分子遗传学绪论概述.ppt

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1、分子遗传学分子遗传学授课教师：刘自强授课教师：刘自强2011年年2月月授课要求授课要求：通过本课程的学习，掌握分子遗传：通过本课程的学习，掌握分子遗传学的基本概念、原理、技术和方法，为以后的学的基本概念、原理、技术和方法，为以后的学习和工作打下基础。学习和工作打下基础。32学时学时，16次课，无实验次课，无实验考试方式考试方式：关于分子遗传某一领域的研究进展：关于分子遗传某一领域的研究进展考试成绩考试成绩：平时成绩：平时成绩(考查迟到、早退，课堂考查迟到、早退，课堂提问、讨论及遵守课堂纪律等方面提问、讨论及遵守课堂纪律等方面)，上讲台上讲台做做研究性报告，综述研究性报告，综述。第一章第一章 绪

2、论绪论 遗遗 传传 学学（geneticsgenetics）是是 于于 19091909年年 由由BatesonsBatesons首首先先提提出出的的，GeneGene是是希希腊腊字字根根，有有出出生生与与祖祖先先之之意意，GeneticsGenetics含含义义是是出出生生与与祖祖先的关系。先的关系。遗遗传传学学主主要要研研究究遗遗传传物物质质的的结结构构与与功功能能，以及遗传信息的传递与表达。以及遗传信息的传递与表达。遗传学有以下特点。遗传学有以下特点。遗传学有以下特点。遗传学有以下特点。推推推推理理理理性性性性 根根根根据据据据自自自自然然然然现现现现象象象象和和和和实实实实验验验验结结

3、结结果果果果提提提提出出出出一一一一种种种种假假假假说说说说，再再再再通通通通过过过过实实实实验加以验证。验加以验证。验加以验证。验加以验证。综综综综合合合合性性性性 是是是是与与与与生生生生物物物物科科科科学学学学领领领领域域域域的的的的学学学学科科科科、自自自自然然然然科科科科学学学学乃乃乃乃至至至至社社社社会会会会科科科科学学学学交叉和融合产生的。交叉和融合产生的。交叉和融合产生的。交叉和融合产生的。发发发发展展展展迅迅迅迅速速速速 是是是是生生生生物物物物科科科科学学学学的的的的核核核核心心心心学学学学科科科科，是是是是自自自自然然然然科科科科学学学学发发发发展展展展的的的的前前前前沿

4、沿沿沿学科。学科。学科。学科。应用性强应用性强应用性强应用性强 转化为巨大的生产力，关系到人类的健康长寿。转化为巨大的生产力，关系到人类的健康长寿。转化为巨大的生产力，关系到人类的健康长寿。转化为巨大的生产力，关系到人类的健康长寿。一一.遗传学的建立和发展遗传学的建立和发展 1.1.1.1.遗传学的建立遗传学的建立遗传学的建立遗传学的建立 人类在生产实践中对遗传和变异的感性认识人类在生产实践中对遗传和变异的感性认识人类在生产实践中对遗传和变异的感性认识人类在生产实践中对遗传和变异的感性认识 18181818世世世世纪纪纪纪中中中中叶叶叶叶西西西西欧欧欧欧资资资资本本本本主主主主义义义义经经经经

5、济济济济发发发发展展展展对对对对农农农农牧牧牧牧业业业业提提提提出出出出新要求新要求新要求新要求 孟德尔的卓越贡献孟德尔的卓越贡献孟德尔的卓越贡献孟德尔的卓越贡献 19191919世纪细胞学和胚胎学的发展世纪细胞学和胚胎学的发展世纪细胞学和胚胎学的发展世纪细胞学和胚胎学的发展 孟德尔定律的重新发现孟德尔定律的重新发现孟德尔定律的重新发现孟德尔定律的重新发现 Gregor Mendel 1864 年年 遗传因子假说遗传因子假说（Hypothesis of the inherited factor 1866Hypothesis of the inherited factor 1866）生物性状由遗

6、传因子控制亲代传给子代的是遗传因子（A,a）遗传因子在体细胞内成双（AA,aa），在生殖细胞内为单（A,a）杂合子体细胞内具有成双的遗传因子（Aa）等位的遗传因子独立分离非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中插曲：临终时2.2.遗传学的发展遗传学的发展遗传学的发展遗传学的发展2.1 2.1 细胞遗传学时期细胞遗传学时期细胞遗传学时期细胞遗传学时期 （1900193919001939）从从从从个个个个体体体体水水水水平平平平进进进进入入入入细细细细胞胞胞胞水水水水平平平平，建建建建立立立立了了了了遗遗遗遗传传传传的的的的染染染染色色色色体体体体学学学学说说说说。主主主主要是研究生物性状的遗传规律

