遗传学教学大纲

一、本课程的性质和任务

    遗传学（Genetics）是研究基因的结构和功能以及基因从亲代传递到子代过程中遗传与变异的科学，随着“人类基因组计划”的进行和深入遗传学已成为21世纪生命科学领域发展最为迅速的学科之一，是生命科学各门学科的核心，它的分支几乎扩展到生物学的各个研究领域，遗传学课是生命科学学院以及相关学院本科生的基础课。

    本课程的任务是系统地讲授遗传学的基本原理和遗传分析的基本方法，同时介绍现代遗传学发展的最新成就，使学生对遗传物质的本质、遗传物质的传递、遗传物质的变异以及遗传信息的表达与调控有一个较为全面和深入的认识和了解。

二、教学要求与教学方法

    本课程始终注重培养学生的遗传分析能力和实验设计能力。要求学生掌握孟德尔式遗传分析，连锁遗传分析与染色体作图，基因精细结构的遗传分析，病毒的遗传分析，细菌的遗传分析，真核生物的遗传分析，遗传重组，核外遗传，遗传物质的改变，群体遗传与进化，数量性状的遗传分析，遗传信息的表达及调控等基本内容和原理方法。

    教学方法，采用多媒体教学手段，自制多媒体教学课件配以国内外最新的彩色原版图片示范。课堂教学为主，课余阅读为辅。指定阅读参考书。每章讲授完毕，布置练习作业，以掌握和巩固所学知识。

