第七讲-基因论课件.ppt

1、 第七讲基因论第七讲基因论n本世纪初，一项令人震撼，意义深远的生命科本世纪初，一项令人震撼，意义深远的生命科学成果面世学成果面世由世界六国科学家联手合作的由世界六国科学家联手合作的“人类基因组计划人类基因组计划”，于，于2000年春，呈上她年春，呈上她最重要的序列图最重要的序列图n世界将由此而改变？世界将由此而改变？n一个新生儿出生时，将来会怎样？一个新生儿出生时，将来会怎样？n在你刚踏入职场时，老板已掌控你的秘密？在你刚踏入职场时，老板已掌控你的秘密？n生物的进化，人种的起源将刻在这本天书上生物的进化，人种的起源将刻在这本天书上一、什么是基因一、什么是基因n人类的遗传物质是人类的遗传物质是D

2、NA生物界的核酸有两大类生物界的核酸有两大类DNA脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 RNA核糖核酸核糖核酸4种脱氧核糖核苷酸以磷酸二酯键种脱氧核糖核苷酸以磷酸二酯键相连形成长链相连形成长链n什么是染色体什么是染色体一个染色体就是一个一个染色体就是一个DNA分子组成分子组成拉直有拉直有2米长的米长的DNA分子怎样能容纳分子怎样能容纳在一个小小的细胞核里，只有折叠再折在一个小小的细胞核里，只有折叠再折叠，就构成染色体叠，就构成染色体什么是基因什么是基因n按不同顺序排列的核苷酸，决定遗传信息按不同顺序排列的核苷酸，决定遗传信息n一段核苷酸链决定一个一段核苷酸链决定一个“单位单位”的遗传信息的遗传信息这就是基

3、因这就是基因n人体有人体有6-10万个基因万个基因n基因就是决定一个生物物种的基因就是决定一个生物物种的所有生命现象所有生命现象的的最最基本因子基本因子基因是如何被发现的？基因是如何被发现的？1865年年 现代遗传学现代遗传学之父，奥地利生物之父，奥地利生物学家格雷戈尔学家格雷戈尔孟德孟德尔发现了尔发现了“遗传规遗传规律律”，提出了，提出了“遗遗传因子传因子”。1910年年 美国遗传美国遗传学家摩尔根证明学家摩尔根证明了了基因存在于染基因存在于染色体上色体上。美国生物化学美国生物化学家沃森家沃森英国生物物理学英国生物物理学家克里克家克里克1953年，最年，最伟伟大的模型大的模型DNA分子的分子

4、的双双螺旋模型。螺旋模型。提出了提出了DNA的的复复制机制制机制 二、基因论与人类基因组计划二、基因论与人类基因组计划1、人类基因组、人类基因组nDNA总和总和n30亿硷基对组成亿硷基对组成n分布在分布在23对染色体中对染色体中n6-10万个作为生命活动基本单位的编码万个作为生命活动基本单位的编码基因基因2、人类基因组计划、人类基因组计划n人类基因组计划的核心人类基因组计划的核心 是测定人类基因组的全部是测定人类基因组的全部DNA序列序列n1999年，破译了第年，破译了第22对染色体的核苷对染色体的核苷酸序列酸序列n2000年春，完成最重要的序列图，人类年春，完成最重要的序列图，人类遗传密码被

5、破译（人体第二张解剖图）遗传密码被破译（人体第二张解剖图）曼哈顿工程曼哈顿工程阿波罗登月计划阿波罗登月计划人类基因组计划人类基因组计划 被誉为人类自然科学史的三计划被誉为人类自然科学史的三计划 2121世纪是否是生物学世纪？世纪是否是生物学世纪？人类基因组的三层含意人类基因组的三层含意n个体多样性个体多样性n个体体细胞的高度特异性个体体细胞的高度特异性n按孟德尔遗传规律遗传按孟德尔遗传规律遗传SNP (Single Nucleotide Polymorphism)单核苷酸多单核苷酸多态性态性 是由于单个核苷酸改变而导致是由于单个核苷酸改变而导致的核酸序列多态。的核酸序列多态。是人类基因组中最是

