身边的基因科学绪论

卢大儒皮妍王磊复旦大学生命科学学院卢大儒：生命科学学院教授。科研方向人类医学分子遗传学。电话：65642799；人人网Email：[e-mail]皮妍：生命科学学院讲师。电话：65642425；13764433203Email：[e-mail]王磊：生物医学研究院/生命学院副教授科研方向人类医学分子遗传学电话：[phone]；email:[e-mail]主讲教师：助教：马丽：生命科学学院硕士研究生电话：[phone]Email：[e-mail],《身边的基因科学》考核方式《身边的基因科学》考核方式一、抽查考勤（平时成绩）：占10%二、期中作业和讨论（期中成绩）：占30%三、期末论文（期末成绩）：占60%课程目标和特点介绍•了解基因，形成正确的基因观•正确的理性的看待身边的“基因”新闻报道•科学性与科普性相结合•趣味性和实用性相结合•理论和实践相结合•授课和交流和讨论相结合•案例教学课程大纲•绪论基因解读•认识基因之路•基因相关的基本知识•基因科学与基因技术•身边的基因科学（应用）•……..第一讲绪论第二讲探寻基因之旅第三讲基因发展的奥秘第四讲神奇的基因技术第五讲基因工程疫苗与药物基因组学第六讲基因时代的基因检测第七讲基因药物与基因治疗第八讲餐桌上的基因科学第九讲现代农业技术第十讲试管婴儿与ips专题你卖的羊绒假的？我要投诉！市场上真正的羊绒价格惊人，然而到处有便宜的羊绒衫在甩卖？看上去没有什么区别，在显微镜下，羊毛纤维也差不多，如何进行鉴别？彩色羊毛的希望；挂羊头卖狗肉问题谁是凶手？•一具无名尸体被害后数天被发现了，公安人员在现场发现了搏斗的痕迹和被害者指甲中的血迹，同时经过多方排查，锁定了一批可能的犯罪嫌疑人，如何从中找出真正的凶手？曹操墓是真的吗？•2009年12月27日，曹操高陵在河南安阳初步得到考古确认。墓室中发现有人头骨、肢骨等遗骨以及部分文物。但随后不少专家质疑曹操墓真假。复旦学者为此提出了DNA鉴定曹操墓的研究。曹操墓是真的吗？石油用完了怎么办？•石油是古代生物对现在人类的贡献，然而，人类消费石油的胃口太大了，按照现在的使用速度，不用几十年，我们就没有石油可用了。•核能有安全隐患，其他能源似乎也不完全靠谱，地球上将光能转化为化学能的生物是否可以扮演重要的作用，可惜现在的光合作用效率太低。为什么它这么牛？这究竟是什么病？到医院去看病，医生常常要开各种化验单子进行检查，然后才能诊断和治疗。*张三夫妻生了一个傻子，最近他老婆又怀孕了，这次情况会如何？*李四最近从非洲回来就头昏发烧腹泻呕吐，不知道感染了什么病？*王五检查出来患有乳腺癌，听说有一部分人很容易复发转移，自己属于哪一种？应该吃什么药？MTCMECTIMEBLOODCONC凡药三分毒，吃药的不良反应比比皆是，美国每年死于此人数达19万之众真有解酒药吗？艾滋病是怎么治愈的？•美国的布朗先前同时患有艾滋病和白血病，他在德国柏林接受治疗，经过骨髓移植后，原本几乎被判死刑的布朗奇迹般获得重生。去年6月，经医学检测，布朗体内的艾滋病病毒消失，他由此成为世界首例被确认治愈的艾滋病患者。　　何为基因？•基因是什么?•建造大楼的图纸?•参天大树的种子?•生命密码，生命的最基本层次。基因，基因，最基本的因素！基因是染色体上的一段DNA染色体基因1基因2DNA:脱氧核糖核酸，认识历程曲折基因的结构一对AGCT的核苷酸排列组合，蕴藏了无限信息基因是聚宝盆和摇钱树，孕育着无限的宝藏2000年，人类基因组计划(HGP草图绘制已经成功，我们走进了基因组时代。基因是生命通用语言•38亿年来，地球上200/1700万种生物，分布从2000米高空，4000米海底，2000米地下，南极冰天雪地，100度的温泉。大小、形态、千差万别：20nm-20m,结构从简单到复杂，然而，他们的生命的密码是相通的，使用同一套基因语言，当然，个别方言除外。基因与生命•基因是生命的语言，而生命是基因的活动和表现形式，是基因的舞台。