三、教学学时分配和安排

    本大纲共分三篇（十四章）：

第一篇：基因概念的发展——遗传物质的结构、传递和表达；

第二篇：遗传物质的改变；

第三篇：遗传学的主要分支学科。

本课程共安排54学时，一学期完成。其中第六章、第七章和第八章因在《生物化学》和《分子遗传学》中有专门介绍，故不再作为教学内容。按每周3学时安排。

    教学内容及具体学时分配见下表：

四、教学内容和要求

绪论

目的要求：使学生了解遗传学的过去、现在和将来的发展趋势。

教学内容：

1．遗传学的定义

2．遗传学发展简史

（1）遗传学发展过程中的一些代表人物及其主要贡献

（2）遗传学发展的几个重要历史时期

（3）遗传学发展的几个趋势

（4）其他学科向遗传学的大量渗透

3．遗传学研究的主要内容

4．遗传学的分科

第一篇  基因概念的发展——遗传物质的结构、传递和表达

第一章 孟德尔(G.Mendel)遗传因子的概念——假设的生物性状的符号

目的要求：掌握孟德尔遗传学分析的基本原理和方法，了解孟德尔遗传学的扩充和应用范围,认识基因、性状的相对性。

教学内容：

1．孟德尔的实验

孟德尔总结出的前人和当代人关于杂交实验的两条缺点

孟德尔选用豌豆做实验的原因

孟德尔将收集的34个豌豆品种归纳为3种情况——性状、单位性状、相对性状

孟德尔区分出的7对相对性状

设计的两组基本实验——单因子试验和双因子试验以及实验结果

2. 孟德尔遗传规律及遗传因子的概念

通过对实验结果的统计分析，得出3条规律——显性规律、分离规律、自由组合（独立分配）规律，为解释这些遗传规律而提出的关于遗传因子的假说——成双、成单、自由组合

3．孟德尔遗传规律的验证法

1．                      （1）测交法

  （2）自交法

由以上内容可以看出：

孟德尔学说的核心是遗传因子，由因子决定性状

孟德尔学说的主要支柱是三大定律

孟德尔学说的主要实验根据是豌豆的7对相对性状的单因子、双因子两组基本实验和两组验证实验（测交法、自交法）

孟德尔实验的主要特点是用统计学方法整理分析实验数据和结果

4．孟德尔规律的数学表达式和推导

（1）表达式（1：1）ⁿ

                          (1：2：1)ⁿ

                          (3 ：1)ⁿ

3个表达式所表示的内容

3个表达式的用途

（2）孟德尔规律理论值的推导

                ①代数法

                ②棋盘法

                ③分枝法

5．分离规律的普遍性

6．分离规律的应用（application）

7. 遗传学数据的统计处理

①概率：乘法定理及加法定理，可用于计算某一事件出现的概率

②二项式展开，用于计算某一特定组合出现的概率

③X²测验——观察值和理论值的适合度测验

8．孟德尔的遗传因子与染色体的平行关系

9．孟德尔规律的延伸

（1）显隐性的相对性

①不完全显性：紫茉莉花色的遗传

②镶嵌显性：瓢虫鞘翅色斑的遗传

③并显性：MN血型的遗传

④条件显性：曼陀罗茎颜色的遗传，石竹花色的遗传

⑤显性转换（从性遗传）：人的秃头及羊的有角、无角

⑥显隐性的分子基础

（2）致死基因

1905年，Cuent对小鼠毛色的遗传研究，1910年Castle和Little证实A^y是致死基因

镰形细胞贫血

亚致死现象

（3）复等位基因

①ABO血型的遗传

孟买型和H抗原

②瓢虫的鞘翅色斑

③Rh血型

④HLA血型

⑤自交不亲和

（4）非等位基因间的相互作用

①基因互作：鸡冠形状的遗传（形成新性状）

②互补基因：香豌豆花色的遗传（9：7）

③抑制基因：家蚕茧色的遗传（13：3）

④上位基因

a．隐性上位：家兔毛色的遗传（9：3：4）

b．显性上位：燕麦颖片颜色的遗传（12：3：1）

   显性和上位的区别

⑤积加作用：南瓜形状的遗传（9：6：1）

⑥重叠基因：荠菜果形遗传（15：1）

（5）环境与基因作用的关系

P = G + E

反应规范

（6）基因的多效性

（7）表型模写及其意义

（8）基因表达的差异——表现度和外显率

第二章 基因——位于染色体上的遗传单位

目的要求：了解性别决定与伴性遗传的特点；学习和掌握连锁、交换和真核生物染色体作图的一般方法。

教学内容：

1．性染色体与性别决定

（1）性染色体的发现

（2）性别决定的类型

①性染色体和性别决定

a．XY型：异配性别、同配性别、半合子

b．ZW型（鸡）

c．XO型（蜜蜂）

②环境和性别决定：后益等

③基因和性别决定：玉米由雌雄同株变为雌雄异株

2．性连锁遗传

（1）摩尔根关于果蝇白眼遗传的杂交实验及4组验证实验，第一次证明基因在染色体上

（2）布吉里斯（C.bridges）关于X染色体不分开的假设及实验进一步证明了摩尔根的理论

