大学精品课件：人类遗传学.pptx

1、第三章 人类遗传学 Human genetics,周 钢 生物与医学工程学院 zhougang,2,体质指数,=,体重数值(公斤),身高数值(米),2,正常：18.5到25 超重： 25到30 肥胖： 30以上,胖妈妈所生婴儿也容易肥胖,3,母亲体重指数较高，婴儿体内的脂肪含量，尤其是腹部和肝脏内的脂肪含量也较高,生命是遗传信息的表现形式，遗传信息（基因）沿着时间和空间顺次表现（表达）即构成生命的生长与发育。 要改造生命必须改造其遗传信息,什么是生命?,GenesHeredityGenetics,遗传(heredity, inheritance)： 生物在以有性或无性生殖方式进行种族繁衍的过程

2、中，子代与亲代相似的现象,遗传并不意味着亲代与子代完全相同。甚至一卵双生的兄弟,变异（variation） 生物个体之间差异的现象,遗传与变异的辨证关系,相对的,绝对的,保守的,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,没有变异生物就不会产生新的性状，也就不能发展、进化,遗传学（Genetics）,经典定义研究生物在繁殖过程中遗传和变异规律的一门科学 现代定义研究基因的结构功能、传递和表达规律的一门科学基因学 基因（gene）是遗传、发育和进化的交汇点,Central Dogma of Genetics,DNA RNA Protein,Replication,Transcri

3、ption,Translation,Reverse Transcription,aa,aa,aa,aa,aa,aa,11,染色质,真核生物细胞核细胞分裂间期能被碱性染料着色的物质就是染色质 主要由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的复合物 可分为常染色质和 异染色质。,染色体（Chromosome ）是细胞内具有遗传性质的物体，易被碱性染料染成深色,13,染色体,染色体(chromosome)则是染色质在细胞分裂过程中经过紧密缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而成的具有固定形态的遗传物质存在形式，是高度螺旋化的DNA蛋白质纤维。,14,15,染色质与染色体,染色质和染色体是真核生物遗传物质存在的

4、两种不同形态，两者不存在成分上的差异，仅反映它们处于细胞分裂周期的不同功能阶段而已。,16,染色质与染色体,染色质与染色体,1879年, 德国生物学家弗莱明发现,1928年摩尔根证实了染色体是遗传基因的载体，从而获得了生理医学诺贝尔奖。,1956年庄有兴等人明确了人类每个细胞有46条染色体。46条染色体按其大小、形态配成23对，第一对到第二十二对叫做常染色体，为男女共有，第二十三对是一对性染色体,与染色体的分离有关,端点（又叫端粒）控制体系,端粒DNA功能是保证染色体的独立性和遗传稳定性,现代分子遗传学时期（1953）,1953年4月25日出版的Nature杂志上，沃森（Watson）和克里克

5、（Crick）提出了DNA双螺旋结构模型，标志着遗传学以及整个生物学进入分子水平的新时代。,电子显微镜下的DNA双螺旋结构,24,基因和基因组,基因,DNA分子上具有特定遗传效应的 一段特定的核苷酸序列,基因组,单倍体染色体组中所包含的全部遗传物质,核基因组,线粒体基因组,16569 bp,3.2109 bp,26,基因差异对智力影响达50%,DNA双螺旋发现的意义,为DNA分子结构、自我复制、相对稳定性和变性提出合理解释； DNA是贮存和传递遗传信息的物质； 基因是DNA分子上的一个片段；,分子生物学诞生将生物学各分支学科及相关的农学、医学研究推进到分子水平遗传学发展到分子遗传学的重要转折点

6、。,人类基因组计划,人类基因组计划 曼哈顿原子弹计划 阿波罗计划,1985年提出,1990年启动,2000年工作草图完成,通过基因的表达产物mRNA反追到染色体的位置,定位候选克隆,30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序,中国科学家完成1人类基因组的工作框架图,数量最多，达3141个， 2.23亿个碱基对,30亿碱基对,剪切,BAC,BAC,BAC,细菌人工染色体,150,000碱基对,。,。,200,000,300，000,500碱基,通过比较重叠的片断, 连接然后重建序列,5800万碱基的重叠,读取,230亿碱基对序列,8倍,31,人类基因组计划1%测序中国实验室,32,在人类基因组工程

