遗传学-绪论

东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件普通遗传学GeneralGenetics任课教师李杰东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件主要参考书：•朱军遗传学（第三版）中国农业出版社2002•刘祖洞遗传学（第二版）高等教育出版社1991•王亚馥等遗传学高等教育出版社1999•赵寿元乔守怡现代遗传学高等教育出版社2001•BenjaminLewinGeneVIII2003•李杰遗传学习题集校内教材2004教学方法与基本要求：东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件课程大纲第一章绪论第二章孟德尔遗传第三章连锁遗传和性连锁第四章细胞质遗传第五章遗传物质的分子基础第六章基因突变第七章染色体变异第八章基因表达与调控第九章基因工程与基因组学第十章数量遗传学第十一章群体遗传与进化东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件第一章绪论东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件第一节遗传学研究的内容和任务东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件1．遗传学的研究内容(1)是研究生物遗传和变异规律的科学：(2)是研究生物体遗传信息的组成、传递和表达规律的科学：(3)是研究基因的结构、传递和表达规律的科学：遗传物质是什么？遗传物质⇒性状？东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件具体地说，遗传学的内容应包括四个方面：1.基因和基因组的结构分析，及其与生物学功能之间的关系，包括突变与异常性状之间的关系。2.基因在世代之间传递的方式与规律。3.基因转化为性状时所需的各种内外环境条件，即基因表达的规律。4.根据以上三方面的知识，能动地改造生物使之符合于人类的利益和要求。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件2．遗传学研究的对象以微生物（细菌、真菌、病毒）、植物和动物以及人类为对象，研究其遗传变异规律。*生物种类极其繁多（目前有科学记载的约170万种）。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件3．遗传学研究的任务(1)．阐明：生物遗传和变异现象➠表现规律；(2)．探索：遗传和变异原因➠物质基础➠内在规律；(3)．指导：动植物和微生物育种、提高医学水平。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件第二节遗传学的发展东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件一、现代遗传学发展前东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件1．遗传学起源于育种实践人类在长期的农业生产和饲养家畜过程中，早已认识到遗传和变异现象；并且通过选择，育成大量的优良品种。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件2.18世纪下半叶和19世纪上半叶期间，拉马克和达尔文对生物界遗传和变异进行了系统的研究(1)．拉马克（LamarckJ.B.,1744~1829）①．环境条件改变是生物变异的根本原因；②．用进废退学说和获得性状遗传学说如长颈鹿、家鸡翅膀。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件(2).达尔文（DarwinC.，1809~1882）广泛研究遗传变异与生物进化关系。①．1859年发表《物种起源》著作，提出了自然选择和人工选择的进化学说，认为生物是由简单➠复杂、低级➠高级逐渐进化而来的。②．承认获得性状遗传的一些论点➠提出“泛生论”假说。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件泛生假说(hypothesisofpangenesis)认为动物每个器官里都普遍存在微小的泛生粒，它们能够分裂繁殖，并能在体内流动，聚集到生殖器官里，形成生殖细胞。当受精卵发育为成体时，各种泛生粒进入各器官发生作用，因而表现遗传。如果亲代的泛生粒发生改变，则子代表现变异。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件3．魏斯曼（WeismannA.