遗传学(全套课件752P)-ppt课件.ppt
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1、遗传学遗传学绪论绪论 Introduction 一、遗传学研究的内容、对象和任务一、遗传学研究的内容、对象和任务 二、遗传学的发展简史二、遗传学的发展简史 三、遗传学的应用三、遗传学的应用 四、遗传学的特点与学习方法四、遗传学的特点与学习方法1. 遗传学的研究内容遗传学的研究内容v遗传学遗传学(Genetics)是研究生物遗传和变异的科学是研究生物遗传和变异的科学遗传与变异是生物界最普通、最基本的两个特征遗传与变异是生物界最普通、最基本的两个特征遗传遗传(heredity):指生物亲代与子代相似的现象,即生物在世:指生物亲代与子代相似的现象,即生物在世代传递过程中可以保持物种和生物个体各种特性
2、不变;代传递过程中可以保持物种和生物个体各种特性不变;变异变异(variation):指生物在亲代与子代之间,以及在子代与:指生物在亲代与子代之间,以及在子代与子代之间表现出一定差异的现象。子代之间表现出一定差异的现象。遗传与变异是一对矛盾对立统一的两个方面遗传与变异是一对矛盾对立统一的两个方面遗传是相对的、保守的,而变异是绝对的、发展的;遗传是相对的、保守的,而变异是绝对的、发展的;没有遗传就没有物种的相对稳定,也就不存在变异的问题没有遗传就没有物种的相对稳定,也就不存在变异的问题没有变异特征物种将是一成不变的,也不存在遗传的问题没有变异特征物种将是一成不变的,也不存在遗传的问题2.遗传、变
3、异和选择遗传、变异和选择 遗传、变异和选择遗传、变异和选择是生物进化和新品种选育的三大因素是生物进化和新品种选育的三大因素 生物进化就是环境条件生物进化就是环境条件(选择条件选择条件)对生物变异进行对生物变异进行自然选择,在自然选择中得以保存的变异传递给子自然选择,在自然选择中得以保存的变异传递给子代代(遗传遗传) ,变异逐代积累导致物种演变、产生新物,变异逐代积累导致物种演变、产生新物种种 动、植物和微生物新品种选育动、植物和微生物新品种选育(育种育种)实际上是一个实际上是一个人工进化过程,只是以选择强度更大的人工选择代人工进化过程,只是以选择强度更大的人工选择代替了自然选择,其选择的条件是
4、育种者的要求替了自然选择,其选择的条件是育种者的要求3. 遗传、变异与环境遗传、变异与环境 环境改变可以引起变异环境改变可以引起变异 战国时期战国时期考工记考工记就指出:就指出:“橘逾淮而北为枳橘逾淮而北为枳”。表明人们在很早以前就注意到生物生存环境的改变可表明人们在很早以前就注意到生物生存环境的改变可以引起生物的性状改变以引起生物的性状改变 生物所表现出的性状变异分为:可遗传生物所表现出的性状变异分为:可遗传(heritable)变异和不可遗传变异和不可遗传(non-heritable)变异变异 环境引起的变异中包含可以遗传给后代的特性,也包环境引起的变异中包含可以遗传给后代的特性,也包含只
5、在生物当代表现出来,而不能传递给后代的变异含只在生物当代表现出来,而不能传递给后代的变异 西汉的著名唯物主义者西汉的著名唯物主义者王充王充(王阳明王阳明)在论衡在论衡中指出:某些偶然变异是不可遗传的中指出:某些偶然变异是不可遗传的 考察生物遗传与变异应该在给定环境条件下进行考察生物遗传与变异应该在给定环境条件下进行4. 遗传学的任务遗传学的任务 遗传与变异现象与基本规律遗传与变异现象与基本规律 阐明生物遗传、变异现象及其表现规律阐明生物遗传、变异现象及其表现规律 遗传的本质与内在规律遗传的本质与内在规律 探索遗传、变异的原因及其物质基础探索遗传、变异的原因及其物质基础(遗传的本质遗传的本质),
