09-12-18发给学生的遗传学大纲

普 通 遗 传 学(上册） 普 通 遗 传 学 目 录 绪 论 第一章孟德尔定律 第二章遗传学中的统计学方法 第三章孟德尔定律的扩展 第四章 连锁与交换定律 第五章 伴性遗传 第六章 细菌与噬菌体的遗传重组 第七章 数量性状遗传 *​ 一、概念 *​ 二、遗传学研究的内容 *​ 三、遗传学的 对象和分类 *​ 四、 遗传学 的发展简史 *​ 五、 遗传学的应用 *​ 本章要点 一 概念 1. 什么是遗传学? 1.1 遗传学（genetics）： 二、遗传学研究的内容 Branches of genetics *​ Based on level, genetics can be divided into cytogenetics, population genetics, and molecular genetics 按水平划分：个体（ 细胞）遗传学, 群体遗传学，分子遗传学 Branches of genetics *​ 按研究的层次分类： *​ 按研究对象分类： Based on subjects, genetics can be divided into human genetics, plant genetics, animal genetics, and microorganism genetics *​ 按研究范畴分类： 应用学科： 生物工程学 (Biotechnology) 优生学(Eugenics) 育种学(工业微生物、农、牧和水产) Branches of genetics 遗传毒理学（genetictoxicology) 　是用遗传学方法研究环境因素对遗传物质的损害及其毒理效应产生机制的一门学科。 环境因素作用于发育中的胚胎细胞, 影响胚胎细胞和器官系统的发育而导致畸胎。 突变形成（致突变,mutagenesis） 癌形成（致癌carcinogenesis) 致畸效应（致畸teratogenesis) 简称为毒理遗传学的 “三致”效应。 辐射遗传学 *​ 以高等动植物为研究对象，研究辐射的遗传效应。辐射包括电离辐射和非电离辐射，电离辐射包括X，r－射线等电磁辐射和中子、质子、a等粒子辐射；非电离辐射主要是紫外线。 *​ 从细胞水平来说，电离辐射的遗传效应主要是引起染色体畸变；畸变类型有末端缺失、微小体、具着丝粒和不具个着丝粒的环、臂间倒位、相互易位、双着丝粒体或多着丝粒体、单位断裂、单体互换等。 发生遗传学 *​ 研究基因如何控制发育，基因和性状发育之间的关系。动物发育是从受精开始，通过受精卵核质之间.分裂球之间以及胚胎不同部位之间的相互作用,使基因按一定时空顺序表达，从而控制细胞和器官原基的逐步决定和分化.发生遗传学的研究对于了解畸胎、肿瘤等发生的机制，以及对于遗传病的治疗、动物遗传工程的应用等都具有重要的意义。 群体遗传学 *​ 研究群体的遗传结构及其变化规律。它们用数学和统计学的方法研究群体中基因频率和基因型频率以及影响这些频率的因素，并由此来探讨生物的进化过程。 *​  群体遗传学的重要研究指标，是考查各种遗传方式使群体达到平衡的速度，以及由此所达到的平衡的稳定性。 只有在这种平衡被打破时才会发生演变；打破平衡的因素有突变、选择、迁移和漂变。群体遗传学研究不同世代中遗传结构的演变,它仅仅涉及品系间、品种间和亚种间的变迁,并据以培育各种新的生物品系和品种。 体细胞遗传学 *​ 以高等生物的体细胞为实验材料，采用细胞离体培养、细胞融合和遗传物质在细胞间转移等方法,研究真核细胞的基因结构功能及其表达规律等, 克隆重技术的发展和成就，使人们期望通过离体细胞的遗传操作，探索改良作物性状的新途径，成为当前蓬勃发展的生物技术研究中重要的组成部分，也是体细胞遗学中最活跃的一个领域。 细胞遗传学 *​ 研究对象主要是真核生物，特别是包括人类在内的高等动植物。 早期的细胞遗传学着重研究分离、重组、连锁、交换等遗传现象的染色体基础， 以及染色体畸变和倍性变化等染色体行为的遗传学效应。细胞遗传学是遗传学中最早发展起来的学科,也是最基本的学科。 *​ Molecular Genetics:在分子水平上研究基因的本质，基因的功能以及基因的变化以阐明遗传变异的规律。 *​ Developmental Genetics发生遗传学:研究从受精卵发育为成体过程中，胚层、器官原基的形成以及组织、细胞的决定和分化的基因调控机理，以阐明基因与性状发育的关系。 *​ Behavioral Genetics行为遗传学:研究生物向光、向地、摄食、求偶、育儿、攻击、逃避以及学习和记忆等行为的遗传基础以及基因表达的时间、场所、作用途径等。 *​ 仿生学bionics：研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。 *​ 数量遗传学quantitative genetics：采用数理统计和数学分析方法研究数量性状遗传的遗传学分支。其研究方法主要是用生物统计学方法对群体的某种数量性状进行随机抽样测量，计算出平均数、方差等，并在此基础上进行数学分析。 细胞遗传学 *​ 从细胞遗传学衍生的分支学科主要有： *​ 体细胞遗传学：主要研究体细胞， 特别是离体培养的高等生物体细胞的遗传规律； *​ 分子细胞遗传学：主要研究染色体的亚显微结构和基因活动的关系； *​ 进化细胞遗传学：主要研究染色体结构和倍性改变与物种形成之间的关系； *​ 细胞器遗传学：主要研究细胞器如叶绿体、 线粒体等的遗传结构； *​ 医学细胞遗传学：是细胞遗传学的基础理论与临床医学紧密结合的边缘科学，研究染色体畸变与遗传病的关系等，对于遗传咨询和优生优育具有重要意义。 药物遗传学 *​ 又称药理遗传学。是研究药物反应其遗传变异的学科。广义的药物遗传学研究包括一切遗传决定的对药物反应的变异。狭义的药物遗传学仅限于研究对药物反应的遗传变异。它是药理学与遗传学相结合发展起来的边缘学科。 *​ 药物遗传学的研究对象和范围：1.人体和实验动物的遗传变异对药物反应的影响；2.基因控制药物体内过程的分子基础；3.预测对药物的应异常的个体，以便进行有效的预防；4. 遗传病的药物防治方法。 表观遗传学（epigenetics） *​ 在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传的一门新兴学科。它不仅对基因表达、调控、遗传有重要作用，而且在肿瘤、免疫等许多疾病的发生和防治中亦具有十分重要的意义。 四、遗传学的发展历史(Foundation and development of genetics ) 一.Mendel之前的遗传学学说(Genetic knowledge before Gregor Mendel ) *​ 新石器时代：选种和杂交 *​ 公元前五世纪希波克拉底（Hippocrates）提出了第 一个遗传理论。认为子代具有亲代的特性那是因为在精液或胚胎里集中了来自身体各部分的微小代表元素(elememt)。 遗传学的发展历史(Foundation and development of genetics ) *​ 100年后，亚里斯多德（Aristotle）认 为:精液不是提供胚胎组成的元素，而是提供后代的蓝图。生物的遗传不是通过身体各部分样本的传递，而是个体胚胎发育所需的信息传递 二. Mendel遗传学的诞生 1900年前生物有性生殖研究进展 *​ 1809年拉马克（Lamarck, J.B）提出了“用进废退”的进化论观点，由此而得出获得性（acquiredcharacteristics）是可以遗传的。 *​ 1883年法国动物学家鲁.威廉（Roux.W） 提出有丝分裂和减数分裂过程的存在可能是由于染色体组成了遗传物质，同时他还假定了遗传单位沿着染色体丝作直线排列。 *​ 1869年达尔文的表弟高尔顿（Galton, F.）发表了“ 天才遗传（Hereditary genius）”，即 “融合遗传论”。 *​ 1863年法国的诺丹（Nauding） 发表了植物杂交的论文并获法国政府的奖励。他认为： （1）植物杂交的正交和反交结果是相同的； （2）在杂种植物的生殖细胞形成时“ 负责遗传性状的要素互相分开，进入不同的性细胞中，否则就无法解释杂种二代所得到的结果” *​ 1865年当时属奥地利的布隆（Brunn）基督教修道院的修士格里高·孟德尔（Gregor Johann Mendel，1822-1884 ），根据他8年植物杂交实验的结果，2月8日在当地的科学协会上宣读了一篇为“植物杂交实验”的论文，发表在《布隆自然科学会志》第4卷上1866年正式发表在该协会的会刊上。 孟德尔临终前说：“ 等着瞧吧，我的时代总有一天要来临”. Mendel’s crossing experiments with garden pea *​ 从1856-1871年进行了大量植物杂交试验研究；其中对豌豆(严格自花授粉/闭花授粉)32个品种，差别明显的7对简单性状进行了长达8年研究，提出遗传因子假说及其分离与自由组合规律(后称Mendel’s Laws) Mendle church Mendle and his room 孟德尔定律的重新验证 (Mendel’s experiments and rediscovery of Mendel’s Law ) *​ 荷兰阿姆斯特丹大学的教授狄夫瑞斯（de Vries），材料——月见草 *​ 德国土宾根大学的教授科伦斯（Correns,C.E），材料——玉米 *​ 奥地利维也纳农业大学的讲师切尔迈克（Tschermak），材料——豌豆 Mendel’s experiments and rediscovery of Mendel’s Law 1900年分别同时验证了孟德尔的（F2的分离比为3:1） 他们三人的论文都刊登在1900年出版的《德国植物学杂志》上，都证实了孟德尔定律。 The Birth of Genetics: A Scientific Revolution De Vries 经典遗传学核心 遗传的染色体理论 （Theory of Chromosome） 1）遗传物质位于染色体上 2）遗传物质的传递与有丝分 裂、减数分裂行为相联系 Development of genetics in the 20th century ◆ 1903年，Sutton和Boveri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，从而将孟德尔遗传规律与细胞学研究结合起来。 *​ 学科名称是英国遗传学家贝特森（Bateson，W）于1909年首先提出的 *​ 贝特森先后创用: 遗传学（Genetics） 等位基因（allele） 纯合体（homozygous） 杂合体（heterozygous） 上位基因（epistatic genes） Contributions of W. L. Johannson to genetics 1909年丹麦的科学家约翰逊（Johannsen）创用了 *​  基因 （gene） *​  基因型（genotype） *​  表现型 （phenotype） *​ 4.野生型（基因）与突变型（基因）：将自然界中出现最多的性状称为野生型，其他性状均称为突变型；相应地，控制野生型性状及突变型性状的基因分别称为野生型基因和突变型基因。 *​ 5.