他物質(zhì)如蛋白質(zhì)是否在某種特殊情況也具有遺傳的功能?7.受精卵已經(jīng)帶有致病基因，為什么要到一定的年齡才發(fā)病?8.為什么同一個致病基因的同一突變在小同的個體間發(fā)病的輕重不同?9.為什么同一種藥物對不同的人敏感度不一?等等。人類基因組計劃帶來的問題：15為了回答這些問題，科學(xué)家正在延伸人類基因組計劃。提出了所謂模式生物的基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、疾病基因組學(xué)、腫瘤基因組學(xué)、藥物基因組學(xué)、人類基因組多樣性計劃和人類基因組信息學(xué)。與時俱進(jìn)的科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)有可能進(jìn)一步揭示生命的奧秘。人類研究自身的這一認(rèn)識過程將不斷深化．但永無止境。為了回答這些問題，科學(xué)家正在延伸人類基因組計劃。16第二章染色體

第一節(jié)染色體數(shù)目與結(jié)構(gòu)

一、人類的正常核型

概念：染色體(chromosome)位于細(xì)胞核中呈線狀結(jié)構(gòu)，是遺傳信

息的載體。

詞的來源：染色體一詞來自希臘文chroma(顏色)和soma(體)。

細(xì)胞遺傳學(xué)的主要內(nèi)容：研究染色體和細(xì)胞分裂。

染色質(zhì)(chromatin)與染色體：

同一種物質(zhì)的不同存在形式。

染色質(zhì)是指間期細(xì)胞核內(nèi)遺傳物質(zhì)存在的形式；

染色體是細(xì)胞分裂時遺傳物質(zhì)存在的特定形式，

是間期細(xì)胞染色質(zhì)多級螺旋折疊的結(jié)果。

第二章染色體

17兩個結(jié)論錯誤:1950年前，人類染色體數(shù)目為48條;性別由常染色體和性染色體數(shù)目的比率決定的。主要原因是染色體技術(shù)的限制。1956年，Tjio和Leven證實(shí)培養(yǎng)的人胚胎成纖維細(xì)胞有46條染色體。1956-1959年，診斷出染色體數(shù)目異常的三個主要疾病，即Down綜合征，Turner綜合征和Klinefeher綜合征。人類染色體識別和分析標(biāo)準(zhǔn)化:1960年{丹佛)、1963年(倫敦)、1966年(芝加哥)相繼召開了三次人類細(xì)胞遺傳學(xué)國際會議，討論并制定國際命名體制，便于國際間的交流。兩個結(jié)論錯誤:1950年前，人類染色體數(shù)目為48條;性別由常18人類體細(xì)胞：二倍體(diploid)，即2n，含46條(23對)染色體。常染色體(autosomalchromosome)：男女共有，1-22對。性染色體(sexchromosome)：一對,與性別有關(guān)。女性為XX，男性為XY。配子(haploid)：單倍體即n，含23條染色體。核型(karyotype):一個體細(xì)胞中特定數(shù)目和大小的染色體。人類正常核型：46，XX(XY)。二、染色體的結(jié)構(gòu)特征(一)核小體和染色質(zhì)纖維

人類體細(xì)胞：二倍體(diploid)，即2n，19核小體(nucleosome):

組蛋白八聚體(H2A、H2B、H3、H4各兩個分子)，約146bp的DNA盤繞在外1．75圈。核小體間DNA:15～55bp，因種屬而異。Hl組蛋白:

一組密切相關(guān)的蛋白質(zhì)，數(shù)量相當(dāng)于核心組蛋白的一半，易于抽提出來。螺線管：每6個核小體以H1組蛋白為中心形成一個螺旋，外徑約30nm。染色質(zhì)纖維:

螺旋化和折疊，形成有絲分裂中期的染色體。核小體(nucleosome):20醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體21染色體DNA分子平均長度：10cm，由(2-3)x108bp組成。組蛋白：堿性蛋白質(zhì)，每個組蛋白都有20-40個氨基酸殘基從核心伸出，N端帶正電荷的賴氨酸基團(tuán)可以和自身盤繞的DNA磷酸、附近DNA以及核小體之間的DNA磷酸相互作用。組蛋白乙?；喝绻嚢彼峄鶊F(tuán)乙?；?，就會終止與DNA相互作用。乙?；蕉?，染色質(zhì)纖維絲的致密程度和高度螺旋化就越低，DNA轉(zhuǎn)錄活性越強(qiáng)。非組蛋白：為染色體提供支架作用，也和DNA轉(zhuǎn)錄有關(guān)。

(二)著絲粒(centromere)形態(tài)：正常染色體一狹窄部分，或稱縊痕(constriction)。功能：細(xì)胞分裂時染色體分離的一種裝置，保證了姐妹染色單體的分離。動粒(kinetochore)：一對。分別附著在姐妹染色單體上，可以和紡錘體的微管相連，控制著微管的裝配和染色體的移動。結(jié)構(gòu)和功能：由特異性DNA序列決定。

酵母：著絲粒元件大約110bp，一個富含AT的80-90bp中心序列、兩個高度保守的8bp和

11bp側(cè)翼序列組成。相互交換：酵母細(xì)胞的著絲粒元件可被另一酵母細(xì)胞所代替，不影響分裂。

哺乳動物：由幾十萬個bp組成。包括DNA重復(fù)序列、染色體特異序列和非特異序列。衛(wèi)星DNA：密度梯度離心后，著絲粒DNA在基因組DNA主峰旁形成“衛(wèi)星”狀側(cè)峰。分為：α、β、Y等類型。染色體DNA分子平均長度：10cm，由(2-3)x108bp22醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體23α衛(wèi)星：每條都有，由171bp的重復(fù)序列組成，占每條染色體DNA的3％～5％，構(gòu)成著絲粒異染

色質(zhì)的大部分。α衛(wèi)星的DNA重復(fù)單位有一個特異著絲粒蛋白結(jié)合位點(diǎn)，可能對著絲

粒功能起重要作用。

β、Y等類型衛(wèi)星DNA：分布因不同染色體而異。

α衛(wèi)星：每條都有，由171bp的重復(fù)序列組成，占每條染色體D24(三)端粒

端粒(telomere)：染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)，像一頂“帽子”套在染色體的端部。