•历史上，多少基因在生命的舞台上表演过，又有多少基因风吹雨打中消失，没有永远的主角，生命永远绚丽多姿。•基因是生命的中心，一切为了DNA的复制和传递，DNA是自私的，伟大的母爱源于自私的DNA。基因源于遗传学•基因源于遗传学，是遗传学中的一个基本概念，是决定遗传的物质；同时基因的载体又是一种生化分子，也是是分子生物学研究的宠儿。•基因衍生出一个社会学概念，作为一个基本的因素和本质而出现。•基因与社会紧密结合，基因组也是一个复杂的社会。遗传学与基因组学•遗传学研究遗传与变异的科学，基因是遗传与变异现象内在的物质基础。•无数的基因组成的基因组的“活动”，决定了生物的复杂表型性状。基因好与坏•人们在生活中不知不觉的会给基因贴上标签。加上自己的情感因素。如好的基因，坏的基因。好与坏是一对矛盾，然而生物的基因是相对于复杂生物系统整体长期适应的结果，生物A再好的基因对生物B未必适合，甚至是有害的。•自然选择，中性突变，随即漂变。光合人，食肉马？飞兽走禽？生物对与错生物是在一个复杂的生态系统中存在的，离不开其他的生物和环境。生物绝不是一个单独的个体，不简单是一个种群，生物是生物社会中的生物,生物之间是一种相互依赖又相互制约的关系，生物行为本质上是基因之间的相互作用，没有对错。生物之间的关系是长期选择和适应的结果。狼吃羊对吗？是否不道德？羊吃草是否对草不道德？人吃羊，人吃狼对不对?狼选择了羊，还是羊选择了狼?基因与环境•在生物的性状影响因素中，遗传（基因）是内在因素，环境是外部因素，遗传是根本，环境是条件，环境因素通过基因发挥作用，符合矛盾论的内外因学说。鸡蛋与石头孵化小鸡的故事预成论与渐成论•生命的过程中，生物的发育和生命的每一个阶段的性状是完全预设好的，还是一个受到环境影响逐步演化的。•生物体发育编程钟在哪里？衰老是如何决定的？遗传学中的一些问题1.先有鸡还是先有鸡蛋？2.先有DNA还是先有蛋白质？对基因的结构分析：我们可以看到基因共有的一些结构域，基因是不同结构域的组合；这暗示，至少这些基因起源于不同结构域作为基本单位的组合；建筑之比喻免疫球蛋白，T细胞受体基因重排：基因组不同结构域的随机组合，拥有10E15以上多样性。克隆选择学说；财富高度集中有病。真核基因选择性剪接：绝大多数真核基因具有选择性剪接，选择不同的外显子组成基因；内含子与外显子的作用；反式剪接形成的基因:来源于不同的染色体转录成一个基因，也是一种基因组合。基因的编程，固定程序与临时程序，程序员呢？基因的内涵与外延•基因已经不仅仅是一个遗传学的名称，已经成了生活中最内在、最本质的符号；基因的烙印无处不在。•在生命科学中，基因已经成为研究生命机制的最基本的层次，基因可以说成是生命本质的东西。•基因同时可以作为理论、方法和工具，应用人类各个相关领域，包括考古，语言，文化，民族，生态等。基因与基因技术•基因让我们认识自然，基因技术则可以用于改造自然，创造生命。•基因技术的2个重要成果：重组DNA技术；PCR技术，加速了我们认识基因组的进程，加速了我们应用和改造生命的过程。•基因组的解码已经开始，基因组整体设计改造和全合成生物学方兴未艾。能否看得见基因？•电子显微镜可以看得见单个DNA链条（基因）的轮廓，由于电镜的作用，我们看见了断裂基因；•能否肉眼看得见基因呢？通过DNA特异的荧光染料，我们可以看得见整体的DNA。•通过PCR，能够沙里淘金，将你感兴趣的基因找到，并且放大千万倍，唾手可得。经典遗传学将基因概念抽象化，符号化，是遗传学成为逻辑性极强，极具演绎色彩的形式遗传学。分子生物学又使概念中的基因实体化，展现其结构与功能的全部特征。这个基因概念的符号化和实体化的过程是科学史上的一个奇迹。DNA重组,PCR技术的突飞猛进，遗传学由此发展到了可以对各种类型生物的基因组直接进行工程化操作的崭新阶段。这是一个从现象到本质，从实践到理论，再从理论指导实践的过程，是螺旋式上升。