ch1.4genetics1.1遺傳學的定義遺傳學

1、Ch1.1,第1章 緒 論,1.1 遺傳學的定義1.2 遺傳學的發(fā)展 1.3 遺傳學在國民經(jīng)濟中的作用,Ch1.2,1.1 遺傳學的定義,遺傳學是生命科學領域中一門新興的學科，這一學科名稱是由英國遺傳學家貝特森（Bateson，W）于1909年首先提出的。,Ch1.3,1.1 遺傳學的定義,遺傳學（Genetics）——研究生物遺傳與變異規(guī)律的科學。研究基因的結構、功能及其變異、傳遞和表達規(guī)律的學科。（全國科學技術名詞審定

2、委員會審定《遺傳學名詞》北京：科學出版社，2006年3月）The branch of biology that deals with heredity, especially the mechanisms of hereditary transmission and the variation of inherited characteristics among similar or related organisms. &

3、#160;(from American Heritage Dictionary),Ch1.4,1.1 遺傳學的定義,遺傳學(Genetics)是研究生物遺傳和變異的科學遺傳與變異是生物界最普通、最基本的兩個特征遺傳(heredity)：指生物親代與子代相似的現(xiàn)象，即生物在世代傳遞過程中可以保持物種和生物個體各種特性不變；變異(variation)：指生物在親代與子代之間，以及在子代與子代之間表現(xiàn)出一定差異的現(xiàn)象。,Ch1.5,變異

4、(variation)：親代與子代之間的差異,Ch1.6,變異(variation)：子代與子代之間的差異,Ch1.7,Genetic variation exhibited in the skin of corn snakes. The wild type (normal) variety displays orange and black markings.,Ch1.8,變異,Ch1.9,1.1 遺傳學的定義,遺傳與變異的關系：遺

5、傳與變異是一對矛盾對立統(tǒng)一的兩個方面遺傳是相對的、保守的，而變異是絕對的、發(fā)展的；沒有遺傳就沒有物種的相對穩(wěn)定，變異不能累積，變異失去意義，生物也不能進化；沒有變異生物界就失去進化的素材，物種將是一成不變的，遺傳只能是簡單的重復。,Ch1.10,1.1 遺傳學的定義,遺傳學的研究范圍包括遺傳物質的本質、遺傳物質的傳遞和遺傳信息的實現(xiàn)三個方面。遺傳物質的本質包括它的化學本質、它所包含的遺傳信息、它的結構、組織和變化等；遺傳物質的傳

6、遞包括遺傳物質的復制、染色體的行為、遺傳規(guī)律和基因在群體中的數(shù)量變遷等；遺傳信息的實現(xiàn)包括基因的原初功能、基因的相互作用，基因作用的調控以及個體發(fā)育中的基因的作用機制等。,Ch1.11,1.2 遺傳學的發(fā)展,*(一)、 古代遺傳學知識的積累(二)、 近代遺傳學的奠基1. 拉馬克：器官用進廢退與獲得性狀遺傳2. 達爾文：泛生假說3. 魏斯曼：種質連續(xù)論4. 高爾頓：融合遺傳假說5. 孟德爾：遺傳因子假說(三)、

7、遺傳學的建立和發(fā)展1. 初創(chuàng)時期(1900-1910)2. 全面發(fā)展時期(1910-1952)3. 分子遺傳學時期(1953-),Ch1.12,*(一)、 古代遺傳學知識的積累,18世紀中葉以前，遺傳學基本上屬于萌芽時期。人類在利用和改造生物的過程中，逐漸積累對生物遺傳和變異的認識以及對遺傳本質的探索和猜測。具有明顯的樸素唯物主義和經(jīng)驗性質，在方法上比較直觀，并更多地注意生物的形態(tài)特征在歐洲，宗教神學的統(tǒng)治使遺傳知識帶

