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這是一個(gè)關(guān)于生物的遺傳與變異學(xué)習(xí)課件PPT模板,這節(jié)課主要是了解一、孟德?tīng)栠z傳的基本規(guī)律二、基因的分子生物學(xué)基礎(chǔ)—DNA 三、基因工程的操作和應(yīng)用等介紹。 一株植株中,只有當(dāng)控制某一對(duì)性狀的一對(duì)遺傳因子均為隱性因子時(shí),該植株才表現(xiàn)出隱性性狀(如白花或綠色豆粒)。其他情況下,包括一對(duì)遺傳因子均為顯性,或一個(gè)顯性一個(gè)隱性,均表現(xiàn)出顯性性狀(如紫花或黃色豆粒)。這一點(diǎn)在分離律實(shí)驗(yàn)中看的很清楚。當(dāng)兩對(duì)性狀一起加以研究時(shí),顯性和隱性的基本規(guī)律仍與上面相同,但要加上一條:控制不同性狀的遺傳因子,在傳代中各自獨(dú)立,互不干擾,出現(xiàn)自由組合現(xiàn)象。更多內(nèi)容,歡迎點(diǎn)擊下載生物的遺傳與變異學(xué)習(xí)課件PPT模板哦。
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第五章:生物的遺傳與變異(上)
生命最重要的本質(zhì)之一是性狀特征自上代傳至下代——遺傳。 今天,從遺傳學(xué)研究衍生出來(lái)的基因工程技術(shù),已構(gòu)成生物技術(shù)的核心,在實(shí)際應(yīng)用中顯示出極大的潛力。
孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)奠定了遺傳學(xué)基礎(chǔ)
孟德?tīng)枺?822-1884)從 1856 年起開(kāi)始豌豆試驗(yàn)。 孟德?tīng)柕幕痉椒ㄊ请s交。他挑選了七對(duì)性狀。 經(jīng)過(guò)近 10 年的潛心研究,孟德?tīng)柊l(fā)表了他的研究報(bào)告。其內(nèi)容可概括兩個(gè)定律。
1、孟德?tīng)柕谝欢桑蛛x律
2、孟德?tīng)柕诙桑杂山M合律
3、孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)的要點(diǎn)
一株植株中,只有當(dāng)控制某一對(duì)性狀的一對(duì)遺傳因子均為隱性因子時(shí),該植株才表現(xiàn)出隱性性狀(如白花或綠色豆粒)。 其他情況下,包括一對(duì)遺傳因子均為顯性,或一個(gè)顯性一個(gè)隱性,均表現(xiàn)出顯性性狀(如紫花或黃色豆粒)。這一點(diǎn)在分離律實(shí)驗(yàn)中看的很清楚。
當(dāng)兩對(duì)性狀一起加以研究時(shí),顯性和隱性的基本規(guī)律仍與上面相同,但要加上一條: 控制不同性狀的遺傳因子,在傳代中各自獨(dú)立,互不干擾,出現(xiàn)自由組合現(xiàn)象。
5、孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)的重要意義
大多數(shù)生物體通常由 一對(duì)遺傳因子(后來(lái)稱(chēng)為兩個(gè)等位基因)控制同一性狀。這樣的生物體稱(chēng)為2n 個(gè)體。到形成生殖細(xì)胞時(shí),這對(duì)遺傳因子分離到兩個(gè)配子中去。 遺傳因子可以區(qū)分為顯性和隱性。 控制不同性狀的遺傳因子是各自獨(dú)立的。
(2)孟德?tīng)柼岢隽穗s交、自交、回交等一套科學(xué)有效的遺傳研究方法,來(lái)研究遺傳因子的規(guī)律。孟德?tīng)杽?chuàng)立的這套方法一直沿用到 1950s,才被分子遺傳學(xué)方法取代。思考題
1、基因在染色體上
摩根實(shí)驗(yàn)室用果蠅為材料的工作,確定了基因在染色體上的分布規(guī)律。
隨著生物化學(xué)的發(fā)展,蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子逐漸分離、純化出來(lái)。各方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明,基因的化學(xué)本質(zhì)不是蛋白質(zhì),而是 DNA。
赫歇(Hershey)和切斯(Chase)(1952) 用同位素技術(shù)證明,DNA 是遺傳分子
幾個(gè)月后,DNA 雙螺旋模型發(fā)表,
更說(shuō)明 DNA 具有遺傳分子的特性。
