第一章 医学遗传学绪论课件

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1、医医 学学 遗遗 传传 学学Medical Genetics王亚平，等王亚平，等E-mail:医学遗传学王亚平，等E-mail:wangyap教学内容教学内容一、一、教材教材:7:78 8年制年制 临床医学临床医学 专业专业二、二、理论教学：理论教学：13个章节个章节三、实验教学：实验教学三、实验教学：实验教学教学内容一、教材:78年制临床医学1.绪论：遗传学与医学绪论：遗传学与医学 （王亚平）（王亚平）2.2.DNADNA结构与功能构与功能 （王亚平）（王亚平）3.3.细胞遗传学及染色体病细胞遗传学及染色体病 （朱海燕）（朱海燕）4.4.单基因遗传及单基因病单基因遗传及单基因病 （王亚平）（

2、王亚平）5.5.肿瘤遗传学肿瘤遗传学 （王亚平）（王亚平）6.6.表观遗传学表观遗传学 （王亚平）（王亚平）7.7.多基因遗传及多基因病多基因遗传及多基因病 （李宽钰李宽钰）8.8.群体遗传学群体遗传学 （李宽钰李宽钰）9.9.生化遗传学生化遗传学 （李宽钰李宽钰）10.10.药物遗传学及药物基因组学概论药物遗传学及药物基因组学概论 （李宽钰李宽钰）11.11.线粒体遗传及线粒体病线粒体遗传及线粒体病 （李宽钰李宽钰）12.12.人类基因组学人类基因组学 （李宽钰李宽钰）13.13.临床遗传学临床遗传学 （王亚平）（王亚平）1.绪论：遗传学与医学（王对遗传规律及基因本质的对遗传规律及基因本质的

3、认识认识对遗传规律及基因本质的认识遗传的基本原理竟是异乎寻常地简单，遗传的基本原理竟是异乎寻常地简单，这加强了我们的希望，即自然是完全可以这加强了我们的希望，即自然是完全可以认识的。认识的。托马斯托马斯亨特亨特摩尔根摩尔根 遗传的基本原理竟是异乎寻常地简单，这加强遗传？遗传？遗传学？遗传学？遗传？民谣：民谣：“种瓜得瓜，种豆得豆。种瓜得瓜，种豆得豆。”“龙生龙、凤生凤、老鼠生的会打洞。龙生龙、凤生凤、老鼠生的会打洞。”反映了性状遗传反映了性状遗传实践：实践：杂交，杂交，培育良种培育良种 马马 驴驴 骡骡 获得目的性状获得目的性状民谣：实践：贾思勰（北魏时期）贾思勰（北魏时期）齐民要术齐民要术：

4、凡谷：成熟有早晚，苗秆有高下，收实有多凡谷：成熟有早晚，苗秆有高下，收实有多少，质性有强弱，米性有美恶，粒实有息耗；地少，质性有强弱，米性有美恶，粒实有息耗；地势有良薄，山泽有异宜。顺天时，量地利，则用势有良薄，山泽有异宜。顺天时，量地利，则用力少而成功多。任性返道，劳而无获。力少而成功多。任性返道，劳而无获。南橘北枳南橘北枳 贾思勰（北魏时期）齐民要术：南橘北枳希腊字根希腊字根gengen变成和成长为某种东西。变成和成长为某种东西。遗传学：探讨遗传因子的传递遗传学：探讨遗传因子的传递,遗传因子在个体发遗传因子在个体发育表现的机制。育表现的机制。Genetics:“Genetics:“研究出生

5、和祖先关系的科学研究出生和祖先关系的科学”。遗传学遗传学：是研究遗：是研究遗 传信息的组织、表传信息的组织、表 达和传递的科学达和传递的科学,也是揭示生命本质也是揭示生命本质 和遗传规律的科学和遗传规律的科学希腊字根gen变成和成长为某种东西。遗传学：是研究遗遗传遗传：遗传信息从亲代遗传信息从亲代传递到子代的过程传递到子代的过程,在高等生物经过生在高等生物经过生殖细胞来完成的。殖细胞来完成的。遗传：性状性状：是指一个个体上可观察到的任何特征。是指一个个体上可观察到的任何特征。生化特征生化特征 细胞类型细胞类型 解剖结构解剖结构 器官的功能器官的功能 精神特征精神特征基因基因与与环境环境性状：基

6、因与环境是临床医学与遗传学相互渗透形成的学科；是临床医学与遗传学相互渗透形成的学科；是研究是研究人类疾病（遗传性疾病）人类疾病（遗传性疾病）的的遗传方式、遗传方式、发病原因、发病机制发病原因、发病机制，以及遗传病的，以及遗传病的预防、预防、诊断诊断和和治疗治疗的科学。的科学。医学遗传学医学遗传学(Medical Genetics)是临床医学与遗传学相互渗透形成的学科；医学遗传学遗传病遗传病由于生殖细胞或受精卵里的遗传物质在由于生殖细胞或受精卵里的遗传物质在数量、结构数量、结构和和功能功能上发生改变，使由此发育成的个体出现异常上发生改变，使由此发育成的个体出现异常表型（罹患疾病）。表型（罹患疾病

7、）。区分于：区分于：（1 1）先天性疾病先天性疾病：婴儿出生时即显示疾病，可是遗传性：婴儿出生时即显示疾病，可是遗传性 疾病，亦可因为胎儿于母体内受感染或药物等因素疾病，亦可因为胎儿于母体内受感染或药物等因素 影响；影响；（2 2）非遗传性家族性疾病非遗传性家族性疾病：共同环境因素引起。：共同环境因素引起。遗传病由于生殖细胞或受精卵里的遗传物质在数量、结构和功能上发 遗传性疾病遗传性疾病（Inherited diseaseInherited disease）：因因遗传因素而罹患的疾病。遗传因素而罹患的疾病。先天性疾病先天性疾病（Congenital diseaseCongenital dise

8、ase）：胎儿出生时即表现的疾病胎儿出生时即表现的疾病。家族性疾病家族性疾病（Family diseaseFamily disease）：家族：家族聚集发生的疾病。遗传性疾病往往表现为聚集发生的疾病。遗传性疾病往往表现为家族性倾向，世代均有患者。家族性倾向，世代均有患者。遗传性疾病（Inheriteddisease）：因遗传因遗传性疾病的分类遗传性疾病的分类1.1.染染色色体体病病(chromosome(chromosome disorder)disorder)：染染色色体体数数目和结构异常导致的疾病。目和结构异常导致的疾病。2.2.单单基基因因病病（single single gene ge