8、上了濃厚的神學、神秘主義色彩。集中表現(xiàn)為生物物種神創(chuàng)論和不變論,,Ch1.13,(二)、 近代遺傳學的奠基,1. 拉馬克：用進廢退和獲得性狀遺傳2. 達爾文：泛生假說3. 魏斯曼：種質連續(xù)論*4. 高爾頓：融合遺傳假說5. 孟德爾：遺傳因子假說,Ch1.14,1. 拉馬克：用進廢退和獲得性狀遺傳,拉馬克認為：生物物種是可變的；遺傳變異遵循“用進廢退和獲得性狀遺傳”規(guī)律拉馬克的主要研究領域是生物物種進化，但對生物進化的解

9、釋必然涉及對性狀遺傳與變異現(xiàn)象的解釋,器官用進廢退和獲得性狀遺傳假說用進廢退：生物變異的根本原因是環(huán)境條件的改變獲得性狀遺傳：所有生物變異(獲得性狀)都是可遺傳的，并在生物世代間積累,,Ch1.15,2. 達爾文：泛生假說,達爾文在解釋生物進化時也對生物的遺傳、變異機制進行了假設，并提出了泛生假說(hypothesis of pangensis) ：遺傳物質是存在于生物器官中的“泛子/泛生?！?；遺傳就是泛子在生物世代間傳遞和表現(xiàn)

10、達爾文也承認獲得性狀遺傳的一些觀點，認為生物性狀變異都能夠傳遞給后代,,Ch1.16,3. 魏斯曼：種質連續(xù)論,新達爾文主義在生物進化方面支持達爾文的選擇理論，但在遺傳上否定獲得性狀遺傳，魏斯曼是其首創(chuàng)者種質連續(xù)論(theory of continuity of germplasm)多細胞生物由種質和體質組成：種質指生殖細胞，負責生殖和遺傳；體質指體細胞，負責營養(yǎng)活動種質是“潛在的”，世代相傳，不受體質和環(huán)境影響，所以獲得性

11、狀不能遺傳；體質由種質產(chǎn)生，是“被表達的”，不能遺傳種質在世代間連續(xù)，遺傳是由具有一定化學成分和一定分子性質的物質(種質)在世代間傳遞實現(xiàn)的,,Ch1.17,*4. 高爾頓：融合遺傳假說,融合遺傳認為：雙親的遺傳成分在子代中發(fā)生融合，而后表現(xiàn)其根據(jù)是，子女的許多特性均表現(xiàn)為雙親的中間類型。因此高爾頓致力于用數(shù)學和統(tǒng)計學方法研究親代與子代間性狀表現(xiàn)的關系雖然融合遺傳的基本觀點并不正確，但是在這一基礎上所創(chuàng)建的一系列生物數(shù)學分析方

12、法，卻為數(shù)量遺傳、群體遺傳的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了基礎,,Ch1.18,5. 孟德爾：遺傳因子假說,遺傳因子假說認為：生物性狀受細胞內遺傳因子(hereditary factor)控制遺傳因子在生物世代間傳遞遵循分離和獨立分配兩個基本規(guī)律這兩個遺傳基本規(guī)律是近現(xiàn)代遺傳學最主要的、不可動搖的基礎,,Ch1.19,(三)、 遺傳學的建立和發(fā)展,1. 初創(chuàng)時期(1900-1910)2. 全面發(fā)展時期(1910-1952)3. 分子

13、遺傳學時期(1953-),Ch1.20,1. 初創(chuàng)時期(1900-1910),(1). 1900年， 狄·弗里斯 、柴馬克和柯倫斯分別重新發(fā)現(xiàn)孟德爾規(guī)律，是遺傳學學科建立的標志。1906 年，貝特生提出以Genetics作為該學科的學科名,,Ch1.21,1. 初創(chuàng)時期(1900-1910),(2). 1901-1903年，狄·弗里斯發(fā)表“突變學說”(3). 1903年，Sutton和Boveri分別提出染色體

