遗传与变异.ppt

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六讲 遗传与变异,生命与繁衍的保证,孙 啸 程 璐,概要,一、繁殖,二、遗传,三、变异,四、,肿瘤与遗传,五、遗传与优生,一、繁殖,1,、无性繁殖（,asexual reproduction,）,不涉及性别，没有配子参与，不经过受精过程，由母体形成新个体的繁殖方式。,优点：,容易繁殖,子代与亲代相同,缺点：,没有变异，难以进化,裂殖（,fission,）,裂殖,一个有机体分裂成两个完整的有机体,单细胞生物最常见的一种生殖方式,有机体的细胞质和细胞核分裂为两个相同的有机体,出芽生殖（,budding,）,出芽生殖,从母体上长出新芽，由芽发育成新个体。,母体将细胞核均匀分割，但是细胞质非均匀分割,出芽生殖方式广泛存在,水螅出芽生殖,酵母出芽,孢子生殖（,spore formation,）,孢子生殖：,从母体繁殖出单一细胞,藻类、真菌及其他低等植物的主要繁殖方式,再生,在生是生物修复机体损失的一种生理过程,植物中普遍存在的现象,2,、有性生殖,通过两性细胞（配子，如精子、卵子）融合为一，成为合子（受精卵），发育成新一代的生殖方式。,性细胞通过减数分裂产生,亲体细胞,减数分裂,卵子、精子,受精,受精卵,有丝分裂,子代细胞,二、遗 传,遗传：,生物世代间的延续。,变异：,生物个体间的差异。,生物进化的保证,遗传学：,研究生物的遗传与变异的学科。,1,、遗传的物质基础,细胞,染色体,DNA,DNA,的复制,传代的基础,从,DNA,到 蛋白质,DNA,前体,RNA,mRNA,多肽链,表现性状的基础,转录,翻译,三联密码,遗传密码子具有以下基本特点,（,1,）每个密码子,三联体,(triplet),决定一种氨基酸；,（,2,）两种密码子之间无任何核苷酸或其它成分加以分离，即密码子,无逗号,;,（线性、序列性）,（,3,）密码子具有,方向性,，例如,AUC,是,Ile,的密码子，,A,为,5,端碱基，,C,为,3,端碱基。因此密码也具有方向性，即,mRNA,从,5,端到,3,端的核苷酸排列顺序就决定了多肽链中从,N,端到,C,端的氨基酸排列顺序,;,（,4,）密码子有,简并性,(degeneracy),一种氨基酸有几个密码子，或者几个密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。除了,Met,和,Trp,只有一个密码子外，其它氨基酸均有二个以上密码子，例如,Arg,有,6,个密码子。,（,5,）共有,64,个密码子，其中,AUG,不仅是,Met,或者,fMet(,在原核细胞,),的密码子，也是肽链合成的起始信号，故称,AUG,为起始密码子,。,UAA,、,UAG,和,UGA,为终止密码子，不代表任何氨基酸，也称为,无意义密码子,。,（,6,）密码子有,通用性,，即不论是病毒、原核生物还是真核生物密码子的含义都是相同的。,转录开始,转录终止,翻译,转录,中心法则：,基因的概念,基因是一段有功能的,DNA,（,RNA,）片段,基因位于染色体上,基因决定生物,性状、发育、,代谢和免疫,状态等,等位基因,等位基因,位于同源染色体同一位置的基因,等位基因决定生物体的某一性状,在一般情况下，一个基因只有两种等位形式。其中一个起决定作用，为显性；另一个为隐性。,复等位基因：有,3,种或更多种等位形式。但是在每个个体最多只能有两种形式。例如：,A,B,O,血型的多等位基因,.,基因表达调控,基因表达调控的层次,染色质水平上的调控,转录水平上的表达调控,转录后调控,翻译水平上的调控,蛋白质合成后加工,原核基因调控,转录和翻译在同一时间和空间内发生,基因表达的调控主要发生在转录水平上,通过转录调控，以开启或关闭某些基因的表达来适应自然环境的变化,例如：大肠杆菌利用营养物质。