7、项目上，美国政府的投资回报率是1:141,$141美金,21世纪初人类基因组计划提前完成，遗传学研究进入了“基因组后研究”时代（post-genoma era）,Craig Venter,塞雷拉基因组公司,霰弹枪定序法 shotgun sequencing,Bad boy of Science,人造细胞,商业价值的菌株， 复杂的生命体,基因组,打断,数百万个DNA片断,算法将片断的序列信息重新整,整个基因组序列,细胞的核型（karyotype）,将一个细胞内的染色体按照一定的顺序排列起来所构成的图像,显带染色体,染色体经过一定程序的处理,并用特定的染料染色后,使染色体在其长轴上显示出一个个明暗

8、交替或深浅不同的横纹,这样的横纹就叫做染色体的带。,改变子钟孙钟的染色体都不可以改变遗传,染色体就是人体的生物钟,受精卵叫“母钟”,分裂,23对染色体叫“子钟”,组织器官所包含的染色体叫“孙钟”,制造,变异,“人类所有的疾病都与DNA受损有关” 非生物致病与生物致病 遗传疾病医学遗传学 染色体病：染色体结构数目异常而导致的遗传病 单基因病：多指症，白化病，早老症 多基因病：哮喘，原发性高血压，糖尿病,遗传病与先天性疾病,遗传性疾病（hereditary disease , inherited disease, genetic disease）,简称遗传病，指生殖细胞或受精卵的遗传物质（染色体和

9、基因）发生突变（或畸变）所引起的疾病,先天性 家族性 终身性 遗传性,特 点,!,白化病,受伤后流血不止 缺乏凝血因子合成基因，导致凝血障碍,血友病,先天性疾病：指个体出生后即表现出来的疾病,致畸剂（teratogen）,基因突变,遗传物质发生的可遗传的变异,染色体畸变 chromosome aberration,基因突变 gene mutation,染色体数目和结构的改变,基因的核苷酸顺序或数目发生改变,点突变 point mutation,DNA分子中单个碱基改变,多个碱基的缺失，重复和插入,!, , ,增加,缺失,改变,48,遗传性的，如多基因或单基因突变； 非遗传性的，如神经系统感染，

10、药物滥用，或脑损伤。,智力发育迟缓，适应能力低下，注意力不集中等,症状,智力发育障碍（mental retardation），又称为精神发育不全或弱智，是儿童期最常见的神经系统疾病之一,49,基因突变导致人类X连锁智力障碍,CUL4B基因,50,CUL4B基因,CUL4B结合到组蛋白H3K4甲基转移酶复合物的核心亚基WDR5促使WDR5泛素化和降解,CUL4B基因突变导致生成了不稳定的CUL4B蛋白，使其维持PC12细胞轴突向外生长的功能受损，从而导致了XLMR的发生,基因突变,* 体细胞突变,* 生殖细胞突变,突变的变异只能在体细胞中传递,体细胞突变不直接遗传下一代,生殖细胞的突变率比体细胞

11、高,通过受精卵而直接遗传后代,突变细胞群,遗传性疾病,遗传信息不会像生殖细胞那样遗传给下一代。高等生物的细胞差不多都是体细胞,精子和卵细胞以及它们的母细胞,自体细胞再生疗法,基因突变的原因,自发突变,DNA复制过程中碱基配对出现误差,DNA复制过程,RNA的每三个碱基构成一个密码子。这些密码子决定了氨基酸排列的顺序,诱变突变,物理因素 ：紫外线、电离辐射等,化学因素：烷基磺酸盐（EMS），,毒性，其中90%以上是致癌物质或极毒药品,5-BU 导致A：T碱基对转换为GC碱基 2-氨基嘌呤诱发A：T G：C 或 G：C A：T的转换,生物因素,遗传病的分类,基因病,染色体病,单基因病,性连锁遗传病