纯合体和杂合体：同源染色体同一基因座位上具有相同等位基因的个体或细胞称为纯合体；反之，带有不同形式等位基因的个体或细胞称为杂合体 遗传学发展的四个时期： 第一个时期:细胞遗传学时期: Stage for the development of cytogenetics (1900－1940 ) 第二个时期:微生物遗传学时期: From cell level to molecular level (1941—1960） 第三个时期:分子遗传学时期: Molecular genetics/genomics (1953~ ) 第四个时期：基因组与蛋白质组学时期:genomic and protomic stage（1986 ~ ） 细胞遗传学时期(1940-1960) 确立了遗传的染色体学说 1910年 摩尔根（Morgan ,T.H）及其 斯特蒂文特（Sturtevant） 弟子 布里吉斯（Bridges） 缪勒（Muller） 以果蝇为材料，创立了连锁交换定律 *​ 摩尔根(Morgan T.H.,1866~1945)： *​ 提出“性状连锁遗传规律”；伴性遗传 *​ 提出染色体遗传理论 细胞遗传学； *​ 著《基因论》：认为基因在染色体上直线排列，创立基因学说 是对孟德尔遗传学说的重大发展，也是这一历史时期的巨大成 物理学与遗传学相结合----辐射遗传学，使遗传学的研究由研究遗传规律深入到探讨诱变的机理。1927年 Muller X-射线诱发用X射线分别诱导果蝇和玉米突变成功，基因是一个抽象的遗传因子，既是功能单位，又是重组单位和突变单位。1937年，布莱克斯里用秋水仙素诱导植物多倍体成功 数学中的统计学原理引入到遗传学中-----群体遗传学，使遗传学研究由个体水平深入到群体水平 微生物遗传学时期(1940-1960) From cell level to molecular level *​ Biochemical genetics *​ Study on metabolism disease by A. E. Garrod（1908） *​ Study on bread mold by G. W. Beadle（1940） *​ Microorganism genetics：DNA is a genetic material 微生物遗传学时期 *​ 1941 Beadle和 Totum 提出一基因一酶学说 *​ 1944 Avery 确定遗传物质为DNA *​ 1951 McClintock B. 发现跳跃基因或称转座 *​ 在此期遗传的基本单位是顺反子（Cis—trons） *​ 把抽象的基因广泛应用于以微生物为材料的研究中，研究了基因的原初作用、精细结构、化学本质、突变机制、细菌的重组、基因调控等。取得了在高等动植物中难以取得的成果。使人们认识到遗传学的基本规律适用于从噬菌体到人的一切生物。 Lederberge Beadle 转化实验 转化实验 1960s maize maizeleaves 分子遗传学时期(1953-Present) 分子遗传学时期 *​ 1953 Watson和 Crick建立双螺旋模型 *​ 1958 Kornberg 发现 DNA合成酶 *​ 1961: Jacob 和Monod建立乳糖操纵子模型 *​ 1962 ，1968 Arber， 1978 Smith 发现限制 性酶 *​ 1964，1965：Nirenberg，Khorana破译遗传 密码 *​ 1972 Berg建立重组技术 *​ 1975 Temin发现反转录酶 *​ 阐明了基因论的核心问题－－－遗传物质的自体复制和它的物理、化学基础。 *​ 六十年代，揭示了遗传密码的奥妙，把生物界统一起来，并使DNA、mRNA、tRNA、核糖体的功能得到初步阐明，提出遗传信息传递的中心法则。 *​ 七十年代，开创了基因工程新技术。 一. 原位分子杂交（in situ hybridization） 二. 斑点杂交（dot blotting） 三. Southern blot 杂交 四. Northern hybridization杂交 五. Western blotting 六. 电镜观察 (1) 异源双链定位法（Heferoduplex mapping） (2) R-环定位法（R-loop mapping） 基因组与蛋白质组学时期 *​ 1977 Sanger & Gilbert 建立测序方法 *​ 1977 Sharp 和 Roberts 发现内含子 *​ 1980 Shapiro发现转座子 *​ 1981 Cech和Altman 发现核酶 *​ 1985 Mullis,K. 建立了PCR体外扩增技术。 *​ 此期基因的概念是一段可以转录为功能性RNA的DNA，它可以重迭、断裂的形式存在，并可转座。 *​ 1986 [美] Dulbecco首次提出了“ 人类基因组工程” *​ 1990 4月美国宣布人类基因组测序工作的5 年计划。 *​ 1991 Stepken Fodor 把基因芯片的设想第一次变成了现实. *​ 1992 10月[美]Vollrath D.等分别完成人类Y染 色体染色体的物理图谱. *​ 1993 10月 美国公布了1993－1995年的人类基因组测序工作计划，并预计2005年完成整个的测序工作。 *​ 1995 Smith,H.O等第一个细菌基因组—流感嗜血杆菌(H.influenzae)全基因组序列发表。 *​ 1995 12月美、法科学家公布了有15000个标记的人类基因组的物理图谱。 *​ 1996 Dietrich W.F等绘制了小鼠基因组的完整遗传图谱。 *​ 1996 10月Goffeau等完成了酵母基因组的测序 *​ 1996 DNA芯片进入商业化 *​ 1997 Wilmut 完成了体细胞克隆 *​ 1998 12月，第一个多细胞真核生物线虫的基因组在Science上发表。 *​ 1999 Cate J.H第一次绘制出完整核糖体的晶体结构，揭示了其中的很多细节。 *​ 1999 国际人类基因组计划联合研究小组完成了人类 第22号染色体测序工作。 *​ 2000 3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因组测序。 