分子遗传学的传承与发展
分子遗传学的传承与发展
遗传学（genetics）这个名称，最初是由英国科学家贝特森（W.Bateson）于1906年根据拉丁文延长（Latin genetikos）之意创造的。按照不同历史时期的学术水平和工作特点，遗传学的研究进程大体上可以划分为经典遗传学（classical genetics）、生化遗传学（biochemical genetics）、分子遗传学（molecular genetics）、基因工程学（genetic engineering）、基因组学（genomics）和表观遗传学（epigenetics）等数个既彼此相对独立，又前后互相交融的不同发展阶段。这当中，分子遗传学的地位无疑是相当重要的，它起到了承上启下的作用。因此讲清分子遗传学的传承与发展这一命题，不仅对于学习与掌握分子遗传学的基本原理是十分必要的，而且对于培养青年学子树立科学的唯物史观也是十分必要的。
1. 经典遗传学
从1865年孟德尔《植物杂交实验》论文发表至20世纪40年代初，遗传学主要从细胞和染色体水平上研究生命有机体的遗传与变异的规律，属于细胞遗传学（cytogenetics）或叫染色体遗传学（chromosomal genetics）阶段。为了与后继发展的分子遗传学相区别，如今人们也习惯地称这一阶段的遗传学为经典遗传学或传统遗传学。鉴于经典遗传学主要研究生命有机体上下两个世代之间基因是如何传递的，故有时也称之为传递遗传学（transmission genetics）。
孟德尔通过豌豆杂交实验，为现代遗传学的诞生作出了划时代的杰出贡献。概括地说主要有如下两大方面：
第一,发现了两条遗传学的基本定律，即遗传因子分离律和自由组合律。孟德尔从1857年到1864年，坚持以豌豆为材料进行植物杂交试验。他选择了7对区别分明的性状作仔细观察。例如，他用产生圆形种子的植株同产生皱形种子的植株杂交，得到的几百粒杂交子一代的种子全是圆形的。第二年，他种了253粒圆形杂交种子，并让它们自交，结果得到的7324粒子二代种子中，有5474粒是圆形的，1850粒是皱形的。用统计学方法计算得出，圆皱比为3:1。据此孟德尔推导出遗传因子分离律。他还研究了具有两种彼此不同的对立性状的2个豌豆品系之间的双因子杂交试验。他选用产生黄色圆形种子的豌豆品系同产生绿色皱形种子的豌豆品系进行杂交，所产生的杂种子一代种子，全是黄色圆形的。但在自交产生的子二代556粒种子中，不但出现了两种亲代类型，而且还出现了两种新的组合类型。其中黄色圆形的315粒，黄色皱形的121粒，绿色圆形的108粒，绿色皱形的32粒。四种类型比例近于9:3:3:1。这就是所谓的孟德尔遗传因子的独立分配律。
第二，提出了遗传因子假说。为了解释豌豆杂交的遗传现象，孟德尔从生殖细胞着眼，
提出了遗传因子假说。他推想生物个体的所有性状都是由遗传因子控制的，这些因子从亲本到子代，代代相传；遗传因子有显性和隐性之分，决定一对相对性状的显性因子和隐性因
子，叫做等位因子(即现在所说的等位基因)；在体细胞中遗传因子是成对存在的，其中一个来自父本，一个来自母本；在形成配子时，成对的遗传因子彼此分开，因此在性细胞中，它们则是成单存在的；在杂交子一代细胞中，成对的遗传因子各自独立，彼此保持纯一的状态；由杂种形成的不同类型的配子数目相等;雌雄配子的结合是随机的，有同等的结合机会。
在孟德尔当时，学术界流行着一种“融合遗传”(blending inheritance)观点，认为决定不同亲本性状的遗传物质，在杂种后代彼此融合而逐渐消失。这好比把红颜料同蓝颜料混合之后，会形成一种既不是红也不是蓝的紫颜色一样。孟德尔冲破这种错误观点的束缚，提出了与“融合遗传”相对立的“颗粒遗传”(particulate inheritance)思想。在大量实验事实的基础上，通过严格的统计学分析和缜密的逻辑推理，证明遗传性状是由一种独立存在的颗粒性的遗传因子决定的。
孟德尔的科学发现，为现代遗传学奠定了坚实的理论基础，后世人为纪念他的伟大的科学贡献，称这些定律为孟德尔定律，并尊称孟德尔为现代遗传学的创始人。
美国著名的遗传学家摩尔根（T.H.Morgan）对基因学说的建立作出了卓越的贡献。他以果蝇为材料进行遗传学研究。1910年，摩尔根和他的助手C.B.Bridges、H.J.Muller及A.H.Sturtevant，从红眼的果蝇群体中发现了1只白眼的雄果蝇。因为正常的果蝇都是红眼的，叫做野生型，所以称白眼果蝇为突变型。到了1915年，他们一共找到了85种果蝇的突变型。这些突变型跟正常的野生型果蝇，在诸多如翅长、体色、刚毛形状、复眼数目等性状上都有差别。有了这些突变型，就能够更广泛地进行杂交实验，也能更加深入地研究遗传
的机理。摩尔根将白眼雄果蝇同红眼雌果蝇交配所产生的子一代不论是雄的还是雌的，无一例外地都是红眼果蝇。让这些子一代果蝇互相交配，所产生的子二代有红眼的也有白眼的，但有趣的是所有的白眼果蝇都是雄性的。说明这个白眼性状与性别有联系。
为了解释这种现象，需要简单地了解果蝇的染色体。果蝇只有4对染色体。在雌果蝇中有1对很小呈粒状，2对呈V形，另有1对呈棒状的特称为XX染色体；在雄果蝇中，前3对同雌果蝇的完全一样，但没有1对棒状的XX染色体，它是由1个棒状的X染色体和1个J形的Y染色体取代，这一对叫做XY染色体。
摩尔根当时就已经知道性染色体的存在。因此他推想，白眼这一隐性性状的基因（w）是位于X染色体上，而在Y染色体上没有它的等位基因。他让子一代红眼雌果蝇（Ww），跟亲本的白眼雄果蝇（wY）回交，结果产生的后代果蝇中有1/4是红眼雌果蝇，1/4是白眼雄果蝇。这个实验说明，白眼隐性突变基因（w）确实位于X染色体上。摩尔根称这种现象为遗传性状的连锁定律。
摩尔根和他助手们的杰出工作，第一次将代表某一特定性状的基因同某一特定的染色体联系了起来，创立了遗传的染色体理论并提出了遗传的连锁定律。从此基因有了具体的物质内涵。随后的遗传学家们又应用基因作图技术，构建了基因的连锁图，进一步揭示了在染色体分子上基因是按线性顺序排列的，从而使学术界普遍地接受了孟德尔遗传学原理。
经典遗传学的主要研究内容可概括为遗传的孟德尔定律（Mondelian laws of inheritance）、遗传的染色体理论（the chromosome theory of inheritance）、遗传重组和作图（genetic recombination and mapping）以及重组的物理证据（physical evidence for recombination）等四大方面。
2. 生化遗传学
摩尔根曾经正确地指出：“种质必须由某种独立的要素组成，正是这些要素我们叫做遗传因子，或者更简单地叫做基因”。尽管由于摩尔根及其学派的广大科学工作者的努力，使基因学说得到了学术界的普遍的承认，然而当时人们对基因本质的认识还相当肤浅，并不知道基因与蛋白质及表型之间究竟存在着什么样的内在联系。虽然说早在1909年，英国的医生兼生物化学家加罗德（A.Garrod）就己指出，特定酶的表达是由野生型基因控制的假说。而且这个假说在二十世纪30年代，经过众多遗传学家的努力已经获得了很大的发展与充实。遗憾的是，由于当时人们掌握的酶分子结构的知识相当贫乏，没有认识到大部份基因的编码产物都是蛋白质，也不知道是否所有的蛋白质都是由基因编码的。在这样的知识背景下，要
进一步研究分析基因与蛋白质之间的内在联系，显然是难以做到的。
值得庆幸的是到了二十世纪40年代初期，孟德尔-摩尔根学派的遗传学家便已经清醒地认识到，如果继续沿用经典遗传学的研究方法和实验体系，是难以有效地揭示基因控制蛋白质合成及表型特征的遗传机理。因此他们便广泛地转而使用诸如红色面包霉（Neurospora crassa）和肺炎链球菌（Streptococcus pneumpniae）等微生物为研究材料，并着力从生物化学的角度，探索基因与蛋白质及表型之间内在联系的分子本质。所以人们称这个阶段的遗传学为生化遗传学（biochemical genetics），或微生物遗传学（microbial genetics）。
由于微生物具有个体小、细胞结构简单、繁殖速度快、世代时间短和容易培养、便于操作等许多优点，因此便极大地加速了生化遗传学的研究，在短短的二三十年间就取得了丰硕的成果，主要的有如下三项。第一，1941年两位美国科学家比德尔（G.Beadle）和塔特姆（E.Tatum），通过对红色面包霉营养突变体的研究，提出了“一种基因一种酶”（后来修改为“一种基因一种多肽”）的假说。此后在1957年，这个假说被英国科学家英格拉姆（V.M.Ingram）证明是正确的。从而明确了基因是通过对酶（即蛋白质）合成的控制，实现对生命有机体性状表达的调节作用。第二，1944年微生物学家艾弗里（0.Avery）及其同事证明，肺炎链球菌的转化因子是DNA。第三，1952年，赫尔希（A.Hershey）和蔡斯（M.Chase）也在噬菌体感染实验中发现，转化因子的确是DNA而不是蛋白质，肯定了艾弗里的结论。至此基因的分子载体是DNA已是不争的事实。生化遗传学的发展为日后分子遗传学的诞生奠定了坚实的理论基础。它上承经典遗传学，下启分子遗传学，是经典遗传学向分子遗传学发展过程中的一个重要的过渡阶段。