14、遺傳理論，認為：遺傳因子位于細胞核內染色體上，從而將孟德爾遺傳規(guī)律與細胞學研究結合起來(4). 1909年，約翰生發(fā)表“純系學說”，并提出“gene”的概念，以代替孟德爾的“遺傳因子”(5). 1908年，哈德和溫伯格分別推導出群體遺傳平衡定律,,Ch1.22,2. 全面發(fā)展時期(1910-1952),形成了近代遺傳學的主要內容與研究領域，也是本課程的主要內容 (1). 細胞遺傳學/經(jīng)典遺傳學(1910-1940)1910，

15、摩爾根(Morgan) 等：性狀連鎖遺傳規(guī)律(2). 數(shù)量遺傳學與群體遺傳學基礎 (1920-)費雪爾(Fisher)等：數(shù)理統(tǒng)計方法在遺傳分析中的應用,Ch1.23,2. 全面發(fā)展時期(1910-1952),(3). 微生物遺傳學及生化遺傳學 (1940-1953)1941，比德爾等：一個基因一個酶1944，阿委瑞：肺炎雙球菌轉化1952，赫爾歇和蔡斯：噬菌體重組(4). 其它研究方向1927，穆勒等：人工誘變

16、1937，布萊克斯里等：植物多倍體誘導 雜種優(yōu)勢的遺傳理論,,Ch1.24,3. 分子遺傳學時期(1953-),1953年Watson和 Crick提出DNA分子雙螺旋(double helix)模型，是分子遺傳學及以之為核心的分子生物學建立的標志；20世紀70年代以來，分子遺傳學、分子生物學及其實驗技術得到飛速發(fā)展。建立了以DNA重組技術為核心的遺傳工程，為生物遺傳定向操作奠定了基礎；,Ch1.25,*4. 基因組-蛋白質組

17、時期(1990-),徐晉麟等（2005）建議將1990年以后劃為第四時期——基因組-蛋白質組時期，其標志是1990年人類基因組測序工作的啟動。此期的特點是人們改變了多年來的觀念，提出不僅要研究單個基因，更重要的是從整個基因組的角度來研究遺傳學。2003年4月14日六國科學家完成了人類基因組序列圖的繪制，是這一時期最重大的成果之一。取得了人類、多種農(nóng)業(yè)和實驗生物基因組的DNA序列信息(結構基因組學)；開創(chuàng)了功能基因組學研究(后基因組學

18、)。,,Ch1.26,1.3 遺傳學在國民經(jīng)濟中的作用,1. 遺傳學與農(nóng)牧業(yè)的關系 2. 遺傳學與工業(yè)的關系 3. 遺傳學在能源的開發(fā)和環(huán)境保護中的應用 4. 遺傳學在醫(yī)療衛(wèi)生工作中的應用,Ch1.27,1. 遺傳學與農(nóng)牧業(yè)的關系,指導動植物遺傳改良工作提高育種工作的預見性創(chuàng)造新的遺傳變異提高選擇可靠性與效率定向創(chuàng)造和重組遺傳變異等,Ch1.28,1. 遺傳學與農(nóng)牧業(yè)的關系,Triticale, a hybrid grai

19、n derived from wheat and rye, produced as a result of applied genetic breeding experiments.,Ch1.29,1. 遺傳學與農(nóng)牧業(yè)的關系,The effects of breeding and selection, as illustrated by the production of this Vietnamese pot-bellied pig.

20、,Ch1.30,2. 遺傳學與工業(yè)的關系,和遺傳學關系密切的有生物制藥、化學工業(yè)和食品工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)等。人們可以利用遺傳原理來進行工業(yè)微生物的育種，用基因工程的途徑制備各種工程菌，還可以改變酶的分子結構以提高其活性。重組的生物制品現(xiàn)已發(fā)展成為一項支柱產(chǎn)業(yè)，干擾素、胰島素、白細胞介素-2等重組產(chǎn)品已正式投入市場。人們還想把蜘蛛絲蛋白基因克隆出來，用于生產(chǎn)高強度的絲纖維。,,Ch1.31,3. 遺傳學在能源的開發(fā)和環(huán)境保護中的應用,利用工程