,葡萄糖,正常情况下,乳糖,需要,-,半乳糖苷酶分解乳糖，形成葡萄糖和半乳糖。如果环境中只有乳糖可以利用，则,-,半乳糖苷酶的基因就必须表达，从而合成这种酶。如果环境中有葡萄糖可利用，则,-,半乳糖苷酶的基因就应该关闭。,真核基因调控,转录和翻译过程在时间和空间上彼此分开,转录和翻译后都有复杂的信息加工过程,基因表达的调控可以发生在各种不同的水平上,瞬时调控,(,可逆性调控,),对环境条件变化所作出的反应,发育调控,(,不可逆调控,),真核基因调控的关键部分,决定真核细胞的生长、分化、发育的全部进程,遗传的染色体基础,（,1,）在体细胞中，染色体成对出现，遗传基因也成对出现（等位基因）；,（,2,）在配子中，每对同源染色体只剩一条，等位基因只有一个；,（,3,）成对同源染色体中一条来自于父本，一条来自于母本，同一对等位基因中亦有一个来自于父本，一个来自于母本；,（,4,）染色体能够复制，代代相传；,（,5,）同源染色体在减数分裂时发生分离，等位基因在形成配子时亦发生分离；,（,6,）非同源染色体在减数分裂时自由进入子细胞，非等位基因在形成配子时则独立进行分配；,（,7,）单倍染色体的配子通过受精恢复为二倍体合子。,2,、孟德尔定律,G.Mendel,，奥地利修道士，,1822,年,1884,年，现代遗传学的奠基人。,1857,年开始豌豆遗传实验，,8,年后公布的研究成果，,1866,年发表了“植物杂交实验”的划时代论文。,否定了当时流行的所谓融合遗传，确定了遗传物质的存在和遗传学的两个基本规律：分离律和自由组合律。,1900,年，研究才引起遗传学家、育种家的高度重视。,孟德尔分离律,花的颜色由一对等位基因控制,A,红色，显性,a,白色，隐性,基因型 表型,AA,（纯合）红花,aa,（纯合）白花,Aa,（杂合）红花,单因子杂交试验,P:,AA,X,aa,F1:Aa,F2:AA-1/4 aa 1/4 Aa(aA)2/4,红花：,AA+Aa(aA)=3/4,白花：,aa=1/4,P:,红花,X,白花,F1:,红花,F2 705,红花,:224,白花,705:224,3:1,分离律：,一对等位基因在杂合状态下（,Aa,），互不干预，保持独立性，在形成配子时各自（,A,或,a,）分配到不同的配子中去。,子一代配子分离比为,1,：,1,子二代基因型分离比为,1,：,2,：,1,子二代表型分离比为,3,：,1,孟德尔分离律图示,孟德尔自由组合律,研究两对或多对相对性状的遗传,基因之间的相互影响,非等位基因的自由组合,双因子杂交试验,实验材料：圆形黄色种子，皱缩绿色种子,P:,圆黄,X,皱绿,F1:,圆,黄,F2:,圆,黄 皱黄 圆绿 皱绿,315 :101 :108 :32,等位基因,1,：,W-,圆,w-,皱,;,等位基因,2,：,G-,黄,g-,绿,P:WWGG X wwgg,配子,:WG,wg,F1:WwGg,配子,:WG Wg,wG wG,F2:,各类表型比,9 :3:3:1,16,种组合,WxGx 9,圆黄,wwGx 3,皱黄,Wxgg 3,圆绿,wwgg 1,皱绿,3,、连锁与交换定律,(,摩尔根,),位于同一条染色体上的基因连在一起伴同遗传的现象称为连锁（,linkage,）,基因不能随意组合,第一对等位基因,第二对等位基因,实验材料：果蝇,野生果蝇,灰色（,B,），长翅（,V,）。,突变体,黑色（,b,）或短翅（,v,）。