遗传学

（Genetics）

创造发现是一件如此美妙的事物，既像坠入爱河又像登上高山之巅。
——诺贝尔奖得主Max Perutz在称为血红蛋白结构的高山顶峰幸遇丘比特爱神

绪论

在广袤的自然界里，到处都有生命的踪迹，它们以各种方式诠释着生命的真谛。从参天蔽日的大树，到郁郁葱葱的小草；从凶猛异常的飞禽走兽，到与世无争的游鱼爬虫…。虽然它们之间有弱肉强食，也有生存竞争，但却仍能互相依存，和谐相处，共同构成了生机盎然、五彩斑斓的生物界。
生物与非生物的区别就在于生物具有生命活动现象。生命活动现象的特征（即生命的基本特征）有如下几个方面：
1、化学成分的同一性
无论是从生物体的元素构成，还是分子组成来看，生命都有区别于非生命形态的独特之处，而在生命形态之间却有共同之处。
2、严整有序的结构
“生命以负熵为生。”多种化学成分只有在生物体内经过严整有序地组织，才能行使其特殊功能。而且无论是生物体，还是生物界，都是多层次的、有序的系统。
3、新陈代谢（Metabolism）
生物体是一个开放的系统，它不断地与周围环境进行着物质的交换和能量的流动。生物体从外界环境吸收物质和能量，并将代谢过程中产生的最终产物和不能利用的能量排出体外，这就是新陈代谢的同化作用和异化作用。
4、应激性（Irritability）
生物都有对外界刺激发生反应的能力。
5、稳态（Homeostasis）
生物的细胞、个体、群落乃至生态系统在没有过于激烈的外界因素影响下，都将处于一种动态平衡状态之下。
6、生长发育（Growth and Development）
生物都有产生、生长、发育、繁殖、衰老直至死亡的过程。无论个体还是群体，都有生长发育的特性，而且都有其规律性。
7、适应性（Adaptability）
生物都能以高度的自我调节能力和严密的防御系统来保持其与外界环境的一致性。这种一致性可以多种形式、多个层次表现出来。
8、遗传与变异（Heredity and Variation）
生物都能通过繁殖来延续生命，并将其特征和特性传递给下一代；但又不可避免地会出现这些生物个体间的差异。
简单地说，遗传学就是研究生物的遗传和变异规律的一门自然科学。

一、遗传学概述（定义、研究内容、任务、与其他学科的关系）
（一）遗传学定义的变迁
像其他学科领域一样，遗传学也有建立、发展和不断完善的过程，因而遗传学的定义和所包括的研究内容也随着遗传学的发展而有所变化。
1、遗传学这个名词是1906年7月30日~8月7日由在英国伦敦召开的“杂交和植物育种国际会议”主席、英国剑桥大学遗传学教授贝特森（Bateson W）教授提出来的，即遗传学是研究生物的遗传和变异规律的科学。由于在此之前，已分别于1899年和1902年在英国伦敦和美国纽约召开过“植物杂交工作国际会议”，所以将1906年召开的会议称为第三届国际遗传学大会，而将此前的两次会议分别称为第一届和第二届遗传学大会。
当时的遗传学主要研究生物个体的遗传规律，即研究具有血统关系的生物个体之间相似的理论和规律；而变异，即具有血统关系的生物个体之间的差异只作为研究遗传的一种手段。这里所说的血统关系，有两种情况：一种是直系的遗传关系，如父母与子女，祖父母与孙子女；另一种是平行的遗传关系，如兄弟姐妹，表兄弟姐妹等等。概括来说，这时的遗传学是研究直系亲属和平行亲属个体之间的相同、相同和不相同、不相似现象的理论和规律。
2、当遗传学的基本规律被阐明之后，人们已经注意到这样一个事实，那就是遗传和变异是由遗传信息决定的，所以遗传学也就是研究生物体遗传信息的组成、传递和表达规律的科学。又由于遗传信息是由基因的结构决定的，而遗传信息表达和转化为具体性状则是基因功能的实现，是基因的结构和功能之间的因果关系的体现。因此遗传学的主题应是研究基因的结构和功能以及两者之间的关系，从这个意义上来说，遗传学是研究基因的结构、传递和表达规律的科学。因此，美国实验胚胎学家、遗传学家摩尔根的三大弟子之一、美国遗传学家缪勒（Muller H J）于1948年将遗传学定义为研究基因的科学。这个定义包括三方面的含义：（1）研究基因的物理、化学结构；（2）研究基因在世代间的传递规律；（3）研究基因在生物代谢和发育中的作用，即基因表达及其调控机制。

随着人们对遗传与变异规律的逐步掌握，对遗传物质本质认识的逐步深化，又由于能对遗传物质进行体外操作的遗传工程技术的兴起，人们对遗传学的含义有各种不同形式的理解。尽管如此，现在一般仍认为，遗传学是研究生物的遗传物质的本质和结构、遗传传递与表达及其在该过程中发生变异的规律的科学。

（二）遗传学的研究内容
既然遗传学是研究生物的遗传和变异规律的科学，那么什么是遗传和变异？二者又有什么关系呢？
1、遗传与变异

各种生物无论通过何种繁殖方式都能延续生命，繁衍种族，而且一般都能保持各自种族的特征和特性，使得子代个体总能够与其亲本个体之间有着某种相似性，而且这种相似性可以在不同角度、不同层次和不同水平上表现出来。正像前面所说的那样，这种相似性不仅反映在直系亲属关系（如父母与子女、祖父母与孙子女）中，而且也会反映在平行亲属关系（如兄弟姐妹、表兄弟姐妹）中。另外，这种相似性可以从不同角度在不同水平上表现出来。

（1）群体水平

由于地缘隔离和历史等方面的原因，形成了动植物的不同品种和人类中的不同种族，而品种和种族内的个体在特征和特性方面则表现出一定的相似性和稳定性。如猪中的长白、东北民猪、杜洛克等，外貌特征和特性差别较大：①长白：被毛白色、体长、垂耳；②东北民猪：被毛黑色、皮厚耐寒、生长速度慢；③杜洛克：被毛红棕色、生长速度快、瘦肉率高。在人的种族中也有黄色、白色、黑色和棕色人种之分。

（2）个体水平

民间谚语中有“龙生龙，凤生凤，老鼠生来会打洞”的说法。另外，猪的后代是猪，母鸡都有产蛋的特性，牛都有四个胃并有反刍特性，青霉菌的子代与亲代一样，也能产生青霉素，……如此等等。总之，一切生物类群中的个体，亲代与子代在外貌、形态、组织结构和特性方面都有上下代间连续性的一面。

（3）细胞水平

外科进行植皮手术时，如果取皮于患者本身则较容易愈合，而取皮于他人或其他动物，则难以愈合。这说明在个体间、种属间的同类细胞是有所差异的，而在个体内部、种属内部的细胞都不同程度保持着各自的特色。另外，在进行细胞杂交实验中，同种内个体细胞间杂交较容易融合，形成共核体，而不同种属间的细胞杂交则不易融合。所谓共核体是在细胞融合过程中，两个细胞的细胞核融二为一的状态。一般不能发育成个体，但可以作为基因表达的模式研究细胞。
（4）染色体水平
有一种初生婴儿哭声无力、如猫叫的遗传性疾病猫叫综合症。经过研究人们发现，这时由于患儿的第5号染色体中的一条短臂缺失，并易位于其它染色体上造成的，因此有叫5p-综合症，这种病例占新生儿的1/50000，有上下代传递的可能性。
（5）分子水平（DNA水平）
某些细菌具有抗四环素的特性是由于菌体内有抗四环素的基因的结果；用遗传工程技术，以大肠杆菌为生物反应器生产胰岛素，是由于人为的将高等生物的胰岛素基因转移给了大肠杆菌并实现表达的结果，并且这种新特性也可以在上下代稳定传递；另外，人们对某些癌症高发病率家族的研究中发现，癌症高发病率的家族特异性是由于家族中存在癌基因的缘故。
综上所述，生物个体间的相似性是指通过肉眼所能观察到的或通过各种技术手段所能识别的一切表性特征。而遗传是遗传物质（或基因）在具有血统关系的生物个体间传递，并表现了功能，出现个体间相似的现象和过程。现代遗传理论认为：遗传现象是遗传物质运动的外在表现形式，这种运动与细胞活动密切相关，并在生物个体的发育过程中表现出来。从这一观点出发，那种亲子之间、同胞之间的相似性称为遗传；而那些表面看上去似乎是不遗传的性状，从分子水平上来看也是一种遗传现象。比如父母的血型分别是A型和B型，子女中出现了O型血个体，这是因为父母都把O型血的基因传给了这个后代。
当我们在观察生物遗传现象的同时，也会注意到这种遗传现象也仅仅是具有相似性，而并非相同，俗话说，一母生九子，九子各不同，即使是同卵双生个体，也会有一些微小的差别。因为即使遗传组成完全相同，由于性状和特征是由遗传因素和环境因素共同作用的结果，环境上的差异仍会造成个体之间的差异。那么我们就把具有血统关系的生物个体间的差异称为变异。
遗传和变异是生物界普遍存在的现象，是生命活动的基本特征之一，是矛盾的两个方面。遗传是相对的，变异是绝对的。
遗传保持了生物精密的生理、生化环境的稳定；保证了生命的延续和物种的稳定；保证了有益变异的积累。
变异使生物更能适应复杂变化的外界环境；产生有利于生存的新种；形成丰富多彩的生物界。
总之，没有变异，生物将难以适应复杂变化的环境，也就无所谓遗传；没有遗传，生物也难以生存，有益变异也无从积累，变异也就失去了意义。生物就是在这种遗传和变异的矛盾运动中，不断发展、进化着，并将一直持续下去。
2、基因

遗传是一种生命活动，生命活动是物质运动的一种形式。因此遗传也应该是一种物质运动形式。生物进行有性生殖时，亲代与子代之间的唯一物质联系是配子。雌雄个体各产生雌雄配子（即卵和精子），二者结合成为合子，并进而发育成一个完整的个体。在这个过程中，DNA是沟通上下代之间遗传信息的物质载体。因为两性配子都有细胞核，而核内的染色体由蛋白质和DNA（脱氧核糖核酸）分子组成，DNA分子构成的基因负责将亲代特征和特性

的遗传信息传递给子代，而由雌雄配子结合形成的合子进一步发育形成的个体包含了来自双亲的遗传信息，因而子代兼有双亲的特性。又由于遗传信息还可以在环境因子的作用下，在一定范围内发生变化，所以子代又与亲代有所不同，即使是孪生个体也是如此。这进一步说明，生物体的遗传变异现象是由基因传递的遗传信息决定的。
遗传信息是以“密码”的形式储存在构成基因的DNA分子中。生物上下代之间传递的遗传信息是由构成DNA分子的四种碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）——每三个一组的不同组合编码的。三个核苷酸构成一个密码子，决定一种氨基酸，不同的基因是由不同数目的四种核苷酸不同排列组合而成的DNA分子，包含着不同的遗传信息，也决定着不同数目的20种氨基酸的排列组合，从而决定产生了不同的蛋白质分子。因此基因的结构决定遗传信息，基因结构发生改变，所携带的遗传信息也就随之发生改变。
基因传递的遗传信息决定了蛋白质分子中的氨基酸的组成和排列；不同基因产生不同的蛋白质分子，进而转化成生物体的不同性状，即基因决定生物性状。生物性状是从受精卵开始逐步形成的，这时个体发育过程；个体发育过程是伴随着细胞生长和细胞分化而进行的；在细胞的生活周期中，伴随着细胞分化的进行，性状逐渐发生变化，分化的细胞通过遗传控制的形态建成（Morphogenesis）而构成了一个结构和功能完美而协调的个体。因此细胞分化是个体发育的基础。现在我们知道，基因包含的遗传信息是按照特定而精确的时间——空间程序表达而转化为性状，在不同的发育阶段，胚胎的不同部位分化出现不同类型的细胞，因此，基因的时空表达是细胞分化和个体发育的根本原因。
生物的性状由基因决定，但并不是说性状和基因之间只是一种简单的对应关系。比如，果蝇的眼睛呈红色，就有一个“红眼”基因；果蝇身体呈黄色，就有一个“黄体”基因。事实上，不论是红色色素还是黄色色素，都是在体内经过一系列复杂的生化反应过程而生成的最终产物，在这个过程中，有许多酶参与。酶是蛋白质，有特定基因编码，因此红色色素和黄色色素的生成是由许多基因决定的。而且基因与性状之间、基因与基因之间存在一系列复杂的相互作用，一个基因的产物启动或关闭另一个或另一批基因的活性，而它自身的表达活性又受另一些基因的调控。基因与基因之间、基因与基因产物之间形成一个十分复杂但又十分精确的相互作用网络，而且在这个网络中，环境因子的作用也将被考虑进去。生物体能有序的生长、发育和繁殖，是基因表达调控的结果；而各种性状的出现，则是基因与环境相互作用的产物。
概括地说，遗传学的研究内容大体上应包括以下四个方面：
（1）基因与基因组的结构与功能分析；
（2）基因在世代之间的传递方式与规律；
（3）基因表达及其调控的方式与规律；
（4）运用遗传学知识，能动地改造生物，使之符合人类利益与要求的理论与方法。
（三）遗传学的任务
21世纪是生物学的世纪，其中很大一部分是研究生物学领域带头学科——遗传学的理论与方法，而且到目前为止，几乎没有任何一门生物学分支不同遗传学发展密切相关。我们学习遗传学，一方面是为了掌握近代遗传理论和遗传学技术，为畜禽育种工作奠定理论与技术基础；另一方面是为了掌握医学、生化和分子遗传学理论，为正确诊断畜禽疾病，提供相应的预防措施，以适应高速发展的畜牧生产和人民生活需要；此外，学习遗传学是为了提高全民素质，提高人口质量的需要。
（四）遗传学的分支领域及遗传学与其他学科的关系
1、遗传学的分支领域
根据不同的分类标准和原则，遗传学可以划分出不同的研究范围和分支领域。
（1）根据研究的层次和水平
①群体水平——群体遗传学
讨论的是基因在群体中的频率分布和变化速度以及造成这种变化的过程和原因。即经过不同外界因素作用下，基因频率将如何变化并达到平衡。如果讨论的是长期的自然选择问题，则称为进化遗传学；如果讨论的是人工选择情况下数量性状短期内的改进问题，则称为数量遗传学。
②个体水平——细胞遗传学
讨论的是当不同品种或品系个体杂交时，其后代所表现出来的遗传规律和携带有各种不同基因的染色体在各亲代与子代中的分布情况。即孟德尔遗传规律和摩尔根发现的连锁互换定律与染色体学说的相结合以及由这些基本定律发展起来的、在细胞水平上解释遗传与变异现象的遗传学理论体系。
③分子水平——分子遗传学
讨论的是生物的遗传与变异现象在显微和亚显微结构层次（即分子水平上）的本质和机制。即讨论遗传的分子基础与性质，重组、突变与修复的分子机制，基因表达与调控原理，遗传工程等方面内容。
（2）根据研究的生物类型
①动物遗传学
主要研究与人类有关的各种动物，如家畜、鱼类、鸟类、昆虫等动物性状的遗传规律和遗传改良的原理与方法。除细胞遗传学、群体遗传学和分子遗传学的各种方法以外，还涉及遗传工程和其它现代生物技术。
②植物遗传学；③微生物遗传学；④人类遗传学等等。
（3）根据研究的方法手段又产生了辐射遗传学。
（4）根据研究的角度不同又有：①生理遗传学；②生化遗传学；③化学遗传学等等
另外，遗传学还有其它分支领域。如：医学遗传学、免疫遗传学、发生遗传学、行为遗传学、药物遗传学、病理遗传学、毒理遗传学、体细胞遗传学、肿瘤遗传学、等等，不胜枚举。
2、遗传学与其他学科的关系
随着遗传学的深入研究，遗传学这一单一学科已力不从心，它要引入其他学科的理论、方法和手段。
现代遗传学的发展也正是如此，它一方面冲破了本学科的狭隘界限，综合运用当代自然科学的广泛成果，特别是应用近代数学、物理和化学的新成就、新技术和先进仪器设备，使得遗传学从“描述科学”上升为“精密科学”；
另一方面，它与许多学科相互结合、交叉渗透，促进了一些边缘学科的形成，建立了许多遗传学的新分支。例如：遗传学与细胞学结合产生细胞遗传学；遗传学与数学结合产生群体遗传学；遗传学与化学结合产生生化遗传学，进而诞生了分子遗传学和遗传工程学；物理学与遗传学结合产生辐射遗传学等等。