9、ne disorserdisorser）：单单个个拷拷贝贝的的突突变变（显显性性遗遗传传）；2 2个个拷拷贝贝均均发发生生了了突变（隐性遗传）突变（隐性遗传）3.3.多多基基因因病病（polygenic polygenic disorderdisorder），也也可可称称为为复复杂杂遗遗传传病病（complex complex disorderdisorder）：某某些些基基因因起起“主主要要作作用用”，但但多多数数具具“微微效效作作用用”。遗传性疾病的分类染色体病(chromosomedisord4.4.线线 粒粒 体体 遗遗 传传 病病（mitochondrial mitochondria

10、l genetic genetic disordersdisorders）：线线粒粒体体基基因因组组改改变变导导致致的的疾疾病病，呈细胞质遗传。呈细胞质遗传。5.5.体细胞遗传病体细胞遗传病（somatic cell genetic somatic cell genetic disorderdisorder）：只在特定的体细胞中发生，癌症）：只在特定的体细胞中发生，癌症是体细胞遗传病的一个范例。是体细胞遗传病的一个范例。6.6.表观遗传病表观遗传病(epigenetic disorder):(epigenetic disorder):由表观遗由表观遗传修饰异常而导致的疾病。传修饰异常而导致的疾

11、病。4.线粒体遗传病（mitochondrialgenetic提示提示“遗传病因遗传病因”存在：存在：有相关疾病家族史，患者又存在有相关疾病家族史，患者又存在特征性表型和染特征性表型和染色体异常色体异常；。；。在排除环境因素的前提下，在排除环境因素的前提下，亲属中有一定比例的亲属中有一定比例的患病者。患病者。在非血缘成员（如，配偶）中不出现患者。在非血缘成员（如，配偶）中不出现患者。患者有患者有特征性的发病年龄和病程特征性的发病年龄和病程。单卵双生单卵双生的同病率高于二卵双生。的同病率高于二卵双生。提示“遗传病因”存在：有相关疾病家族史，患者又存在特征性表型医学遗传学简史医学遗传学简史约约15

12、001500年前：犹太教法典中对年前：犹太教法典中对“免割礼免割礼”的规定：血友病概念。的规定：血友病概念。1818世纪中期：世纪中期：Maupertuis Maupertuis 对多指症和白对多指症和白化病作了家系调查，指出父母双方对其化病作了家系调查，指出父母双方对其子女的作用相等。子女的作用相等。医学遗传学简史约1500年前：犹太教法典中对“免割礼”的规定遗传学和医学的持续渗透促进了遗传学和医学的持续渗透促进了医学遗传学的发展医学遗传学的发展19001900年年孟孟德德尔尔定定律律重重新新发发现现。19031903年年，FarabeeFarabee指指出，短指（趾）综合征符合孟德尔显性遗

13、传。出，短指（趾）综合征符合孟德尔显性遗传。Arehibald Garrod，生生化化遗遗传传学学的的开开拓拓者者（inborn errors of metabolism,1908）:尿黑酸尿症家系尿黑酸尿症家系 Willam Bateson 孟德尔定律解释孟德尔定律解释 遗传学和医学的持续渗透促进了医学遗传学的发展1900年孟德 19491949，PaulingPauling在在镰镰形形细细胞胞贫贫血血症症发发现现异异常常血血红红蛋蛋白白分分子子HbSHbS，电电泳泳性性质质不不同同的的HbHb，提提出出“分子病分子病”（molecular diseasemolecular disease）

14、；）；19541954，IngramIngram发发现现HbHb 第第6 6位位氨氨基基酸酸由由缬缬氨氨酸酸 谷谷氨氨酸酸。证证明明了了突突变变与与结结构构和和功功能能的的关系关系。1949，Pauling在镰形细胞贫血症发现异常血红蛋白分19501950年代中期以后医学细胞遗传学的高速发展：年代中期以后医学细胞遗传学的高速发展：徐道觉徐道觉和和蒋有兴蒋有兴（华裔学者的贡献）华裔学者的贡献）19591959年，年，2121三体、性染色体疾病的阐述三体、性染色体疾病的阐述;19601960年，年，“费城染色体费城染色体”的发现等。的发现等。19701970年代后，限制性内切酶的发现及年代后，限制

15、性内切酶的发现及基因操作技基因操作技 术术的建立的建立 分子医学的发展分子医学的发展1950年代中期以后医学细胞遗传学的高速发展：19801980年代后，定位克隆技术的发展，在不知遗传年代后，定位克隆技术的发展，在不知遗传病蛋白质功能的情况下，直接寻找致病基因。病蛋白质功能的情况下，直接寻找致病基因。20012001年人类基因组计划的完成。年人类基因组计划的完成。全基因组关联分析全基因组关联分析(Genome-Wide Association(Genome-Wide Association Studies,GWAS):Studies,GWAS):在全基因组范围筛在全基因组范围筛查查与疾病关联与

16、疾病关联的序列变异的序列变异。1980年代后，定位克隆技术的发展，在不知遗传病蛋白质功能的在在生生命命的的各各个个层层次次研研究究人人类类疾疾病病（系系统统生生物学物学）。）。遗遗传传学学的的发发展展 基基因因组医学组医学的诞生。的诞生。在生命的各个层次研究人类疾病（系统生物学）。对遗传认识的历史对遗传认识的历史对遗传认识的历史对生殖、生命的认识对生殖、生命的认识古希腊哲人：胚芽是在生殖过程中脱离亲体的原古希腊哲人：胚芽是在生殖过程中脱离亲体的原子群生成的，生物生长是原子进入有机体的空隙子群生成的，生物生长是原子进入有机体的空隙和原来的原子组织扩大的结果（和原来的原子组织扩大的结果（先成论先成

