遺傳專業(yè)知識專家講座

第七章遺傳

一、

孟德爾學(xué)說奠定了遺傳學(xué)基礎(chǔ)二、

基因是一段DNA序列

三、

基因工程操作和應(yīng)用遺傳專業(yè)知識專家講座第1頁生命最主要本質(zhì)之一是性狀特征自上代傳至下代——遺傳。

今天，從遺傳學(xué)研究衍生出來基因工程技術(shù)，已組成生物技術(shù)關(guān)鍵，在實際應(yīng)用中顯示出極大潛力。遺傳專業(yè)知識專家講座第2頁

一、孟德爾學(xué)說奠定了遺傳學(xué)

基礎(chǔ)

在孟德爾以前，人們看到遺傳現(xiàn)象，猜測遺傳是有規(guī)律，甚至在農(nóng)牧業(yè)育種中實際利用了遺傳規(guī)律，不過，一直找不到研究遺傳規(guī)律恰當方法。遺傳專業(yè)知識專家講座第3頁

孟德爾（1822－1884）從1856年起開始豌豆試驗。

孟德爾基本方法是雜交。他挑選了七對性狀。

經(jīng)過近10年潛心研究，孟德爾發(fā)表了他研究匯報。其內(nèi)容可概括兩個定律。

遺傳專業(yè)知識專家講座第4頁孟德爾為何要選豌豆做雜交試驗？豌豆含有穩(wěn)定能夠區(qū)分性狀，如有開紅花，有開白花；豌豆是自花授粉植物，而且是閉花授粉，所以沒有外來花粉混雜，可經(jīng)過人工法用外來花粉授粉；豌豆豆莢成熟后籽粒都留在豆莢中，便于計數(shù)。遺傳專業(yè)知識專家講座第5頁返回孟德爾(1822-1884)遺傳專業(yè)知識專家講座第6頁返回豌豆雜交操作孟德爾研究七對性狀遺傳專業(yè)知識專家講座第7頁1、孟德爾第一定律－－分離律

他用一對性狀雜交，子一代全為顯性性狀，子一代之間自交，子二代為：

顯性性狀：隱性性狀＝3：1

遺傳專業(yè)知識專家講座第8頁返回孟德爾分離律遺傳專業(yè)知識專家講座第9頁2、孟德爾第二定律－－自由組合律他用兩對性狀雜交，子一代全為顯性性狀，子一代之間雜交，子二代出現(xiàn)四種性狀，其數(shù)量百分比為9：3：3：1

遺傳專業(yè)知識專家講座第10頁返回孟德爾自由組合律黃圓綠圓黃皺綠皺遺傳專業(yè)知識專家講座第11頁3、孟德爾學(xué)說關(guān)鍵點

依據(jù)上面試驗結(jié)果，孟德爾認為，每株豌豆植株中每一對性狀，都是由一對遺傳因子所控制，遺傳因子有顯性因子和隱性因子之分。遺傳專業(yè)知識專家講座第12頁當一株植株中控制某一對性狀一對遺傳因子均為隱性因子時，該植株才表現(xiàn)出隱性性狀（如白花或綠色豆粒）。其它情況下，包含一對遺傳因子均為顯性，或一個顯性一個隱性，均表現(xiàn)出顯性性狀（如紫花或黃色豆粒）。這一點在分離律試驗中看很清楚。遺傳專業(yè)知識專家講座第13頁

當兩對性狀一起加以研究時,顯性和隱性基本規(guī)律仍與上面相同,但要加上一條,控制不一樣性狀遺傳因子,在傳代中各自獨立,互不干擾,出現(xiàn)自由組合現(xiàn)象。

遺傳專業(yè)知識專家講座第14頁返回孟德爾自由組合律黃圓綠圓黃皺綠皺遺傳專業(yè)知識專家講座第15頁4、孟德爾學(xué)說主要意義

（1）孟德爾第一次明確提出遺傳因子概念,而且提出了遺傳因子控制遺傳性狀若干規(guī)律：遺傳專業(yè)知識專家講座第16頁

?

大多數(shù)生物體通常由

一對遺傳因

子（以后稱為兩個等位基因）控

制同一性狀。這么生物體稱為

2n個體。

?

遺傳因子能夠區(qū)分為顯性和隱性。

?