7、。要是研究生物性状的遗传规律。要是研究生物性状的遗传规律。要是研究生物性状的遗传规律。Boveri Boveri and and SuttonSutton（19021902）发发发发现现现现遗遗遗遗传传传传因因因因子子子子与与与与染染染染色色色色体体体体行行行行为为为为的的的的平平平平行关系行关系行关系行关系 Morgan Morgan（19101910）提出遗传学第三个基本定律）提出遗传学第三个基本定律）提出遗传学第三个基本定律）提出遗传学第三个基本定律连锁交换定律连锁交换定律连锁交换定律连锁交换定律 Muller(1927)and Stadler(1928)Muller(1927)and

8、Stadler(1928)对动植物诱发突变成功对动植物诱发突变成功对动植物诱发突变成功对动植物诱发突变成功 遗传学、基因、基因型、表现型等概念的提出遗传学、基因、基因型、表现型等概念的提出遗传学、基因、基因型、表现型等概念的提出遗传学、基因、基因型、表现型等概念的提出在孟德尔遗传学的基础上，美国著名的遗传学家Morgan又提出了基因学说-基因在染色体上。连锁遗传规律（1933年诺贝尔奖）2.2 2.2 2.2 2.2 微生物遗传学和生化遗传学时期微生物遗传学和生化遗传学时期微生物遗传学和生化遗传学时期微生物遗传学和生化遗传学时期 （1940195219401952194019521940195

9、2）以以以以微微微微生生生生物物物物为为为为材材材材料料料料，采采采采用用用用生生生生化化化化方方方方法法法法开开开开始始始始探探探探索索索索遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质的的的的本本本本质质质质和功能和功能和功能和功能 Griffith(1928)Griffith(1928)Griffith(1928)Griffith(1928)发现肺炎球菌的转化现象发现肺炎球菌的转化现象发现肺炎球菌的转化现象发现肺炎球菌的转化现象 Avery(1944)Avery(1944)Avery(1944)Avery(1944)证明证明证明证明DNADNADNADNA是转化因子（遗传物质）是转化因子（遗传物质）是

10、转化因子（遗传物质）是转化因子（遗传物质）Beadle(1941)Beadle(1941)Beadle(1941)Beadle(1941)提出提出提出提出“一基因一酶一基因一酶一基因一酶一基因一酶”假说假说假说假说 Hershey(1952)Hershey(1952)Hershey(1952)Hershey(1952)用噬菌体证明用噬菌体证明用噬菌体证明用噬菌体证明DNADNADNADNA是遗传物质是遗传物质是遗传物质是遗传物质 奥斯瓦德奥斯瓦德艾弗里艾弗里 Oswald Avery 的历史贡献的历史贡献1948年退休。年退休。诺贝尔委员会因未在他死前诺贝尔委员会因未在他死前颁给他诺贝尔奖而备

11、受指责颁给他诺贝尔奖而备受指责（1877-1955）1928-19441928-1944进行进行进行进行1616年的肺炎链球菌遗传转化研究年的肺炎链球菌遗传转化研究年的肺炎链球菌遗传转化研究年的肺炎链球菌遗传转化研究证明证明证明证明DNADNA是遗传因子是遗传因子是遗传因子是遗传因子 一生的遗憾是由于一生的遗憾是由于一生的遗憾是由于一生的遗憾是由于科学家对核酸的了解还知之甚少科学家对核酸的了解还知之甚少科学家对核酸的了解还知之甚少科学家对核酸的了解还知之甚少DNADNA分子的功能也就更不为人知分子的功能也就更不为人知分子的功能也就更不为人知分子的功能也就更不为人知 蛋白质可能是遗传专一性的决定

12、分子蛋白质可能是遗传专一性的决定分子蛋白质可能是遗传专一性的决定分子蛋白质可能是遗传专一性的决定分子 DNaseDNase失活实验中未能完全排除对蛋白酶的失活失活实验中未能完全排除对蛋白酶的失活失活实验中未能完全排除对蛋白酶的失活失活实验中未能完全排除对蛋白酶的失活 内向，缺少讨论内向，缺少讨论内向，缺少讨论内向，缺少讨论第一个动摇了第一个动摇了“蛋白质是基因蛋白质是基因”的理念的理念奠定了奠定了“DNA是遗传物质是遗传物质”的理论基础的理论基础尽管Avery的实验未引起概念的变革但他的研究工作引起了但他的研究工作引起了但他的研究工作引起了但他的研究工作引起了Er-Win ChargaffEr