6、人类基因组中最常见的基因多态性，是我们人体差异常见的基因多态性，是我们人体差异的最基本因素，这些差异形成了不同的最基本因素，这些差异形成了不同的基因型，决定了人们患有疾病的不的基因型，决定了人们患有疾病的不同风险和对药物的不同反应。同风险和对药物的不同反应。SNP决定您的与众不同决定您的与众不同肤色、外貌和患病肤色、外貌和患病 如果您独有的基因型决定了您是如果您独有的基因型决定了您是一台需要无铅汽油的发动机，那么给一台需要无铅汽油的发动机，那么给它加入卡车用的柴油就是不明智的。它加入卡车用的柴油就是不明智的。人和人之间的基因序列人和人之间的基因序列差异仅为千分之一差异仅为千分之一1.ATCCT

7、GTACCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCATCTCTATGGG.2.ATCCTGTTCCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCATCTCTATGGG.3.ATCCTGTACCTACGTGTACAATAGTA.CTGATCAGCTCTATGGG.123SNP1SNP2n人类基因组计划的主要思路基因论人类基因组计划的主要思路基因论n基因论不仅是疾病，人的生长、成基因论不仅是疾病，人的生长、成长、性格都与基因有关长、性格都与基因有关白肌纤维：白肌纤维：快速收缩完成快速收缩完成动力性工作，易疲动力性工作，易疲劳劳红肌纤维：红肌纤维：慢速收缩，完慢速收缩，完成身体姿势，持久成身体

8、姿势，持久力强力强基因与健康基因与健康 目录基基 因因主动健康基因检测服务主动健康基因检测服务健康健康 基因与健康基因与健康 主动健康与科学社会工程主动健康与科学社会工程基因与疾病的关系基因与疾病的关系现代医学认为现代医学认为疾病疾病是由于先天的基因体质和后天的外来因素共同作用是由于先天的基因体质和后天的外来因素共同作用的结果，除外伤外，几乎所有疾病的发生都与基因有关。的结果，除外伤外，几乎所有疾病的发生都与基因有关。基基因因外外界界因因素素蛋白质编码合成编码合成参与参与人的生长发育过程叠加叠加差异性表观改变突变蛋白质活性数量改变疾病疾病心脑血管疾病肿瘤其他疾病归结起来：归结起来：n疾病的内在

9、因素受基因决定，疾病的内在因素受基因决定，n所有的疾病都与人类基因有关所有的疾病都与人类基因有关 基因本身的变化（先天，后天获得）基因本身的变化（先天，后天获得）n 基因的调控表达异常（修饰，外调）基因的调控表达异常（修饰，外调）基因的复合性作用，多个基因参与基因的复合性作用，多个基因参与n单基因的疾病是少数单基因的疾病是少数 天灭沙皇：天灭沙皇：n小沙皇患有血友病小沙皇患有血友病n老沙皇和皇后都没有这个病老沙皇和皇后都没有这个病n欧洲皇族的欧洲皇族的“系谱图系谱图”从英国女皇维多从英国女皇维多利亚开始利亚开始WHY?WHY?为什么有些人少吃也发胖，为什么有些人少吃也发胖，而另外一些人多吃却苗

10、条？而另外一些人多吃却苗条？为什么有人烟不离手却不得为什么有人烟不离手却不得肺癌，而另外一些仅仅吸二肺癌，而另外一些仅仅吸二手烟却不能避免？手烟却不能避免？一九九零年中国聋哑儿童一百八十二万，近百万因滥用抗生素而一九九零年中国聋哑儿童一百八十二万，近百万因滥用抗生素而引起药物中毒性耳聋。且这种态势仍以每年四万人的速度增长。引起药物中毒性耳聋。且这种态势仍以每年四万人的速度增长。n研究表明，抗生素导致研究表明，抗生素导致耳聋和线粒体耳聋和线粒体A1555G的单核苷酸突变密切相的单核苷酸突变密切相关。关。n更为重要的是，在东南更为重要的是，在东南亚耳聋病人中，亚耳聋病人中，A1555G所占的比例，

