第一章 遗传学绪论

ModernGenetics李刚副教授每一个新发现的形体在形式上都是数学的，因为我们不能有其他的指引。——C.G.达尔文关于本门课程的几点说明（1）•李刚，主要研究酶在生物修复和生物能源中的应用。•硕士生招生方向：分子酶学与酶工程，宏基因组与宏转录组。•联系方式：•Tel:（o）84110296；•E－mail:[e-mail]•南校区生命科学学院北院310室•讲课内容安排：•现代遗传学教程（第2版）：1-7章（1-8周），13-14章（16-18周）李刚讲授；•现代遗传学教程（第2版）：10-14章（9-15周），贺竹梅讲授•。关于本门课程的几点说明（2）•教学方式：部分双语教学。部分内容是全英文幻灯片，基本用中文讲解；部分内容是中文幻灯片，中文讲解。•清华遗传学、山东农业大学、内蒙古大学是双语教学；•北大、浙大、上海交大、复旦、武大遗传学是中文教学；•台湾很多大学遗传学课程都是双语教学或全英语教学。关于本门课程的几点说明（3）•希望达到的特点：•1、内容讲解尽可能生动、通俗；•2、幻灯片中尽可能多增加一些图片和故事，便于同学们理•解课程内容和增加兴趣；•3、传道、授业、解惑；•4、加强和同学之间的互动；（思考题,课后交流，邮件交•流）•5、音乐教学方式。每周上课前会用3-5分钟左右的时间播放•一首音乐，主要是使同学们充分放松、调整好自己的听•课状态，提高上课效果。•个人关于本科教学的看法•心有多大，舞台就有多大！•没有最好，只有更好！•每年对遗传学教学课件都要进行更新，以反映遗传学的最新进展！个人在遗传学教学上的成绩•付出总有回报！•革命尚未成功，同志仍需努力！对同学们的几点要求•1、希望同学们多提好的建议；•2、勤学好问；•3、不要缺席，营造一种良好的课堂气氛。•4、我不会每次课都点名，但可能会随机点•名。如果累积点名不到3次，平时成绩会•受到很大影响；•5、NoPains,NoGains!你怎么对待遗传学课程的，遗传学成绩就会怎么对待你！上半年的期末考试情况•90分以上：徐蒋班：19人（最高98分）；贺李班：38人（最高100分1人，实在找不出错误）。80分以上：徐蒋班：47人；贺李班：68人70分以上：徐蒋班：49人；贺李班：17人60分以上：徐蒋班：25人；贺李班：13人（其中两人60分）60分以下：徐蒋班：13人；贺李班：0。王璞同学的学习经验（供参考）•她成功的一个重要经验就是：每次课后都把老师讲过的内容总结到一张纸上，融会贯通。•其实她的成功经验是很简单的，但又是很难复制的，因为真正有毅力的同学太少了！学生来信（1）李老师：您好！我是11级生物技术的学生XX。老师的音乐教学模式很新颖，知识点讲解也很清晰（而且在课堂还会不时告诉我们有可能会考的重点），因此我很喜欢上老师教的遗传学，平时也有很认真的记笔记。这次期末考试前我准备了5天时间来进行遗传学的复习。我反复看书、课件并将一些认为是重点的内容抄在纸上，也复习了学习指导学生来信（2）尊敬的李老师：您好！我是您周一上午遗传学课程生物技术专业的学生XX。记得您在课堂上尤其强调了留意实验中的意外情况，上周我们在统计果蝇三点测交实验结果的发现了一些意外情况，上周我们在统计果蝇三点测交实验结果的发现了一些意外情况：我们发现F2中出现了一种翅形介于残翅和长翅之间的性状，有两组同学记录了这些数据（鉴于有5组以上同学观察到这一现象，而每组同学都是单独做的，所以排除受到残翅果蝇污染的情况）。烦请您下载附件（写在邮件里有些繁杂），其中有一些我们的分析和推测。我自己现在学习过程中遇到的一个比较大的问题就是思考的基础知识不够多，思考的角度也不丰富，这最近些时候让我很苦恼。比如之前您提到的抗菌肽的问题，我当时的想法已经和您交流过了，今天贺老师在上课的时候说到蛋白质内含子的自剪切功能，让我想到可以在一个基因序列这样排列：抗菌肽+蛋白质内含子+大肠杆菌喜好的蛋白。