《遗传的基本定律》PPT课件.ppt
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1、主要内容主要内容:1 1、单基因遗传定律、单基因遗传定律2 2、单基因遗传的应用、单基因遗传的应用 3 3、多基因遗传、多基因遗传 4 4、染色体遗传、染色体遗传 第五章第五章 遗传的基本定律遗传的基本定律基本要求:基本要求:(1 1)掌握遗传学中的单基因遗传定律,即三大遗传)掌握遗传学中的单基因遗传定律,即三大遗传定律;定律;(2 2)理解单基因遗传的遗传方式;)理解单基因遗传的遗传方式;(3 3)理解多基因遗传;)理解多基因遗传;(4 4)理解染色体遗传)理解染色体遗传(5 5)了解系谱和系谱分析;)了解系谱和系谱分析;(6 6)了解单基因病的遗传质性;两种单基因病的遗)了解单基因病的遗传
2、质性;两种单基因病的遗传;单基因遗传病发病风险估计传;单基因遗传病发病风险估计遗传:亲代与子代之间能保持性遗传:亲代与子代之间能保持性 状的稳定性。状的稳定性。“种瓜得瓜,种豆得豆种瓜得瓜,种豆得豆”,“牛生小犊,山羊生羔,人生娃儿牛生小犊,山羊生羔,人生娃儿”亚里士多德亚里士多德:认为雄性提供认为雄性提供“蓝图蓝图”,母体提供物质。,母体提供物质。柏拉图柏拉图,认为子女更象父方还是更象母方,认为子女更象父方还是更象母方,取决于受孕时哪方的感情更投入,更浓烈些。取决于受孕时哪方的感情更投入,更浓烈些。但真正的遗传定律是由奥地利神父但真正的遗传定律是由奥地利神父孟德尔孟德尔揭示总结出来。揭示总结
3、出来。(1 1)、提出了遗传单位是)、提出了遗传单位是遗传因遗传因子子(现代遗传学上确定为(现代遗传学上确定为基因基因););孟德尔(孟德尔(1822188418221884),奥国人,),奥国人,遗传学的奠基人。遗传学的奠基人。2121岁起做修道士,岁起做修道士,2929岁起进修自然科学和数学,岁起进修自然科学和数学,18651865年年宣读了自己研究的豌豆杂交实验的论宣读了自己研究的豌豆杂交实验的论文植物杂交实验。文植物杂交实验。6262岁时带着对岁时带着对遗传学无限的眷恋,回归了无机世界。遗传学无限的眷恋,回归了无机世界。主要贡献有主要贡献有:(2 2)、发现了两大遗传规律:基)、发现了
4、两大遗传规律:基因的因的分离定律分离定律和基因的和基因的自由组合自由组合定律定律。孟德尔定律重新被欧洲的三位科学孟德尔定律重新被欧洲的三位科学家发现,遗传学就同这个家发现,遗传学就同这个“再发现再发现”一起诞生了!一起诞生了!直到直到19001900年年,第一节单基因遗传定律第一节单基因遗传定律杂交:杂交:基因型不同的生物体间相互交配的类型基因型不同的生物体间相互交配的类型自交:自交:植物体中自花和雌、雄异花的同株受粉,自植物体中自花和雌、雄异花的同株受粉,自交系是获得纯系的有效方法交系是获得纯系的有效方法测交:测交:杂交杂交F1F1与隐性个体相交,用来测定与隐性个体相交,用来测定F1F1基因
5、型基因型回交:回交:杂交杂交F1F1与双亲之一相交。与双亲之一相交。相关基本概念:相关基本概念:等位基因:等位基因:同源染色体的相同位置上控制相对性状的同源染色体的相同位置上控制相对性状的基因基因显性基因:显性基因:控制显性性状的基因控制显性性状的基因隐性基因:隐性基因:控制隐性性状的基因控制隐性性状的基因 解释解释:P P F F1 1 F F2 2 子一代子一代子二代子二代 亲本亲本母本母本父本父本杂交杂交自交自交一、遗传第一定律一、遗传第一定律紫花紫花白花白花紫花紫花X紫花紫花 白花白花 3:X:豌豆单因子杂交实验与分离定律(一)、隐性和显性一)、隐性和显性豌豆是闭花授粉植物,在自然条件