2000 完成了人类第21号染色体的测序 *​ 2000 6,26 人类基因组草图发表 *​ 2000 12,14 英美等国科学家宣布绘出拟南 芥基因组的完整图谱 *​ 2001 1,12 中、美、日、德、法、英等国科 学家 (Nature,15日) 和美国塞莱拉公司 (Science,16日) 各自公布人类基因组图 谱和初步分析结果。约3万基因。 *​ 遗传学发展的新动态 *​ 1.基因组(genome)学 *​ 2.后基因组学 *​ 3.蛋白质组学(Proteomics) *​ 4.生物信息学(Bioinformatic) 定义为分子生物学和计算生物学的交叉. 包含三个重要的内容: *​ (1) 基因组信息学; *​ (2)蛋白质的结构模拟; *​ (3)药物设计. 与其它学科的关系 *​ 1、生理学、细胞生物学、生物化学、发育学、分类学、形态学、生态学等都离不开DNA *​ 2、与其它学科研究基因的不同点：①关注的是基因本身的特性，如它的结构和功能。 ②是通过基因的变异研究基因 遗传学是一门十分重要的学科 *​ 涉及领域宽：生物的结构和功能，如生物体的大小、形态、器官结构、颜色、生长、代谢、发育、进化、行为模式以及生化功能等都受基因操纵。还涉及人文科学中的许多领域，如哲学、法律、伦理和宗教等 遗传学是一门十分重要的学科 *​ 影响深远：遗传学的飞速发展，特别是近几十年所取得的成就令人惊叹不止。例如，对人类和重要物种基因组的全测序工作，基因组测序结合基因功能的确定，将揭示遗传的奥秘。为定向育种和人类遗传性疾病的治疗和预防，提供准确的 遗传学的意义和应用 (Significance and applications of genetics) *​ 遗传学与农牧业的关系 Genetics and modern agriculture *​ Genetics in the news *​ 遗传学在医疗卫生工作中的应用 Genetics and medicine *​ 遗传学在其他领域中的应用Genetics and society Genetics and medicine 遗传学与医学 Genetics and modern agriculture Genetics and modern agriculture 第一节、概率原理与应用 第二节、二项式展开与应用 第三节、Χ2测验(Chi平方 测验)与应用 为什么要应用统计方法分析数据？ 第一节、概率原理与应用 一、概率(probability): *​ 概率(机率/几率/或然率)：在数学上是小于1的数，它是指在总体中某一事件发生的可能性(几率)。 *​ 例：杂种F1产生的配子中，带有显性基因和隐性基因的概率均为50％。 *​ 在遗传研究时，可以采用概率及概率原理对各个世代尤其是分离世代(如F2)的表现型或基因型种类和比率(各种类型出现的概率)进行推算，从而分析、判断该比率的真实性与可靠性；并进而研究其遗传规律。 （一）. 概率原理： 设P表示某事物发生的概率，P的绝对值是a q表示某事物不发生的概率， q的绝对值是 事件：指事物的某种情况，或试验中获得 的某种结果。 a+b=总数 p+q=1 p=a/a+b q=b/a+b 二)概率基本定理(乘法定理与加法定理) *​ 1.乘法定理 (Sum Rule)： 两个独立事件(independent events) 同时或相继发生的概率等于各个事件发生的概率的乘积。 P(AB) = P(A) ×P(B) *​ 例：双杂合体(YyRr)中，Yy的分离与Rr的分离是相互独立的，在F1的配子中: *​ 具有Y的概率是1/2，y的概率也1/2； *​ 具有R的概率是1/2，r的概率是1/2。 *​ 而同时具有Y和R的概率是两个独立事件(具有Y和R)概率的乘积：1/2×1/2=1/4。 (二)概率基本定理(乘法定理与加法定理) *​ 2.加法定理 (Product Rule)： 两个互斥事件（matually exclusive events）中某一事件发生的概率是各个事件各自发生的概率之和。 P(A+B)=P(A)+P(B) *​ 若事件Ｂ与早先出现过的事件Ａ有列联关系，则在Ａ条件下Ｂ的概率称为条件概率． *​ 记为： ｐ（Ｂ／Ａ） ＝ｐ（ＡＢ）／ｐ（Ａ） 事件A、A’、B 和 B’频数表 Ａａ×Ａａ 求：表型正常的孩子中杂合体的概率？ P(B|A)=P(AB)/P(A) P(A)=3/4; P(B)=1/2; P(AB)=1/2 P(A|B)=P(AB)/P(A)=（1/2）/（3/4）= 2/3 反之如要求杂合体中表型正常的概率为: P(A|B)=P(AB)/P(B) =（1/2）/（1/2）= 1 概率原理应用 ● 人类遗传分析中概率: 人类遗传：包括正常性状和遗传病遗传，同样表现孟德尔规律。 根据遗传物质的传递方式，基因所在染色体的不同及参与控制性状的基因数目的多少，可进行如下分类: 常说成： 常染色体显性单（多）基因遗传 常染色体隐性单（多）基因遗传 性染色体显性单（多）基因遗传 性染色体隐性单（多）基因遗传 双生子研究 通过测定同卵双生子(monozygotic twin)和异卵双生子(dizygotic twin)的药物浓度或药物反应进行研究，一般规律是同卵双生子的药物代谢速度往往十分相似，而异卵双生子间可出现明显的差异。 双生子研究方法是遗传因素对药物代谢差异影响的过筛性研究。 ▼ 正常性状遗传中概率: 注：人类的生育能力是有限的，大部分人只有少数子女，从一个家庭很难看到上述全部情况，需要将若干家庭中相同婚配方式所生子女进行综合分析. *​ 例. 棕眼右癖男人与蓝眼右癖女人结婚，其后代各类型及概率。 ▼ 遗传病分析中概率 目前，已知人类由单基因控制的遗传性疾病约4000种左右，其中常染色体显性2100左右，隐性1600种左右，X连锁300种左右。 系谱分析法 系谱(Pedigree )：表示某遗传病患者家系中各成员发病情况的一个图表，是人类遗传学研究的重要手段 。 先证者(propositus)：家系中最先发现遗传疾病的个体。 受累者(affected)：家系中遗传疾病的患者。 