二、遗传学的发展历程（附遗传学领域的诺贝尔奖情况）
（一）人类对生物遗传变异的早期认识
从何时起，人类开始认识生物性状的遗传与变异特征，现在已无史可考、不得而知了。但可以肯定的一点是，在驯养和培育最早的畜禽品种之前，人们就已经有意无意地利用了遗传和变异现象，而且栽培谷物的历史可能还早于动物的驯养历史。
人类是善于思考的。多少年来，人们常常会提出三个与生命现象有关的问题：①生命从何而来？②为什么“有其父必有其子”？③生物个体如何从受精卵发育而来？对于这些问题的解释就产生了许许多多的学说，而且有些学说还被宗教神权所利用，一度成为控制人们思想的工具。直到十九世纪，随着农业、畜牧业的发展，品种改良和杂交育种的进行，情况才有所改变。
1、1809年，法国博物学家、生物进化论的先驱者拉马克（Jean Baptiste de Lamarck，1744—1829）提出了“用进废退”、“获得性遗传”的进化理论，强调环境对物种形成的作用。1859年，英国生物学家达尔文（Charlas Darwin，1809—1882）发表了《物种起源》一书，提出自然选择学说，确立了进化论的概念，并用“泛生说”解释遗传现象，从而引发了神创论与进化论的论战，极大地推动了人类思想解放，是19世纪生物科学发展的最重大事件。
2、1838年—1839年，德国植物学家施莱登（Schleiden）和德国动物学家施旺（Schwann）提出“细胞学说”，指出：一切生物，从低等生物到高等动植物都由细胞构成，细胞是生物形态、机构和功能的基本单位。
3、1883年，法国动物学家鲁克斯（W. Roux，1850—1924）注意到减数分裂后的精卵细胞结合成合子后又进行有丝分裂，并提出染色体上有遗传物质而且遗传物质沿染色体直线排列。
4、1885年，德国生物学家、生物遗传理论研究的先驱魏斯曼（A. Weismann，1834—1914）提出“种质学说”，认为：遗传物质从一代传递到下一代，是通过生殖细胞内的种质的连续性而不是通过体细胞传递的。
5、1869年，达尔文的表弟、生物学家高尔顿（F. Galton，1822—1911）提出“融合遗传”理论用以解释数量性状的遗传规律。
（二）遗传学的诞生
1、1865年2月8日，奥地利圣托马斯修道院神父、遗传学家孟德尔（Gregor Johann Mendel，1822—1884）在当地的布隆学会自然科学研究月会上宣读了“植物杂交实验”论文。首次提出遗传学的两个基本定律：基因的分离定律和基因的自由组合定律，并提出颗粒遗传理论。
2、1900年，德国的科伦斯（Karl Correns）、荷兰的德弗里斯（Hugo De Vries）和奥地利的丘歇马克（Von Tsehermark）分别在不同国度同时发现并证实了孟德尔的研究成果，使得孟德尔的遗传理论被重新发现，轰动了当时的学术界，遗传学从此诞生。
3、1901年，德弗里斯（Hugo De Vries）提出“突变”之一名词。
4、1902年，美国学者萨顿（W. S. Sutton，1876—1916）提出遗传的染色体学说。
5、1906年，贝特森（Bateson W）和彭乃特（R. C. Punnett）发现连锁现象。
6、1902年—1909年，贝特森（Bateson W）先后创用遗传学（Genetics）、等位基因（Allele）、纯合体（Homozygous）、杂合体（Heterozygous）、上位基因（Epistatic Genes）等名词；1909年，丹麦生理学家和遗传学家约翰逊（Wilheml Johannsen）创用了基因（Gene）、基因型（Genotype）、表型（Phenotype）等名词。
（三）遗传学的发展
1、细胞遗传学时期（约1910年—1940年）
这一时期主要是确立了遗传的染色体学说。较为突出的工作有：
（1）1910年，美国实验胚胎学家、遗传学家摩尔根（Thomas Hunt Morgan，1866—1945）带领他的三大弟子斯特蒂文特（Sturtevent A. H. 1891—1970）、布里吉斯（Bridges C. B. 1889—1938）和缪勒（Muller）提出了遗传学的第三个基本定律——基因的连锁互换定律，并提出基因理论和伴性遗传理论。极大地发展了孟德尔的遗传理论。
（2）1927年，缪勒（Muller）开始人工诱变工作，开创了辐射遗传学领域。
（3）1908年，英国数学家哈代（Hardy G. H.）和德国医生温伯格（Weinberg W.）发现群体遗传平衡定律。经过费舍尔（Fisher）、霍尔丹（Haldane）和怀特（Wright）等的进一步工作，建立了群体遗传学。
2、微生物遗传学和生化遗传学时期（约1941年—1961年）
由于物理学、化学等手段引入到遗传学研究中，人们在这一时期着重研究基因的化学本质、精细结构，突变的机制以及细菌的基因重组、基因调控等方面。
（1）1940年以后，比德尔（Beadle）提出了“一个基因一个酶”的理论。
（2）1944年，阿维利（Avery）等人从肺炎球菌转化试验中得出DNA是遗传物质的结论。
（3）1951年，美国遗传学家麦克林托克（McClintock B.）发现跳跃基因。
（4）1957年，法国遗传学家本泽尔（Benzer）提出基因的“顺反子学说”，提出遗传、突变和重组的最小单位是一个碱基。
（5）1961年，法国分子生物学家雅各布（Jacob）和莫诺（Monod）提出操纵子学说。
3、分子遗传学时期
一般把1953年DNA双螺旋结构模型的建立作为这一时期的起点至今。这一时期成果众多，仅简单列出，不作详细说明。
（1）1953年，美国生物学家沃森（Watson J. D.）和英国物理学家克里克（Crick F. H. C.）依据英国物理学家威尔金斯（Maurice Wilkins）和富兰克林（Rosalind Franklin）的DNA X光衍射图片和美国科学家查可夫（Chargeff）提出的查可夫当量定律两个直接依据，在《自然》杂志上发表文章，提出DNA双螺旋结构模型理论。
（2）1958年，克里克（Crick F. H. C.）提出中心法则。
（3）1964年，1965年，Nirenberg 和Khorana最终破译遗传密码。
（4）1958年，发现DNA合成酶；1962年—1978年，发现众多的限制性酶；1975年发现反转录酶。
（5）1972年，DNA体外重组技术建立；1977年，DNA测序技术发明，发现内含子。
（6）1986年，PCR技术建立；1997年，体细胞克隆羊“多莉”诞生。
（7）1995年到现在，人类基因组计划实施，并取得重要进展，预计2003年完成。遗传学将进入后基因组时代。

三、遗传学的应用和发展展望
（一）遗传学的应用领域
“人寿年丰”是中国的古训。遗传学就是要将其研究成果用以提高全人类的生活质量为目标的。
1、在农业方面
（1）应用现代遗传学理论，建立优良种质资源库，发掘遗传潜力，完善育种系统。
（2）利用诱变、杂交、遗传工程等手段，提高改良品种产量、质量和抗逆性、抗病虫害能力。
2、在工业方面
在世界各地，应用现代遗传学原理已经建立起来众多的生物制药、化学、食品和发酵工业，而且已经成为国民经济的支柱产业。如干扰素、胰岛素、白细胞介素-2等生物工程重组产品已经正式投放市场。
3、在能源开发与环境保护方面
利用工程菌水解植物茎杆产生乙醇，发酵工业废水产生沼气。利用现代遗传学技术检测环境致癌、致畸物质含量。
4、在医疗卫生方面
现在发现，许多单基因病和多基因病都与遗传有关，甚至有些癌症也与遗传有关。有人发现，人类的寿命与染色体端粒长短有关，并正在研究这一现象的机制。
基因治疗和反义核酸技术虽然离临床应用尚待时日，但却给人们带来了很大希望。
在疾病的诊断上，现代遗传学技术也比比皆是。
另外，遗传学在遗传咨询、亲子鉴定、犯罪嫌疑人排查、考古发掘等方面都大有用武之地。
（二）遗传学的发展展望
1、遗传学的纵向发展
从遗传学建立之初到现在，遗传学经历了几次变革，历史上最重要的变革就是DNA双螺旋结构模型理论为标志的分子遗传学诞生。而20世纪90年代以来，随着人类基因组计划的实施，形成了以基因组（Genome）为研究对象的基因组学（Genomics）。后来又出现了结构基因组学和功能基因组学。随着学科的发展，一些遗传学领域的新学科陆续出现：研究基因转录的全部产物——转录本组（Transcriptome）的转录本组学（Transcriptomics）；研究基因编码的全部蛋白质——蛋白质组（Proteome）的蛋白质组学（Proteomics）；研究糖基化和多种糖分子的糖组学（Glycomics）以及研究个体形态和生理特性发生形成的表型学等。而这些学科都是分门别类地研究从基因型到表型实现过程中各个环节的学科。也就是说都是从遗传学衍生而来的。
2、遗传学于其它学科的交叉融合
在遗传学的建立和发展过程中，不断地从其它学科领域汲取有益的营养，并且也因此形成了遗传学的许多分支学科领域。在遗传学的进一步发展中，也必将于其它学科相结合，从而促进遗传学概念的延伸和领域的拓展。目前最具有代表性的例子是信息学与遗传学的结合形成了最具有发展潜力的遗传学分支领域——生物信息学，它以遗传学领域中最为前沿的基因组和后基因组研究理论基础，以信息学为技术实现手段，将人类基因组计划得到的海量数据经过信息存储、信息识别和信息挖掘等过程，得到对研究者有用的、易于理解的信息的一门学科。
3、遗传、发育与进化的统一
遗传、发育与进化的共同基础是基因。任何生物的生长发育过程都是细胞内的基因按照特定的时间-空间程序进行精确表达的过程。基因论、细胞学说和进化论分别从分子、细胞和群体水平上阐明宏观和微观的生命现象，构成了现代生命科学的理论支柱。当前，基因组研究进展迅速，基因组序列信息的揭示将在基因的基础上，阐明物种间遗传信息的演变规律，揭示基因的结构与功能的关系，弄清遗传信息表达的严密机制。因而，遗传、发育与进化将最终统一于基因，遗传学、发育生物学和进化论将综合成为基因学。

那些能够完全遗传的或者通过杂交几乎不变的，并因而构成杂种性状的特性称为显性，而在此过程中成为潜在的那些特性则称为隐性。                                 　——Gregor Mendel，1865
Chapter 1 孟德尔遗传分析
遗传学的创立者约翰•格雷戈•孟德尔（Johann Gregor Mendel，1822—1884）出生于奥国布隆（Brünn，现在是捷克的布尔诺——Brno）的一个农民家庭，1843年进入当地的修道院做修道士，1847年被授予牧师职位，1851年入维也纳大学学习自然科学，1853年回到布隆讲授自然科学，并开始进行动植物杂交试验研究。他从1857年到1864年连续做了8年的豌豆杂交试验，并将其研究结果整理成论文，于1865年2月8日在布隆博物学会上以“植物杂交试验”为题，分两次作了报告，于1866年在学会会刊上发表，并将论文的单印本分送各地。他把植物杂交工作在前人的基础上向前推进了一大步，揭示了生物性状的遗传规律——孟德尔定律，奠定了遗传学的科学基础。遗憾的是没有引起当时学术界的重视。孟德尔定律包含遗传学的两个基本定律——基因的分离定律和基因的自由组合定律，也可称为孟德尔第一定律和孟德尔第二定律。孟德尔遗传分析就是运用孟德尔定律中的理论与方法对生物性状进行的初步的遗传分析。
§1-1 分离定律及其遗传分析
孟德尔在修道院期间，利用豌豆、紫茉莉、菜豆、玉米、蜜蜂、小鼠等为材料做了许多生物杂交试验研究，试图找到杂种形成和遗传普遍使用的规律，其中豌豆的杂交试验最为出色。虽然在他之前有许多科学家进行了这方面的工作，但都没有从实质上有所突破，孟德尔的成功之处在于：1、选择了合适的材料。豌豆具有稳定的、可以明显区分的性状，豌豆是严格的自花授粉植物，若人工去雄也很容易；2、贯彻了从简单到复杂的原则。试验中所用的两个亲本（父本和母本）都只差一个或几个性状或者是不管这两个亲本有多少种性状差别，他只注意研究其中的一对或几对性状的遗传规律。3、纯化了实验材料，严格控制杂交；4、进行了科学的统计分析，将试验结果上升到理想阶段，并进行了科学的试验验证。
一、基本概念
性状（character）：通过肉眼或借助于仪器所能观察到的生物表现类型。
相对性状（relative character或contrast character）：一种性状所具有的不同表现类型。
真实遗传（ture breeding）：子代与亲代的性状永远相同的遗传现象。
同源染色体（homologue）：二倍性生物体细胞中存在的，一个来自父方，一个来自母方，大小、形态和结构上相似，在减数分裂时发生联会的成对的染色体。
基因（gene）：简单的说，基因就是染色体上的特定核苷酸（主要是 DNA）序列片段，是遗传信息储存、重组和突变的功能单位。
基因座（locus）：基因在染色体上所处的特定位置。
等位基因（alleles）：同源染色体上占据相同座位的基因。
相对基因（contrast gene或relative gene）：控制相对性状的等位基因。
显性基因（dominant gene）：控制显性性状的基因。
隐性基因（recessive gene）：控制隐性性状的基因。
显性性状（dominant character）：具有一对相对性状的两个纯合亲本杂交，子一代（F1）所表现出来的那个亲本的性状。
隐性性状（recessive character）：具有一对相对性状的两个纯合亲本杂交，子一代（F1）没有表现出来的那个亲本的性状。
表型（phenotype）：生物性状的表现类型。
基因型（genotype）：生物体的特定基因组成，用成对的字母表示。
配子型（gametotype）：用一个字母来表示的性细胞的基因类型。
纯合基因型（homozygous genotype）：一对等位基因是纯合的基因型。
杂合基因型（heterozygous genotype）：一对等位基因是纯合的基因型。
纯合体（homozygote）：特定基因座上的两个等位基因相同的个体，也叫纯合基因型个体。
杂合体（heterozygote）：特定基因座上的两个等位基因不同的个体，也叫杂合基因型个体。
杂交（cross）：具有不同遗传性状的个体之间的交配。通过杂交得到的后代称为杂种（crossbred）。
自交（selfing）：杂交后代性状表现相同时，这些后代雌雄个体之间的交配。如果是自体受精或自花授粉情况，则为狭义的自交，否则为广义的自交，自交用符号“”表示。
回交（backcross）：杂种一代个体与其亲本或亲本类型的个体间所进行的杂交方式。
测交（testcross）：杂种一代或未知基因型个体与纯隐性个体间所进行的杂交方式。
二、分离现象
孟德尔在进行杂交试验过程中，发现了这样一些现象：