11、所占的比例，这一数字超过了这一数字超过了5，n因此对于儿童，在小时因此对于儿童，在小时候使用氨基糖甙类抗生候使用氨基糖甙类抗生素之前进行线粒体素之前进行线粒体A1555G突变的检测是突变的检测是十分必要的。十分必要的。如果你的基因图被掌握，你的过去和将来不再是秘密如果你的基因图被掌握，你的过去和将来不再是秘密三、人类基因组计划的意义三、人类基因组计划的意义（一）生物的进化（一）生物的进化n生物的进化史，都刻写在人类基因组这本生物的进化史，都刻写在人类基因组这本“天天书书”上上n13亿年前，世界上只有草履虫和与草履虫相类亿年前，世界上只有草履虫和与草履虫相类似的但细胞生物，进化似的但细胞生物，进

12、化n300-400万年前与猴子是同一的祖先万年前与猴子是同一的祖先n55-70万年前，尼安德特人与现代人分道扬镳，万年前，尼安德特人与现代人分道扬镳，并于大约并于大约3万年前消失万年前消失n基因组研究竟然印证了达尔文的进化论基因组研究竟然印证了达尔文的进化论（二）、人种，民族的起源（二）、人种，民族的起源n越是亲缘关系近的，基因组相似程度就越是亲缘关系近的，基因组相似程度就越高越高n我国云南一土族民族，一直被认为是北我国云南一土族民族，一直被认为是北方契丹人的后代，后被证实同宗的可能方契丹人的后代，后被证实同宗的可能性很小。性很小。（三）、致病基因（三）、致病基因n所有疾病都与人类基因有关所有

13、疾病都与人类基因有关如前述血友病如前述血友病n追病溯源：追病溯源：以色列的几个墓葬，公元前以色列的几个墓葬，公元前700-1100年，发现年，发现地中海贫血的基因突变地中海贫血的基因突变说明现代以色列人的这一突变至少在说明现代以色列人的这一突变至少在30003000年前就存在年前就存在n1918年，欧洲、北美流感流行，当年死亡达年，欧洲、北美流感流行，当年死亡达4000万人；在美国万人；在美国28%人感染，人感染，2.5%死亡，死亡，死亡大死亡大67万人。万人。n在美国南卡州某军事要塞埋葬着在美国南卡州某军事要塞埋葬着28位当年死于位当年死于流感的士兵流感的士兵n科学家从一位科学家从一位21岁

14、的年轻士兵的尸体的肺组织岁的年轻士兵的尸体的肺组织中找到了流感病毒的中找到了流感病毒的9个个DNA片断片断n本以为是禽传给人类，后证实是猪传给人类本以为是禽传给人类，后证实是猪传给人类n外祖母的阴影（乳腺癌，常由外祖母向外祖母的阴影（乳腺癌，常由外祖母向后代遗传）后代遗传）n南大西洋的一个小岛，南大西洋的一个小岛，300居民居民30有有哮喘发病基因，哮喘发病基因，20%可能发病可能发病n小鼠的肥胖基因小鼠的肥胖基因n多基因参与，单基因并是极端例子多基因参与，单基因并是极端例子（四）免疫基因组学和药物基因组学（四）免疫基因组学和药物基因组学n免疫基因组学对疾病的易感性不同免疫基因组学对疾病的易感

15、性不同n药物基因组学对药物的反应不同药物基因组学对药物的反应不同n个体特异性个体医学个体特异性个体医学四、DNA指纹 DNA 指纹指纹（DNA fingerprint）：）：是指将人类基因组是指将人类基因组DNA用特定的限制性内切酶消用特定的限制性内切酶消化，经电泳分离，印迹转移后，用已知序列小卫星化，经电泳分离，印迹转移后，用已知序列小卫星DNA探针进行分子杂交后而显示出的探针进行分子杂交后而显示出的高度多态性图谱高度多态性图谱。DNA 指纹的基本特征指纹的基本特征：1、体细胞稳定性：同一个体不同检材是一致、体细胞稳定性：同一个体不同检材是一致 的，且终身不变。的，且终身不变。2、个体高度特