發(fā)現(xiàn)者：1930s，Muller和McClintock。

命名者：Muller用希臘文telos(末端)和meros(部分)組成了telomere(端粒)。

端粒DNA：一串聯(lián)重復(fù)序列。雙鏈中的一條3’端為富含TG的序列，互補(bǔ)鏈為富含CA的序列。高度保守，如：草履蟲：TTGGGG錐蟲：TAGGG擬南芥：TTTAGGG人類：TTAGGG

端粒復(fù)制：通過端粒酶(telomerase)完成。端粒酶：由RNA和蛋白質(zhì)組成。復(fù)制過程：端粒酶RNA成分作為模板→延長親鏈3’端DNA→親鏈又為后隨鏈的合成提供模板→端粒DNA序列3’端突出→形成環(huán)狀摻入到數(shù)千bp的雙螺旋構(gòu)成三鏈結(jié)構(gòu)→這種結(jié)構(gòu)與特異性端粒蛋白結(jié)合更加穩(wěn)定。

端粒長度決定因素：取決于端粒酶的活性。端粒決定細(xì)胞壽命，分子鐘作用。

體細(xì)胞：沒有端粒酶的活性，每分裂一次，端粒也就縮短一些，當(dāng)達(dá)到一個臨界長度時，染色體失去穩(wěn)定性，使細(xì)胞進(jìn)入凋亡。

生殖細(xì)胞：端粒比體細(xì)胞的長出幾千bp，有端粒酶的活性。

惡性腫瘤：有端粒酶的活性，可補(bǔ)償正常的端粒序列丟失。使細(xì)胞獲得”永生性”，無限增殖。(三)端粒25醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體26端粒的功能：1．保持染色體的結(jié)構(gòu)完整。端粒與染色體的個體性有關(guān)，失去端粒將使染色體不穩(wěn)定，有可能與其他染色體的斷裂末端連接和重組，甚至降解；人類端粒的環(huán)狀結(jié)構(gòu)意味著染色體沒有DNA末端。2．保證染色體末端的完全復(fù)制。在DNA復(fù)制過程中，后隨鏈的不連續(xù)復(fù)制需要一段DNA作為引物RNA的模板，在線性DNA分子末端沒有這樣的模板，端粒DNA提供了復(fù)制線性DNA末端的模板。3．有助于建立核膜和染色體配對的三維構(gòu)象。端?？梢员３秩旧w與核膜的關(guān)系。4．端粒在細(xì)胞的壽命、衰老和死亡以及腫瘤的發(fā)生和治療中起重要作用。(四)常染色質(zhì)和異染色質(zhì)

常染色質(zhì)：間期核，松散狀態(tài)，堿性染料染色較淺，著色均勻。分裂期，折疊和凝縮程度低，疏松，有轉(zhuǎn)錄活性。

異染色質(zhì)：間期核，致密狀態(tài)，染色較深，成簇地分布在核仁和核膜周圍。分裂期，致密程度無變化，很少有轉(zhuǎn)錄活性。

異染色質(zhì)分為兩類：

1.結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)：始終處于致密狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性，在染色體上有固定位置，一般為DNA重復(fù)序列，常見于染色體著絲粒及其周圍。

2.兼性異染色質(zhì)：在特定細(xì)胞或在一定發(fā)育階段，由常染色質(zhì)轉(zhuǎn)變而來，原有的基因失去轉(zhuǎn)錄活性；如果處于松散狀態(tài)時，又能轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｈ旧|(zhì)，恢復(fù)轉(zhuǎn)錄活性。如X染色質(zhì)。端粒的功能：27第二節(jié)性染色體一、性別決定Y染色體決定：無論x染色體數(shù)目多少，只要有一條Y染色體就為男性，無Y就為女性。決定時間：胚胎發(fā)育第6周分化為男或女性，取決于睪丸決定因子(testis-determiningfactor，TDF)，使未分化的性腺發(fā)育成睪丸。SRY基因：1990，Sinclair將TDF的基因定位在Y染色體的假常染色體區(qū)，稱Y染色體性別決定區(qū)域(sex-determiningregionofYchromosome,SRY)。SRY編碼的氨基酸序列與一個結(jié)合DNA的結(jié)構(gòu)域同源，可能是一個轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。性別決定機(jī)制：SRY基因表達(dá)→級聯(lián)反應(yīng)（如調(diào)節(jié)XOS9基因表達(dá)）→未分化性腺髓質(zhì)發(fā)育成睪丸

→其中Leydig細(xì)胞產(chǎn)生睪酮→刺激Wolffian管→構(gòu)成男性內(nèi)生殖器→外生殖器男性化。睪丸中Sertoli細(xì)胞→產(chǎn)生Muller抑制因子→使Muller管系統(tǒng)退化。SRY基因不表達(dá)→未分化的性腺皮質(zhì)發(fā)育成卵巢→

Muller管→形成女性內(nèi)生殖器

→出現(xiàn)正常女性外生殖器特征。

SRY基因決定男性的依據(jù)：1．核型46，XX的男性，有SRY基因表達(dá)，但不生育。2．核型46，XY的女性，SRY基因突變，SRY基因不表達(dá)。無生育能力。3.雄性小鼠的性腺嵴有SRY基因表達(dá)，胚胎睪丸逐漸發(fā)育。4.SRY轉(zhuǎn)基因XX小鼠可發(fā)育成有睪丸的雄性鼠。第二節(jié)性染色體28二、性染色體進(jìn)化常染色體：22對，一條來自父親，一條來自母親，大小相同，攜帶基因相同。性染色體：X和Y,大小相差甚大，攜帶基因完全不同，X染色體大約有2000-3000個基因，Y染色體上僅有幾十個基因。交換和重組：重組的益處：有助于維持染色體的完整性。無重組的害處：造成非重組區(qū)域基因積累破壞性的突變，繼而退化和消失。重組停止越早差異越大。