选择具有相对性状的纯合亲本进行杂交，子一代仅表现一个亲本的性状。






如果让子一代个体间进行交配（即自交），子二代中又会出现子一代没有出现的那个亲本的性状。
我们把杂种一代自交后代（即F2代）出现两个亲本性状的现象叫做分离现象，也就是说在F1代没有表现出来的那个亲本性状又在F2代分离出来了。
三、孟德尔的颗粒遗传理论
孟德尔不仅仅注意到了分离现象，还对F2代的个体数进行了统计分析，发现F2代出现性状的比例接近于3∶1。
而且孟德尔并没有把试验停止在F2代上，他播种F2代种子，长出植株后让其自花授粉，在F3代中，他发现凡是皱粒种子长成的植株只产生皱缩的豌豆，即F2代的皱粒豌豆都和纯种皱粒亲本一样，是真实遗传的；而F2代的圆粒种子尽管表型相同，但其中1/3的种子长成的植株只产生圆粒种子，2/3的种子长成的植株却又产生圆粒和皱粒两种种子，比例仍是3∶1。孟德尔曾把试验继续到第6代，每一代的结果都证明：F2、F3、F4……中产生的3∶1，实际上是1∶2∶1，即1/4纯圆粒，2/4杂园粒，1/4纯皱粒。
孟德尔为了解释这些试验现象和结果，提出了颗粒遗传理论，从而建立了他的分离定律理论基础。他推断：
1、性状是由颗粒性的遗传因子（基因）决定的；
2、所研究的一对相对性状受一对等位基因控制，相对性状有显隐性的差别，等位基因也相应的有显隐性的区分；
3、在一个个体中，当一对等位基因处于杂合态时，个体呈现显性基因所控制的性状，显性基因抑制隐性基因，隐性基因所控制的性状不能表现出来，即等位基因间存在显性原理；
4、一对等位基因中的两个成员，一个来自父方，一个来自母方，它们在同一个体内分别存在，不互相沾染，不互相混合。在形成配子过程中，等位基因会均等的分离到配子当中去，每个配子中只会含有等位基因中的一个；
5、在有配子结合形成下一代个体（或合子）时，配子的结合是随机的。

四、分离定律的前提、内容和实质
（一）分离定律的前提
分离定律讨论的是由位于一对同源染色体上一对等位基因所控制的性状的遗传规律。
（二）分离定律的内容
即孟德尔的颗粒遗传理论的内容。
（三）分离定律的实质
当一对等位基因处于杂合态时，由于同源染色体是彼此独立的，这对等位基因也各保持其独立性，在进行减数分裂形成配子过程中，等位基因将随同源染色体的分离而分离到不同的配子当中去。
五、分离定律的证实
一个理论如果正确，它应该不仅能够揭示已有的现象，还要能够解释并观察到由此理论推测出来的现象。
虽然分离定律已经能用现代的生物理论来解释并得到证实，但在孟德尔所处的时代，现代生物理论还没有建立起来，然而孟德尔天才的提出了回交和测交的概念，并利用这些方法来对自己提出的理论进行了验证。









♀
♂        A        a
A        AA        Aa
a        Aa        aa





六、保证分离比不偏离的因素
（一）杂交用的两个亲本必须是纯合的二倍体。
（二）所研究的一对相对性状受一对等位基因控制，并且在个体形成过程中，不发生某一等位基因的丢失。
（三）不同配子、不同基因型个体的生活力要相同。
（四）分离比例是群体统计的结果，在后代的小群体内，讨论分离比偏离与否是无意义的。

§1-2 自由组合定律及其遗传分析
孟德尔在试验中不仅观察和分析了一对性状的遗传，而且用具有两对核多对性状都有差异的豌豆进行了遗传分析。
一、两对和多对相对性状的遗传分析
孟德尔将黄色圆粒的豌豆和绿色皱粒的豌豆杂交。根据分离定律的知识，孟德尔知道黄色对绿色为显性，圆粒对皱粒为显性。此杂交试验中，F1代全部为黄色圆粒，而F1代自交产生的F2却有4种不同类型的个体，其中黄色圆粒315粒，黄色皱粒101粒，绿色圆粒108粒，绿色皱粒32粒，它们之间的比近似于9︰3︰3︰1。在这些后代中，有的性状组合与亲本相同的，也有不同的，我们把性状组合与亲本相同的后代称为亲组合，而把性状组合与亲本不相同的后代称为重组合。为什么会产生这样的比例呢？孟德尔对此进行了富有逻辑的分析，它首先只看其中的一对性状，如下所示：
黄粒︰绿粒=（315+101）︰（108+32）≈3︰1；圆粒︰皱粒=（315+108）︰（101+32）≈3︰1；而且在黄粒中，圆粒︰皱粒=315︰101≈3︰1；在绿粒中，圆粒︰皱粒=108︰32≈3︰1。由此看来，圆粒和皱粒的遗传规律是符合分离定律的，而且并不会由于我们同时考虑了黄色和绿色性状而有所改变，也就是说在这里，每对性状的遗传是彼此独立的，它们并不互相混合。孟德尔根据这些分析发现了基因的自由组合定律，也叫基因的独立分配定律。
二、自由组合定律的前提、内容和实质
（一）自由组合定律的前提
自由组合定律讨论的是位于不同对的同源染色体上两对或两对以上等位基因所控制性状的遗传规律。
（二）自由组合定律的内容
在配子形成过程中，不同对等位基因之间的组合是随机的；


在受精过程中，不同类型的两性配子的结合也是随机的、自由的。
♀♂

（三）自由组合定律的实质
位于不同对的同源染色体上、两对或两对以上等位基因处于杂合态时，成对基因之间的分离是彼此独立的，不成对基因之间的组合是随机的、均等的、自由的。
根据以上的分析，我们可以总结出在不同的相对基因对数情况下的孟德尔遗传分析的一些规律。
相对基因对数        F1产生性细胞种类        F2表型种类        F2表型比例        F2基因型种类        F2基因型比例
1        21        21        （3︰1）1        31        （1︰2︰1）1
2        22        22        （3︰1）2        32        （1︰2︰1）2
3        23        23        （3︰1）3        33        （1︰2︰1）3
︰        ︰        ︰        ︰        ︰        ︰
n        2n        2n        （3︰1）n        3n        （1︰2︰1）n

三、有限群体中特定杂交组合后代表型分布的预测
对于经典遗传学定律来说，其理论比例是在大群体、大样本条件下的统计结果，在小样本的有限群体中，后代各种类型出现的比例会与理论比例有所偏差，而事实上，我们在现实的生产和生活中大量遇到的是这种有限群体，所以在有限群体中讨论各种杂交后代可能出现的各种性状组合的概率是很有现实意义的。另外很多的遗传学问题并不单单是有关某一事件出现的概率，有时也牵扯到某种事件组合出现的概率。例如在孟德尔的豌豆杂交试验中，红花Aa×白花aa这一杂交组合得到两株后代植株，要知道这两株植株具有某种遗传组成的概率，就是要推算两株植株都是Aa，或两株植株都是aa，或其中一株是Aa，另一株是aa的概率。类似的，由豌豆的黄色圆粒YyRr ×绿色皱粒yyrr这一杂交组合也得到两株后代植株，那么要知道这两株植株具有某种遗传组成的概率，就是要推算两株植株都是YyRr或Yyrr或yyRr或yyrr以及其中一株是上述四种遗传组成之一，而另一株则是另外三种遗传组成之一的概率。为了更好地理解和说明问题，我们先从一些简单的交配组合入手来逐步解决这一问题。
（一）二项分布的应用
我们知道，在红花Aa ×白花aa这一杂交组合中，后代植株有两种表型（或基因型，其理论比例为红花Aa：白花aa=1︰1，那么：
    1、若得到一株后代植株，则这个后代是红花Aa的概率就为 ，是白花aa的概率也为 。
2、若得到两株后代植株，因为一个后代出现某一种类型并不影响另一个后代出现何种类型，所以杂交后代出现各种性状组合的概率问题都是独立事件，如果考虑到顺序，则会有下列情况：
       第一个后代           第二个后代            概率
         红花Aa               红花Aa             =
             红花Aa               白花aa             =
         白花aa               红花Aa             =
         白花aa               白花aa             =
如果不考虑顺序，将相应得数值加起来就会得到如下的概率分布：
两个后代都是红花Aa的概率                  =
一个后代是红花Aa，另一个后代是白花aa的概率=
两个后代都是白花aa的概率                   =
这个分布形式是1︰2︰1，是二项分布(p+q)2=1p2+2pq+1q2的系数。如果用Aa代替p，用aa代替q，那么[（Aa）+（aa）]2=1（Aa）（Aa）+2（Aa）（aa）+1（aa）（aa），也就是说在一个红花Aa×白花aa的杂交组合中，产生两个后代，预期两个后代都是红花Aa的可能组合数是1，一个后代是红花Aa，另一个后代是白花aa的可能组合数是2，而两个后代都是白花aa的可能组合数是1，总的组合数是4。如果用 代替p和q，那么(p+q)2=（ ）2+2（ ）（ ）+（ ）2= + + ，这就是一个红花Aa×白花aa的杂交组合产生两个后代时，各种基因型组合的概率。如果将可能表型或基因型及其理论概率两方面综合起来表示，用  Aa代替p，用  aa代替q，那么[ （ Aa）+ （ aa）]2= （Aa）（Aa）+ （Aa）（aa）+ （aa）（aa），这样在一个式子中，后代可能表型或基因型及其理论概率以及这种的杂交组合产生两个后代时，各种表型或基因型组合的概率就一目了然了。
3、若得到三株后代植株，要推算这三株植株的各种表型或基因型组合的概率，只要将[ （ Aa）+ （ aa）]3展开就可以了，即 （Aa）（Aa）（Aa）+ （Aa）（Aa）（aa）+ （Aa）（aa）（aa）+ （aa）（aa）（aa）。
一般情况下，设p为某一基因型或表型出现的概率，而q或1-p是另一基因型或表型出现的概率，p+q=1，那么后代各种表型或基因型组合的概率就可用二项分布的展开来说明。如果不考虑出现的顺序，基因型或表型的每一特定组合的概率可用二项分布的通项公式算出：
                                                        (1)
在这里，n表示后代的数目，m表示具有某一基因型或表型的后代数目，p是这一基因型或表型出现的理论概率，而n-m表示具有另一基因型或表型的后代数目，q是另一基因型或表型出现的理论概率。如在上述的红花Aa×白花aa的这一杂交组合中，产生五株后代植株，那么其中有三个是红花Aa、两个是白花aa这种组合的概率是：
= = =0.3125
（二）多项分布的应用
用二项分布的展开对有限群体中仅产生两种理论基因型（或表现型）的特定杂交组合后代可能出现情况的概率可以进行预测，但现实生产和生活中的情况却远较这复杂得多，多数情况是，进行有限群体中已知基因型的杂交组合同时考虑多个性状而有多种理论基因型（或表现型）后代的各种可能组合情况概率得预测，用上述的二项分布通项公式的方法就无能为力了。比如在豌豆的黄色圆粒YyRr这一交配组合的后代中，其性状的表现的理论比例是：黄色圆粒；黄色皱粒：绿色圆粒：绿色皱粒=9︰3︰3︰1，如果得到十株后代植株，我们如何预测这些后代的不同性状组合的概率呢？
用概率论与数理统计中的多项分布可以解决这一问题，多项分布的公式形式是：
     P(X1=m1, X2=m2, ∙∙∙, Xc=mc)=                     (2)
若令m=m1+m2+∙∙∙+mc-1,q=1-p1-p2-∙∙∙-pc-1,则可将(2)是写成如下形式：
P(X1=m1, X2=m2, ∙∙∙, Xc-1 =mc-1)=      (3)
在这里，n表示后代的总数目，m1表示具有第1种基因型或表型的后代数目，m2表示具有第2种基因型或表型的后代数目，表示具有第c-1种基因型或表型的后代数目，p1、 p2、 pc-1则是第1种、第2种、第c-1种基因型或表型出现的理论概率，而n-m表示具有第c种基因型或表型的后代数目，q则是第c种基因型或表型出现的理论概率。那么在上述豌豆的黄色圆粒YyRr这一交配组合的十株后代植株中，出现4粒黄色圆粒、3粒黄色皱粒、2粒绿色圆粒、1粒绿色皱粒这种组合出现的概率是：
= ≈0.0183
其实，从这里我们可以看出，二项分布仅仅是多项分布的一个特例，用多项分布我们可以解决有限群体中已知基因型的杂交组合同时考虑多个性状而有多种理论基因型（或表现型）后代的各种可能出现情况的概率预测问题。