,P:,（雄）,BBvv X bbVV,（雌）,配子：,Bv,bV,受精,F1:BbVv,（灰色长翅）,X bbvv,（黑色短翅）,配子：,BV,Bv,bV,bv,bv,受精,BbVv,Bbvv,bbVv,bbvv,结论：,Bv,连锁（灰色与短翅连在一起）,bV,连锁（黑色与常翅连在一起）,交换,处于同一染色体上的基因具有连锁关系，但是也可以发生交换。,两个基因距离越近，交换机会越小；,距离越远，交换频率越大,遗传图谱 连锁图谱,Fruit Fly,Drosophila melanogaster,(SEM X60).,染色体,4,对，形态各不相同，容易区别。基因组长,1.8,10,8,bp,，有,12000,个基因。推测人类,80%,的人类基因与之有同源性。已发现,100,余个人类疾病基因在果蝇中发现。,4,、摩尔根的伴性遗传,最初研究的目的：将遗传因子（基因）定位在特定染色体上,伴性遗传试验,野生果蝇眼睛为,红色,偶然发现一只雄性,白眼,（突变）,P:,红眼（雌）,X,白眼（雄）,F1:,全部红眼,（自交）,F2:,红眼,:,白眼,3,：,1,（雌：全红；雄：红,-50%,，白,50%,）,结论：控制眼色的基因位于染色体,X,上，红色是显性的，白色是隐性的，而在染色体,Y,上没有等位的基因。,雌：,XX-,显性,雄：,XY-,可隐性,由性染色体上的基因决定的性状在遗传时与性别是联系着的，就是,sex-linked inheritance,。,人约有,80,种性状是伴性遗传的。红绿色盲、血友病等。男性的患病率较高。,5.,性别决定,性染色体决定性别,型：雌：,XX;,雄,:XY,雄性有两个异型性染色体。,人类，哺乳动物，果蝇等；,型：雌：,ZW;,雄,:ZZ,雌性有两个异型性染色体,鸟类，蝴蝶等；,型,:,雄性只有染色体，蝗虫：雄性是，,雌性是,1,。,单倍体决定性别,蜜蜂,:,雄性为单倍体,(n),由未受精卵发育而来,无父亲,;,雌性为二倍体,(2n),由受精卵发育而来,环境决定,:,珊瑚岛鱼,:,在,30-40,条左右的群体中,只有一条为雄性,当雄性死后,由一条强壮的雌性,转变为雄性,.,基因决定性别,:,玉米雌雄同株,雌花序由,Ba,基因控制,;,雄花序由,Ts,基因控制,;,三、生物的变异,染色体的畸变,基因突变,单基因病,多基因病,1,、染色体畸变,染色体的数量畸变（,1,）非整数畸变单体性（,2n-1,）,某同源染色体少一条 绝大多数不能成活缺体性（,2n-2,）,缺失一对染色体三体性（,2n+1,）,某同源染色体多一条多体性（,2n+x,）,某同源染色体多若干条（,2,）整数倍畸变多倍体：,3n,、,4n,多见于植物中,染色体数目或结构改变,染色体结构畸变,（,1,）缺失,染色体少了某一片段 通常是致死的（,2,）重复,染色体上多出了一段（,3,）倒位,染色体内部结构的顺序发生颠倒（,4,）易位,染色体断裂，断裂片断接到其他地方,染色体的数量变异,无籽西瓜,染色体的数量变异,Down,氏综合症（,21,号染色体三体）又叫先天愚型,Down,氏综合症,群体发病率,1/800,。,症状,:,多器官组织异常。头颅小而圆，枕部扁平，,脸圆而平，鼻梁扁平，眼距过宽，眼裂小，舌常,外伸并有舌裂，掌纹异常，通常有通贯掌,“,蒙古样痴呆”；,生长迟缓，智力低下，多数有,心脏病，无生育能力或生育能力低下。,病因：,47,XX/XY;+21,；第,21,号染色体多一条,47,，,XY,；,+21,Down,氏综合症与母亲年龄的关系,母亲,20,岁时约,2000,新生儿中有一例患者；,30,岁前略有增加,35,岁以后约,300,例中有一个患者；,40,岁后,100,例中有一例；,45,岁后,50,例中有一例。