2022年遗传学- .pdf

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1、21 原核染色体是褐露的DNA，染色质结构对基因的表达没有明显的调控。真核的染色质DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体，染色质结构对基因的调控是明显的。原核生物中有正调控（乳糖操纵子）和负调控。真核生物迄今已知的主要是正调控，而且一个真核基因通常都有多个调控序列，必须有多个激活物同时特异地结合去才能启动基因的转录。原核生物：转录和翻译的在同一地点同时进行的。真核生物：转录在细胞核中进行，翻译在胞质中进行。真核生物：多细胞，不同细胞表达不一样。原核生物：单细胞。遗传工程所谓的 遗传工程 就是在分子水平上，用人工方法提取（或合成）不同生物的遗传物质，在体外切割、拼接和重新组合。然后通过载体把重组分子

2、引入受体细胞，使外源在受体细胞中进行复制和表达。按人们的需要生产不同的产物或定向地创造生物的新性状，并使之稳定地遗传给下一代。所以 基因工程 也称为遗传工程、基因操作、重组技术。有时人们还称它为基因克隆或分子克隆。遗传工程的 基本操作程序 大致包括：目的基因的制备，载体的选择，体外重组，重组引入受体细胞，克隆转化子的筛选，重组的检测等。第一节基因工程的酶学基础一、限制性核酸内切酶（restriction endonuclease）：限制性内切酶 或限制酶。限制性内切酶本来是微生物细胞中用于专门水解外源的一类酶，其功能是避免外源的干扰或噬菌体的感染，是细胞中的一种防御机制。限制性内切酶分为三类：

3、型酶：分子量较大，反应需 Mg+、S-腺苷酰-L-甲硫氨酸（SAM）、ATP等。这类酶有特异的识别位点但没有特异的切割位点，所以在基因工程中应用不大。型酶：分子量较小（105Da），反应只需Mg+的存在，并且具有以下两个特点，使这类酶在基因工程研究中，得到广泛的应用。?识别位点是一个回文对称结构，并且切割位点也在这一回文对称结构上。?许多型酶切割后，可在上形成粘性末端，有利于片段的重组。型酶：这类酶可识别特定顺序，并在这一顺序的3端 2426bp处切开，所以它的切割位点也是没有特异性的。同裂酶（isoschizomers)：指来源不同但识别相同靶序列的核酸内切酶。同裂酶进行同样的切割，产生同样

4、的末端。但有些同裂、酶对甲基化位点的敏感性不同。同尾酶（isocaudamer）：指来源不同、识别靶序列不同但产生相同的粘性末端的核酸内切酶。利用同尾酶可使切割位点的选择余地更大。限制性核酸内切酶的命名原则：第一个字母：大写，表示所来自的微生物的属名的第一个字母。第二、三字母：小写，表示所来自的微生物种名的第一、二个字母。其它字母：大写或小写，表示所来自的微生物的菌株号。罗马数字：表示该菌株发现的限制酶的编号。例：EcoR I:来自于Escheria coli RY13 的第一个限制酶。二、末端转移酶（terminal transferase）末端脱氧核苷酸转移酶，它所催化的反应与DNA po

5、l I 相似，所不同的是它不需要模板，它可以含有的片段为引物，在端加入核苷酸达几百个。末端转移酶常用于在平头上合成一段寡聚核苷酸，从而形成粘性末端。平末端的另一种处理方式是利用衔接物进行处理，人工加上粘性末端。衔接物是一种人工合成的小分子DNA，约 1020 个核苷酸，其结构特征是含有多种限制性核酸内切酶的酶切位点的回文结构。如：CCGGATCCGG GGCCTAGGCC 将衔接物分子与平末端DNA分子连接，再用限制性核酸内切酶酶切，便可产生粘性末端。这种方法的优点是克隆位点具有限制酶的酶切位点。三、连接酶（DNA ligase）该酶常从噬菌体的受感细胞中提取，是由噬菌体基因组所编码的，所以基