§1-3 遗传的染色体学说
孟德尔分析的精妙之处在于不知道基因是什么，或者它们究竟怎样控制表型， 而用抽象的符号假设遗传因子来分析杂交结果和运用遗传因子的分离和自由组合规律来预期杂交结果。在这个过程中不涉及任何关于基因的分子结构或者它们在细胞中的位置。然而，人们还是会有这样的疑问：究竟细胞中的什么结构与孟德尔假设的遗传因子有关呢？
在遗传学产生和发展的过程中，不断地应用其他学科的理论成果和研究手段，在这些理论成果和研究手段之中，细胞学的每一点进步都给与遗传学巨大的支持，其中被孟德尔假设的决定遗传性状的遗传因子与作为细胞结构的一部分——染色体相关联的概念被人们所发现在遗传学发展过程中具有重要的里程碑意义。这一重要概念来自遗传的染色体学说，它标志着遗传学与细胞学的结合。而要理解遗传的染色体学说，就必须掌握细胞分裂过程中染色体的行为和相关的基本概念。
一、        与遗传有关的细胞结构
1、核糖体（ribosome）：也称核蛋白体或核糖核蛋白体，在真核生物中是由60%的核糖体RNA（rRNA）和40%的蛋白质组成的亚细胞颗粒，可以游离于细胞质中，也可与内质网结合。真核细胞的核糖体有大、小两个亚基组成，大亚基由沉降系数分别为5S、5.8S和28S的三种rRNA和49种蛋白质组成，小亚基由18S的rRNA和33种蛋白质组成。核糖体是合成蛋白质的工厂。
2、中心粒（centriole）：是在动物和较低等植物细胞中具有的细胞器，它靠近核膜，是有丝分裂的动力器官。通常是由一对互相垂直的、筒壁由9组径向成30°倾角排列的三联微细小管组成的筒状小体。它与其周围的一团透明的、电子密度高的物质共同组成中心体。
3、核仁（nucleolus）：是在细胞分裂间期存在于细胞核内，由于含有大量固体物质而在光学显微镜下折光性很强、形状不规则、质地致密结实的小体，它是由RNA和蛋白质组成的复合体。核仁是除5S rRNA外的其它rRNA的合成部位和组装核糖体亚单位前体的工厂。
4、核仁组织区（nucleolar organiting region，NOR）：是定位在一些染色体的次缢痕部位，参与形成核仁，包含有rRNA基因的特定染色质区域。具有核仁组织区的染色体数目因不同物种细胞而异，人类细胞的在13、14、15、21、22号染色体上存在。
二、        染色质与染色体
（一）相关概念
1、染色质（chromatin）是存在于真核生物间期细胞核内，能被碱性染料染色的细丝状物质。它以完整的DNA双链分子为骨架，组蛋白和非组蛋白及少量RNA所组成的稳定成分，非组蛋白与RNA的含量随细胞的生理状态而变化。在间期的细胞核内，染色质的形态是由染色质丝形成的网状结构。
常染色质（euchromatin）是在细胞分裂间期呈高度伸展状态，而在细胞分裂中期高度螺旋化、染色较深的染色质。
异染色质（heterochromatin）是在细胞间期和早前期时仍以凝集状态存在的染色质。也叫染色中心染色质。异染色质又可分为组成性异染色质（constitutive heterochromatin）和兼性异染色质（facultative heterochromatin）。组成性异染色质是指在各种类型细胞的整个细胞周期中都永久性存在的、处于高度凝集状态、染色较深、位置和大小都较恒定的异染色质。兼性异染色质是指起源于常染色质，具有常染色质的全部特点和功能，但在特定细胞类型中或个体发育的特定时期发生异染色质化的染色质。也叫X染色质。
2、染色体（chromosome）的概念有狭义和广义之分。
狭义的是指在细胞分裂期的细胞中所看到的、染色质经过紧密缠绕、折叠、凝集以及精巧包装而形成的、形态固定的、能被碱性染料染色的物质。
广义的是指在生物中存在的、携带有遗传信息的、由线性核酸序列组成的连续结构。它不仅包括细胞分裂期和分裂间期的染色质，还包括能够携带遗传信息的核酸（DNA和RNA）链。
3、染色单体（chromatid）：复制后的染色体在着丝粒处纵向连接着的两个相似部分的每一部分，它由一条DNA双链与蛋白质结合并盘绕折叠而成，在细胞分裂后期在着丝粒处分开而成为独立的两条染色体。
4、着丝粒（centromere）：是在细胞分裂期间两条染色单体相连接以及染色体与纺锤丝相连接的部位，是主缢痕的染色质部位，有时也叫着丝点。
5、主缢痕（primary constriction）：在染色体着丝粒处，染色体变得狭窄而且淡染的部位。
6、次缢痕（secondary constriction）：在生物染色体组中一条或多条染色体上存在的、除主缢痕以外的、染色体变得狭窄而且淡染的部位。一般位置比较恒定，是特定染色体的标志，而且当此处DNA螺旋松解时，将形成核仁组织区。
7、随体（satellite）：是靠近特定染色体的末端，依赖于次缢痕与染色体相连的圆形或圆柱形的染色体片断，也是特定染色体的识别标志。根据随体在染色体上的位置将染色体分为端随体和中间随体，随体处于末端称为端随体，处于两个次缢痕之间称为中间随体。
8、端粒（telomere）：是位于每条染色体的短部的特化部位，其DNA组成的特点是含有许多短的正向重复序列，而且有富含G的3′-OH末端，受端粒酶保护，生物学功能是维持染色体的稳定。
（二）染色体的特殊形态：
1、多线染色体（polytenic chromosome）：在双翅目昆虫（如果蝇、摇蚊、蚊等）幼虫组织中所特有的巨大染色体，它是由于DNA多次复制而不分离所表现出来的一种特殊染色体构型。
2、灯刷染色体（lampbrush chromosome）：是在几乎所有动物卵母细胞中存在的一种特殊染色体形态，它也是由于DNA多次复制而不分离形成的，因其形态酷似清刷煤油灯罩的灯刷而得名。
（三）染色体的类型：
如果将染色体在着丝粒处横向断开，按照长短可将两个部分分为长臂和短臂。而长臂与短臂长度的比值可以表明着丝粒在染色体上的位置。即臂比指数（a）=长臂（q）/短臂（p）
1、中央着丝粒染色体（metacentric chromosome，M）：两臂长相等或大致相等，a=1.0~1.7。
2、亚中央着丝粒染色体（submetacentric chromosome，Sm）：两臂长不等，a=1.7~3.0。
3、亚端部着丝粒染色体（subtelocentric chromosome，St）：有非常短或几乎难以察觉的短臂，a=3.0~7.0。
4、端部着丝粒染色体（telocentric chromosome，S）：只有一条能明确辨别出来的臂，a﹥7.0。
（四）染色体的数量：
1、不同生物的染色体数目
不同种类生物的染色体数目一般有所差异，而同种生物染色体数目一般较为恒定。在二倍性生物中，体细胞核中的染色体从形态、大小、结构等方面来看是相似的、成对存在的，它们一个来自父方，一个来自母方，在减数分裂是发生联会现象，这样成对的染色体叫同源染色体（homologous chromosome）。性细胞核中的染色体是成单存在的，因而把性细胞称为单倍体（haploid）,用n表示；体细胞核中的染色体是成对存在的，因而把体细胞称为二倍体（diploid）,用2n表示。
常见动物的体细胞染色体数目见于课本p22，其中人（23对）、猪（19对）、马（32对）、牛（30对）、绵羊（27对）、鸡（39对）、小白鼠（20对）、果蝇（4对）要记住。
2、不同生物的染色体含量
（1）基因组（genome）：把一个物种单倍体中的所有染色体称为染色体组，也叫基因组。
（2）C值（C-value）：一个单倍体基因组中的DNA的pg（10-12g）数成为该物种DNA的C值。
（3）C值矛盾（C-value paradox）：人们无法用基因的已知功能来解释基因组内巨大的DNA含量。另外，一般来说，随着进化，生物越来越高等，结构和功能越复杂，所需要的基因越多，C值就越大，但两栖类和有些植物的C值要比其它生物高出10倍以上；另外，在两栖类生物中，C值的高低也相差了10倍以上。
（五）染色体的结构：
在高等动物中，细胞核直径为5~10μm，而人的二倍体细胞46条染色体的DNA总长度大约为174cm，在如此狭小的空间内，染色体不经过有序的压缩、包装是很难想象的。1974年，Kornberg等人提出染色体的念珠状四级结构模型，其理论四级结构要点如下：
（1）单位丝（unit fibre）：是由核小体在一条DNA长链的连接下，外包有非组蛋白所形成的结构。直径约10nm，DNA长度被压缩了7倍。
核小体（nucleosome）是构成染色质的基本结构单位，它由4种组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）各两分子组成的八聚体外缠绕 周约146个碱基对的DNA双链以及两个八聚体间大约50~60个碱基对及其上结合的1分子H1组蛋白构成。核小体高约60Å，直径110 Å，包含有200碱基对左右的DNA链。
（2）螺线管（solenoid）：是单位丝经过一次螺旋化形成的空心筒状结构。每螺旋一周包含6个核小体，其外径约300Å，DNA长度又被压缩了6倍。
（3）超螺线管（super solenoid）：是在螺线管基础上又经过一次螺旋所形成的筒状体。直径约0.4μm（4000Å），DNA长度进一步被压缩了40倍。
（4）中期染色单体（metaphase chromatid）：超螺线管再进一步折叠、盘绕最终形成染色单体，DNA长度又被压缩了5倍左右，此时的染色体长约2~10μm
经过这四次的折叠、盘绕，DNA长度最终被压缩了近万倍。
（六）核型与核型分析
1、核型（karyotype）：又叫染色体组型，就是用显微摄影和显微描绘的方法，把处于细胞分裂中期的体细胞核中的全部染色体（或图片）按其相对长度（某条或某对染色体长度/染色体组总长度）从大到小，并参考臂比指数（a）从小到大将成对的染色体依次排列起来所组成的染色体形态系统排列图形。
2、核型分析（karyotype analysis）：也叫染色体组分析，就是根据核型的形态数量特征，用人工或自动化的方法对样品染色体组所作的初步的遗传分析。核型分析样品一般用骨髓或淋巴细胞。

三、细胞分裂（cell division）
（一）细胞分裂类型
1、无丝分裂（amitosis）：是细胞质和细胞核拉长、一分为二的直接分裂方式。在低等生物细胞和高等生物愈伤组织集肿瘤衰退细胞中出现。
2、有丝分裂（mitosis）：是有纺锤丝参与的、将染色体一分为二的间接分裂方式，在高等生物细胞中普遍存在。
3、减数分裂（meiosis）：是一种特殊形式的有丝分裂，在这种分裂中，DNA复制一次而细胞分裂两次，结果在子代细胞中染色体数减少一半，又由于它是体细胞产生性细胞的分裂方式，所以也叫成熟分裂。
（二）细胞周期（cell cycle）
是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束时开始到下一次有丝分裂完成时为止所经历的整个连续过程。分为四个时期：G1期（分裂结束到DNA合成开始之间的时期）、S期（DNA合成期）、G2期（DNA合成结束到分裂开始之间的时期）、M期（有丝分裂期），有时把G1期、S期和G2期合起来称为间期（interphase）。
从细胞分裂的角度，可将细胞分为三类：
1、连续分裂细胞：在细胞周期中连续运转的细胞，又叫周期性细胞。如早期胚胎细胞、小肠上皮绒毛隐窝细胞等。
2、休眠细胞：暂时脱离细胞周期而不进行增值，但在适当刺激下又进入细胞周期的细胞。也叫G0期细胞。如免疫淋巴细胞、肝肾细胞等。
3、不分裂细胞：不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，但仍保持正常生理机能的细胞，又叫终端分化细胞。如神经肌肉细胞等。
（三）有丝分裂
有丝分裂也有间期和分裂期之分。其中分裂期又分为前期（prophase）、中期（metaphase）、后期（anaphase）、末期（telophase）四个时期。
1、前期：细胞与细胞核体积变大；中心粒向两极移动，纺锤丝形成；核膜、核仁逐渐消失；染色体缩短变粗。
2、中期：细胞伸长；纺锤丝附着在着丝点上，牵动染色体集中于赤道板平面上；染色体最为清晰。
3、后期：细胞继续伸长，并在赤道板处开始内陷；纺锤丝牵动分开的两条染色单体向细胞两级移动。
4、末期：细胞从赤道板处一分为二；纺锤体消失；核膜、核仁重建；染色体逐步解螺旋。
在有丝分裂中，母细胞的每条染色体都经过复制而含有两条染色单体，经过分裂分别进入两个子细胞中，结果两个子细胞的染色体数目和遗传组成与母细胞相同。
（四）减数分裂
减数分裂也有间期和分裂期，而分裂期又分为减数分裂-Ⅰ和减数分裂-Ⅱ，而且每个分裂期都有前期、中期、后期、末期四个时期。减数分裂的特点如下：
1、减数分裂-Ⅰ的前期较为复杂，时间较长，又细分为五个时期，分别是：
（1）细线期（leptotene）也叫凝集期，染色体虽然已经复制，但仍看不出二价特征，呈细线状。
（2）偶线期（zygotene）也叫配对期，同源染色体发生联会现象，形成联会复合体，但仍看不到二价特征。介绍几个概念：
联会（synapsis）：在减-Ⅰ前期的偶线期，两条同源染色体在侧面从两端直至全长紧密相贴进行配对的现象。
二价体（bivalent）：联会时，由于联会复合体中含有两条同源染色体，所以将联会复合体称为二价体。
四分体（tetrad）：联会时，由于每条同源染色体都由着丝点相连的两条染色单体组成，所以将联会复合体称为四分体。
姐妹染色单体（sister chromatids）：将每条同源染色体的两条染色单体互称为姐妹染色单体。
同源非姐妹染色单体（non- sister chromatids）：在四分体中，将一条同源染色体中的每条姐妹染色单体与另一条同源染色体的每一条姐妹染色单体互称为同源非姐妹染色单体。
（3）粗线期（pachytene）：又叫重组期，同源非姐妹染色单体间发生染色体片段互换现象。
（4）双线期（diplotene）：又叫合成期，出现双线特征。在双线期后期，着丝点两端的交叉点向染色体的两端移动，出现端化现象。
（5）终变期（diakinesis）又叫再凝集期，染色体螺旋化程度最高，可分辨出染色单体。
2、减-Ⅰ中期是同源染色体对排在赤道板平面上，减-Ⅰ后期发生两条同源染色体的分离。无论是减-Ⅰ还是减-Ⅱ的前期、中期、后期和末期的其它特征与有丝分裂大致相同。
3、减-Ⅰ和减-Ⅱ之间几乎没有间期（interkinesis），DNA和染色体仅复制一次，细胞要连续分裂两次。
4、减-Ⅱ发生一套染色体组中的每两条染色单体的分裂。
（五）有丝分裂与减数分裂区别

        有丝分裂        减数分裂
1、发生时期        整个生命周期        生殖时期
2、发生部位        任何组织，体细胞        性腺组织，性细胞
3、分裂次数        1次        2次
4、产生子代细胞数目        2个        4个
5、子代细胞染色体数目        与母细胞相同        是母细胞染色体数的一半
6、分裂实质        姐妹染色单体分离的均等分裂        （1）减-Ⅰ，同源染色体的减数分裂；
（2）减-Ⅱ，一个染色体组的分裂；姐妹染色单体的均等分裂
7、有无联会和互换        无        有
8、子代细胞遗传组成        与母细胞相同        父母本遗传组成的重新组合