13、-Win Chargaff的极大兴趣的极大兴趣的极大兴趣的极大兴趣为提出为提出为提出为提出DNADNA双螺旋结构模型器到了非常重要的作用双螺旋结构模型器到了非常重要的作用双螺旋结构模型器到了非常重要的作用双螺旋结构模型器到了非常重要的作用19521952年（年（年（年（8 8年后）年后）年后）年后）M.Delbruck,S.E.Luria,A.HersheyM.Delbruck,S.E.Luria,A.Hershey对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究对噬菌体繁殖过程开展了深入的研究证明了证明了证明了证明了DNADNA是主要的遗传物质

14、是主要的遗传物质是主要的遗传物质是主要的遗传物质（19691969年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）成功的因素成功的因素人们已经认识到DNA可能在遗传过程中有重要作用他们的科学论文几乎与Watson和Crick的论文同时发表，从而得到了媒体的广泛宣传Avery是孤立的研究者，较少参加学术交流与科学讨论，研究结果未能引起人们的注意的结果通过“噬菌体研究组”的学术关系和网络得到了迅速的传播和广泛的理解19411941年，年，年，年，Georage BeadleGeorage Beadle和和和和Edward Tatum Edward Tatum 提出的提出的提出的提出的“一个基因一个

15、酶一个基因一个酶一个基因一个酶一个基因一个酶”的假说的假说的假说的假说（19581958年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）说明了基因的生化作用本质是控制着酶的合成说明了基因的生化作用本质是控制着酶的合成说明了基因的生化作用本质是控制着酶的合成说明了基因的生化作用本质是控制着酶的合成生物化学和遗传学之间的联合迈出的第一步生物化学和遗传学之间的联合迈出的第一步生物化学和遗传学之间的联合迈出的第一步生物化学和遗传学之间的联合迈出的第一步G.Beadle&E.Tatum2.3 2.3 2.3 2.3 分子遗传学时期分子遗传学时期分子遗传学时期分子遗传学时期 （1952 1952 1952

16、 1952）Watson Watson Watson Watson and and and and Crick Crick Crick Crick(1953)(1953)(1953)(1953)提提提提出出出出DNADNADNADNA双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋结结结结构模型构模型构模型构模型 Benzer(1955)Benzer(1955)Benzer(1955)Benzer(1955)研究基因的精细结构研究基因的精细结构研究基因的精细结构研究基因的精细结构 Crick(1958)Crick(1958)Crick(1958)Crick(1958)提出中心法则提出中心法则提出中心法则提出中心法则

17、Monod and Jacob(1961)Monod and Jacob(1961)Monod and Jacob(1961)Monod and Jacob(1961)提出操纵子学说提出操纵子学说提出操纵子学说提出操纵子学说 Nirenbeng(1965)Nirenbeng(1965)Nirenbeng(1965)Nirenbeng(1965)破译遗传密码破译遗传密码破译遗传密码破译遗传密码DNA双螺旋结构的揭示分子生物学的重要里程碑分子生物学的重要里程碑Francis Crick(35y)James Watson(23y)1951 James Watson（Luria的第一个研究生的第一个研

18、究生 23y）丹麦丹麦 哥本哈根哥本哈根Kalckar Lab.博士后博士后1951年，剑桥大学年，剑桥大学 Cavendish Lab.访问意大利那不勒斯动物研究所时Kings Lab.London UniversityMaurice Wilkins性格不同，专业互补性格不同，专业互补紧密合作，锁定目标紧密合作，锁定目标在确定在确定DNA分子结构的研究分子结构的研究中，没有用中，没有用DNA分子做任何分子做任何一个实验一个实验开创了一种研究风格开创了一种研究风格“对文章和实验进行对文章和实验进行讨论交流是重中之重，讨论交流是重中之重，理论和讨论比实验和理论和讨论比实验和观察更为重要观察更为重

19、要”。“研究与讨论，分析研究与讨论，分析与推论是建立在大量与推论是建立在大量实验数据和科学论文实验数据和科学论文的基础上的的基础上的”优秀女科学家优秀女科学家在双螺旋结构发现几年后，因癌在双螺旋结构发现几年后，因癌症而病逝，对揭示症而病逝，对揭示DNA双螺旋结双螺旋结构做出过重要贡献，却受到歧视构做出过重要贡献，却受到歧视和不公正待遇和不公正待遇助手！待遇！助手！待遇！背景！交流！背景！交流！高质量的高质量的DNA X射线衍射图谱，射线衍射图谱，核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，核糖与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有配对的碱基每一节上都有配对的碱基Rosalind FranklinKings La