17、论）。）。Aristotle Aristotle(384322 BC):(384322 BC):在生物生殖过程在生物生殖过程 中，精液是形式承担者，借助精液，使存在中，精液是形式承担者，借助精液，使存在 于子宫中的被动基质呈现一定形态。被动无于子宫中的被动基质呈现一定形态。被动无 机质通过形式的活力可以形成生命。机质通过形式的活力可以形成生命。中国古代中国古代：天地合而万物生，阴阳接而天地合而万物生，阴阳接而 变化起（墨子）变化起（墨子）对生殖、生命的认识古希腊哲人：胚芽是在生殖过程中脱离亲体的原从古希腊到中世纪，人类认识自然的主从古希腊到中世纪，人类认识自然的主要方法是靠要方法是靠“天才的直

18、觉天才的直觉”，或，或“归纳归纳演绎演绎”，即从观察开始，经过简单枚，即从观察开始，经过简单枚举、归纳上升为一般原理。举、归纳上升为一般原理。认识没有突破性的发展认识没有突破性的发展从古希腊到中世纪，人类认识自然的主要方法是靠“天才的直觉”，弗朗西斯弗朗西斯 培根：提出了以观察和培根：提出了以观察和实验为基础的科学认识理论。实验为基础的科学认识理论。认识认识到变异是一种自然现象，在自然力到变异是一种自然现象，在自然力的作用下，变异使生物随时间推移的作用下，变异使生物随时间推移而发生变化。而发生变化。实验科学的出现极大地促进了生命实验科学的出现极大地促进了生命科学地发展。科学地发展。Franci

19、s Bacon15611626弗朗西斯培根：提出了以观察和实验为基础的科学认识理论。认识观察观察假说假说预测预测实验实验新假说新假说支持支持否定否定新实验新实验科学问题的探索科学问题的探索观察假说预测实验新假说支持否定新实验科学问题的探索实验方法的本质是要求每一种见解（或假实验方法的本质是要求每一种见解（或假说）都必须说）都必须通过实验的检验通过实验的检验，然后才得以，然后才得以承认其科学地位。承认其科学地位。就实验科学的问题而言，我们要求找出某就实验科学的问题而言，我们要求找出某一事件发生的条件，而且，只要有可能，一事件发生的条件，而且，只要有可能，要能够要能够控制条件进行重复控制条件进行重

20、复。实验方法的本质是要求每一种见解（或假说）都必须通过实验的检验经典遗传学理论产生的背景经典遗传学理论产生的背景 细胞理论的完善细胞理论的完善 进化论的提出进化论的提出 遗传种质理论的提出遗传种质理论的提出经典遗传学理论产生的背景细胞理论的完善细胞理论的完善：细胞理论的完善：16651665年发现细胞年发现细胞(Robert Hooke)(Robert Hooke)。18301830年代，认识了细胞的结构、胚胎发育中年代，认识了细胞的结构、胚胎发育中细胞的变化。细胞的变化。16351703詹森和他的父亲（詹森和他的父亲（J.JanssenJ.Janssen and Z.Janssen,Z.Ja

21、nssen,1590 1590）（荷兰）（荷兰）列文虎克（列文虎克（Antony van LeeuwenhoekAntony van Leeuwenhoek，1632172316321723）（荷兰）（荷兰）细胞理论的完善：1665年发现细胞(RobertHookeSchleidenSchleiden和和SchwannSchwann创立细胞学说：创立细胞学说：（1 1）一切动植物是由细胞发育而来，并且是由细）一切动植物是由细胞发育而来，并且是由细胞和细胞产物所构成。胞和细胞产物所构成。（2 2）细胞既有作为独立单位而具有的生命，又有）细胞既有作为独立单位而具有的生命，又有作为机体的组成部分而被

22、赋予的生命。作为机体的组成部分而被赋予的生命。VirchowVirchow：细胞只能来自细胞，生物体的繁殖：细胞只能来自细胞，生物体的繁殖细胞分裂。细胞分裂。Schleiden和Schwann创立细胞学说：D.LamarckD.Lamarck的生物进化观的生物进化观系统提出进化论：生物由进化形成，而且生物变系统提出进化论：生物由进化形成，而且生物变异和进化是连续的、缓慢的过程。其思想的三个异和进化是连续的、缓慢的过程。其思想的三个部分：部分：（1 1）环境对生物体影响的理论：环境变化大，引起）环境对生物体影响的理论：环境变化大，引起动物需要上的变化也大，使动物形成新的习性，动物需要上的变化也大

23、，使动物形成新的习性，导致器官功能变化，最终形成新类型动物。导致器官功能变化，最终形成新类型动物。(熊）熊）（2 2）用进废退和）用进废退和获得性遗传获得性遗传：获得变异：获得变异两性共有两性共有 通过繁殖传递。通过繁殖传递。（3 3）生物按等级向上发展的理论：生物进化方向低）生物按等级向上发展的理论：生物进化方向低级级高级（逐步发展）。动物系统树。高级（逐步发展）。动物系统树。（17441829）D.Lamarck的生物进化观系统提出进化论：生物由进化形D.Lamarck D.Lamarck（18091809年）提出：年）提出：父母后天形成的父母后天形成的技能、习惯和驱体技能、习惯和驱体结构

24、可以传递给子结构可以传递给子女。女。获得性遗传获得性遗传D.Lamarck（1809年）提出：获得性遗C.R.DarwinC.R.Darwin（1809180918821882）物种起源物种起源和进化论和进化论1831183618311836：剑桥毕业后，参加英国海军水文地理：剑桥毕业后，参加英国海军水文地理调查舰的环球科学旅行调查舰的环球科学旅行（1 1）获得生物起源的初步思想）获得生物起源的初步思想（2 2）生物与环境，提出生物链）生物与环境，提出生物链18381838年提出以生存竞争为基础的年提出以生存竞争为基础的“自然选择学说自然选择学说”18591859年，达尔文完成年，达尔文完成物

25、种起源物种起源C.R.Darwin（18091882）物种起源和生物进化史观：生物进化史观：生物普遍具有变异现象；生物普遍具有变异现象；自然选择影响物种的变异自然选择影响物种的变异。生物进化史观：从身体各部分的从身体各部分的“种子物质种子物质”由体液运到生由体液运到生殖器官。殖器官。受精作用就是父母的受精作用就是父母的种子物质互相混合种子物质互相混合。身体各个部分参与种子物质的形成：例，身体各个部分参与种子物质的形成：例，蓝眼个体产生蓝眼儿女蓝眼个体产生蓝眼儿女；1)1)秃顶的后代也变成秃顶。秃顶的后代也变成秃顶。2)2)身体不健康部分，其后代的相应部分也不健身体不健康部分，其后代的相应部分也