性染色體：x和Y染色體最初是配對的，末端序列保持同源，在減數(shù)分裂過程中可能發(fā)生交換和重組。Y染色體非重組區(qū)域占Y染色體的95％，非重組區(qū)域仍存在一些和X染色體相對應(yīng)的基因。在Y染色體上決定睪丸發(fā)育的SRY基因,可能是最早停止重組的，與X染色體上基因相差最大。二、性染色體進(jìn)化29X和Y染色體重組停止時間：哺乳動物分支開始之前。倒位抑制:重組需要兩個相似序列線狀排列，Y染色體部分序列倒位抑制X和Y染色體相應(yīng)區(qū)域的相互作用。重組停滯性的倒位發(fā)生時間：第一次：2.4億—3.2億年前。第二次：1.3億—1.7億年前。第三次：0.8億—1.3億年前。最后一次：3千萬～5千萬年前，此時正是在猴出現(xiàn)之后，類人猿和人出現(xiàn)之前。性染色體：以Y染色體破壞性改變和X染色體代償性改

變?yōu)樘卣鞯模@種相互作用進(jìn)化成為現(xiàn)今的人類性染色體。X和Y染色體重組停止時間：哺乳動物分支開始之前。30三、X染色體失活(Lyon假說）劑量補(bǔ)償機(jī)制:男、女基因劑量上無差別。如:x染色體含G6PD基因，酶活性在男和女相同。Lyon假說：1961年，遺傳學(xué)家MaryLyon提出。認(rèn)為雌性細(xì)胞中一條異固縮x染色體是無活性的。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：小鼠x染色體上的皮毛顏色基因若為雜合子，皮毛顏色呈嵌合現(xiàn)象。女性體細(xì)胞的性染色體特征：①胚胎早期15－16天，細(xì)胞數(shù)約5000個，一條x染色體失活。②x染色體失活是隨機(jī)的，或父親的，或母親的。③x染色體幾乎完全失活。④x染色體失活為永久性和克隆式。父源x失活，代代失活。母性體細(xì)胞為嵌合體或半合子。Lyon假說的補(bǔ)充：①X隨機(jī)失活，結(jié)構(gòu)異常x優(yōu)先失活；—條x與常染色體易位，另一條正常x優(yōu)先失活。②失活x的有些基因逃避失活，16個以上的基因逃避。維持性別之間的劑量平衡。③x失活由差異甲基化所致。Xql3．3的XIST基因最先甲基化失活。性染色質(zhì)：X性染色質(zhì)女性細(xì)胞X失活，核膜內(nèi)緣有一個深染的小體，又稱Barr小體。女性特有。Y性染色質(zhì)男性細(xì)胞用熒光染料染色，核內(nèi)有一強(qiáng)熒光小體,Y長臂遠(yuǎn)端異染色質(zhì)所致。男性特有。

三、X染色體失活(Lyon假說）31醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體32X染色體失活解釋了下列現(xiàn)象：1．Barr小體間期細(xì)胞核內(nèi)的Barr小體數(shù)目總是比X染色體數(shù)目少1個，即XX者1個，XXX者有2個，XXY者有1個。2．劑量補(bǔ)償X上的基因產(chǎn)物水平在女性和男性是一樣的，如凝血因子VIII。女性類固醇硫酸酯酶活性高于男性，該基因位于X的假常染色體區(qū)而逃避失活。3．嵌合現(xiàn)象不同細(xì)胞中X隨機(jī)失活,導(dǎo)致眼球白化?。╔R）的雜合個體眼底呈現(xiàn)視網(wǎng)膜色素的嵌合現(xiàn)象。

醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體334．?dāng)y帶者的鑒別

XR遺傳病的攜帶者檢測困難。帶正?；虻腦染色體，其細(xì)胞有優(yōu)先選擇或矯正鄰近帶異?；騒染色體的細(xì)胞，表型可能完全正常。5.表型雜合子

偶爾XR遺傳病的女性有輕度或完全的表型，原因是正?；虻腦染色體失活>50％。6．46，Xr(X)表型

46，Xr(X)具有Turner綜合征(45，XO核型)的特征。環(huán)狀X染色體無X序列，該序列在正常情況下是不失活的，已證明環(huán)狀X染色體上的XIST基因不表達(dá)。4．?dāng)y帶者的鑒別34三、精子和卵子的發(fā)生精子+卵子→受精卵（合子）→新個體(一)精子發(fā)生發(fā)生部位：睪丸曲細(xì)精管。發(fā)生過程：精原細(xì)胞→增殖和生長→減數(shù)分裂→變形→精子。發(fā)生周期：約需兩個月。產(chǎn)生精子總數(shù)：一人一生產(chǎn)生1012精子，即10000億個。精子發(fā)生的四個階段：1．增殖期曲細(xì)精管上皮的精原細(xì)胞經(jīng)有絲分裂增殖。2n，23對染色體。2．生長期部分精原細(xì)胞停止分裂，吸取營養(yǎng)，胞體增大，變?yōu)槌跫壘讣?xì)胞。2n(46條)。3．成熟期每個初級精母細(xì)胞經(jīng)第一次減數(shù)分裂→2個次級精母細(xì)胞，n(23條)。經(jīng)第二次減數(shù)分裂，每個次級精母細(xì)胞形成2個精細(xì)胞,n(23條)。特點(diǎn)：兩次分裂，復(fù)制一次，染色體數(shù)目減半。4．變形期精細(xì)胞由圓形逐漸分化，細(xì)胞核極度濃縮，頂體逐漸形成，把多余的細(xì)胞質(zhì)棄掉，最后形成運(yùn)動靈活的精子(sperm)。三、精子和卵子的發(fā)生35(二)卵子發(fā)生發(fā)生部位：卵巢。成熟于輸卵管，無變形期。1．增殖期卵巢的原始生殖細(xì)胞通過有絲分裂產(chǎn)生卵原細(xì)胞，增殖，2n(46條)。2.生長期卵原細(xì)胞生長，時間長，胞體增大，發(fā)育成初級卵母細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)中積累大量卵黃、RNA和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。2n(46條)。3．成熟期初級卵母細(xì)胞經(jīng)第一次減數(shù)分裂形成次級卵母細(xì)胞（n）和第一極體。次級卵母細(xì)胞進(jìn)行第二次減數(shù)分裂，形成卵細(xì)胞(n)和第二極體。第一極體進(jìn)行第二次分裂，形成第二極體。極體退化消失。特點(diǎn)：一個初級卵母細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂形成了一個卵細(xì)胞和三個極體。卵原細(xì)胞的特點(diǎn)：在胚胎發(fā)育早期的卵巢中增殖，總數(shù)400萬-500萬。胚胎發(fā)育至6個月，形成初級卵母細(xì)胞。減數(shù)分裂特點(diǎn)：