20、b.London University UKJames Watson(34y)Francis Crick(46y)Maurice Wilkins(46y)DNA 双螺旋模型双螺旋模型 19531962年诺贝尔奖年诺贝尔奖乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型开辟了分子遗传开辟了分子遗传学研究新天地学研究新天地退役军医，被退役军医，被Andre Lwoff招聘，从事生物学招聘，从事生物学研究，利用研究，利用Hfr的结合实验，对原噬菌体在细的结合实验，对原噬菌体在细菌染色体上的整合位点进行了非常准确的定位菌染色体上的整合位点进行了非常准确的定位Jacques MonodFrancois Jocob 出生于一

21、个传统的教徒家庭，在出生于一个传统的教徒家庭，在出生于一个传统的教徒家庭，在出生于一个传统的教徒家庭，在Andre Andre LwoffLwoff的带领下，开始了微生物营养的研究生涯，发现的带领下，开始了微生物营养的研究生涯，发现的带领下，开始了微生物营养的研究生涯，发现的带领下，开始了微生物营养的研究生涯，发现了细菌的了细菌的了细菌的了细菌的“二次生长二次生长二次生长二次生长”(diuaxy)”(diuaxy)现象现象现象现象乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型1960年，他们在对大肠杆菌乳糖代谢的研究中发现年，他们在对大肠杆菌乳糖代谢的研究中发现半半乳糖苷酶在有乳糖存在的条件下才表达的一种乳糖苷

22、酶在有乳糖存在的条件下才表达的一种“诱导酶诱导酶”Francois Jacob (44y)Jacques Monod (55y)(French)Lac.Operon Theory1965年诺贝尔奖年诺贝尔奖信使的发现信使的发现破译遗传密码破译遗传密码破解遗传密码破解遗传密码DNA双螺旋结构揭示之后的又一研究热点双螺旋结构揭示之后的又一研究热点遗传学家：遗传学家：根据根据DNA的结构和基因在细胞中的结构和基因在细胞中的作用进行推断的作用进行推断生物化学家：生物化学家：建立体外的蛋白质合成系统建立体外的蛋白质合成系统生物化学家在破译遗传密码中所做出的生物化学家在破译遗传密码中所做出的贡献成为分子遗

23、传学最卓越的发现之一贡献成为分子遗传学最卓越的发现之一同在美国华盛顿国家关节炎同在美国华盛顿国家关节炎和代谢疾病研究所工作的两和代谢疾病研究所工作的两位名不经传的德国生物学家位名不经传的德国生物学家Marshall Nirenberg约翰马太约翰马太(Johann Heinrich Matthaei)和马歇尔尼伦伯格和马歇尔尼伦伯格(Marshall Nirenberg)的成功的成功全是靠运气！全是靠运气！1968年年诺贝尔诺贝尔奖奖R.Holley H.G.Khorana M.Nirenberg pakistanH.Gobind Khorana(46y)How to synthesize t

24、riplet RNAMarshall Nirenberg(41y)遗传密码遗传密码Robert Holley(46y)tRNAphe 三叶草结构三叶草结构eGobind Khorana建立了合成具有特定碱基序列的建立了合成具有特定碱基序列的OligoNt的有效方法的有效方法简便快速简便快速促进了在随后促进了在随后5年内所有密码的破译年内所有密码的破译 70707070年年年年代代代代 DNADNADNADNA重重重重组组组组技技技技术术术术(1980(1980(1980(1980，Berg)Berg)Berg)Berg)，DNADNADNADNA测测测测试试试试技技技技术术术术(1977(19

25、77(1977(1977，Sanger),Sanger),Sanger),Sanger),逆逆逆逆转转转转录录录录酶酶酶酶发发发发现现现现(1970(1970(1970(1970，Temin),Temin),Temin),Temin),限限限限制制制制内内内内 切切切切 酶酶酶酶 发发发发 现现现现(1978(1978(1978(1978，Smith),Smith),Smith),Smith),内内内内 含含含含 子子子子 发发发发 现现现现(1977(1977(1977(1977，Sharp)Sharp)Sharp)Sharp)Paul BergStanford University 192

26、6-Frederick Sanger MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge,Great Britain 1918-Hamilton O.Smith Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore,USA 1931-Howard Temin 80808080年代年代年代年代 PCR PCR PCR PCR技术技术技术技术(1986(1986(1986(1986，Kary Mullis),Kary Mullis),Kary Mullis),Kary Mullis),转座子转座子转座子转