3. 分子遗传学
经典遗传学虽然揭示了基因传递的一般规律，甚至还能够绘制出基因在染色体分子上的排列顺序及其相对距离的遗传图，生化遗传学尽管证明了基因的载体是DNA，但它们都不能准确地解释基因究竟是以何种机理、通过什么途径来控制个体的发育分化及表型特征的。确切地说，直到1953年Watson-Crick DNA双螺旋模型提出之前，人们对于基因的理解仍然停留在初步的阶段。那时的遗传学家不但没有揭示出基因的结构特征，而且也不能解释位于细胞核中的基因，是怎样地控制在细胞质中发生的各种生化过程，以及在细胞繁殖过程中，为何基因可准确地产生自己的复制品。而诸如此类的问题便是属于分子遗传学的研究范畴。由于长期以来分子遗传学的核心主题一直是围绕着基因展开的，所以也被冠名为基因分子遗传学（molecular genetics of the gene）。
分子遗传学的主要研究方向集中在核酸与蛋白质大分子的遗传作为上，重点是从DNA 水平探索基因的分子结构与功能的关系，以及表达和调节的分子机理等诸多问题。特别是DNA双螺旋结构模型的建立，为有关的科学工作者着手研究构成分子遗传学两大理论支柱，即维系遗传现象分子本质的DNA自我复制和基因与蛋白质之间的关系，提供了正确的思路，奠定了成功的基础。因此说，1953年沃森和克里克（JamesWatson and Francis Crick ）DNA 双螺旋模型的建立，标志着遗传学研究已经跨入了分子遗传学的新阶段。它全面继承和发展了经典遗传学和生化遗传学的科学内涵，又孕育并催生了基因工程学、基因组学和表观遗传学等3个现代遗传学主要分支的相继问世。毫无疑义在整个遗传学的发展史上，分子遗传学的确起到了承上启下的传承作用。
应该说二十世纪50年代初期至70年代初期，是分子遗传学迅猛发展快速进步的年代。在这短短的二十余年间，许多有关分子遗传学的基本原理相继提出，大量的重要发现不断涌现。其中比较重要的有：1956年，美国科学家科恩伯格（A.Kornberg）在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶Ⅰ，这是可以在试管中合成DNA链的头一种核酸酶，从此拉开了DNA合成研
究的序幕；1957年，弗伦克尔-康拉特（H.Fraenkal-Conrat）和辛格（B-Singer）证实，烟草花叶病毒TMV的遗传物质是RNA，进一步表明RNA同样具有重要的生物学意义；1958年梅塞尔森和斯塔尔（M. Meselson and F.W.Stahl）发现了DNA半保留复制机理，揭示了基因之所以能够代代相传准确保留的分子本质；同年克里克提出了描述遗传信息流向的中心法则，阐明了在基因表达过程中，遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的传递途径；1961年两位法国科学家雅各布和莫洛（M.F.Jacob and J.Monod）建立了解释原核基因表达调节机理的操纵子模型，说明基因不但在结构上是可分的，而且在功能上也是有分工的；自1961年开始，经过尼伦伯格（M.W.Nirenberg）和库拉钠（H.G.Khorana）等科学家的努力，至1966年全部64种遗传密码子均已成功破译，从而将RNA分子上的核苷酸顺序同蛋白质多肽链中的氨基酸顺序联系起来，它是分子遗传学发展过程中影响最为深远的科学发现之一；1970年，美国科学家特明和巴尔帝摩（H.N.Temin and D.Baltimore）发现了RNA病毒及其反转录酶，证明遗传信息也可以从RNA反向传递到DNA，这是对中心法则的重大修正；1970年，史密斯（H.O.Smith）等人从流感嗜血菌中首先分离到Ⅱ型核酸内切限制酶，它与1967年发现的DNA连接酶，同为DNA体外重组技术的建立提供了酶学基础。正是上述这些研究发现与进展构成了分子遗传学的核心内容。
4. 基因工程学
基因工程学简称基因工程，是在20世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学（biotechnology）。它的创立与发展直接依赖于分子遗传学的进步，而基因工程技术的发展与应用又有力地促进了分子遗传学的深化与提高，两者之间有着密不可分的内在联系。
早期分子遗传学的研究成果，为基因工程的创立与发展奠定了坚实的理论基础。概括起来主要的有如下三个方面：第一，在20世纪40年代确立了遗传信息的携带者，即基因的分子载体是DNA而不是蛋白质，明确了遗传的物质基础问题；第二，在20世纪50年代揭示了DNA分子的双螺旋结构模型和半保留复制机理，弄清了基因的自我复制和传递的问题；第三，在20世纪50年代末期和60年代，相继提出了中心法则和操纵子学说，并成功地破译了遗传密码系统，阐明了遗传信息的流向和表达问题。由于这些问题的相继解决，人们期待已久的应用类似于工程技术的程序，主动地改造生命有机体的遗传特性，创造具有优良性状的生物新类型的美好愿望，从理论上讲已有可能变为现实。
基因工程之所以会在20世纪70年初期诞生，并在随后的十来年时间中获得迅速的发展，这并非是一种偶然的事件，而是由当时科学技术发展的水平决定的。特别是分子生物学及分子遗传学实验方法的进步，为基因工程的创立与发展奠定了强有力的技术基础。这些技术主要的有依赖于核酸内切限制酶和DNA连接酶的DNA分子体外切割与连接、基因克隆载体和大肠杆菌转化体系、DNA核酸序列结构分析以及核酸分子杂交和琼脂糖凝胶电泳等等。有趣的是，这些技术差不多是同时得到发展，并被迅速地应用于DNA体外重组实验。于是在20世纪70年代开展基因工程研究工作，无论在理论上还是在技术上都已经具备了条件。
首先，1972年美国斯坦福大学（Stanford University）的伯格（P.Berg）等人完成了世界上第一例DNA体外重组实验。接着，1973年另外两位斯坦福大学的科学家科恩（S.Cohen）和博耶（H.Boyer）利用大肠杆菌体系，首次成功地进行了基因克隆实验。这些工作预示着基因工程学即将正式诞生。
简单地说，所谓基因工程是指在体外试管中，应用DNA重组技术将外源DNA（基因）插入到载体分子构成遗传物质的重组体，并使之转移到原先没有这类分子（基因）的受体细胞内，而能持续稳定地表达与增殖，进而形成转基因的克隆或个体的实验操作过程。这个定义说明基因工程虽然是分子遗传学发展的必然结果，但它自身也具有如下几个方面独特的优
点。
第一，具有跨越天然物种屏障的能力，可以把来自不同物种的DNA（基因）转移到与其毫无亲缘关系的新寄主细胞中进行复制与表达。这意味着应用基因工程技术有可能按照人们的主观愿望和社会需求，创造出自然界原本并不存在的新的生物类型。
第二，能够使特定的DNA片段或目的基因在大肠杆菌寄主细胞中大量扩增。如此人们便能够制备到大量纯化的特定DNA片段或目的基因，从而极大地促进了有关基因的分子遗传学的基础研究工作。
第三，确立了反向遗传学（reverse genetics）研究途径。传统遗传学是根据生物个体的表型特征去探究其相应的基因型的结构，人们习惯上称这样的遗传学研究途径为正向遗传学（forward genetics）。随着分子遗传学尤其是重组DNA技术的发展与应用，人们已经有可能通过配合使用基因克隆、定点突变、PCR扩增及转基因等各项技术，首先从基因开始研究其核苷酸序列特征、蛋白质产物的结构与功能，进而根据人们的需求对基因进行修饰改造，然后再返回到生物体内观察其生物学活性与表型特征的变化。为与传统的正向遗传学相区别，人们称这样的遗传学研究途径为反向遗传学，亦即是基因工程学。
5. 基因组学
基因组（genome）这个术语系由基因（gene）和染色体（chromosome）两个英语单词缩合而成，最早于1920年被温克勒（H.Winkler）首先使用。它是指生命有机体细胞所携带的全部遗传信息，包括所有的基因及基因间序列的总和。例如人类基因组便是由复杂的核基因组和简单的线粒体基因组两大部分组成。前者含有约24000种基因，后者则只有37种基因。由于两者复杂度相差过于悬殊，因此通常所说的人类基因组测序，一般就是指核基因组测序。人类基因组含有22条常染色体及两条性染色体X和Y，其DNA分子的总长度约为3×109bp。但每一条染色体DNA分子的长度并不一样，最长的一条达250Mb，最短的一条则仅有55Mb。人类线粒体基因组DNA是一种长度为16569bp的环形分子。每个细胞平均拥有800个左右的线粒体颗粒，其中每个颗粒含有10个基因组拷贝。
一个成年人个体大约拥有总数达7.5×1013（即75万亿）个细胞，每个细胞都含有相同的基因组拷贝。但也有某种特别类型的细胞，比如处于终极分化状态的血红细胞并不存在细胞核，因此也就没有核基因组。体细胞是二倍体，每个细胞都含有两套共44条常染色体和两条性染色体（其中男性的为X和Y，女性的两条都是X）。单倍体细胞精子和卵子，都只有一套22条常染色体和一条性染色体，其中精子的有X和Y的两种不同的类型，而卵子则只有X的一种类型。因此，一套完整的人类核基因组，实际上包括22条常染色体和一条Y 染色体和一条X染色体，总数为24条染色体。