16、异性：、个体高度特异性：3、按孟德尔遗传规律遗传：、按孟德尔遗传规律遗传：DNA指纹的意义（一）破案（一）破案n人与人的人与人的DNA序列差异为序列差异为1/1000；约；约有有300万核苷酸序列是不同的万核苷酸序列是不同的n根据排列组合，每个人的根据排列组合，每个人的DNA序列是不序列是不可能相同的可能相同的n可采用各种材料，可分析微量（可采用各种材料，可分析微量（PCR扩扩增）增）案例：案例：英国曾发生两起强奸谋杀案，有两名女学英国曾发生两起强奸谋杀案，有两名女学生遇害。警方在一所精神医院拘留了一名主要生遇害。警方在一所精神医院拘留了一名主要嫌疑犯，他是一名厨房勤杂工，他承认杀害了嫌疑犯，

17、他是一名厨房勤杂工，他承认杀害了其中一名女学生。警方将犯罪现场提取的精斑其中一名女学生。警方将犯罪现场提取的精斑检材及这名厨房勤杂工血样交给了杰弗里斯教检材及这名厨房勤杂工血样交给了杰弗里斯教授，希望他能证实该嫌疑犯的罪行。杰弗里斯授，希望他能证实该嫌疑犯的罪行。杰弗里斯证实这两起案件的确是一个人所为，但不是拘证实这两起案件的确是一个人所为，但不是拘留的这名可怜的勤杂工，这名勤杂工成为世界留的这名可怜的勤杂工，这名勤杂工成为世界上第一个用上第一个用DNA证据证实无罪的人，时间是证据证实无罪的人，时间是1986年年11月月21日。日。警方与当地居民都认为杀人犯就在本地。于是警方警方与当地居民都认

18、为杀人犯就在本地。于是警方要求当地年龄在要求当地年龄在17至至34岁的男性居民提交一份血样。岁的男性居民提交一份血样。一个月内，一个月内，1000多名男性居民被采集了血样，到多名男性居民被采集了血样，到1987年年5月已采集了月已采集了3000多份血样，斗转星移，随多份血样，斗转星移，随着时间的流逝，仍未发现罪犯。着时间的流逝，仍未发现罪犯。DNA技术究竟有多大技术究竟有多大作用，似乎与以往的方法没有什么两样。不久，警方作用，似乎与以往的方法没有什么两样。不久，警方得到密报，一个面包房的主管在酒吧与同事闲聊时听得到密报，一个面包房的主管在酒吧与同事闲聊时听到：他们的同事科林到：他们的同事科林皮

19、彻佛克皮彻佛克让另一个人代他采了血让另一个人代他采了血样样。警方获悉后连忙赶到皮彻佛克的家中，立即逮捕。警方获悉后连忙赶到皮彻佛克的家中，立即逮捕了他。皮彻佛克是第了他。皮彻佛克是第4583个被采集血样的人，经检验，个被采集血样的人，经检验，他的血样与两名被害女学生身上的精斑具有完全相同他的血样与两名被害女学生身上的精斑具有完全相同的遗传特征。皮彻佛克招认了他所犯的全部罪行。这的遗传特征。皮彻佛克招认了他所犯的全部罪行。这是是1987年年9月。（这个可怜的家伙是月。（这个可怜的家伙是DNA检测的第一检测的第一个个“受害者受害者”，但不是最大的，但不是最大的“受害者受害者”）一个气死一个气死 一

20、个笑死一个笑死（二）、亲子鉴定（二）、亲子鉴定决定某一性状的基因在亲代和子代决定某一性状的基因在亲代和子代之间传递的规律是之间传递的规律是孟德尔遗传规律孟德尔遗传规律：（三）、身份鉴定（三）、身份鉴定 事件回放：事件回放：1918年年7月月22日，前苏联官方报纸宣布日，前苏联官方报纸宣布:沙皇已沙皇已于于7月月16日夜在西伯利亚日夜在西伯利亚Ekateriburg被苏维埃处死。被苏维埃处死。罗曼诺夫家族的其它成员被转移到其它安全的地方。罗曼诺夫家族的其它成员被转移到其它安全的地方。1991年年7月，俄国总统叶利钦下令调查沙皇家属月，俄国总统叶利钦下令调查沙皇家属的遗案。的遗案。在在Ekater

