1、1提出了遗传提出了遗传学两大定律：学两大定律：Law of segregation 遗传因子的分离规律Law of independent assortment 自由分配规律分离规律分离规律：生物体中决定某一性状的生物体中决定某一性状的成对遗传因子成对遗传因子，在减数分裂过程中，在减数分裂过程中，彼此分离，互不干扰，使得配子中只拥有成对遗传因子中的一个，从而产彼此分离，互不干扰，使得配子中只拥有成对遗传因子中的一个，从而产生数目相等的两类的配子，并且独立地遗传给后代。生数目相等的两类的配子，并且独立地遗传给后代。自由分配规律自由分配规律：生物体中具有两种（或多种）性状时，则具有多对的遗传生物体
2、中具有两种（或多种）性状时，则具有多对的遗传因子，这些遗传因子在分配到配子的过程中，因子，这些遗传因子在分配到配子的过程中，非同源的遗传因子非同源的遗传因子的分配是的分配是完全自由的，彼此互不干扰，各自独立的分配到配子中去。完全自由的，彼此互不干扰，各自独立的分配到配子中去。19091909年丹麦遗传学家年丹麦遗传学家JohannsenJohannsen创造了基因创造了基因“gene”gene”单词来表述单词来表述MendelMendel的的“遗传因子遗传因子”2#显性概念显性概念:如果双亲的性状同时在F1个体上表现出来，这种显性表现称为共显性共显性3,共显性共显性 codominance2,
3、不完全显性（不完全显性（incomplete dominance）1，完全显性，完全显性 complete dominance具有相对性状的纯合体亲本杂交后，F1只表现一个亲本性状的现象。具有相对性状的纯合体亲本杂交后，F1只表现中间类型的现象。3等位基因等位基因等位基因等位基因指位于染色体的指位于染色体的相同相同位置上位置上控制着同一个性状控制着同一个性状的基因。的基因。Mendel Mendel 比例比例v一对相对性状的遗传，就是一对相对性状的遗传，就是MendelMendel提出来的遗提出来的遗传学第一定律：分离定律传学第一定律：分离定律 the law of the law of se
4、gregationsegregation：v一对基因在杂合状态互不混淆，保持其独立性。一对基因在杂合状态互不混淆，保持其独立性。v在形成配子时，按照原样分离到不同的配子中。在形成配子时，按照原样分离到不同的配子中。vF F2 2代显性性状和隐性性状代显性性状和隐性性状3131，基因型，基因型AAAA、AaAa和和aaaa是是1 2 11 2 1v这些比例称为这些比例称为MendelMendel比例比例 Mendelian ratiosMendelian ratios5自由组合规律自由组合规律 the law of independent assortmentthe law of indepen
5、dent assortment当当2 2对等位基因分别位于对等位基因分别位于2 2对对Chr.Chr.上时，其遗传上时，其遗传行为符合这一规律行为符合这一规律杂合体杂合体F1F1在减数分裂时，同源在减数分裂时，同源Chr.Chr.上的等位基上的等位基因进入不同的配子，而位于非同源因进入不同的配子，而位于非同源Chr.Chr.上的基因上的基因自由组合进入同一个配子，形成四类配子，且比自由组合进入同一个配子，形成四类配子，且比例相等。例相等。在受精过程中四类配子和四类配子随机结在受精过程中四类配子和四类配子随机结合，共有合，共有1616种组合方式种组合方式 6独立分配独立分配7双因子棋盘格法双因子
6、棋盘格法8(T.H.Morgan)#基因论基因论 (The theory of gene)提出了遗传学的第三大定律：Linkage inheritance 连锁规律连锁规律连锁遗传规律连锁遗传规律：生物体中具有两种（或多生物体中具有两种（或多种）性状时，则具有多对的遗传因子，这种）性状时，则具有多对的遗传因子，这些遗传因子在分配到配子的过程中，些遗传因子在分配到配子的过程中，部分部分非同源的遗传因子非同源的遗传因子在分配过程中不是完全在分配过程中不是完全自由的，而是彼此结合在一起，然后再分自由的，而是彼此结合在一起，然后再分配到配子中去。配到配子中去。9BVvb灰身长翅灰身长翅(雌）雌）BVv
