普通生物学遗传与变异要点Word文件下载.docx
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生物体的许多性状是受多基因控制的，如人的身高、体重等性状，在种群中呈连续分布，难以简单归类，称为数量性状。
质量性状：
受一对或少数几对基因控制，表型差异截然可分的性状。
显隐性关系：
1）不完全显性：
杂合子表现为双亲的中间性状；
2）共显性：
一对等位基因的两个成员在杂合子中都表达，互不遮盖；
3）镶嵌显性
4）显隐性的相对性：
外部环境条件影响显隐性关系，杂种子一代在不同条件下的表型不同。
复等位基因：
在群体中，占据某一基因座位的两个以上的、决定同一性状的基因系列成为复等位基因。
如人的血型决定。
基因的多效性：
单一基因的多种表型效应。
一个基因的产物无论是酶还是其他蛋白质，它的生理、生化功能不太可能是唯一的或独立的，常常会影响到其他的生化反应或生理功能，因此一个基因的突变也会引起多种表型变化，这种现象称为多效现象。
非等位基因互作
基因互作：
几对非等位基因相互作用，共同决定某一单位性状表现的遗传现象。
主要有：
1）互补作用：
9:
7
2）积加作用：
显性基因对数越多，性状表现愈明显；
6:
1
3）重叠作用：
两对或两对以上的等位基因共同控制某一性状，只要其中一对等位基因中存在显性基因，个体便表现显性性状。
只有两对基因都为隐性纯合时，才表现隐性性状；
15:
4）上位作用：
一对等位基因对另一对等位基因表现的遮盖作用；
12:
3:
1/9:
4
5）抑制作用：
一对基因本身不表现性状，但当它处于显性纯合或显性杂合时，却能够抑制另一对显性基因表现性状。
13:
3
遗传学第三定律
连锁：
位于同一条染色体上的基因总是倾向于联系在一起共同遗传的现象称为连锁。
完全连锁：
位于同一条染色体上的基因完全连在一起传递给后代，而不发生交换的现象。
不完全连锁：
位于同一条染色体上的两对或两对以上的非等位基因并不总是作为一个整体遗传给后代。
基因的连锁与交换定律：
（遗传学第三定律，摩尔根发现）在配子形成时，位于同一条染色体上的不同基因，常常连在一起进入配子，而位于同源染色体上的等位基因，有时会随着非姐妹染色单体的交叉互换而发生交换，因而产生了非等位基因的重组，但重组的频率显著小于连在一起传递的频率。
重组率：
重组型数目/（亲本型数目+重组型数目）
重组率的确定与染色体作图
性染色体
性别决定：
XX-XY型：
人及小鼠的Y染色体上存在性别决定基因SRY，但还不清楚其他动物的Y染色体性别决定机制。
果蝇的性别决定：
在果蝇中Y染色体对性别决定不起作用，Y染色体只与精子的发生有关。
缺乏Y染色体的果蝇（XO）仍未雄性，但这种雄蝇往往是不育的。
另外XXY型果蝇是雌性。
大量的研究表明，果蝇的X染色体含有雌性决定因子。
果蝇的性别决定于性指数，即X染色体的数目和常染色体的套数之比（X:
A）。
这种性别决定方式为性染色体——常染色体平衡决定系统。
在此系统中，当性指数大于或等于1时，果蝇发育为雌性；
小于或等于0.5时，发育在雄性；
当位于0.5和1之间时是不育的间性。
XX-XO型：
有些生物，如蝗虫，只有X染色体，雌性细胞内是两条大小形态相同的X染色体，雄性的细胞中只有一条X染色体。
植物中的花椒也属于这种类型。
ZZ-ZW型：
雄性为ZZ，雌性为ZW。
ZZ-ZO型：
雄性为ZZ，雌性为ZO。
染色体倍数决定：
如蚂蚁、蜜蜂、黄蜂、小蜂等。
雄性为单倍体，雌性为二倍体。
蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育而来的，因而是单倍体。
