遗传细胞学基础和分子基础PPT课件.ppt

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1、关于遗传的细胞学基础与分子基础第一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第一节第一节 染色体的形态特征与分子结构染色体的形态特征与分子结构一染色质与染色体一染色质与染色体染色质染色质(chromatin)：是指是指间期细胞核间期细胞核内由内由DNA、组蛋、组蛋白，非组蛋白及少量白，非组蛋白及少量RNA组成的，易被碱性染料染色的一组成的，易被碱性染料染色的一种种无定形无定形物质，是间期遗传物质在细胞内的存在形式。物质，是间期遗传物质在细胞内的存在形式。染色体染色体(chromosome)：是是染色质染色质在在细胞分裂过程细胞分裂过程中经中经过紧密缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而形成的，具有过紧密

2、缠绕、折叠、凝缩、精巧包装而形成的，具有固定固定形态形态的遗传物质的存在形式。的遗传物质的存在形式。第二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月染色质染色质常染色质常染色质异染色质异染色质兼性异染色质兼性异染色质组成性异染色质组成性异染色质组组成成性性异异染染色色质质：指指各各类类细细胞胞的的全全部部发发育育过过程程中中都都处处于于凝凝缩缩状状态态的的染染色色质质。大大多多位位于于着着丝丝粒粒区区和和端粒区，不具有转录活性端粒区，不具有转录活性。兼兼性性异异染染色色质质：指指在在特特定定细细胞胞的的某某一一发发育育阶阶段段所所具具有的凝缩状态的染色质。有的凝缩状态的染色质。第三张，PPT共八

3、十九页，创作于2022年6月兼性异染色质：巴氏小体（兼性异染色质：巴氏小体（barr body）第四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月常染色质常染色质异染色质异染色质化学本质相同，以不同的状态存在，一定条件下可互相转化化学本质相同，以不同的状态存在，一定条件下可互相转化结构松散结构松散结构紧密结构紧密着色较浅着色较浅染色较深染色较深螺旋化程度低螺旋化程度低螺旋化程度较高螺旋化程度较高在在S期早、中期复制，转录期早、中期复制，转录活跃活跃在在S期后期复制，期后期复制，转录不转录不活跃活跃染色体大部分区域染色体大部分区域组成性异染色质：着丝粒、端粒周围组成性异染色质：着丝粒、端粒周围兼性异

4、染色质：核膜附近兼性异染色质：核膜附近由单一序列和中度重复序由单一序列和中度重复序列组成列组成组成性异染色质：高度重复序列组成性异染色质：高度重复序列兼性异染色质：失活的兼性异染色质：失活的X染色质染色质 常染色质与异染色质的异同常染色质与异染色质的异同第五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月二染色体的形态特征与超微结构二染色体的形态特征与超微结构1染色体的形态特征染色体的形态特征每一物种有其特定的染色体形态特征，每一物种有其特定的染色体形态特征，以有丝分裂中期和早后期为最典型。以有丝分裂中期和早后期为最典型。染色体的数目染色体的数目因物种而异，同因物种而异，同一物种的染色体一物种的染色

5、体数目是相对稳定数目是相对稳定的的。第六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（1）染色体形态和结构相关的术语）染色体形态和结构相关的术语 染色体单体染色体单体(chromatid)长臂长臂（q）短臂短臂（p）着丝粒着丝粒(centromere)随体随体（satellite）次缢痕次缢痕（second constriction）端粒端粒（telomere）主缢痕主缢痕（primary constriction）第七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（2 2）染色体分类）染色体分类染色体类型染色体类型符号符号臂比臂比着丝粒指数着丝粒指数分裂后形态分裂后形态中央着丝粒中央着丝粒染色体染

6、色体 M1-1.70.5-0.375V近中着丝粒近中着丝粒染色体染色体 SM1.7-30.374-0.25L近端着丝粒近端着丝粒染色体染色体 ST3-70.249-0.125I端着丝粒染端着丝粒染色体色体 T 70.124-0I第八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月中央着丝粒中央着丝粒(M);V近中央着丝粒近中央着丝粒(SM);L近端着丝粒近端着丝粒(ST);I顶端着丝粒顶端着丝粒(T);I中央着丝粒中央着丝粒(M);V近中央着丝粒近中央着丝粒(SM);L近端着丝粒近端着丝粒(ST);I顶端着丝粒顶端着丝粒(T);I第九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（3 3）特殊形态染色体