人类的家谱分析(Pedigree Analysis) 遗传多态现象(genetic polymorphism)：同一物种在染色体的同一座位上存在两个以上等位基因的现象。在遗传多态情况下，几个等位基因全都可能在自然状态下存在，都是野生型，这时需以适当的上标加以区分。 如果蝇的乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase)基因被记为AdhF和AdhS（上标F和S分别代表该酶在电泳时移动速度的快和慢） *​  常用一定的符号来代表家系中各成员及他们的状况. Dominant Pedigree 系谱 *​ 1991年Winship等人记述过人类的一种罕见的全身皮肤白斑(blaze)并伴有一缕白色额发(forelock)的显性遗传性状：在具黑色皮肤个体的背、腹面、四肢及脸部出现不同大小的白色斑块，头顶中央出现一缕白发。下列系谱显示在一个家庭中黑白斑(piebald)基因的遗传。 *​ 这种特殊的皮肤斑驳的表型是由于显性黑白斑基因P(piebald gene)控制产生黑色素的细胞所形成的色素在发育过程中从背面向腹面的迁移造成的。同样的情况也可在小鼠中看到。 *​ 在一个包括5个世代152个成员的挪威大家系中发现，来自祖代的男性个体将该性状的显性基因P遗传给他的3个女儿(3／8=38％)、10个外孙和4个外孙女以及13个重孙女和10个重孙儿(23／77=30％)。该性状的系谱分析表明显性单基因遗传的传递线没有中断，即每代均有表现，在男性和女性中均有发生。 *​ 人类中隐性基因遗传的典型例证要数味盲基因(nontaster,t)的遗传。隐性等位基因t是一种传递不能品尝出苯硫脲(phenylthiocarbamide,PTC)或者有关化合物的基因。对于这种化合物多数人是尝味者(taster)，舌根部滴入PTC被稀释的1／300万～1／10万的溶液时就能够品尝出它的苦涩味道；少数是不能品尝者，把浓度很高的PTC溶液(1／2万)甚至结晶物放在这类人的舌根部都不能品尝出它的苦涩味来，通常称这类人为对PTC味盲(nontaster)。味盲者同味盲者的婚配，除极少数例外，只能生下味盲子女，尝味者与尝味者，或尝味者与味盲者婚配，可能会生下两种类型的子女。这暗示着味盲者是纯合隐性体tt，尝味者的基因型则无疑是TT或Tt。下列系谱说明对PTC尝味能力的遗传。 亨汀顿舞蹈症： *​ –动作上会产生不自主的手足扭动，如跳舞般。 *​ –患者的遗传密码CGA会重复出现约40~100次 *​ –当亨汀顿蛋白质上的硫胺数目太多时，就会造成舞蹈症病变 常染色体隐性遗传特点 ◆患者双亲无病,但都是携带者 ◆ 上下代间具不连续遗传性. ◆ 近亲婚配,子女发病率高. 隐性遗传图 系谱 *​ 白化病是一种先天性遗传疾病，除了人以外，也会出现在动物身上。黑种人身上又较其它人种常见。患者先天缺乏一种有助酚性化合物氧化成黑色素的一种酶类。由于黑色素的缺乏，这些患者的头发及皮肤均成白色。 *​  白化病的患者对光线异常敏感，皮肤很容易被阳光灼伤，需防晒保护，他们易发生皮肤癌。患者眼睛畏光、视力差、眼睛的虹膜也呈红色。 白化病 白化病 第二节、二项展开式与应用 怎样来处理涉及某种事件组合出现的概率呢？ 如 Aa × aa 杂交产生两个子裔 推算这两个子代具有某种遗传组成的概率. ＊ 两个都是Aa，概率是？ ＊ 两个都是aa，概率是 ？ ＊ 一个Aa，一个aa概率是？ *​ 若不管次序先后，把相应数值积加起来， 以p代Aa；q代aa。则有公式 （p＋q）2 =p 2 ＋2pq＋q 2 =(Aa)2＋2(Aa)×(aa)＋(aa) 2从概率分布值看，恰好是公式的系数。 二项式公式与通式 *​ 用于分析两对立事件(非此即彼)在多次试验中每种事件组合发生的概率。 *​ 设A、B为对立事件，P(A)=p, P(B)=q，n为估测其事件出现概率的事件数。显然P(A+B)=p+q=1。 *​ r：在n次事件中A事件出现的次数； *​ n-r：在n次事件中B事件出现的次数； 例：一对夫妇生有5个孩子，其中生3个男孩，2个女孩概率怎样？ 第三节、Х2平方测验及应用 Χ2测验是一种统计假设测验：先作统计假设(一个无效假设和一个备择假设)，然后根据估计的参数(Χ2)来判断应该接受其中哪一个。 *​ 判断一个实验结果是否可以用孟德尔的9∶3∶3∶1的理论来说明，还是必须否定这个理论比率？生物统计学上已有十分成熟而简便的方法，那就是离散型数据的x2S检验(Chisquare test)，亦即适合度(goodness of fit)检验法。利用x2作为一个测量实际观察的频数(observed)和预计频数(expected)之间的偏离度的判据。 (二)、Χ2测验应用方法 水稻有些植株对白叶枯病有抗性, 有些则敏感 抗性 × 敏感 ↓ 抗性 × 敏感 ↓ 14个抗性 , 6个敏感 实测值Observed, 预计值Expected 据二项式公式。在展开式中，刚好得到14株抗性，6株敏感概率为0.037， 误差概率（P）：先用二项式展开法求得子代中各组合的概率， 然后以实得数与理论数来比较，把与实得数有着同样偏差或更大偏差的那些 组合的 概率加起来就是误差概率。 1）当P﹥0.05时，原假设成立。 2）当P﹤0.01时，原假设不成立。 X2 1.统计的: *​ P>0.05 结果与理论数无显著差异，实 得值符合理论值。 *​ P<0.05 结果与理论数有显著差异，实 得值不符合理论值。 *​ P<0.01 结果与理论数有极显著差异， 实得值非常不符合理论值。 第三章 第一节 基因型、表现型和环境 *​ 第二节 显隐关系的相对性 *​ 第三节 非等位基因间的相互作用 第一节基因型、表现型和环境 (Section.1 Genotype Phenotype and enviroment) 基本概念：任何一个性状都是基因与环境相互作用的结果 一.