性相关遗传：
从性遗传：
又称性控遗传，某些常染色体上的基因控制的性状在遗传时，杂合子的表现型从属与某一性别的现象。
由于受到性激素的作用，基因在不同的性别中具有不同的表达。
人类秃发的遗传就是从性遗传，隐性纯合bb无论男女均为秃发，但对于杂合子Bb，在男性中为秃发，在女性中却是正常表现。
此外还有食指长短遗传，绵羊角遗传等。
限性遗传：
指一种性状或者遗传病的基因位于性染色体或常染色体上，其性质可以是显性的，也可以是隐性的，但由于性别的限制，只在一种性别中表现，而在另外一种性别中完全不能表现，但这些基因可以向后代传递。
如子宫阴道积水，是由常染色体上的隐性基因决定的，女性纯合子才会表现出该症状，男性无论纯合还是杂合均不会表现出该性状。
此外还有尿道下裂症，限男性遗传。
伴性遗传：
又称为性连锁遗传，控制性状的基因位于性染色体上，其遗传特征决定于性染色体的传递规律。
有三个特点：
正反交表现不同、后代性状与性别密切相关、常出现交叉遗传。
可分为X连锁隐性遗传（红绿色盲、血友病）、X连锁显性遗传（抗维生素D佝偻病）、Y连锁遗传（仅发现一例：
毛耳性状）。
从性遗传和伴性遗传有何不同？
伴性遗传中控制性状的基因位于性染色体上，基因的表达一般不受性激素的作用，其遗传特征决定于性染色体的传递规律；
而从性遗传中的基因位于常染色体上，但由于受到性激素的影响，基因在不同的性别中有不同的表达。
从性遗传的性状在两性中发生频率以及杂合子基因型在不同性别中的表型是不同的。
剂量补偿效应：
在性染色体决定性别的生物中存在的、平衡染色体超量的机制。
剂量补偿效应使性连锁基因在两种性别中有相等或近乎相等的有效剂量。
有两种机制：
一、调节X染色体的转录速率；
二、失活一条X染色体。
人类和其他哺乳类属于第二种情况。
性染色质体/巴氏小体：
一种高度浓缩的、惰性的、异染色质化的染色体，就是失活的X染色体。
核外遗传
核外遗传：
由细胞核以外的遗传物质决定的遗传现象，在真核生物中又称为细胞质遗传。
其遗传特点表现为非孟德尔式遗传，即遗传传递不按染色体基因的方式进行，出现不规则的分离比，正反交表现不同，杂交子代只呈现母本特征。
袁隆平的“三系杂交水稻”就是核外遗传应用成功的典例。
基因表达
遗传物质是DNA的证明
1928年格里菲思（FrederickGriffith）的肺炎链球菌转化实验；
1944年艾弗里（OswaldAvery）发现只有DNA组分能将R型活细菌转变成S型细菌；
1952年赫尔希（A.D.Hershey）和蔡斯（M.Chase）的T2噬菌体感染实验
DNA的复制
半保留复制
半保留复制：
DNA的复制是以亲代DNA双链中的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成一条新的子链，新链和旧链形成双螺旋结构，得到子代DNA。
子代DNA双链中，有一条链来自亲代DNA，另一条为新合成的核苷酸链，将这种复制方式称为半保留复制。
半不连续复制
DNA聚合酶：
DNA复制的关键性酶。
能使4种不同的脱氧核苷三磷酸（dNTP）连接在多核苷酸链游离的3’碳原子的羟基上，故DNA的复制方向是从5’→3’.需要RNA引物作为新链合成的起点。
复制起点：
原核生物的DNA复制只有一个复制起点，而且是双向进行的。
由于真核生物的染色体较长，DNA复制有许多复制起点，从多个复制起点开始同时进行双向复制，形成复制泡，以保证复制过程在较短的时间内完成。
冈崎片段：