，1834~1914）①种质连续论：种质是世代连续不绝的；②支持选择理论；③否定后天获得性遗传：老鼠19代割尾巴试验。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件种质连续论(theoryofcontinuityofgermplasm)认为多细胞的生物体是由体质和种质两部分所组成，体质是由种质产生的，种质是世代连绵不绝的。环境只能影响体质，而不能影响种质，故获得性状不能遗传。这一论点在后来生物科学中，特别是在遗传学方面发生了重大而广泛的影响。但是，这样把生物体绝对化地划分为种质和体质是片面的。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件二、现代遗传学的发展阶段东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件1.个体遗传学向细胞遗传学过渡时期（1910之前）东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件⑴.孟德尔（MendelG.J.，1822~1884）系统地研究了生物的遗传和变异。豌豆杂交试验（1856-1864）：♣1866年发表《植物杂交试验》,提出分离规律和独立分配规律；♣假定细胞中有“遗传因子”，认为遗传是受细胞里的遗传因子所控制的。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件孟德尔生平1844-1848年，孟德尔在布隆大学哲学院学习神学，曾选修农学、果树学和葡萄栽培学等课程。1848年在维也纳大学期间，孟德尔先后师从著名物理学家多普勒、物理学家埃汀豪生和植物生理学家翁格尔，这三个人对他的科学思想产生了很大影响。当时大多数科学家所惯用的方法是培根式的归纳法，而多普勒则主张，先对自然现象进行分析，从分析中提出设想，然后通过实验来进行证实或否决。埃汀豪生是一位成功地应用数学分析来研究物理现象的科学家，孟德尔曾对他的大作《组合分析》仔细拜读。孟德尔后来做豌豆实验，能坚持正确的指导思想，成功地将数学统计方法用于杂种后代的分析，与这两位杰出物理学家不无关系。翁格尔当时正从事进化学说的研究，他认为研究变异是解决物种起源问题的关键，并且用这种观点去启发他的学生孟德尔。通过翁格尔，孟德尔了解了盖尔特纳的杂交工作。盖尔特纳曾用80个属700个种的植物，进行了万余项的独立实验，从中产生了258个不同的杂交类型，这些成果都记录在盖尔特纳的著作《植物杂交的实验与观察》中，孟德尔曾仔细地读过这本书，此书至今还保存在捷克布隆的孟德尔纪念馆内，书中遍布记号和批注，有的内容正是以后孟德尔的实验计划里的组成部分。由此可见，一个伟大的科学思想的形成绝非偶然。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件孟德尔为什么会取得成功？孟德尔之所以能发现分离规律和自由组合规律，其成功的原因有：（1）选择了适合的实验材料——豌豆。具有好些易于区分的相对性状；豌豆是自花授粉植物，而且是闭花授粉，能避免外来花粉混杂；豌豆能产生较多的种子，便于收集数据进行分析；豌豆易于栽培，生长期短。（2）首先只研究一对性状，尽可能使问题简化，得到结果和结论后，再从简单到复杂，研究两对性状到多对性状。（3）孟德尔把数学统计方法应用到遗传分析中。观察群体，将数学统计方法用于遗传分析是孟德尔的首创。这也是数学在生物学领域里的第一次突破。数学统计方法的应用，使实验结果能定量而准确地揭示本质。所以说，孟德尔对人类的贡献，不仅仅局限于遗传学领域，还表现在科学思想的方法论上。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件孟德尔学说又为什么被遗忘？孟德尔的理论简明易懂，而在当时也迫切需要这样一个理论，但为什么他的工作曾被完全忽视，以致被埋没了34年呢？（1）孟德尔“生不逢时”。达尔文的光芒掩盖了孟德尔。（2）对自己研究成果的意义认识不足。发表的论文却屈指可数，而涉及其成果的论文只有一篇。其实，孟德尔还曾用紫罗兰、玉米及紫茉莉等做过杂交实验，并进一步证实了他在豌豆实验中得到的结果。这些本来都可以作为系列文章发表，然而他却隐而不发。他甚至没有和其他的植物学家或杂交研究者联系、交流，也没有给国际或国内的会议投寄论文。在孟德尔的论文中没有任何突出的理论，所谓“孟德尔第一定律”、“孟德尔第二定律”，都是后人给加上的。其大量篇幅给人的感觉是：比例和数字、“纯粹的事实”。（3）由于数学统计方法首次引入生物学中。孟德尔以前的生物学完全是一门描述性的科学，生物学家们根本想不到数学会与生物学有联系，也搞不懂统计数学对揭示生物学规律有什么帮助。一位捷克学者的亲身经历就生动地说明了这一事实。捷克学者伊尔蒂斯（H·Iltis）回忆说，1899年，他发现了孟德尔的论文，并激动地拿给他的导师看，可这位有学问的教授说，“呵！