基因概念的突破•粒子-线性排列•位置固定-运动•连续-间隔的•单一-重叠的•功能蛋白-编码与非编码•顺式-反式剪接•稳定的—连续突变•DNA-RNA•固定程序-临时程序顺反子1955年，美国分子生物学家本泽（Benzer）提出了基因的顺反子（Cistron）概念。遗传的功能单位称为顺反子，一个顺反子一个多肽，顺反子即是结构基因。顺反子的概念来自遗传学中的顺反重组试验，确定交换片段究竟在一个基因内还是属于两个基因的试验，顺反子内存在与核苷酸数量一样的突变子和重组子。这个学说打破了基因是突变、重组、决定遗传性状的“三位一体”概念及基因是最小的不可分割的遗传单位的观点。基因为DNA分子上一段核苷酸顺序，负责着遗传信息传递，一个基因内部仍可划分若干个起作用的小单位，即可区分成顺反子、突变子和重组子。“跳跃基因”的发现•DNA的转座（transposition）是由可移位因子介导的遗传物质重排现象。是1951年美国遗传学家McClintock在根据玉米染色体的长期观察研究提出的概念。•虽然McClintock早就发现转座因子，但人们受基因在染色体上有序排列的传统观念影响而难以接受“跳跃基因”这一概念,直到1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子。断裂基因的发现•在本世纪70年代以前，人们一直认为遗传物质是双链DNA，在上面排列的基因是连续的。RobertandSharp彻底改变了这一观念。发现腺病毒基因在DNA上的排列由一些不相关的片段隔开，是不连续的。这对于现代生物学的基础研究以及生物进化论具有重要的奠基作用拓展：RNA剪接---DNA剪接，蛋白质剪接基因的选择性剪切•同一个DNA序列，在不同组织不同发育时期和不同状态下，可以转录出不同的RNA；具有不同的生物学效应。基因重排“重叠基因”噬菌体由于基因组很小，但又要编码一些必不可少的蛋白，碱基显然不够用，这样不仅几乎所有的碱基都参加编码，而且在进化中还出现了“重叠基因”，以有限的基因编码更多的遗传信息。乙肝病毒基因组也是如此。假基因1977年，G·Jacp在对非洲爪赡5SrRNA基因簇的研究后提出了假基因的概念，核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。假基因的发现是真核生物应用重组DNA技术和序列分析的结果。现已在大多数真核生物中发现了假基因，如Hb的假基因、干扰素、组蛋白、α球蛋白和β球蛋白、肌动蛋白及人的rRNA和tRNA基因均含有假基因。由于假基因不工作或无效工作，故有人认为假基因，相当人的痕迹器官，或作为后补基因。不稳定性的基因遗传的稳定性是物种稳定和遗传的基础，过去概念上的基因是比较稳定的。一些人类神经系统遗传性疾病相关基因的编码序列中，或是编码序列两侧的序列中发现某三核苷酸的拷贝数目远远多于正常个体的拷贝数。这种三核苷酸拷贝数增加，不仅可发生在上代的生殖细胞中而遗传给下一代，而且在当代个体的不同类型细胞或同一类型的不同细胞中，三核苷酸重复拷贝数也可以是不同的。过去观察到的基因突变是很低的，可说是“静止的”。由于三核苷酸扩增突变不同于此，所以称之为动态突变(dynamicmutation)。发育有关的基因中同样也有此现象。不稳定的基因组STR突变率高CNV高变异率，SNP也有突变热点重组热点与细胞类型：易位与重排遗传不稳定性与疾病：神经性疾病；恶性肿瘤；免疫细胞基因组红细胞基因组没有两个完全相同的基因组，每个细胞不一样。遗传密码改造•虽然地球上的生物通用一套基因语言（遗传密码子），然则也有方言，细菌，线粒体，古细菌的一些遗传密码子并不相同。找到了密码子与氨基酸对应的关系之后，人类改造tRNA，改变它的识别氨基酸属性，可以识别自然界不存在的氨基酸，那么，就可以创造自然界不存在的具有特定性状的生命。普通话、方言到创造语言砷基生命！DNA可以有第5/6种碱基；硫，砷可以修饰DNA遗传信息载体不能突破？生命的载体不能突破？其他星球的生命信息难道…基