DNA的两条链是逆向平行的，在复制叉向前推进时，如在一侧的合成方向为5’→3’，另一侧必为3’→5’，但DNA聚合酶只能催化DNA链从5’向3’方向延伸，因此在合成3’到5’方向的互补链时，是先按5’到3’合成一系列较短的DNA片段，称为冈崎片段，然后在DNA连接酶的作用下，将众多的冈崎片段连接成完成的单链。
半不连续复制：
DNA复制时，按5’到3’方向合成的一条链可以连续复制，其速度较快，完成复制较早，称为前导链。
而另一条链是以冈崎片段的形成进行不连续复制，速度较慢，完成复制较晚，称为后随链。
冈崎于1968年提出该模型。
促旋酶：
把环状的DNA从一种构型变为另外一种构型，以利于双链的分开。
解旋酶：
可打开氢键，使DNA双链变成单链。
单链结合蛋白，使打开的单链稳定，不被酶水解，不恢复为双链，有利于复制的进行。
转录
转录过程
转录：
以DNA为模板，通过RNA聚合酶使碱基互补配对合成RNA的过程。
RNA的分类：
细胞中有转录合成的RNA有5种，分别是信使RNA，转运RNA，核糖体RNA，核小RNA，以及其他小分子RNA。
核小RNA（snRNA）：
snRNA仅在真核生物中发现，参与内含子的剪切。
转运RNA（tRNA）：
是大约含有80个核苷酸的单链分子。
通过自身的折叠，tRNA分子形成几个双链区（一些短的核苷酸片段与另外一些核苷酸片段通过氢键相连）。
tRNA分子结构的独特性表现在：
一个单链的环上有特定的3个核苷酸组成的反密码子，这个反密码子在蛋白质合成时与mRNA上的密码子配对。
在tRNA的另一端，3’端的—OH是氨基酸连接区。
过程：
一、转录开始，RNA聚合酶与启动子结合。
RNA聚合酶与DNA聚合酶相似，反应需要模板，4种核苷三磷酸及Mg2+，但有一个重要区别RNA聚合酶不需要引物。
二、转录延伸，延伸方向为5’→3’，过程是连续的。
三、转录终止，RNA聚合酶遇到终止子时，从RNA分子和基因上脱离，合成的RNA单链也陆续脱离DNA模板。
mRNA的加工
mRNA的加工：
在细菌等原核生物中，mRNA的长度与转录后的RNA一样，但在真核生物中，核内的初级RNA转录物要经过复杂的加工，变为成熟的mRNA，才能从核内转移到细胞质中，指导蛋白质的合成。
1）5’加帽：
在mRNA的5’端加上一个7-甲基鸟苷作为帽子。
所有真核生物的mRNA均有这个帽子。
加帽的mRNA便于mRNA与核糖体的结合，延长mRNA寿命。
在真核生物中，帽子结构对于RNA翻译成蛋白质是必须的，细菌中的mRNA没有这样的结构。
2）3’加尾：
在mRNA前体的3’端加上一条由200个左右的腺苷酸组成的重复序列，即ploy（A）。
poly（A）对mRNA的稳定有一定的作用。
3）甲基化：
在5’端，一般有2-3个腺嘌呤核苷酸被甲基化，甲基化可以提高mRNA在蛋白质合成中的效能，一些甲基化还可能与mRNA的剪切有关。
4）内含子的剪切：
将内含子切除，把剩下的外显子按照一定的顺序拼接起来，形成成熟的mRNA，这个过程称为RNA的剪接或RNA加工。
翻译
遗传密码
密码子：
mRNA上3个连续的碱基决定一个氨基酸，这种三联体碱基称为遗传密码子。
密码的简并：
一种氨基酸对应两种或两种以上的密码子。
起始密码子：
AUG，对应甲硫氨酸（细菌中是甲酰甲硫氨酸）。
终止密码子：
UAA，UAG，UGA，这些密码子没有对应的氨基酸。
蛋白质的合成
核糖体有两个亚基，只有当合成蛋白质时两个亚基才会结合到一起。
核糖体的小亚基与mRNA结合，大亚基有tRNA结合的两个位点P位和A位，P位提供携带待延长的多肽链的tRNA的停留，A位供给携带一个新氨基酸的tRNA进入并停留。
多肽链的合成是从—NH2一端的氨基酸开始，而终止于最后一个氨基酸的—COOH端。