27、座子移动移动移动移动(1983(1983(1983(1983，McClintock),McClintock),McClintock),McClintock),核糖酶发现核糖酶发现核糖酶发现核糖酶发现(1981(1981(1981(1981，Cech),Cech),Cech),Cech),细胞大规模培养，动植物转基因技术细胞大规模培养，动植物转基因技术细胞大规模培养，动植物转基因技术细胞大规模培养，动植物转基因技术Thomas R.Cech University of Colorado Boulder,CO,USA 1947-Barbara McClintockKary MullisKary M

28、ullis 9090年代年代年代年代 人类基因组计划，克隆动物人类基因组计划，克隆动物人类基因组计划，克隆动物人类基因组计划，克隆动物 2121世初世初世初世初 人类遗传密码草图面世人类遗传密码草图面世人类遗传密码草图面世人类遗传密码草图面世 其它物种基因组测序其它物种基因组测序其它物种基因组测序其它物种基因组测序二二 分子遗传学的研究内容分子遗传学的研究内容 分子遗传学不同于一般的遗传学分子遗传学不同于一般的遗传学分子遗传学不同于一般的遗传学分子遗传学不同于一般的遗传学:传统的遗传学主要传统的遗传学主要传统的遗传学主要传统的遗传学主要研究遗传单元在各世代的分布情况研究遗传单元在各世代的分布情

29、况研究遗传单元在各世代的分布情况研究遗传单元在各世代的分布情况,而分子遗传学而分子遗传学而分子遗传学而分子遗传学则着重研究遗传信息大分子在生命系统中的储存、则着重研究遗传信息大分子在生命系统中的储存、则着重研究遗传信息大分子在生命系统中的储存、则着重研究遗传信息大分子在生命系统中的储存、复制、表达及调控过程。复制、表达及调控过程。复制、表达及调控过程。复制、表达及调控过程。DNARNA肽链肽链功能蛋白质功能蛋白质性状（现象型）性状（现象型）信息源信息源信息模板信息模板工作分子工作分子生长、分化、发育过程中的分子事件生长、分化、发育过程中的分子事件中心法则中心法则分子遗传学的范畴分子遗传学的范畴

30、转录转录翻译翻译 分子遗传学分子遗传学分子遗传学分子遗传学不等同于不等同于不等同于不等同于中心法则中心法则中心法则中心法则的演绎：分子遗传学的演绎：分子遗传学的演绎：分子遗传学的演绎：分子遗传学的研究范畴要比中心法则广泛得多，深刻得多。的研究范畴要比中心法则广泛得多，深刻得多。的研究范畴要比中心法则广泛得多，深刻得多。的研究范畴要比中心法则广泛得多，深刻得多。中心法则只是对中心法则只是对中心法则只是对中心法则只是对DNADNA编码序列及其表达在分子水编码序列及其表达在分子水编码序列及其表达在分子水编码序列及其表达在分子水平上的解释，但是从中心法则到性状的形成，仍然平上的解释，但是从中心法则到性

31、状的形成，仍然平上的解释，但是从中心法则到性状的形成，仍然平上的解释，但是从中心法则到性状的形成，仍然是一个复杂的、语焉不详的过程，它不是中心法则是一个复杂的、语焉不详的过程，它不是中心法则是一个复杂的、语焉不详的过程，它不是中心法则是一个复杂的、语焉不详的过程，它不是中心法则所能解释清楚的。所能解释清楚的。所能解释清楚的。所能解释清楚的。分子遗传学分子遗传学分子遗传学分子遗传学也不是核酸及其衍生物（蛋白质）的也不是核酸及其衍生物（蛋白质）的也不是核酸及其衍生物（蛋白质）的也不是核酸及其衍生物（蛋白质）的生物化学生物化学生物化学生物化学。分子遗传学研究的对象是分子水平上的生物学过分子遗传学研究

32、的对象是分子水平上的生物学过分子遗传学研究的对象是分子水平上的生物学过分子遗传学研究的对象是分子水平上的生物学过程程程程遗传及变异的过程。它研究的是动态的生遗传及变异的过程。它研究的是动态的生遗传及变异的过程。它研究的是动态的生遗传及变异的过程。它研究的是动态的生命过程，而不是在试管里或电泳仪上孤立地研究命过程，而不是在试管里或电泳仪上孤立地研究命过程，而不是在试管里或电泳仪上孤立地研究命过程，而不是在试管里或电泳仪上孤立地研究生物大分子的结构与功能的简单的因果关系生物大分子的结构与功能的简单的因果关系生物大分子的结构与功能的简单的因果关系生物大分子的结构与功能的简单的因果关系 分分分分子子子