四、有性繁殖生物染色体的周期性变化
（一）减数分裂与配子形成
在配子形成过程中，减数分裂起着重要作用。
1、精子形成
哺乳动物中，雄性动物达到性成熟时，睾丸曲细精管上皮的性原细胞开始增值为A1型精原细胞，然后A1型精原细胞经过有丝分裂产生1个A1型精原细胞和1个A2型精原细胞，此时产生的A1型精原细胞作为干细胞保存起来，不再分裂，而A2型精原细胞要经过5次有丝分裂分别产生A3、A4、I、B型精原细胞和初级精母细胞，并进入减数分裂过程，最终1个初级精母细胞产生4个精细胞，经过变态过程产生4个精子。
2、卵子形成
卵子形成与精子形成有所不同。在哺乳动物和人类中，在一生中仅产生很少的卵子，卵原细胞只有极少数进入减数分裂形成卵子。在人类中，从孕妇妊娠的第2个月~第7个月，胎儿卵巢中的卵原细胞从1000个左右经过有丝分裂迅速增殖为7百万个左右；但此后，大部分卵原细胞凋亡，仅有很少的进入减-Ⅰ前期，形成初级卵母细胞，并发育到双线期后便停在此期直至青春期；青春期后，在性激素刺激下，双线期的卵母细胞继续进行减数分裂，直至在排卵或受精前后，此时的“卵子”已排除第一极体并进入减-Ⅱ中期；之后，在精子刺激下，排出第二极体，完成减数分裂。从哺乳动物卵子形成过程可以看出，在哺乳动物中，没有真正意义的卵子。
不同动物受精时卵子所处的减数分裂时期：
减-Ⅰ前期        减-Ⅰ中期        减-Ⅱ中期        减数分裂完成
狗
狐狸        昆虫
海星        鱼类
两栖类
哺乳类
人类        海胆

（二）染色体数量的周期性变化
有性繁殖的二倍性生物在世代繁衍过程中，单倍体的两性配子结合产生合子；单细胞的合子经过个体生长发育的有丝分裂过程产生多细胞生物体，在性腺中，生殖细胞经过减数分裂产生单倍体的配子。这样周而复始，进行着有丝分裂——减数分裂——有丝分裂的更替和2n—n—2n的染色体的周期性变化过程。
五、遗传的染色体学说
孟德尔定律在1900年重新发现后，1902年美国的年轻毕业生Walter Sutton和德国的生物学家T. Boveri都注意到孟德尔杂交试验中遗传因子（基因）的行为与性细胞在减数分裂过程中的染色体行为有着平行的关系，这种平行关系表现在以下几点：
1、染色体在显微镜下具有一定的形态，并能保持其相对的独立性；基因在杂交过程中也保持其完整性和独立性。
2、在合子、体细胞和个体中，染色体成对存在，基因也成对存在；在配子中，每对等位基因只有一个，而每对同源染色体也只有一个。
3、个体中成对的基因分别来自父本和母本；同源染色体也是分别来自父本和母本。
4、不同对基因在形成配子时的分离是独立的；不同对染色体在减数分裂时的分离也是独立的。
因此他们在1903年提出假设，认为孟德尔的遗传因子（基因）位于染色体上，这就是遗传的染色体学说的核心内容。但要证实这个假设，并进一步将某一特定基因与特定染色体联系起来，还要做很多工作。在这方面首先有所突破的是美国实验胚胎学家摩尔根，将在第二章进行讨论。

大自然运行的轨迹万一有显露她脱离常轨之处，那正是她更易于展露其神秘之处；欲要推进医学朝着正确的实践方向发展，最好的办法也莫过于潜心通过仔细研究稀罕病例来揭示普遍的自然规律了。因为，人们业已发现，在几乎所有的事务中，它们所蕴涵的普遍适用的特性，除非我们失去了拥有它们的权利，或者它们在某些方面自乱阵脚，否则我们是很难察觉这些特性的。
                                         ——William Harvey，1657
Chapter 2 连锁遗传分析
遗传的基因学说是遗传的染色体学说更加深入和更加具体化的过程。在这个过程中，摩尔根和他的学生们在黑腹果蝇遗传方面的研究是最为突出的工作。
§2-1 连锁与互换定律
要满足生物的性状的复杂多变，决定这些性状的基因就将是数以千万计的。在人类的基因组中，估计将会有8万个基因，然而容载这些基因的染色体却仅有23条（或23对），因此，在每条染色体上必须承载成千上万个基因，众多基因靠染色体连锁在一起是生物界中广泛存在的现象。但发现连锁现象并给出科学的解释却是20世纪初才开始的。
一、        基因连锁的发现
1906年，贝特森（Bateson W）和彭乃特（R. C. Punnett）在研究香豌豆两对性状的遗传时发现连锁现象。他们选择花的颜色（紫花-P对红花-p是显性）和花粉形状（长形-L对圆形-l是显性），杂交情况如下：

在这个杂交试验中，花的颜色和花粉形状的各自分离比均符合3︰1，表明这两对性状都是由单基因控制的；当同时考虑两对性状的遗传时则不符合孟德尔的两对基因所控制的性状的自由组合定律的分离比例——9︰3︰3︰1，彭乃特在扩大样本重做试验，仍不符合孟德尔定律。亲组合较理论数多，重组合比理论数少，彭乃特根据这一现象提出假设，认为两对基因在杂交后代中组合并不是随机的，而是原来属于同一亲本的两个基因更倾向于进入同一配子中，即相引（coupling），原来属于不同亲本的两个基因之间在形成配子时相互排斥，称为相斥（repulsion）。
摩尔根和他的学生用果蝇进行了大量的杂交试验，也发现了连锁现象。在黑腹果蝇中，长翅对残翅为显性，灰体对黑体为显性。用灰体长翅（BBVgVg）和黑体残翅（bbvgvg）的果蝇杂交，F1都是灰体长翅（BbVgvg）,用F1的杂合体进行下列两种方式的测交，所得的结果却完全不同：
（一）♀♂
完全连锁：
（二）
不完全连锁：
二、        染色体交换


三、        连锁与互换定律的前提、内容和实质
（一）连锁与互换定律的前提
连锁与互换定律讨论的是由位于一对同源染色体上两对或两对以上等位基因所控制的性状的遗传规律。即讨论的是同一对同源染色体上所有等位基因所控制的性状的遗传规律。
（二）连锁与互换定律的内容
一条染色体上的两个或两个以上的非等位基因，在遗传过程中完全连锁在一起或连锁的频率高于自由组合定律的理论频率，重组的频率低于自由组合定律的理论频率。
（三）连锁与互换定律的实质
造成连锁与互换现象的原因是同源染色体上非等位基因间的连锁与互换。
四、        基因定位
重组法定位是众多基因定位方法中的一种。重组法定位是由摩尔根提出的一种基因定位方法，其理论根据是：（1）基因在染色体上是呈直线排列的；（2）非等位基因在染色体上排列的直线距离与基因间的重组频率呈正相关。其试验步骤是：（1）设计大量的已知连锁基因个体的杂交试验；（2）获得的F1再同纯隐性个体测交计算重组频率；（3）以重组频率中的1%作为1个摩尔根单位（即1摩尔根）将基因定位在一条直线上。
其试验方法是：（1）二点法定位：又叫二点试验，是重组法定位中的最基本方法。即分别进行两对基因的杂交、测交试验，求出每两个基因间的重组频率，然后再根据得到的这些重组频率分析染色体上各个基因的线性关系，最终来确定每个基因在染色体上的相对位置。例如：鸡的毛冠基因（Cr）、显性白羽基因（I）和卷毛基因（F），其两两基因间的重组频率经过特定杂交、测交试验的测得值如下：Cr-I的RF值=10%，I-F的RF值=17%，Cr-F的RF值=27%。
（2）三点法定位：又叫三点测交。即同时考虑三个连锁基因在同一类情况下的测交结果，分别计算每两个基因间的重组频率，然后再依据这些重组频率分析基因在染色体上的线性排列关系，从而来确定基因在染色体上的相对位置。三点法定位的优点：较二点法简单，1次三点测交相当于3次二点试验；三点测交得到的三个重组频率是在同一基因型背景、同一环境条件下得到的，可以严格地相互比较；可以得到3次二点试验得不到的双交换资料。
例1：在黑腹果蝇中，有3个突变基因，分别为：ec（棘眼）、sc（缺少某些胸部刚毛）、cv（翅上横脉缺失），其对应的野生型都用“+”表示，基因都位于X染色体上。具体的杂交、测交试验如下：
例2：在例1中的F1测交后代出现6种表型后代，而在有些连锁基因的三点测交中会出现8种后代。如ec（棘眼）、ct（截翅）、cv（翅上横脉缺失）3个基因也位于X染色体上。具体的杂交、测交试验如下：≠≈
双交换：在减-Ⅰ前期的偶线期到双线期期间，两条同源染色体中的两条同源非姐妹染色单体间，在同一基因位点两侧各发生一次交换的现象。
基因直线排列定律：在1913年由摩尔根的学生斯特蒂文特（Sturtevant）提出，其内容是，一条染色体上三个基因间的重组频率关系是，两端两个基因的重组频率等于这两个基因分别与中间基因的重组频率之和减去二倍的实际双交换值。
并发率：也叫符合系数，计算公式是：并发率=实际双交换值/理论双交换值。
干涉：也叫干扰，指两个基因间发生了交叉互换而影响着两个基因与其它（或附近）的基因再发生交叉互换的现象。计算公式是：干涉=1-并发率
五、遗传图
连锁群：一条染色体上连锁在一起的所有基因称为一个连锁群。一般情况时，连锁群≤染色体对数。
连锁图：将每个连锁群中的基因以重组频率中的1%作为一个摩尔根单位，把基因定位在每条染色体上的基因相对位点图谱。也叫遗传图或染色体图。
作图函数：R=1/2(1-e-2x) 。R-重组频率，x-交换值。

§2-2 性别与遗传
一、概述
性别是从酵母到人类一切真核生物的共同特征，两性生物中的雌雄性别比1︰1是一个恒定值，在自然群体中，这是同一物种内两种性别表型选异交配的结果。
性别的系统发生包含两方面内容：一方面是生物从低级到高级的进化过程中，是在一定阶段才有性别分化的。如细菌中没有性别分化；在单细胞藻类、原生生物虽然进行异型交配，但还仍然处于性别分化的早期阶段；多细胞生物、种子植物无论雌雄同体还是雌雄异体都进行有性生殖，性别分化明显；哺乳动物出现完善的两性生殖系统，性别分化最为明显。另一方面是生物在个体发育过程中，也是在一定时期才开始性别发育的。如在哺乳动物中，性腺是由生殖细胞的前身——原生殖细胞（primordid germ cells，PGCs）通过阿米巴运动或血液运输方式由卵黄囊内胚层迁移到肠系膜的两侧性腺原基——生殖嵴中，并与生殖嵴体细胞相互作用，按照其细胞的基因型（XX或XY）决定性腺分化为卵巢或睾丸，此后PGCs分化为精（卵）原细胞并进行减数分裂形成精子或卵细胞。
重演率：生物在个体发育过程中，总是重演其所有祖先在进化过程中的每个发育阶段，即生物的个体发育过程重演其祖先的系统发生过程。
性别特征：性别是非常复杂的性状，这不仅表现在性别分化的深度和层次上，还表现在性别的表观形态和机能变异等方面。第一性征：又叫遗传性别。即由于遗传物质的差别而产生和决定的性别，并产生相应的性腺和性器官。第二性征：又叫性腺性别。即由于相应的性腺产生性激素所引起的不同性别的外部形态特征。
性别表现的例外：1、真两性畸形：同时具有两性的性腺和内外性器官以及两性第二性征的个体。2、假两性畸形：具有单一的性腺和内外性器官，但具有两性第二性征的个体。3、双生间雌：在牛、羊的双生中，雌体雄性化的现象。
性比：同一种生物个体中雌雄个体的数量比。其表示方法有两种：（1）相对于100个雌性个体的雄性个体数；（2）雄性个体占整个群体的百分率。其类别有：（1）第一性比：受精后早期胚胎的性比；（2）第二性比：个体出生时的性比；（）第三性比：某一年龄（或某一发育阶段）的性比。在一个群体中，性比偏离正常值的现象称为性比失常。影响性比的因素有遗传、环境（包括选择因素、配种次数、胎次、季节、血液PH值、胚胎期死亡率、杂交与种间杂交等）因素的影响。
一、        性染色体与性别决定
事实上，性别也是按孟德尔方式遗传的，1︰1的性别比是一种测交的结果，这意味着某一性别是纯合体，而另一性别是杂合体。哺乳动物性别的形成有两个阶段，遗传性别决定和性腺性别分化。而染色体的组成首先决定早期未分化生殖腺的性别分化。
（一）性染色体
1891年德国细胞学家Henking在半翅目昆虫的精母细胞减数分裂中发现了一种特殊的染色体，它们在一半的精子中带有这种染色体，另一半中没有。由于当时他对这种染色体的性质不大理解，就命名为“X染色体”和“Y染色体”，并且也并未将它和性别联系起来。直到1902年美国的C.E.McClung才第一次把X染色体和昆虫的性别决定联系起来。1905年E.B.Wilson证明，在半翅目和直翅目的许多昆虫中，雌性个体具有两套普通的染色体叫常染色体（autosome，A）和两条X染色体，而雌性个体也有两套常染色体，但只有一条X染色体，另一条为Y染色体。性染色体：在生物的细胞核中存在的，在一种性别个体中是同型的，在另一种性别个体中是异型的，与性别有关的、大小形态不同的一对同源染色体。
（二）性别决定理论
1、性别决定：性别的产生、分化以及性别形成的机制。
2、性染色体理论：
（1）理论核心：决定性别的基因在性染色体上；性别决定基因控制着胚胎早期以PGCs为主要组成成分的性原基的分化发育；生物的遗传性别从受精开始就决定下来了。
（2）动物性染色体组成类型：
同配性别：一对性染色体组成是相同的性别。
异配性别：一对性染色体组成是不同的性别。
XY型：在这种类型中，雌性个体是一对长的性染色体，定名为X染色体；雄性个体则是一长一短两条性染色体，长的为X染色体，短的定名为Y染色体。因此，雌性是同配性别，雄性是异配性别。在猪中，正常的♂2n=38，XY或2n=2A+XY；正常的♀2n=38，XX或2n=2A+XX。在所有的哺乳动物、一些鱼类和两栖类、多数昆虫和许多雌雄异株的植物中是这种性染色体组成类型。
其性别的系统发生是：
ZW型：与XY型相反，在这种类型中，雄性是同配性别，一对性染色体是长的，用ZZ表示；雌性是异配性别，两条性染色体一长一短，长的为Z染色体，短的定名为W染色体。在鸟类、爬虫类、鳞翅目昆虫、一些鱼类和两栖类是这种性染色体组成类型。
其性别的系统发生是：
XO型：是XY型的变种，雌性个体为XX两条性染色体；雄性个体只有一条X染色体，Y染色体丢失，染色体组成为XO。在蝗虫、虱和蟑螂中是这种性染色体组成类型。
其性别的系统发生是：
ZO型：是ZW型的变种，雌性个体W染色体丢失，少数昆虫是这种性染色体组成类型。
3、基因平衡理论：20世纪20年代美国的Bridges用以X射线对果蝇进行照射来影响减数分裂时染色体的正常分离，从而产生多种性别畸形的果蝇。对这些果蝇进行研究发现：果蝇的性别是由雄性化和雌性化基因系统所决定的，雌性化基因系统位于X染色体上，雄性化基因系统位于Y染色体和常染色体上，哪一个基因系统力量强，性别就趋向于哪一方，
X︰A的数值大小与性别的关系
4、哺乳动物性别决定基因：英文名为sex-determining region of Y，直译为性别决定区或性别决定因子。它是在哺乳动物细胞中普遍存在的Y染色体短臂上决定性别的DNA片段，携带有决定睾丸形成的特异性转录密码。在不同哺乳动物中位置不尽相同，结构、长度有所差异。在人和小鼠中，位于Y染色体短臂末端靠近兼性异染色质边界的一个小区段内。人是距边界35kb的范围内，小鼠是14kb，其长约250bp、编码80个氨基酸的单拷贝基因，具有高度的保守性和特异性。人的简写为SRY，小鼠的简写为Sry。
性别决定的环境因素：环境温度（蛙）、化学物质（后螠，♂为♀大小的1/500）、性激素（性反转：生物个体从一种性别特征转变为另一种性别特征的现象。完全性反转：生物个体发生了第一性征的改变，完全从一种性别特征转变为另一种性别特征的现象。不完全性反转：生物个体主要发生了第二性征改变的性反转现象。）、卵的受精与否（蜜蜂）、
二、        伴性遗传
伴性遗传也叫性连锁遗传。主要指X（或Z）染色体上的基因伴随性别所表现出来的特殊的遗传途径和规律。由于X（或Z）染色体上的基因有显隐性之分，所以伴性遗传又分为伴性显性遗传和伴性隐性遗传。
（一）伴性显性遗传：指X（或Z）染色体上显性基因的遗传方式。即我们所研究的性状是受X（或Z）染色体上的显性基因所控制的。鸡的芦花羽毛性状的遗传就是伴性显性遗传。
伴性显性遗传的特点：1、基因与性状均交叉传递；2、正反交结果不同；（育种应用）3、同配性别性状表现率高。
（二）伴性隐性遗传：指X（或Z）染色体上隐性基因的遗传方式。即我们所研究的性状是受X（或Z）染色体上的隐性基因所控制的。果蝇的白眼性状和人的红绿色盲性状的遗传就是伴性隐性遗传。
伴性显性遗传的特点：1、基因交叉传递，性状不一定交叉传递；2、正反交结果不同；3、异配性别性状表现率高。
（三）Y染色体上基因的遗传方式
全雄性遗传或限雄性遗传
（四）性染色质：是细胞分裂间期细胞核中的一个浓染小体。它最早由美国的巴尔（Barr）在猫的神经元中发现，所以称为巴尔（Barr）小体。它是同配性别中的一条性染色体失活发生异固缩现象形成的。也叫α小体。
三、        遗传的染色体学说的直接证明