基因型表现型和环境: 1.基因型(Genotype ): 个体发育是一系列的连续过程，每一阶段都有遗传和非遗传因素的相互作用，其中每一后续阶段都依赖于前一阶段的完成，遗传因素和环境因素在该过程中是不可分割的。而且，一种基因存在于其他基因构成的环境中，这些基因间可能产生某种相互作用。 　　例如：果蝇的残翅突变型(vestigial,vg)是隐性基因纯合(vgvg)时表现的简单的孟德尔性状。其双翅不仅变小而且边缘缺损而变得不完整，似乎只见翅膀的痕迹，又名痕迹翅。人们早已得知残翅的发育是受温度影响的。在31℃条件下培养的残翅果蝇，比正常25℃条件下培养的残翅果蝇的翅膀要长很多，不仅有的翅膀可发育到正常大小的2／3以上，而且可以出现大约25种不同大小的残翅类型，但共同特征仍表现为双翅的尖端边缘不同程度的残缺。 在1934年，李汝祺及其同事们进行的更为细致的研究发现，残翅果蝇幼虫在临界期，即60～72h的有效时龄加以高温(31℃)处理，羽化出来的果蝇翅膀的平均长度为1.49mm(以雄蝇为标准，雌蝇一般变化较小)。 环境的影响和基因的表型效应 一．遗传和环境 *​  水毛茛（Ranunculus aguatilis） *​  藏报春（Primula sincnsis）在20℃时花为红色，在30ºC时花为白色。 *​  喜马拉雅白化兔, 25ºC时在体温较低的部分，的毛都是黑色 的，其余部分全为白色。但在30ºC以上的环境里长出的毛全为白色。 *​ 这个例子说明环境的变化可引起表型的变化，甚至可使基因的显隐性关系也发生变化。 *​  不利环境 表型异常 基因型异常群体 基因型正常群体 图4-1 基因型，环境和表型三者的关系 二．反应规范（ reaction norm ）： 1．表现度expressivity与外显率 外显率（penetrance): 表现度（expressivity): *​ 例如某个显性基因(A)的效应在所有具有A基因的个体中表达，则外显率为100％。但有些基因受修饰基因或外界环境因素的影响，使其预期的表型性状没有表现出来，则外显率低。黑腹果蝇中，隐性的间断翅脉基因i(interrupted wing vein)的外显率，只有90％，即基因型i／i个体只有90％表现为间断翅脉，10％的个体遗传组成同样为i／i，但表现为野生型翅脉。所以外显率这个术语不仅适用于杂合的显性基因而且也适合于隐性纯合的基因型。 *​ 由于外显不完全，在人类一些显性遗传病的系谱中，可以出现隔代遗传(skipped generation)现象。如显性遗传病颅面骨发育不全症(osteogenesis imperfecta)在下列系谱中由于显性基因Cd外显不全表现出隔代遗传。个体Ⅱ2从他母系一方得到Cd基因传给了他的儿女(Ⅲ2、Ⅲ3)，而他本人的表型却是正常的。 多指 多指 外显率 *​ 玉米形成叶绿素的基因型AA或Aa，在有光的条件下，应该100% 形成叶绿体，基因A的外显率是100%；而在无光的条件下，则不能形成叶绿体，我们就可以说在无光的条件下，基因A的外显率为0. 外显率 *​ 导致人类遗传性舞蹈病的显性基因有不完全的外显率和可变的表现度。携带这种显性基因的个体也许一生中大部分时间是健康的，但会在不同年龄阶段发病，出现症状的年龄可从0～4岁直至65岁以上。发病率最高的年龄段可能在35～49岁。由于该病在发病年龄不同，其结果对患者生命的影响不同，所以又认为该基因有可变的表现度。该基因有不完全的外显率是因为该基因的携带者实际上永远不出现症状(头痛，胸部和身体不自主地颤动，神经系统退化，丧失体力、智力，直至死亡)。 表现度 *​ 人类成骨不全(osteogenesis inperfecta)是一种显性遗传病，杂合体患者可以同时有多发性骨折(骨骼发育不良、骨质疏松)、蓝色巩膜(眼球壁后部最外面的一层纤维膜呈白色)和耳聋等症状，也可能只有其中一种或两种临床表现，所以说这基因的表现度很不一致 图 一个成骨不全患者的家系图 表现度 *​ 如人类中的短食指(第二指)是以简单的显性遗传方式遗传的，然而具相同基因型Aa的人第二指的短小程度有很大差异，有些人指骨很短，而另一些人则只稍许短些 短指 *​ 如：果蝇在较高的温度下表现较小的眼睛。超棒眼(ultra-bar)基因型果蝇在任何温度下发育，眼睛都比野生型小，温度的影响与野生型一样，高温下，小眼数较少。 另一种亚棒眼(infra-bar)基因型果蝇同样比任何野生型果蝇眼睛都小，但温度的影响刚好相反 从野生型与两种棒眼的比较可以看出，温度（环境）对小眼数的影响远不如不同基因型的影响。所以野生型与棒眼之间属非重叠反应范围 三．拟表型或表型模拟 *​ 表型模拟（写、饰变）( phenocopy) ：指由环境因子引起的表型改变与由基因引起的表型改变相似的现象 *​ 短肢畸型（phcomelia） 反应停（thalidomide） *​ 　遗传学家Goldschmidt曾经做过以下实验：将孵化后4～7d的黑腹果蝇的野生型(红眼、长翅、灰体、直刚毛)的幼虫经35～37℃处理6～24h(正常培养温度为25℃)，获得了一些翅形、眼形与某些突变型(如残翅vgvg)表型一样的果蝇。但是，这些果蝇的后代仍然是野生型的长翅。实验说明，某些环境因素(如温度)影响生物体的幼体的特定发育阶段的某些生化反应速率，这些环境因素的变化使幼体发生了相似于突变体表型的变化。 *​ 这些果蝇的后代仍然是野生型的长翅。实验说明，某些环境因素(如温度)影响生物体幼体特定发育阶段的某些生化反应速率，这些环境因素的变化使幼体发生了相似于突变体表型的变化，但其基因型是不变的。 *​ 残翅（vgvg) 长翅（vgvg) 残翅(vgvg) 常温 残翅（vgvg) 先天性软骨发育不全 四．