( Hershey 因在病毒遺傳學(xué)的貢獻(xiàn)獲 1969 年諾貝爾獎(jiǎng))
DNA的結(jié)構(gòu)單位是核苷酸,每一個(gè)核苷酸均由一個(gè)磷酸分子,一個(gè)糖分子和一個(gè)堿基分子組成。 DNA 雙螺旋模型說(shuō)明 DNA 分子能夠充當(dāng)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。 (獲1962年諾貝爾獎(jiǎng))
2.4 DNA作為遺傳物質(zhì)的功能:
5、基因理論中的許多復(fù)雜情況 以孟德?tīng)枌W(xué)說(shuō)為開(kāi)端的遺傳理論,發(fā)展到以 DNA 分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的分子遺傳學(xué),使我們對(duì)遺傳規(guī)律有了確切的理解。 應(yīng)該看到,實(shí)際上生命世界的遺傳現(xiàn)象遠(yuǎn)比上面談到的要復(fù)雜得多。
一個(gè)基因一個(gè)性狀?不一定。例如膚色的控制至少有三個(gè)基因參與。 基因決定性狀,環(huán)境還起不起作用?在基因型確定的基礎(chǔ)上, 環(huán)境常常會(huì)影響表型。
三、基因工程技術(shù)和應(yīng)用
將外源基因(又稱(chēng)目的基因,是一段 DNA 片斷)組合到載體 DNA 分子中去,再把它轉(zhuǎn)到受體細(xì)胞(亦稱(chēng)寄主細(xì)胞)中去,使外源基因在寄主細(xì)胞中增值和表達(dá),從而得到期望的由這個(gè)外源基因所編碼的蛋白質(zhì)。
所以,基因工程的操作包含以下步驟: 獲得目的基因 構(gòu)造重組 DNA 分子 轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)染 表達(dá) 蛋白質(zhì)產(chǎn)物的分離純化
到哪里去找目的基因?一般來(lái)說(shuō),人的基因,要從人體的組織細(xì)胞中去找;小鼠的基因要從小鼠的組織細(xì)胞中去找。 從組織細(xì)胞中可以分離得到人/小鼠的全套基因,稱(chēng)為基因文庫(kù)。文庫(kù)中基因總數(shù) 就人來(lái)說(shuō)約有 3 萬(wàn)個(gè)基因。如何從中把需要的基因找出來(lái)?采取“釣”的辦法。這個(gè)辦法通常稱(chēng)為印跡法。
印跡法的主要步驟:(1)基因文庫(kù)- DNA 用限制性?xún)?nèi)切 酶處理。(2)DNA 片斷混合物通過(guò)電泳分離。(3)電泳后,通過(guò)印跡技術(shù)轉(zhuǎn)到酯酰 纖維薄膜上,以便操作。(4)用已知小片斷DNA 作為探針, 互補(bǔ)結(jié)合需要找的基因片斷。(5)探針DNA 片斷已用放射性元素 標(biāo)記,使膠片感光后可看出。
印跡法的關(guān)鍵是“分子雜交”,利用堿基配對(duì)的原則,用一段小的已知的 DNA 片斷去尋找(“釣”)大的未知的基因片斷。
探針 DNA 片斷從何而來(lái)? 根據(jù)目的蛋白的氨基酸序列,只要其中 N-端 15-20 個(gè)氨基酸序列,按三聯(lián)密碼轉(zhuǎn)為 40-60 核苷酸序列,人工合成,即為探針 DNA 片斷。
(2)目的基因的擴(kuò)增
(3)PCR —— 把尋找目的基因和擴(kuò)增目的基因兩步操作并成一步。
PCR 反應(yīng)分三步完成:第一步 —— 90 0 C 高溫下,使混合物的DNA 片斷因變性而成單鏈。第二步 —— 50 0 C 溫度下,引物 DNA結(jié)合在適于配對(duì)的DNA片斷上。第三步 —— 70 0 C 溫度下,由合成酶( DNA 高溫聚合酶)催化,從引物開(kāi)始合成目的基因 DNA。
PCR 的三個(gè)步驟為一次循環(huán),約需5-10 分鐘。每經(jīng)一次循環(huán),所找到的目的基因擴(kuò)充一倍。經(jīng)過(guò) 30 次循環(huán),即可擴(kuò)增 109 倍,總共只需幾個(gè)小時(shí)。
(4)構(gòu)造重組 DNA 分子
其次要把目的基因“裝”到載體中去。“安裝”的過(guò)程,需要好幾種工具酶,其中關(guān)鍵的酶叫限制性?xún)?nèi)切酶。 此酶識(shí)別一定堿基序列,有的還可切出“粘性”末端,使得目的基因和載體的連接非常容易。
(5)轉(zhuǎn)化/轉(zhuǎn)染—表達(dá)—蛋白質(zhì)分離