6、揭示遗传变异的内在规律揭示遗传变异的内在规律 指导生物遗传改良工作指导生物遗传改良工作 在上述工作基础上指导动、植物和微生物遗传改良在上述工作基础上指导动、植物和微生物遗传改良(育种育种)实践实践5、遗传学研究的对象、遗传学研究的对象 世界上的一切生物,包括最简单的类病毒到万物之世界上的一切生物,包括最简单的类病毒到万物之灵的人类,研究其遗传变异规律灵的人类,研究其遗传变异规律,因此,从非细胞结,因此,从非细胞结构的生物到最高等的人类都是遗传学的研究对象。构的生物到最高等的人类都是遗传学的研究对象。二、二、 遗传学的发展简史遗传学的发展简史 *(一一)、 古代遗传学知识的积累古代遗传学知识的积
7、累 (二二)、 近代遗传学的奠基近代遗传学的奠基 1. 拉马克:器官用进废退与获得性状遗传拉马克:器官用进废退与获得性状遗传 2. 达尔文:泛生假说达尔文:泛生假说 3. 魏斯曼:种质连续论魏斯曼:种质连续论 4. 高尔顿:融合遗传假说高尔顿:融合遗传假说 5. 孟德尔:遗传因子假说孟德尔:遗传因子假说 (三三)、 遗传学的建立和发展遗传学的建立和发展 1. 初创时期初创时期(1900-1910) 2. 全面发展时期全面发展时期(1910-1952) 3. 分子遗传学时期分子遗传学时期(1953-)*(一一)、 古代遗传学知识的积累古代遗传学知识的积累 18世纪中叶以前,遗传学基本上属于萌芽时
8、期。世纪中叶以前,遗传学基本上属于萌芽时期。人类在利用和改造生物的过程中,逐渐积累对生物人类在利用和改造生物的过程中,逐渐积累对生物遗传和变异的认识以及对遗传本质的探索和猜测。遗传和变异的认识以及对遗传本质的探索和猜测。具有明显的朴素唯物主义和经验性质,在方法上比具有明显的朴素唯物主义和经验性质,在方法上比较直观,并更多地注意生物的形态特征,但都没有较直观,并更多地注意生物的形态特征,但都没有对生物遗传和变异的机制进行深入的研究。对生物遗传和变异的机制进行深入的研究。 在欧洲,宗教神学的统治使遗传知识带上了浓厚的在欧洲,宗教神学的统治使遗传知识带上了浓厚的神学、神秘主义色彩。集中表现为生物物种
9、神创论神学、神秘主义色彩。集中表现为生物物种神创论和不变论和不变论1. 拉马克:用进废退和获得性状遗传拉马克:用进废退和获得性状遗传 拉马克(法国的博物学拉马克(法国的博物学家)认为:生物物种是家)认为:生物物种是可变的;遗传变异遵循可变的;遗传变异遵循“用进废退和获得性状用进废退和获得性状遗传遗传”规律规律 拉马克的主要研究领域是拉马克的主要研究领域是生物物种进化,但对生物生物物种进化,但对生物进化的解释必然涉及对性进化的解释必然涉及对性状遗传与变异现象的解释状遗传与变异现象的解释 器官用进废退和获得性器官用进废退和获得性状遗传假说状遗传假说 用进废退:生物变异的根用进废退:生物变异的根本原
10、因是环境条件的改变本原因是环境条件的改变 获得性状遗传:所有生物获得性状遗传:所有生物变异变异(获得性状获得性状)都是可遗都是可遗传的,并在生物世代间积传的,并在生物世代间积累累2. 达尔文:泛生假说达尔文:泛生假说(hypothesis of pangensis)达尔文(英国的博物学家)在解释生达尔文(英国的博物学家)在解释生物进化时也对生物的遗传、变异机制物进化时也对生物的遗传、变异机制进行了假设,并提出了泛生假说,认进行了假设,并提出了泛生假说,认为:为:遗传物质是存在于生物器官中的遗传物质是存在于生物器官中的“泛泛子子/泛生粒泛生粒”;遗传就是泛子在生物世;遗传就是泛子在生物世代间传递