21、iburg的松林深处，沙皇及家属遇害地的松林深处，沙皇及家属遇害地开始挖掘。共挖出开始挖掘。共挖出1000多块骨头，这些骨头被科学家多块骨头，这些骨头被科学家拚接成拚接成9具较为完整的骨架，具较为完整的骨架，4男男5女。女。据文件记载，当时与沙皇一起被拘押和枪决的还据文件记载，当时与沙皇一起被拘押和枪决的还有有6名家属、名家属、1名皇家医生、名皇家医生、3个侍从，共个侍从，共11人。还有人。还有两个人的骨骸没有找到。两个人的骨骸没有找到。科学家首先对这科学家首先对这9人的头骨样品进行人的头骨样品进行DNA分析，分析，结果表明：其中结果表明：其中5人有血缘关系，人有血缘关系，3个女性是年龄较大个

22、女性是年龄较大的的1男男1女的女儿；另外女的女儿；另外4人与这人与这5人没有任何血缘关系，人没有任何血缘关系，且这且这4人之间的血缘也各不相关。很可能，他们就是那人之间的血缘也各不相关。很可能，他们就是那个医生与个医生与3个侍从。个侍从。1994年年7月月613日，科学家获准打开彼得堡教日，科学家获准打开彼得堡教堂里沙皇亲兄弟乔治斯的大理石棺材（他于堂里沙皇亲兄弟乔治斯的大理石棺材（他于1899年年28岁时死于肺结核）取了头骨和一段腿骨样品送到美岁时死于肺结核）取了头骨和一段腿骨样品送到美国马里兰美军病理研究所的国马里兰美军病理研究所的DNA实验室。实验室。科学家又在日本的一个博物馆里，从沙皇

23、在远征科学家又在日本的一个博物馆里，从沙皇在远征日本时受伤擦血迹的一块手帕上提取、分离了沙皇的日本时受伤擦血迹的一块手帕上提取、分离了沙皇的DNA.接着，科学家又在圣彼得堡皇宫里的一个小柜里接着，科学家又在圣彼得堡皇宫里的一个小柜里找到了沙皇找到了沙皇3岁时理发留下的头发，并提取了岁时理发留下的头发，并提取了DNA.1995年秋，研究工作全部完成。结果证实，遗骸年秋，研究工作全部完成。结果证实，遗骸确为沙皇一家。准确率达到了确为沙皇一家。准确率达到了99.9999999%（四）、单亲鉴定与亲属鉴定（四）、单亲鉴定与亲属鉴定n线粒体线粒体DNAnY染色体染色体DNA五、基因诊断n1967年美国前

24、副总统汉弗莱发现血尿。年美国前副总统汉弗莱发现血尿。当时诊断不出膀胱癌（查不出癌细胞）当时诊断不出膀胱癌（查不出癌细胞）n1976年确诊为膀胱癌，后虽经化疗、放年确诊为膀胱癌，后虽经化疗、放疗治疗，终不治身亡疗治疗，终不治身亡n1994年，取他保存年，取他保存27年的尿液及年的尿液及1976年留下的癌组织样本年留下的癌组织样本查出查出P53基因发生了变化基因发生了变化n预测医学与预防医学预测医学与预防医学n使预防医学提高到分子生物学水平使预防医学提高到分子生物学水平n哪些遗传病或基因病需要预测？哪些遗传病或基因病需要预测？可将遗传病或基因病分为三类可将遗传病或基因病分为三类n单基因病经典遗传病

25、，如血友病、单基因病经典遗传病，如血友病、红绿色亡红绿色亡n多基因病如癌症、糖尿病、高血压、多基因病如癌症、糖尿病、高血压、肥胖、老年痴呆肥胖、老年痴呆n外源性基因病如感染引起外源性基因病如感染引起基因诊断的重要性基因诊断的重要性n产前检查单基因病，即经典遗传病产前检查单基因病，即经典遗传病n如苯病酮尿症苯丙氨酸代谢途径中的酶缺如苯病酮尿症苯丙氨酸代谢途径中的酶缺陷，患儿尿中有大量苯丙酮酸排出，故得名。陷，患儿尿中有大量苯丙酮酸排出，故得名。n3-6个月出现症状，个月出现症状，1岁明显，智力发育落后，岁明显，智力发育落后，黑色素合成不足，尿和汗液中有鼠尿臭味黑色素合成不足，尿和汗液中有鼠尿臭味