7、）特殊形态染色体存在于存在于存在于存在于双翅目昆虫幼虫双翅目昆虫幼虫双翅目昆虫幼虫双翅目昆虫幼虫消化道细胞的、有丝分裂消化道细胞的、有丝分裂消化道细胞的、有丝分裂消化道细胞的、有丝分裂间期核中间期核中间期核中间期核中的、一种可见的、巨大的染色体。的、一种可见的、巨大的染色体。双翅目昆虫的双翅目昆虫的幼虫唾腺细胞幼虫唾腺细胞幼虫唾腺细胞幼虫唾腺细胞，多个染色质（，多个染色质（，多个染色质（，多个染色质（5005005005001000100010001000条染色线）重叠成类似染色体状结构。条染色线）重叠成类似染色体状结构。条染色线）重叠成类似染色体状结构。条染色线）重叠成类似染色体状结构。比一

8、般染色体长比一般染色体长比一般染色体长比一般染色体长100100100100200200200200倍，粗倍，粗倍，粗倍，粗100010001000100020002000倍。倍。倍。倍。多线染色体多线染色体(唾线染色体唾线染色体)第十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月唾唾 线线 染染 色色 体体第十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月最先在鲨鱼中发现，后从鱼类、两栖类、最先在鲨鱼中发现，后从鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及某些无脊椎动物的卵母爬行类、鸟类以及某些无脊椎动物的卵母细胞中发现。细胞中发现。呈环的呈环的DNA区域是区域是RNA合成的活跃场所。合成的活跃场所。灯刷染色体

9、灯刷染色体第十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月2染色体的超微结构染色体的超微结构包括：一级结构、二级结构、三级结构和包括：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。四级结构。一级结构：核小体是构成染色质的基本结一级结构：核小体是构成染色质的基本结构单位，是染色质中构单位，是染色质中DNA、RNA和蛋白质组和蛋白质组成一种致密的结构。成一种致密的结构。第十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月核小体：八聚体核小体：八聚体/组蛋白（组蛋白（H3H4和和H2AH2B）+140bpDNA分子（缠绕分子（缠绕1.75圈）圈）核心颗粒核心颗粒之间为之间为60bp的连接的连接DNA片段片段（

10、linker)直径直径11nm圆盘状颗粒圆盘状颗粒核小体。核小体。(压缩压缩1/7)第十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月u染色质的二级结构染色质的二级结构螺线管螺线管H1参与下，核小体紧密连接、螺旋缠绕（参与下，核小体紧密连接、螺旋缠绕（6个个/圈）圈）染染色质纤维（色质纤维（30nm）。）。(压缩压缩1/6)第十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月u染色质的三级结构染色质的三级结构超螺线管超螺线管螺线管进一步盘绕形成，直径螺线管进一步盘绕形成，直径400nm(压缩压缩1/40)u染色质的四级结构染色质的四级结构染色单体染色单体 超螺线管再次折叠而成超螺线管再次折叠而成ch

11、romatid（长（长210 uM）(压缩压缩1/5)5/DNA2-10m/染色单体染色单体长度压缩了近万倍长度压缩了近万倍四级结构螺旋模型四级结构螺旋模型。第十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第二节第二节 染色体在细胞分裂中的行为染色体在细胞分裂中的行为u一细胞周期一细胞周期u二有丝分裂中的染色体行为二有丝分裂中的染色体行为u三减数分裂中的染色体行为三减数分裂中的染色体行为u四遗传的染色体学说四遗传的染色体学说第十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月一细胞周期（一细胞周期（cell cycle）细胞周期：由细胞分裂结束到下一

12、次细胞细胞周期：由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程，所需的时间称细分裂结束所经历的过程，所需的时间称细胞周期。胞周期。G1期期S 期期G2期期M期期第十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月二有丝分裂中的染色体行为二有丝分裂中的染色体行为（一）有丝分裂的过程（一）有丝分裂的过程第二十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第二十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第二十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月Mitosis in action!第二十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（二）有丝分裂的特点：（二）有丝分裂的特点：染色体复制染色体复制1 1