6、下,每种性状都是纯种。孟德尔分别选用了七对不同性状的豌豆品种进行杂交实验,观察这些相对性状在杂交后代中的传递规律。这七对相对性状是:花的颜色:紫色白色 种子性状:圆形皱缩 种子颜色:黄色绿色 花着生位置:腋生顶生 豆荚形状:饱满皱缩 豆荚颜色:绿色黄色 植株高度:高矮每对性状之间,都互为相对性状,彼此分明,没有中间性状。所谓相对性状就是指同一性状的不同类型。孟德尔把具有相对性状的纯种开紫花的植株和纯种开白花的植株杂交,不论用哪一种做父本或母本,其子1代(F1代)全开紫花。这种在杂合子中所表现出的亲本性状称为显性性状,如花的紫色;不表现出来的性状称为隐性性状,如花的白色。第二年,用子1代的杂种植
7、株播种生长。并让它们自交(闭花授粉),所产生的子2代(F2代)共929株。孟德尔用统计学方法处理杂交实验结果,发现有705株开紫花,224株开白花,按紫花与白花数目的比例来看是3.15:1.00,约为3:l的比例。这种在杂种后代中出现不同性状的现象,称为性状分离。孟德尔按上述方法继续对7对相对性状分别进行杂交实验,统计了子二代植株显性与隐性性状之间的比例,结果都十分相似,总体上都体现了3:1的比例,这是一个很有规律性的现象。(二)、对分离现象二)、对分离现象qGene(基因):由丹麦遗传学家 Johannsen 于1909年提出,取代孟德尔的遗传因子。是位于染色体上,具有特定核苷酸顺序的DNA
8、片段,是储藏遗传信息的功能单位,基因可以发生突变,基因之间可以发生交换。随着分子生物学和分子遗传学的不断进步,特别是由于DNA克隆和核苷酸序列分析技术,以及核酸分子杂交等实验手段的发展,使我们能够从分子水平上研究基因的结构与功能,发现了“移动基因”、“断裂基因”、“假基因”、“重叠基因”等有关基因的新概念,从而丰富了我们对基因本质的认识。(三)、基因型和表型三)、基因型和表型基因基因型型表型纯合体杂合体杂合体q基因座(locus):基因在染色体上所处的位置。特定的基因在染色体上都有其特定的座位。q基因型(genotype):个体或细胞的特定遗传(基因)组成。如AA、Aa、aaq表现型(phen
9、otype):生物体某特定基因所表现出来的性状(可以观察到的各种形态特征、基因的化学产物、各种行为特征等,如花的颜色、血型、抗性)。q纯合体(homozygote):基因座上有两个相同的等位基因,就这个基因座而言,这种个体或细胞称为纯合体,或称基因的同质结合,如AA、aa。q杂合体(heterozygote):基因座上有两个不同的等位基因,或称基因的异质结合,如Aa。(四)测交(四)测交 测交是指让被测个体与隐性类型的杂交,以此测定被测个体的基因型。为什么测交能够用以判定一个未知个体的基因型呢?这是因为隐性个体产生的配子不论与何种被测个体的配子结合,都不会掩盖其基因的表达。因此,测交后代的表现
10、型种类及比例能够非常直观地反映出被测个体究竟能产生几种类型的配子以及各配子间的比例,从而能很容易地帮助我们推断出被测个体的基因型以及基因间的关系(自由组合或连锁交换)。孟德尔在研究一对相状性状的遗传时总结出了分离定律,在此基础上,他又进一步研究两对或两对以上相对性状的遗传,提出了基因的自由组合定律。一、两对相对性状的豌豆杂交实验一、两对相对性状的豌豆杂交实验孟德尔选择了这样两个亲本进行杂交:一个是双显性亲本:种子是圆形的,种子的颜色为黄色;一个是双隐性亲本:种子是皱缩的,种子的颜色为绿色。杂交结果,无论谁做父本或母本,子一代都是黄色圆滑的种子。子一代植株闭花授粉,所结的子二代556粒种子,有四