不連續(xù)，間斷發(fā)生。卵母細(xì)胞到卵細(xì)胞的過程長達(dá)十余年到數(shù)十年之久。初級卵母細(xì)胞的特點(diǎn)：大部分在出生后逐漸退化，消失。約400個繼續(xù)發(fā)育，停止在減數(shù)分裂前期I的雙線期，直至性成熟排卵前。

性成熟后，每月有一個卵泡發(fā)育成熟、排卵?；謴?fù)減數(shù)分裂，停在中期Ⅱ。

受精過程中，從中期Ⅱ→后期Ⅱ→末期Ⅱ，形成卵細(xì)胞和第二極體。

未受精，次級卵母細(xì)胞不再繼續(xù)分裂，蛻變消失在輸卵管中。(二)卵子發(fā)生36第四節(jié)染色體技術(shù)和命名用于研究的細(xì)胞：分裂期有核細(xì)胞。常用方法：外周血淋巴細(xì)胞→分離、培養(yǎng)→植物血凝素刺激分裂→加秋水仙素阻止紡錘體形成→終止在中期→收集細(xì)胞→低滲處理→釋放染色體→固定在載玻片上→觀察。染色體帶型：Giemsa染料染色呈均質(zhì)狀。經(jīng)過變性或(和)酶消化等處理，再染色可呈現(xiàn)一系列深淺交替的帶紋。染色體鑒別：不同的染色體有各自特定的帶型，據(jù)此可以區(qū)分。帶型變化，結(jié)構(gòu)改變。顯帶技術(shù)：G顯帶、Q顯帶、R顯帶，等。帶紋與DNA：帶紋覆蓋1-10kb，與DNA的性質(zhì)有關(guān)。R帶DNA在S期早復(fù)制，富含GC和短分散核元件序列。G帶DNA在S期晚復(fù)制，富含AT和長分散核元件序列。帶紋范圍：一個DNA復(fù)制子簇，由2-100復(fù)制子構(gòu)成，約50-330kb，染色體結(jié)構(gòu)單位。復(fù)制時間與顯帶：管家基因一般為早復(fù)制，多位于R帶中。組織特異性基因晚復(fù)制，多位于G帶中。

第四節(jié)染色體技術(shù)和命名37(一)G(Giemsa)顯帶最常用。染色體經(jīng)胰蛋白酶處理后，蛋白質(zhì)變性，用一種能結(jié)合DNA的化學(xué)染料Giemsa染色，呈深淺不同的帶型。人類24種染色體可顯示出各自特異的帶紋。(一)G(Giemsa)顯帶38醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體39(二)Q(Quinacrine)顯帶熒光染料:易結(jié)合富含AT的DNA，如Quinacrine，DAPI或Hoechst33258。顯帶過程：熒光染料染染色體DNA→UV熒光顯微鏡觀察。帶紋：Q帶紋與G帶紋相似，亮帶相當(dāng)于G顯帶的深帶，暗帶相當(dāng)于淺帶。

(二)Q(Quinacrine)顯帶40醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體41(三)R(Reverse)顯帶顯帶過程：染色體經(jīng)熱鹽處理，富含AT的DNA變性，Giemsa染色，顯示與G顯帶相反的帶紋，即G顯帶的深帶變?yōu)闇\帶，淺帶成深帶。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)G帶顯示染色體兩臂末端為淺帶時，若兩臂末端發(fā)生缺失等異常，一般難以發(fā)現(xiàn)，而R帶可在此處顯出易于識別的深帶。用途：有利于研究染色體末端缺失、重排等。其它方法：GC特異性染料如chromomycinA3，olivomycin或mithramycinUl可染出相同帶型。(四)C(Centromericheterochromatin)顯帶顯帶過程：

染色體經(jīng)飽和堿溶液如氫氧化鋇預(yù)處理變性，Giemsa染色。用途：

專門顯示著絲粒和其他異染色質(zhì)區(qū)，DNA重復(fù)序列被染成深色，可用于多態(tài)分析。(三)R(Reverse)顯帶42醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體43醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體44(五)T(Telomere)顯帶特點(diǎn)：R顯帶的亞類，特異性地著色端粒。T帶是R帶的最深染部分。過程：高熱處理染色體，再用Giemsa或與熒光聯(lián)合染色。

(六)染色體高分辨顯帶低分辨顯帶：1970s初期，每個單倍體染色體顯示約400條帶，每條帶紋約800kbDNA。高分辨顯帶：1970s后期，每個單倍體的染色體顯示800多條帶。染色體來源：細(xì)胞分裂的早中期、前中期、晚前期。技術(shù)進(jìn)步：細(xì)胞同步化制片技術(shù)的應(yīng)用和染色體顯帶技術(shù)的改進(jìn)。意義：1.有助于發(fā)現(xiàn)更多、更細(xì)微的染色體結(jié)構(gòu)異常。