控制不一樣性狀遺傳因子是各自

獨立。遺傳專業(yè)知識專家講座第17頁

（2）孟德爾提出了雜交、自交、回交等一套科學(xué)有效遺傳研究方法，來研究遺傳因子規(guī)律。孟德爾創(chuàng)建這套方法一直沿用到1950s，才被分子遺傳學(xué)方法取代。

思索題遺傳專業(yè)知識專家講座第18頁已知：控制鸚鵡羽毛顏色有四個等位基因（即兩對基因）：B、b、C、c。

B－使羽毛顏色呈黃色

C－使羽毛顏色呈藍色

b和c是隱性基因，不產(chǎn)生色素。

下圖遺傳專業(yè)知識專家講座第19頁返回

問：

（1）寫出圖中四個鸚鵡基因型。

（2）基因型為BbCc鸚鵡應(yīng)為何顏色？

（3）兩只基因型為BbCc鸚鵡所產(chǎn)生后代是什么情況？遺傳專業(yè)知識專家講座第20頁

二、基因是一段DNA序列

“遺傳因子/基因”構(gòu)想一經(jīng)提出，便推感人們?nèi)ふ遥ヌ剿?/p>

基因在哪里？基因是什么？遺傳專業(yè)知識專家講座第21頁

1、基因在染色體上

顯微鏡技術(shù)與染色技術(shù)發(fā)展，使人們注意到，細胞分裂時，尤其是減數(shù)分裂中，染色體行為和孟德爾提出等位基因分離規(guī)律相當一致，所以，確定基因在細胞核中，在染色體上。遺傳專業(yè)知識專家講座第22頁返回同源染色體分別帶著控制同一性狀兩個等位基因顯性等位基因純合子隱性等位基因純合子雜合子遺傳專業(yè)知識專家講座第23頁

摩根試驗室用果蠅為材料工作，確定了基因在染色體上分布規(guī)律。圖遺傳專業(yè)知識專家講座第24頁下圖果蠅有4對染色體遺傳專業(yè)知識專家講座第25頁下圖野生果蠅沒有現(xiàn)成成對性狀摩根在長久喂養(yǎng)中找到各個性狀突變株?？刂撇灰粯有誀畹任换蛟?#染色體上位置觸須長/短身體灰/黑眼睛紅/紫翅長/短遺傳專業(yè)知識專家講座第26頁下圖減數(shù)分裂時發(fā)生：染色體交叉/基因重組。遺傳專業(yè)知識專家講座第27頁返回g－身體c－

眼睛l－翅灰/黑紅/紫長/短基因重組服從這么規(guī)則：兩個基因在染色體離得越遠，重組頻率越高；兩個基因在染色體上離得越近，重組頻率越低。重組頻率遺傳專業(yè)知識專家講座第28頁

伴隨生物化學(xué)發(fā)展，蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子逐步分離、純化出來。各方面試驗證據(jù)表明，基因化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì)，而是DNA。格里菲斯試驗證實遺傳物質(zhì)能夠轉(zhuǎn)化進入細菌，改變細菌特征。愛弗萊試驗證實，進入細菌改變特征遺傳物質(zhì)是DNA，而不是蛋白質(zhì)。

2、遺傳物質(zhì)是DNA

圖遺傳專業(yè)知識專家講座第29頁下圖格里菲斯肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗愛弗萊證實轉(zhuǎn)化物質(zhì)是DNA遺傳專業(yè)知識專家講座第30頁下圖分別用放射性同位素標識噬菌體35S－標識蛋白質(zhì)32P－標識DNA遺傳專業(yè)知識專家講座第31頁返回35S標識外殼蛋白質(zhì),感染后放射標識不進入大腸桿菌細胞32P標識DNA,感染后放射標識進入大腸桿菌細胞遺傳專業(yè)知識專家講座第32頁

3、華生和克里克提出DNA雙螺旋模型。

DNA雙螺旋模型說明DNA分子能

夠充當遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。

按照雙螺旋模型，在細胞分裂時，DNA合成應(yīng)是“半保留復(fù)制”模式。遺傳專業(yè)知識專家講座第33頁DNA雙螺旋模型返回遺傳專業(yè)知識專家講座第34頁下圖半保留復(fù)制遺傳專業(yè)知識專家講座第35頁返回證實半保留復(fù)制試驗細菌培養(yǎng)在含15N培養(yǎng)基中細菌培養(yǎng)在含14N