11、和表现代间传递和表现达尔文也承认获得性状遗传的一些观达尔文也承认获得性状遗传的一些观点,认为生物性状变异都能够传递给点,认为生物性状变异都能够传递给后代,理论虽未得到科学的证实,但后代,理论虽未得到科学的证实,但却使人们得到了却使人们得到了“颗粒遗传颗粒遗传”的启示,的启示,为遗传学的诞生起了积极的推动作用。为遗传学的诞生起了积极的推动作用。3. 魏斯曼:种质连续论魏斯曼:种质连续论 新达尔文主义新达尔文主义 在生物进化方面支持达尔文的选择理论,但在遗传在生物进化方面支持达尔文的选择理论,但在遗传上否定获得性状遗传,魏斯曼是其首创者上否定获得性状遗传,魏斯曼是其首创者 种质连续论种质连续论(t
12、heory of continuity of germplasm) 多细胞生物由种质和体质组成:种质指生殖细胞,多细胞生物由种质和体质组成:种质指生殖细胞,负责生殖和遗传;体质指体细胞,负责营养活动负责生殖和遗传;体质指体细胞,负责营养活动 种质是种质是“潜在的潜在的”,世代相传,不受体质和环境影响,世代相传,不受体质和环境影响,所以获得性状不能遗传;所以获得性状不能遗传;体质由种质产生,是体质由种质产生,是“被表达的被表达的”,不能遗传,不能遗传 种质在世代间连续,遗传是由具有一定化学成分和种质在世代间连续,遗传是由具有一定化学成分和一定分子性质的物质一定分子性质的物质(种质种质)在世代间传
13、递实现的在世代间传递实现的*4. 高尔顿:融合遗传假说高尔顿:融合遗传假说 融合遗传认为:融合遗传认为:双亲的遗传成分在子代中发生融合,而后表现双亲的遗传成分在子代中发生融合,而后表现 其根据是,子女的许多特性均表现为双亲的中间类其根据是,子女的许多特性均表现为双亲的中间类型。因此高尔顿及其学生毕尔生致力于用数学和统型。因此高尔顿及其学生毕尔生致力于用数学和统计学方法研究亲代与子代间性状表现的关系计学方法研究亲代与子代间性状表现的关系 虽然融合遗传的基本观点并不正确,但是在这虽然融合遗传的基本观点并不正确,但是在这一基础上所创建的一系列生物数学分析方法,一基础上所创建的一系列生物数学分析方法,
14、却为数量遗传、群体遗传的产生和发展奠定了却为数量遗传、群体遗传的产生和发展奠定了基础基础5. 孟德尔:遗传因子假说孟德尔:遗传因子假说 遗传因子假说认为:遗传因子假说认为: 生物性状受细胞内遗传因生物性状受细胞内遗传因子子(hereditary factor)控制控制 遗传因子在生物世代间传遗传因子在生物世代间传递遵循分离和独立分配递遵循分离和独立分配(自由组合)两个基本规(自由组合)两个基本规律律 这两个遗传基本规律是近现这两个遗传基本规律是近现代遗传学最主要的、不可动代遗传学最主要的、不可动摇的基础,因此,孟德尔被摇的基础,因此,孟德尔被公认为遗传学的创始人。公认为遗传学的创始人。1. 初
15、创时期初创时期(1900-1910)(1). 1900年,三位植物学家:年,三位植物学家:狄狄弗里斯(弗里斯(De Vris H.)科伦斯(科伦斯(Correns C.)冯冯切尔迈克(切尔迈克(VonTschermak E.) 在不同国家用多种植物进行了与孟德尔早期研究相类似在不同国家用多种植物进行了与孟德尔早期研究相类似 的杂交育种试验的杂交育种试验获得与孟德尔相似的解释获得与孟德尔相似的解释 证实孟尔证实孟尔 遗传规律遗传规律确认重大意义。确认重大意义。 1900年孟德尔遗传规律的重新发现年孟德尔遗传规律的重新发现标志着标志着遗传学的遗传学的 建立建立和开始发展和开始发展孟德尔被公认为现代