33、子遗遗遗遗传传传传学学学学是是是是在在在在分分分分子子子子水水水水平平平平上上上上研研研研究究究究生生生生物物物物遗遗遗遗传传传传信信信信息息息息的的的的组组组组成成成成、传传传传递递递递和和和和表表表表达达达达规规规规律律律律的的的的学学学学科科科科，是是是是细细细细胞胞胞胞中中中中动动动动态态态态的的的的遗遗遗遗传传传传变变变变异异异异过过过过程程程程以及与此相关的所有分子事件。以及与此相关的所有分子事件。以及与此相关的所有分子事件。以及与此相关的所有分子事件。1 1 1 1 基因的结构与功能基因的结构与功能基因的结构与功能基因的结构与功能 蛋白质是遗传物质吗？蛋白质是遗传物质吗？蛋白质是

34、遗传物质吗？蛋白质是遗传物质吗？羊羊羊羊搔搔搔搔痒痒痒痒病病病病（scrapiescrapiescrapiescrapie）的的的的病病病病源源源源体体体体朊朊朊朊粒粒粒粒（prionprionprionprion）,也也也也是是是是人人人人类类类类中中中中枢枢枢枢神神神神经经经经系系系系统统统统退退退退化化化化疾疾疾疾病病病病库库库库鲁鲁鲁鲁病病病病（KuruKuruKuruKuru）和和和和克克克克杰杰杰杰氏氏氏氏综综综综合合合合症症症症（CTDCTDCTDCTD）的的的的病病病病源源源源体体体体，也也也也可可可可引引引引起起起起疯疯疯疯牛牛牛牛病即牛脑的海绵状病变（病即牛脑的海绵状病变（

35、病即牛脑的海绵状病变（病即牛脑的海绵状病变（BSEBSEBSEBSE）。）。）。）。朊朊朊朊粒粒粒粒是是是是不不不不含含含含核核核核酸酸酸酸的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质颗颗颗颗粒粒粒粒，但但但但能能能能在在在在宿宿宿宿主主主主细细细细胞胞胞胞内内内内产产产产生生生生与与与与自自自自身身身身相相相相同同同同的的的的分分分分子，并实现相同的功能，这是否意味着蛋白质也可以作为遗传物质呢？子，并实现相同的功能，这是否意味着蛋白质也可以作为遗传物质呢？子，并实现相同的功能，这是否意味着蛋白质也可以作为遗传物质呢？子，并实现相同的功能，这是否意味着蛋白质也可以作为遗传物质呢？实实实实验验验验证证证证明

36、明明明，朊朊朊朊粒粒粒粒不不不不含含含含核核核核酸酸酸酸，不不不不是是是是遗遗遗遗传传传传信信信信息息息息载载载载体体体体，也也也也不不不不能能能能复复复复制制制制，是是是是由由由由基基基基因因因因编编编编码码码码产产产产生生生生的的的的正正正正常常常常蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的复复复复制制制制品品品品。哺哺哺哺乳乳乳乳动动动动物物物物产产产产生生生生一一一一种种种种糖糖糖糖蛋蛋蛋蛋白白白白PrP,PrP,PrP,PrP,人人人人的的的的PrPPrPPrPPrP由由由由253253253253氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸组组组组成成成成，位于第位于第位于第位于第20202020号染色体的短臂

37、上。号染色体的短臂上。号染色体的短臂上。号染色体的短臂上。正正正正常常常常脑脑脑脑组组组组织织织织中中中中的的的的PrPPrPPrPPrP称称称称为为为为PrPPrPPrPPrPc c c c,相相相相对对对对分分分分子子子子质质质质量量量量为为为为33000-3500033000-3500033000-3500033000-35000，对对对对蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶敏敏敏敏感感感感。病病病病变变变变组组组组织织织织中中中中的的的的PrPPrPPrPPrP称称称称为为为为PrPPrPPrPPrPscscscsc,相相相相对对对对分分分分子子子子质质质质量量量量为为为为27000-300002

38、7000-3000027000-3000027000-30000，是是是是PrPPrPPrPPrPc c c c的的的的一一一一段段段段，对对对对蛋蛋蛋蛋白质酶不敏感。白质酶不敏感。白质酶不敏感。白质酶不敏感。PrPPrPPrPPrPc c c c和和和和PrPPrPPrPPrPscscscsc是是是是异异异异构构构构物物物物,氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸组组组组成成成成和和和和排排排排列列列列顺顺顺顺序序序序相相相相同同同同，但但但但三三三三维维维维构构构构象象象象不不不不同同同同。PrPPrPPrPPrPc c c c的的的的4 4 4 4条条条条螺螺螺螺旋旋旋旋会会会会长长长长成成成成部部部