培養(yǎng)基中一代兩代遺傳專業(yè)知識專家講座第36頁

4、DNA作為遺傳物質(zhì)功效

（1）貯藏遺傳信息功效

（2）傳遞遺傳信息功效

（3）表示遺傳信息功效

由此，克里克提出中心法則,確定遺傳信息由DNA經(jīng)過RNA流向蛋白質(zhì)普遍規(guī)律。遺傳專業(yè)知識專家講座第37頁DNADNARNA蛋白質(zhì)中心法則遺傳信息儲存在核酸中遺傳信息由核酸流向蛋白質(zhì)返回遺傳專業(yè)知識專家講座第38頁

5、基因理論中許多復(fù)雜情況

以孟德爾學(xué)說為開端遺傳理論，發(fā)展到以DNA分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)分子遺傳學(xué)，使我們對遺傳規(guī)律有了確切了解。

應(yīng)該看到，實際上生命世界遺傳現(xiàn)象遠比上面談到要復(fù)雜得多。遺傳專業(yè)知識專家講座第39頁

一個基因一個性狀？不一定。比如膚色控制最少有三個基因參加。

基因決定性狀，環(huán)境還起不起作用？在基因型確定基礎(chǔ)上,環(huán)境經(jīng)常會影響表型。

遺傳專業(yè)知識專家講座第40頁

遺傳和變異是遺傳學(xué)主要內(nèi)容。子代總是與親代相像，又有一些不像。遺傳專業(yè)知識專家講座第41頁返回人膚色最少由三個基因控制遺傳專業(yè)知識專家講座第42頁返回產(chǎn)生黑色素酶在較高溫度下失活，所以毛色在端點位置呈黑色環(huán)境影響表型遺傳專業(yè)知識專家講座第43頁

三、基因工程技術(shù)和應(yīng)用

1、基因工程技術(shù)

基因工程是生物技術(shù)關(guān)鍵部分?；蚬こ滩僮髂軌蚝喪鲆韵拢哼z傳專業(yè)知識專家講座第44頁基因工程操作流程返回遺傳專業(yè)知識專家講座第45頁

將外源基因（又稱目標基因，是一段DNA片斷）組合到載體DNA分子中去，再把它轉(zhuǎn)到受體細胞（亦稱寄主細胞）中去，使外源基因在寄主細胞中增值和表示，從而得到期望由這個外源基因所編碼蛋白質(zhì)。遺傳專業(yè)知識專家講座第46頁

所以，基因工程操作包含以下步驟：

取得目標基因

結(jié)構(gòu)重組DNA分子

轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染

表示

蛋白質(zhì)產(chǎn)物分離純化遺傳專業(yè)知識專家講座第47頁

到哪里去找目標基因？普通來說，人基因，要從人體組織細胞中去找；小鼠基因要從小鼠組織細胞中去找。

從組織細胞中能夠分離得到人/小鼠全套基因，稱為基因文庫。文庫中基因總數(shù)就人來說約有3萬個基因。怎樣從中把需要基因找出來？

采取“釣”方法。這個方法通常稱為印跡法。

（1）取得目標基因

遺傳專業(yè)知識專家講座第48頁返回印跡法內(nèi)切酶切開DNA電泳印跡轉(zhuǎn)移放射性探針雜交膠片顯影遺傳專業(yè)知識專家講座第49頁印跡法主要步驟：

（1）基因文庫－DNA用限制性內(nèi)切

酶處理。

（2）DNA片斷混合物經(jīng)過電泳分離。

（3）電泳后，經(jīng)過印跡技術(shù)轉(zhuǎn)到酯酰

纖維薄膜上，方便操作。

（4）用已知小片斷DNA作為探針，

互補結(jié)合需要找基因片斷。

（5）探針DNA片斷已用放射性元素

標識，使膠片感光后可看出。遺傳專業(yè)知識專家講座第50頁

印跡法關(guān)鍵是“分子雜交”，利用堿基配正確標準，用一段小已知DNA片斷去尋找（“釣”）大未知基因片斷。

探針DNA片斷從何而來？

依據(jù)目標蛋白氨基酸序列，只要其中N－端15－20個氨基酸序列，按三聯(lián)密碼轉(zhuǎn)為40-60核苷酸序列，人工合成，即為探針DNA片斷。遺傳專業(yè)知識專家講座第51頁