12、,多基因病,常染色体显性遗传病,常染色体隐性遗传病,常染色体异常,性染色体异常,由位于常染色体上的显性致病基因引起的疾病,位于常染色体上的隐性致病基因引起的疾病,致病基因大都在X染色体上，男性患者远多于女性患者,性染色体上的致病基因所引起的遗传病,多对致病基因控制的遗传病,因先天性染色体数目异常或结构畸变而引起的疾病,某种性状的遗传主要是受一对等位基因所决定,单基因遗传,单基因遗传病,常染色体显性遗传,57%,常染色体隐性遗传,36%,性连锁遗传,7%,autosomal dominant inheritance,AD,autosomal recessive inheritance,AR,se

13、x-linked inheritance,SL,多基因遗传,* 数量性状是受多个基因控制的,* 每个基因对表型的作用是微效的、 等效的、并且具有累加效应,* 仍然符合孟德尔的分离和自由组合定律,* 数量性状的形成是多个基因和多个环境因素 的双重作用，所以又称为多因子遗传,系 谱 符 号,常染色体显性遗传,性状或病症是由常染色体上的显性基因所控制的,完全显性遗传,* 不完全显性遗传（半显性遗传）：,F1代表现双亲性状的中间型,* 共显性遗传（并显性遗传）：,后代同时表现出双亲的性状,* 延迟显性遗传,有些显性遗传病并非一出生就表现出来， 到一定年龄才会陆续发病,* 不规则显性遗传,有些显性遗传是

14、不规则发生，外显不全,常染色体显性遗传,侏儒症,常染色体隐性遗传,性状或病症由常染色体上的隐性基因控制,溶酶体贮积症，如糖原贮积症、脂质贮积症、粘多糖贮积症； 合成酶的缺陷如血球蛋白缺乏症、白化病；苯丙酮尿症、肝豆状核变性（Wilson病）及半乳糖血症,常见的常染色体隐性遗传病,1种或1种以上的免疫球蛋白缺乏，而其余免疫球蛋白正常或升高。,反复性鼻窦与呼吸道感染，支气管哮喘较重,69,“毛人”病症,染色体异常导致全身毛发过度生长,5号染色体有一段插入了X染色体,外来”DNA序列插入时，位于X染色体上的某个基因可能被“激活”,刺激毛发生长，导致先天性多毛症,SOX3基因,性连锁遗传,控制性状或病

15、症的基因位于性染色体上，性状往往与性别有关。 又叫伴性遗传。一般男女发病的概率不一样,X连锁隐性遗传,X连锁显性遗传,Y连锁遗传,遗传病有关的基因位于X染色体上，基因的性质为隐性,遗传病有关的基因位于X染色体上，基因的性质为显性,致病基因位于Y染色体上,人类X染色体(左)和Y染色体(右),视网膜色素变性的家系,X连锁显性遗传（XD）,控制性状或致病的显性基因位于X染色体上,X连锁隐性遗传（XR）,控制性状或致病的隐性基因位于X染色体上,女性,X a X a 隐性纯合, 患病,X A X A ，X A X a 无病,男性,X a Y 患病,XAY 无病,X染色体隐性遗传病,视网膜色素变性的家系,

16、RPGR基因的ORF15外显子+482-484ga缺失突变致病,芯片植入技术，能延长视网膜色素变性患者的视觉生命，已经进入二期临床阶段,4代共26人中，8例患者均为男性，女性正常且后代亦无患者，,Y连锁遗传,染色体数目畸变,整倍体变异,异倍体（非整倍体）,某物种个体的体细胞在2n 的基础上 增加或减少了1条或2条染色体,三体（2n+1）：某物种个体的体细胞在2n 的基础上增加1条染色体。 13三体、18三体、21三体,染色体偏离正常数目,体细胞染色体倍数超过2倍,参与受精的卵细胞是2n，而不是n； 或是由于双精子受精所致,细胞的染色体数不是23的整倍,!,染色体病,染色体数目和结构异常引起的遗

