第一讲基因的基本概念

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1、第一讲基因的基本概念吴乃虎中国科学院遗传与发育生物学研究所2005年8月47目录一、基因概念的演变1．基因学说的创立2．基因与DNA分子3．基因与DNA的多核苷酸区段4．基因与多肽链二、基因与基因工程1．基因研究的简单历史回顾2．基因的定义3．基因的数量三、基因的化学本质与编码产物1．基因的化学本质2．基因的编码产物3．基因与蛋白质的数量关系四、基因的结构471．基因的组成部分2．原核基因的结构3．真核基因的结构4．基因的终产物五、基因的类型1．以拷贝数分类2．根据产物类型分类3．根据表达特性分类4．遗传选择标记与标记基因六、基因图与基因作图1．遗传图2．物理图七、

2、基因座八、基因扩增1．基因增加2．基因减少473．基因扩增九、基因表达1．正义链和反义链2．基因表达定义3．基因表达的过程4．基因表达的时空特异性5．基因表达活性的调控十、基因克隆1．克隆的概念2．基因克隆定义十一、基因工程定义1．有关基因工程的名词术语2．“遗传工程”与“基因工程”这两个术语的差别3．基因工程定义4．基因工程的主要内容47第一讲基因的基本概念一、基因概念的演变1．基因学说的创立G.Mendel(1857-1864)根据豌豆杂交试验，创立了遗传因子分离律和遗传因子独立分配律——提出了遗传因子的概念W.Johannsen在1909年提出了用“基因”这个

3、术语代替Mendel的遗传因子——基因术语的提出*此时所谓的“基因”，并不代表物质实体，而是一种与细胞的任何一种可见形态结构毫无关系的抽象单位，因此那时所指的基因只是遗传性状的符号，还没有涉及基因的物质概念。T.H.Morgan1910年的工作，头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起来了，使得科学界普遍接受了Mendel的原理——基因与染色体联系起来2．基因与DNA分子尽管由于Morgan等人的出色工作，使基因学说得到了普遍的承认，但直到1953年Watson-CrickDNA模型提出之前，人们并不理解：a.基因的物质内容和结构特征；47b.位于细

4、胞核中的基因如何控制发生在细胞质中的生化过程；c.在细胞分裂过程中，为何基因可准确地复制自己。证实基因就是DNA的著名实验①1944年美国著名的微生物学家O.T.Arery的肺炎链球菌的转化实验肺炎链球菌有两种不同的品系：S型——具荚膜、有毒、光滑型R型——无荚膜、无毒、粗糙型SDNA+R菌培养物→R型变S型表现出毒性和荚膜结论：使细胞性状发生转化的因子是DNA，因此，DNA分子是遗传信息的载体。启示：在科学研究中，尤其是基础理论的研究工作中，正确地选材具有极端重要的意义。②1952年美国冷泉港卡内基遗传学实验室的科学家A.D.Hershey和他的学生M.Chase

5、的同位素双标记实验(噬菌体)用32P和35S分别标记噬菌体的内部DNA和外壳蛋白质。47然后用这种带双标记的感染寄主大肠杆菌，结果发现，只有具32P标记的DNA进入寄主细胞，并重新繁殖出子代噬菌体。结论：在噬菌体中遗传物质也是DNA，而不是蛋白质。③1953年J.Watson&F.Crick在M.Wilkins和R.FranklinX-射线衍射工作的基础上，建立了DNA双螺旋结构模型，解决了DNA分子的三维结构及其在遗传中的作用的问题。至此，关于基因的化学本质是DNA的结论已是公认的事实。*但是必须指出，并非所有的基因都是由DNA构成的，某些动物病毒和植物病毒以及某

6、些噬菌体等，它们的遗传体系的基础是RNA而不是DNA。A.Gierer和G.Schramm在研究烟草花叶病毒(TMV)时首先发现RNA分子能够传送遗传信息，并证明TMV病毒的RNA成分，在其感染植株的叶子中能够诱导合成新的病毒颗粒。④DNA半保留复制模型证明了DNA是遗传物质和基因的载体之后，人们进而开始研究DNA分子的自我复制过程，以揭示遗传信息是怎样从亲代准确地传递到子代。DNA分子的半保留复制模型：47DNA半保留复制是严格地按照碱基配对原理进行的。新合成的子代DNA忠实地保存了亲代DNA分子所携带的全部遗传信息——解决了基因自我复制问题双螺旋模型的建立：a.

7、可以从基因分子水平上分析遗传与变异现象b.可以客观地探索基因的结构与功能*从此，基因的研究进入了基因的分子生物学时代。启示：a.文献情报的重要性当时我们与西方交恶，几乎没有科学交流，信息不灵，人们不了解DNA在遗传研究中的重要性b.学术思想的自由的重要性前苏联学术界对摩尔根学派的错误批判政治干预学术研究的恶果1956年青岛遗传学会议与(鸡毛、茄子皮实验)中国共产党提出的双百方针是完全正确的。3．基因与DNA的多核苷酸区段DNA分子是基因的载体，那么是否每一段DNA都是基因呢？47(1)经典的基因概念：在染色体或DNA分子上，基因是成串球似的一个挨一个地排列着，它