2.準(zhǔn)確區(qū)分各條染色體。3.腫瘤染色體的研究。4.基因定位(五)T(Telomere)顯帶45

圖2－11

10號染色體320、550、850條帶階段的模式圖及550、850條帶階段的染色體照片圖2－1110號染色體320、550、85046

圖2－12人類染色體帶型圖2－12人類染色體帶型47三、染色體組型和顯帶的命名根據(jù)著絲粒位置不同將染色體分為：

中著絲粒染色體(metacentricchromosome)亞中著絲粒染色體submetacentricchromosome)近端著絲粒染色體(acocentricchromosome)體細(xì)胞46條染色體按長度和著絲粒位置分為7組。短臂和長臂：以著絲粒為界標(biāo)區(qū)分。短臂(petit)用P表示，長臂(queue)用q表示。著絲粒：用cen表示。端粒：用ter表示。記述某一特定帶要寫明4個內(nèi)容：（1)染色體號。（2）臂的符號。（3）區(qū)的號序。（4）帶和亞帶的號序。舉例：10p11.1表示1O號染色體，短臂，1區(qū)，1帶，1亞帶。三、染色體組型和顯帶的命名48醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體49醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體50醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體51組別序號類型大小備注A1-31,3中央,2亞中最大1q有時有次縊痕B4-5亞中次大C6-12,X亞中中等大9q有時有次縊痕D13-15近端中等大E16-1816中央,17,18亞中較小16q有時有次縊痕F19-20中央小G21-22,Y近端最小21<22<YY染色體特征：（1）無隨體，一般較21、22長

（2）長臂兩單體常平行并攏，端部絨毛狀（3）著絲粒不明顯組別序號類型52人類細(xì)胞遺傳學(xué)研究的新進(jìn)展一、熒光原位雜交（FISH）：

熒光素標(biāo)記探針，染色體原位顯示雜交信號。

FISH探針：1.著絲粒探針：由特定染色體著絲粒附近的重復(fù)DNA序列組成。

用途：常見非整倍體綜合征如13三體型、15三體型、21三體型的快速診斷。常用于絨毛間期細(xì)胞進(jìn)行產(chǎn)前診斷。2.染色體特異單一序列探針：某基因座的特異片段。

用途：鑒定該染色體缺失和重復(fù)。3.染色體涂染探針：某條染色體的不同特異探針混合作為探針池，雜交相應(yīng)整條染色體，如同“涂染”。

用途：鑒定染色體重排。二、多色FISH：

不同染色體上的特異DNA序列標(biāo)記不同顏色的熒光染料。雜交信號呈現(xiàn)五顏六色，用于分辨不同的染色體。人類細(xì)胞遺傳學(xué)研究的新進(jìn)展一、熒光原位雜交（FISH）：53男性不育相關(guān)新基因的表達(dá)和功能研究ZNF313定位于20q13（1）男性不育相關(guān)新基因的表達(dá)和功能研究ZNF313定位于20q54另外2個新克隆基因的定位另外2個新克隆基因的定位55人類細(xì)胞遺傳學(xué)研究的新進(jìn)展4.比較基因組雜交技術(shù)(CGH)：

腫瘤基因DNA(待測DNA)與正?；蚪MDNA分別標(biāo)記不同的熒光染料(綠色和紅色)

→按1：1比例混合→與正常人的中期染色體進(jìn)行雜交→根據(jù)顏色差別判斷不同來源DNA的相對拷貝數(shù)多少。

結(jié)果判斷：

腫瘤基因組中某一染色體DNA比正常的多，綠/紅熒光比率增加。比正常少，綠/紅熒光比率減少。

應(yīng)用：

鑒定腫瘤DNA的擴(kuò)增或缺失；檢測染色體三體型，單體型或染色體片段拷貝數(shù)的變化。人類細(xì)胞遺傳學(xué)研究的新進(jìn)展4.比較基因組雜交技術(shù)(CGH)56人類細(xì)胞遺傳學(xué)研究的新進(jìn)展一、微細(xì)胞遺傳學(xué)：運(yùn)用人類高分辨染色體顯帶技術(shù)，研究染色體細(xì)微結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)改變后的遺傳效應(yīng)的學(xué)科。舉例先天愚型的病因核型分析：Lejeune(1959)多一條21號染色體低分辨顯帶分析：21q22片斷重復(fù)高分辨顯帶分析：21q22.3微小片斷重復(fù)高分辨顯帶的分辨能力：可識別4500kb以上的DNA片斷。人類細(xì)胞遺傳學(xué)研究的新進(jìn)展一、微細(xì)胞遺傳學(xué)：57人類細(xì)胞遺傳學(xué)研究的新進(jìn)展二、分子細(xì)胞遺傳學(xué)：運(yùn)用分子生物學(xué)方法，在分子水平上研究染色體結(jié)構(gòu)、畸變、遺傳學(xué)效應(yīng)與疾病發(fā)生等的學(xué)科。舉例先天愚型的產(chǎn)前診斷21q22.3微小片段→顯微切割→克隆DNA片斷→熒光標(biāo)記探針→檢測絨毛或羊水細(xì)胞分辨能力：可識別幾十kb－2000kb以上的DNA分子。人類細(xì)胞遺傳學(xué)研究的新進(jìn)展二、分子細(xì)胞遺傳學(xué)：58復(fù)習(xí)思考題第一章緒論一、名詞解釋1.醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)2.斷裂基因3.超級小鼠第二章染色體一、名詞解釋1.衛(wèi)星DNA2.端粒3.Y染色體性別決定區(qū)域（SRY）4.G顯帶5.染色體高分辨顯帶6.FISH二、簡答題1.簡述染色體端粒的復(fù)制過程；2.簡述Lyon假說的主要內(nèi)容復(fù)習(xí)思考題59

醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)

周常文

細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)系

60第一章緒論上世紀(jì):基因、染色體研究是生命科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的核心。尋找、定位、分離、認(rèn)識、操作和開發(fā)基因21世紀(jì):生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。醫(yī)學(xué)遺傳學(xué):基因研究與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的嶄新學(xué)科。染色體數(shù)目、致病基因、疾病治療與預(yù)防基因醫(yī)學(xué)時代:基因診斷、基因藥物及基因治療50年獲獎：18項諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎，11項化學(xué)獎

第一節(jié)學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)1865年，Mendel“融合遺傳”理論1882年，F(xiàn)lemming發(fā)現(xiàn)人染色體1900年，Mendel定律被重新發(fā)現(xiàn)1903年，Sutton和Boveri提出遺傳的染色體理論Morgan連鎖與交換證實(shí)，創(chuàng)立遺傳的基因理論第一章61