21、菌可以水解植物的莖桿，產(chǎn)生乙醇，變廢為寶。還可以通過厭氧發(fā)酵使工業(yè)廢水產(chǎn)生沼氣；利用工程菌來富積廢水中的重金屬，不僅節(jié)約資源，還可清除污染；還可用于三次采油，以及消除海洋中的原油污染等。利用Ames法，染色體畸變，姐妹染色體交換，微核技術以及果蠅CIB等系列技術等，可以檢測致癌、致畸變和致突變物質。,,Ch1.32,4. 遺傳學在醫(yī)療衛(wèi)生工作中的應用,人類疾病中存在四大難題：腫瘤、心血管疾病、遺傳病和某些病毒感染（如愛滋病，埃伯拉病毒和

22、瘋牛病等）。這些難題和遺傳都緊密相關，腫瘤的本質是癌基因的突變或調控的改變影響其產(chǎn)物的質和量，而造成細胞內信息傳遞紊亂所致；心血管疾病中有的也具有遺傳性；遺傳病已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有四千多種，由基因突變所造成。愛滋病等雖不是人類本身的基因突變所致，但要想獲得有效的防治方法，必須首先搞清這些病毒基因組的結構，及其復制和表達的規(guī)律，從而針對性地制定防治方法。,,Ch1.33,4. 遺傳學在醫(yī)療衛(wèi)生工作中的應用,基因治療以及反義技術的使用等離臨床使用尚存

23、一段距離，但卻給人類帶來很大的希望。當今社會遺傳學涉及面已經(jīng)很廣，如法律上親子鑒定，犯罪嫌疑人的排查，考古中DNA的鑒定，體育中人才的選拔都或多或少和遺傳有關，可以說遺傳學是一國濟民生，人壽年豐的學科。,,Ch1.34,*遺傳學的特點與學習方法,遺傳學和其它生命科學不同，有著鮮明的特點：（1）是一門推理性的學科，而不是描述性的。 研究遺傳學的方法很象物理學，是根據(jù)自然現(xiàn)象或實驗的數(shù)據(jù)推理出一種假說，然后再通過實驗來加以

24、驗證；,Ch1.35,*四、遺傳學的特點與學習方法,遺傳學和其它生命科學不同，有著鮮明的特點：（2）多學科的交叉和融合。 遺傳學主要是建筑在生物化學，細胞生物學和統(tǒng)計學三門學科上，但又涉及到生命學科的各個領域，如動物學、植物學、微生物學、醫(yī)學、農(nóng)學、免疫學、系統(tǒng)分類學、生理生態(tài)、代謝調控等，甚至還涉及一些社會科學，如心理學、社會學、犯罪學等；,Ch1.36,*遺傳學的特點與學習方法,遺傳學和其它生命科學不同，有著鮮明的特

25、點：（3）發(fā)展快。 遺傳學的發(fā)展非常快，可以說是“月新年異”，新的理論、新技術、新成果層出不窮，幾年前出版的書籍常常已經(jīng)“過時”，“多利”這頭克隆羊的誕生一下子就把動物細胞核不具全能性的理論徹底打破，這樣爆炸性的例子在遺傳學中也并不少見；,Ch1.37,*遺傳學的特點與學習方法,遺傳學和其它生命科學不同，有著鮮明的特點：（4）應用性強，轉化為生產(chǎn)力的周期短。 1953年Watson和Crick提出DNA雙

26、螺旋模型時，人們并不知它有什么實際應用價值，但到了70年代就出現(xiàn)了體外重組技術，現(xiàn)在基因工程技術已成為各國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，沒有雙螺旋模型就不可能有重組技術。以遺傳學為理論基礎，又不斷派生出許多應用學科，如動植物及微生物育種學、優(yōu)生學、生物工程等。,Ch1.38,*遺傳學的特點與學習方法,學習方法善于聯(lián)系相關學科與實踐、勤于思考、切忌死記硬背注重相互交流、討論形成遺傳的觀念，從遺傳與變異角度思考問題,Ch1.39,本章要點,1. 遺