16、遗传学的创始人。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年起将孟德尔遗传规律 孟德尔定律。孟德尔定律。1、初创时期、初创时期(1900-1910)(2). 1901-1903年,狄年,狄弗里斯发表弗里斯发表“突变学说突变学说”,认为,突变是生物,认为,突变是生物进化的因素。进化的因素。(3). 1903年,年,Sutton和和Boveri分别提出染色体遗传理论,认为:遗分别提出染色体遗传理论,认为:遗传因子位于细胞核内染色体上(即萨顿传因子位于细胞核内染色体上(即萨顿-鲍维里假说),从而将孟鲍维里假说),从而将孟德尔遗传规律与细胞学研究结合起来德尔遗传规律与细胞学研究结
17、合起来(4).1906年,贝特森(英国的遗传学家)首创年,贝特森(英国的遗传学家)首创“遗传学遗传学(Genetics)”,并引入了并引入了F1代代F2代、等位基因、合子等概念代、等位基因、合子等概念(5). 1909年,约翰生(丹麦的遗传学家)发表年,约翰生(丹麦的遗传学家)发表“纯系学说纯系学说”,并提,并提出出“gene”、 “基因型(基因型(genotype)”、和、和“表现型表现型(phenotype)”等概等概念,以代替孟德尔所谓的念,以代替孟德尔所谓的“遗传因子遗传因子”(6). 1908年,哈德和温伯格分别推导出群体遗传平衡定律年,哈德和温伯格分别推导出群体遗传平衡定律2. 全
18、面发展时期全面发展时期(1910-1952) 形成了近代遗传学的主要内容与研究领域,也是本课程的主要形成了近代遗传学的主要内容与研究领域,也是本课程的主要内容内容 (1). 细胞遗传学细胞遗传学/经典遗传学经典遗传学(1910-1940)1910,摩尔根等:性状连锁遗传规律(对黑腹果蝇的研究),摩尔根等:性状连锁遗传规律(对黑腹果蝇的研究) 摩尔根等人认识到同一对染色体上的两对等位基因,大都一摩尔根等人认识到同一对染色体上的两对等位基因,大都一起分离,即起分离,即“连锁连锁” ;少数则进行交换每两个相互连锁的基因;少数则进行交换每两个相互连锁的基因间都有一定的交换值。根据交换值,摩尔根等人创造
19、了染色间都有一定的交换值。根据交换值,摩尔根等人创造了染色体作图法,并于体作图法,并于1913年画出了历史上第一个果蝇基因位置图。年画出了历史上第一个果蝇基因位置图。 摩尔根是遗传学史上的巨人,一生共写了摩尔根是遗传学史上的巨人,一生共写了22本书和大约本书和大约370篇篇文章,是第一个获得诺贝尔奖的遗传学家文章,是第一个获得诺贝尔奖的遗传学家2. 全面发展时期全面发展时期(1910-1952)(2). (2). 数量遗传学与群体遗传学数量遗传学与群体遗传学基础基础 (1920-) (1920-)费希尔等:数理统计方法在遗传分析中的费希尔等:数理统计方法在遗传分析中的应用应用 1918 191
20、8年,年, 费希尔费希尔发表了重要文献发表了重要文献“根根据孟德尔遗传假设的亲属间相关的研究据孟德尔遗传假设的亲属间相关的研究” ,成功运用多基因假设分析资料,首次将数量成功运用多基因假设分析资料,首次将数量变异划分为各个分量,开创了数量性状遗传变异划分为各个分量,开创了数量性状遗传研究的思想方法。研究的思想方法。 1925 1925年,首次提出了方差分析(年,首次提出了方差分析(ANOVAANOVA)方法方法, , 为数量遗传学的发展奠定了基础。为数量遗传学的发展奠定了基础。2. 全面发展时期全面发展时期(1910-1952) (3). 微生物遗传学及生化遗传学微生物遗传学及生化遗传学 (1