6、因工程中常用的连接酶是连接酶。它可催化中磷酸二脂键的形成，从而使两个片段以共价键的形式结合起来。DNA连接酶对具有粘性末端的DNA分子经退火后能很好地连接，对平末端的DNA分子也可以进行连接，但连接效率较低，必须加大酶的用量。四、反转录酶（reverse transcriptase）这类酶来自于反转录病毒，它可以为模板，催化合成。目前常用的有禽源（AMV）及鼠源（M-MLV）反转录酶两种。五、S1核酸酶：来自于稻谷曲霉，该酶只水解单链DNA，用于将粘性末端水解成平末端及cDNA发夹式结构的处理。第二节基因工程载体载体 是由在细胞中能够自主复制的分子构成的一种遗传成分，通过实验手段可使其它的片段

7、连接在它的上面，而进行复制，作为基因工程的载体，必须具备以下几个性能：?分子较小，可携带比较大的片段。?能独立于染色体而进行自主复制并且是高效的复制。?要有尽可能多种限制酶的切割位点，但每一种限制酶又要最少的切割位点。?有适合的标记，易于选择。?有时还要求载体要能启动外源基因进行转录及表达，并且尽可能是高效的表达。?从安全角度考虑，要求载体不能随便转移，仅限于在某些实验室内特殊菌种内才可复制等等。质粒载体：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -22 质粒是一种独立于染色体外的小分子环状，一般大小约106108D，可自身复制和表达，有的质粒还带有可做为选择性标记

8、的抗药性基因，所以质粒经过适当改选后便可成为良好的载体。作为载体的质粒大多是由天然质粒经人工适当改造而成的，目前已有多种经改造的良好的质粒载体。植物基因工程载体：用于植物基因工程的载体有Ti 质粒载体及病毒载体两类。Ti质粒是存在于根癌农杆菌的一种质粒。根癌农杆菌感染植物时，会在植株的根茎结合部产生未分化的细胞团，即冠瘿瘤。有意思的是在形成冠瘿瘤的同时，一部分Ti 质粒（T DNA）可以重组到植物染色体中去，这一特性使Ti 质粒有希望成为有效的植物基因工程载体，事实上，Ti 质粒是迄今研究得最多的植物基因工程载体。哺乳动物基因工程载体：目前使用的哺乳动物基因载体大多由哺乳动物病毒经改造而成。用

9、得比较多的病毒有猴空泡病毒（SV40）、单纯疱疹病毒（HSV）、Rous 肉瘤病毒、EB病毒等。新霉素抗性选择系统：新霉素是原核生物的抗生素，对真核生物没有抑制作用，但新霉素的类似物G418对真核细胞及原核细胞均具有抑制作用。新霉素抗性基因（neo）能在真核细胞中表达并能使G418失活（neo 基因编码一个磷酸转移酶），细胞可以生长。氯霉素乙酰转移霉检测系统：氯霉素乙酰转移霉（CAT）可使氯霉素乙酰化而失去活性。当cat 基因在真核细胞内表达后，制备细胞提取物，然后加入乙酰辅酶 A及 14C标记的氯霉素，如果细胞中存在cat，可使氯霉素乙酰化，通过薄层层析将乙酰化及未乙酰化的氯霉素分开，再用放

10、射自显影检测。第三节基因工程的应用一、基础理论研究：?基因的结构与功能。?基因的人工定点突变。?人类基因组计划二、医学领域中的应用：?疾病的诊断：包括遗传性疾病与传染性疾病。使用的技术主要有 PCR技术、RFLP用于 ELISA 技术的基因工程抗原、产前诊断等。?疾病的预防：基因工程疫苗。?疾病的治疗：基因工程药物、基因治疗。基因治疗：指利用遗传学的原理治疗人类的疾病。目前人类基因治疗主要集中在遗传性疾病、肿瘤及某些传染性疾病。至 1997 年初，全世界共记录了2103 例基因治疗病例（美国1700 例）。其中68%是治疗肿瘤的，19%是治疗遗传病的，12%治疗传染性疾病等。第一例基因治疗的疾