在讨论基因组问题时，不能不提及人类基因组计划（Human Genome Project,HGP）。这是一项在1984年由美国科学家首先提出并于1990年10月1日正式启动的、以测定人类基因组全序列为主要目标的国际性合作研究项目。除了美国之外，参加该项目的国家还有英国、法国、德国、日本和中国，共6个国家，预计总投资30亿美元。其工程之浩大，任务之艰巨，与制造原子弹的“曼哈顿（Manhattan）计划”、及送人登月的“阿波罗（Apollo）计划”相比毫不逊色。
人类基因组计划分两步进行。第一步，图谱的绘制，即将所有的基因全部定位在单倍体基因组的全套24条染色体上，然后对这些功能基因进行核苷酸序列的测定。第二步，对染色体基因组的DNA分子包括编码的和非编码的进行全序列测定。它的根本目的在于绘制出一部揭示人体生命奥秘的“天书”，为生命科学特别是医学研究提供极其珍贵的参考资料。该计划原订于2005年完成，但实际上提前了4年，在2001年人类基因组序列草图的两个版
本，便同时分别在《Science》和《Nature》杂志上发表。
随着研究工作的逐步深入和积累的资料日渐丰富，事实上自1995年开始有关基因组的分析范围，便已经由原来确定的图谱绘制和序列测定两大主题，扩展到了包括基因功能鉴定在内的三大任务。为了适应这种变化了的情况，于是有关的科学工作者便提出了一个更加综合的、能切实反应具体学科内容的新的术语-基因组学（genomics）-于以替代。
基因组学是利用基因组全序列提供的信息，结合高通量的基因组分析技术，在基因组水平上研究生命有机体基因的结构和功能、表达与调节、发育及分化等一系列基础理论问题的分子遗传学的崭新研究领域。虽然基因组学的概念已得到广大科学工作者认同，但由于历史短暂且发展迅速，因此目前有关于它的具体的研究范围尚难准确界定。一般认为它主要包括结构基因组学、功能基因组学（转录本组学、蛋白质组学和代谢物组学）、基础基因组学、应用基因组学和比较基因组学共五大分支学科。
基因组学对分子遗传学的发展产生了深刻的影响。长期以来，分子遗传学家都是以单个基因或由少数几个基因组成的操纵子作为主要的研究目标。然而由于正常的细胞生命活动，是通过整个基因组所有基因间的协同表达和综合调节的结果。因此仅靠对单个基因孤立的研究，是难以揭示出细胞新陈代谢过程的真实情况。基因组学则不然，它的出发点是把基因组的结构与功能作为一个有机的整体看待，认为细胞的生命活动是通过由各个基因的表达调节组成的统一的网络体系综合体现的。所以它比单基因的研究途径，能够更加有效地接近细胞生命活动的本来面目。事实也的确如此，当今分子遗传学的主要进展，例如下面将要叙述的表观遗传学（epigenetics）的许多概念，便是来源于基因组学而非单个基因的研究。
6. 表观遗传学
最近十多年来，随着分子遗传学尤其是基因组学研究工作的不断深入，在诸多的生命有机体中发现了越来越多的非孟德尔遗传（non-Mondelian inheritance）现象，和异常的遗传模式（disparate pattern of inheritance）。这些问题强烈地吸引着一大批有关科学工作者的浓厚兴趣。如此便有力地促进了表观遗传学的研究，使之迅速地发展成为分子遗传学研究领域中相对独立的一门新兴科学。
英语中，表观遗传学（epigenetics）一词系由后成论（epigenesis）和遗传学（genetics）两个单词缩合而成。它是专门研究在生命有机体发育与分化过程中，导致表型性状特征发生改变而相应基因的核苷酸序列却没有变化的特殊的遗传现象。这种只对表型有影响但并不导致基因型改变的类型独特的遗传变化，叫做表观遗传改变（epigenetic change）。表观遗传学的主要论点是，生命有机体的大部分性状是由DNA序列中编码蛋白质的基因负责传递的，但是DNA序列以外的化学标记（chemical marker）编码的表观遗传密码（epigenetic code），对于生命有机体的表型特征尤其是健康状况，同样也有深刻的影响。
近年来表观遗传学的研究成果告诉我们，DNA并非是遗传信息的惟一载体。生命有机体遗传信息的组成事实上是相当复杂的，它包括三个不同的层次。第一个层次由基因组DNA 中编码蛋白质的基因构成。已知在人类基因组中，此类基因所占的比例还不到全部DNA序列的2%，但它对于生命活动的重要性已经是众所周知的事实。第二个层次仅含有非编码的RNA（non-coding RNA,ncRNA）基因，诸如miRNA基因以及siRNA基因等，但一般不包括rRNA基因、tRNA基因和snoRNA基因。这类RNA基因存在于基因组DNA广袤的非编码蛋白质的序列中。如同蛋白质编码基因一样，RNA基因在生命过程中的作用也是不可或缺的。第三个层次为表观遗传信息层（epigenetic layer of information）。它是贮藏于环绕在DNA分子的周围、并同DNA相互结合的蛋白质及其他化合物当中。尽管目前我们对于表观遗传信息层的功能效应尚不十分清楚，但有大量的报告提示它对于生命有机体的作用，可
能比RNA基因信息层还要重要。一般认为表观遗传信息层可能在生长、发育、衰老（aging）及癌变的过程中起到关键的作用。
最常见的例子是同卵双生子（twins），虽然他们具有完全一样的基因组DNA序列，但往往也存在着一些外观表型的差异。在不少的同卵双生子中均观察到，有一个成员患上了诸如神经分裂症（schizophrenia）、躁郁症（bipolar disorder）及儿童糖尿病（childhood diabetes）等与遗传有关的复杂的疾病，而另一个成员的健康状态却是正常的情况。产生这些差异当然有可能与环境因素有关系，然而研究者们更加倾向于用表观遗传改变（epigenetic variation）这一概念给于解释。所以说，在不断加强表观遗传学研究的基础上逐步增进表观遗传学的基础知识，不仅在理论上对全面理解细胞命运和类型的决定以及表型的维持，具有重要的意义，而且在实际应用方面，还有可能为某些遗传性疾病的治疗和新药的制备指明新的途径。因此无怪乎有学者认为，在目前遗传学的研究正逐步地让位给表观遗传学，它是分子遗传学发展的暂新阶段。
7. 结语
上述有关遗传学发展历程的6个阶段，只是为了叙述的方便而作出的大体合理的人为划分。事实上它们之间并不存在确切的时间界限，也不可能有严格的内容归属。以本书讨论的分子遗传学为例，它既系统地继承和发展了先前学科经典遗传学和生化遗传学的研究脉络，又全面地影响并渗透到后继学科的各个领域。由此可见，遗传学发展的前后阶段，实是彼此衔接相互传承的过程。我们认为就其具体的研究内容，无论是基因工程学还是基因组学乃至表观遗传学，都应归属于分子遗传学的总体研究范畴。因为它们都是在分子遗传学的基础上形成的不同分支学科，是分子遗传学发展的必然结果。因此从这个意义上讲，将整个遗传学的发展过程划分为经典遗传学和分子遗传学两大阶段，也并非是没有道理的。
本文引自吴乃虎、黄美娟《分子遗传学原理》第一章P1～7。
遗传学发展历史及研究进展(黄佳玲)
遗传学发展历史及研究进展 湛江师范学院 09生本3班黄佳玲 2009574310 摘要：自从孟德尔发现遗传定律的一个多世纪以来，人们对生物的遗传特性锲而不舍地深入研究。从假设到实验，从宏观到微观，遗传学的羽翼日渐丰满。从遗传因子到基因，从基因的概念到基因的本质、功能，基因的概念逐渐扩展，人们对基因的认识逐渐深化。可以说，基因概念的发展史，就是人们对基因认识的发展史，就是遗传学的发展史。而分子遗传学则主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题。 关键词：遗传学分子遗传学重组DNA技术 几千年来，人类对生物及人类自身的生殖、变异、遗传等现象的认识不断深入和发展。人类从古代就注意到遗传和变异的现象，并通过人工选择获得所需要的新品种。从19世纪起就对遗传和变异开始作系统的研究。按照不同历史时期的学术水平和工作特点，遗传学的研究进程大体上可以划分为经典遗传学、生化遗传学、分子遗传学、基因工程学、基因组学和表观遗传学等数个既彼此相对独立，又前后互相交融的不同发展阶段[1]。这当中，分子遗传学的地位无疑是相当重要的，它起到了承上启下的作用。它的早期研究都用微生物为材料，其形成和发展与微生物遗传学和生物化学也有密切关系。 分子遗传学的主要研究方向集中在核酸与蛋白质大分子的遗传作为上，重点是从DNA水平探索基因的分子结构与功能的关系，以及表达和调节的分子机理等诸多问题。 早在1927年马勒和1928年斯塔德勒就用 X射线等诱发了果蝇和玉米的基因突变，但是在此后一段时间中对基因突变机制的研究进展很慢。直到1944年，美国学者埃弗里等首先在肺炎双球菌中证实了转化因子是脱氧核糖核酸(DNA)，从而阐明了遗传的物质基础。1953年，美国分子遗传学家沃森和英国分子生物学家克里克提出了DNA分子结构的双螺旋模型，这一发现常被认为是分子遗传学的真正开端，它为有关的科学工作者着手研究构成分子遗传学两大理论支柱，即维系遗传现象分子本质的DNA自我复制和基因与蛋白质之间的关系，提供了正确的思路，奠定了成功的基础。1955年，美国分子生物学家本泽用基因重组分析方法，研究大肠杆菌的T4噬菌体中的基因精细结构[2]，其剖析重组的精细程度达到DNA多核苷酸链上相隔仅三个核苷酸的水平。这一工作在概念上沟通了分子遗传学和经典遗传学。 应该说二十世纪50年代初期至70年代初期，是分子遗传学迅猛发展快速进步的年代。在这短短的二十余年间，许多有关分子遗传学的基本原理[3]相继提出，大量的重要发现不断涌现。其中比较重要的有：1956年，美国科学家科恩伯格在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶Ⅰ，这是可以在试管中合成DNA链的头一种核酸酶，从此拉开了DNA合成研究的序幕；1957年，弗伦克尔-康拉特和辛格证实，烟草花叶病毒TMV的遗传物质是RNA，进一步表明RNA同样具有重要的生物学意义；1958年梅塞尔森和斯塔尔发