这样的话，由于蛋白子内含子的自剪切功能，我们将蛋白质内含子挂主后，调节合适的条件就可以将抗菌肽分离下来；而加入大肠杆菌喜好的蛋白是为了提供一种增加表达量的可能。但是我当时是没有蛋白质内含子的概念的，也就没有了这个想法。关于我们在实验中观察到的异常现象，基于我们了解的内容，我们只想到了小论文中提到的可能性。希望能够听听老师您的看法。期待您的回信！此致敬礼祝您工作顺利！学生：XX学生来信（3）李老师:早上好!我今天在重新学习您昨天所讲的遗传学的制作和基因定位是发现了一个我不能理解的疑问.情况是这样的:您的ppt上page28描述:我在计算的时候不只是(39+19)各用了一次,而且(107+98)也是在计算C-Wx和Sh-Wx重组率时各用了一次,为什么这(107+98)个个体没有发生双交换呢?是因为我们根据计算重组率粗略的了解了这三个基因的排序Sh-Wx本身就包含在C-Wx之中,所以就不需要计算这一部分吗?我不是特别地清楚.也有可能是当时老师您有说过,但是自己没有想明白,请老师有空的时候回答一下我的问题,谢谢老师.11级基地班XX学生来信（4）•李老师：•您好！•我是生物科学的学生。现在我也在做PCR，从环境样品直接提的DNA中P一个酶的基因，遇到了不少问题，其中很多是经验性的。我主要参考的资料是冷泉港的《PCR技术实验指南》（第一版）。不知您是否有时间提供一些意见和建议？•首先是引物设计。我用的是PP5和Oligo6设计引物。因为要P全长基因，所以最初我是在ORF两端（原核生物所以没有内含子）设计的上下游引物。但是完全符合理想条件的引物几乎是不可能的，引物二聚体几乎不可避免。实际上我也发现引物二聚体的影响并不特别大。但我想知道错配和Tm值等其他因素有没有一个影响大小的次序，以便在引物设计时优先满足影响最大的条件？另外，这对引物由于酶切位点GC含量高，Tm较高（68度左右），我做了一个58-68退火温度的梯度，但是做出来的是非特异带都比目的片断(1.2kb)小，没有目的片断。我觉得我现在不怕P出非特异带，只要有目的带就行。请问该优化那些条件？（我用的是TAKARA的ExTaq，50uL体系与说明基本一致）。•我的另一条思路是先根据保守序列设计简并引物获得部分片段，再用TAILPCR来P全长。现在的问题是P出来也都是SMEAR。我怀疑模板浓度过高，但是模板浓度是300ng/uL，50uL体系加1uL也就3ng，应该说在正常范围内。另一方面有人说是退火温度的因素。我的引物生工给出的Tm都在60到65度（不同软件分析有出入），我退火用了55度，条件是951min371min722min30s5•cycles作为富集，再951min551min30s721min30s35cycle。您有什么建议？•另外，还有一个问题针对P全长基因的思路。由于是环境总DNA，我P出来的同一大小的目的片段其实是混合物，需要进一步筛选。我想直接连表达载体（现在可用的主要是pET系列），用底物活性再筛选。这种方法是否可行？•再者，老师您有《PCR技术实验指南》第二版么？•占用您宝贵的时间，深表歉意。•祝您工作顺利！•学生来信（5）•小王，你好。虽然对于这个问题没有深入的了解，但根据你的描述，我想雄性果蝇的性梳应该是由常染色体和性染色体的比例决定，正如果蝇的性别决定一样。这个特征应该是属于限性遗传，因为它只在雄性果蝇中存在。个人之见，供你参考。李老师李老师：我今天上发育生物学时，老师说果蝇是没有性激素的，第二性征由染色体的倍数影响，这让我联想到雄性果蝇的性梳，那是由什么决定或影响的啊？这个性征按书上的定义是属于限性遗传还是从性遗传？可能检索技术不佳，没能找到相关的文献资料，不知老师能不能帮我解疑一下呢。谢谢您百忙之中抽空看我的邮件！给您添麻烦了。您的学生学生来信（6）•李老师：您好！我从您提供的课外翻译文章中选了《什么支配着器官的再生》一文进行翻译，翻译过程中受益匪浅，这是一个很好的锻炼机会。当然，由于能力有限，很多地方翻译得可能不是很恰当，以后会加强这方面的训练的。