三、剂量补偿效应：使具有两倍或两倍以上基因剂量的个体同具有单倍基因剂量的个体基因表现趋于一致的遗传效应，它最先有美国的缪勒与1931年发现。基因剂量指一个细胞核中某一基因的数目。英国的Lyon提出假说解释剂量补偿效应，要点是：同配性别的两条性染色体必定有一条随即失活；失活发生在胚胎早期；失活的染色体发生异固缩现象形成Barr小体。


四、其它性别相关遗传
（一）从性遗传：
1、从性性状：受生物性别或性激素影响，在不同性别个体上性状（或基因）的显隐关系发生变化的性状。
2、从性遗传：从性性状的遗传途径、方式和规律。如绵羊的有角与无角。
3、与伴性遗传的区别：控制从性性状的基因位于常染色体上；正反交结果相同；从性性状因性别不同，显隐关系发生变化。
（二）限性遗传：
1、限性性状：只在某一性别表现的性状。
2、限性遗传：限性性状的遗传途径、方式和规律。
3、与伴性遗传的区别：控制限性性状的基因多数位于常染色体上，少数在性染色体上；限性性状的表现与否与性别有关。
五、性别控制
性别控制问题是很早就被人们重视和研究的一个重大理论和实践课题。这一方面是由于性别是个非常复杂的重要发育性状。这种复杂性不仅表现在性别分化的多个层次和深度上，而且在性别的形态表现、机能变异方面也非常广泛。因此对性别的决定机理、系统发生以及机能研究都具有重要的理论意义，它也是现代生物科学的重要研究领域；另一方面，对生物性别的控制是多年来人们梦寐以求的愿望。因为通过性别控制可以使某些受性别限制的性状（如母牛泌乳、公鹿生茸）和受性别影响的生产性状（如产肉、产毛）在更多的理想性别中获得更大的经济效益，增加育种中的选择强度而获得最大限度的遗传进展和排除畜禽群体中的有害基因等。
现代的生物科学理论认为：生物的性别在两性配子完成受精过程，形成受精卵时就决定下来了，而且生物的性别从某种意义上来说是由雄性配子决定的，即性别发生是个雄性决定问题，另外，由于生物性别是个发育性状，所以人们很自然会想到生物的性别控制可以从三个阶段入手，或者从三个方面来考虑。第一个方面是控制雄性动物仅产生一种类型精子或分离X、Y精子，然后用特定类型精子进入受精过程来实现对性别的控制。控制产生和分离精子的方法很多，但都经不起严格的科学验证。唯一可接受的方法是用流动细胞计依DNA的含量来分离精子（Johnson和Clarke,1988;Morrell等,1988; Johnson等,1989），尽管有成功之处，但由于分离效率低、设备成本高和分离准确度不高等原因而限制了它的推广应用。另一个方面是对出生后的性别进行控制。目前仍没有这方面的报道，它仅仅是从性反转的事例中人们的设想而已。第三个方面就是控制胚胎的性别。而怀孕之出可能是控制性别的最有利时机，因为对晚期胚胎进行操作是比较困难的，而且对这时已发生分化的胚胎进行操作可能会造成致命性的伤害。自从1951年Willett等获得牛胚胎移植成功以来，一些国家投入了很多的人力和财力进行研究和开发，使胚胎移植技术得到了广泛的应用，这为控制家畜后代性别提供了一个途径。因为如果一个早期胚胎在收集和移植之间能够判定性别，那么通过移植那些理想性别的胚胎，则可达到性别控制的目的。实际上，这种控制性别的方法并非是根本上的，它只是控制了生物的出生性别，即第二性比；而且这种通过对早期胚胎进行性别鉴定来控制性别的方法并非对总繁殖效益没有损失，因为大约有一半的胚胎在性别鉴定过程中要丢失或遗弃掉。但就目前的研究水平来说，由于这种方法较其他性别控制方法具有更高的准确性和实用性，而且在某些情况下，由性别控制带来的效益完全可以弥补由于对胚胎进行性别鉴定所造成的灰色损失，所以对早期胚胎进行性别鉴定是目前进行性别控制的最好途径。
对早期胚胎进行性别鉴定曾研究或应用的主要方法有X-连接酶法、H-Y抗原法、细胞遗传学法、胚胎发育速度法和Y染色体特异序列法等。但其中的前几种方法或因准确性不高或对胚胎的损伤、毒性较大而难以应用于生产。Y染色体特异序列法则以其极高的准确率和特异性，加之对胚胎损伤小的特点而倍受关注，而且与PCR技术结合起来，更具有快速、敏感、简便的优点。
应用PCR技术对奶牛胚胎进行性别鉴定就是在建立牛Y染色体DNA文库及筛选得到特异的克隆并进行测序的基础上，设计并合成一对与Y染色体特异性片段两端的正链和负链互补的小片段单链寡聚核苷酸引物（长度在20bp左右），并在胚胎分割技术的支持下，用少部分分割胚细胞中的DNA为模板进行PCR扩增，将扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳并用EB染色后，再进行紫外激发检测，出现特异性带的是雄性胚胎，否则为雌性胚胎，从而完成对分割胚的性别鉴定。然后进行另一部分被鉴定的分割胚的移植，进而出生理想性别后代。
    正如前面所说，至今获得理想性别的方法还仅仅是对早期胚胎进行性别鉴定，然后将所获得的理想性别胚胎移植给受体。随着分子生物学的发展，人们发现了Y染色体上的特异性重复序列。如人的Y染色体特异性重复序列（Cool,1976;Kunkel等,1976;lan等,1984;Jones等,1987）;牛的Y染色体特异性重复序列至今已报道了四种（Ellis和Harpold,1986;Lenonard等,1987:Aasen等,1988:Aasen和Medrane,1990）。1987年Lenonard等,1988年Ellis等将牛的Y染色体DNA重复序列探针用于牛胚胎的性别鉴定。但由于其操作较为复杂、特异性不高而常得到弱的、含糊不清的信号而限制了这种方法的应用。
1990年，英国学者Sinclair.A.等发现在哺乳动物Y染色体上存在性别决定区（Sex determining region of the Y,SRY），被认为是性别决定研究的一个里程碑，包括至为雄辩的转基因动物—小鼠（将Sry基因转到雌性--XX小鼠胚胎而发育为雄性小鼠）在内的许多实验都已证明，SRY就是TDF（睾丸决定因子）的最佳候选基因，或者说是哺乳动物性别的主宰基因。此后，人们利用筛选的特异性引物对SRY基因或SRY基因的一部分特异序列的PCR扩增对胚胎进行性别鉴定的研究就迅速发展起来。Herr等（1990年）利用PCR技术，通过扩增牛胚胎的性别决定基因（SRY）鉴定胚胎性别，产犊结果表明，准确率达到92%（11/12）。该项技术进展迅速，目前有些国家已进入实用化阶段，性别鉴定准确率达到90%--100%，并为畜牧业生产带来巨大的影响。1991年我国学者曾溢涛和胡明信等，应用PCR技术测定牛胚胎的SRY序列来鉴定胚胎性别获得了成功，准确率达到100%；1997年黑龙江畜牧研究所的柏学进等人应用PCR技术鉴定牛胚胎性别，移植30头，妊娠11头，产犊11头，性别鉴定符合率达到100%。1998年浙江农科院畜牧兽医所吕碧文等人在利用PCR技术扩增牛外周血淋巴细胞DNA中的SRY基因部分片段的基础上，对早期胚胎性别应用PCR技术进行鉴定，可鉴定率为94.1%（16/17，有一枚难以判断），而且他同时用与牛Y染色体特异性重复序列互补的一对特异性引物对牛Y染色体特异性重复序列进行PCR扩增以鉴定胚胎的性别，二者所鉴定胚胎的性别完全相符。
但近年来的生物学研究表明，SRY并非是决定性别的唯一基因。性别决定和分化是一个以SRY基因为主导的、多基因参与的有序协调表达过程，性反转可因该多基因调控串上某基因的改变而引发。迄今为止，已发现包括SRY基因在内至少有6种基因（SRY、SOX9、AMH、WT-1、SF-1及DAX-1等）参与了胚胎中性别决定从未分化的原始生殖嵴开始到两性内生殖器官的形成过程。因此，性别控制、性别鉴定问题一直困扰着人类。即使性别决定基因突变可能造成应用PCR进行性别鉴定的假阳性和假阴性现象，但由于这种机会不多，甚至在一般情况下可将这种因素忽略掉，另外对其他性别决定基因的情况了解不多，所以利用SRY基因对奶牛胚胎进行性别鉴定仍不失为当前最有效的性别控制方法。
尽管人们对性别控制进行了大量的工作，而且也取得了丰硕的成果，但距离对生物性别进行有效控制或者使胚胎性别鉴定达到实用化的水平还有很大的差距，因为对分割胚进行的性别鉴定都会对胚胎造成不同程度的损伤，从而影响移植胚的妊娠率和出生率，因而极大地影响了它的推广应用，在胚胎性别鉴定中，目前亟待解决的问题和研究的方向是：（1）确定分割胚的最佳发育时期范围；（2）在保证性别鉴定准确率和对胚胎最小损伤的前提下用于性别鉴定的最适胚胎细胞数或最适分割胚比例大小；（3）更进一步简化操作程序，严格操作程序以避免外源DNA污染；（4）在对性别决定更深入的研究成果基础上，探讨更为简便有效的性别控制方法。
正如前面所阐述的那样，虽然人们在性别鉴定和性别控制领域做了许多工作，但无论是具体的性别鉴定方法在现场的应用上，还是从根本上解决性别控制问题，都还有很长的路要走，这一领域正期待着更多的科技工作者参加进来，用新的科技成果造福人类。

