遗传学(版)刘庆昌重点整理19167.pdf

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1、 11/16 第九章 无性繁殖（Asexual reproduction）指通过营养体增殖产生后代的繁殖方式，其优点是能保持品种的优良特性、生长快。有性繁殖（Sexual reproduction）指通过、结合产生的繁殖方式，其优点是可以产生大量种子和由此繁殖较多的种苗。大多数动植物都是进行有性生殖的。近交(Inbreeding)指血缘关系较近的个体间的交配，近亲交配。近交可使原本是杂交繁殖的生物增加纯合性(homozygosity),从而提高遗传稳定性，但往往伴随严重的近交衰退现象(inbreeding depression)。杂交(crossing or hybridization)指亲缘

2、关系较远，基因型不同的个体间的交配。可以使原本是自交或近交的生物增加杂合性（heterozygosity），产生杂种优势。一、近交的种类 自交（Selfing）指同一个体产生的雌雄配子彼此融合的交配方式，它是近交的极端形式，一般只出现在植物中（自花授粉植物），又称自花受粉或自体受精(self-fertilization)。回交(Back-crossing)杂交子代和其任一亲本的杂交,包括亲子交配(parent-offspring mating)。全同胞交配(Full-sib mating)相同亲本的后代个体间的交配，又叫姊妹交。半同胞交配(Half-sib mating)仅有一个相同亲本的后代

3、个体间的交配。自花授粉植物(Self-pollinated plant)天然杂交率低(1-4)：如水稻、小麦、大豆、烟草等；常异花授粉植物(Often cross-pollinated plant)22/16 天然杂交率常较高(5-20)：如棉花、高粱等；异花授粉植物(Cross-pollinated plant）：天然杂交率高(20-50)如玉米、黑麦等，在自然状态下是自由传粉。近交衰退（Inbreeding depression）近交的一个重要的遗传效应就是近交衰退，表现为近交后代的生活力下降，产量和品质下降，适应能力减弱、或者出现一些畸形性状。回交（Backcross）B:轮回亲本(re

4、current parent)用来反复回交的亲本。A:非轮回亲本(non-recurrent parent)未被用来回交的亲本。B:轮回亲本(recurrent parent)用来反复回交的亲本。A:非轮回亲本(non-recurrent parent)未被用来回交的亲本。纯系与纯系学说：纯系（Pure line），即：纯系是一个基因型纯合个体自交产生的后代，其后代群体的基因型也是纯一的。并认为：自花授粉植物天然混杂群体，可以(选择)分离出许多纯系。因此，在一个混杂群体内选择是有效的。纯系内个体间差异由环境影响造成，不能遗传。所以在纯系内继续选择是无效的。杂种优势(Heterosis/Hybr

5、id vigor)是生物界的普遍现象，指两个遗传组成不同的亲本杂交产生的杂种第一代，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等方面优于双亲的现象。.平均优势：以 F1 超过双亲平均数的%表示，也叫中亲优势(heterosis over mean of 33/16 parents)。超亲优势：F1 超过双亲中最优亲本的杂种优势(Heterosis over better of parents).对照优势：以 F1 超过生产对照品种的%表示。F2 的衰退表现 原因 由于杂种 F1 具有很高杂合性，因此 F2 代必然出现性状分离和重组。F2 代衰退现象 与 F1 相比，F2 代在生长势、生活力、

6、抗逆性和产量等各方面均显著下降的现象。衰退表现 亲本纯度越高，性状差异越大，F1 优势越强,F2 衰退就越严重。F2 分离严重 个体间参差不齐，差异很大。显性假说内容：认为杂种优势是一种由于双亲的显性基因全部聚集在 F1 引起的互补作用。就单对基因而言，杂合显性等于纯合显性（Aa=AA）。一般，有利性状多由显性基因控制；不利性状多由隐性基因控制。超显性假说（Overdominance hypothesis）超显性假说也称等位基因异质结合假说，认为双亲基因型异质结合所引起基因间互作导致杂种优势，等位基因间无显隐性关系，但杂合基因间的互作大于纯合基因间的作用。即Aa AA 作用。(说明异质等位基因