26、不健康的。康的。(460377 BC）Hippocrates对遗传的认识：对遗传的认识：泛生论泛生论从身体各部分的“种子物质”由体液运到生殖器官。(46037 生物体各部细胞均有特定的生物体各部细胞均有特定的自身繁殖粒子自身繁殖粒子，称为，称为 “微芽微芽”或或“泛子泛子”,决定所在细胞分化和发育。决定所在细胞分化和发育。各种各种“泛子泛子”血液循环血液循环生殖细胞生殖细胞后代（呈现其亲后代（呈现其亲 代特征）。代特征）。受精卵发育，受精卵发育，“泛子泛子”不同的细胞，控制所在细胞不同的细胞，控制所在细胞的的 分化，产生一定组织器官。分化，产生一定组织器官。环境改变可使环境改变可使“微芽微芽”

27、性质发生改变性质发生改变，并可能由亲，并可能由亲 代传给后代。代传给后代。达尔文关于遗传的达尔文关于遗传的泛生学说泛生学说达尔文关于遗传的泛生学说种质理论种质理论Nagel Nagel 提出：生命的基本单元不在细胞，而是含遗传提出：生命的基本单元不在细胞，而是含遗传物质的分子团物质的分子团细胞种质细胞种质。Weismann Weismann 发展：生殖细胞来源于生殖细胞，不能来源发展：生殖细胞来源于生殖细胞，不能来源于体细胞。生殖细胞于体细胞。生殖细胞遗传物质遗传物质“种质种质”，于，于细胞质中。细胞质中。WeismannWeismann认为认为,种质具有连续性，体细胞随亲代死亡而种质具有连续

28、性，体细胞随亲代死亡而消亡，而亲代种质的一部分成为子代的种质，另外一消亡，而亲代种质的一部分成为子代的种质，另外一部分形成子代的体细胞，种质如此相传。部分形成子代的体细胞，种质如此相传。种质理论Nagel提出：生命的基本单元不在细胞，而是含遗传控制个体发生的遗传单位（控制个体发生的遗传单位（WeismannWeismann）生源子生源子（最小的遗传单位）：具有生（最小的遗传单位）：具有生长和复制能力的各种分子集群组成，长和复制能力的各种分子集群组成，控制细胞的特定性质。生源子的数目控制细胞的特定性质。生源子的数目很大。很大。定子定子（高一级的等级单位）：生源子（高一级的等级单位）：生源子特定的

29、复合物，控制如肌肉细胞、血特定的复合物，控制如肌肉细胞、血细胞以及身体的其它器官的性状。细胞以及身体的其它器官的性状。遗子遗子（更高一级的单位）：由定子联（更高一级的单位）：由定子联结成，与种系发生有关的结构。结成，与种系发生有关的结构。控制个体发生的遗传单位（Weismann）生源子（最小的遗传 种质有三个结构层次：种质有三个结构层次：与现代遗与现代遗 传理论的相似性传理论的相似性 遗子遗子 基因组、基因组、定子定子 染色体染色体生源子生源子 基因（性状）基因（性状）1834-1914种质有三个结构层次：与现代遗1834-1914Lamarck Lamarck 的获得性遗传：的获得性遗传：L

30、amarck的获得性遗传：Some of the characteristics of a model organism are as follows:It can be raised easily and inexpensively.It produces large numbers of progeny.Its generation time is short.Genetic variants within the species are readily available for study.It has been the subject of previous studies that

31、 have produced relevant background information.Someofthecharacteristicsof第一章医学遗传学绪论课件第一章医学遗传学绪论课件 MendelMendel深受深受NagelNagel细胞种质学说的启发细胞种质学说的启发于于18541854年开始以豌豆为材料进行杂交育种遗年开始以豌豆为材料进行杂交育种遗 传研究。传研究。Mendel深受Nagel细胞种质学说的启发遗传定律遗传定律遗传定律Gregor Johann MendelGregor Johann Mendel（孟德尔（孟德尔,1822-,1822-18841884）1865

32、1865年年发发表表了了植植物物杂杂交交实实验验论论文文，揭揭示示了了生生物物性性状状服服从从分分离离和和自自由由组组合合的的遗遗传传规规律律，后后人人称称为孟德尔定律。为孟德尔定律。19001900年年 de de VriesVries（德德佛佛里里斯斯、CorrensCorrens（柯柯伦伦斯斯）、TschermakTschermak（丘丘歇歇马马克克）重重新新发发现现，并重新发表了孟德尔的论文。并重新发表了孟德尔的论文。GregorJohannMendel（孟德尔,1822-18221822年年7 7月月2222日日，孟德尔出生在奥地利孟德尔出生在奥地利MoraviaMoravia省省的

33、的HeizendorfHeizendorf一个农民家庭。一个农民家庭。18431843年年MoraviaMoravia省首府省首府BrnoBrno修道院当一名修道师修道院当一名修道师.19511951年进入维也纳大学年进入维也纳大学植物学家植物学家 F.Unger F.Unger (进化学说、物种变异）进化学说、物种变异）激发激发MendelMendel对遗传的兴对遗传的兴趣。趣。为著名物理学家为著名物理学家 DoppletDopplet（多普勒）当过助教，（多普勒）当过助教，奠定了其试验思想。奠定了其试验思想。1822年7月22日，孟德尔出生在奥地利Moravia省的H著名物理学家兼数学家著

34、名物理学家兼数学家EttinghausenEttinghausen (埃廷豪森埃廷豪森)是孟德尔的数学老师，其相信数学方法可以应用于是孟德尔的数学老师，其相信数学方法可以应用于各门自然科学各门自然科学,孟德尔曾对他的大作孟德尔曾对他的大作组合分析组合分析仔细拜读仔细拜读,奠定了其奠定了其数理统计分析的基础数理统计分析的基础18531853年回到年回到 BrnoBrno。18541854年开始他的豌豆杂交实验。年开始他的豌豆杂交实验。著名物理学家兼数学家Ettinghausen(埃廷豪森)是 孟德尔从市场：孟德尔从市场：购买了购买了3434个豌豆品种个豌豆品种 选择了选择了2222个品种在修道院