1928、44年Griffith和Avery等通過光滑型和粗糙型肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明只有DNA能將粗糙型肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化為光滑型；證明遺傳物質(zhì)是DNA。隨后又證明在有DNA的生物中，DNA是遺傳物質(zhì)。在有RNA的生物中，如RNA病毒，RNA是遺傳物質(zhì)。1953年Watson和Crick提出的DNA雙股螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型，使人們認(rèn)識到?jīng)Q定生物性狀的遺傳信息存在于DNA的堿基順序中，基因即為一段具有遺傳學(xué)功能的DNA序列。1952年美籍華人徐道覺發(fā)現(xiàn)染色體低滲制片技術(shù)。1956年美籍華人蔣有興查明人類染色體數(shù)目為46條即46，XX或XY。于1960年丹佛、1963年倫敦、1966年芝加哥召開3次人類細(xì)胞遺傳學(xué)國際會議，制定了國際命名體制。1928、44年Griffith和Avery等通過光滑型62

1959年Lejennes證明先天愚型為21號染色體三體型患者，因方法學(xué)的局限性，1970年前的10年間僅記載數(shù)種染色體病。

1971年Caspersson發(fā)表第一張人類染色體顯帶照片，以及1971年巴黎人類顯帶染色體國際命名會議以后，至今已發(fā)現(xiàn)染色體結(jié)構(gòu)畸變的類型近萬種，染色體綜合征100余個。

1970s中期

隨著羊水穿刺等技術(shù)的建立，染色體病的診斷與產(chǎn)前診斷迅速發(fā)展，形成“臨床細(xì)胞遺傳學(xué)”這一嶄新的學(xué)科。1958年MatthewMeselson和FranklinStahl證明DNA的復(fù)制涉及雙螺旋互補(bǔ)鏈的分離；Kornberg分離出DNA聚合酶I，這是第一個可在試管中合成DNA的酶。1959年Lejennes證明先天愚型為21號染色體三631960年Ochoa發(fā)現(xiàn)RNA聚合酶，沿DNA單鏈表面合成RNA鏈；

發(fā)現(xiàn)mRNA，證實(shí)帶有編碼蛋白質(zhì)中氨基酸序列的信息。

1961年Nirenberg用人工合成的mRNA分子（多聚尿嘧啶核苷酸)

破譯出第一個遺傳密碼。

1965年揭示在細(xì)菌中抗生素抗性基因常常攜帶于稱為“質(zhì)?！钡念~

外小染色體上。

1966年Nirenberg和Khorana共同確定了全部的遺傳密碼。

1968年他們兩人和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的發(fā)現(xiàn)者Holley共享該年度的諾貝爾

生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

1967年分離出DNA連接酶。

1970年WernerArber和HamiltonO．Smith分離出第一個可在特

定位點(diǎn)切割DNA分子的限制性內(nèi)切酶。

1971年Nathans用內(nèi)切酶切割一種猴病毒的環(huán)狀DNA，進(jìn)行遺傳

學(xué)研究。

1978年他們?nèi)斯蚕碓撃甓戎Z貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

1972年P(guān)aulBerg在美國斯坦福大學(xué)將DNA連接酶用于連接由限制

性內(nèi)切酶切開的DNA片段，構(gòu)建成第一個重組DNA分子。

1960年Ochoa發(fā)現(xiàn)RNA聚合酶，沿DNA單鏈表面合成64

1973年發(fā)現(xiàn)外源DNA插入質(zhì)粒DNA后，導(dǎo)入大腸桿菌仍有功

能。公眾對重組DNA可能產(chǎn)生潛在危險新微生物的擔(dān)心。

1974年部分科學(xué)家發(fā)出“世界各國暫停某些類型的重組DNA實(shí)驗(yàn)”

的呼吁；英政府要求在特定的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)謹(jǐn)慎進(jìn)行重組DNA

研究；在美國召開的國際會議，強(qiáng)烈要求制定控制重組

DNA實(shí)驗(yàn)的操作守則，呼吁發(fā)展安全的細(xì)菌和質(zhì)粒。

1975年美國NIH公布第一個重組DNA實(shí)驗(yàn)操作守則，對許多類型的

重組DNA實(shí)驗(yàn)作了限制；隨著公眾對條例可能不起作用的

憂慮加深，《紐約時代雜志》上刊文呼吁禁止對重組DNA

研究授予諾貝爾獎。

1977年美國成立第一個專門利用重組DNA技術(shù)制造醫(yī)學(xué)上重要

藥物的遺傳工程公司(Genentech)；科學(xué)家構(gòu)建第一個含

有哺乳動物DNA的重組DNA分子，發(fā)明了對大片段DNA進(jìn)行

快速序列分析的方法。Roberts和Sharp發(fā)現(xiàn)斷裂(split)

基因，1993年獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。

1973年發(fā)現(xiàn)外源DNA插入質(zhì)粒DNA后，導(dǎo)入大腸桿菌仍651978年生長激素抑制素成為首個用重組DNA技術(shù)產(chǎn)生的人類激素。1979年NIH操作守則普遍放松。允許利用重組DNA技術(shù)研究病毒DNA；科學(xué)家用惡性生長細(xì)胞的DNA轉(zhuǎn)染小鼠細(xì)胞株，分析惡性生長細(xì)胞中的癌基因。

1980年籌建了用重組DNA技術(shù)生產(chǎn)胰島素的第一家工廠；PaulBerg因于1972年構(gòu)建了第一個重組DNA分子，WalterGilbert、FrederickSanger因發(fā)明DNA測序方法共同獲得了諾貝爾化學(xué)獎。1981年第一個重組DNA公司(Genentech)出售通用股票，紐約華爾街金融中心估價，其總額在2億美元以上；NIH取消操作守則中對使用大腸桿菌和酵母菌株作為宿主繁殖重組DNA分子的基因克隆實(shí)驗(yàn)的限制；鐮狀細(xì)胞貧血癥成為首個產(chǎn)前基因診斷的遺傳病，方法是利用限制性內(nèi)切酶對DNA進(jìn)行分析；第一只轉(zhuǎn)基因小鼠和轉(zhuǎn)基因果蠅誕生。1978年生長激素抑制素成為首個用重組DNA技術(shù)產(chǎn)生的人類661982年