13、次，细胞分裂次，细胞分裂1 1次，次，1 1次分裂次分裂1 1个个细胞形成细胞形成2 2个细胞，子细胞与母细胞一样。个细胞，子细胞与母细胞一样。（三）有丝分裂的意义：（三）有丝分裂的意义：1 1、保证了细胞上下代之间遗传物质的稳定性和连、保证了细胞上下代之间遗传物质的稳定性和连续性。续性。2 2、维持个体的正常生长和发育、维持个体的正常生长和发育 第二十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月三减数分裂中的染色体行为三减数分裂中的染色体行为减减数数分分裂裂：是是一一种种特特殊殊方方式式的的细细胞胞分分裂裂，是是在在配配子子形形成成过过程程中中发发生生的的，包包括括两两次次连连续续的的核核分

14、分裂裂，但但染染色色体体只只复复制制一一次次，因因而而在在形形成成的的四四个个子子细细胞胞核核中中，每每个个核核只只含含有有单倍数的染色体，即染色体数减少一半。单倍数的染色体，即染色体数减少一半。第二十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第二十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 1 细线期细线期 2 偶线期偶线期 3 粗线期粗线期 4 双线期双线期 5 终变期终变期 6 中期中期I 7 后期后期I 8 末期末期I 减数减数I 9 9 前期前期IIII 10 10 中期中期IIII 11 11 后期后期IIII 12 12 末期末期IIII 减数减数IIII减数分裂仅在性母细胞

15、进行。减数分裂有两次分裂减数分裂仅在性母细胞进行。减数分裂有两次分裂:减数第一次分裂和减数第二次分裂。减数第一次分裂和减数第二次分裂。前前期期I I减数间期减数间期减数间期减数间期第二十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月1.1.减数第一次分裂减数第一次分裂（1 1）前期）前期I I细线期（凝集期；花束期）细线期（凝集期；花束期）:细长线状，核仁存在。细长线状，核仁存在。偶线期（配对期或合线期）偶线期（配对期或合线期）:同源染色体开始联会（联会同源染色体开始联会（联会复合体），二价体（四分体）复合体），二价体（四分体）（一）减数分裂（成熟分裂）的过程（一）减数分裂（成熟分裂）的过程第二

16、十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月联会复合体联会复合体（SC）染色质染色质侧体侧体中体中体第二十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月粗粗线线期期（重重组组期期）:发发生生交换，可见二价体。交换，可见二价体。双双线线期期（合合成成期期）:可可见见交交叉。叉。终终变变期期或或称称浓浓缩缩期期:交交叉叉端化。端化。第三十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（2 2）中期）中期I:I:核膜、核仁消失，着丝粒不分裂。核膜、核仁消失，着丝粒不分裂。（3 3）后期）后期I:I:同源染色体分离，向两极移动，同源染色体分离，向两极移动，染色体减半染色体减半 。（4 4）末期）末期I:I

17、:核膜、核仁重现。核膜、核仁重现。第三十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月2.2.减数第二次分裂减数第二次分裂（1 1 1 1）前前前前期期期期II:II:II:II:每每每每条条条条染染染染色色色色体体体体含含含含2 2条条条条姊姊姊姊妹妹妹妹染染染染色色色色单单单单体体体体,染染染染色色色色体体体体数数数数是是是是n n。（2 2）中期）中期）中期）中期II:II:II:II:染色体着丝粒排列在赤道板上。染色体着丝粒排列在赤道板上。（3 3 3 3）后期）后期）后期）后期II:II:II:II:着丝粒纵裂着丝粒纵裂,姊妹染色单体向两极移动。姊妹染色单体向两极移动。（4 4）末期）

18、末期）末期）末期II:II:核膜重新形成。核膜重新形成。第三十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 中 期有丝分裂中期有丝分裂中期减数分裂中期减数分裂中期I和后期和后期I第三十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月水水 稻稻 减减 数数 分分 裂裂1.1.粗线期粗线期2.2.终变期终变期3.3.中期中期4.4.后期后期5.5.末期末期6.6.分裂间期分裂间期7.7.前期前期8.8.中期中期9.9.后期后期 10.10.末期末期11.11.四分体四分体12.12.单核花粉单核花粉13.13.单核分裂花粉单核分裂花粉14.14.二核花粉二核花粉15.15.成熟花粉成熟花粉第三十四张，