11、病是1990 年 9 月每个 FDA批准的用 ada（腺苷脱氨酶）基因治疗SCID（严重型联合型免疫缺陷症。第一例接受治疗的是一位4 岁的女孩，第二例是一位9 岁的女孩。我国在遗传病的基因治疗方面也开展地比较早。1991 年 7 月，我国开始进行HEMB（血友病 B，凝血因子 IX 突变）的基因治疗。从一批志愿接受基因治疗的HEMB 患者中选择了两兄弟（伴性遗传）进行治疗。效果明显，1994 年通过卫生部的评审。三、其它领域的应用农作物：主要在抗病虫害、抗逆性、提高品质等方面的转基因作物。至1998 年 4 月，世界各国批准进行的大田实验已达4387 项。畜牧业：培养出了包括猪、牛、羊、马、鸡

12、、鱼等多种动物的转基因动物，涉及的基因有生长激素基因、抗冻基因、抗病毒基因等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -23 生产贵重药物乳腺生物反应器，如：红细胞生成素（肿瘤化疗的辅助药物）、乳铁蛋白（促进铁的吸收）、1-抗胰蛋白酶（治疗囊性纤维化及肺气肿）、凝血因子VIII及 IX（治疗血友病）人血清白蛋白（治疗烧伤）、等。预测到2005 年，年产值可达350亿美圆。第十章遗传物质的改变(一)染色体畸变染色体畸变的概念及其分类型1.概念:由于染色体异常（结构和数量变化）而导致的变异统称染色体畸变。突变是由于遗传物质的改变而导致的。突变可以分为两大类（1）广义的

13、突变包括染色体畸变，就是细胞学上可以看到的染色体改变，包括染色体数目的改变和染色体结构的改变。（2）狭义的突变专指点突变（基因突变），细胞学上看不到，但在表现型上有可遗传的改变。2.类型：按发生的原因可以把染色体畸变分为自发畸变和诱发畸变按畸变的性质可以把染色体畸变分为数目畸变和结构畸变。第一节染色体结构的变异一、染色体结构的畸变及其类型：1、染色体发生变异的原因：外部作用：各种射线、化学药剂、温度剧变等内部作用：生理生化代谢失调、衰老、远缘杂交等正确重接：重新愈合，恢复原状；错误重接：产生结构变异；保持断头：产生结构变异2、染色体断裂的结果：按原顺序再次接合缺失接合时改变原来的重复直线顺序结

14、构变异倒位与其它断片接合易位(1)缺失(deletion):指染色体上某一区段及其所含有的基因一起丢失而引起的变异的现象.缺失的类型 末端缺失与中间缺失缺失的细胞学效应中间缺失的杂合体可观察到缺失圈（环），较大的末端或中间缺失通过染色体组型或分带技术可以观察到。例如：猫叫综合征（46，5p-），慢性骨髓性白血病（46，22q-，也称费城染色体，ph）。缺失的遗传学效应根据丢失的染色体片段的大小不同，缺失表现为不同的遗传学效应。相对于其它染色体畸变，缺失的后果往往比较严重，缺失杂合体即可表现为致死、不育及各种性状。致死：缺失片段较长假显性：缺失片段较短(2)、重复（duplication):指染

15、色体因增加了相同的某个区段而引起的变异现象。重复的类型染色体内重复顺接重复（衔接重复）、反接重复（倒位重复）1 2 3 4 5 6 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 6 5 4 7 8 染色体间重复重复片段存在于另一非同源染色体上，不等交换产生重复及缺失的染色体：重复的细胞学效应在重复杂合体中可观察到各种类型的重复圈（环），也可以通过染色体组型或分带技术进行观察。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -24 重复的遗传学效应重复的遗传学效应相对于缺失比较缓和，当然严重时也会致死。重复有时表现为基因剂量效应。如果蝇的棒眼，位于X染色体上的棒眼基因（B）对