17、传疾病,常染色体病,三体综合症,21三体综合症,先天愚型综合症（Down 综合症）,18三体综合症,47，XX（XY），+18,47，XX（XY），+21,13三体综合征,Edward综合征,Patau综合征,47，XX（XY），+13,母亲年龄是影响发病率的重要因素,卵子老化,!,常染色体变异,比正常人多了一条21号染色体,21三体综合征（又称先天愚型或唐氏综合征）患者的智力低下，身体发育缓慢, 患儿常表现出特殊的面容。,Patau综合征,特纳氏综合征（女性）,染色体异常在10,000出生婴儿中所占的比例,预防,人类第5染色体短臂缺失杂合体猫叫综合症,患儿一般表现为生长发育迟缓，头央部畸形，

18、哭声奇特，皮纹改变等特点，并有智能障碍，而其最明显的特征是哭声类似猫叫。,初具人形,唐氏综合征（DS）产前筛查流程图,注：MSAFP母体血清甲胎蛋白； AFAFP羊水甲胎蛋白； MOM平均中位数倍数（中倍数）,慢性粒细胞白血病,9号和22号染色体部份片段相互易位形成的,急性非淋巴细胞白血病,8号和21号染色体相互易位， 15号和17号染色体相互易位， 增加一条12号染色体,急淋巴细胞白血病,8号和14号染色体相互易位， 4号和11号染色体相互易位， 9号和22号染色体相互易位 增加一条21号染色体,性别和性染色体,性染色体病,性染色体数目异常或结构异常引起的疾病,Turner综合症,45，X0

19、,X染色体单体型,46，XX/45 X,X染色体不分离造成,超X综合症,47，X X X，48，X X X X，49，X X X X X,克氏综合症,（Klinefelter综合症） 睾丸发育不全症,47，XXY,超Y综合症,47，X Y Y ；48，X Y Y Y；49， X Y Y Y Y；47 X Y Y/46 X Y,亲代减数分裂时X染色体不分离的结果,卵巢发育不全,基因诊断 Genetic testing,*直接诊断,用于致病基因已知的疾病诊断,*间接诊断,致病基因未知,致病基因虽然已知，但其异常仍为未知,以DNA或RNA为诊断材料，通过检查 基因的存在、缺陷或表达异常， 对人体状态

20、和疾病作出诊断的方法和过程,在进行羊水诊断时，用注射器抽取胎盘周围液体中胎儿的细胞，检测胎儿是否患有某种遗传缺陷。,体外基因检测,91,“急性癌症”成因：染色体“爆炸”破坏DNA,细胞开始笨拙地修补，把碎片杂乱的缝合起来，这样就破坏了原来的DNA结构，为癌症的快速形成提供了条件,40,X光和晒伤,92,酒的危害,英国、德国、法国、意大利等8个欧洲国家,酒精 有害物质,分解,男性：10%，女性：3%,93,巨人症和肢端肥大症,94,脑垂体肿瘤,AIP基因突变,11号,http:/www.genome.gov,National Human Genome Research Institute (NH

21、GRI),http:/www.genetests.org/,.au/,1,150 Clinics,11/30/06,609 Laboratories testing for,1,033 Clinical,296 Research only,1,329 diseases,From http:/www.genetests.org/,06/20/07,1,141 Clinics,622 Laboratories testing for,1,413 Diseases,1,122 Clinical,291 Research only,出生前检查 Prenatal testing,* 诊断性检查 Diag

22、nostic tests,* 筛选性检查 Screening tests,检测染色体数目或者结构异常,检测胎儿是否处于某种遗传性疾病的高风险状态,不是诊断性检查,Newborn screening 新生儿筛选,* Phenylketonuria (PKU),* Congenital Hypothyroidism,* Cystic fibrosis,* Galactosemia,Datas of Australia and New Zealand,苯丙酮尿症,先天性甲状腺功能低下,半乳糖血症,囊肿性纤维化,体外基因治疗,Genetic counselling 遗传咨询,Genetic couns

23、elling is provided by a team of health professionals who work together to provide an individual or family with current information and supportive counselling (advice or guidance) regarding problems in growth, development and health that may have a genetic basis. This can assist families and individu

24、als to understand and adjust to the diagnosis of a genetic condition.,6L原则,Learn how to know Learn how to do Learn how to be Learn how to work with others Life-long learning Let us have time to do,Active, Aggressive, Attractive,If you are headed in the right direction, each step, no matter how small, is getting you closer to your goal! Opportunities always meet prepared brain!,谢谢,