7、的作用优于同质等位基因，可以解释杂种远远优于最好亲本的现象)其它.非等位基因互作（上位性）.核质互作与杂种优势.基因多态性与杂种优势.基因网络系统与杂种优势 三、杂种优势的固定：（一）无性繁殖法（二）无融合生殖法：不经过两性细胞融合，仅用无性胚或无性种子繁殖后代。（三）多倍体法：双二倍体由于“同源联会”，可使具有杂种优势的 F1 中来自双亲的全部杂合染色体加倍变成双二倍体。这样杂种以后各代即不再发生分离现象，而成为“不分离杂种”或“永久杂种”，那么其杂种优势可以常时间保持，不会再 44/16 因分离而衰退。（四）平衡致死法：带有“易位”突变的配子，在纯合时会致死，所以可使一切同质结合（纯合）的

8、个体自行死亡，而被自然淘汰，即产生“平衡致死效应”，故其后代全为异质结合体，永远保持杂合性，而获得所谓“永久杂种优势”。第十章 一、细菌的特点及培养技术 所有细菌都是比较小的单细胞生物。大小（Size）长约 12 m、宽约 m；结构(Structure)细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体、鞭毛；遗传物质(Genetic material)DNA 主要以单个主染色体形式存在，不与组蛋白相结合，也不形成核小体，而是一个共价闭合的环状结构。此外，还含有一个或多个双链环状的 DNA 分子，即质粒；繁殖速度快 由于是无性分裂，生长速度快，周期短，20 分钟一个世代。每个细胞在较短时间内(如一夜)能裂殖到

9、 107 个子细胞成为肉眼可见的菌落 或克隆(clone)。易培养 简单的基本培养基即可培养。易突变 由于繁殖速度快，很易发生突变。营养缺陷型（Auxotroph）丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长；可用不同的选择性培养基测知突变的特性。如细菌丧失了合成组氨酸的能力，则该细菌将不能在基本培养基上生长，但当加入组氨酸，该细菌就能生长，也称条件致死突变（Conditional lethal mutation）。抗性突变型 55/16 如抗药性或抗感染性。例如：青霉素（penr）抗性突变。病毒的特点 体积微小 需通过电子显微镜放大几万倍或几十万倍才能看到。自然界中病毒大小差别很大，从十

10、几纳米到十几微米不等。结构简单 病毒不具备细胞结构，仅由蛋白质外壳包绕一团核酸组成。有些病毒还有一层包膜。核酸位于病毒核心部位，是决定病毒感染、增殖、遗传、变异的物质基础。一种病毒只含一种核酸，即 DNA 或 RNA，这是生物界的独特现象。不能独立繁殖 不能在无生命的人工培养基中生长繁殖。由于病毒结构简单，不具备完成独立代谢活动的酶系统，仅含少数几种酶，因此必须在适合的活细胞中，依赖活细胞提供的酶系统、能量及养料等才能增殖。通过复制进行繁殖 病毒的繁殖是依靠其组成中的核酸（DNA 或 RNA）侵入宿主细胞内，以亲代病毒为模板，复制出大量相同的子代拷贝。分布广泛 按照病毒感染的宿主类型可分为动物

11、病毒、植物病毒和菌类病毒 三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性 1、繁殖快,世代短。细菌 20 分钟一代，病毒一小时可繁殖上百个。2、易管理和化学分析。个体小，一个试管可装很多个体，易于获得足够的数量用于遗传分析。3、便于研究基因结构、功能及调控机制。细菌和病毒的遗传物质简单，易于进行基因定位、结构分析和分离。4、便于研究基因的突变和重组。裸露的 DNA 分子（有的病毒为 RNA 分子），容易受环境条件 66/16 的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐性问题，隐性突变也能表现出来。细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的遗传分析。5、便于进行遗传操作。染色体结构简单，没有组蛋白和其

12、它蛋白的结合，更宜于进行遗传工程的操作。6、可用作研究高等生物的简单模型。高等生物复杂，可用细菌来代替某种研究。一、噬菌体的结构 结构简单 基本上是由一个蛋白质外壳和其中包含的核酸组成。多样性的原因 结构的多样性来源于组成其外壳的蛋白质种类以及其染色体类型和结构的差异。两大类 依据噬菌体 DNA 在宿主细胞内的特点，分为：烈性噬菌体：T 噬菌体系列（T1T7）：溶菌酶裂解细菌 温和性噬菌体：具有溶源性的生活周期，即在噬菌体侵入后，细菌并不裂解 一个细菌 DNA 与另一个细菌 DNA 的交换重组可以通过四种不同的方式来实现，即转化、接合、性导和转导 转化（Transformation）某些细菌(