（3）人类的伴性遗传

a. X连锁显性遗传

b. X连锁隐性遗传

c. Y连锁遗传

d. 性别畸形

（4）鸡的伴性遗传

（5）植物的伴性遗传

（6）从性遗传

3．性别决定的基因平衡理论

Bridges关于果蝇X/A比率与性别的关系及证据

4．性别分化

（1）剂量补偿效应

a. Lyon假说及实验证据

b. X染色体随机失活的分子机制

（2）外界条件对性别分化的影响

（3）激素对性别分化的影响

5．连锁和交换规律

（1）连锁现象的发现

Bateson和Punnett的实验

相引、相斥概念

（2）Morgan关于果蝇连锁和交换的实验

①完全连锁

②不完全连锁

③连锁和交换的细胞学证据

（3）重组频率的测定与染色体作图

①重组频率的计算

②两点测验

③三点测验

④并发系数和干涉

⑤作图函数

（4）真菌类的遗传分析

①链孢霉的有性生殖

②链孢霉是遗传学研究的好材料

③着丝粒作图

④链孢霉的连锁遗传

（5）人的染色体作图

①人类基因定位方法

②人类染色体作图

③人类基因组的物理作图

第三章 基因概念的一次升华——一个基因一个酶假说

目的要求：学习和了解“先天性代谢缺陷”以及“一个基因一个酶假说”。

教学内容：

1．A. Garrod 1908年提出的“先天性代陷缺陷”的概念

2．G. Beadle和B. Ephrussi1935年的实验——果蝇复眼色素合成的生化研究

3．Beadle和Tatum于1941年提出的“一个基因一个酶”的假说

4．J. Neel, L. Pauling和V. Ingram等对镰形细胞贫血症的研究将“一个基因一个酶”的假说重新命名为“一个基因一条多肽”的假说

第四章 转化因子的化学本质是DNA

目的要求：学习和了解F. Griffith以及O. Avery如何利用肺炎球菌证明转化因子的化学本质是DNA。

教学内容：

1．F. Griffith 1928年设计的4组实验

2．O. Avery等1944年的三组实验和1949年的四组实验以无可辨驳的事实证明转化因子的化学本质是DNA

第五章 DNA是遗传信息的载体

目的要求:学习和掌握细菌和噬菌体的遗传重组以及作图方法；了解基因的精细结构以及精细作图方法。

教学内容:

1．信息学派的产生——N.Born和E.Schr?dinger的思想

2．M. Delbrück和S. Luria以噬菌体为材料所进行的研究工作

（1）选用噬菌体作实验材料的理由

（2）几个经典实验及其意义

①噬菌体一级生长曲线的测定：说明噬菌体生长分为潜伏期、生长期和释放期3个时期。

②单菌释放实验：测定每个被感染细菌释放的噬菌体数量；利用纯化后的噬菌体作遗传学分析

③波动测验（1943年）证实了细菌的抗噬菌体突变是基因突变的结果，并不是由噬菌体的侵染引起的

④涂布实验证实细菌对于许多药物的抗性都是基因突变的结果，药物仅起选择作用

⑤Luria和Delbrück的上述实验结果发表后9年，1952年Lederberg夫妇又用影印培养技术更为直观地解决了细菌抗药性的自发本质问题

③④⑤三组实验从根本上摧毁了关于细菌是获得性遗传的最后一块阵地，解决了生物学中的一个重大理论问题

3．Hershey和他的学生M.Chase于1952年所做的噬菌体感染实验，证实DNA是遗传信息的载体。

4．细菌的遗传重组分析

（1）E．coli的突变型：营养缺陷型，抗药性突变，抗噬菌体突变型

（2）E.coli的有性生殖和基因重组

①经典的杂交实验

J. Lederberg和E.Tatum实验成功的原因有3个方面：

注意了出发菌株的明确性和稳定性——多缺

采用了选择培养的方法

选用了K₁₂品系

4个补, 充实验

非选择性标记分离分析法

Lederberg和Tatum对细菌杂交的解释

②遗传物质的单方向转移：W.Hayes 1952年的实验

③F因子的发现（Hayes）

④Hfr菌株（1951，L.cavalli）

⑤中断杂交实验（1957，E.Wollman和F.Jacob）

⑥环状染色体（1957，Wollman和F.Jacob ）

⑦F’因子的发现（1959，E.Adelberg）

⑧F因子的分离（1961，S.Falkow和L.Baron）

⑨E.Coli的遗传重组

⑩重组作图

E. Coli接合作用小结

（3）转化作用

（4）转导作用

普遍性转导，流产转导

局限性转导

5. 噬菌体的遗传重组分析

（1）菌体突变型：快速溶菌突变型，寄主范围突变型，条件致死突变型

（2）噬菌体突变的互补实验

（3）噬菌体突变的重组实验

（4）λ噬菌体基因组与λ原噬菌体

6. 真核、细菌、噬菌体遗传重组的比较

7. S.Benzer的经典工作——基因精细结构遗传分析

（1）Benzer时代（1953年）的基因概念——“三位一体不可分”