这篇论文我知道，它无关紧要。除了数字和比例，比例和数字外，一无它物。不要为它浪费时间，把它忘了吧！”东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件⑵.孟德尔遗传规律的重新发现€1900年，同时有三位著名学者发现了孟德尔及其创立的颗粒遗传学说。他们是荷兰的狄·弗里斯（DeVrisH.）、德国的科伦斯（CorrensC.）和奥地利的冯·切尔迈克（VonTschermakE.）。在不同国家用多种植物进行与孟德尔早期研究相似的杂交试验➠获得与孟德尔相似的解释《德国植物学会杂志》➠证实孟德尔遗传规律➠确认重大意义。€1900年孟德尔遗传规律的重新发现➠标志着遗传学的建立和开始发展➠孟德尔被公认为现代遗传学的创始人。€1910年起将孟德尔遗传规律➠孟德尔定律。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件纪念孟德尔先生：在其修道院建立了纪念馆。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件(3)．狄·费里斯（deVriesH.,1848~1935）提出“突变学说”（1901~1903）：认为自然界新种的产生不是长期选择的结果，而是突然出现的，突变是生物进化的因素。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件2.细胞遗传学时期（1910~1939）东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件当时细胞学和胚胎学已有很大发展，对于细胞结构、有丝分裂、减数分裂、受精及细胞分裂过程中染色体动态都已比较了解。细胞学研究和孟德尔遗传规律结合。研究工作的主要特征是从个体水平➠细胞水平➠建立染色体遗传学说。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件(1).约翰生（JohannsenW.,1859~1927）①.1909年发表“纯系学说”：正确区分了生物体的可遗传变异（纯系间的粒重差异）与不遗传变异（纯系内的粒重差异），并提出“纯系内选择在基因型上不产生新的改变”的论点，为自花授粉植物的纯系育种建立了理论基础。明确区别基因型和表现型；②.最先提出“基因”一词：替代遗传因子概念。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件⑵.鲍维里（BoveriT.,1902）和萨顿（SuttonW.,1903）发现遗传因子的行为与染色体行为呈平行关系：两者在体细胞中都成对存在，而在生殖细胞中则是成单的；成对的染色体或遗传因子在细胞减数分裂时彼此分离，进入不同的子细胞中，不同对的染色体或遗传因子可以自由组合。➠染色体很可能是遗传因子的载体，染色体遗传学说的初步论证。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件(3)．贝特生（BatesonW.,1906）①.从香豌豆中发现性状连锁；②.创造“genetics”。1899年，伦敦“植物杂交工作国际会议”；1902年，纽约“植物杂交工作国际会议”；1906年，伦敦“杂交和植物育种国际会议”。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件⑷.詹森斯（JanssensF.A.,1909）观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释基因连锁现象提供了基础。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件(5).摩尔根（MorganT.H.,1866~1945）①.提出“性状连锁遗传规律”；②.提出染色体遗传理论⇒细胞遗传学；③.著“基因论”：认为基因在染色体上直线排列，创立基因学说。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件基因学说主要内容：①．种质（基因）是连续的遗传物质；②．基因是染色体上的遗传单位，有很高稳定性􀂨➠能自我复制和发生变异；③．在个体发育中，基因在一定条件下，控制着一定的代谢过程􀂨➠表现相应的遗传特性和特征；④．生物进化􀂨➠主要是基因及其突变等。这是对孟德尔遗传学说的重大发展，也是这一历史时期的巨大成就。东北农业大学生命科学学院普通遗传学课件•他对孟德尔学说的态度大致可分为：“拥护—反对—继承并发展”3个阶段。•科学家的思维应该是发散的，而实验结果则是限制思维的边界，它们使发散的思维向真理的极限点收敛。摩尔根则正是这样一位善于思考和实验研究的科学家。•由于对染色体遗传理论的贡献，摩尔根于1933年荣获诺贝尔生理