11、种表型:黄色圆滑(315粒)、黄色皱缩(101粒)、绿色圆滑(108粒)、绿色皱缩(32粒),它们在数量上的比例约为9:3:3:l。二、遗传第二定律二、遗传第二定律在子1代中,从种子的颜色来看全为黄色,没有绿色,说明黄色为显性,用Y表示,绿色为隐性,用y表示。从种子的形状来看全为圆滑的,没有皱缩的,说明圆滑为显性,用R表示,皱缩为隐性,用r表示。这样,子1代的基因型是YyRr。在子2代中黄和绿仍成3:1的比例,圆和皱也成3:1的比例,说明都受分离定律的制约。同时除原来的亲本类型黄圆和绿皱之外,还出现了亲本所没有的类型黄皱和绿圆。各类型之间有一定的比例,即为9:3:3:1。(二)、孟德尔的假设与
12、验证(二)、孟德尔的假设与验证为了说明上述实验结果,孟德尔作了这样的假设:亲本黄圆的基因型是YYRR,产生一种基因型YR的生殖细胞;亲本绿皱的基因型是yyrr,也产生一种基因型yr的生殖细胞。受精后F1的基因型是YyRr,表现为黄圆。F1形成生殖细胞时,每对等位基因分离,不同对的基因可以自由组合形成四种数量相等的生殖细胞:YR、Yr、yR、yr,其比例是1:1:1:1。随机受精后F2有9种基因型,4种表型,表型成9:3:3:l的比例。由图可以看出,一对性状的分离与另一对性状的分离是相互独立的。在其后代中,这些性状之间又是可以自由组合的。为了验证自由组合假设的真实性,孟德尔用杂种子1代和绿皱亲代
13、进行测交。根据自由组合假说,杂种子1代(YyRr)形成生殖细胞时,将产生四种数量相等的生殖细胞:YR、Yr、yR、yr,绿皱亲代只产生一种生殖细胞yr。随机受精后,将形成YyRr、Yyrr、yyRr、yyrr四种基因型的子代,而且数量相等。故从表型上看,黄圆、黄皱、绿圆、绿皱约呈1:1:1:1的比例。实验结果正如预期的那样,完全证实了自由组合假说。(三)、孟德尔的自由组合定律(三)、孟德尔的自由组合定律孟德尔由此提出了自由组合定律:位于非同源染色体上两对或两对以上的基因,在形成生殖细胞时,同源染色体上的等位基因彼此分离,非同源染色体上的基因自由组合,分别形成不同基因型的生殖细胞。这就是孟德尔的
14、第二定律。现代分子生物学对染色体上基因定位的研究证明,豌豆有7对染色体,控制黄、绿(Yy)的等位基因在第1对同源染色体上,控制圆、皱(Rr)的等位基因位于第7对同源染色体上。孟德尔的自由组合定律适用于非同源染色体上两对或两对以上基因控制的性状遗传。故在减数分裂中,非同源染色体的自由组合是自由组合定律的细胞学基础。自由组合定律的实质是非等位基因的自由组合。摩尔根(Morgan 1866年1945年)是美国的生物学家与遗传学家,他发现了染色体的遗传机制,创立了染色体遗传理论,是现代实验生物学奠基人。摩尔根青年时在Kentucky州立学院接受教育。后在Johns Hopkins学院研究胚胎学,并获得
15、博士。1933年,由于他的杰出成就获得了诺贝尔生理医学奖。1911年摩尔根和他的学生以果蝇为实验材料,在大量杂交实验的基础上,提出了连锁与互换定律:当两对不同的基因位于一对同源染色体上时他们并不自由组合,而是联合传递,称为连锁。同源染色体上的连锁基因之间,由于发生了交换,必将形成新的连锁关系,称互换或重组。三、遗传第三定律三、遗传第三定律(一)、完全连锁(连锁定律)(一)、完全连锁(连锁定律)野生果蝇为灰身长翅类型,在实验饲养中出现黑身残翅的突变类型。灰身(B)对黑身(b)是显性,长翅(V)对残翅(v)是显性。灰身长翅(BBVV)和黑身残翅(bbvv)的果蝇杂交,子1代是灰身长翅的杂合子(Bv
16、Vv)。用子1代雄果蝇和黑身残翅的雌果蝇测交,按自由组合定律预测,子1代雄果蝇将产生BV、bV、Bv、bv四种数量相等的精子,雌果蝇只产生一种bv卵子,受精后,将产生灰身长翅(BbVv)、灰身残翅(Bbvv)、黑身长翅(bbVv)和黑身残翅(bbvv)四种类型的果蝇,而且呈1:l:1:1的比例。实验结果并非如此,而是只有灰身长翅(BbVv)和黑身残翅(bbvv)两种类型,呈1:1的比例。灰身长翅(灰身长翅(BbVvBbVv)灰身长翅(灰身长翅(BBVVBBVV)黑身残翅黑身残翅(bbvv)(bbvv)黑身残翅黑身残翅(bbvv)(bbvv)灰身长翅(灰身长翅(BbVv)黑身残翅黑身残翅(bbv
17、v)50%50%P P测交测交测交测交后代后代 摩尔根假定:基因B和V同在一条染色体上,基因b和v同在另一条染色体上。在精子形成过程中,由于同源染色体彼此分离,含有B和V的染色体与含有b和v的染色体各自分离到两个子细胞中去,这两种精子分别与卵细胞受精后,其后代只能是灰身长翅(BbVv)和黑身残翅(bbvv)两种类型。这种遗传方式有别于自由组合定律。这种两对或两对以上等位基因位于一对同源染色体上,在遗传时,位于一条染色体上的基因常连在一起不相分离,叫连锁。这种果蝇测交后代完全是亲本组合的现象,称为完全连锁。*完全连锁遗传的原因完全连锁遗传的原因 遗传图解遗传图解P测交测交测交后代测交后代配子配子
18、(二)、不完全连锁(二)、不完全连锁(互换定律互换定律)摩尔根用子1代雌果蝇和黑身残翅的雄果蝇测交,后代又产生了四种类型:灰身长翅、灰身残翅、黑身长翅、黑身残翅,但不像自由组合定律那样呈l:1:1:1的比例,而是大部分(83)为亲本组合类型,少部分(17)为重新组合类型。摩尔根认为:在子1代雌果蝇产生卵子时,基因B和V连锁在一条染色体上,基因b和v连锁在另一条染色体上,由于同源染色体非姐妹染色单体发生互换,产生了四种类型的卵子,与精子受精后,就形成了四种类型的后代。由于互换发生基因重组,使一些基因不是总与另一些基因连锁在一起,这就是不完全连锁。灰身长翅(灰身长翅(BbVv)灰身长翅(灰身长翅(
19、BBVV)黑身残翅黑身残翅(bbvv)黑身残翅黑身残翅(bbvv)灰长(灰长(BbVv)黑长黑长(bbVv)灰残(灰残(Bbvv)黑残黑残(bbvv)42%8%8%42%P测交测交测交测交后代后代*不完全连锁遗传的原因不完全连锁遗传的原因-遗传图解遗传图解P测交测交测交后代测交后代配子配子在减数分裂过程中,同源染色体之间可以发生局部交换,使原来的连锁基因发生了互换,结果出现了同源染色体上基因的重新排列,称互换。同源染色体的联会和交叉是互换定律的细胞学基础。互换定律的实质是非姐妹染色单体间发生交换而产生的基因重排。大量的实验资料表明,连锁与互换是生物界普遍存在的现象。因此,这一定律在实践中被广泛
20、应用。(三)连锁群(自学)(四)连锁图(自学)第二节单基因遗传的应用第二节单基因遗传的应用单基因遗传:单基因遗传:遗传性状受一对基因控制,称为单基因遗传,由单基因突变引起的遗传病叫单基因遗传病人类单基因遗传病的主要方式:常染色体隐性遗传、常染色体显性遗传、X连锁隐性遗传、X连锁显性遗传和Y连锁遗传。概念:概念:系谱(pedigree)或称家图是指对某遗传病患者家族各成员的发病情况进行详细调查,再以特定的符号和格式绘制成反映家族各成员相互关系和发病情况的图解。系谱分析(pedigree analysis)是先对某家族各成员出现的某种遗传病的情况进行详细的调查,再以特定的符号和格式绘制成反映家族各
21、成员相互关系和发生情况的图解,然后根据孟德尔定律对各成员的表现型和基因型进行分析 一、系谱和系谱分析一、系谱和系谱分析:(一一)、常用符号(见课本、常用符号(见课本75页页)(二)系谱图绘制的方法注意事项:1、同意代成员应在同一水平线上2、一般调查到患者的3代亲属3、符号大小一致。1、概念 常染色体隐性遗传控制遗传性状或遗传病的基因位于常染色体上,其性质是隐性的,在杂合状态时不表现相应性状,只有当隐性基因纯合子(aa)方得以表现,称为常为常染色体隐性遗传病(autosomal recessive inheritance,AR)。这种致病基因所引起的疾病称为常染色体隐性遗这种致病基因所引起的疾病
22、称为常染色体隐性遗传病。目前已知的常染色体隐性遗传病或异常性状传病。目前已知的常染色体隐性遗传病或异常性状达达16311631种种 二、单基因遗传的遗传方式二、单基因遗传的遗传方式(一)、常染色体隐性遗传(一)、常染色体隐性遗传(AR)2 2、典型病例、典型病例白化病(白化病(albinismalbinism)白化病是由于全身黑色素细胞均缺乏黑色素白化病是由于全身黑色素细胞均缺乏黑色素,所以皮肤毛发所以皮肤毛发呈白色。呈白色。本病患者只有当一对等位基因是隐性致病基因纯合子(本病患者只有当一对等位基因是隐性致病基因纯合子(aaaa)时才发病,所以患者的基因型都是纯合子(时才发病,所以患者的基因型
23、都是纯合子(aaaa)。)。当一个个体为杂合状态(当一个个体为杂合状态(AaAa)时,虽然本人不发病,但为致时,虽然本人不发病,但为致病的基因携带者,他(她)能将致病基因病的基因携带者,他(她)能将致病基因a a传给后代,传给后代,患者父母双方都应是致病基因(患者父母双方都应是致病基因(AaAa)的肯定携带)的肯定携带(obligatory carrierobligatory carrier)。)。两个杂合子(两个杂合子(AaAa)婚配,后代子女患者()婚配,后代子女患者(aaaa)占)占1 14 4,表型,表型正常者占正常者占3 34 4。表型正常的人中。表型正常的人中1 13 3基因型为纯
24、合子基因型为纯合子(AAAA),2/3,2/3为杂合子(为杂合子(AaAa),是致病基因的可能携带者),是致病基因的可能携带者(probable carrierprobable carrier)。)。2 2、典型病例、典型病例白化病(白化病(albinismalbinism)一例白化病系谱 3 3、系谱特点、系谱特点 患者(患者(11,3 3,4 4,1111)的双亲()的双亲(22,3 3和和77,8 8)表现型正常,但均为致病基因的肯定携带者;表现型正常,但均为致病基因的肯定携带者;系谱中看不到连续遗传现象,常为散发,有的系谱系谱中看不到连续遗传现象,常为散发,有的系谱中只见先证者;中只见
25、先证者;同胞中约同胞中约1 14 4个体发病,男女性发病机会均等,患个体发病,男女性发病机会均等,患者大部分出现在同胞之间,子女往往正常;者大部分出现在同胞之间,子女往往正常;近亲婚配的后代发病概率显著较高,系谱中的近亲婚配的后代发病概率显著较高,系谱中的22和和3377和和88都是近亲婚配。都是近亲婚配。4 4、婚配方式(、婚配方式(p75p75)亲亲亲亲缘缘缘缘系系系系数数数数(coefficient(coefficient(coefficient(coefficient of of of of relationship)relationship)relationship)relation
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