谢谢您！去年本门课程的几个情况•1、出席率很高（98%以上），绝大多数同学能认真听课。少数同学有迟到和课堂上讲话现象。•2、考试成绩总体而言还是比较理想的，但仍有两名•同学勉强及格。•3、再次出现了一名考100分的同学，希望今年我们•班也有同学能够取得这样的好成绩。主要参考书•现代遗传学教程，贺竹梅编著，第二版，高等教育出版社,2011。•现代遗传学学习引导，贺竹梅、李刚等编著，高等教育出版社，2012。•现代遗传学，赵寿元，乔守怡。第二版，高等教育出版社，2008。•ConceptsofGenetics(FifthEdition),WilliamS,KlugandMichaelR.Cummings,5thed.1997,Prentice-Hall,Inc.,1997.•FundamentalsofGenetics,PeterJ.Russell(2ndEdition),AddisonWesleyLongman,Inc.•EssentialGenetics-Agenomicsperspective(3rdEdition),DanielL.HartlandElizabethWJones.JonesandBartlettPublishers•iGenetics,Russell,PeterJ.TheBenjamin/CummingsPublishingcompany,Inc.,2001.•Genetics-FromgenestoGenomes,LelandHHartwell,LeroyHood,MichaelL.Goldberg,AnnE.Reynolds,LeeM.Silver,RuthC.Veres.McGraw-HillCompanies,Inc.,2000考试形式•闭卷考试。•平时成绩占20％，考试成绩占80％。•两个班统一考试题。•平时成绩：取决于点名情况、课堂表现和课后作业。遗传学课后的翻译资料前几年的课堂即时翻译资料第一章绪论•Keywords：•遗传学Genetics：研究遗传和变异的科学。•遗传heredity：种瓜得瓜，种豆得豆。•变异variation：母生九子，各不相同。•思考：假如没有遗传，世界上的生物会怎样？假如没有变异，世界上的生物会怎样？•Tips:遗传学这一学科名称是英国遗传学家贝特森（Bateson，W）于1909年首先提出的。学科的研究特点•动植物学、微生物学：•研究生物个体的形态结构和生理功能的学科；•细胞学：•研究细胞结构、功能和信号传导的学科；•生物化学：•研究生物大分子结构、功能和代谢途径的学科；•遗传学：•研究生物的基因结构、传递、表达和调控的学科。遗传学的具体研究特点1.在生物的个体，细胞，和基因层次上研究遗传信息的结构，传递和表达。2.遗传信息的传递包括世代的传递和个体间的传递。3.通过个体杂交和人工的方式研究基因的功能。“遗传学”定义广义：遗传学是研究生物的遗传与变异规律的一门生物学分支科学狭义：遗传学是研究基因结构，信息传递，表达和调控的一门生物学分支科学。遗传heredity生物性状或信息世代传递的现象。同一物种只能繁育出同种的生物。同一家族的生物在性状上有类同现象。••遗传(Heredity,inheretance):基因的结构DNA的复制(replication),基因表达(geneexpression)表达调控(regulation)基因纵向转递转化(transformation)基因横向转递转导(transduction)无性繁殖转染(transfection)接合(conjugation)转基因(transgene)变异variation生物性状在世代传递过程中出现的变异现象。生物的子代与亲代存在差别。生物的子代之间存在差别。•变异(variation)基因重组(Recombination)染色体间－减数分裂中染色体的自由组合染色体内－染色体的重排(Rearrangements)转基因－体外重组突变(M