第一个氨基酸总是甲硫氨酸（可在多肽链合成后被切除），第一个tRNA携带甲硫氨酸占据的是P位，核糖体大亚基的A位此时正好与mRNA上起始密码子AUG后的第一个密码子相对，一个反密码子能与配对的tRNA携带氨基酸进入A位，这标志着肽链延伸的开始。
在肽基转移酶的作用下，P位的氨基酸脱离tRNA，与A位的氨基酸以肽键—CO—NH—相连形成含有两个氨基酸的多肽。
P位的tRNA失去它的氨基酸，从核糖体上释放出来。
核糖体继续阅读，沿mRNA向前移动一个密码子，A位的氨基酰tRNA就从A位移到P位，下一个新的tRNA携带氨基酸进入A位，如此反复，肽链不断延伸，直至进行到终止密码子。
延伸的过程需要延伸因子的参与，并以GTP作为能源。
tRNA不能识别终止密码子，而是有一种或几种蛋白质——释放因子来识别。
释放因子产生3种效应：
多肽链与tRNA分开，tRNA从核糖体上释放、核糖体解离为两个亚基。
中心法则
概念：
1958年克里克提出中心法则：
DNA通过自我复制将遗传信息传递给子代；
以DNA双链中的一条链为模板，互补合成RNA，将DNA中的遗传信息传递给mRNA；
再根据mRNA中的核苷酸序列合成蛋白质，蛋白质决定了性状。
补充和完善
很多RNA病毒，不含有DNA，入侵宿主细胞后，RNA在宿主细胞内复制，复制是以RNA模板的；
某些引起肿瘤的病毒，能以病毒的RNA为模板，在反转录酶的作用下，反向合成DNA，称为反转录病毒。
通过反转录合成的DNA单链分子称为互补DNA，即cDNA；
实验室中还可以使DNA直接翻译成蛋白质。
遗传信息可以从DNA或RNA流向蛋白质，但目前还没有发现蛋白质中的信息逆向地流向核酸，但我们知道某些蛋白质可以作为调节因子调控基因的表达。
基因表达的调控
基因的类别
结构基因：
这类基因不但可转录形成mRNA，而且可翻译成多肽链，从而构成生物体的结构蛋白和生理代谢等生命活动中各种生化反应所需的酶。
调节基因：
调节基因的作用是调控其他基因的活性，调节基因可转录形成mRNA，然后由mRNA再翻译成阻遏蛋白或激活蛋白。
RNA基因：
这类基因包括核糖体RNA基因，转运RNA基因和其他小分子RNA基因。
这类基因转录产生的RNA不翻译成多肽链，RNA即是基因的最终产物。
启动子：
是不转录的DNA区段，是一段特异的DNA序列，是RNA聚合酶识别并结合形成转录复合物的位点。
操纵基因：
不转录的DNA区段，是调节基因的产物与DNA结合的部位。
基因的结构
断裂基因：
真核生物的基因是不连续的，它们由编码序列（外显子）和非编码序列（内含子）共同组成，这种编码序列被非编码序列割裂开来的DNA序列称为断裂基因。
原核生物的基因一般是连续编码的DNA序列。
顺反子：
一个顺反子就是一段DNA序列，编码着一种完整的多肽链，是一种功能单位。
类似结构基因。
顺反测验，即互补分析，书上79页。
增强子：
真核生物中位于启动子上游或下游，甚至基因内有一段DNA序列，是增强启动子发动转录作用的调控元件，称为增强子。
其中较为常见的是远端调控区。
有效的增强子的位置变化很大，且作用无明显的方向性，这是由于DNA可以折叠成环状使增强子与启动子结合或与RNA聚合酶结合的缘故。
沉默子，与增强子的作用相反，抑制转录的发生。
终止子：
在转录过程中，提供转录终止信号的序列即为终止子。
绝缘子：
通常位于启动子与邻近基因的增强子或沉默子之间，防止启动子被不适当的激活或沉默。
重叠基因：
两个或两个以上的基因共有一段DNA序列。
调控主要可以分为两个部分：
转录水平的调控和转录后水平的调控。
其中转录后水平的调控可分为：