7、bbVvBvbBVvbBVvbBvvbbVvbbvvb 灰身长翅灰身长翅 黑身残翅黑身残翅 黑身长翅黑身长翅 灰身残翅灰身残翅 41.5%41.5%8.5%8.5%灰长灰长(BBVV)X X 黑黑残残(bbvv)(bbvv)F2:VvBbbvvbX X 黑身残翅（雄）黑身残翅（雄）P P雌雌果果蝇蝇的的不不完完全全连连锁锁现现象象F11011#遗传重组遗传重组 Genetic Recombination Genetic Recombination 12连锁和交换定律连锁和交换定律连锁（连锁（linkage）：同一染色体上的基因趋向于一起遗传。）：同一染色体上的基因趋向于一起遗传。完全连锁：完全
8、连锁：雄性果蝇和雌性家蚕。连锁群（连锁群（linkage groups)linkage groups)：同一染色体上的所有基因共同构同一染色体上的所有基因共同构成一个连锁群。成一个连锁群。交换（交换（crossing over）：同源染色体上的基因有互换现象。）：同源染色体上的基因有互换现象。减数分裂过程中，同源染色体之间的联会和减数分裂过程中，同源染色体之间的联会和交叉，是基因交换和重组的细胞学基础。交叉，是基因交换和重组的细胞学基础。1314性连锁遗传的特殊遗传方式性连锁遗传的特殊遗传方式 伴性遗传伴性遗传15人类的染色体组人类的染色体组-XY型性别决定型性别决定23对常染色体，对常染色体
9、，1对性染色体（女性对性染色体（女性XX，男性，男性XY）只形成只形成1种卵子，可形成种卵子，可形成2种精子，所以决定性别的是雄性种精子，所以决定性别的是雄性16人类的伴性遗传人类的伴性遗传 1718细胞质遗传细胞质遗传细胞核遗传：符合遗传三大定律1.细胞质遗传：细胞质基因-线粒体、叶绿体基因 特点：母系遗传，杂种后代的遗传行为不符合遗传三大定律。19细胞质基因与核基因的相互关系及应用细胞质基因与核基因的相互关系及应用核质互作核质互作核质互作的雄性不育：如水稻雄性不育核质互作的雄性不育：如水稻雄性不育核基因RfRfRfrfrfrf细胞质基因 正常NN(RfRf)可育N(Rfrf)可育N(rfr
10、f)可育不育SS(RfRf)可育S(Rfrf)可育S(rfrf)不育不育系不育系S(rfrf)x 可育系可育系N(rfrf)：F1 S(rfrf)不育，称不育，称N(rfrf)为保持系为保持系不育系不育系S(rfrf)x可育系可育系N(RfRf)或或S(RfRf)，F1 S(Rfrf)可育，称可育，称N(RfRf)或或S(RfRf)为恢复系为恢复系2021“杂种优势”可以大幅度提高粮食产量和各种性状。杂种可以集合双亲的有利基因而产生杂种优势，并且两个亲本的亲缘关系越远，携带的异质基因越多，杂种优势越明显。雄性不育的原理：雄蕊是否可育，是由核基因和质基因共同决定的。核基因：可育基因R对不育基因r
11、是显性。质基因：可育基因为N，不育基因为S 核基因和质基因的关系：细胞质的可育基因N可使花粉正常发育，细胞核的可育基因R能够抑制细胞质不育基因S的表达。22 1、雄性不育系（S(rfrf)）雄性器官发育不正常，花粉败育不能自交结实。雌性器官却发育正常能接受外来花粉而受精结实。这种雄性不育能稳定遗传的水稻品系叫雄性不育系(简称不育系)。2、雄性不育保持系(N(rfrf)不育系本身的花粉是不育的，自交不结实，不能通过自花传粉繁衍具有不育特性的后代。能使不育系性能代一代保持下去的特定父本品种称为雄性不育保持系(简称保持系)3、雄性不育恢复系(N(RfRf)或S(RfRf)正常可育的品种花粉授给不育系
12、后，结实正常，而且新产生的杂种一代育性恢复正常，能自交结实，并具有较强的优势，这样才能生产出粮食。这种能够恢复不育系雄性繁育能力的品种叫雄性不育恢复系。(简称恢复系)232，基因是可遗传的可遗传的，可自我复制的可自我复制的，可表达功能的可表达功能的，可以可以突变的突变的，最小的功能功能单位。#什么是基因？什么是基因？1，基因是染色体上的实体，不是某种抽象的符A,a.(Mendel)24#基因的类型基因的类型 Transcritable,translatable gene (Z,Y,A)Transcritable but non-translatable gene (tDNA,rDNA)Non-
13、transcritable,non-translatable gene (promoter启动子,operator操纵子)2512 12 基因的分子生物学基因的分子生物学Molecular Biology of GeneGene concept Gene structureGene replication Gene expression Gene recombinationGene mutation 以以Gene为中心为中心26#基因是基因是核酸核酸分子组成的片段分子组成的片段 核酸核酸 Nucleic Acid Nucleic Acid 核苷酸核苷酸 Nucleotide Nucleotid