,染色体的结构变异,猫叫综合症：,第,5,号染色体,短臂缺失一部分，患儿哭声类似猫叫，耳位低下，面部表情似很机灵，但实则智力低下非常严重（,IQ,常低于,20,）。,发病率：,1:50,000,猫叫综合症：,性染色体异常,数目异常,结构异常,性染色体数目异常,Klinefetter,综合症,(,克氏综合症，先天性睾丸发育不全,),发病率：,1/850,临床症状：外貌男性,睾丸萎缩,男性第二性征发育差，,有女性化表现，如无胡须、体毛少、皮肤细嫩、乳,房发育，不育，部分智商低，有些有精神异常。,身高,180cm,占,1/260;,染色体组成,:47,XXY,在男性不育中占,1/100,Turner,综合症（特纳综合症，性腺发育不全，先天性卵巢发育不全综合症）,发病率：,1/25005000,临床症状：外貌女性，个矮（,1.3,米左右）第二性征发育不良，原发性闭经，面呈三角形，口角下旋呈“鲨鱼样嘴”肘外翻，颈部发际很低，多数有颈蹼，胸宽平如盾，,35%,有心血管病，智力低下或正常。,性染色体数目异常,染色体组成：,45,X0,Turner,综合症患者,超雄：,XYY,或多个,Y,个体，发病率1,/900,临床症状：身材高大，生育力下降，易于兴奋，易感到欲望不满足，自我克制力较差。,性染色体数目异常,多,X,女性,:,表现为女性,眼距宽,外生殖器及第二性征多正常,有的月经失调,类似,21,三体,智力发育迟缓,.,性染色体数目异常,基因突变的特性,（,1,）随机性,（,2,）突变的多方向性和复等位基因,一个基因可能存在多种突变体,（,3,）稀有性,（,4,）可逆性,2,、基因突变,基因突变的类型,（,1,）碱基置换突变,（,2,）移码突变（由碱基插入或删除引起）,诱发基因突变的因素,常见的诱变剂有：,1,）物理诱变,X-,射线,-,射线 紫外线,2,）化学诱变,苯、亚硝酸盐、,3,）生物诱变,病毒,基因突变与性状改变,基因突变,血红蛋白,链基因突变,基因突变,血红蛋白,链基因突变,3,、基因与性状,显性基因 显性性状,隐性基因 隐性性状,共显基因 共显性状,性状是由基因与环境共同作用的结果,.,（,1,）常染色体上基因,显性基因的遗传,:,人类耳垂,AA,、,Aa:,有耳垂,aa:,无耳垂,显性基因的遗传,:,人类多指,显性基因的遗传,:,软骨发育不全症,常染色体显性遗传病的特点,患者一般携带一个致病基因,子代的患病概率为,1:1,传代过程中与性别无关，男女患病率一致。,常染色体,隐性基因的遗传,:,白化病,先天性聋哑,先天性高度近视,白化病遗传,白化病,常染色体隐性遗传病的特点,患者的一对等位基因必定都是致病基因,患者双亲为携带者杂合子,患者的兄弟姐妹中的患病概率为,1:3,患病概率和传代过程与性别无关，男女患病率一致。,（,2,）性染色体上基因,伴性遗传：,决定性状的基因位于性染色体上,连锁显性遗传,连锁隐性遗传,Y,连锁遗传,连锁的显性遗传,控制某形状的基因位于染色体,X,上，且为显性,等位基因：,X,A,X,a,A,显性症状,（母）（父）,aa,A0,（,0,代表,Y,染色体上无对应基因）,女儿：表现,A,症状（父传女）,儿子：不表现,A,症状,连锁的显性遗传病特点,患者一般携带一个致病基因；,若女方为患者，其子女患病的概率为,1:1,，且子女中男女患病概率为,1:1,；,若男方为患者，其子女患病的概率为,1:1,，但患者均为女性。