高级分子遗传学复习提纲
高级分子遗传学复习题 1、概念解释： PDT 噬菌体展示技术（phage displayed technology，PDT）是将外源蛋白或多肽与噬菌体外壳蛋白融合，展示在噬菌体表面并保持特定的空间构象，利用特异性亲和作用以筛选特异性蛋白或多肽的一项新技术。该技术将基因型与表型、分子结合活性与噬菌体的可扩增性结合在一起，是一种高效的筛选新技术。目前已成功应用于抗原表位分析，单抗筛选，蛋白质功能拮抗多肽或模拟多肽的确定等。 DNA shuffling 将不同品系具有不同突变位点的基因(1～6kb)或同一家族的基因混合，用DNase I酶切构成随机DNA 片段库(Pool)。用此库样品为模板、以小分子引物进行PCR扩增，一些随机模板得到扩增，由于片段间存在同源性，在退火过程中常出现模板转换(switch)，从而有可能出现集多种突变点于一个基因上的DNA分子，可从多种多样的重组分子中筛选出有用基因。 卫星RNA(satellite RNA) 类病毒(viroids)和拟病毒(virusoids)中类病毒是有侵染性并能独立作用的RNA分子，没有任何蛋白质外壳。拟病毒在构成上与类病毒类似，但是被植物病毒包装，与一个病毒基因组包被在一起。拟病毒不能独立复制，需要病毒帮助其复制。有时拟病毒又称为卫星RNA(satellite RNA)。 交换固定(crossover fixation) 指某一基因簇中的突变通过不等交换趋向扩展到整个基因簇的现象。结果突变的基因要么被淘汰，要么占据全部原来相同基因的位置。 分子伴侣(chaperone) 一种能诱导靶蛋白质形成特定构象使其正确组装的蛋白质。 空转反应(idling reaction) 当空载tRNA进入A位点时,核糖体产生pppGpp 和ppGpp, 诱发应急型反应。 AARS：（氨酰-tRNA合成酶） 催化氨基酸和tRNA2‘或3’－OH共价连接的酶。根据氨基酸序列，可将AARS分为I、II型两组。I 型：Arg、Gln、Glu、Ile、Leu、Trp、Tyr、Val、Cys-RS，其余为II型。I 型RS含有HIGH签名序列(His-Ile-Gly-His)和KMSKS(Lys-Met-Ser-Lys-Ser)序列，使AA结合在3'A的2'-OH上，可以在2'、3'之间移动。II型RS无签名序列，而有3个保守基序。 RNAi/RNAq（RNA干扰、RNA压制） 转录后基因沉默广泛存在于各种生物中，在植物中被称为转录后基因沉默(PTGS)，在动物中被称为RNA 干扰(RNA interference, RNAi)，在真菌中则被称为RNA压制(RNA quelling，RNAq)。尽管叫法不同，但都具有相似机制，都启动一种特殊的RNA降解过程。 酸性面条(negative noodle)
《分子生物学大(综合)实验》课程介绍(精)
《分子生物学大（综合）实验》课程介绍 课程代码（学校统一编制） 课程名称分子生物学大（综合）实验 英文名称MolecularBiologyBigExperiment 学分：3修读期：第七学期 授课对象：生物科学、生物技术 课程主任：姓名、职称、学位 关洪斌，副教授，博士 课程简介 21世记是生命科学的世记,而分子生物学是带动生命科学的前沿科学。分子生物学是在生物大分子水平上研究细胞的结构、功能及调控的学科,在现代生物学学科发展中的重要性与不容置疑的带头作用是众所周知的。许多重大的理论和技术问题都将依赖于分子生物学的突破。随着分子生物学研究工作的不断深入,相关实验技术方法和技术日新月异的发展。为了适应分子生物学研究工作日益发展的需要,满足培养从事现代生物学研究,尤其是进行分子生物学研究的人才的需要,特设置分子生物学大（综合）实验课程。本课程的教学目标和基本要求是使学习者基本掌握分子生物学实验技术的基本原理和方法,教学内容包括TRIZOL试剂盒提取RNA、RNA质量的检测、RT-PCR和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测cDNA。通过本实验可提高学生的动手能力和创造性思维能力,较好地掌握分子生物学实验操作和技能，为今后独立进行科研工作打下坚实基础。 实践教学环节（如果有） 实验内容包括TRIZOL试剂盒提取RNA、RNA质量的检测、RT-PCR和变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测cDNA。 课程考核 实验报告 指定教材 自编 参考书目 1.分子生物学实验指导高等教育出版社施普林格出版社，1999 2.彭秀玲,袁汉英等.基因工程实验技术.湖南科学技术出版社,1997 3.吴乃虎.基因工程原理(上下册).科学出版社,1998 4.F.奥斯伯等著:颜子颖,王海林译.分子克隆实验指南(第二版).科学出版社,1998 5.J.萨姆布鲁克等著:金冬雁,黎孟枫等译.精编分子生物学实验指南.科学出版社,1993
遗传学期末复习题
遗传学复习题 一、名词解释 1、前导链与后随链：DNA复制的两条新链中，有一条链是沿5′→ 3′方向连续合成的，合成的速度相对较快，故称为前导链；另一条则是沿5′→ 3′方向先合成一些比较短的片段，然后再由连接酶将它们连接起来，其合成是不连续的，合成的速度相对较慢，故称为后随链。 2、转录的模板链：DNA转录中作为转录模板的DNA一条链称为模板链，另外一条则称为非模板链。 3、密码子与反密码子：mRNA上的每3个相邻碱基组成一个密码子，也称为三联体密码，一个密码子决定一种氨基酸。翻译过程中负责转运氨基酸的tRNA 的分子结构中具有三个与密码子相配对的碱基组成的反密码子。 4、简并：一种氨基酸可由一个以上密码子决定的现象称为简并。 5、基因家族：真核生物的有些来源相同、DNA序列相似、所编码的蛋白质具有互相关联的功能的基因，这样的一组基因称为“基因家族”。 6、重叠基因：有的噬菌体存在不同基因共用一部分DNA序列的现象，具有这种共用序列的基因称为重叠基因。 7、单交换与双交换：两对基因之间距离较小，这个区段只能发生一个交换，即为单交换。当基因间距离比较大时，同一个性母细胞可能在这个区段发生两个交换，即称为发生双交换。 8、干扰与符合系数：一个单交换的发生影响了另一个单交换的发生，这种现象称为干扰。干扰程度的大小通常用符合系数或并发系数表示。 9、超亲遗传：是指在数量性状的遗传中，F2及以后的分离世代群体中，出现超越双亲性状的新表型值的现象。
10、狭义遗传率：是加性方差在表现型方差中的百分数。 11、亲缘系数：两个个体都带有同一祖先某一特定等位基因的概率。 12、纯系：纯系是指一个群体中只存在一种基因型，并且这种基因型是纯合的。自花授粉的一个植株的自交后代可得到纯系。 13、细胞质遗传：真核细胞中的线粒体、叶绿体中也存在DNA，它所组成的基因也能决定生物某些性状的表现和遗传。这类遗传现象，称为细胞质遗传。 14、细胞质基因组：分布于细胞质的全部DNA序列。 15、表观遗传变异：是指DNA序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的变化，最终导致表型的改变，即基因型未发生变化而表型发生了可遗传的变化。 16、质核互作雄性不育：由细胞质基因和核基因相互作用控制的雄性不育类型，简称质核型雄性不育，又称为胞质不育型。 17、孢子体不育：雄性不育的花粉育性受母体的基因型（孢子体基因型）控制，与花粉（配子体）本身的基因无关。花粉败育发生在孢子体阶段。 18、配子体不育：是指花粉育性直接由雄配子体(花粉)本身的基因决定，花粉败育发生在雄配子阶段。 19、基因频率：一个群体里，A基因在A、a基因总数中的比率，称为A的基因频率。一个群体里，a基因在A、a基因总数中的比率，称为a的基因频率。 20、基因型频率：就是指具有特定基因型的个体数，占群体全部基因型个体总数的比率，也是特定基因型在群体中出现的概率。 21、随机交配：是指在一个有性繁殖的生物群体中，任何一个雌性或雄性个体与任何一个相反性别的个体交配的概率都相同。 22、基因突变：也称点突变，是DNA分子结构上微小的改变，它是由于碱