35、的后院内种植个品种在修道院的后院内种植 确定确定7 7对稳定可区分的性状作为研究对象对稳定可区分的性状作为研究对象孟德尔从市场：孟德尔实验的成功取决于他取材适当、方孟德尔实验的成功取决于他取材适当、方法严密法严密 豌豆杂交试验豌豆杂交试验7 7个相对性状：个相对性状：种形：圆、皱；种形：圆、皱；子叶色：黄、绿；子叶色：黄、绿；种皮色：灰、白；种皮色：灰、白；荚形：膨大、缢缩；荚形：膨大、缢缩；未熟豆荚色：绿、黄；未熟豆荚色：绿、黄；花位：腋生、顶生；花位：腋生、顶生；茎：高、矮。茎：高、矮。豌豆是豌豆是自花授粉自花授粉植物，容易施行人工授粉，便于控制条件。植物，容易施行人工授粉，便于控制条件。

36、孟德尔实验的成功取决于他取材适当、方法严密豌豆杂交试验7孟德尔观察孟德尔观察7 7对性状对性状 中的中的6 6对性状对性状孟德尔观察7对性状选择用作试验的植物要具备：选择用作试验的植物要具备：具有固定的不同特征。具有固定的不同特征。花期中它们的杂种必须加以保护以避免一切外来花期中它们的杂种必须加以保护以避免一切外来（非本身）花粉的影响。它们自身也容易被保护。（非本身）花粉的影响。它们自身也容易被保护。在连续的世代中，杂种和它们的后代的繁育力不在连续的世代中，杂种和它们的后代的繁育力不应当明显下降应当明显下降 MendelMendel，18661866选择用作试验的植物要具备：具有固定的不同特征

37、。孟德尔从进化角度进行研究孟德尔从进化角度进行研究 采取了种群分析方法。采取了种群分析方法。分析的是生物后代的大种群，观察每一世分析的是生物后代的大种群，观察每一世 代中的所有成员代中的所有成员”。分析了成千上万的种子和植株。分析了成千上万的种子和植株。在八个种植季节中连续进行试验在八个种植季节中连续进行试验。孟德尔从进化角度进行研究采取了种群分析方法。遗传中的遗传中的显性显性和和隐性隐性那些能够完全遗传的或者通过杂交几乎不变那些能够完全遗传的或者通过杂交几乎不变的，并因而构成杂种性状的特征的，并因而构成杂种性状的特征显性；而在此显性；而在此过程中成为潜在的那些特性则称为过程中成为潜在的那些特

38、性则称为隐性。隐性。J.G.Mendel遗传中的显性和隐性那些能够完全遗传的或者通几个概念：几个概念：杂交杂交：用基本特征不同的个体作为亲本来繁育后代：用基本特征不同的个体作为亲本来繁育后代自交自交：杂交后代进行自花授粉。：杂交后代进行自花授粉。正正反反交交：即即用用某某一一性性状状的的植植株株为为父父本本和和其其相相对对性性状状的的植植株株为为母母本本进进行行杂杂交交；同同时时又又用用相相反反的的组组合合，即即原为父本的为母本，原为母本的为父本进行杂交。原为父本的为母本，原为母本的为父本进行杂交。测测交交：用用纯纯合合隐隐性性型型与与待待测测定定的的显显性性表表型型杂杂交交，测测定后者的基因

39、型的方法。定后者的基因型的方法。几个概念：杂交：用基本特征不同的个体作为亲本来繁育后代孟德尔分离律孟德尔分离律实验：实验：纯种圆形纯种圆形豌豆和豌豆和纯种皱形纯种皱形豌豆杂交豌豆杂交 圆形豌豆圆形豌豆（子一代）；（子一代）；子一代豌豆子一代豌豆 253 253 粒自交粒自交 子二代子二代73247324 粒粒 ：5474 5474 粒圆形粒圆形 1850 1850 粒皱形，粒皱形，两者的比例接近两者的比例接近3 3：1 1。（其它（其它6 6对性状的杂交也都出现类似结果）对性状的杂交也都出现类似结果）孟德尔分离律实验：纯种圆形豌豆和纯种皱形豌豆杂交实验说明的问题实验说明的问题不同的相对性状杂交

40、后，有的呈不同的相对性状杂交后，有的呈显性性状显性性状，有的呈，有的呈隐性隐性性状性状；隐性性状在隐性性状在“子一代子一代”虽未表现，但未消失虽未表现，但未消失 “子二子二代代”表现出来。表现出来。孟德尔引出孟德尔引出“颗粒遗传颗粒遗传”的概念的概念遗传因子遗传因子，即控制一，即控制一对相对性状的对相对性状的遗传因子遗传因子在同一体内独立存在，不相混合在同一体内独立存在，不相混合。19091909年，年，Johannsen Johannsen 提出提出“GeneGene基因基因”概念。概念。实验说明的问题不同的相对性状杂交后，有的呈显性性状，有的呈隐自由组合率自由组合率两两对对（或或两两对对以

41、以上上）性性状状的的遗遗传传实实验验：用用亲亲本本性性状状为为圆圆形黄色形黄色豌豆与豌豆与皱形绿色皱形绿色豌豆杂交豌豆杂交 圆形黄色圆形黄色。子一代自交后，获得子二代子一代自交后，获得子二代556556粒豌豆，分为粒豌豆，分为4 4种类型：种类型：圆形黄色圆形黄色 315315粒粒 （9 9）皱皮绿色皱皮绿色 3232粒粒 （1 1）新出现的两种重组型（或称交换型）：新出现的两种重组型（或称交换型）：皱形黄色皱形黄色 101101粒粒 （3 3）圆形绿色圆形绿色 108108粒粒 （3 3）圆黄、皱黄、圆绿、皱绿之比圆黄、皱黄、圆绿、皱绿之比 9 9：3 3：3 3：1 1。说明：说明：圆、皱