13、或其他生物)通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，并将此外源 DNA 片段通过重组整合到自己染色体组的过程。只有当整合的 DNA 片段产生新的表现型时，才能测知转化。转化的机制 转化的条件：细菌活跃摄取外源 DNA 分子；具备重组程序所必需的酶。感受态与感受态因子：感受态(Competence)指细菌能够从周围环境中吸收 DNA 分子进行转化的生理状态。77/16 感受态因子(Competence factor)感受态主要受一类蛋白质(表面蛋白)影响，感受态因子可以在细菌间进行转移，从感受态细菌中传递到非感受态细菌中，可以使后者变为感受态。供体（Donor）：在转化中提供遗传物质 DNA 的一

14、方称为供体；受体（Receptor）：在转化中接受供体遗传物质的一方称为受体；转化的第一步是使供体 DNA 与受体细胞接触并发生相互作用.结合（Binding）当细菌细胞处于感受态时，外源双链 DNA 分子可结合在受体细胞 受体位点上，该过程是可逆的，可被 DNAase 降解掉。受体结合位点 饱和后，将阻止其它双链 DNA 的结合。.穿入(Penetration)稳定结合在受体位点上的双链供体 DNA，由外切酶或 DNA 移位酶(translocase）降解其中一条链，并利用降解产生的能量，将另一 DNA 单条链拉进细胞中，该过程不可逆。.联会（Synapsis）单链 DNA 进入后与其相应的

15、受体 DNA 片段联会。.整合（Integration）单链 DNA 与受体 DNA 对应位点的置换,从而稳定地渗入到受体 DNA 中。实际上就是一个遗传重组的过程。接合（conjugation）在原核生物中，是指遗传物质从供体-“雄性”转移到受体-“雌性”的过程。特点：需通过细胞的直接接触。性导（Sexduction）：指接合时由 F因子所携带的外源 DNA 转移到细菌染色体的过程。转导（Transduction）：指以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程，是细菌遗传物质传递和交换方式之一。特点：以噬菌体为媒介，细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，通过感染转移到另一个受

16、体细胞内。感染细菌的能力决定于噬菌体的蛋白质外壳。88/16 第十一章 核遗传（Nuclear Inheritance）染色体基因组所控制的遗传现象和遗传规律。细胞质遗传(Cytoplasmic Inheritance)由细胞质内的基因即细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律，也称为非孟德尔遗传，核外 二、细胞质遗传的特点遗传，非染色体遗传等。（1）正交和反交的遗传表现不同；（2）遗传方式是非孟德尔式的。（3）通过连续回交能将母本的核基因几乎全部置换掉，但母本的细胞质基因及其所控制的性状仍不会消失；（4）由附加体或共生体决定的性状，其表现往往类似病毒的转导或感染。（5）在有性生殖过程中细胞质基因

17、组控制的性状只能通过卵细胞传递给后代。母性影响 又称母性效应(Maternal effect)和前定作用(predetermination)，指子代某一性状的表现由母体的核基因型或积累在卵子中的核基因产物所决定，而不受本身基因型的支配，从而导致子代表型与母本表型相同的现象。母性影响与细胞质遗传的异同 相同点：正反交结果不一致;不同点：细胞质性状的遗传表型是稳定的，受细胞质基因控制。母性影响的性状受核基因控制，有持久性的，也有短暂性的。不育(sterility)一个个体不能产生有功能的配子（gamete）或不能产生在一定条件下能够存活的合子（zygote）的现象。99/16 雄性不育（male

18、sterility）植株不能产生正常的花药、花粉或雄配子的不育类型。雄性不育特征是雄蕊发育不正常，不能产生有正常功能的花粉，但其雌蕊发育正常，能接受正常花粉而受精结实。根据雄性不育发生的遗传机制不同，又可分为核不育型、细胞质不育型和核质互作不育型等。(一)核不育型 是由核内染色体上基因所决定的雄性不育类型。如：可育基因 Ms 不育基因 ms。(二)细胞质不育型 是由细胞质基因所决定的雄性不育类型。(三)核质互作不育型 由细胞质基因和核基因互作控制的不育类型。下面简单介绍三系配套(三系两区制种法)：质核型不育性由于细胞质基因与核基因间的互作，故既可以找到保持系 不育性得到保持，也可找到相应恢复系