39、部分分分分折折折折叠叠叠叠的的的的单单单单体体体体PrP*,PrP*,PrP*,PrP*,这这这这种种种种中中中中间间间间体体体体可可可可生生生生成成成成PrPPrPPrPPrPc c c c,也也也也可可可可生生生生成成成成PrPPrPPrPPrPscscscsc。外外外外源源源源PrPPrPPrPPrPscscscsc可可可可促促促促使使使使PrP*PrP*PrP*PrP*生生生生成成成成PrPPrPPrPPrPscscscsc,生生生生成成成成PrPPrPPrPPrPscscscsc的的的的过过过过程程程程是是是是不不不不可可可可逆逆逆逆的的的的。PrPPrPPrPPrPscscscsc

40、在在在在神神神神经经经经细细细细胞胞胞胞中中中中大大大大量量量量沉沉沉沉积积积积，引引引引起起起起神神神神经经经经细细细细胞胞胞胞病病病病变变变变，破破破破坏坏坏坏神经细胞功能。神经细胞功能。神经细胞功能。神经细胞功能。PrPPrPPrPPrPscscscsc进进进进入入入入宿宿宿宿主主主主细细细细胞胞胞胞并并并并不不不不是是是是自自自自我我我我复复复复制制制制，而而而而是是是是将将将将细细细细胞胞胞胞基基基基因因因因编编编编码码码码的的的的PrPPrPPrPPrPc c c c转变为转变为转变为转变为PrPPrPPrPPrPsc sc sc sc。核酸具有催化作用吗？核酸具有催化作用吗？核酸

41、具有催化作用吗？核酸具有催化作用吗？酶酶酶酶性性性性核核核核酸酸酸酸（ribozymeribozymeribozymeribozyme）又又又又称称称称为为为为核核核核酶酶酶酶，是是是是一一一一种种种种能能能能催催催催化化化化RNARNARNARNA前前前前体体体体剪剪剪剪接接接接、催催催催化化化化肽肽肽肽链链链链生生生生成成成成的的的的RNARNARNARNA。CechCechCechCech和和和和Altman Altman Altman Altman 80808080年年年年代代代代发发发发现现现现的的的的这这这这种种种种酶酶酶酶改改改改变变变变了了了了“酶酶酶酶就就就就是是是是蛋蛋蛋蛋

42、白白白白质质质质”的的的的传传传传统统统统概概概概念念念念。提提提提示示示示生生生生物物物物进进进进化化化化过过过过程程程程中中中中，RNA RNA RNA RNA 早于早于早于早于DNADNADNADNA和蛋白质出现。和蛋白质出现。和蛋白质出现。和蛋白质出现。包包包包 括括括括 核核核核 酶酶酶酶 和和和和 反反反反 义义义义 DNADNADNADNA、反反反反 义义义义 RNARNARNARNA在在在在 内内内内 的的的的 反反反反 义义义义 寡寡寡寡 聚聚聚聚 核核核核 苷苷苷苷 酸酸酸酸（ASONsASONsASONsASONs）能能能能与与与与其其其其互互互互补补补补的的的的靶靶靶靶

43、序序序序列列列列互互互互补补补补配配配配对对对对，抑抑抑抑制制制制或或或或封封封封闭闭闭闭靶靶靶靶基基基基因因因因的的的的表表表表达达达达。反反反反义义义义技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展被被被被称称称称为为为为生生生生物物物物技技技技术术术术的的的的第第第第二二二二次次次次浪浪浪浪潮潮潮潮，在在在在医医医医学学学学、动植物育种等方面有广阔的应用前景。动植物育种等方面有广阔的应用前景。动植物育种等方面有广阔的应用前景。动植物育种等方面有广阔的应用前景。基因组研究基因组研究 基基基基因因因因组组组组学学学学（genomicsgenomicsgenomicsgenomics）是是是是研研研

44、研究究究究基基基基因因因因结结结结构构构构和和和和功功功功能能能能的的的的新新新新学学学学科科科科(1986),(1986),(1986),(1986),可以分为结构基因组学和功能基因组学可以分为结构基因组学和功能基因组学可以分为结构基因组学和功能基因组学可以分为结构基因组学和功能基因组学.结结结结构构构构基基基基因因因因组组组组学学学学研研研研究究究究基基基基因因因因和和和和基基基基因因因因组组组组的的的的结结结结构构构构,各各各各种种种种遗遗遗遗传传传传元元元元件件件件的的的的序序序序列特性列特性列特性列特性,基因组作图基因组作图基因组作图基因组作图,基因定位等基因定位等基因定位等基因定位