NIH進(jìn)一步全面放寬操作守則的限制。

科學(xué)家將大鼠生長激素基因連接到可誘導(dǎo)的小鼠基因控制信號上，注入小鼠受精卵，植入受體母鼠體內(nèi)，產(chǎn)生”超級小鼠”，體重為正常小鼠的兩倍。

用重組DNA方法生產(chǎn)的人胰島素以“Humulin”商品名進(jìn)入市場。

發(fā)現(xiàn)一種摻入煙草植物細(xì)胞的外源基因依孟德爾規(guī)律通過花粉和卵細(xì)胞進(jìn)行遺傳。

從人膀胱癌細(xì)胞分離出癌基因，在大腸桿菌上進(jìn)行克?。l(fā)現(xiàn)人膀胱癌基因與其正常的基因僅存在單一堿基的變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)物中一個氨基酸的變化。1983年科學(xué)家發(fā)表了λ噬菌體的DNA全序列，共有48502堿基對。

McClintock在20世紀(jì)50年代提出并發(fā)現(xiàn)可移動的遺傳因子而獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。1982年NIH進(jìn)一步全面放寬操作守則的限制。671983年科學(xué)家獲得首例轉(zhuǎn)基因植物；Kohler、Milstein和Jerne因發(fā)明單克隆

抗體技術(shù)，完善極微量蛋白質(zhì)檢測技術(shù)，分享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎；

斯坦福大學(xué)獲得了關(guān)于重組DNA的專利。

1985年第一批轉(zhuǎn)基因家畜出生。

1988年J．D．Watson出任“人類基因組計劃”首席科學(xué)家。

1989年Altman和Cech因發(fā)現(xiàn)RNA具有酶的功能{核酶)共享諾貝爾化學(xué)獎；

DuPont公司獲得轉(zhuǎn)腫瘤基因小鼠——“Oncomouse”。

1990年首例基因治療臨床實(shí)驗(yàn)在美國實(shí)施；

美國能源部(DOE)和NIH牽頭啟動人類基因組計劃。

1993年Mullis因發(fā)明PCR技術(shù)而與首個設(shè)計基因定點(diǎn)突變的Smith共享諾貝爾

化學(xué)獎。

1994年Gilman和Rodbell因發(fā)現(xiàn)G蛋白在細(xì)胞內(nèi)信息傳導(dǎo)中的作用分享諾貝爾

生理醫(yī)學(xué)獎；

第一批基因工程西紅柿在美國上市；

微生物基因組計劃啟動；

繪制完詳細(xì)的人類基因組遺傳圖譜，密度平均1個Marker/700kb。

1983年科學(xué)家獲得首例轉(zhuǎn)基因植物；Kohler、Mils681995年Nature發(fā)表人基因組物理圖，及3、16和22號人染色體高密度物理圖。Iewls、Nusslei-Volhard和Wieschaus在20世紀(jì)40-70年代先后獨(dú)立鑒定控制果蠅體節(jié)發(fā)育基因分享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。1996年完成了酵母基因組全序列測定。1997年E．coli基因組測序完成，共有4600000堿基對，大約4000個基因。英國愛丁堡羅斯林研究所獲得克隆羊——多利。1998年JamesThompson和JohnGearhart領(lǐng)導(dǎo)的兩個研究小組分別成功地培養(yǎng)出了人胚胎干細(xì)胞。

人類基因組計劃宣布將加快研究進(jìn)度。2000年果蠅基因組(47350000堿基對)測序完成。

2001年實(shí)現(xiàn)基因草圖的繪制。HGP和Celera分別將他們的初步分析結(jié)果發(fā)表在2月15日的Nature和2月16日的Science上。1995年Nature發(fā)表人基因組物理圖，及3、16和2269第二節(jié)展望20世紀(jì)50年代以來：

染色體顯帶技術(shù)、DNA重組技術(shù)、PCR技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用，與醫(yī)學(xué)的結(jié)合相繼形成了十余個醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)學(xué)科：

人類細(xì)胞遺傳學(xué)(humancytogenetics)人類生化遺傳學(xué)（humunbiochemicalgenetics)人類分子遺傳學(xué)(humanmoleculargenetics)人類群體遺傳學(xué)(humanpopulationgenetms)藥物遺傳學(xué)(pharmacogenetics)免疫遺傳學(xué)(immunogenetics)輻射遺傳學(xué)(radiationgenetics)發(fā)育遺傳學(xué)(developmentalgenetics)遺傳毒理學(xué)(genetictoxicology)體細(xì)胞遺傳學(xué)(somaticcellgenetics)腫瘤遺傳學(xué)(cancergenetics)行為遺傳學(xué)(behaviorgenetics)臨床遺傳學(xué)(clinicalgenetics)等。第二節(jié)展望70目前公布的基因組框架圖不十分完善，但提供了一個當(dāng)前最全面、最完整的基因組信息。利用日益豐富和不斷完善的基因組數(shù)據(jù)，可以確定遺傳病、腫瘤、心血管病、糖尿病等危害人類生命健康最嚴(yán)重疾病的致病基因，尋找出個體化的防治藥物和方法。對于癌癥、藥物依賴、基因表達(dá)、免疫、進(jìn)化基因組學(xué)、膜交換、細(xì)胞骨架、細(xì)胞周期和生物鐘研究以及進(jìn)化生物學(xué)等學(xué)科都將產(chǎn)生難以預(yù)想的深遠(yuǎn)影響。極大地推動人類與醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)以及整個遺傳學(xué)科的發(fā)展。目前公布的基因組框架圖不十分完善，但提供了一個當(dāng)前最全面、最71疾病基因的克隆情況

1974-1989年16年

1974年世界上克隆第一種Kappa輕鏈缺乏癥的疾病基因以來，僅克隆疾

病基因106個，平均每年克隆6．6種。

1990-2002年12年

共克隆1060個疾病基因，平均每年克隆88．3種。即基因組計劃實(shí)施后

每年克隆疾病基因的數(shù)目是以前的13倍。

人類基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

人類基因組大?。?/p>

2．9—3．2Gb

個體間同源性：

99．99％

GC堿基含量：

38％

基因數(shù)目：

3～4萬，少于原先估計的10萬個，只是線蟲

或果蠅基因數(shù)量的兩倍。

疾病基因的克隆情況

1974-1989年16年

72人有而鼠沒有的基因：300個。約200多個基因編碼的蛋白質(zhì)分子與細(xì)菌中的蛋白同源，但酵母、線蟲、果蠅及—些無脊椎動物未發(fā)現(xiàn)同源物。人類基因大小差異大，從65bp-2000kb不等。目前發(fā)現(xiàn)的最大編碼dystrophin蛋白的基因有2400kb，含79個外顯子，編碼序列只占整個基因序列的0．6％。人類基因組中編碼蛋白的序列不足5％，存在“熱點(diǎn)”和大片“荒漠”，即在染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域．也有大片的區(qū)域只有Junk-DNA。分布著300多萬個長片斷重復(fù)序列．在非編碼序列中重復(fù)序列則至少占基因組的50％。人有而鼠沒有的基因：300個。73人類基因組計劃帶來的問題：

”突變與自然選擇”的“經(jīng)濟(jì)與適應(yīng)”原則是生物生存與進(jìn)化的最基本的法則。1.四種單核苷酸(A、T、G、C)的不同排列組合就構(gòu)成了地球上數(shù)億種生物，為什么人類具有30億個核苷酸而編碼蛋白的序列不足5％？2.如果95％核苷酸序列對生物體生存無用，為何不在進(jìn)化過程中淘汰？3.為什么人類只有3萬—4萬個基因卻能編碼出數(shù)十萬種蛋白質(zhì)？4.在進(jìn)化中人是最高等生物，為什么人有、鼠沒有的基因只有300個?

5.上世紀(jì)末的研究證明，酶是蛋白質(zhì)，為什么蛋白質(zhì)以外的物質(zhì)如某些RNA也具有酶的功能？6.DNA、RNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，但其他物質(zhì)如蛋白質(zhì)是否在某種特殊情況也具有遺傳的功能?7.受精卵已經(jīng)帶有致病基因，為什么要到一定的年齡才發(fā)病?8.為什么同一個致病基因的同一突變在小同的個體間發(fā)病的輕重不同?9.為什么同一種藥物對不同的人敏感度不一?等等。人類基因組計劃帶來的問題：74為了回答這些問題，科學(xué)家正在延伸人類基因組計劃。提出了所謂模式生物的基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、疾病基因組學(xué)、腫瘤基因組學(xué)、藥物基因組學(xué)、人類基因組多樣性計劃和人類基因組信息學(xué)。與時俱進(jìn)的科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)有可能進(jìn)一步揭示生命的奧秘。人類研究自身的這一認(rèn)識過程將不斷深化．但永無止境。為了回答這些問題，科學(xué)家正在延伸人類基因組計劃。75第二章染色體

第一節(jié)染色體數(shù)目與結(jié)構(gòu)

一、人類的正常核型

概念：染色體(chromosome)位于細(xì)胞核中呈線狀結(jié)構(gòu)，是遺傳信

息的載體。

詞的來源：染色體一詞來自希臘文chroma(顏色)和soma(體)。

細(xì)胞遺傳學(xué)的主要內(nèi)容：研究染色體和細(xì)胞分裂。

染色質(zhì)(chromatin)與染色體：

同一種物質(zhì)的不同存在形式。

染色質(zhì)是指間期細(xì)胞核內(nèi)遺傳物質(zhì)存在的形式；

染色體是細(xì)胞分裂時遺傳物質(zhì)存在的特定形式，

是間期細(xì)胞染色質(zhì)多級螺旋折疊的結(jié)果。

第二章染色體

76兩個結(jié)論錯誤:1950年前，人類染色體數(shù)目為48條;性別由常染色體和性染色體數(shù)目的比率決定的。主要原因是染色體技術(shù)的限制。1956年，Tjio和Leven證實(shí)培養(yǎng)的人胚胎成纖維細(xì)胞有46條染色體。1956-1959年，診斷出染色體數(shù)目異常的三個主要疾病，即Down綜合征，Turner綜合征和Klinefeher綜合征。人類染色體識別和分析標(biāo)準(zhǔn)化:1960年{丹佛)、1963年(倫敦)、1966年(芝加哥)相繼召開了三次人類細(xì)胞遺傳學(xué)國際會議，討論并制定國際命名體制，便于國際間的交流。兩個結(jié)論錯誤:1950年前，人類染色體數(shù)目為48條;性別由常77人類體細(xì)胞：二倍體(diploid)，即2n，含46條(23對)染色體。常染色體(autosomalchromosome)：男女共有，1-22對。性染色體(sexchromosome)：一對,與性別有關(guān)。女性為XX，男性為XY。配子(haploid)：單倍體即n，含23條染色體。核型(karyotype):一個體細(xì)胞中特定數(shù)目和大小的染色體。人類正常核型：46，XX(XY)。二、染色體的結(jié)構(gòu)特征(一)核小體和染色質(zhì)纖維

人類體細(xì)胞：二倍體(diploid)，即2n，78核小體(nucleosome):

組蛋白八聚體(H2A、H2B、H3、H4各兩個分子)，約146bp的DNA盤繞在外1．75圈。核小體間DNA:15～55bp，因種屬而異。Hl組蛋白:

一組密切相關(guān)的蛋白質(zhì)，數(shù)量相當(dāng)于核心組蛋白的一半，易于抽提出來。螺線管：每6個核小體以H1組蛋白為中心形成一個螺旋，外徑約30nm。染色質(zhì)纖維:

螺旋化和折疊，形成有絲分裂中期的染色體。核小體(nucleosome):79醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件緒論染色體80染色體DNA分子平均長度：10cm，由(2-3)x108bp組成。組蛋白：堿性蛋白質(zhì)，每個組蛋白都有20-40個氨基酸殘基從核心伸出，N端帶正電荷的賴氨酸基團(tuán)可以和自身盤繞的DNA磷酸、附近DNA以及核小體之間的DNA磷酸