19、 育性得到恢复，实现三系配套。1、第一区：是不育系和保持系繁殖区（隔离区），在此区交替种植不育系和保持系，二者在开花时，保持系给不育系提供花粉杂交，同时也自交，在保持系植株上收获保持系。2、第二区：制种区，（杂种制种隔离区）交替种植不育系和恢复系。恢复系给不育系提供花粉，生产杂交种，供大田使用。而恢复系植株自花授粉繁殖恢复系的种子。在实际生产中，由于作物种类不同，方法也大同小异，但必须有明显的杂种优势，才能值得配制三系。第十二章 基因工程（Genetic Engineering)又称重组 DNA 技术，是指用人工的方法把生物的遗传物质在体外进行切割、拼接和重组，获得重组 DNA 分子，然后导入

20、宿主细胞或个体，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻 1010/16 译和表达，并使受体的遗传特性得到修饰或改变的过程。The elements of genetic engineering Donor,vector and receptor.Characteristics of genetic Engineering Operation in the molecular level Expression in the cellular level It is clonally propagated,.gene cloning 基因工程的内容：Isolation or Synthesis 从

21、细胞和组织中分离 DNA 片段或人工合成目的基因 DNA 核苷酸片段；Restriction and ligation 目的基因与载体分别酶切后连接成重组 DNA 分子；Transformation 重组 DNA 分子转化受体细胞；Selection 筛选重组克隆 Detection 鉴定基因表达与产物分离，以及进行受体目标性状的表型分析，最终获得理想的转基因个体或细胞。限制性核酸内切酶（Restriction endonuclease）在细菌中此酶的功能是降解外来 DNA 分子，以限制(restriction)或阻止病毒侵染。它能识别双链 DNA 分子中一段特异的核苷酸序列，并在特定的位置将

22、双链 DNA 分子切断。DNA 连接酶（DNA Ligase）主要有两种，一是大肠杆菌 DNA 连接酶，另一是 T4 DNA 连接酶。其主要作用是催化 DNA中相邻的 3OH 和 5磷酸基末端之间形成磷酸二酯键，从而把两段 DNA 连接起来，封闭 DNA 双链上的缺刻。反转录酶（Reverse transcriptase）v1.0 可编辑可修改 1111/16 反转录酶是一类很独特的 DNA 聚合酶，它是以 RNA 为模板来指导 DNA 的合成，因此又称为依赖于 RNA 的 DNA 聚合酶。载体（Vector）将外源 DNA 片段送入宿主细胞(host cell)进行扩增或表达的运载工具称为载

23、体。载体也是 DNA 分子。载体的基本条件或特征如下：具复制原点(ori)，在宿主细胞中不仅能独立地自我复制，而且能带动携带的外源 DNA 片段一起复制；具有多克隆位点(multiple cloning site,MCS)，而每一种酶的切点只有一个，用于克隆外源 DNA 片段。这些酶切位点不存在于复制原点或抗性选择标记基因内。至少具有一个选择标记基因，使有或无载体的宿主细胞具有易鉴别的表型。易从宿主细胞中回收。质粒(Plasmid)是细菌细胞内独立于细菌染色体而自然存在的、能自我复制、易分离和导入的环状双链 DNA 分子。三、基因的分离与鉴定方法：（一)从基因文库中分离目的基因；(二)TDNA

24、 Tagging(标记）；(三)PCR amplification（扩增）；(四)图位克隆（Map-based cloning）；(五)化学合成（Synthesis of Gene）基因转化的方法 1212/16 分子检测：西南北 blotting 基因诊断(genetic diagnosis)是利用分子生物学及分子遗传的技术和原理，在 DNA 水平分析、鉴定遗传疾病所涉及基因的置换、缺失或插入等突变。如进行产前诊断，分析胎儿是否有遗传疾病。基因治疗(gene therapy)是向有功能缺陷的细胞补充相应功能的基因，以纠正或补偿其基因的缺陷，从而达到治疗的目的。Study questions

25、基因工程的概念及特点；基因工程的主要内容；基因转化的主要步骤；第十四章 基因(Gene)指 DNA 分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。结构基因(Structural Gene)指可编码 RNA 或蛋白质的一段 DNA 序列。调控基因(Regulator Gene)指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。基因表达(Gene Expression)指基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能蛋白质分子的过程。基因表达=基因转录+翻译 基因表达的调控(Regulation of Gene Expression)指生物体随时调整不同基因的表达状态,以适应环境、维持生长和