45、等.1990199019901990年年年年,美美美美国国国国能能能能源源源源部部部部和和和和国国国国立立立立卫卫卫卫生生生生研研研研究究究究部部部部合合合合作作作作启启启启动动动动的的的的人人人人类类类类基基基基因因因因组组组组计计计计划划划划,带带带带动动动动了了了了作作作作物物物物、家家家家畜畜畜畜、微微微微生生生生物物物物、模模模模式式式式生生生生物物物物、病病病病源源源源体体体体、药药药药物物物物、环环环环境境境境 等等等等各各各各种种种种基基基基因因因因组组组组的的的的研研研研究究究究，人人人人类类类类基基基基因因因因组组组组计计计计划划划划包包包包括括括括广广广广泛的内容。泛的内

46、容。泛的内容。泛的内容。基基基基因因因因组组组组作作作作图图图图:绘绘绘绘制制制制各各各各条条条条染染染染色色色色体体体体的的的的遗遗遗遗传传传传图图图图、物物物物理理理理图图图图、基基基基因因因因图。图。图。图。测序测序测序测序:测定全基因组测定全基因组测定全基因组测定全基因组DNADNADNADNA分子的核苷酸排列分子的核苷酸排列分子的核苷酸排列分子的核苷酸排列 基基基基因因因因识识识识别别别别:识识识识别别别别基基基基因因因因序序序序列列列列，设设设设法法法法克克克克隆隆隆隆基基基基因因因因，研研研研究究究究基基基基因因因因功功功功能。能。能。能。模模模模式式式式生生生生物物物物:大大大

47、大肠肠肠肠杆杆杆杆菌菌菌菌、酵酵酵酵母母母母菌菌菌菌、线线线线虫虫虫虫、果果果果蝇蝇蝇蝇、小小小小鼠鼠鼠鼠、拟拟拟拟南芥、水稻南芥、水稻南芥、水稻南芥、水稻 发展发展发展发展生物信息学生物信息学生物信息学生物信息学和和和和计算生物学计算生物学计算生物学计算生物学。2 2 基因的传递规律基因的传递规律2.1 2.1 2.1 2.1 单基因孟德尔式遗传单基因孟德尔式遗传单基因孟德尔式遗传单基因孟德尔式遗传 遗遗遗遗传传传传异异异异质质质质性性性性 （genetics genetics genetics genetics heterogeneityheterogeneityheterogeneity

48、heterogeneity）表表表表现现现现为为为为许许许许多多多多基基基基因因因因中中中中的的的的任任任任何何何何一一一一个个个个发发发发生生生生突突突突变变变变，都都都都会会会会造造造造成成成成相相相相同同同同的的的的表表表表型型型型。视视视视网网网网膜膜膜膜色色色色素素素素沉沉沉沉着着着着病病病病是是是是14141414个个个个基基基基因因因因中中中中的的的的任任任任何何何何一一一一个个个个发发发发生生生生突突突突变变变变的的的的结果。结果。结果。结果。等等等等位位位位基基基基因因因因异异异异质质质质性性性性 （allelic allelic allelic allelic hetero

49、geneityheterogeneityheterogeneityheterogeneity）是是是是指指指指同一个基因有多个引起性状改变的突变。同一个基因有多个引起性状改变的突变。同一个基因有多个引起性状改变的突变。同一个基因有多个引起性状改变的突变。表表观观遗遗传传变变异异（epigenetics epigenetics variationvariation）是是指指基基因因DNADNA序序列列不不发发生生改改变变，但但基基因因表表达达时时发发生生可可遗遗传传的的变变异异，造造成成基基因因产产物物改改变变，导导致致表表型型的的改改变变。这这些些变变异异不不符符合合孟孟德德尔尔遗遗传传规规律

50、律。已已发发现现甲甲基基化化、基基因因组组印印记记、RNARNA编辑编辑等。等。甲基化（甲基化（甲基化（甲基化（methylationmethylationmethylationmethylation）在在在在甲甲甲甲基基基基化化化化酶酶酶酶作作作作用用用用下下下下，DNADNADNADNA分分分分子子子子上上上上某某某某个个个个碱碱碱碱基基基基添添添添加加加加上上上上甲甲甲甲基基基基，常常常常见见见见的的的的是是是是加加加加在在在在胞胞胞胞嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶上上上上，形形形形成成成成5-5-5-5-甲甲甲甲基基基基胞胞胞胞嘧嘧嘧嘧啶。含啶。含啶。含啶。含5-5-5-5-甲基胞嘧啶的位置通常是突