21、940-1953)1941,Beadle和和Tatum等认为:一个基因相当于一个蛋白质,从而提出等认为:一个基因相当于一个蛋白质,从而提出了了“一个基因一个酶一个基因一个酶”假说(假说(one- gene -one -enzyme hypothesis)1944,阿委瑞:肺炎双球菌转化,阿委瑞:肺炎双球菌转化,证明遗传物质是证明遗传物质是DNA而不是蛋白质而不是蛋白质1952,赫尔歇和蔡斯:噬菌体重组,用同位素,赫尔歇和蔡斯:噬菌体重组,用同位素32P和和35S标记实验证明标记实验证明DNA噬菌体的遗传物质也是噬菌体的遗传物质也是DNA而不是蛋白质而不是蛋白质 (4). 其它研究方向其它研究方
22、向1927,穆勒在果蝇、斯塔德勒在玉米中人工诱导基因突变,开始人工,穆勒在果蝇、斯塔德勒在玉米中人工诱导基因突变,开始人工诱变的工作,丰富遗传学内容,为育种提供依据诱变的工作,丰富遗传学内容,为育种提供依据1937,布莱克斯里等:植物多倍体诱导,布莱克斯里等:植物多倍体诱导 (用秋水仙素)(用秋水仙素)杂种优势的遗传理论杂种优势的遗传理论3. 分子遗传学时期分子遗传学时期(1953-) 1953年年Watson和和 Crick提提出出DNA分子双螺旋分子双螺旋(double helix)模型,是分模型,是分子遗传学及以之为核心的子遗传学及以之为核心的分子生物学建立的标志;分子生物学建立的标志;
23、 20世纪世纪70年代以来,分子年代以来,分子遗传学、分子生物学及其遗传学、分子生物学及其实验技术得到飞速发展。实验技术得到飞速发展。3. 分子遗传学时期分子遗传学时期(1953-) 建立了以建立了以DNA重组技术重组技术为核心的遗传工程,为为核心的遗传工程,为生物遗传定向操作奠定生物遗传定向操作奠定了基础;取得了人类、了基础;取得了人类、多种农业和实验生物基多种农业和实验生物基因组的因组的DNA序列信息序列信息(结结构基因组学构基因组学); 开创了功能基因组学研开创了功能基因组学研究究(后基因组学后基因组学)。 *新研究领域开创与分支新研究领域开创与分支学科形成的要素:学科形成的要素: 代表
24、性人物;代表性人物; 新的研究技术与方法体新的研究技术与方法体系:物理学、化学、数系:物理学、化学、数学等学科的新理论与技学等学科的新理论与技术;术; 开创性的研究成果开创性的研究成果(代表代表性的试验性的试验)。3. 分子遗传学时期分子遗传学时期(1953-) 此期代表人物:此期代表人物: 1 1、 克里克克里克(Crick FHC.,1961) 等用实验证明等用实验证明他于他于1958年提出的关于年提出的关于遗传三联密码遗传三联密码的推测的推测 2、1957年开始,年开始,尼伦伯格尼伦伯格(Nirenberg MW.)等)等着手解译遗传密码,经着手解译遗传密码,经多人多人努力至努力至196
25、9年全部年全部解译出解译出64种遗传密码。种遗传密码。60年代先后初步阐明了年代先后初步阐明了mRNA、tRNA以及以及核糖体功能。核糖体功能。 3 3、雅各布(、雅各布(Jacob F.)和莫诺()和莫诺(MonodJ.):):1961年提出了年提出了大肠杆菌的操纵子大肠杆菌的操纵子学说,阐明微生物基因表达学说,阐明微生物基因表达的调节问题的调节问题3. 分子遗传学时期分子遗传学时期(1953-) 目前:基因工程定向改变遗传性状。目前:基因工程定向改变遗传性状。 更自由和有效地改变生物性状;更自由和有效地改变生物性状; 打破物种界限,克服远缘杂交困难;打破物种界限,克服远缘杂交困难; 培育优
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