（2）用缺失定位法绘制出了T4r区段的第一张细微结构的遗传图

（3）T4rII突变体在E.coli k菌株中的顺反测验（互补测验）——顺反子概念

第六章 遗传的物质基础—DNA （不作要求）

目的要求：了解DNA双螺旋结构模型以及DNA的复制、转录和翻译过程。

教学内容：

1．J. Watson和F. Crick关于DNA双螺旋结构模型的建立

（1）DNA结构模型的提出

（2）DNA结构模型的实验证明——M. Meselson和F. Stahl 1958年关于DNA半保留复制的实验

2．DNA的复制

（1）复制原点、方向和方式

（2）DNA复制的酶学

（3）DNA复制的半不连续性

（4）DNA复制的起始、延伸和终止

（5）真核生物DNA的复制

（6）DNA复制的调控

3．中心法则的提出和遗传密码的建立

（1）F. Sanger1945-1953年关于牛胰岛素51个氨基酸序列的测定

（2）1958年Crick 提出的中心法则

（3）关于tRNA

（4）DNA和蛋白质一级结构之间线性相关的实验证明

①C.Yanofsky关于色氨酸合成酶A肽氨基酸替换与基因突变位点的同线性研究

②S.Brenner 发现的“琥珀突变”与蛋白质合成终止的对应关系研究

（5）“三联密码”假设的第一个实验证据——Crick和Benzer的实验

（6）遗传密码的破译和密码表的建立——M. Nirenberg, S. Ochoa和H. Khorana等人的实验

4．转录

（1）RNA合成的酶学

（2）控制转录起始的DNA序列——操纵子和启动子的结构

（3）转录的起始和延伸

（4）转录的终止

（5）转录后处理

（6）逆转录

5．翻译

（1）核糖体——制造蛋白质的工厂

（2）肽链合成的起始、延伸、终止和释放

（3）mRNA的结构与翻译

（4）蛋白质在细胞内的越膜运输、定位和翻译后处理

第七章 操纵子学说——遗传信息传递和表达的统一体 （不作要求）

目的要求：学习原核生物和真核生物基因表达调控的层次以及调控方式的多样性。

教学内容：

1. 操纵子学说的提出

（1）基因差别表达的实例

（2）酶的诱导

1900年F. Diener在酵母菌中首次发现酶的诱导现象

20世纪20年代，H. Karstrom在细菌中发现类似现象，提出组成酶和适应酶的概念

1941-1961，法国微生物遗传学家J. Monod通过严密实验，证实了酶的诱导合成

（3）E. coli有关乳糖发酵的各类突变

①J. Lederberg在1948年先后发现E.coli的Lac^-,LacZ^-, Lac Y^-, Lac A^-和LacI^-等突变体

②E. coliI⁺编码阻遏蛋白质的实验

（A.Pardee, F.Jacob, J.Monod, W.Gilbert, B.Muller-Hill）

③LacI^s突变体的分离（Jacob和Monod）

④LacO，LacO^c及LacO^o的分离

（4）Jacob在60年提出的“操纵子”的概念

2．原核生物的基因表达调控

（1）正调控与负调控

（2）操纵元的原型——乳糖操纵元

①调控机理

②阻遏蛋白与操纵子的相互作用

③乳糖操纵元的正调控

（3）操纵元的其它调控形式

①具有双启动子的半乳糖操纵元

②阿拉伯糖操纵元——具有双重功能（正控制和负控制）的调节蛋白质

③色氨酸操纵元——可阻遏系统

（4）基因转录的时序调控

①枯草杆菌a亚基的更迭

②大肠杆菌热震惊基因的表达

③T4噬菌体生长过程中RNA聚合酶亚基的修饰和a亚基的替换

④T7噬菌体生长过程中用噬菌体RNA聚合酶代替寄主的RNA聚合酶

⑤λ噬菌体早期、晚期基因转录及裂解生长和溶源生长的调控

（5）基因转录的翻译调控——衰减子系统

①衰减子的作用机制

②衰减子的普遍性及其生物学意义

③负责核苷酸合成的基因的衰减子

（6）翻译水平的调控

①反义RNA的调控作用

②mRNA本身的二级结构影响翻译的进行