14、e 磷酸磷酸 Mono-phosphate Mono-phosphate 核苷核苷Nucleoside Nucleoside 脱氧或非脱氧核糖（戊糖）脱氧或非脱氧核糖（戊糖）碱基碱基271 1，每一单链具有，每一单链具有55到到33的极性；的极性；2 2，两条单链间以碱基间的，两条单链间以碱基间的氢键氢键连接；连接；3 3，两条单链，极性相反，反向平行，两条单链，极性相反，反向平行4 4，以中心为轴，以中心为轴,向右盘旋向右盘旋 (B-form)(B-form)5 5，双螺旋中存在，双螺旋中存在 大沟和小沟大沟和小沟#DNA#DNA双螺旋的结构特点双螺旋的结构特点284双螺旋的直径为2nm，相
15、邻碱基之间相距0.34nm，并沿轴旋转36角。因此旋转每隔10个碱基之后，即相距3.4nm之后又转回原位。29#生物进化的生物进化的C C值矛盾值矛盾 (C value paradox of nucleotide)The total amount of DNA in the genome of haploid is a characteristic of each living species known as its Maximum C value (单倍体基因组总单倍体基因组总DNA 的含量的含量)最大最大C值值(Maximum C value)The total amount of DN
16、A for encoding the genes information is termed its Minimum c value（编码基因（编码基因信息的总信息的总DNA含量）含量）最小最小C值值 (Minimum c value)30C value paradox of nucleotideC value paradox of nucleotide 霉菌霉菌 藻类藻类 G+细菌细菌 G-细菌细菌显花植物显花植物鸟类鸟类哺乳类哺乳类爬行类爬行类两栖类两栖类硬骨鱼类硬骨鱼类软骨鱼类软骨鱼类赖皮类赖皮类甲壳类甲壳类昆虫类昆虫类软体动物软体动物 蠕虫类蠕虫类 真菌真菌枝原体枝原体A 生物体进化程
17、度高低生物体进化程度高低 与大与大C值不成值不成明显相关明显相关（非线（非线性）性）B 亲缘关系相近亲缘关系相近的生的生 物，大物，大C值相差较大值相差较大 C 一种生物内大一种生物内大C值与值与 小小c值值相差极大相差极大 （Euk.人体人体 c=C/10）(Prok.x174 c C)31不同不同物种物种的基的基因数因数目目人类染色体（指单倍体）中包含30亿个碱基对组成的核苷酸序列 原核生物：原核生物：C c重复基因，间隔基因，跳跃基因，假基因重复基因，间隔基因，跳跃基因，假基因如何看待如何看待C C值矛盾值矛盾 C value paradoxC value paradox？33 DNA
18、DNA复制复制 (DNA Replication)(DNA Replication)为什么要研究复制现象：遗传信息的基本特征为什么要研究复制现象：遗传信息的基本特征在每次细胞分裂之前，遗传信息载体（在每次细胞分裂之前，遗传信息载体（DNADNA）必须精确地复制自己）必须精确地复制自己Watson&Crick:Watson&Crick:一种遗传物质，必须能行使两种一种遗传物质，必须能行使两种 功能，即功能，即自我复制自我复制和表达功能和表达功能细胞水平上的细胞水平上的DNADNA复制复制两条链是由碱基之间的氢键连在一起的。腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）结合，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）结合。A和T之
19、间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键DNADNA复制复制:亲代双链DNA在DNA聚合酶的作用下，分别以每条单链 DNA为模板，按照“碱基互补配对”的原则 聚合游离的dNTP,合成出两条与亲代DNA完 全相同 的子代DNA的过程。DNA DNA双螺旋结构特点为双螺旋结构特点为DNADNA复制方式做了初步解释：复制方式做了初步解释：两条链互补，碱基配对两条链互补，碱基配对模板式复制模板式复制All the DNA replicated from one origin of replication,one origin per replicon.一般把生物体的一般把生物体的复制单位称为复制子，即从