16、野生型（B+）不完全显性，重棒眼（BD）对棒眼也表现为不完全显性。棒眼性状也表现为位置效应，如 B/B 与 BD/B+的表型效应不同。（3）倒位(inversion)：一个染色体同时出现两处断裂，中间的片段扭转 180 度，重新连接起来而使这一片段的基因的排列顺序颠倒的现象。倒位的类型 臂内倒位与臂间倒位臂内倒位：不包括着丝粒区域的倒位。臂间倒位：包括着丝粒区域的倒位。倒位的细胞学效应倒位杂合体在减数分裂时可能有三种不同的配对方式。倒位的遗传学效应抑制或明显减少重组的发生，不论是臂内或臂间倒位，由于倒位环内非姊妹染色单体间发生单交换的产物都带有缺失或重复，不能形成有功能的配子，因而好像交换被抑

17、制了，或相当程度地减少杂合子中的重组。这种现象称为交换抑制因子。倒位杂合体产生的配子部分不育；位置效应：由于倒位改变了基因的序列和相邻基因的位置，导致基因重组值改变，引起表型上的某些变异。平衡致死系（或永久杂种）：利用倒位的交换抑制效应，可以保存带有致死基因的品系。平衡致死系同源染色体的两个成员分别带有两个非等位纯合致死基因，永远以杂合状态保存下来，不发生分离的品系，就叫平衡致死品系。致死突变品系在自交过程中每代产生1/3 的野生型，不利于品系的保存。利用所谓的交换抑制子保存致死突变品系。例如：果蝇第三染色体上的显性基因D（Dichaete，展翅），使双翅向两侧展开。（4）、易位：指两对非同源

18、染色体之间发生的某个区段的转移。易位的类型 平衡易位与不平衡易位平衡易位：也称相互易位，是指两条非同源染色体互相交换染色体片段的易位。较常见，也研究得较多。不平衡易位：也称移位（shift），是指一条染色体的片段转移到另一非同源染色体上的易位。罗伯逊易位：也称着丝粒融合，两条近端着丝粒的非同源染色体在着丝粒区发生横向断裂后从新融合而成。易位的细胞学效应易位杂合体，在粗线期，由于同源部分的紧密配对而出现了富有特征性的十字形图象。平衡易位的细胞学效应杂合体在减数分裂时可见十字型结构，分裂后期会产生单环状或双环状结构。平衡易位的遗传学效应配子部分不育：临近分离产生不育的配子，只有交互分离才可产生可育

19、的配子。假连锁现象易位的发生导致连锁群的改变。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -25 第二节染色体数目的变异 概念：染色体组（n）：正常配子所包含的染色体数，有时也称基因组。基本染色体组（染色体基数，x）：指多倍体生物所包含的祖先种（基本种）的染色体数。例如：人 2n=46 n=23 x=23 水稻 2n=24 n=12 x=12 普通小麦 2n=42 n=21 x=7（六倍体）一、整倍体单倍体：指体细胞内只含有一个染色体组的个体或组织或细胞。即只含有配子的染色体数。类型：单元单倍体：二倍体产生的单倍体，含有一个基本染色体组。多元单倍体：有多倍体产生的单倍