19、PPT共八十九页，创作于2022年6月 染色体复制染色体复制1 1次，细胞连续分裂次，细胞连续分裂2 2次；次；1 1次分裂次分裂1 1个细胞形成个细胞形成4 4个细胞，子细胞染个细胞，子细胞染色体是母细胞一半，每个子细胞遗传信息色体是母细胞一半，每个子细胞遗传信息的组合是不同；的组合是不同；具有时空性；具有时空性；前期长而复杂前期长而复杂,同源染色体经历了配对、同源染色体经历了配对、联会、交换，从而使遗传物质发生了重组。联会、交换，从而使遗传物质发生了重组。（二）减数分裂的特点：（二）减数分裂的特点：第三十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月（三）减数分裂的意义（三）减数分裂的意义1

20、.1.保证了物种的相对稳定性：保证了物种的相对稳定性：第三十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月2.2.为为子子代代的的变变异异提提供供了了物物质质基基础础，有有利利于于进进化化：后后期期I I同同源源染染色色体体的的成成员员移移向向两两极极是是随随机机的的，非同源染色体的组合是自由的。非同源染色体的组合是自由的。第三十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月非姊妹染色单体交叉与片断交换非姊妹染色单体交叉与片断交换第三十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月四四 遗传的染色体学说遗传的染色体学说由由Sutton和和Boveri在在1902-1903年间首先提年间首先提出，中心

21、观点是出，中心观点是孟德尔的遗传因孟德尔的遗传因子由染色体携带。子由染色体携带。第三十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第四十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第四十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第三节第三节 生活周期生活周期u一低等植物的生活周期一低等植物的生活周期u二高等植物的生活周期二高等植物的生活周期u三高等动物的生活周期三高等动物的生活周期第四十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月一低等植物的生活周期一低等植物的生活周期粗糙脉孢霉粗糙脉孢霉（Neurospora crassa）第四十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月二高等植物的生活周

22、期二高等植物的生活周期拟南芥拟南芥（Arabidopsis thaliana）第四十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月三高等动物的生活周期三高等动物的生活周期黑腹果蝇黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）第四十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月人类配子形成与生活周期人类配子形成与生活周期第四十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第四十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第四十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第四节第四节 中心法则及其发展中心法则及其发展u一中心法则与遗传信息流一中心法则与遗传信息流1958年年 Crick提出提

23、出Central dogma。第四十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月u二中心法则的修正与发展二中心法则的修正与发展lRNA 的复制的复制lRNA反向合成反向合成DNAlRNA的自催化剪接的自催化剪接lDNA水平上的基因重排水平上的基因重排lRNA编辑编辑l基因中内含子的切除和外显子的连接基因中内含子的切除和外显子的连接l朊粒的感染与繁殖问题朊粒的感染与繁殖问题第五十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月ReplicationRegulationRegulation第五十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月1981年年，Cech研研究究组组在在研研究究四四膜膜虫虫时时发发

24、现现，后后将将这这 一一 类类是是 具具 有有 催催 化化 功功 能能 的的RNA分分 称称 为为 核核 酶酶（ribozyme）。）。lRNA的自催化剪接（的自催化剪接（self-splicing RNAs）核酶研究的意义：核酶研究的意义：核酶的发现核酶的发现打破了酶是蛋白质打破了酶是蛋白质的传统观念，的传统观念，是对中心法则作了重要补充；是对中心法则作了重要补充；RNA作为生物催化剂，具有重要生物学意义，作为生物催化剂，具有重要生物学意义，如如利用核酶的结构设计合成人工核酶，利用核酶的结构设计合成人工核酶，为治疗或为治疗或破坏有害基因、肿瘤等疾病提供手段破坏有害基因、肿瘤等疾病提供手段;在

25、生命起源在生命起源问题上，为先有核酸提供了依据。问题上，为先有核酸提供了依据。第五十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月四膜虫四膜虫rRNA内含子的二级结构内含子的二级结构四膜虫四膜虫rRNA的剪接采用的剪接采用自我剪接自我剪接方式方式5-端核苷酸序列端核苷酸序列第五十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月GOH3G5OH53GOH414G3995339553E1E2I四膜虫四膜虫RNA的自的自我剪接我剪接53L19RNA具有催化活具有催化活性的片段性的片段第五十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月人类免疫球蛋白基因的重排和肽链合成人类免疫球蛋白基因的重排和肽链合成lDN

26、A水平上的基因重排（水平上的基因重排（generearangement）第五十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月H链：分链：分、五类，基因五类，基因位于第位于第14号染色体号染色体L链链链：位于第链：位于第22号染色体号染色体链：位于第链：位于第2号染色体号染色体第五十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月人类免疫球蛋白人类免疫球蛋白链的基因重排和肽链合成链的基因重排和肽链合成第五十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月某些某些mRNA的核苷酸序列的核苷酸序列，在生成转录产物，在生成转录产物后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基，后还需插入、删除或取代一些核苷酸残基，方能生

27、成具有正确翻译功能的模板，这种遗方能生成具有正确翻译功能的模板，这种遗传信息在传信息在mRNA水平上的改变过程，称为水平上的改变过程，称为RNA编辑。编辑。例例:血浆载脂蛋白血浆载脂蛋白Apo B的编辑作用的编辑作用。lRNA编辑编辑（RNAediting）第五十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第五十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月l基因中内含子的切除和外显子的连接基因中内含子的切除和外显子的连接第六十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月鸡卵清蛋白成熟鸡卵清蛋白成熟mRNA与与DNA杂交电镜图杂交电镜图例例1：卵清蛋白基因成熟过程。：卵清蛋白基因成熟过程。第六十一

28、张，PPT共八十九页，创作于2022年6月鸡卵清蛋白基鸡卵清蛋白基因因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录、录、转转录录后后修修饰饰第六十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月例例2:同一转录本同一转录本,在不同的组织在不同的组织,因剪接差异产生因剪接差异产生各自不同的各自不同的mRNA。第六十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月1982年年Prusiner S.B.以叙利亚仓鼠为实验以叙利亚仓鼠为实验材料，发现羊瘙痒病（材料，发现羊瘙痒病（scrapie）的病原体）的病原体是一种蛋白质，不含核酸，命名为是

29、一种蛋白质，不含核酸，命名为prion，意即意即Proteinnaceous Infection ONly，译，译为蛋白质感染因子或朊病毒，为蛋白质感染因子或朊病毒，Prusiner因因此项发现更新了医学感染的概念，获此项发现更新了医学感染的概念，获1997年的诺贝尔生理与医学奖。年的诺贝尔生理与医学奖。l朊粒的感染与繁殖问题朊粒的感染与繁殖问题第六十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第六十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月对蛋白质感染因子的增殖方式有两种解释，一对蛋白质感染因子的增殖方式有两种解释，一种是重折叠模型（种是重折叠模型（refoldingmodel），一种是）

30、，一种是晶种模型（晶种模型（Seedingmodel）。）。第六十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月u三表观遗传变异三表观遗传变异（epigenetic variation）表观遗传变异：在基因的表观遗传变异：在基因的DNA 序列没有发生改序列没有发生改变的情况下，基因功能发生了可遗传的变化，变的情况下，基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致了表型的变化。并最终导致了表型的变化。表观遗传学（表观遗传学（Epigenetics）：）：1942 年的时候年的时候,Waddington C.H.首次提出。几十年后，霍利首次提出。几十年后，霍利迪迪(Holiday R.)提出系统性论断，即表

31、观遗传提出系统性论断，即表观遗传学研究没有学研究没有DNA 序列变化的、可遗传的基因序列变化的、可遗传的基因表达改变的一门学科表达改变的一门学科。它提供了何时、何地、。它提供了何时、何地、以何种方式去应用遗传信息的指令。以何种方式去应用遗传信息的指令。第六十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月表观遗传学是与遗传学相对应的概念：表观遗传学是与遗传学相对应的概念：遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失及基水平变化，如基因突变、基因杂合丢失及基因重组扩增等；因重组扩增等；表观遗传学则是指基于基因序列不发生改变所导表观遗传

32、学则是指基于基因序列不发生改变所导致的基因表达水平变化，如致的基因表达水平变化，如DNA甲基化和染色质甲基化和染色质构象变化等。构象变化等。第六十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月X染色体失活染色体失活目前已发现的表观遗传变异主要有：目前已发现的表观遗传变异主要有：l基因组印记基因组印记l组蛋白修饰组蛋白修饰lDNA甲基化甲基化lRNA编辑（略）编辑（略）第六十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月X染色体失活染色体失活在哺乳动物中，雌雄性个体在哺乳动物中，雌雄性个体X染色体的数目不同染色体的数目不同,这类动物需要以一种方式来解决这类动物需要以一种方式来解决X染色体剂量染色体剂

33、量的差异。在雌性哺乳动物中的差异。在雌性哺乳动物中,两条两条X染色体有染色体有一个是失活的，称为一个是失活的，称为X染色体的剂量补偿染色体的剂量补偿(dosagecompensation)。X染色体失活的选择染色体失活的选择和起始发生在胚胎发育的早期和起始发生在胚胎发育的早期,这个过程被这个过程被X失失活中心活中心(X-inactivationcenter,Xic)所控制，所控制，是一种反义转录调控模式。是一种反义转录调控模式。第七十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月X-失活中心失活中心存在着存在着X染色体失活相关的特异性染色体失活相关的特异性转录基因转录基因Xist(X-inacti

34、ve-specifictranscript)，当，当失活的命令下达时失活的命令下达时,这个基因就会产生一个这个基因就会产生一个17kb不不翻译的翻译的RNA与与X染色体结合，引发失活。染色体结合，引发失活。X失活中失活中心还有心还有“记数记数”的功能，即保持每个二倍体中仅的功能，即保持每个二倍体中仅有一条有一条X染色体有活性，其余全部失活。染色体有活性，其余全部失活。X染色染色体的失活状态需要表观遗传修饰如体的失活状态需要表观遗传修饰如DNA甲基化甲基化来维持。这种失活可以通过有丝分裂或减数分裂来维持。这种失活可以通过有丝分裂或减数分裂遗传给后代。遗传给后代。第七十一张，PPT共八十九页，创作

35、于2022年6月Xist RNA结合在染色体上（见箭头），从结合在染色体上（见箭头），从而关闭整个染色体基因的表达而关闭整个染色体基因的表达 第七十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月lDNA甲基化甲基化所谓所谓DNA甲基化是指在甲基化是指在DNA甲基化转移酶的甲基化转移酶的作用下，以作用下，以S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体，为甲基供体，在基因组在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶二核苷酸的胞嘧啶5-C共价键结共价键结合一个甲基基团。在脊椎动物中，合一个甲基基团。在脊椎动物中，CpG二核二核苷酸是苷酸是DNA甲基化发生的主要位点。甲基化发生的主要位点。CpG常成簇存在，人们

36、将基因组中富含常成簇存在，人们将基因组中富含CpG的一段的一段DNA称为称为CpG岛岛(CpGisland),通常长通常长度在度在1kb2kb左右。左右。第七十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月正常情况下，人类基因组正常情况下，人类基因组“垃圾垃圾”序列的序列的CpG二核苷二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，CpG岛常位于转录调控区附近，且在正常生理情况下，岛常位于转录调控区附近，且在正常生理情况下，CpG岛是非甲基化的。岛是非甲基化的。甲基化一般会使基因失活即基因沉默，去甲基化又甲基化一般会使基因失活即基因沉默，去甲基化

37、又可以使基因重新恢复活性。可以使基因重新恢复活性。体内甲基化状态有三种体内甲基化状态有三种:持续的低甲基化状态，如持家基因持续的低甲基化状态，如持家基因;诱导的去甲基化状态，如发育阶段中的一些基因诱导的去甲基化状态，如发育阶段中的一些基因;高度甲基化状态，如女性的一条缢缩的高度甲基化状态，如女性的一条缢缩的X染色体。染色体。第七十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 DNA 甲基化影响到基因的表达，与肿瘤的发甲基化影响到基因的表达，与肿瘤的发生密切相关，甲基化状态的改变是致癌作用的一生密切相关，甲基化状态的改变是致癌作用的一个关键因素。人类的一些癌症常出现整个基因组个关键因素。人类的一