26、n低苯丙氨酸饮食至青春期以后低苯丙氨酸饮食至青春期以后n多基因病的预测在于宣传预防知识多基因病的预测在于宣传预防知识n癌症要不要早期预测？癌症要不要早期预测？如一些符合单基因遗传的肿瘤可作预测如一些符合单基因遗传的肿瘤可作预测如家族性多发性息肉病（如家族性多发性息肉病（5号染色体的号染色体的长臂上，缺了长臂上，缺了5个核苷酸）个核苷酸）多基因决定的则？多基因决定的则？n“癌症基因组解剖计划癌症基因组解剖计划”外源性基因病外源性基因病n艾滋病的艾滋病的DNA诊断诊断n“疟原虫基因组计划疟原虫基因组计划”n“环境基因组计划环境基因组计划”六、基因治疗直接把基因送到人体的细胞中而发挥治疗的功直接把基

27、因送到人体的细胞中而发挥治疗的功效效n病毒转染病毒转染n“外体外体”：把人有缺陷的细胞取出来，改造后：把人有缺陷的细胞取出来，改造后送回人体送回人体n显微注射显微注射n基因枪：黄金子弹基因枪：黄金子弹如肿瘤的基因治疗，糖尿病的胰岛素基因治疗如肿瘤的基因治疗，糖尿病的胰岛素基因治疗七、生物医学工程的两条腿七、生物医学工程的两条腿n资源基因资源基因n生物技术生物技术1.基因组工业：基因组工业：n一个肥胖基因转让费为一个肥胖基因转让费为1.4亿美元亿美元n西夸纳治疗公司一宣布克隆到了哮喘病西夸纳治疗公司一宣布克隆到了哮喘病基因，股票一下涨了好几倍基因，股票一下涨了好几倍n基因药：基因产物基因药：基因

28、产物基因产物：基因药，如：基因产物：基因药，如：n生长激素：生长激素：1年年5美元，美元，5年计年计25美元美元n促红细胞生成素促红细胞生成素n胰岛素等胰岛素等2.能产人奶的牛专转基因技术能产人奶的牛专转基因技术n转基因动物：转基因动物：n牛能产生与人奶成份相同的牛奶牛能产生与人奶成份相同的牛奶n能合成人体白蛋白的转基因猪、鸡能合成人体白蛋白的转基因猪、鸡n能合成人体促红细胞生成素的牛能合成人体促红细胞生成素的牛3.施瓦辛格基因施瓦辛格基因n牛的基因组中确定瘦肉蛋白的基因牛的基因组中确定瘦肉蛋白的基因4.人面猪心转基因器官人面猪心转基因器官n猪长的快，十几个月就可长成，脏器体猪长的快，十几个月

29、就可长成，脏器体积和人的差不多积和人的差不多5.转基因植物打破种间的障碍转基因植物打破种间的障碍n抗感冒的苹果抗感冒的苹果n增加植物本身的抗病能力，增加植物本身的抗病能力，n缩短生长周期缩短生长周期n改造营养改造营养n食品基因组计划：优质稻食品基因组计划：优质稻八、恐龙复活？八、恐龙复活？n一个生物结束了，躯体开始腐烂，细胞一个生物结束了，躯体开始腐烂，细胞开始死亡，开始死亡，DNA随之降解，一切又归于随之降解，一切又归于宁静，又回到非生命的世界。宁静，又回到非生命的世界。n5-10万年前的万年前的DNA还有可能提炼、扩增、还有可能提炼、扩增、分析分析n侏罗纪公园是一种幻想吗？侏罗纪公园是一种幻想吗？n（提取含有恐龙（提取含有恐龙DNA的蚊子的琥珀）的蚊子的琥珀）九、生物学广岛？九、生物学广岛？n生物学技术是双刃剑生物学技术是双刃剑如基因组工程的遗传歧视如基因组工程的遗传歧视n假如把艾滋病病毒与感冒病毒结合起来假如把艾滋病病毒与感冒病毒结合起来n假如克隆人，克隆象希特勒那样的人假如克隆人，克隆象希特勒那样的人n人畜细胞融合术人畜细胞融合术