42、圆、皱和和黄、绿黄、绿两个异对性状之间在遗传中两个异对性状之间在遗传中可以随机组合。可以随机组合。自由组合率两对（或两对以上）性状的遗传实验：用亲本性状为圆形孟德尔定律孟德尔定律分离律：生殖细胞形成过程中，两个成对的（遗分离律：生殖细胞形成过程中，两个成对的（遗传）粒子彼此分离进入不同的生殖细胞。传）粒子彼此分离进入不同的生殖细胞。自由组合率自由组合率:生殖细胞形成过程中，不同对的生殖细胞形成过程中，不同对的（遗传）粒子随机组合，进入不同的生殖细胞。（遗传）粒子随机组合，进入不同的生殖细胞。孟德尔定律分离律：生殖细胞形成过程中，两个成对的（遗传）粒子Particulate HeredityTh

43、e prevailing concept was that the traits of the parents became blended in the hybrid,as though the hereditary material consisted of fluids.Mendels observation that one of the parental characteristics was absent in F1 hybrids and reappeared in unchanged form in the F2 generation.Mendel concluded that

44、 the traits from the parental lines were transmitted as two different elements of a particulate nature that retained their purity in the hybrids.ParticulateHeredityTheprevaiMendelMendel之前植物学家的杂交实验：之前植物学家的杂交实验：17971797年，英国的奈特（年，英国的奈特（Kningt)Kningt)：灰色灰色白色豌豆白色豌豆 杂交，杂交，杂交一代杂交一代 灰色灰色 杂交二代杂交二代 灰色和白色。灰色和白

45、色。18631863年（年（MendelMendel理论提出前两年），法国的诺丹理论提出前两年），法国的诺丹（NaudingNauding）：）：植物杂交的正交和反交的结果相同；植物杂交的正交和反交的结果相同；杂种的生殖细胞形成时，遗传性状的要素互相杂种的生殖细胞形成时，遗传性状的要素互相分开，进入不同的生殖细胞分开，进入不同的生殖细胞（否则无法解释杂种二（否则无法解释杂种二代得到的结果）。代得到的结果）。Mendel之前植物学家的杂交实验：孟德尔的论文发表于孟德尔的论文发表于Brno学会会刊学会会刊被寄往被寄往120120个单位的图书馆，包括英国皇家学会个单位的图书馆，包括英国皇家学会和林奈

46、学会。和林奈学会。孟德尔也将其寄给一些学者，包括孟德尔也将其寄给一些学者，包括NagelNagel NagelNagel可能不能理解孟德尔的论点。可能不能理解孟德尔的论点。(山柳菊实验山柳菊实验)孟德尔的研究为什么被忽视孟德尔的研究为什么被忽视？孟德尔的论文发表于Brno学会会刊孟德尔的研究为什么被忽视 历史学家曾经查证在历史学家曾经查证在19001900年以前孟德尔的工作曾年以前孟德尔的工作曾被人引用被人引用1515次左右。次左右。Darwin Darwin 对对 MendelMendel的工作也毫不知晓。的工作也毫不知晓。俄国植物学家施马里豪森俄国植物学家施马里豪森(Schmalhause

47、n)(Schmalhausen)在他的在他的学位论文学位论文“论植物杂种论植物杂种圣彼得堡植物区系的观圣彼得堡植物区系的观察察”中引用了孟德尔的论文中引用了孟德尔的论文历史学家曾经查证在1900年以前孟德尔的工作曾被人引用15MendelMendel：耗费大量时间进行试验，为解决一个与：耗费大量时间进行试验，为解决一个与进化有关的问题，它的重要意义不能低估。进化有关的问题，它的重要意义不能低估。MendelMendel坚信坚信“我的时代一定会到来我的时代一定会到来”。“他的死（他的死（18841884）使穷人失去了一位恩人，使人）使穷人失去了一位恩人，使人类失去了一位品质高尚的人，一位热情的朋

48、友，类失去了一位品质高尚的人，一位热情的朋友，一位自然科学的促进者和一位模范的牧师一位自然科学的促进者和一位模范的牧师。”Mendel：耗费大量时间进行试验，为解决一个与进化有关的问19001900年年 德弗里斯（德弗里斯（de Vriesde Vries，荷兰），荷兰）科伦斯（科伦斯（CorrensCorrens，德国），德国）丘歇马克（丘歇马克（TschermakTschermak，奥地利），奥地利）重新发现，并重新发表了孟德尔的论文，重新发现，并重新发表了孟德尔的论文，从而揭开了现代遗传学的序幕。从而揭开了现代遗传学的序幕。1900年德弗里斯（deVries，荷兰）染色体遗传学说染色体遗

49、传学说(1903)(1903)Sutton Sutton：父本和母本染色体：父本和母本染色体“结合成对结合成对”并在减数分裂时分开并在减数分裂时分开可能构成孟德可能构成孟德尔遗传定律的物质基础。尔遗传定律的物质基础。Boveri Boveri：受精卵正常分裂过程中所有细：受精卵正常分裂过程中所有细胞的染色体一半必定来自父本，另一半来胞的染色体一半必定来自父本，另一半来自母本。自母本。遗传因子在染色体上。遗传因子在染色体上。染色体遗传学说(1903)染色体与孟德尔遗传因子分布的一致性：染色体与孟德尔遗传因子分布的一致性：各各种种生生物物的的染染色色体体数数目目恒恒定定，染染色色体体两两两两成成对

50、对，一一条条来来自自父本，一条来自母本父本，一条来自母本 二倍体。二倍体。生生殖殖细细胞胞减减数数分分裂裂中中，同同对对的的两两条条染染色色体体彼彼此此分分离离，各各进进入一个生殖细胞入一个生殖细胞 单倍型。单倍型。在在生生殖殖细细胞胞成成熟熟过过程程中中，不不同同对对的的染染色色体体独独立立行行动动，可可分分可合，机会均等。可合，机会均等。染色体各有它的特殊形态，染色体各有它的特殊形态，世代复制世代复制，维持稳定。，维持稳定。染色体与孟德尔遗传因子分布的一致性：各种生物的染色体数目恒定19061906年，年，William BatesonWilliam Bateson 在第三届在第三届杂交与