38、些癌症常出现整个基因组DNA 的低甲基化和的低甲基化和CpG岛局部甲基化程度的异岛局部甲基化程度的异常升高，这将导致常升高，这将导致基因组的不稳定基因组的不稳定(如染色体的如染色体的不稳定、可移动遗传因子的激活、原癌基因不稳定、可移动遗传因子的激活、原癌基因的表达的表达)。当。当CpGs异常甲基化会导致所在基异常甲基化会导致所在基因沉默，这与因沉默，这与56的人类基因组编码基因相关，的人类基因组编码基因相关，特别是特别是CpG岛甲基化可能会导致抑癌基因转录岛甲基化可能会导致抑癌基因转录失活问题。失活问题。第七十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 有专家指出，可以使用有专家指出，可以使

39、用DNA 甲基转移酶抑制甲基转移酶抑制剂来治疗人和小鼠的癌症，其疗效可能是由于这剂来治疗人和小鼠的癌症，其疗效可能是由于这些抑制剂恢复了肿瘤抑制基因的活性。但是这种些抑制剂恢复了肿瘤抑制基因的活性。但是这种导致导致DNA 低甲基化的治疗方式，可能在防止一低甲基化的治疗方式，可能在防止一些癌症发生的同时，也会造成基因组的不稳定些癌症发生的同时，也会造成基因组的不稳定并增加其他组织罹患癌症的风险。这些都是需并增加其他组织罹患癌症的风险。这些都是需要继续深入研究的问题。要继续深入研究的问题。DNA甲基化已经成为甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。表观遗传学和表观基因组学的重要研究内

40、容。第七十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月l组蛋白修饰组蛋白修饰-乙酰化和去乙酰化乙酰化和去乙酰化真核细胞基因组和组蛋白紧密地包装在一起，真核细胞基因组和组蛋白紧密地包装在一起，形成一个个核小体，核小体是构成染色质的形成一个个核小体，核小体是构成染色质的基本单位。基因的表达需要改变染色质的状基本单位。基因的表达需要改变染色质的状态：染色质压缩程度态：染色质压缩程度高高时时基因沉默基因沉默（即无转录（即无转录活性），染色质压缩程度较活性），染色质压缩程度较低低时时基因表达基因表达（即（即有转录活性）。染色质这种动态构象转换是靠有转录活性）。染色质这种动态构象转换是靠DNA甲基化和组蛋

41、白乙酰化修饰可逆调节的。甲基化和组蛋白乙酰化修饰可逆调节的。第七十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月染色质活性区域即压缩程度低的区域均有去甲基染色质活性区域即压缩程度低的区域均有去甲基化化DNA和高水平的乙酰化组蛋白，和高水平的乙酰化组蛋白，相反在染色质非活性区域即压缩程度高的区域，相反在染色质非活性区域即压缩程度高的区域，有甲基化有甲基化DNA和高水平的去乙酰化组蛋白。和高水平的去乙酰化组蛋白。这种可逆的修饰使得基因表达可以受激素、饮这种可逆的修饰使得基因表达可以受激素、饮食以及药物等外界因素的调控。食以及药物等外界因素的调控。第七十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月左图

42、组蛋白乙酰化时与左图组蛋白乙酰化时与DNA的结合松弛，染色质的结合松弛，染色质压缩程度低，有转录活性，右图则相反，去乙酰化压缩程度低，有转录活性，右图则相反，去乙酰化染色质结构紧密无转录活性。染色质结构紧密无转录活性。第七十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月l基因组印记基因组印记人们在研究中发现人们在研究中发现,来自双亲的某些等位基因来自双亲的某些等位基因,在子代的表达不同在子代的表达不同,有些只有父源的基因有转录有些只有父源的基因有转录活性活性,而母源的同一基因则始终处于沉默状态而母源的同一基因则始终处于沉默状态,另一些基因的情况则相反。这是由于另一些基因的情况则相反。这是由于二倍