双生子研究 表4-1 不同情况下肺结核的共发病率 双生子 多因一效与一因多效 Multigenic Effect & Pleiotropism *​ 一、多因一效(multigenic effect) *​ 二、一因多效(pleiotropism) 一、多因一效(multigenic effect) *​ 多因一效：由多对基因控制、影响同一性状表现的现象称为多因一效(multigenic effect)。 *​ 生化基础：一个性状形成是由许多基因所控制的许多生化过程连续作用的结果。 *​  如：玉米正常叶绿素的形成与50多对不同的基因有关，分别控制叶绿素不同成份形成或不同发育阶段的生化反应。 生物体内基因作用的表达是一个非常复杂的生化反应过程，除了上述简单的基因间相互作用外，实际上许多性状是由超过两对基因的相互作用产生的，如在玉米中： *​  A1和a1决定花青素的有无 *​  A2和a2决定花有素的有元 *​  C和c决定糊粉层颜色的有无 *​  R和r决定糊粉层颜色的有无 *​ 当A1_A2_C_R_四个显性基因都存在时，胚乳是红色的，这时当另一显性基因Pr存在时，胚乳紫色，所以可以说胚乳的紫色和红色是由Pr和pr这对等位基因决定的。但这有个条件，即在A1，A2，C，R四个显性基因存在的条件下，Pr_才显示出紫色，prpr红色，否则即使Pr存在，它不会显示紫色，也不会显示红色，而是无色的。 *​ 紫色胚乳植株的基因型必须是：A1_A2_C_R_ Pr_，红色胚乳的植株的基因型必须是：A1_A2_C_R_prpr。因此,等位基因Pr和pr决定紫色和红色只是一种简单化了的说法。 *​ 我们说某对基因决定某一性状，是在其他基因都相同的情况下才成立的，其实—个性状受到若干个基因的控制，是一个非常复杂的过程。 *​ 当前面四个基因均为显性(A1_ A2_ C_ R_ )时，若为Pr_，因能合成物质E，则胚乳呈紫色，若为prpr，因不能合成物质E，只有D物质，故胚乳为红色；同样，若A1，A2，C中某一个为隐性纯合体，均无法产生物质D，因没有合成色素的前体，故尽管Pr或R基因为显性，胚乳仍表现为无色。 二、一因多效(pleiotropism) ：一个基因影响、控制多个性状发育的现象。 先天性成骨不全（Osteogenesis inperfecta）人类成骨不全显性遗传病，一个座位上的基因发生改变，使患者可以同时有多发性骨折、蓝色巩膜和耳聋等3种不同的病症。当然由于表现度的差异，也可能只有其中一种或两种临床表现。 性状上存在差别： 这些性状的起因都是因为这一对基因的差异—鸡毛的翻与不翻，从而影响到鸡的体温、代谢、心跳等。 *​ 由一对基因的差异引起许多性状的变化，在生物界是非常普遍的。例如，果蝇的残翅基因不仅使翅膀大大缩小，而且也使平衡棍的第三节大为缩小，刚毛竖起和生殖器官的某些部分改变形状，也影响到它的寿命和幼虫的生活力等。 第二节 显隐关系的相对性 Genotype Traits & It’s Relationship to Environment 一、相对性状的显隐性关系 二、显隐性关系的相对性 三、基因作用的代谢基础 四、性状表现与环境 *​ 基因互作(interaction of genes)： 一、相对性状的显隐性关系 (一)、显隐性关系的类型. *​ 豌豆七对相对性状的研究表明：杂合体(F1)总是表现为亲本之一的性状(显性性状)； 且杂种F2表现3:1显隐性分离比例。 显隐性关系的类型： 1.完全显性 (complete dominance) 2.不完全显性 (incomplete dominance) 3.共显性 (codominance) 4.镶嵌显性 (mosaic dominance) 显性的表现及作用机理（实质） 完全显性： *​ 黑尿症：正常人具有尿黑酸氧化酶，使尿黑酸转化为乙酰醋酸，最后分解为CO2和水。黑尿症患者无尿黑酸氧化酶。尿液中含有尿黑酸，排出经氧化后变黑。黑尿病基因为a，患者基因型aa，正常人为AA或Aa。 苯丙酮尿症：PP个体不能形成苯丙氨酸羟化酶，使苯丙氨酸不能转化为酪氨酸。进一步引起下列反应： （1）苯丙氨酸自发转化为一种有毒物质苯丙酮酸，随尿排出。 （2）过量苯丙氨酸积累，损害中枢神经系统，影响智力发育。 （3）血液中苯丙氨酸积累抑制了酪氨酸的代谢。后者是黑色素的前体，造成白化病，无正常的酪氨酸酶。酪氨酸酶的基因为C。正常人为CC或Cc，白化病人为cc。 不完全显性 (incomplete dominance ) 不完全显性：柯伦斯：紫茉莉(Mirabilis jalapa)的花色遗传 *​ 用紫茉莉红花亲本与白花亲本杂交： *​ 杂种F1表现为双亲的中间类型，开粉红色花； *​ F2出现红花、粉红花和白花三种类型，呈1:2:1的比例。 紫茉莉的花色遗传 incomplete dominance不完全显性 金鱼草 *​ 在家蚕（Bombyx mori）中，皮肤斑纹的种类很多，黑缟蚕的各个环节都有一黑色带，仅节间膜部分是白色；白蚕的表皮中没有黑色素的沉积，各个环节都呈白色。 *​ 把黑缟蚕与白蚕杂交，子一代全是淡黑缟，它们的色斑在两亲之间，而稍稍偏向黑缟斑。子一代的雌蚕与雄蚕相互交配，得到子二代，其中1／4个体是黑缟，2／4个体是淡黑缟，1／4个体是白蚕。 *​ 人的天然卷发也是由一对不完全显性基因决定的，其中卷发基因W对直发基因w是不完全显性。纯合体WW的头发十分卷曲，杂合体Ww的头发中等程度卷曲，ww则为直发。 胚乳是两个极核和一个精核受精发育成的 三倍体组织 杂种YYy互交,当代果穗上种子中胚乳 基因型有： YYY、YYy、Yyy、yyy 玉米黄素氧化断裂形成VA，若分别测定上述四种基因型中VA含量， YYy ↓自交 YYY YYy Yyy yyy 0.75 0.5 0.25 0.00. （ 每克胚乳中VA含量） 例2 安德鲁西鸡羽毛颜色遗传 安德鲁西鸡羽毛颜色遗传 3. 共显性/并显性(codominance) *​ 两个纯合亲本杂交： 人镰刀形贫血病遗传 *​ 正常人红细胞呈碟形，镰(刀)形贫血症患者呈镰刀形； *​ 患者和正常人结婚，子女(F1)红细胞既有碟形，又有镰刀形。 *​ 从红细胞的形状来看，其遗传是属于共显性。 人类红细胞形状的遗传 镰刀型细胞贫血症 正常人的红血球是碟形 镰形红血球贫血病患者的红血球细胞呈是镰刀形 镰形红血球贫血病患者和正常人结婚所生的子女，他们的红血球细胞，即有碟形又有镰刀形 并显性（等显性，无显性） 双亲性状同时在后代个体上出现，这是由于控制基本性状的一对等位基因各自产生互有差异的酶，并分别发生作用的结果。 特点：1）F1代同时显示双亲所表现性 2）F2表型比 1:2:1 codominance等显性 MN血型遗传 基因型 表型 LMLN x LMLN ↓ LMLM M 1/4 LMLM LMLN MN 1/2 LMLN LNLN N 1/4 LNLN 1 : 2 : 1 遗传学实质 1) M → N后,并没有丧失合成某种产物的能力 2) F1的一对等位基因M、N虽然在一起，但二者都有独立的作用，可以产生各自的基因产物——酶，从而使它们各自控制的性状在F1个体中同时表现出来。 4.镶嵌显性(mosai dominance) *​ 双亲的性状在后代同一个体不同部位表现出来，形成镶嵌图式。 *​ 例：异色瓢虫色斑遗传。 *​ 与共显性并没有实质差异都具有定性的作用。 例：大豆种皮颜色遗传. *​ 大豆有黄色种皮(黄豆)和黑色种皮(黑豆). *​ 若用黄豆与黑豆杂交：F1的种皮颜色为黑黄镶嵌(花脸豆)；F2表现型为1/4黄色种皮、2/4黑黄镶嵌、1/4黑色种皮。 鞘翅瓢虫 二、显隐性关系的相对性 *​ 显性作用类型之间往往没有严格的界限，只是根据对性状表现的观察和分析进行的一种划分，因而显隐性关系是相对的。 *​ 不同的观察和分析的水平或者不同的分析角度看，相对性状间可能表现不同显隐性关系。 例2 镰刀形贫血病的遗传 *​ 镰刀形贫血病是由于珠蛋白链上的第6个疏水性的氨基酸取代亲水性的谷氨酸所引起，镰刀形血红蛋白HbS在脱氧状态下比正常血红蛋白HbA的溶解度低5倍。 *​ 从病症表现上来看，又可认为镰刀形贫血病是不完全显性(表现为两种纯合体的中间类型)。 *​ 基因型纯合的贫血病人经常性表现为贫血； *​ 杂合体在一般情况下表现正常，而在缺氧的条件下会表现为贫血。 镰形 四、性状表现与环境 *​ 本世纪初有一种倾向，认为那些明显符合孟德尔式遗传的性状才是遗传的，而那些受环境影响的性状是由环境所决定，与遗传无关。 *​ 事实上，生物的绝大多数性状是遗传与环境共同作用的结果。 *​ 影响性状表现的环境分外环境和内环境(生理环境)两方面。不同性状受环境影响的程度不同： *​ 一些性状通常不受环境条件影响而发生表现类型明显改变，如CC个体开红花，cc个体开白花。 1. 生理环境(内环境)对性状 表现的影响 *​ 同一种基因型，处于不同的遗传背景(其它各对基因的组成)和生理环境下，可能会表现出不同的性状，等位基因间的显隐性关系也可能发生改变。 *​ 例如，绵羊有角/无角性状的遗传。 *​ HH基因型的个体无论母羊还是公羊都有角， *​ hh基因型的个体则无论是母羊还是公羊都无角。 *​ 杂合体(Hh)的公羊表现为有角，Hh的母羊则表现为无角。 *​ 杂合体(Hh)处于公羊的生理环境下，H表现为显性，表现出有角；而处于母羊的生理环境下，H表现为隐性，h表现为显性。 绵羊 2. 外界环境条件对性状表现的影响 *​ 相同基因型个体处于不同外界环境中，可能产生不同的性状表现。因此，显性作用的相对性，还表现在外界条件的不同可能改变显隐性关系。 *​ 例：金鱼草(Antirhinum majus)红花品种与象牙色花品种杂交，其F1： *​ 如果培育在低温、强光用的条件下，花为红色； *​ 如果在高温、遮光的条件下，花为象牙色。 2.不同环境条件对显隐性的影响 (1)外部环境 红色花 × 淡黄色 ↓ 光充足低温： 红色花 光不足温暖： 淡黄色 光充足温暖： 粉红色 金鱼草有红色花和 淡黄色花两种不同的品系 2 .显性与环境的影响 内环境作用：人类秃顶 外环境作用：1、曼陀罗，茎的紫色和绿色是一对相对性状。 第三节．复等位基因 (multiple alelles) 复等位基因：在二倍体生物的个体中，一种基因（在一个基因座位上）只有两个等位基因，而在群体中可能存在两个以上且作用类同的一组等位基因，这些基因被称为复等位基因。 人类ABO系统血型表 血型表型 基因型 抗原 抗体 基因和产物 (在细胞膜上) (在血清中) A IAIA,Iai A β（抗B）IA(9q34) N-乙酰 半乳糖转移酶 B IBIB,Ibi B α（抗A) IB(9q34) 半乳糖转移酶 AB IAIB AB - 二者兼有 O ii - αβ（抗A抗B） i(9q34) 无相应产物 各种复等位基因可以在同一生物类型的不同个体同时存在 但在一个二倍体个内只能有其中的一对等位基因的存在。 一.ABO血型 是由三个复等位基因 IA、IB、i组成的，其中IA、IB是并显性的，IA、IB相对于i是显性 。它们组成了六种基因型，四种表型。 血型遗传学 1667年 法国 Denys首次把羊血输给病人。 1818年 英国 Blundell首次人之间输。 1900年 奥地利Landsteiner发现了ABO血型系统 1926年奥地利 Landsteiner发现了MN血型系统 1927年奥地利 Landsteiner发现了P血型 1939年奥地利 Landsteiner发现了Rh血型 a)       Rh血型的基因型 位于1号染色体短臂的末端。由3对等位基因控制（ Fisher理论 ）Cc.Dd.Ee，是Rh阳性还是阴性主要取决于是D还是d，D决定是阳Rh+，d决定是阴性Rh-，如Cde/ cDE为Rh阳性，Cde/ cdE为Rh阴性。 ｂ）什么情况下会出现新生儿溶血？ ①丈夫Rh+，妻子Rh-，第二胎孩子Rh+ ②Rh-的女性输过的Rh+血液，在体内产生Rh+抗体，第二次再输入Rh+血液产生凝聚反应 ③Rh-的女性输过的Rh+血