难以置信的是染色质微粒或其他任一物质无论怎样复杂，都具有必定要归因于我们的因子（基因）的多种能力。在任何已知试验中几乎都是均质的、互相难以区分的染色质微粒能按其物质本身赋予的生命的全部特征，这一假说甚至超出了最令人难以信服的唯物论的范畴。
——William Bateson，1916（引自Borek E．The Code of Life．New York：Columbia University Press，1964）
Chapter 3 孟德尔遗传分析的扩展
生物的个体发育是诸多性状在特定的时间和空间范围内、按照特定时序，基因差次表达的结果。在这个过程中，基因与基因之间、基因与内外环境因子间都有着错综复杂的关系。大量的遗传现象用简单的孟德尔遗传分析和连锁遗传分析来解释就显得有些不足了。
§3-1 环境与基因表型效应
一、表现度（expressivity）：在一定的环境下，某一基因型（常指突变基因型）表型效应的变异程度。如人的多指（趾）症。
二、外显率（penetrance）：在一定的环境下，某一特定基因型（常指杂合子）表现相应表型的频率。即同样的基因型在一定的环境中有的个体表达了预期的性状，有的个体却未得到表达。外显率=1称为完全外显，外显率﹤1称为不完全外显。
三、反应规范（norm of reaction）：某一基因型的全部个体在不同的环境条件下性状的表现范围。
四、表型模拟（phenocopy）：在特定的环境条件下，用特殊的药剂对正常个体所作的一个非遗传的表型修饰，使其和突变型的表型相仿。也叫拟表型。
另外，有些性状是多基因决定的，而有些基因又有多种效应，即存在大量的一因多效，多效一因现象。
§3-2 显隐性关系的扩展
一、不完全显性：当个体的基因型处于杂合态时，显性基因不能完全抑制隐性基因的作用，个体表现为两个基因所控制的中间性状的现象。如轻度卷羽鸡的遗传。
二、嵌镶显性：当个体的基因型处于杂合态时，等位基因间没有显隐性之分，两个成员在个体的不同部位各自表现其相应性状的现象。如瓢虫色斑的遗传。
三、共显性：当个体的一对等位的显性基因处于杂合态时，等位基因间没有显隐性之分，两个成员在个体中都能各自表现其相应性状的现象。在血型遗传中将重点介绍。
四、显隐性的相对性：
标准不同，在镰刀型贫血病中
环境条件不同，在莱航鸡的胫色性状遗传中
§3-3 复等位基因与血型遗传
一、复等位基因：在群体中，由于进化和分化的方向不同而在同源染色体上产生的许多不同的等位基因。
二、血型：有狭义和广义两种概念，狭义的是指同种异体红细胞膜表面的抗原或抗原组合类型。广义的是指血清学上的体质性。
三、血型系统：用各种特异的标准抗体血清所检测到的动物的血型集合。如人的ABO血型系统、MN血型系统、Rh血型系统等
四、血型遗传：特点，实例
§3-4 基因互作
一、基因互作：基因在决定性状的表现上往往是相互制约、相互影响、相互作用的，非等位基因在控制某一性状时所表现出来的各种形式的相互作用称为基因互作。
二、互补作用：非等位的两个基因由于相互作用而产生新性状的基因互作方式。互补作用有两种类型，显性互补：由两个基因是显性基因产生的互补作用。隐性互补：由两对隐性纯合的基因产生的互补作用。
三、上位作用：一个基因对另一个非等位基因的表现所具有的遮盖作用。上位作用又可看成是非等位基因间的显性作用，所以上位作用又叫异位显性或上位。被遮盖的基因称为下位或异位隐性基因。分为两种类型，显性上位：由显性基因引起的上位作用，隐性上位：由隐性纯合基因引起的上位作用。
四、抑制作用：某一基因抑制另一对非等位基因的作用，使之不能（或不能完全）表现其相应性状的现象。起抑制作用的基因称为抑制基因。
§3-5 系谱分析
一、系谱：用特定符号和方式表现的具有一定亲缘或婚姻关系群体的图谱。
二、系谱的基本知识：用个体间水平连线表示婚姻关系，个体间垂直连线表示亲缘关系；用罗马数字表示世代，用阿拉伯数字表示世代内的个体；用表示正常雄性，表示正常雌性，表示异常雄性，表示异常雌性。
三、单基因遗传方式
根据基因位于常染色体或性染色体（X或Y）以及是显性或隐性基因将单基因遗传方式分为五种：
1、Y染色体基因的遗传方式（Y）
遗传特点：全雄性或限雄性遗传。
2、X染色体显性基因的遗传方式（XD）
遗传特点：性状往往代代传递；性状表现与性别有关：同配性别性状表现率高，“父患女必患，儿患母必患”
3、X染色体隐性基因的遗传方式（XR）
遗传特点：性状往往隔代传递；性状表现与性别有关：异配性别性状表现率高，“母患儿必患，女患父必患”
4、常染色体显性基因的遗传方式（AD）
遗传特点：性状往往代代传递；性状表现与性别无关
5、常染色体隐性基因的遗传方式（AR）
遗传特点：性状往往隔代传递；性状表现与性别无关

分析基因的作用时必须考虑整个细胞和整个生物体……应该认识到，颗粒单位也可存在于细胞质中，除了它们不附着于染色体上，因而不显示孟德尔氏遗传外，它们具有基因的所有性质。
——Wagner R P（引自In Genetics and Metabolism，John Wiley and Sons Inc.，1955）
Chapter 4 核外遗传
在生物性状的遗传中，染色体上的基因起主宰作用这一点是毫无疑问的。但基因在表达过程中，要受到来自细胞外、细胞内的各种因子（无论这种因子是否由其自身核基因表达而来）以及细胞质内基因表达产物的影响。事实上，在个体的发育过程中，有些性状的遗传是细胞质中的遗传物质决定的，而有些是又是细胞核和细胞质中的物质（包括遗传物质和细胞质内非遗传物质）共同作用的结果，我们把这种遗传统称为核外遗传，或非孟德尔遗传、细胞质遗传等等。
核外遗传包括胞质基因遗传和母系遗传。
§4-1母系遗传
对于有性生殖而言，除了各提供一半的遗传物质以外，精子和卵细胞对后代的贡献是不同的，尤其在提供细胞质的量上，卵细胞为合子提供了大量的细胞质，而精子提供的却很少。如果亲代核基因产物或因子对后代某些性状的表现有影响的话，那么卵细胞质和母本就会对后代影响更大一些。母系遗传就是由于卵细胞质中母本核基因产物的影响，在后代性状遗传过程中所表现出来的与母本相关的特殊的遗传方式和规律。
一、暂短的母系遗传
在麦粉蛾幼虫皮肤颜色和成虫复眼颜色遗传中，核基因A决定犬尿素合成，a不产生犬尿素。而如果幼虫细胞质中含有一定量犬尿素就进一步决定幼虫皮肤有色，而成虫细胞质中含有一定量犬尿素就决定成虫复眼为褐色；如果幼虫细胞质中犬尿素含量很低或没有，则幼虫皮肤无色，而成虫细胞质中犬尿素含量很低或没有，则成虫复眼为红色。

二、持久的母系遗传
椎实螺螺壳旋转方向又有右旋和左旋两种。螺壳旋转方向的产生是由于胚胎早期的细胞质中有右旋或左旋物质决定的，而且一旦决定后，无论发育到以后什么阶段，也无论细胞质中有无决定旋转方向的物质或是决定何种旋转方向物质，旋转方向都不会再改变，即螺壳旋转方向在胚胎早期决定后，就一生不变。核基因D决定细胞产生右旋物质，d决定产生左旋物质。

我们仍然很难放弃这个可爱的假设，那就是基因之所以稳定，是因为它代表着一个有机的化学实体。
——Thomas Hunt Morgan（引自《基因论》）
明后天我和Crick将寄一篇短文给《自然》杂志，提出我们的（DNA）结构可能的模型，同时强调它的暂定特征和目前尚缺乏支持它的证据。即使错了，我认为也很重要，因为它提供由互补链组成一种结构的具体例子。如果这种模型正确，那么我想关于 DNA 以自我复制的方式，我们会做出些小贡献。
——James Watson，1953年3月12日给Max Delbrück的信
重组DNA方面的研究令人心烦意乱，并非由于现在人们所争论的危险性，而是因为所面对的事实让人们从根本上感到困惑，即控制星球生命的遗传手段能够如此轻易地被愚弄。
——Lewis Thomas，1997
Chapter 5 遗传物质的分子结构和性质
孟德尔证实生物的性状由基因决定，摩尔根和他的学生们提出基因在染色体上呈直线排列。但染色体由蛋白质和核酸两大类物质组成，究竟是蛋白质承担着基因的角色，还是核酸，或是蛋白质和核酸共同承担着这种角色？微生物遗传的研究对于确定核酸是遗传物质做出了很大贡献。
§5-1 核酸是遗传物质
一、肺炎球菌转化实验
肺炎球菌有许多不同的菌株，其中光滑型（S）能引起人的肺炎和小鼠的败血症，细菌细胞外有多糖类的胶状荚膜；粗糙型（R）不会引起疾病，细菌细胞外没有荚膜。1928年，英国卫生部病理实验室的Fred Griffith发现，将高温杀死的S型细菌和活的R型细菌一起注入小鼠体内，结果不仅有许多小鼠死于败血症，而且从死鼠血液中还发现了活的S型细菌。但无论是单独向小鼠体内注入高温杀死的S型细菌还是活的R型细菌，都不引起败血症。这表明，高温杀死的S型细菌使某些活的R型细菌转化成了S型细菌。这种现象称为肺炎球菌转化现象或格里菲斯（Griffith）现象。
但究竟是高温杀死的S型细菌细胞内的什么物质造成了这种转化现象呢？1944年，美国微生物学家Osward Avery等人从S型细菌中分别抽提出DNA、蛋白质和荚膜物质，并把每一种成分同活的R型细菌混合，悬浮于合成培养液中。结果发现只有DNA组分能够把R型细菌转变成S型细菌，而且DNA纯度越高，转化效率越高。这表明，一种类型细胞的DNA进入另一种类型细胞后，产生了稳定的可遗传变异，DNA赋有特定的遗传特性。
二、噬菌体侵染细菌实验
噬菌体T2由蛋白质外壳和DNA组成。当T2感染大肠杆菌时，其尾部吸附在菌体上，然后菌体内产生大量噬菌体，菌体裂解后，释放出大量与原来感染细菌一样的T2噬菌体。那么在这个过程中，进入菌体内的是蛋白质还是DNA呢？
为了回答这个问题，1952年，美国冷泉港卡内基遗传学实验室的Alfed Hershey和Martha Chase设计了如下实验：由于在构成蛋白质的氨基酸中，甲硫氨酸和半胱氨酸含有S，DNA中不含S，所以S只存在于T2噬菌体的蛋白质外壳中，相反，P主要存在于噬菌体细胞内DNA中。他们用放射性同位素35S标记蛋白质，32P标记DNA。为了分别获得标记上35S蛋白质和32P DNA的T2噬菌体，就将宿主菌（大肠杆菌）分别放在含35S和32P的培养基中培养一段时间，宿主菌在生长过程中就被35S或32P标记上了。然后用噬菌体去侵染被分别标记了相应放射性同位素的宿主菌，并在这些宿主菌中复制繁殖，宿主菌裂解释放出大量被标记了相应放射性同位素的T2噬菌体。然后用这两种被标记了的35S或32P T2噬菌体去侵染没有被标记的宿主菌，并测定宿主菌细胞不同部位的放射性同位素含量，被35S标记的噬菌体所侵染的宿主菌细胞内很少有放射性，大多数放射性出现在宿主菌细胞的外面，而被32P标记的噬菌体所侵染的宿主菌却是细胞外很少有放射性，大多数放射性出现在宿主菌细胞内。说明35S标记的噬菌体蛋白质外壳在感染宿主菌细胞后，并未进入宿主菌细胞内，进入细胞内的主要是DNA。表明只有DNA是联系噬菌体亲代和子代的遗传物质。
三、烟草花斑病毒重建实验
对病毒的研究逐渐深入以后，发现有很多种病毒不含DNA，而是有RNA和蛋白质组成，那么在这些病毒中，究竟什么是遗传物质呢？
1956年，Fraenkel Conrat所作的烟草花斑病毒重建实验回答了这个问题。烟草花斑病毒（TMV）是一种RNA病毒，它有圆桶状蛋白质外壳和沿其内壁盘绕的一条RNA单链组成。把TMV在水和苯酚中震荡，使其中的蛋白质和RNA分开，然后分别用来感染烟草发现，只用TMV的蛋白质无法感染烟草，而只用TMV的RNA却有少部分可以烟草被感染，病毒RNA进入烟叶细胞后进行复制增殖，生成正常的病毒子代。表明在病毒的上下代增殖过程中，决定病毒遗传性状的是RNA，即RNA是遗传物质。
因此我们得出结论：在有DNA的生物体内，DNA是遗传物质；在有RNA而没有DNA的生物体内，RNA是遗传物质。即核酸是遗传物质。
四、酸是遗传物质的间接证据
（一）细胞核中DNA的含量：在不同物种间一般有所差异，而在同种生物的不同细胞中含量却是一定的；同一物种体细胞DNA含量是性细胞的二倍。
（二）紫外线辐射与DNA的关系：导致生物变异的最佳紫外线波长是260nm，DNA的紫外吸收峰也是260nm。
（三）DNA是相对稳定的物质：一般不会由于动物的生理状况变化而变化，变性温度远高于蛋白质。
§5-2 核酸的分子结构
一、核酸的组成成分
核酸包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），它们是由许多单核苷酸经磷酸二酯键连接聚合成的链状结构。单核苷酸由1分子五碳糖、1分子碱基和1分子磷酸组成，其中五碳糖的1’碳位与碱基间形成的是1’-核苷键，磷酸与核苷间在五碳糖的5’碳位形成5’-磷酯键。组成DNA和RNA的三类物质中有两类有所不同：碱基组成不同（DNA是A、G、C、T，RNA是A、G、C、U），五碳糖不同（DNA是脱氧核糖，RNA是核糖）。见图′
二、DNA的分子结构
一级结构：就是4种脱氧核苷酸的连接及其排列顺序，表示了DNA分子的化学组成。见图
二级结构：是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所形成的双螺旋结构。分为两大类：右手螺旋（A-DNA、B-DNA、C-DNA等）和左手螺旋（Z-DNA）。见图
高级结构：是DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。超螺旋是DNA高级结构的主要形式，分为正超螺旋和负超螺旋两大类。见图
DNA双螺旋结构的生物学意义
四种碱基两两互补配对，保证了生物遗传信息的稳定性和复制的准确性。
两条互补链反向平行，是复制的结构基础和必要条件。
四种单核苷酸线性排列形成分子量巨大的DNA分子，保证了储存遗传信息的巨大潜能和发生多种变异的巨大可能性。
三、RNA的分子结构
少数病毒基因组由RNA组成，另外其它生物的蛋白质生物合成过程中也需要有多种RNA参与。RNA的结构简单，多数为单链，并可形成众多的链内互补双链区段，没有DNA稳定，也有一级结构、二级结构和高级结构。如tRNA的结构。
§5-3核酸的复制
DNA的自我复制
半保留复制：生物体内，在多种酶和因子的参与下，DNA分子解开双螺旋并进而解开双链，然后以每一条单链为模板，以四种活化的单核苷酸（核苷5’-三磷酸）为底物，按照碱基互补配对原则合成出与亲代DNA双链相同的两条子代DNA双链，在每条子代DNA双链中，一条单链来自亲代DNA分子，另一条单链式新合成的。所以称为半保留复制。
参与复制的酶和因子：DNA聚合酶：E.coli中有三种，分别为PolⅠ、PolⅡ、PolⅢ，PolⅢ是复制的主要酶，PolⅠ是连接冈崎片断和修复合成的主要酶，在真核生物中有α、β、γ、δ等几种，其中δ是前导链复制的主要酶，α是随从链复制的主要酶，β与损伤修复有关，γ负责线粒体内DNA复制。DNA连接酶：只能连接切刻，不能连接缺口。参与螺旋松弛和解链的酶：SSB：单链结合蛋白，螺旋降稳蛋白，结合于瞬时DNA单链上的酶。解链酶：解开DNA双链的酶。拓扑异构酶：包括TOPOⅠ和TOPOⅡ。引发酶和引发前体：DNA复制时，先由一类特殊的RNA聚合酶在DNA模板上合成一段带有3’-OH末端的RNA，这一过程称为引发，这种特殊的RNA聚合酶就叫引发酶，随从链的引物合成还需要引发前体的参与，形成引发体。DNA聚合酶作用条件：模板、引物、dNTP、Mg2+。
RNA的自我复制
有两种形式，+RNA-RNA+RNA在TMV 病毒、鸡新城疫病毒、猪甲型流感病毒、人艾滋病毒+RNAcDNA+RNARous肉瘤病毒、小鼠白血病病毒。
DNA的变性、复性与杂交
DNA有天然的规则双螺旋构型逐渐变成近似于不规则线状状态的过程称为变性。变性DNA在一定条件下又恢复到天然DNA构型的过程称为复性，也叫退火。变性的方法有加热变性和用变性剂（如尿素、甲酰胺等）变性两种
如果复性的两条单链的来源不同，形成的双链DNA就称为杂交分子，也叫异源双链DNA。硝酸纤维素滤膜能牢固地结合单链DNA，而不能结合双链DNA和单链RNA。
Southern印迹：是将电泳分离并经变性处理的DNA片段转移到一定的固相支持物上的过程，。Northern印迹：是将电泳分离并经变性处理的RNA片段转移到一定的固相支持物上的过程，Western印迹：是将电泳分离的蛋白质转移到一定的固相支持物上的过程，核酸原位杂交：特定标记的已知序列核酸作为探针与细胞或组织切片中核酸进行杂交来实现并对样品实行检测的方法。
复性的快慢以及复性的过程特征与DNA序列的复杂性有关。
PCR：英文全称为polymerase chain reaction，译为聚合酶链反应。它是利用生物体内DNA半保留复制和高温变性、降温退火的原理，在特定的离子环境下，以dNTP和成对的引物为底物，以双链DNA为模板，依赖于耐热DNA聚合酶的催化性质，通过连续的加热变性、降温退火的循环，体外大量扩增特异DNA片段的生物实验技术。
分子遗传标记方法RFLP、AFLP、RAPD、VNTR、SSLP