遗传学发展历史及研究进展(综述)
遗传学发展历史及研究进展 湛江师范学院09生本一班徐意媚2009574111 摘要：遗传学是一门探索生命起源和进化历程的学科，起源于人类的育种实践，于1910年进入现代遗传学阶段，并依次经历个体遗传学时期、细胞遗传学时期、数量遗传学和群体遗传学时期、细胞水平向分子水平过渡时期、分子遗传学时期。目前遗传学在医学、农牧业等领域取得重大突破，如表遗传学在肿瘤的治疗方面。21世纪将是遗传学迅猛发展的世纪，在经济、微生物、工业、制造业等许多领域都将有重大的突破。 关键词：遗传学发展历史研究现状发展前景 1 现代遗传学发展前 1.1遗传学起源于育种实践 人类在新石器时代就已经驯养动物和栽培植物，渐渐地人们学会了改良动植物品种的方法。写于公元60年左右的《论农作物》和533～544年间中国学者贾思勰在所著的《齐民要术》中均记载了嫁接技术，后者还特别记载了果树的嫁接，树苗的繁殖，家禽、家畜的阉割等技术。[1] 1.2 18世纪下半叶和19世纪上半叶期间 许多人都无法阐明亲代与子代性状之间的遗传规律，直到18世纪下半叶之后，拉马克和达尔文对生物界遗传和变异进行了系统的研究。拉马克通过长颈鹿的颈、家鸡的翅膀等认为环境条件的改变是生物变异的根本原因，并提出用进废退学说和获得性状遗传学说。达尔文达尔文以博物学家的身份进行了五年的考察工作，广泛研究遗传变异与生物进化关系，终于在1859年发表著作《物种起源》，书中提出自然选择和人工选择的进化学说，认为生物是由简单到复杂、低级再到高级逐渐进化的。除此之外，达尔文承认获得性状遗传的一些论点，并提出了“泛生论”假说，但至今未获得科学的证实。 1.3 新达尔文主义 以魏斯曼(Weismann A.，1834-1914) 为代表的等人支持达尔文选择理论否定获得性遗传，魏斯曼等人提出种质连续论，认为种质是世代连续不绝的。他们还通过对老鼠22代的割尾巴试验，否定后天获得性遗传，明确地区分种质和体质，认为种质可以影响体质，而体质不能影响种质，在理论上为遗传学的发展开辟了道路。[2] 2.现代遗传学的发展阶段
分子遗传学复习题
分子遗传学复习题 名词解释： DNA甲基化（DNA methylation）:是指由DNA甲基化转移酶介导，催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸向胞嘧啶的C-5位点转移的过程。 ENCODE计划(The Encyclopedia of DNA Elements Project)：即“DNA元件百科全书计划”，简称ENCODE 计划，是在完成人类基因组全序列测定后的2003年9月由美国国立人类基因组研究所（National Human Genome Research Institute，NHGRI）组织的又一个重大的国际合作计划，其目的是解码基因组的蓝图，鉴定人类基因组中已知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所有功能元件。ENCODE计划的实施分为3个阶段：试点阶段（ a pilot phase）、技术发展阶段（a technology development phase）和生产阶段（a producttion phase）。 gRNA (guide RNA)：既指导”RNA(gRNA，guide RNA)，能通过正常的碱基配对途径，或通过G—U配对方式与mRNA上的互补序列配对，指导编辑的进行。 GT--AG规律（GT-AG rule）：真核生物所有编码蛋白质的结构基因，其RNA前体在内含子和外显子交界处有两个较短的保守序列，内含子的左端均为GT，右端均为AG，此规律称GT-AG规律。 miRNA：即小RNA，长度为22nt左右，5′端为磷酸基团、3′端为羟基。miRNA广泛存在于真核生物中，不具有开放阅读框架，不编码蛋白质，其基因的转录产物是发夹状结构，在RNaseⅢ酶切后以双链形式存在，是近几年在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码 RNA，它们主要参与基因转录后水平的调控。 RNA编辑(RNA editing) :是指通过碱基修饰、核苷酸插入或删除以及核苷酸替换等方式改变RNA的碱基序列的转录后修饰方式。 RNA诱导的沉默复合体（RNA Induced Silencing Complex，RISC）：与siRNA结合后可识别并切断mRNA。 RNA指导的DNA甲基化（RNA Directed DNA Methylation RDDM）：活性RISC进入核内，指导基因发生DNA的甲基化。 密码子摆动假说（wobble hypothesis）：密码子的第1，2位核苷酸（5’→3’）与反密码子的第2，3核苷酸正常配对；密码子的的第3位与反密码子的第1位配对并不严谨，当反密码子的第1位为U时可识别密码子第3位的A或G，而G则可识别U或C，I（次黄嘌呤）可识别U或C或A。 比较基因组学（comparative genomics）：是一门通过运用数理理论和相应计算机程序，对不同物种的基因组进行比较分析来研究基因组大小和基因数量、基因排列顺序、编码序列与非编码序列的长度、数量及特征以及物种进化关系等生物学问题的学科。 表观遗传变异（epigenetic variation）:基因的碱基序列未发生改变，而是由于DNA甲基化，组蛋白的乙酰化和RNA编辑等修饰导致基因活性发生了变化，使基因决定的表型发生变化，且可遗传少数世代，但这种变化是可逆的。 超基因家族（supergene family）：是DNA序列相似，但功能不一定相关的若干个单拷贝基因或若干组基因家族的总称。 沉默子（silencer）：一种转录负调控元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。特点很象增强子，但不增强转录，而是减弱转录，故称负增强子。 代谢组学(metabolomics)：是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。 端粒(telomere)：是由独特的DNA序列及相关蛋白质组成的线性真核染色体的末端结构，它具有防止末端基因降解、染色体末端间的粘连和稳定染色体末端及其精确复制等功能。 反向遗传学（reverse genetics）：是从改变某个感兴趣的基因或蛋白质入手，然后去寻找相关的表型变化。 反转座子（retroposon）或“反转录转座子（retrotransposon）”:先转录为RNA再反转录成DNA 而进行转座的遗传元件。 核酶（ribozyme）:具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。核酶的作用底物可以是不同的分子, 有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。 核心启动子（core promoter）：是指在体外测定到的由RNA polⅡ进行精确转录起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。 化学基因组学(chemogenomics)：它是作为后基因组时代的新技术,是联系基因组和新药研究的桥梁和纽带。它指的是使用对确定的靶标蛋白高度专一的小分子
分子生物学实验技术考试题库
一、名词解释 1.分配常数：又称分配系数，是指一种分析物在两种不相混合溶剂中的平衡常数。 2.多肽链的末端分析：确定多肽链的两末端可作为整条多肽链一级结构测定的标志，分为氨基端分析和羧基端分析。 3.连接酶：指能将双链DNA中一条单链上相邻两核苷酸连接成一条完整的分子的酶。 4.预杂交：在分子杂交实验之前对杂交膜上非样品区域进行封闭，用以降低探针在膜上的非特异性结合。 5.反转录PCR：是将反转录RNA与PCR结合起来建立的一种PCR技术。首先进行反转录产生cDNA,然后进行常规的PCR反应。 6.稳定表达：外源基因转染真核细胞并整合入基因组后的表达。 7.基因敲除：是指对一个结构已知但功能未知或未完全知道的基因，从分子水平上设计实验，将该基因从动物的原基因组中去除，或用其它无功能的DNA片断取代，然后从整体观察实验动物表型，推测相应基因的功能。 8.物理图谱：人类基因组的物理图是指以已知核苷酸序列的DNA片段为“路标”，以碱基对(bp，kb，Mb)作为基本测量单位(图距)的基因组图。 9.质谱图：不同质荷比的离子经质量分析器分开后，到检测器被检测并记录下来，经计算机处理后所表示出的图形。 10.侧向散射光：激光束照射细胞时，光以90度角散射的讯号，用于检测细胞内部结构属性。