RNA加工调控、翻译调控、mRNA降解调控、蛋白质活性调控
原核生物
大肠杆菌乳糖操纵子模型
原核生物基因组的一个显著特点是：
许多基因都按其功能的相关性成群连锁在一起，组成转录单元，协调其转录，生成单个的多顺反子mRNA，最后翻译成各个相应的蛋白质。
操纵子：
由在功能上彼此有关的几个结构基因和控制区组成。
控制区包括启动子和操纵基因。
色氨酸操纵子模型
真核生物
一、染色体水平的调控：
1.在真核生物中DNA与大量的组蛋白和非组蛋白结合，包装成染色质，染色质这种高度有序的核蛋白复合物结构影响基因表达的活性；
2.DNA的超螺旋结构；
3.DNA甲基化：
甲基化是指在甲基化酶的作用下，将一个甲基添加到DNA分子的碱基上。
这种调控可能有两种机制：
一是甲基化直接抑制转录因子的结合；
二是甲基化DNA与转录抑制因子有特异的亲和力或甲基化的DNA与组蛋白结合的更紧密。
二、转录水平的调控：
转录的调控开始于激活因子与增强子的结合，随着DNA链的弯曲，已经结合在了增强子上的激活剂与其他转录因子相互作用，共同结合在启动子上，形成一个复合体，这种复合体的形成有利于RNA聚合酶的连接，也有利于转录的开始。
三、转录后水平的调控：
1）RNA的可变剪接：
一种mRNA前体，通过不同的剪接方式，形成了多种成熟的mRNA，这些mRNA可以被翻译成不同的多肽链。
生物学意义：
可变剪接使一个基因可以产生多种不同的蛋白质，使得生物体内蛋白质的种类要远远大于基因的数量，有利于生物体产生不同的蛋白质以适应环境的需要。
2）RNA编辑：
在mRNA水平上改变遗传信息的过程，指在mRNA生成后，添加、删除和替换其中的一些核苷酸，从而改变了来自DNA模板的遗传信息，翻译生成了与DNA模板所规定的不同的氨基酸序列。
3）反义RNA：
指与mRNA碱基互补的RNA分子，能与mRNA分子特异性地互补结合，从而抑制mRNA的加工和翻译。
反义RNA由基因的反义链转录产生，它只需要较短的片段（如50个bp）就能对mRNA的加工和翻译起到抑制作用。
4）RNA干扰：
RNA对基因表达的调控称为RNA干扰。
RNA干扰是一种转录后的基因沉默现象，是双链RNA触发细胞质中与其同源的mRNA的降解，或在细胞核中双链RNA诱导同源的DNA的后生修饰而导致转录水平上的沉默。
RNA干扰是一种阻遏外来序列的有效手段，并对植物及动物发育中的基因调控有重要作用。
此外还有翻译水平的调控、蛋白质修饰与表达活性调控等。
真核生物与原核生物的比较
真核生物与原核生物的基因结构与表达调控有何不同？
基因结构：
1）原核生物的遗传物质是不与组蛋白结合的、裸露的DNA分子；
而真核生物的DNA通常与组蛋白结合，包装成染色质，同时形成超螺旋结构；
2）原核生物的基因组中大部分序列都是编码序列，而真核生物的基因组中只有约10%的序列为编码序列，其余90%序列的功能至今尚不清楚；
3）原核生物的基因是连续的，而且在功能上彼此相关的基因经常连在一起，处于同一个操纵子内，受共同的调节基因调控，转录生成单个的多顺反子mRNA；
真核生物的基因是不连续的，是断裂基因，包括内含子和外显子，转录生成单顺反子mRNA。
表达调控：
原核生物的基因表达调控，主要体现在转录水平上，通过调节基因的表达产物与操纵基因来调控基因的表达；
真核生物的基因结构更加复杂，基因组更大，DNA与蛋白质组成染色质，细胞核结构又将基因的转录和翻译分隔在不同的区域，这些都让真核生物的基因表达调控更加复杂多样。
首先，染色质和及其超螺旋结构影响基因表达的活性；
其次，转录过程受到增强子和一系列其他转录因子的调控；