43、体细二倍体细胞中来自某一亲本的等位基因或它所在染色体发胞中来自某一亲本的等位基因或它所在染色体发生了表观遗传修饰生了表观遗传修饰,导致不同亲本来源的两个等导致不同亲本来源的两个等位基因只有一个可以表达，另一个因甲基化位基因只有一个可以表达，另一个因甲基化而沉默。而沉默。在基因组中的这类现象就是在基因组中的这类现象就是基因组印基因组印记记(genomic imprinting)。研究者在植物、昆。研究者在植物、昆虫和哺乳动物中都发现了基因组印记现象虫和哺乳动物中都发现了基因组印记现象。第八十张，PPT共八十九页，创作于2022年6月 印记发生原因：印记发生原因：等位基因的抑制等位基因的抑制(al

44、lelic repression)被被印记控印记控制区制区(imprinting control regions,ICRs)所调所调控，该区域在双亲中的一个等位基因是甲基化控，该区域在双亲中的一个等位基因是甲基化的。的。ICR 在不同区域中对印记的调控存在差异。在不同区域中对印记的调控存在差异。在一些区域中，未甲基化的在一些区域中，未甲基化的ICR 组成一个绝缘子组成一个绝缘子阻止启动子和增强子间的相互作用；在其它区域阻止启动子和增强子间的相互作用；在其它区域中，可能有非编码中，可能有非编码RNA(non-codingRNAs)的的参与，这种沉默机制与参与，这种沉默机制与X染色体失活相似。染色

45、体失活相似。第八十一张，PPT共八十九页，创作于2022年6月第五节第五节 基因的现代概念基因的现代概念ProkayroticGeneStructure第八十二张，PPT共八十九页，创作于2022年6月EukaryoticGeneStructure第八十三张，PPT共八十九页，创作于2022年6月现代遗传学中基因的概念：现代遗传学中基因的概念：基因是合成一条有功能的多肽或基因是合成一条有功能的多肽或RNA分子所分子所必需的完整的必需的完整的DNA序列。序列。一个结构基因包括启动子、一个结构基因包括启动子、RNA编码区和终编码区和终止区。止区。第八十四张，PPT共八十九页，创作于2022年6月

46、基因的功能类型基因的功能类型根据基因的原初功能可以将基因分为：根据基因的原初功能可以将基因分为：1.编码蛋白质的基因，即有翻译产物的基因。编码蛋白质的基因，即有翻译产物的基因。2.没有翻译产物，不产生蛋白质的基因。没有翻译产物，不产生蛋白质的基因。3.不转录的不转录的DNA区段。区段。第八十五张，PPT共八十九页，创作于2022年6月基因的几种特殊形式基因的几种特殊形式1.重复基因重复基因（repeat gene）2.重叠基因重叠基因（overlapping gene）3.断裂基因或隔裂基因断裂基因或隔裂基因（split gene，interrupted gene）4.跳跃基因跳跃基因（jum

47、ping gene）第八十六张，PPT共八十九页，创作于2022年6月思思 考考 题题1.细胞周期的细胞周期的4个主要阶段是什么？哪些阶个主要阶段是什么？哪些阶段包括在间期中？什么事件可以区分段包括在间期中？什么事件可以区分G1、S和和G2期？期？2.在遗传学上，有丝分裂和减数分裂哪一个在遗传学上，有丝分裂和减数分裂哪一个更有意义，为什么？更有意义，为什么？3.动物精子发生和卵子发生的每一个阶段中，动物精子发生和卵子发生的每一个阶段中，遗传物质的量和倍性如何变化？（假定精遗传物质的量和倍性如何变化？（假定精原细胞和卵原细胞为二倍体，染色体数为原细胞和卵原细胞为二倍体，染色体数为2）第八十七张，PPT共八十九页，创作于2022年6月4、解释为什么单个细胞的染色体数目（、解释为什么单个细胞的染色体数目（n）与其与其DNA含量（含量（C值）在细胞分裂的不同时值）在细胞分裂的不同时期不同步。期不同步。5、何谓、何谓“中心法则中心法则”？中心法则提出后有哪？中心法则提出后有哪些修正？目前又有哪些对中心法则的挑战些修正？目前又有哪些对中心法则的挑战？请谈谈你的认识。？请谈谈你的认识。第八十八张，PPT共八十九页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第八十九张，PPT共八十九页，创作于2022年6月