（2）目標基因擴增

用上面方法“釣”出目標基因，數(shù)量極少，所以，接下來必須經(jīng)過擴增，亦稱為基因克隆。取得相當數(shù)量目標基因后，才能繼續(xù)下一步操作。遺傳專業(yè)知識專家講座第52頁克隆——生物分子，細胞，生物個體無性增殖過程都稱為克隆。返回遺傳專業(yè)知識專家講座第53頁

（3）PCR——把尋找目標基因和擴增目標基因兩步操作并成一步。

PCR法，又稱多聚酶鏈式反應(yīng)，是近年來開發(fā)出來基因工程新技術(shù)，它最大優(yōu)點是把目標基因?qū)ふ液蛿U增，放在一個步驟里完成。遺傳專業(yè)知識專家講座第54頁PCR操作流程90

0C500C700C返回遺傳專業(yè)知識專家講座第55頁PCR反應(yīng)分三步完成：

第一步——90

0C高溫下，使混合物DNA片斷因變性而成單鏈。

第二步——500C溫度下，引物DNA結(jié)合在適于配對DNA片斷上。

第三步——700C溫度下，由合成酶（DNA高溫聚合酶）催化，從引物開始合成目標基因DNA。遺傳專業(yè)知識專家講座第56頁

PCR三個步驟為一次循環(huán)，約需5－10分鐘。每經(jīng)一次循環(huán)，所找到目標基因擴充一倍。經(jīng)過20次循環(huán)，即可擴增106

倍，總共只需幾個小時。遺傳專業(yè)知識專家講座第57頁

（4）結(jié)構(gòu)重組DNA分子

首先要有載體。

載體有好幾個，慣用有：

質(zhì)粒－－環(huán)狀雙鏈小分子DNA，適于做小片斷基因載體。

噬菌體DNA－－線狀雙鏈DNA，適于做大片斷基因載體。遺傳專業(yè)知識專家講座第58頁返回用質(zhì)粒構(gòu)建重組DNA分子遺傳專業(yè)知識專家講座第59頁返回用噬菌體DNA構(gòu)建重組DNA分子遺傳專業(yè)知識專家講座第60頁

其次要把目標基因“裝”到載體中去?！鞍惭b”過程，需要好幾個工具酶，其中關(guān)鍵酶叫

限制性內(nèi)切酶。

此酶識別一定堿基序列，有還可切出“粘性”末端，使得目標基因和載體連接非常輕易。圖一圖二遺傳專業(yè)知識專家講座第61頁下圖限制性內(nèi)切酶識別特定堿基序列遺傳專業(yè)知識專家講座第62頁返回重組DNA分子構(gòu)建限制性內(nèi)切酶造成粘性末端有利于遺傳專業(yè)知識專家講座第63頁

（5）轉(zhuǎn)化/轉(zhuǎn)染—表示—蛋白質(zhì)分離

把結(jié)構(gòu)好重組DNA分子送進寄主細胞，亦需要適當技術(shù)方法。若受體細胞是細菌，通常稱轉(zhuǎn)化；若受體細胞是動/植物細胞，通常稱轉(zhuǎn)染。遺傳專業(yè)知識專家講座第64頁

重組DNA分子進入寄主細胞后，其中目標基因能否表示，表示效率高低，還有很大差異。表示通常是指目標基因編碼蛋白質(zhì)合成?；蚬こ套罱K一步，是把所取得蛋白質(zhì)分離純化，得到蛋白質(zhì)產(chǎn)品。遺傳專業(yè)知識專家講座第65頁返回生產(chǎn)基因工程產(chǎn)品生物反應(yīng)器遺傳專業(yè)知識專家講座第66頁

2、基因工程應(yīng)用

基因工程技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

（1）在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用

基因工程被用于大量生產(chǎn)過去難以得到或幾乎不可能得到蛋白質(zhì)－肽類藥品。遺傳專業(yè)知識專家講座第67頁胰島素1000磅牛胰10克胰島素200升發(fā)酵液10克胰島素干擾素1200升人血1升發(fā)酵液2－3萬美元/病人200－300美元/病人返回遺傳專業(yè)知識專家講座第68頁