51、植物育种国际会议上建议用一杂交与植物育种国际会议上建议用一个新词个新词“GeneticsGenetics”作为一门新的学作为一门新的学科的名词。并提出：科的名词。并提出：AlleleAllele（等位基因等位基因):):一个遗传座位一个遗传座位（基因）上的所具有的几种不同形式。（基因）上的所具有的几种不同形式。纯合子纯合子（homozygoushomozygous）：基因座上具有相同的等位基因）：基因座上具有相同的等位基因杂合子杂合子（heterozygousheterozygous）：基因座上具有不同的等位基因。）：基因座上具有不同的等位基因。1906年，WilliamBateson在第三届

52、杂交与植19091909年，年，Johannsen Johannsen“GeneGene 基因基因”基基因因（genegene）：含含有有遗遗传传信信息息的的可遗传单位。可遗传单位。基基因因型型（GenotypeGenotype）：个个体体的的遗遗传结构；传结构；表现型表现型（PhenotypePhenotype）：环境条件）：环境条件与基因型相互作用而使个体呈现的与基因型相互作用而使个体呈现的性状。性状。Wilhelm Ludvig Johannsen(1857-1927)1909年，Johannsen“Gene基因”Wil首先描述连锁现象：首先描述连锁现象：19061906年贝特森（年贝特

53、森（BatesonBateson）和潘耐特）和潘耐特（PannettPannett）研究香豌豆两对性状遗传时发现。）研究香豌豆两对性状遗传时发现。香豌豆两对相对性状杂交试验香豌豆两对相对性状杂交试验.花色花色：紫花：紫花(P)(P)对红花对红花(p)(p)为显性；为显性；花粉粒形状花粉粒形状：长花粉粒：长花粉粒(L)(L)对圆花粉粒对圆花粉粒(l)(l)为显性。为显性。F2F2的四种组合的比例与的四种组合的比例与9:3:3:19:3:3:1相差很大相差很大,未能合理阐述其机未能合理阐述其机制制。互引相互引相（coupling phase）：两个显性性状结合在两个显性性状结合在 一起，两个隐性性

54、状结合在一起的组合一起，两个隐性性状结合在一起的组合；互斥相互斥相（repulsion phase）：一个显性性状与一个一个显性性状与一个 隐性性状结合在一起的组合隐性性状结合在一起的组合。首先描述连锁现象：1906年贝特森（Bateson）和潘耐特Thomas MorgenThomas Morgen（托马斯（托马斯 摩尔根）摩尔根）开创了细胞遗传学的辉煌开创了细胞遗传学的辉煌发展了经典遗传学发展了经典遗传学的的理论理论实现了遗传学的第一次理论综合实现了遗传学的第一次理论综合ThomasMorgen（托马斯摩尔根）开创了细胞遗Thomas Morgen Thomas Morgen 连锁交换律连

55、锁交换律19091909年，在年，在野生型红眼果蝇野生型红眼果蝇中发现一只突变的中发现一只突变的白白眼雄性果蝇眼雄性果蝇，杂交分析定位于，杂交分析定位于X X染色体。染色体。19101910年发表年发表果蝇性连锁遗传果蝇性连锁遗传一文，并在之后一文，并在之后的的1010多年间发现多年间发现400400多种突变型。多种突变型。经过无数次杂交实验，细胞学检查，不但验证了经过无数次杂交实验，细胞学检查，不但验证了MendelMendel分离律、自由组合律及其染色体机制，还分离律、自由组合律及其染色体机制，还发现了发现了基因的连锁交换基因的连锁交换及其及其染色体背景染色体背景。ThomasMorgen

56、连锁交换律1909年，在野Thomas MorgenThomas Morgen18911891年完成有关海洋蜘蛛发育的博士论文。年完成有关海洋蜘蛛发育的博士论文。19001900年，摩尔根开始思考遗传学问题，考虑年，摩尔根开始思考遗传学问题，考虑遗传遗传进化进化发育发育之间的关系。之间的关系。19041904年，在哥伦比亚大学担任实验动物学教年，在哥伦比亚大学担任实验动物学教授，开始以黑腹果蝇为材料，进行遗传学研授，开始以黑腹果蝇为材料，进行遗传学研究。究。ThomasMorgen1891年完成有关海洋蜘蛛发育的博Thomas MorgenThomas Morgen发现基因之间的连锁遗传特征，

57、建立了遗传学的第三定发现基因之间的连锁遗传特征，建立了遗传学的第三定律律 连锁交换率。连锁交换率。19281928年出版了年出版了“The Theory of the Gene”The Theory of the Gene”，实现了遗，实现了遗传学上第一次理论综合。传学上第一次理论综合。MorganMorgan根据基因的交换值估计连锁基因之间的距离、相根据基因的交换值估计连锁基因之间的距离、相对位置和线性排列，制定了果蝇的对位置和线性排列，制定了果蝇的基因连锁图基因连锁图，又称，又称遗遗传图传图。19331933年获诺贝尔生理和医学奖年获诺贝尔生理和医学奖ThomasMorgen发现基因之间的

58、连锁遗传特征，建立了果蝇染色体果蝇染色体果蝇染色体Some of the characteristics of a model organism are as follows:It can be raised easily and inexpensively.It produces large numbers of progeny.Its generation time is short.Genetic variants within the species are readily available for study.It has been the subject of previous

59、studies that have produced relevant background information.Someofthecharacteristicsof连锁交换律的提出（连锁交换律的提出（MorgenMorgen）：19091909，野生型红眼果蝇中发现一只，野生型红眼果蝇中发现一只“白眼白眼”突变突变型雄果蝇；型雄果蝇；将将“白眼白眼”雄果蝇雄果蝇与与野生型雌果蝇野生型雌果蝇杂交，杂交，F1F1代产代产生了生了12401240个个后代，均是后代，均是红眼红眼（野生表型）；（野生表型）；F1F1自交自交F2F2代，结果代，结果“符合符合”孟德尔的定律：孟德尔的定律：分离出分离

60、出34703470个红眼，个红眼，782782个白眼个白眼（约四分之一的后代表现出隐（约四分之一的后代表现出隐 性性状）。性性状）。连锁交换律的提出（Morgen）：1909，野生型红眼果果蝇实验的结果也有不符合孟德尔式预果蝇实验的结果也有不符合孟德尔式预期值：期值：在第二代中在第二代中所有雌果蝇所有雌果蝇野生型表型野生型表型 一半雄一半雄果蝇野生型表型果蝇野生型表型 一半雄一半雄果蝇果蝇“白眼白眼”表表型型 （总体（总体1/41/4的的“白眼白眼”表型果蝇均为雄表型果蝇均为雄蝇）蝇）果蝇实验的结果也有不符合孟德尔式预期值：实验方法的本质是要求每一种见解（或假实验方法的本质是要求每一种见解（或