③mRNA的寿命对基因表达的调控

④蛋白质合成的自体调控

⑤严谨反应

（7）DNA序列重排对基因转录的调控

3. 真核生物基因表达的调控

（1）真核生物的基因结构

①不连续基因

②基因家族与基因簇

③串联重复基因

（2）真核生物基因调控的特点

（3）DNA水平的调控

①基因丢失

②基因扩增

③基因重排

（4）转录水平的调控

①Britton-Davidson模型

②顺式作用元件与基因调控

③反式作用因子对转录的调控

④转录调控的机制

（5）转录后水平的调控

①前体RNA的加工

②mRNA前体的选择性拼接

（6）翻译水平的调控

①mRNA的稳定性

②mRNA翻译起始的调控

③蛋白质合成的自体调控

第八章  基因概念的新进展 （不作要求）

目的要求：了解基因概念发展的最新内容；了解癌症的遗传学基础。

教学内容：

1.        基因概念的新进展

2.        肿瘤细胞的特点

3.        癌基因和抗癌基因

4.        癌基因产物的结构、功能和细胞癌变

5.        染色体畸变和肿瘤的发生

第二篇  遗传物质的改变

第九章 染色体畸变

目的要求：学习和了解发生染色体畸变的各种情况，以及在生产实践中的应用。

教学内容：

1．染色体结构变异

（1）缺失

缺失的类型

缺失的遗传效应

（2）重复

重复的类型

产生重复途径

重复的遗传效应

（3）倒位

倒位的类型

倒位的遗传效应

缺失环、重复环和倒位的形成及特征

（4）易位

易位的类型

易位的遗传效应

（5）染色体结构变异的应用

2．染色体数目变异

（1）染色体组：n、2n和x之关系

（2）整倍体

a．单倍体

单倍体的产生

单倍体的主要特点

单倍体在理论和实践上的意义

b．同源多倍体（同源四倍体）

同源四倍体的产生

同源四倍体的特点

c．异源多倍体

什么叫异源多倍体

异源多倍体是怎样产生的（萝卜甘蓝及普通小麦的起源）

d．多倍体的在植物中的普遍性及原因

e．多倍体在实践上的应用（无籽西瓜、小黑麦等）

（3）非整倍体

a．非整倍体的主要类型

b．非整倍体是怎样产生的

c．单体

单体的概念

小麦的21个单体系统

利用小麦单体进行基因定位

d．三体

三体的概念

三体在遗传研究中的应用（基因定位、育种）

第十章 基因突变

目的要求:学习和了解基因突变的一般特点,突变发生的原因和机制以及DNA损伤修复的主要方式，掌握突变检出的方法。

教学内容:

1．突变的定义

2．突变的类型

①从突变带来的表型改变将突变分4类——形态突变型、致死突变型、条件致死突变型、生化突变型

②从遗传物质的结构改变来区分——碱基替换（转换、颠换）、移码突变

③从突变引起的遗传达室信息的意义改变来区分——同义突变、无义突变、错义突变

3．基因突变的特点

①稀有性

②随机性：影印培养

③可逆性

a．回复突变的鉴定和分类

b．基因内抑制突变

c．基因间抑制突变

4．基因突变的分子基础

①碱基类似物在DNA复制时的掺入

②DNA分子上碱基的化学修饰

③嵌合剂的致突变作用

④转座成分的致突变作用

⑤增变基因

⑥紫外线的致突变作用

⑦突变热点

5．DNA的修复

①复制修复

②损伤修复（光复活、切除修复、重组修复、SOS修复）

③限制与修饰

6．突变的检出（大肠杆菌、真菌、果蝇、植物等）

7．离体定向诱变

第十一章 遗传重组

目的要求：学习和了解遗传重组的主要类型和分子机制，掌握细菌中转座因子的种类以及转座机制及其遗传学效应。

教学内容：

1．重组的意义及其研究历史的简要回顾

2．遗传重组的4种类型：

同源重组

位点特异性重组

转座作用

异常重组

3．同源重组的分子机制

①异源DNA双链的断裂与重接

②同源重组的Holliday模型

③Meselson-Radding的链转移模型

④基因转变与高度负干涉