20、一个复制单位称为复制子，即从一个DNA复制起点起始复制起点起始的的DNA复制区域。它是一个独立复制单位，包括复复制区域。它是一个独立复制单位，包括复制起点和终点。每个复制子有一个复制起点。制起点和终点。每个复制子有一个复制起点。Replicon对一个生物体基因组而言，复制起点是固定的。对一个生物体基因组而言，复制起点是固定的。在一个细胞周期中，每个复制子只启动一次在一个细胞周期中，每个复制子只启动一次 复制子复制子(replicon)或复制单元或复制单元是基因组中具有一个是基因组中具有一个复制起点（复制起点（origin，ori）和一个复制终点）和一个复制终点（terminus，ter）并能在
21、细胞中自主复制的基本单）并能在细胞中自主复制的基本单位位.原核生物的DNA是环状DNA，只有一个复制起点，每个DNA分子上只有一个复制子真核生物中是线状DNA，每个DNA分子有多个复制子，每个复制子长约50-200kb；其DNA复制是由多个复制子共同完成的。DNA复制是从复制是从DNA分子上特定位置（原点分子上特定位置（原点,origin）开始，此位置称开始，此位置称复制起点复制起点(Origin of replication,ori)大多数原核生物基因组和细菌质粒只有一个Ori位点，而真核生物染色体中有多个Ori.弥补了原核和真核之间复制速度的差别弥补了原核和真核之间复制速度的差别 rich
22、 AT&palindrom rich AT&palindrom Enzymes binding site Enzymes binding site AT rich复制起点的特征复制起点的特征 oriC of E.coli：两种类型的重复序列两种类型的重复序列Three 13-mers repeatFour nine-mers repeatRich in A-TOrigin composition of several organisms.Autonomous replication sequence(ARS)of yeast（酵母的自主性复制序（酵母的自主性复制序列）列）SV40 virus“
23、呼吸呼吸现象现象”DNA复制原点处氢键迅速断裂与再生，复制原点处氢键迅速断裂与再生，导致两条导致两条DNA链不断解链与聚合，链不断解链与聚合，形成瞬间的单泡状结构的过程。形成瞬间的单泡状结构的过程。在富含AT的区域内尤为明显 DNA正在复制的分叉部位称为正在复制的分叉部位称为复制叉（复制叉（replication fork）replication eye/replication bubble（复制眼（复制眼/泡）：泡）：DNA的正在复制的部分在电镜下观察起来犹如的正在复制的部分在电镜下观察起来犹如一只眼睛，称为复制眼。一只眼睛，称为复制眼。Transmission electron micro
24、graph of human DNA from a hela cell,illustration the replication bubble that characterizes DNA replication within a single replicon.(Dr.Copal multiscience photo library/photo researchs,Inc)Bidirectional replication 双向复制双向复制 复制起始于一个位点，形成两个复制叉，向相反方向运动复制起始于一个位点，形成两个复制叉，向相反方向运动。在每个复制叉，两条。在每个复制叉，两条DNA链均被
25、拷贝。链均被拷贝。在生物界，复制叉移动的方向和速度虽是多在生物界，复制叉移动的方向和速度虽是多种多样的，但以双向等速方式为主。种多样的，但以双向等速方式为主。#DNA的的半半保留复制保留复制 （Semi-Conservation Replication）DNA半保留复制在在DNA复制过程中，每条单链都复制过程中，每条单链都能指导一条互补链合成形成两个能指导一条互补链合成形成两个子子DNA双链。由于每个子双链。由于每个子DNA双双链中的一条来自亲本，另一条是链中的一条来自亲本，另一条是新合成的核苷酸链，因此，该复新合成的核苷酸链，因此，该复制的方式称为制的方式称为半保留复制半保留复制。#DNA复