61、假说）都必须说）都必须通过实验的检验通过实验的检验，然后才得以，然后才得以承认其科学地位。承认其科学地位。就实验科学的问题而言，我们要求找出某就实验科学的问题而言，我们要求找出某一事件发生的条件，而且，只要有可能，一事件发生的条件，而且，只要有可能，要能够要能够控制条件进行重复控制条件进行重复。实验方法的本质是要求每一种见解（或假说）都必须通过实验的检验假如问我怎么会有这些发现，回案是：假如问我怎么会有这些发现，回案是：一靠勤奋；一靠勤奋；二靠明智地使用各种假说二靠明智地使用各种假说我所说的我所说的“明智明智”，指的是愿意放弃任何假说，除非，指的是愿意放弃任何假说，除非能为它们找到可靠的证据；

62、能为它们找到可靠的证据；三靠实验材料得当；三靠实验材料得当；最后要少开些遗传学大会。最后要少开些遗传学大会。托马斯托马斯亨特亨特摩尔根摩尔根 假如问我怎么会有这些发现，回案是：托马斯亨特摩尔根连锁交换律的提出（连锁交换律的提出（MorgenMorgen）：19091909，野生型红眼果蝇中发现一只，野生型红眼果蝇中发现一只“白眼白眼”突变突变型雄果蝇；型雄果蝇；将将“白眼白眼”雄果蝇雄果蝇与与野生型雌果蝇野生型雌果蝇杂交，杂交，F1F1代均代均为野生表型；为野生表型；F1F1自交自交F2F2代：代：所有雌果蝇所有雌果蝇野生型表型野生型表型 一半雄一半雄果蝇野生型表型果蝇野生型表型 一半雄一半雄

63、果蝇果蝇“白眼白眼”表型表型连锁交换律的提出（Morgen）：1909，野生型红眼果“白眼白眼”基因与基因与一条一条X X染色体的行染色体的行动完全平行动完全平行“白白眼眼”基因在基因在X X染色染色体体.Y Y染色体上没有其染色体上没有其等位基因。等位基因。“白眼”基因与一条X染色体的行动完全平行“白眼”基因在X染摩尔根陆续发现摩尔根陆续发现“黄体黄体”、“细翅细翅”、“棒眼棒眼”等基因，均在等基因，均在X X染色体，并联染色体，并联合遗传给后代合遗传给后代X X连锁遗传连锁遗传。摩尔根陆续发现“黄体”、“细翅”、“棒眼”等基因，均在X染色摩尔根果蝇杂交实验摩尔根果蝇杂交实验以果蝇的以果蝇的

64、两对性状遗传来说明连锁现象两对性状遗传来说明连锁现象：野生型野生型果蝇呈：灰身、长翅果蝇呈：灰身、长翅（显性）（显性）突变型突变型果蝇有：黑身、残翅果蝇有：黑身、残翅（隐性）（隐性）有关果蝇身色的一对相对性状有关果蝇身色的一对相对性状 灰身灰身（BBBB，显性）与，显性）与 黑身黑身（bbbb，隐性），隐性），有关果蝇有关果蝇翅长的翅长的一对相对性状一对相对性状 长翅长翅（VVVV，显性）与，显性）与 残翅残翅（vvvv，隐性），隐性）摩尔根果蝇杂交实验果蝇杂交实验果蝇杂交实验灰身残翅灰身残翅果蝇（果蝇（BBvvBBvv）黑身长翅黑身长翅果蝇（果蝇（bbVVbbVV）子一代：子一代：灰长果蝇（

65、灰长果蝇（BbVvBbVv）灰长果蝇灰长果蝇（BbVvBbVv）黑残果蝇（黑残果蝇（bbvvbbvv）子二代？子二代？果蝇杂交实验按孟德尔自由组合律的预测结果按孟德尔自由组合律的预测结果配子配子配子配子BVBvbVbvbvBbVv灰身长翅灰身长翅Bbvv灰身残翅灰身残翅bbVv黑身长翅黑身长翅bbvv黑身残翅黑身残翅比例比例25252525BbVvbbvv按孟德尔自由组合律的预测结果配子BbVvBbvvbbVvbb果蝇杂交后的实际结果果蝇杂交后的实际结果黑身黑身没有与没有与残翅残翅组合组合灰身灰身没有与没有与长翅长翅组合组合果蝇杂交后的实际结果黑身没有与残翅组合灰身没有与长翅组合BvBbbvV

66、VBvbVvvbbBVvvvbbb灰残灰残灰残灰残50黑长黑长黑长黑长50黑残黑残灰长灰长连锁模连锁模式图：式图：亲代亲代子一代子一代子二代子二代BvBbbvVVBvbVvvbbBVvvvbbb灰残灰残50摩尔根假说摩尔根假说连锁连锁“灰身灰身”和和“残翅残翅”基因同在亲本的一条染色基因同在亲本的一条染色体上；体上；“黑身黑身”和和“长翅长翅”基因同在亲本的另基因同在亲本的另一染色体上；一染色体上；子一代生殖细胞成熟过程中，两条同源染色体彼子一代生殖细胞成熟过程中，两条同源染色体彼此分离，黑长组合与灰残组合也随之分离，分别此分离，黑长组合与灰残组合也随之分离，分别进入一个成熟生殖细胞，子一代雄蝇只产生两种进入一个成熟生殖细胞，子一代雄蝇只产生两种精子：带精子：带灰身灰身/残翅残翅基因和带基因和带黑身黑身/长翅长翅基因。基因。灰身和残翅灰身和残翅、黑身和长翅黑身和长翅联合遗传联合遗传 连锁连锁摩尔根假说连锁“灰身”和“残翅”基因同在亲本的一条染色果蝇杂交后的实际结果果蝇杂交后的实际结果黑身黑身没有与没有与残翅残翅组合组合灰身灰身没有与没有与长翅长翅组合组合果蝇杂交后的实际结果黑身没有与残