26、发育的需要。基因表达的调控方式 v1.0 可编辑可修改 1313/16 基因调控主要在三个水平上进行：.DNA 水平；.转录水平；.翻译水平。一、原核生物基因表达的特点 RNA 聚合酶（RNA Polymerase）只有一种 RNA 聚合酶。RNA 聚合酶用来识别原核细胞的启动子，催化所有 RNA 的合成。操纵子（Operon）基因表达以操纵子为基本单位。原核基因一般不含内含子，基因是连续的。原核基因转录单位多为多顺反子。操纵子 一个多顺反子转录单位与 其调控序列即构成操纵子。多顺反子(Polycistron)原核基因中多个功能相关的结构基因串联在一起构成一个转录单位。通常依赖同一调控序列对其

27、转录调节，使这些相关基因实现协同表达。转录和翻译偶联进行 原核生物裸露的环形 DNA，在拟核内转录成 mRNA 后，直接在胞浆中与核糖体结合翻译成蛋白质。SD(Shine-Dalgarno)序列 原核生物 mRNA 翻译起始部位有特殊的碱基序列-SD 序列。SD 序列 1414/16 在起始密码 AUG 上游 413 个碱基之前有一段富含嘌呤的序列，其一致序列为 AGGAGG，能与核糖体 30S 亚基中 16S rRNA 3端富含嘧啶的序列结合，与蛋白质合成过程中起始复合物生成有关。转录水平调控 原核生物基因表达的调控主要在转录水平，即对 RNA 合成的调控。通常有两种方式：起始调控，即启动子

28、调控；终止调控，即衰减子调控。一、真核生物基因表达的特点 细胞具有全能性 全能性：指同一种生物的所有细胞都含有相同的基因组 DNA，都有发育成完整个体的潜能。基因表达的时间性和空间性 时间性：个体发育的不同阶段，基因表达的种类和数量是不同的；空间性：在不同组织和器官中，基因表达的种类和数量是不同的。转录和翻译分开进行 真核生物 DNA 在核中转录生成 mRNA，在胞质中合成蛋白质。初级转录产物要经过转录后加工修饰 初级转录产物核不均一性 RNA（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA），要经过戴帽(m7GpppN)、加 PolyA 尾、切除插入的内含子和拼接外显子等过程

29、，才形成成熟的 mRNA 分子。不存在超基因式操纵子结构 真核生物基因转录产物为单顺反子，一条 mRNA 只翻译一种蛋白质。功能相关的基因大多数分散在不同的染色体上，分别进行转录。部分基因多拷贝 既可满足细胞的需要，也是表达调控的一种有效方式。因此，真核生物的基因调控是多层次的，包括 DNA 水平、染色体水平、转录水平和翻译水平的调控。与原核生物一样，转录水平的调控是主要的调控方式。1515/16 顺式作用元件(cis-acting element)指 DNA 分子上对基因表达有调节活性的特定核苷酸序列。顺式作用元件多位于基因上游或内含子中，只影响同一 DNA 分子上的基因。真核基因的顺式作用

30、元件按其功能可以分为：启动子,增强子,静止子。Promoter 启动子指能被 RNA 聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段 DNA 序列，它控制基因的转录起始过程。Enhancer（增强子）又称强化子（transcriptional enhancer），指位于启动子上游或下游并通过启动子增强邻近基因转录效率的 DNA 序列，增强子本身不具备启动子活性。因此，它是一种远端调控元件，通常位于启动子的7001000bp 处。但既可位于上游也可位于下游，或基因序列内。静止子或沉默子(Silencer)指某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。反式作用因子(trans-ac

31、ting factor)指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子，它能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。真核生物反式作用因子通常指转录因子（transcription factor，TF）。通用反式作用因子，在一般细胞中普遍存在，主要识别启动子的核心启动成分如TATA（TBP）、CAAT（CTF/NF-1）和 GC 盒(SP1);特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细胞中的 Oct-2；和反应性元件（response elements）相结合的反式作用因子:反式因子有两个必需的结构域 DNA 结合结构域：与顺式元件识别、结合 转录激活结构域：与 RNA 聚合酶结合 Study questions 顺式作用元件与反式作用因子的概念；正调控、负调控和操纵子的概念；1616/16 原核生物和真核生物基因表达的特点；