初级转录物，由于包含非编码序列，需要进行加工才能形成成熟的mRNA；
mRNA的可变剪切、编辑、反义RNA、RNA干扰等进一步在转录后的水平上进行调控；
接着，翻译的过程也受到严格的调控；
最后，翻译出的蛋白质还需要进行后生修饰，同时对其表达活性进行调控，以适应生物体不同的需要。
遗传变异
基因重组
基因重组：
控制不同性状的基因的重新组合。
同源重组：
发生在大范围的DNA同源序列联会时，两个染色体或DNA分子相互交换位置对等的部分。
在真核生物中，同源重组发生在减数分裂过程中同源染色体的非姐妹染色单体之间。
位点专一性重组：
依赖于小范围特定同源序列的联会发生的重组。
在原核生物中最为典型，重组并不交换对等的部分，有时是一个DNA分子整合到另一个DNA分子中去，因此又称为整合性重组。
转座子与转座重组：
转座子是染色体（或质粒）上的一段DNA序列，它能从染色体的一个区段转移到另一个区段，或从一条染色体转移到另一条染色体。
转座子常常是非选择性的插入，可插入到基因内部或调控序列中，造成基因的完全失活，或表达的改变。
染色体畸变
染色体畸变：
染色体结构和数目的变异
染色体结构的变异：
缺失：
染色体本身丢失了一段，分为顶端缺失和中间缺失；
重复：
细胞的染色体组中有两段或两段以上的相同的片段。
这种多出的染色体部分叫做重复片段；
倒位：
染色体断裂后，某一区段发生颠倒，而后又愈合的一类染色体变异。
这是在遗传研究中最常见且被利用较多的染色体结构变异类型；
易位：
非同源染色体之间发生片段转移的现象。
染色体数目的变异：
整倍体：
非整倍体：
非整倍体的产生是由于减数分裂形成不正常配子所致。
有单体（2n-1）、缺体（2n-2）、三体（2n+1）、四体（2n+2）。
基因突变与修复
基因突变：
基因内部分子结构的改变，与染色体畸变合称突变。
遗传变异的来源主要是基因重组和遗传物质的改变。
遗传物质的改变即是突变。
突变的类型：
碱基替换：
一个碱基对被另一个碱基对替换；
可产生错义突变；
无义突变，使mRNA上的密码子变为UAA,UAG,UGA终止密码子；
中性突变：
密码的简并。
移码突变：
增加或减少一个或几个碱基对（碱基对的数目不是3或3的倍数），造成该位点后的DNA序列发生移码，从而造成蛋白质氨基酸序列的改变，出现功能的异常。
缺失突变：
缺失大片段的DNA。
突变的特点
1）突变率很低；
2）突变的可逆性；
3）突变的多方向性；
复等位基因
突变的分子基础
自发突变：
在细胞的正常活动中，或细胞与环境的随机作用中产生的突变。
一、DNA复制中的错误：
二、自发损伤：
除复制错误外，自然产生的对DNA的损伤也能引起突变，即自发损伤。
脱嘌呤和脱氨基是两种常见的可以引起DNA自发损伤的变化。
脱嘌呤是指碱基和脱氧核糖之间的糖苷键遭到破坏，导致一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子上脱离下来。
脱氨基指胞嘧啶在脱氨基后转变成尿嘧啶。
此外第三类是氧化损伤碱基。
诱发突变：
各种诱变剂诱发的突变。
突变的修复机制
一、DNA损伤的直接逆转
典型的例子是光复活作用。
光复活作用可以直接逆转由紫外线辐射造成的嘧啶二聚体结构。
在光复活反应中，DNA光解酶从光线中捕获能量并将其用于断开使两个嘧啶形成二聚体结构的共价键，这样便直接修复了受损的碱基。
二、碱基切除修复
通过糖基化酶识别受损碱基，并通过水解糖苷键将碱基切除。
然后核酸内切酶把产生的脱碱基核糖从DNA骨架上
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