表達(dá)重組 DNA 分子進(jìn)入寄主細(xì)胞后,其中的目的基因能否表達(dá),表達(dá)效率高低,還有很大差別。表達(dá)通常是指目的基因編碼的蛋白質(zhì)合成。蛋白質(zhì)分離純化基因工程的最后一步,是把所獲得的蛋白質(zhì)分離純化,得到蛋白質(zhì)產(chǎn)品。
2、基因工程的應(yīng)用
(2)用于提高奶酪產(chǎn)量 生產(chǎn)奶酪的凝乳酶?jìng)鹘y(tǒng)上來(lái)自哺乳小牛的胃,F(xiàn)在可以通過(guò)基因工程辦法,用酵母生產(chǎn)凝乳酶,大量用于奶酪制造。
(3)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和植物 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物首先在小鼠獲得成功,F(xiàn)在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)已用于牛、羊,使得從 牛/羊 奶中可以生產(chǎn)蛋白質(zhì)藥物。稱(chēng)為“乳腺反應(yīng)器”工程。
印跡技術(shù)的發(fā)展
探針 檢測(cè)
Southern 法 DNA DNA
Northern 法 DNA RNA
Western 法 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)
(4)工程菌在環(huán)境工程中應(yīng)用 美國(guó) GE 公司構(gòu)造成功具有巨大烴類(lèi)分解能力的工程菌,并獲專(zhuān)利,用于清除石油污染。
脈孢霉誘變和單孢子分離營(yíng)養(yǎng)缺陷型
Mullis 從高速路汽車(chē)交通得到靈感發(fā) PCR
McClintock 從研究 玉米種皮顏色 發(fā)現(xiàn) 轉(zhuǎn)座子
轉(zhuǎn)座元件可使基因 在染色體內(nèi)和染色體間移動(dòng)
孟德?tīng)柕某删筒⒎桥既?span style="display:none">6u3紅軟基地
1、植物育種的實(shí)踐為他提供各種豌豆
孟德?tīng)柕某删鸵灿信既?
1、顯性/隱性差別對(duì)觀察分離律很重要。
摩根能取得成就是因?yàn)? 他在孟德?tīng)柕幕A(chǔ)上有突破
1、不用豌豆用果蠅。
1910年找到果蠅突變體(白眼)
2、發(fā)現(xiàn)連鎖不放棄。
通過(guò)連鎖分析,想出基因在染
色體上定位的辦法。發(fā)展了細(xì)
胞遺傳學(xué)。獲1933年諾貝爾獎(jiǎng)。
認(rèn)真學(xué)習(xí)前人,又不受前人束縛
G. W. Beadle 在 Morgen 實(shí)驗(yàn)室( CIT )學(xué)習(xí),先做果蠅,后研究脈孢霉。
后來(lái)轉(zhuǎn)到 E. Tanum 實(shí)驗(yàn)室( Stanford ),通過(guò)脈孢霉?fàn)I養(yǎng)缺陷型研究,得出“一個(gè)基因一個(gè)酶”結(jié)論,開(kāi)創(chuàng)了生化遺傳學(xué)( 1940s )。獲諾貝爾獎(jiǎng)( 1958 )。
專(zhuān)心致志,不趕潮流
Barbara McClintock 從 1940s 中開(kāi)始研究玉米葉子條紋和種皮顏色等特征的遺傳規(guī)律,1951 年發(fā)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)位(Transposition)現(xiàn)象。
1970s 初,(20 多年后)才在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)第二例轉(zhuǎn)座現(xiàn)象。1983 年獲諾貝爾獎(jiǎng)(81歲)。
脈孢霉誘變和單孢子分離營(yíng)養(yǎng)缺陷型
凝膠電泳
質(zhì)粒是基因工程中常用的載體
營(yíng)養(yǎng)缺陷型
野生型--能在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng),菌體自身能合成各種有機(jī)營(yíng)養(yǎng)要素。
營(yíng)養(yǎng)缺陷型--不能在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng),菌體自身不能合成某種營(yíng)養(yǎng)要素。可在
基本培養(yǎng)基+(例如)精氨酸
條件下生長(zhǎng)
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