11.离子交换层析：是以离子交换剂为固定相，液体为流动相的系统中进行的层析。 12.Edman降解：从多肽链游离的N末端测定氨基酸残基的序列的过程。 13.又称为限制性核酸内切酶(restriction endonuclease)：是能够特异识别双链DNA序列并进行切割的一类酶。 14.电转移：用电泳技术将凝胶中的蛋白质，DNA或RNA条带按原位转移到固体支持物，形成印迹。 15.多重PCR：是在一次反应中加入多对引物，同时扩增一份模板样品中不同序列的PCR 过程。 16.融合表达: 在表达载体的多克隆位点上连有一段融合表达标签（Tag），表达产物为融合蛋白（有分N端或者C端融合表达），方便后继的纯化步骤或者检测。 17.同源重组：发生在DNA同源序列之间，有相同或近似碱基序列的DNA分子之间的遗传交换。 18.遗传图谱又称连锁图谱(linkage map)，它是以具有遗传多态性的遗传标记为“路标”，以遗传学距离为图距的基因组图。 19.碎片离子：广义的碎片离子为由分子离子裂解产生的所有离子。 20.前向散射光：激光束照射细胞时，光以相对轴较小角度向前方散射的讯号用于检测细胞等离子的表面属性，信号强弱与细胞体积大小成正比。 21.亲和层析:利用共价连接有特异配体的层析介质分离蛋白质混合物中能特异结合配体的目的蛋白或其他分子的一种层析法。(利用分子与其配体间特殊的、可逆性的亲和结合
遗传学期末复习资料汇总
遗传学期末复习资料 一、名词解释 1.隐性上位：在两对互作的基因中,其中一对隐性基因对另一对基因起上位性作用。 2.转换： 3.易位：是指两个或两个以上非同源染色体之间发生的染色体片段转移的一种染色体结构变异类型。 4.性反转：是指生物个体从一种性别特征转变为另一种性别特征的性别转变现象。 5.连锁遗传：是指同一染色体上的某些基因以及它们所控制的性状结合在一起传递的现象。 6.母性影响：是指子代某一性状的表型不受本身基因型的支配，而由母体的核基因型决定，导致子代的表型与母体基因型相同的现象。 7.相引相：一亲本的两对等位基因均为显性，另一亲本的两对等位基因均为隐性，这样的杂交组合称为相引相。 8.表现度：是指杂合体在不同的遗传背景和环境因素的影响下，个体间基因表达的变化程度。 9.中断杂交技术：是指根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图的技术。 10.两点测交：两点测交是测定基因间距离的基本方法。它是以两个基因为基本单位，通过一次杂交和一次测交的试验结果来计算两个基因间的重组值，从而对基因进行定位的方法。 11.转导：是指以噬菌体为媒介，将遗传信息从一个细菌(供体)转移到另一个细菌(受体)的过程。 12.同源染色体：是指一对形态、大小、结构、功能和来源都相同的染色体。在二倍体生物中，每对同源染色体的两个成员一个来自父方，另一个来自母方。 13.复等位基因：是指在群体中，同源染色体的相同座位上存在的三个或三个以上的等位基因。这种现象叫复等位现象。 14.三点测交：三点测交是基因定位的常用方法，它只通过一次杂交和一次测交，就可以同时确定三个基因在染色体上的顺序和位置。 15.母系遗传（细胞质遗传）：是指由细胞质中的基因所决定的遗传现象和遗传规律。也称为核外遗传或非孟德尔遗传。 16.转化：细菌细胞从周围介质中吸收来自另一不同基因型细胞的DNA，并将此外源DNA片段通过重组整合到自己的染色体组中，而使它的基因型和表现型发生变化的现象。 17.不完全显性：是指具有一对相对性状差异的两个纯合亲本杂交后，F1表现双亲性状的中间类型的现象。 18.伴性遗传：是指性染色体上的基因所控制的某些性状总是伴随性别而遗传的现象，又称性连锁。一般特指X或Z 染色体上基因的遗传。 19.倒位：是指一个染色体上同时出现两处断裂，断裂后中间的染色体片段扭转180°重新连接起来而使该片段上基因的线性排列顺序同原顺序相反的一种染色体结构变异类型。 20.广义遗传率（力）：是指遗传型方差占表型方差的百分比，可作为杂种后代进行选择的一个指标。 21.杂种优势：是指两个遗传组成不同的亲本杂交产生的杂种F1在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等方面优越于双亲的现象。杂种优势所涉及的性状大多为数量性状。 22.XY型性别决定：是指雄性个体含有两条异形的性染色体XY的性别决定方式。 23.不完全连锁：是指杂种个体的连锁基因在配子形成过程中同源染色体非姊妹染色单体之间发生互换的遗传现象。 24.完全显性：是指具有一对相对性状差异的两个纯合亲本杂交后，F1只表现出其中一个亲本的性状，而另一个亲本的性状没有得到表现的现象。 25.真实遗传：子代性状与亲代性状相同的遗传方式。 26.接合：是指通过供体细菌细胞与受体细菌细胞之间的直接接触而发生的单向遗传物质转移的过程。
分子生物学实验技术全攻略
分子生物学实验技术 目录 实验一细菌的培养 2 实验二质粒DNA的提取 3 实验三紫外吸收法测定核酸浓度与纯度 4 实验四水平式琼脂糖凝胶电泳法检测DNA 5 实验五质粒DNA酶切及琼脂糖电泳分析鉴定 7 实验六植物基因组DNA提取、酶切及电泳分析 8 实验七聚合酶链反应（PCR）技术体外扩增DNA 9 实验八 RNA提取与纯化 11 实验九 RT-PCR扩增目的基因cDNA 13 实验十质粒载体和外源DNA的连接反应 15 实验十一感受态细胞的制备及转化 16 实验十二克隆的筛选和快速鉴定 18 实验十三 DNA分析——Southern杂交 19 一基本操作 实验一、细菌培养 实验二、质粒DNA提取 实验三、紫外吸收法测定核酸浓度与纯度 实验四、水平式琼脂糖凝胶电泳法检测DNA 实验五、质粒DNA酶切及琼脂糖电泳分析鉴定 实验六、植物基因组DNA提取、定量、酶切及电泳分析实验八、植物RNA提取及纯化 二、目的基因获取
实验七、聚合酶链式反应（PCR）技术体外扩增DNA 实验九、RT-PCR扩增目的基因cDNA 三、目的基因的克隆和表达 实验十、质粒载体和外源DNA的连接反应 实验十一、感受态细胞的制备及转化 实验十二、克隆的筛选和快速鉴定 实验十三、DNA分析——Southern杂交 实验一细菌的培养 一、目的 学习细菌的培养方法及培养基的配置。 二、原理 在基因工程实验和分子生物学实验中，细菌是不可缺少的实验材料。质粒的保存、增殖和转化；基因文库的建立等都离不开细菌。特别是常用的大肠杆菌。 大肠杆菌是含有长约3000kb的环状染色体的棒状细胞。它能在仅含碳水化合物和提供氮、磷和微量元素的无机盐的培养基上快速生长。当大肠杆菌在培养基中培养时，其开始裂殖前，先进入一个滞后期。然后进入对数生长期，以20~30min复制一代的速度增殖。最后，当培养基中的营养成分和氧耗尽或当培养基中废物的含量达到抑制细菌的快速生长的浓度时，菌体密度就达到一个比较恒定的值，这一时期叫做细菌生长的饱和期。此时菌体密度可达到 1×109~2×109/mL。 培养基可以是固体的培养基，也可以是液体培养基。实验室中最常用的是LB培养 基。 三、实验材料、试剂与主要仪器 （一）实验材料 大肠杆菌 （二）试剂 1、胰蛋白胨 2、酵母提取物
分子遗传学要点整理
Chapter 1: Genomes, Transcriptomes and Proteomes 1. 概述 基因组（Genome）：指生物的整套染色体所含有的全部DNA或RNA 序列。基因组是地球上每一物种具有的生物学信息的存储库。 基因组学（Genomics）：指研究生物的整个基因组，涉及基因组作图、测序和功能分析的一门学科。 基因组所包含的生物信息的利用需要酶及其他参与基因组表达过程中一系列复杂生化反应的蛋白质的协同活性。 基因组表达的最初产物是转录组，即那些含有细胞在特定时间所需生物信息、编码蛋白质的基因衍生而来的RNA分子的集合。转录组由转录过程来维持。 基因组表达的第二个产物是蛋白质组，即细胞中那些决定细胞能够进行生化反应的所有蛋白质组分。这是通过翻译过程来完成的。 2.1 Genes are made of DNA 奥地利神父孟德尔1865年根据7个碗豆性状的实验提出了遗传因子假说，认为每个性状由遗传因子控制，并提出了遗传因子的分离与自由组合两大遗传规律。 证明基因由核酸 (DNA或RNA) 组成的3个著名实验： ①肺炎双球菌的转化试验；DNA是遗传物质 ②噬菌体感染实验；只有DNA是联系亲代和子代的物质 ③烟草花叶病毒的感染实验。RNA也是遗传物质 2.2 The structure of DNA A. Nucleotides and polynucleotides B. The model of double helix DNA 晶体X射线衍射图谱?为揭示DNA分子的二级结构提供了重要实验证据 a. Watson and Crick (1953) 提出的 DNA双螺旋结构模型： "?DNA分子通常以右手双螺旋形式存在，两条核苷酸链反向平行，且互为互补链。 "?戊糖－磷酸骨架在分子的外铡，在分子表面形成大沟和小沟，碱基堆积于螺旋内部。 "?碱基间通过氢键相互连接，A 和T 以2个氢键配对， G和C 以3个氢键配对。"?螺旋中相邻碱基间相隔0.34nm ，每10个碱基对螺旋上升一圈，螺距为 3.4nm ，直径为2.37 nm 。 b. DNA双螺旋结构的稳定力： ??碱基间形成的氢键/ ??相邻碱基间的疏水堆积力/ ??碱基相互作用的范德华力 尽管氢键使得双链中的碱基间的配对具有特异性（只有互补的两条链之间才能形成DNA双链），但其对于双螺旋的总体上的稳定性并无太大贡献。 核酸分子的稳定性的根源在于碱基对之间的疏水堆积力。作为芳香族化合物，