正如我们现在的医学理论和实践依赖于精通人类解剖学、生理学以及生物化学的知识那样，将来处理机病也需要对人类基因组的分子解剖学、生理学和生物化学的详细了解。我们将必须有熟悉染色体和基因分子解剖学的内科医生，就像心脏外科医生熟悉心脏和循环系统的结构和功能一样。
——Paul Berg，M．D．诺贝尔奖演说，1981
不做小的计划；它们无激动人心的魅力，而且也许不会实现。要做大的计划；目标宏伟、工作上游，须知一个壮丽而合理的蓝图一旦载入史册，将永不凋谢，即使我们离开人世间很久，它仍将显示其自身永生的价值。                                                        ——Daniel H．Burnham
人们经常问我：“为什么给基因定位？”原因很多，但其中三个更为突出。第一个原因与挑战有关。过去只是因为开始时不可克服的困难激发我们中许多人去开发人类基因组定位的方法。第二个动机是人们的审美需要。由于某种原因，把一熟知基因定位于正确的位置，我们获得了满足。然而，还有第三个：实用原因。我相信我们可以有把握地说：“基因定位对你有益”！
——Frank Ruddle（引自Reverse Genetics And Beyond．Am J Hum Genet 1984；36：944）
Chapter 6 基因与基因组
§6-1 基因的概念和结构
在20世纪，基因的概念随着遗传学的发展而不断地变换形式，扩大内涵；同时，随着对基因功能认识的深入，人们所知的基因种类也日益增多。
一、        基因概念的演变
孟德尔在解释豌豆杂交试验中每种性状的遗传行为时，用A代表红花，a代表白花，表明生物的某些性状是由遗传因子负责传递的，遗传下来的不是性状，而是遗传因子。孟德尔所说的遗传因子只代表决定某个性状遗传的抽象符号。
1909年，丹麦遗传学家约翰逊用“基因”来表述孟德尔的遗传因子，但此时的“基因”只是遗传因子的另一种符号而已，并没有提出基因的物质概念。
20世纪20年代以后，摩尔根对果蝇的研究表明，一条染色体上有很多基因，并将代表特定性状的特定基因第一次与特定染色体上的特定位置联系起来。从此基因不再是抽象的符号，而是在特定染色体上占有一定空间的实体，从而赋予了基因以物质的内涵。
早期的基因概念是把基因作为决定性状、突变和重组的最小单位。后来，这种“三位一体”的概念不断受到新发现的挑战。1957年，本泽尔（Seymour Benzer）以T4噬菌体为材料，在DNA水平上研究了基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistron）的概念。顺反子是一个遗传功能单位，一个顺反子决定一个多肽链，从这个意义上来说，顺反子就是基因的同义词。但一个顺反子同时还包括一系列突变单位——突变子，突变子是DNA中构成基因的一个或若干个核苷酸，由于基因内的突变子之间有一定距离，所以彼此之间能发生重组，重组频率与突变子之间的距离成正比，距离短重组频率低，距离长重组频率高，这样基因就有了第三个内涵——“重组子”，重组子代表一个空间单位，它有起点和终点，可以是若干个密码子的重组，也可以是单个核苷酸的互换，如果是后者，重组子也就是突变子。顺反子概念把基因具体化为DNA分子的一段序列，它负责传递遗传信息，是决定一条多肽链的完整功能单位，但有时可分的，组成顺反子的核苷酸可以独立发生突变和重组，而且基因与基因之间还有相互作用。基因排列位置的不同，会产生不同的效应。
1961年，法国遗传学家雅各布（F. Jacob）和莫诺（J. Monod）提出的大肠杆菌乳糖操纵子模型，又丰富了基因概念的内容，指出基因不仅是传递遗传信息的载体，同时又具有调控其他基因表达活性的功能。操纵子模型进一步丰富了基因概念，表明基因是可分的，这不仅体现在基因的结构上，而且在功能上也可以分为负责编码产生某种蛋白质分子的基因，以及负责调节其他基因功能的基因。
真核生物的基因组中很少发现操纵子，其结构基因一般是单独调控的，但真核生物中也有称为超基因的结构。超基因（super gene）是指作用于一种性状或一系列相关性状的几个紧密连锁的基因。一个祖先基因经过重复和变异而产生的一组基因，组成一个基因家族（gene family），基因家族中的各个成员可以聚集成簇也可以分散在不同染色体上，或者两者兼而有之。而功能相同或相关的许多基因聚集成簇，就形成了基因簇，如人的血红蛋白基因家族簇。
假基因（pseudo gene）具有与功能基因相似的序列，但由于有许多突变以致失去了原有的功能，所以假基因是没有功能的基因。
二、现代真核基因的结构
原核生物的基因结构绝大多数是连续的，即基因编码蛋白质的序列是不中断的。但是真核生物基因的编码序列是不连贯的，即在两个编码序列之间有一段不编码蛋白质的非编码序列。编码序列称为外显子（exon），非编码序列称为内含子（intron）。
基因转录产生的初级转录物包含了基因的全部序列，即外显子和内含子序列全都被转录，这种转录物是mRNA的前体（pre-mRNA），它在细胞核内很不稳定，称之为不均一核RNA（hnRNA）。在细胞核内会发生RNA剪接（splicing），将hnRNA中的内含子剪除，是外显子序列连接起来生成mRNA。剪接发生在外显子和内含子连接的碱基上，而且通常是高度保守的碱基序列上。
传统的基因概念把基因看作是互不沾染、单个分离的实体。可是在1973年美国哈佛大学的Weiner等人在研究一种RNA病毒时发现，两个基因在编码生成蛋白质时是从同一个起始点开始的。重叠基因（overlapping gene）是指两个基因共有一段重叠的核苷酸序列。1977年，Sanger等人测定了噬菌体ΦX174的核苷酸序列，也发现了重叠基因的存在。
基因绝大多数是固定在染色体的一个位置上，但有些基因在染色体上的位置是可以移动的，这类基因称为可动基因（mobile gene），也可称为转座元件或转座因子（transposable element）。
三、其他与基因相关的概念
癌基因（oncogene）是一类会引起细胞癌变的基因。其实癌基因有其正常的生物学功能，主要是刺激细胞正常的生长，以满足细胞更新的需要。只有当癌基因发生突变后，才会在没有接受到生长信号的情况下仍然不断地促使细胞生长或使细胞免于死亡，最后导致细胞癌变。癌基因分为两大类：一类是病毒癌基因，指反转录病毒的基因组中带有的可以使受病毒感染的宿主细胞发生癌变的基因；另一类是细胞癌基因，又称原癌基因，是指正常细胞基因组中，一旦发生突变或被异常激活后可使细胞发生恶性转化的基因。也就是说，在每一个正常细胞基因组里都带有原癌基因，但它不出现致癌活性，只是在发生突变或被异常激活后才变成具有致癌能力的癌基因。
抑癌基因是指正常细胞中的一些染色体上携带的抑制癌基因作用的基因。肿瘤的体细胞遗传学发现，将正常细胞系与肿瘤细胞系的细胞融合成为杂合细胞，这个杂合细胞保留了两个亲本细胞的整套基因组，结果发现杂合细胞的标行使正常的，表明致癌表型是隐性的。
染色体外基因有细菌中的质粒、真核生物的线粒体和叶绿体基因。质粒是许多细菌体内含有的除染色体外的大量小环状双链DNA分子。
§6-2 基因组的DNA序列组成
一、基因组
基因组（genome）1922年最早出现于遗传学文献中，是指单倍体细胞中所含的整套染色体，所以genome又被译作染色体组。近年来genome又被定义为整套染色体中所包含的全部基因。随着基因组计划的实施，人们发现基因组中不仅包含着整套基因的编码序列，同时还包含着大量非编码序列，即基因之间的序列，这些序列同样包含着遗传指令（genetic instruction），因此，基因组应该是整套染色体所包含的DNA分子以及DNA分子所携带的全部遗传指令。
二基因组DNA序列的分类

重复序列家族

§6-3 基因组研究
人类基因组研究

作图与基因定位

基因数目与基因克隆

基因组功能研究

另一种可能性是，每一个正常细胞中有一种特殊的排列可以抑制细胞分裂，只有当某种特殊刺激解除这种抑制后，细胞才能分裂。假定存在一些抑制分裂的确定的染色体，就和我的基本观点极其一致……如果那些“抑制性染色体”丢失将引起肿瘤细胞的无限增长……另一方面，假定还存在促进分裂的染色体，也可令人相信这个假设。据此假设，这些染色质部分的作用，通常很弱，当受到某种刺激加强时，细胞就发生分裂；由此可以推断恶性肿瘤细胞的快速无限增殖的趋势，是由于促进分裂的染色体的持久优势所致。                                                       　——Theodor Boveri，1911
Chapter 8 基因表达调控与发育
§8-1 真核生物的基因表达调控
§8-2 基因表达调控的分子机制
§8-3 细胞周期调控
§8-4 基因表达调控与发育




以往的经验表明，大自然经常通过其错误赋予我们机会，意外地洞察她的许多奥秘——否则它们将是一个封闭的领域。
——A．Loewy和Neuberg（引自Uber Cystinurie．Hoppe-Seyler＇s Physiol Chem 43：338～354，1904）
无论你在研究什么，如果你发现一个突变体，你的前景将会更乐观。                 ——匿名
Chapter 9 变异
变异是生物界中普遍存在的现象。生物性状的表现受遗传因素和环境因素共同作用。
变异包括不遗传变异和遗传变异。
不遗传变异是指由于环境因素导致的生物变异。在一定环境因素影响下，性状有时要延续若干世代，而当恢复到原有环境下又逐渐消失的不遗传变异称为长期饰变。
遗传变异是指由于生物个体的遗传组成或基因发生改变，从而导致生物性状发生改变的并且可以遗传下去的生物变异。它包括基因重组、染色体畸变和基因突变三个类型。有时又将染色体畸变和基因突变统称为突变。
§9-1 重组与转座
重组有狭义和广义之分。广义的重组是指由于自由组合或交换而在后代中出现新的基因组合的过程和结果。狭义的重组仅指由于基因的交换或重排而产生的重组。
重组的几种主要类型：
1、同源重组：同源大片段DNA序列之间的交换。包括真核生物减数分裂过程中的交互重组以及细菌转化过程中的单向重组（仅使受体发生重组，供体并未改变）。
2、转座重组：依赖于DNA的交错剪切和复制而不依赖于同源序列就发生的重组。
3、特殊重组：哺乳动物免疫球蛋白成熟过程中进行的涉及特定DNA序列（球蛋白各生物活性区基因片段）的剪切、修补、连接和插入的重组。
基因绝大多数是固定在染色体的特定位置，但有些基因在染色体上的位置是可以移动的，这类基因称为可动基因，或转座元件、转座因子等。转座是在转座酶的作用下，转座因子或是直接从原来位置上切离下来，然后插入染色体上新的位置；或是染色体上的DNA序列转录成RNA，RNA反转录产生的cDNA插入染色体上新的位置，也就使转座因子在基因组中的拷贝数增加一份的过程。转座因子既包含基因，也包含非编码成分。
§9-2 染色体畸变
染色体畸变：由于染色体的形态、结构和数量的改变将引起的基因在染色体和生物细胞中的固有关系，这种变异称为染色体畸变。它包括染色体结构变异和染色体数量变异。
染色体结构变异包括缺失、重复、倒位、易位四种。
缺失：染色体出现断裂并丢失染色体片段的染色体结构变异类型。包括顶端缺失和中间缺失。
重复：染色体自身的某一片段再一次在该染色体上出现的染色体结构变异类型。包括顺向重复和反向重复。
倒位：一条染色体中间出现两个断点，断裂后中间染色体片段经1800颠倒重接，该片段上基因序列与原顺序相反的一种染色体结构变异类型。
易位：两个（或两个以上）非同源染色体之间发生染色体片段转移的一种染色体结构变异类型。包括单向易位、相互易位和罗伯逊易位。
染色体结构变异包括染色体整倍变异和染色体非整倍变异。染色体整倍变异有单倍体、三倍体、四倍体、多倍体等；染色体非整倍变异有单体、缺体、三体等。
单体指体细胞核中某对同源染色体缺少一条的现象。用2n-1表示。
缺体指体细胞核中缺少一对同源染色体的现象。用2n-2表示。
三体指体细胞核中某对同源染色体多一条的现象。用2n+1表示。
§9-3 基因突变
广义的基因突变包括核基因突变、胞质基因突变和染色体畸变，狭义的基因突变仅指核基因突变、胞质基因突变。由于基因突变往往只是一个碱基的改变，所以又将其称为点突变。
突变的机理：
1、移码突变：由于DNA链中插入或缺失一个或几个碱基而引起三联体遗传密码译码改变的基因突变。
2、错义突变：由于DNA序列中个别碱基的替换而引起三联体遗传密码译码改变的基因突变。分为转换（用一个嘧啶碱基替换另一个嘧啶碱基或用一个嘌呤碱基替换另一个嘌呤碱基）和颠换（用一个嘧啶碱基替换一个嘌呤碱基或用一个嘌呤碱基替换另一个嘧啶碱基）两种类型。







几乎所有的人类疾病都具有家族性，即有患病亲属的个体的发病风险要高于无患病亲属的个体。
——J．H．Edwards(引自Familial Predisposition In Man．Br Med Bull 1969；25：58～64)
Chapter 10 群体基因结构与进化
§10-1 群体遗传学基础
一、群体遗传学基本概念
二、群体遗传平衡定律
三、群体遗传平衡定律的扩展
四、影响基因频率的因素
§10-2 数量遗传学基础
§10-3基因组的起源与进化
§10-4 分子进化
§10-5 进化学说

谢谢

我没看……太长了，飘过

有一些看不懂,但对我有帮助
谢谢啊

了解了