,连锁的隐性遗传,控制某形状的基因位于染色体,X,上，且为隐性,女性在纯合下表现症状,X,a,X,a,男性在,X,a,Y,时表现症状,有病的人大都是男性,男性患者的子女都正常，但是其外孙可能发病,X,连锁的隐性遗传病特点,群体中男性患者多于女性患者；,女性必定携带两个致病基因才可发病，男性携带一个致病基因就足以发病；,女性携带者的子女中的患病率为,1:3,，且为男性；,男性患者的子女中儿子均正常，女儿均为携带者，致病基因可由其女儿传给外孙，即隔代遗传；,Y,连锁遗传,控制某形状的基因位于染色体,Y,上,遗传规律：,父传子，子传孙，全男性遗传；,女性不会出现相应的遗传性状或疾病。,连锁的显性遗传病：,抗维生素性佝偻病,X,连锁的,隐性遗传,-,色盲,X,连锁的,隐性遗传,-,血友病,Y,连锁遗传,(,限雄遗传,),人类的,耳道长毛症,从性遗传,:,常染色体上的基因，表现受个体性别的影响。,人类的秃顶：,男性显性，女性隐性。,性反转,基因与性别畸形,男性阴阳人：,具有正常男性的染色体组成（,46,，,XY),。外观多呈女性，不育。,病因,:,雄性激素受体基因突变,.,女性阴阳人,:,第二性征多呈男性。,病因,:,基因突变导致雄性激素产生。,4,、,多基因遗传,数量性状受环境的影响甚为明显。环境引起,的变异一般只表现于当代，不能连续。遗传变异,是可以遗传的。遗传变异对数量性状的作用，用遗,传率来表示：,遗传变异 遗传率（,%,）,=-X 100%,总变异（遗传变异,+,环境变异）,遗传率高说明群体的变异主要是由遗传变异引起的。,遗传率,人类一些性状与疾病的遗传率,性状 遗传率 疾 病 群体发病率 遗 传率,（,%,）（,%,）（,%,）,身高,81,唇裂,+,腭裂,0.17,76,体重,78,糖尿病,0.2,75,智商,80,精神分裂症,1.0,80,语言能力,68,哮喘,4,80,计算能力,12,高血压,4-8,62,四、肿瘤与遗传,家族息肉型大肠癌,视网膜母细胞瘤,癌家族,指一个家系中恶性肿瘤的发病率高，发病年龄早，通常按常染色体显性方式遗传。,家族性癌,指一个家系中多个成员患同一种肿瘤,与肿瘤发生相关的基因,癌基因,促进肿瘤的发生,抑癌基因,抑制肿瘤的发生,肿瘤的发生,癌基因的激活，,抑癌基因的失活。,正常大,肠粘膜,细胞生长,增殖增强,腺瘤,腺瘤,腺瘤,癌,转移,APC,突变,Ki-ras,突变,ras,突变,DCC,突变,P53,突变,5q,缺失,18q,缺失,17p,缺失,结肠癌发生的各个阶段和肿瘤相关基因的异常,肿瘤的发生是多基因参与的过程,五、遗传与优生,遗传病：是指遗传物质改变而导致的疾病。,遗传病诊断与治疗。,遗传病,8000,多种,人类中有约,10%,的人患有单基因遗传病，约,20%,的人,患有多基因遗传病，还有染色体病等，粗略估计，约,25%,的生理缺陷、,30%,的儿童死亡和,60%,的成年人疾病都是由,遗传疾病引起的，约,1/3,的人受遗传病所累。由于表现程,度不同，往往不大注意。我国每年出生的,1500,多万个婴儿,中，,3%,（约,36,万）出生缺陷，其中,80%,是遗传因素造成,的。智商（,IQ,）低于,70,者占总人口的,2.2%,，其中严重智力,低下者约占,0.2%,（约,200,多万）。遗传病也是造成人类寿,命缩短的主要因素,。,遗传病起因,生殖细胞或受精卵中遗传物质的异常改变,染色体 基因,体细胞中遗传物质的异常不能遗传,遗传病诊断,临床水平；常规检验,细胞水平：染色体、细胞、组织检查；,分子水平：一是检测基因产物,-,蛋白质、酶的量和活性。二是检测酶促反应底物或产物的变化；,基因水平：直接检测致病基因或与之连锁的的基因,遗传病早期诊断,基因诊断,Southern,杂交,PCR,法,聚合酶链反应,(Polymerase Chain Reaction),限制性内切酶法,核酸测序法等。,直接诊断,直接检测致病基因,间接诊断,通过家系的连锁分析,优生学,产前诊断,结,束,返回,总目录,