20、体，具有多个基本染色体组。遗传学效应：在动物中，除少数昆虫（如蜜蜂、蚂蚁）外，单倍体一般不能存活。在植物中，单倍体比较常见，有些低等植物的配子体是其生活体，高等植物也可自发产生单倍体。单倍体一般生活能力比较弱，个体较小，不育。人工花药培养可获得单倍体植株，经加倍后可成为所有基因座位都纯合的植株（纯系），后代不发生分离。二、多倍体一般细胞比较大，细胞内容物较多，个体较大。类型：除单倍体外，其它整倍体都是以基本染色体组的数目来划分的。根据染色体的倍数可分为三倍体，四倍体等，加倍的染色体来源又可分为同源多倍体及异源多倍体。同源多倍体：指同一个体或同一物种的染色体加倍而成。由于减数分裂时染色体不能准确

21、配对成二价体。因此，同源三倍体是高度不育的，同源四倍体的育性也非常低。如三倍体的无籽西瓜、三倍体的香蕉（3x=33）等。异源多倍体：是由两个或两个以上的不同物种的个体杂交，杂种经染色体加倍而成的。AA BB AB(多元单倍体）AABB（异源四倍体）染色体加倍由于不同物种的染色体是不同源的，因此是可育的。二、非整倍体指在整倍体的基础上增加或减少一条或几条染色体的细胞、组织或个体。染色体减少：包括单体（2n-1），缺体（2n-2）、双单体（2n-1-1）1、单体和缺体缺少一条染色体的非整倍体称为单体（2n-1）。缺少一对同源染色体的非整倍体称为缺体（2n-2）。二倍体生物的单体一般是不能存活的。在

22、人类中，常染色体单体性的胚胎常死于子宫内。特纳氏综合症(45，X)属性染色体单体。多倍体植物的单体对植物的生活能力影响不是很大，因此单倍体植物在自然界中较为常见。染色体增加：包括三体（2n+1）、四体（2n+2）、双三体（2n+1+1）等。三体相对于单体来说，对个体的生活能力影响小一些，因此在自然界中可见到由单倍体产生的三体，也可见到由二倍体产生的三体。三、人类染色体异常常染色体异常：人类的染色体异常中，缺少一条染色体的配子通常是没有受精能力的，多一条染色体的配子虽然可以受精而形成三体，但三体个体绝大多数在胚胎或胎儿期死亡而表现为自发性流产。先天愚型（Down s syndrome）又称伸舌样

23、痴呆或21 三体综合征或 Down氏综合征。多伴有先天畸形，如扁平头，塌鼻梁，鼻翼宽，眼距大，两眼外角上斜及大舌头等。口半张开，伸舌，四肢较短小，手指短粗，约一半患者可有内弯畸形或小指的第二指节缺失，脚的大趾与次趾分离较宽，患者常有外生殖器发育不良及先天性心脏病，易患白血病。智力低下一般为中度，表现安静、性情较温顺、常傻笑，有一定的模仿能力，但缺乏主动性，可以执行简单的嘱咐，在他人监护下可从事简单的劳动。该病的发病率约1/650，三体型占95%，易位型占4%，嵌合型占 1%。约 20%在出生后第一年死于先天性心脏病和呼吸道感染，平均寿命约18 岁。患者父母正常，是由于减数分裂时染色体不分开所致

24、，母亲的年龄是影响发病率的主要原因。13-三体性综合症：其发育与母孕时年龄较高有关。临床表现重度智力低下，两眼分开较远，小眼，外耳畸形，唇裂，腭裂，躯体其他发育畸形。18-三体性综合征：又称 Edword 综合征。患者有 47 个染色体，其中第 18 号染色体为三体性。这种综合征的发生率随母亲怀孕年龄的增大而递增。其临床表现为重度智力低下，出生时体重过低，生的始终消瘦，肌张力低，伴躯体发育畸形。如枕部突出，形成长颅，外耳畸形，小腭畸形，颈短，胸骨短，手指屈曲畸形，先天性心脏病，脑或脊髓畸形等。性染色体异常：Baar 小体：也称 X小体、性染色质小体，女性间期细胞在细胞核边缘有一深染色块，认为是由于X染色体随机失活引起的。因此细胞内的X染色体数应为Baar 小体数加1。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -