1 第一章 绪 论

2 一、遗传学基本概念 （一）什么是遗传学（ genetics ）：研究生物的遗传和 变异 现象及其规律的一门学科。 （ 1 ）遗传 (heredity, inheritance): 生物有性或无性生 （ 1 ）遗传 (heredity, inheritance): 生物有性或无性生 殖方式繁殖，子代与亲代相似、物种的延续性 殖方式繁殖，子代与亲代相似、物种的延续性 “ 种瓜得瓜，种豆得豆。 ” “ 种瓜得瓜，种豆得豆。 ” （ 2 ）变异（ variation ） : 生物个体之间差异的现象。 （ 2 ）变异（ variation ） : 生物个体之间差异的现象。 “ 一母生九子，九子各不同。 ” “ 一母生九子，九子各不同。 ” （ 3 ）矛盾运动：遗传 变异 （ 3 ）矛盾运动：遗传 变异 物质、能量、信息 生物 物质、能量、信息 生物 自然选择  进化 自然选择  进化 人工选择  育种 人工选择  育种 变异

3 （二）遗传学的研究任务 遗传学 ：研究遗传物质（基因）结构、功能、 传递和表达规律。 传递和表达规律。 1) 性状遗传学：描述遗传变异的现象和规律 1) 性状遗传学：描述遗传变异的现象和规律 2) 细胞遗传学和分子遗传学： 2) 细胞遗传学和分子遗传学： 阐述生物遗传变异的原因、 阐述生物遗传变异的原因、 遗传物质的本质、结构、功能、变化、表 遗传物质的本质、结构、功能、变化、表 达及其调控。 达及其调控。

4 二、遗传学的发展历史 （一）、遗传学的萌芽 ( ～ 1900) 拉马克 (Lamark) ： “ 用进废退 ” 学说和 “ 获得性状遗传 ” ： 长颈鹿？ 长颈鹿？ 魏斯曼 (Weisman) ： “ 种质论 ” ： 魏斯曼 (Weisman) ： “ 种质论 ” ： 小鼠截尾实验： “ 种质 ” 和 “ 体质 ” 小鼠截尾实验： “ 种质 ” 和 “ 体质 ” 达尔文 (C.R.Darwin) ： “ 泛生论 ” ：泛生粒 达尔文 (C.R.Darwin) ： “ 泛生论 ” ：泛生粒  侧重于遗传变异原因的解释，初步肯定了其物质性  侧重于遗传变异原因的解释，初步肯定了其物质性 缺点：导向不好

5 （二）、 遗传学的诞生 (1900) (1). 孟德尔 (Gregor Mendel) (1). 孟德尔 (Gregor Mendel) （ ）： 奥地利的一个修道士，他从 1856 年开始进行了 8 年的豌 豆杂交试验 ： 奥地利的一个修道士，他从 1856 年开始进行了 8 年的豌 豆杂交试验 ： 并应用统计学方法分析和验证了这些假设。  1866 年发表《植物杂交试验》, 提出了分离规律和 独立分配规律；并应用统计学方法分析和验证了这些假设。 但是他的 发现并未引起重视，而是被埋没了 35 年之后才被 3 位科学家 重新发现。  假定细胞中有它的物质基础 “ 遗传因子 ” ，但是他的 发现并未引起重视，而是被埋没了 35 年之后才被 3 位科学家 重新发现。

6 (2). 孟德尔定律的重新发现,H. 1848~1935 月见草 1864~1933 玉米 豌豆 狄 · 弗里斯 (De Vries,H. 1848~1935) [ 荷 ] 月见草 科伦斯 (Correns, C. 1864~1933) [ 德 ] 玉米 冯 · 柴马克 (VonTschermak, E.) [ 奥 ] 豌豆 他们三人的论文都刊登在 1900 年出版的《德国植物学杂 志》上，都证实了孟德尔定律。开始他们都以为是自己发现了 这一重要定律，可后来发现早在 35 年以前，孟德尔就已经发 现并证明了分离定律和自由组合定律，这就是遗传学历史上孟 德尔定律的重新发现，标志着遗传学的诞生。 他们三人的论文都刊登在 1900 年出版的《德国植物学杂 志》上，都证实了孟德尔定律。开始他们都以为是自己发现了 这一重要定律，可后来发现早在 35 年以前，孟德尔就已经发 现并证明了分离定律和自由组合定律，这就是遗传学历史上孟 德尔定律的重新发现，标志着遗传学的诞生。 1910 年起将孟德尔遗传规律改称为孟德尔定律，公认孟 德尔是遗传学的奠基人。 1910 年起将孟德尔遗传规律改称为孟德尔定律，公认孟 德尔是遗传学的奠基人。

7 （三）经典遗传学时期 （ 年） 1. 核心 : 遗传的染色体理论 （ Theory of Chromosome ） （ Theory of Chromosome ） 1 ）遗传物质位于染色体上 1 ）遗传物质位于染色体上 2 ）遗传物质的传递与有丝分裂、减数 2 ）遗传物质的传递与有丝分裂、减数 分裂行为相联系 分裂行为相联系

8 2. 突出的科学家：  孟德尔（ ）：孟德尔遗传规律  狄 · 费里斯： 提出 “ 突变学说 ” ： 提出 “ 突变学说 ” ： 突变  生物进化。 突变  生物进化。  约翰生（ Johannsen W.L., ） 1909 年发表 “ 纯系学说 ”: 1909 年发表 “ 纯系学说 ”: 明确区别基因型 vs. 表现型； 明确区别基因型 vs. 表现型； 遗传因子  “ 基因 ” 遗传因子  “ 基因 ”

9  鲍维里 (Boveri T.) 1902 、萨顿 (Sutton W.) 1903 发现遗传因子的行为与染色体行为呈平行关系， 是染色体遗传学说的初步论证。 发现遗传因子的行为与染色体行为呈平行关系， 是染色体遗传学说的初步论证。  贝特生 (Bateson ， W. ） 1906 从香豌豆中发现性状连锁； 从香豌豆中发现性状连锁； 创造 “genetics” 一字。 创造 “genetics” 一字。  詹森斯 (Janssens, F. A.) 1909 观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释 基因连锁现象提供了基础。 观察到染色体在减数分裂时呈交叉现象，为解释 基因连锁现象提供了基础。

10  摩尔根 (Morgan T.H.,1866~1945) ： 提出 “ 性状连锁遗传规律 ” ；伴性遗传 提出 “ 性状连锁遗传规律 ” ；伴性遗传 提出染色体遗传理论  细胞遗传学； 提出染色体遗传理论  细胞遗传学； 著《基因论》：认为基因在染色体上直 线排列，创立基因学说 著《基因论》：认为基因在染色体上直 线排列，创立基因学说 这是对孟德尔遗传学说的重大发展，也 是这一历史时期的巨大成就。 这是对孟德尔遗传学说的重大发展，也 是这一历史时期的巨大成就。 1933 诺贝尔奖 1933 诺贝尔奖

11  穆勒 (Muller H.T.) ： 1927 年在果蝇用 X 射线诱发突变。 1927 年在果蝇用 X 射线诱发突变。  斯特德勒 (Stadler L.T.) ： 1927 年在玉米用 X 射线诱发突变－ 1927 年在玉米用 X 射线诱发突变－ 人工诱变 人工诱变  布莱克斯生 (Blakeslee A.F.) ： 利用秋水仙素诱导多倍体。 利用秋水仙素诱导多倍体。

12 （四）、现代遗传学时期（ 1940~ ） 1. 主要领域：  微生物遗传学  分子遗传学  基因工程  基因组学

13 2. 主要科学家及其贡献  比德尔 (Beadle, G.W.) 泰特姆（ Tatum, E.L Nobel prize ） 泰特姆（ Tatum, E.L Nobel prize ） 1941, X 射线  红色面包霉突变体  遗传学研究 1941, X 射线  红色面包霉突变体  遗传学研究 提出 “ 一个基因一种酶 ” 假说； “ 一个基因一个 蛋白质或多肽 ” 。 提出 “ 一个基因一种酶 ” 假说； “ 一个基因一个 蛋白质或多肽 ” 。 发展了微生物遗传学、生化遗传学。 发展了微生物遗传学、生化遗传学。  卡斯佩森 (Caspersson, T ． O.) ： 40 年代初用定量细胞化学方法  40 年代初用定量细胞化学方法  证明 DNA 存在于细胞核中。 证明 DNA 存在于细胞核中。

14  阿委瑞 (Avery O. T. ） 1944 肺炎双球菌的转化实验中，证明了遗传物质是 DNA 而不是蛋白质。 1944 肺炎双球菌的转化实验中，证明了遗传物质是 DNA 而不是蛋白质。  赫尔希 (Hershey A. D Nobel prize ） 蔡斯（ Chase, M. ） 蔡斯（ Chase, M. ） 1952 等用同位素示踪法在研究 T2 噬菌体感染细菌 1952 等用同位素示踪法在研究 T2 噬菌体感染细菌 的实验中，再次确认了 DNA 是遗传物质 的实验中，再次确认了 DNA 是遗传物质 至此，已为遗传物质的化学本质及基因的功能 至此，已为遗传物质的化学本质及基因的功能 奠定了初步的理论基础。 奠定了初步的理论基础。

15 二战后：物理学家对研究生物学问题产 生了浓厚的兴趣。他们在研究中带进了物理 学新理论、概念和方法。

16  瓦特森（ Watson ， J ． D. ） 克里克（ Crick F.H.C. ） 克里克（ Crick F.H.C. ） 1953 根据对 DNA 的化学分析和对 DNA X 射线晶体学所得资料提出 DNA 分子结构模式理论 －双螺旋结构。 1953 根据对 DNA 的化学分析和对 DNA X 射线晶体学所得资料提出 DNA 分子结构模式理论 －双螺旋结构。 标志分子遗传学的诞生。 标志分子遗传学的诞生。 1962 Nobel prize

17  克里克 (Crick F ． H ． C. ） 1961 和同事们用实验证明了他于 1958 年 1961 和同事们用实验证明了他于 1958 年 提出的关于遗传三联密码的推测。  尼伦伯格 (Nirenberg ， M ． W.) 柯兰拉（ Khorana ， H. G 诺贝尔奖） 柯兰拉（ Khorana ， H. G 诺贝尔奖） 1957 ～ 1969 解译出 64 种遗传密码。 1957 ～ 1969 解译出 64 种遗传密码。

18  雅各布 (Jacob F.) 莫诺 (Monod J. ， 1965 诺贝尔奖 ) ： 1961 大肠杆菌的操纵子，阐明微生物基因 表达的调控机制。 莫诺 (Monod J. ， 1965 诺贝尔奖 ) ： 1961 大肠杆菌的操纵子，阐明微生物基因 表达的调控机制。  史密斯（ Smith ， H 诺贝尔奖）： 1970 分离到限制性内切酶  基因工程 1970 分离到限制性内切酶  基因工程  波耶（ Boyer ， H. ）, 柯恩（ Cohen ， S. ） : 1973 首次用质粒克隆 DNA 1973 首次用质粒克隆 DNA  吉尔伯特（ Gilbert, W. ）, 桑格（ Sanger, F ） 1977 DNA 测序法。 1980 诺贝尔奖 1977 DNA 测序法。 1980 诺贝尔奖

年 5 月 提出 1986 年 5 月 提出 1990 年 10 月 1 日美国国会正式批准启动人类基因组计 划，计划投入 30 亿美元的资金在 15 年内完成人类基因 组的分析研究 1990 年 10 月 1 日美国国会正式批准启动人类基因组计 划，计划投入 30 亿美元的资金在 15 年内完成人类基因 组的分析研究 2000 年 6 月 26 日，国际人类基因组测序联盟与 Celera 公司联合发布了 “ 人类基因组工作草图 ” (work draft ) 2000 年 6 月 26 日，国际人类基因组测序联盟与 Celera 公司联合发布了 “ 人类基因组工作草图 ” (work draft ) 2001 年 2 月 12 日又分别在 Nature 和 Science 杂志上公 布了人类基因组 “ 精确图 ”( 准确度达到 %) 2001 年 2 月 12 日又分别在 Nature 和 Science 杂志上公 布了人类基因组 “ 精确图 ”( 准确度达到 %) 2003 年 4 月 14 日 Collins F 博士在华盛顿隆重宣布 HGP 完成，得到了人类基因组 “ 完成图 ”( 包括 99 % 的 人类基因组序列，准确度为 %) 。人类基因组计 划的所有目标全部实现。这标志 “ 人类基因组计划 ” 胜 利完成和 “ 后基因组时代 ” (post genome era ， PGE) 正 式来临。 2003 年 4 月 14 日 Collins F 博士在华盛顿隆重宣布 HGP 完成，得到了人类基因组 “ 完成图 ”( 包括 99 % 的 人类基因组序列，准确度为 %) 。人类基因组计 划的所有目标全部实现。这标志 “ 人类基因组计划 ” 胜 利完成和 “ 后基因组时代 ” (post genome era ， PGE) 正 式来临。 人类基因组计划（ HGP ）

20 其它生物的基因组计划 –1995 第一个基因组 ——— 流感嗜血杆菌 (Haemophilus influenzae) 的全部序列发表, 大小为 1. 8Mb, – 酿酒酵母 ( Saccharomyces eerevisiae) – 大肠杆菌 ( E. coli) – 线虫 (Caenorhabditis elegans) –2000 年 3 月 Celera 公司完成果蝇 ( Drosophila melanogaster) 180 Mb –2000 年 12 月份完成第一个植物 — 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 基因组测序, 大小为 125 Mb –2002 年 4 月 5 日水稻－中国（籼稻）、日本（粳稻）

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22 青山衬托之下，是一片金灿灿 的中国水稻梯田。 2002 年 4 月 5 日以中国梯田为封面的 « Science» 杂志以 14 页篇幅率 先发表了一个重大成果 — 中国 人独立完成的论文《水稻（籼 稻）基因组的工作框架序列》， 显示对中国科学家成就充分肯 定。 COVER Photograph of the Honghe Hani rice terraces in Yunnan Province, China. In this issue, two separate research groups report draft sequences of two strains of rice--japonica and indica. In addition, the Editorial, News Focus, Letters, and Perspectives highlight the significance of the rice genome to the world's population. [Image: Liwen Ma and Baoxing Qiu, Beijing Genomics Institute]

23 三、遗传学在科学与生产中的意义 （一）科学－革命性的影响 1. 新兴学科、边缘学科、交叉学科的兴起 细胞遗传学 数量遗传学 生统遗传学 发育遗传学 进化遗传学 微生物遗传学 辐射遗传学 医学遗传学 分子遗传学 遗传工程等 基因组学 （结构、功能） 生物信息学 2. 古老科学焕发青春－新思路、新角度、 新方法 3. 科学难题的曙光

24 1. 工业： （ 1 ）基因产业：食品、药物、诊断试 剂、实验试剂等。 （ 2 ）基因信息咨询： Celera 公司 $200 亿。 2. 农业： （ 1 ）品种改良 （ 2 ）生物反应器 （二）对工农业生产的影响：

25 （三）对人类社会的影响：双刃剑 1. 疾病预防与治疗 2. 基因隐私 3. 基因决定论 4. 基因歧视 5.“ 优生学 ” － eugenics （禁用） 6. 基因武器 7. 长寿基因： 1200 岁 8. 伦理 9. 道德 10. 法律

26 四、遗传学的教与学 1. 教学内容： 第一章 绪论 第七章 遗传物质的分子基础 第二章 遗传的细胞学基础 第八章 基因的表达与调控 第三章 孟德尔遗传 第九章 基因工程与基因组学 第四章 连锁遗传和性连锁 第十章 基因突变 第五章 染色体变异 第十一章 细胞质遗传 第六章 细菌和病毒的遗传 第十二章 数量遗传 第十三章 群体遗传与进化 2. 教学手段：传统＋多媒体 3. 以教材为纲，但不拘泥于教材。

27 4. 如何学习好？ 1. 基本概念、基本原理，重在理解，拒 绝死记硬背。 2. 平时多练习，培育分析和应用能力， 临时抱佛脚没有用。

28 Genetics is like riding a bike, easy when you know how, but impossible until you try it. Genetics is considered by some students to be the most difficult aspect of biology. This is often because you have to think about it. …… From: Instant Notes in Genetics