26、制的过程复制的过程1，促旋酶和解旋酶在复制起点 打开双螺旋。2，单链结合蛋白与解开的单链结合，防止单链重新聚合为双链。3，引发酶在前导链和后随链上合成10bp左右的RNA引物。DNA复制过程中新生链的延伸方向：复制过程中新生链的延伸方向：DNA polymerase reacts on the 3 end only5 OHT C AT C A C 5 OH 3New DNA elongation from 5 to 3 direction ppp OH C+ppi 3535OK!How?5353 DNA不同模板链上的延伸问题：不同模板链上的延伸问题：#Okazaki(#Okazaki(冈崎冈崎
27、)fragment )fragment 1968 Reiji Okazaki1968 Reiji Okazaki冈崎片段冈崎片段，相对比较短的DNA链（大约1000核苷酸残基），是在DNA的 后随链的不连续合成期间生成的片段。4，DNA聚合酶III在引物的3末端添加碱基，完成链的延伸。5，DNA聚合酶I移除掉RNA引物，同时补平RNA引物3与新合成链的缺口。6，DNA连接酶补平后随链上RNA引物5端与新合成链切口。Replisome(复制体复制体)：with the formation of initiation structure,many enzymes and proreins join
28、 in the replication fork and form the supermolecule complex-replisome.DNA复制体中复制体中DNA pol III在前导链和后随链上复在前导链和后随链上复制方向完全是相反的，但复合体实际上是制方向完全是相反的，但复合体实际上是一体一体的。的。后随链的扭转后随链的扭转前导链和后随链的前导链和后随链的DNA合成由同一复制体负责。当前导链开合成由同一复制体负责。当前导链开始始DNA复制和复制叉向前移动时，后随链模板随即复制和复制叉向前移动时，后随链模板随即向后回折向后回折成环成环，并与聚合酶的另一个活性中心按前导链的取向缔合。，并
29、与聚合酶的另一个活性中心按前导链的取向缔合。DNA polymerase IIITermination 复制的终止复制的终止 大肠杆菌的复制终止位点约相对于复制起点大肠杆菌的复制终止位点约相对于复制起点oriC。The two replication forks approach the termination region,which contains 22 bp concensus sequences.The Ter sites bind proteins called Tus(terminus utilization substance).在复在复制叉汇合点两侧约制叉汇合点两侧约100k
30、b处各有一个终止区，终处各有一个终止区，终止区的止区的ter序列中均含有一个序列中均含有一个22bp共有序列，共有序列，Tus蛋白识别并结合于这一共有序列。蛋白识别并结合于这一共有序列。含有含有22bp 终止子位点终止子位点(terminator sites,TerA-TerF)结结合特异蛋白合特异蛋白Tus.DNA的复制（动画）滑动夹子滑动夹子DNA解旋解旋酶酶DNA引物酶DNA聚合酶DNA聚合酶HDNA连接酶UUUACCATCCGGGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAATGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAAGCCCCCAA
31、AAAATTTTTTGGGGGGDNA解旋酶打开DNA双链引物酶合成引物（RNA），为复制准备UUUACCATCCCGGGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAAUUGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAAGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGG先导链后随链UUUACCATCCCGGTGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAAUUTTGGG GGGCCCCCA AAAATAAAGGGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCC
32、AAA先导链后随链DNA聚合酶合成DNA片段UUUACCATCCGGT TGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAATTGGGCCCGG GGGCCCCCA AAAATAGTGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGAACUUGCTAAAGG后随链先导链后随链继续合成新的引物，然后合成新的片段冈崎片段冈崎片段TGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAAUUUACCATCCGGT TGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAATTGGGCCCGG GGGCCCCCA AAAATAG
33、TGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGAACUUGCTAAAGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAADNA聚合酶H切除引物片段，并填补缺口，留下一个小缺口（红色区域）UUUACCATCCGGT TGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAATTGGGCCCGG GGGCCCCCA AAAATAGTGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGAACUUGCTAAAGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAADNA连接酶填补小缺口UUUACCATCCGGT TGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGTG
34、TTCCCAAATGTGGGTCCCCAAATTGGGCCCGG GGGCCCCCA AAAATAGTGCCCCCAAAAAATTTTTTGGGGGGAACUUGCTAAAGGTGTTCCCAAATGTGGGTCCCCAAA解旋酶脱下，DNA复制完成#线状线状 DNA的复制及的复制及5末端的缩短末端的缩短（5-end short end）3-OHCircle DNA replication 最终形成一个完整的环，没有片段缺失 3-OH?3-OH?5端缩短 5端缩短 linear DNA replication 具有线状具有线状DNADNA分子的种类繁多：分子的种类繁多：1，非细胞生物：病毒（T
35、7噬菌体，痘病毒，腺病毒）2，原核生物：环状3，真核生物：线状，有端粒端粒DNA缩短的后果：Death!Death!不同的生物就进化出不同的防止不同的生物就进化出不同的防止DNADNA的的55端缩短的方式端缩短的方式线状染色体末端的线状染色体末端的DNA重复序列重复序列#真核生物染色体真核生物染色体 DNA末端如何防止末端如何防止5端的缩短？端的缩短？染色体末端：生命时钟 细胞每分裂一次，染色体末端就缩短一次，当端粒不能再缩短时，细胞就无法继续分裂了。实际情况下实际情况下，末端极少发生缺失，倒位和融合推测染色体两端存在特殊的富含重复序列的结构，使染色体趋于稳定。并定名为Telomere 端粒酶
36、端粒酶(telomerase)细胞中负责端粒的延长的一种逆转录酶逆转录酶Telomerase activity细胞每分裂一次端粒阈值细胞停止分裂,生物开始衰落和死亡When telomerase activity is repressed直接决定了端粒是否会缩短肿瘤细胞中的端粒酶活性是高还是低呢？成熟细胞中端粒酶的活性会随着年龄的增加而减弱!#经过分化的动物细胞，还有没有分化能力？细胞核具有全能性851997年年2月月27日英国爱丁堡罗斯林日英国爱丁堡罗斯林(Roslin)研究所克隆的研究所克隆的Dolly成年细胞的细胞核同样具有分化潜力成年细胞的细胞核同样具有分化潜力绵羊通常能活绵羊通常能活12年左右，而多莉只活了年左右，而多莉只活了6岁岁苏格兰国家博物馆苏格兰国家博物馆珍贵的珍贵的Dolly:277个卵细胞中只有个卵细胞中只有29个发育个发育成了胚胎，而最终只有一个长成了胚胎，而最终只有一个长成了多利。成了多利。为什么为什么Dolly会这么早就去世会这么早就去世？