浙江大学 研究生 期末考试 分子生物学复习题
分子生物学复习题 一、柯越海教授（导论、基因组与基因组变异、分子生物学与模式动物） 1、Central dogma中心法则 Gene--One enzyme（polypeptide）hypothesis一基因一个酶（多肽）假说： 2、One Gene Beadle和Tatum利用红色面包霉不同类型营养缺陷型突变株，发现营养缺陷和基因突变直接相关，每一种基因突变只阻断某一生化反应，而每一种生化反应都特异性依赖一种酶的催化，从而提出一个基因一个酶假说。 但有些酶由多条肽链聚合才有活性，一条多肽链也可以是多种酶的组成成分。在一个基因一个酶假说基础上产生了一个基因一条多肽链假说，认为一个基因决定一条多肽链的结构。一个基因一条多肽链假说具有普遍意义。 3、Translational medicine转化医学： 转化医学是一种医学研究，试图在基础研究和临床治疗之间建立更直接的关系，把生物医学的研究成果转化为有前景的新型诊断试验、治疗及药物。 加速从循证医学到可持续解决方案的进程，进而解决公众健康问题。 4、Robertsonian translocation罗伯逊易位： 常见人类染色体结构异常，又称着丝粒融合，一种特殊类型的交互易位。两个端部着丝粒染色体在着丝粒处发生断裂，一条染色体的长臂与另一条染色体的短臂发生交换，形成一条大染色体和一条由两个短臂重接而成的小染色体，后者在减数分裂过程中丢失。 短臂携带的遗传信息少，丢失并不影响易位携带者的表型及智力，但其后代有患唐氏综合症的风险。 5、Genome基因组： 生物体所携带的全部遗传信息。即单倍体细胞中全套染色体为一个基因组，或是单倍体细胞中全部基因为一个基因组。 6、Histone组蛋白： 组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白，是一类保守的小分子碱性蛋白质，富含带正电碱性氨基酸，能够同DNA中带负电磷酸基团相互作用，有五种类型：H2A、H2B、H3、H4、H1。组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两分子组成蛋白八聚体，外绕DNA形成核小体，H1独立于核小体外，结合在连接相邻两个核小体的DNA分子上。 7、Chromosome染色体： 细胞内具有遗传性质的物体，是遗传信息载体，是高度螺旋化的染色质，易被碱性染料染成深色。由DNA、蛋白质和少量RNA组成。 8、Polymorphisms多态性： 生物群体内存在和等位基因相关的若干种表现型，是单一基因座等位基因变异性在群体水平的体现。MHC（主要组织相容性复合体）是人类多态性最为丰富的基因系统。 9、Linkage disequilibrium连锁不平衡： 不同座位上等位基因连锁状态的描述，指这些等位基因在同一条染色体上出现的频率大于随机组合的预期值。导致连锁不平衡的原因包括：遗传漂变、突变、选择、基因转换、群体混合等。 10、Genetic marker遗传标记：
分子遗传学综述
分子遗传学综述 【摘要】:分子遗传学是在分子水平上研究生物遗传和变异机制的遗传学分支学科。经典遗传学的研究课题主要是基因在亲代和子代之间的传递问题；分子遗传学则主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题。 关键词：医学分子遗传学发展内容研究方法 分子遗传学是遗传学中的一门新兴分支学科。分子生物学的重要组成部分。广义地说,分子遗传学是研究分子水平描述的遗传体系或其组分的情形。狭义地说，它是研究遗传机理的分子基础以及受遗传物质控制的代谢过程。从分子水平研究遗传和变异的物质基础，是在遗传物质脱氧核糖核酸（DNA)的分子结构确认后迅速发展起来的。20世纪以来,随着对大分子化合物的研究不断取得突破，特别是脱氧核糖核酸分子双螺旋结构模型的建立，人们能够从主要生命物质结构的分予层次上得以合理地解释基因复制的机理、信息传递的途径、阐明生物遗传变异的运动形态，从而使整个遗传学的研究由形态描述、逻辑推理为主,转变为以物质结构与功能相统一为分析着眼点的新的发展阶段。分子遗传学的目的在于阐明脱氧核糖核酸的复制机理，脱氧核糖核酸、核糖核酸与蛋白质之间的关系，基因的本质、表达、传递及其调节机制，基因突变的分子基础,核外遗传的分子机制，以及细胞核质之间的关系等等.可从分子层次为探索生物发育、分化和进化等重大问题提供新的理论说明和实验手段.分子遗传学是遗传学发展的一个重要方向，遗传工程是分子遗传学的应用。
一、发展简史 1944年,美国学者埃弗里等首先在肺炎双球菌中证实了转化因子是脱氧核糖核酸（DＮＡ），从而阐明了遗传的物质基础。１９５3年,美国分子遗传学家沃森和英国分子生物学家克里克提出了DＮA分子结构的双螺旋模型，这一发现常被认为是分子遗传学的真正开端。１955年，美国分子生物学家本泽用基因重组分析方法，研究大肠杆菌的Ｔ4噬菌体中的基因精细结构，其剖析重组的精细程度达到DNA 多核苷酸链上相隔仅三个核苷酸的水平。这一工作在概念上沟通了分子遗传学和经典遗传学。 关于基因突变方面,早在19２7年马勒和１928年斯塔德勒就用Ｘ射线等诱发了果蝇和玉米的基因突变,但是在此后一段时间中对基因突变机制的研究进展很慢，直到以微生物为材料广泛开展突变机制研究和提出DＮA分子双螺旋模型以后才取得显著成果。例如碱基置换理论便是在T4噬菌体的诱变研究中提出的,它的根据便是DＮA复制中的碱基配对原理。 美国遗传学家比德尔和美国生物化学家塔特姆根据对粗糙脉孢菌的营养缺陷型的研究，在4０年代初提出了一个基因一种酶假设，它沟通了遗传学中对基因的功能的研究和生物化学中对蛋白质生物合成的研究。 按照一个基因一种酶假设，蛋白质生物合成的中心问题是蛋白质分子中氨基酸排列顺序的信息究竟以什么形式储存在ＤNA分子结构中,这些信息又通过什么过程从DNA向蛋白质分子转移.前一问题是
分子遗传学重点讲义资料
1.分子遗传学:是研究遗传信息大分子的结构和功能的科学。它依据物理、化学的原理来解 释生命遗传现象，并在分子水平上研究遗传机制及遗传物质对代谢过程的调控。 2. 分子遗传学研究对象：从基因到表型的一切细胞内与遗变异有关的分子事件。不仅仅包括中心法则中从DNA到蛋白质的过程。 分子遗传学研究内容：遗传信息大分子在生命系统中的储存、复制、表达及调控过程。 分子遗传学研究目标：明确遗传信息大分子对生物表型形成的作用机制。 第二章基因 1.从遗传学史的角度看，基因概念大致分以下几个阶段： 泛基因（或前基因）→孟德尔（遗传因子） →摩尔根（基因）：基因是功能单位（决定性状），基因是突变单位（基因是突变的最小结构），交换单位(交换的最小结构)三位一体的组合。 →顺反子：在一个等位基因内部发生两个以上位点的突变，如两个突变位点位于同一染色体上，为顺式结构，生物个体表现为野生型；突变位点分别位于两个同源染色体上，为反式结构，生物个体表现为突变型。即其顺式和反式结构的表型效应是不同的。一个具有顺反效应的DNA片段就是一个顺反子，代表一个基因。（或者具有顺反效应的DNA片段就是一个基因） （基因内部这些不同位点之间还可以发生交换和重组：一个基因不是一个突变单位，也不是一个重组单位） →操纵子：基因是一个转录单位，是一个以不同来源的外显子为构件的嵌合体,处于沉默的DNA介质（内含子）中 →现代基因 2.鉴定基因的5个标准 1）基因具有开放性阅读框ORF。 2）基因往往具有一定的序列特征。 3）基因序列具有一定的保守特性。 4）基因能够进行转录。 5）通过基因失活产生的功能改变鉴定基因。（能排除假基因的干扰） 3.蛋白质基因：能够自我复制的蛋白质病毒因子。 朊病毒：一类不含核酸而仅由蛋白质构成的可自我复制并具有感染性的因子。 4.基因组印记(genomic imprinting)：由于一些可遗传的修饰作用（如DNA、组蛋白甲基化作用）控制着亲本中某个单一的等位印记基因活性，从而导致个体在发育上的功能差异，使个体具有不同的性状特征。 5.印记基因（imprinted gene）：表达特性取决于它们是在父源染色体上还是在母源染色体上的等位基因。 6.组蛋白上的共价键修饰：包括甲基化、乙酰化、磷酸化等在组蛋白上以组合形式。这些修饰的组合能改变染色质的结构，进而影响基因的表达。属于一种表观遗传学现象(epigenetics )。 7.组蛋白密码含义： 1）组蛋白末端不同的修饰作用将诱导与染色质相连蛋白之间的相互亲和力。 2）一个核小体中同一末端的修饰可能是相互依赖的，产生不同组合。 3）染色质高级结构的不同性质极大地依赖于具有不同修饰的核小体共价修饰的局部浓度和
中科院分子遗传学试题1997-2003(精)
中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生入学考试分子遗传学2003年 一、今年是DNA双螺旋模型发表五十周年。请回答以下问题（20分）： 1、在双链DNA分子中A+T/G+C是否等于A+C/G+T ？（4分） 2、DNA双链的两条链中是否含有相同的遗传信息？为什么？（4分） 3、大肠杆菌的基因组DNA的长度约为1100微米。请根据DNA模型估计其基因组的碱基对数目。（4分） 4、如果两种生物基因组DNA在四种碱基的比率上有显著差异，那么预期在它们编码的tRNA、rRNA和mRNA上是否也会在四种碱基的比率上呈现同样的差异？（8分） 二、在一牛群中，外观正常的双亲产生一头矮生的雄犊。请你提出可能导致这种矮生的各种原因，并根据每种原因提出相应的调查研究的提纲（注意整个调查研究工作必须在两个月内完成）。（20分） 三、请给出以下6种分子标记的中文全称、定义、检测方法及其在遗传分析中的特征。（20分） RFLP , microsatellite , STR , SSLP , SNP , InDeL . 四、在普通遗传学中，非等位基因间的相互作用有哪几种？请举例说明其中的两种相互作用？请从分子遗传学和分子生物学的角度对非等位基因间的相互作用的分子机制进行阐述，并举例说明。（20分） 五、有哪些诱变剂可以诱发基因突变？基于突变被辨认的方法，可以将突变分为哪几种类型？哪些类型的突变对功能基因组的研究最有意义？为什么？对一个已完成基因组测序的真核生物，如何构建一个突变体库，以揭示基因组中预测基因的功能？（20分） 中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生入学考试分子遗传学2002 年 注：1、A卷考生必须回答下列5题，每题20分。 B、卷考生任选四题回答，每题25分。 一、请举出细胞中的各种RNA分子的名称、特征和功能。如何从RNA出发开展功能基因组的研究。 二、真和生物的基因表达控制（control of gene expression）和信号传导（signal transduction）有密切的关系，请举出一个你熟悉的例子分别说明这两个概念的含义及其联系。 三、目前已经有一些现成的软件用来预测基因组全序列中的基因。为了设计这些软件，你觉得哪些关于基因和基因组的分子遗传学知识是必须的？请说明理由。 四、在真核生物中转座子可以分为几种类型？请分述每种类型的结构和特征。如何利用转座子进行分子遗传学的研究和功能基因组的研究。 五、自从克隆的多利羊诞生以来，报界经常传播所谓克隆动物的缺陷，有一种说法是克隆动物会早衰，有人推测早衰的原因可能是：（1）被克隆的体细胞核的染色体端粒变短或（2）被克隆的体细胞核的基因表达程序已经处在发育上成熟的阶段。现在请你从染色体DNA复制的角度作支持第（1）种可能的阐述，并从基因表达调控的角度做反对第（2）中可能的阐述。 中国科学院遗传与发育生物学研究所博士研究生入学考试分子遗传学2001 年 （A卷考生必须回答下列五题，每题20分；B卷考生任选四题回答，每题25分）
细胞和分子细胞遗传学技术
细胞和分子细胞遗传学技术 发表时间：2012-08-10T08:14:01.827Z 来源：《中外健康文摘》2012年第19期供稿作者：张亚丽[导读] 经典的细胞遗传学技术是指通过制备染色体标本，分析染色体数目和结构改变与人类疾病之间的关系。张亚丽（黑龙江省森工总医院 150040）【中图分类号】R394.2【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）19-0151-02 经典的细胞遗传学技术是指通过制备染色体标本，分析染色体数目和结构改变与人类疾病之间的关系。近代分子生物学技术与细胞遗传学技术相结合，形成了细胞和分子遗传学技术。其中比较成熟、具有实用价值的技术是：①荧光原位杂交；②比较基因组杂交。 1 人外周血淋巴细胞染色体检测技术 人外周血淋巴细胞染色体检测属于经典的细胞遗传学技术。用作染色体分析的标本包括外周血、脐带血、羊水、胎盘绒毛组织和肿瘤组织等。外周血是应用最多的材料。其他组织样本染色体制备方法与制备人外周血淋巴细胞的方法基本类同，只是标本的处理和培养条件有所调整。 1.1 基本原理 体外培养的外周血淋巴细胞，在植物凝集素(PHA)的刺激下转化成为能进行有丝分裂的淋巴母细胞；在秋水仙素(纺锤体抑制剂)作用下，淋巴母细胞有丝分裂停滞，从而获得处于有丝分裂中期的淋巴细胞染色体标本。 1.2 基本操作程序 (1)取血3ml(空针用0.1～0.2ml肝素抗凝)。 (2)用7号针头向每瓶培养液(内装有5ml培养液)接种血液标本15～16滴，摇匀后，静置于37℃的隔水式恒温培养箱中培养72h。 (3)终止培养前3h，用7号针头向培养瓶中加入秋水仙素3滴(浓度为20μg/ml)并混匀。 (4)按以下程序制片。 ①收集细胞：由培养瓶中吸取培养物10ml置于离心管中，离,l～,10min(1 500～2 000r/min)离心后，弃上清液，留下沉淀物。 ②低渗处理沉淀物：向沉淀物中加入已预温(37℃)的KCI(0.075mol/L)8ml，充分吹打，以使细胞分散，并将离心管置于37℃水浴中20～30min。 ③固定沉淀物：向每只离心管中加入新鲜配制的甲醇一冰醋酸(3：1)固定液1～2ml(预固定)，轻轻混匀后离心10min(2 500r/min)，去上清液，留沉淀物；向每只离心管中再加上述固定液8ml，轻轻混匀后静置30min以上，离心10min(2500r/min)；然后，再重复固定、离心1次。 ④制作标本片：尽量弃去离心管中的上清液，用吸管轻轻吹打其中的沉淀物，再加入6～7滴新鲜的固定液并混匀，然后，将该沉淀物滴加于已经预冷的载玻片上(预冷载玻片：将清洁载玻片放在盛有蒸馏水的小搪瓷盆中置于4℃冰箱中数小时以上)；将标本片晾干后，置于75℃烤箱中烘烤2.5h，然后自然冷却，也可将标本片吹干后用火焰烘干。 ⑤标本片染色：用Giemsa染液(以pH7.4的磷酸缓冲液配制，1.10)染色10min，自来水冲净并晾干。 ⑥显微镜观察：低倍镜下，选择标本片中染色体分散好、无细胞质背景、处于中期核分裂的培养细胞；然后，在高倍镜、油镜下观察染色体形态，进行计数、分组和性别鉴定；拍摄照片以进行正确的核型分析，并将典型图片存档。可根据需要进行染色体的Q显带、G显带、C显带、R显带和T显带。 1.3 注意事项 PHA是体外细胞培养成败的关键因素，其应用浓度应根据各批号PHA的效价作适当调整。秋水仙素的浓度和作用时间影响标本的分析。浓度低或作用时间短，会使标本中的分裂细胞减少；浓度高或作用时间长，会使染色体过于缩短，以致形态特征模糊。采血和接种培养时，不要加入过多肝素，肝素过多可抑制淋巴细胞转化。显带检测，以存放3d左右的标本片效果较好。观察G显带时，检材要用胰酶液消化。消化液的配制和消化条件的控制要认真探索，以获得最佳结果。 2 荧光原位杂交技术(FISH) 2.1 基本原理 2.1.1 原位杂交是用标记了已知序列的核苷酸片段作为探针，通过核酸杂交，直接在组织切片(冷冻切片或石蜡切片)、细胞涂片、染色体制备标本或培养细胞爬片上，检测或定位某一特定的目的DNA或目的RNA的存在。 2.1.2 FISH是以荧光素标记已知序列的核苷酸片段(探针)，通过检测荧光来定性和定位目的核酸片段，具有敏感、快速、能同时显示多种颜色等优点，不但能显示中期核分裂象的染色体，还能检测间期细胞核的DNA。 (1)FISH的直接法：以荧光素直接标记DNA探针，特异性强，方法简便。随着荧光标记技术的改进，直接法的敏感性不断提高，是目前常用的方法。 (2)FISH的间接法：以非荧光素标记物标记DNA探针，再桥连一个荧光标记抗体。 2.2 基本方法 2.2.1 探针和试剂。用于FISH的探针有不同类型。已有商品化的探针用于 FISH。avidin-FITC、anti-avidin和PI等检测试剂均可购得。 2.2.2 原位杂交。杂交前标本和探针应经变性处理。 2.2.3 检测。杂交后的标本除去封胶，置2×SSC中洗去盖片。经多步骤漂洗后依次在亲和素一荧光素、抗亲和素抗体和亲和素一荧光素中各孵育20min(生物素标记探针)，其间及其后各用1×PBD洗3次，每次2min。若用直接法FISH进行检测，后续免疫结合反应可省略，最后应加抗荧光衰变剂和DNA复染剂后封片。 2.3 注意事项 实验室必须优化FISH操作过程的各项条件。整个杂交和杂交后检测过程要始终保持标本片的湿润，以防载玻片干燥后引起非特异性染色。复染时要避光。根据荧光染料的不同选择相关的荧光显微镜滤色片。 3 比较基因组杂交(CGH)