遗传物质漂变
A. 遗传学都讲什么
遗传学的基本内容
遗传学的研究范围包括遗传物质的本质、遗传物质的传递和遗传信息的实现三个方面。遗传物质的本质包括它的化学本质、它所包含的遗传信息、它的结构、组织和变化等;遗传物质的传递包括遗传物质的复制、染色体的行为、遗传规律和基因在群体中的数量变迁等;遗传信息的实现包括基因的原初功能、基因的相互作用,基因作用的调控以及个体发育中的基因的作用机制等。
遗传学中的亲子概念不限于父母子女或一个家族,还可以延伸到包括许多家族的群体,这是群体遗传学的研究对象。遗传学中的亲子概念还可以以细胞为单位,离体培养的细胞可以保持个体的一些遗传特性,如某些酶的有无等。对离体培养细胞的遗传学研究属于体细胞遗传学。遗传学中的亲子概念还可以扩充到DNA脱氧核糖核酸的复制甚至mRNA的转录,这些是分子遗传学研究的课题。
一个受精卵通过有丝分裂而产生无数具有相同遗传组成的子细胞,它们怎样分化成为不同的组织是一个遗传学课题,有关这方面的研究属于发生遗传学。由一个受精卵产生的免疫恬性细胞能够分别产生各种不同的抗体球蛋白,这也是遗传学的一个课题,它的研究属于免疫遗传学。
从噬菌体到人,生物界有基本一致的遗传和变异规律,所以遗传学原则上不以研究的生物对象划分学科分支。人类遗传学的划分是因为研究人的遗传学与人类的幸福密切相关,而系谱分析和双生儿法等又几乎只限于人类的遗传学研究。
微生物遗传学的划分是因为微生物与高等动植物的体制很不相同,因而必须采用特殊方法进行研究。此外,还有因生产意义而出现的以某一类或某一种生物命名的分支学科,如家禽遗传学、棉花遗传学、水稻遗传学等。
更多的遗传学分支学科是按照所研究的问题来划分的。例如,细胞遗传学是细胞学和遗传学的结合;发生遗传学所研究的是个体发育的遗传控制;行为遗传学研究的是行为的遗传基础;免疫遗传学研究的是免疫机制的遗传基础;辐射遗传学专门研究辐射的遗传学效应;药物遗传学则专门研究人对药物反应的遗传规律和物质基础,等等。
从群体角度进行遗传学研究的学科有群体遗传学、生态遗传学、数量遗传学、进化遗传学等。这些学科之间关系紧密,界线较难划分。群体遗传学常用数学方法研究群体中的基因的动态,研究基因突变、自然选择、群体大小、交配体制、迁移和漂变等因素对群体中的基因频率和基因平衡的影响;生态遗传学研究的是生物与生物,以及生物与环境相互适应或影响的遗传学基础,常把野外工作和实验室工作结合起来研究多态现象、拟态等,借以验证群体遗传学研究中得来的结论;进化遗传学的研究内容包括生命起源、遗传物质、遗传密码和遗传机构的演变以及物种形成的遗传基础等。物种形成的研究也和群体遗传学、生态遗传学有密切的关系。
从应用角度看,医学遗传学是人类遗传学的分支学科,它研究遗传性疾病的遗传规律和本质;临床遗传学则研究遗传病的诊断和预防;优生学则是遗传学原理在改良人类遗传素质中的应用。生统遗传学或数量遗传学的主要研究对象是数量性状,而农作物和家畜的经济性状多半是数量性状,因此它们是动植物育种的理论基础。
杂交是遗传学研究的最常用的手段之一,所以生活周期的长短和体形的大小是选择遗传学研究材料常要考虑的因素。昆虫中的果蝇、哺乳动物中的小鼠和种子植物中的拟南芥,便是由于生活周期短和体形小而常被用作遗传学研究的材料。大肠杆菌和它的噬菌体更是分子遗传学研究中的常用材料。
生物化学方法几乎为任何遗传学分支学科的研究所普遍采用,更为分子遗传学所必需。分子遗传学中的重组DNA技术或遗传工程技术已逐渐成为遗传学研究中的有力工具。
B. 哪些因素可改变生物的基因(遗传物质)
可以通过一些化学试剂如溴化乙锭,可以使用物理射线如紫外照射(这也是细菌基因育种的方法之一),可以通过杂交
C. 请问非孟德尔遗传,母系遗传,细胞质遗传三者是否可以等同
不可以
母系遗传和细胞质遗传可以等同,但两者都不遵循孟德尔遗传定律,孟德尔遗传定律是细胞核遗传
细胞质遗传是指叶绿体和线粒体中的遗传物质,独立遗传.(但受细胞核控制)
D. 适者生存自然选择的含义是什么怎样用人工的办法使遗传物质发生变异
自然选择(natural selection),语出《物种起源》(the Origin of Species),亦称“自然淘汰”.达尔文学说中进化过程的主要机制.是能导致种群在遗传特性上趋异的因素之一.由于对食物和空间的竞争,以及对捕食者的作用,可影响某一种群的组成,结果那些对周围发生有利变异的生物存活下来,不利变异的则被消灭.达尔文把这种生存斗争中,适者生存、不适者被淘汰的过程,叫做自然选择.经过长期的自然选择,微小的有利变异得到积累而成为显著的有利变异,从而产生了适应特定环境的生物新类型.自然选择的作用比遗传漂变大得多,自然选择在大小种群中都能成为它们进化性变化有效动力.自然选择是种群内所产生的经过遗传得来的变化.因为某些个体和其他个体留下更多的后代,许多世代以后,具有能使生物存活和留下更多后代的特征的基因,靠牺牲那些提供较少适应度的基因来增加其频率,只要环境中有足够的变异让不同的遗传品系去适应环境的不同部分,一个种群就能够对自然选择作出反应而分歧,这种对环境异质性充分协调的现象在所有有机体类型中,甚至在种群水平上,都是一种极其普遍的现象.
E. 进化中遗传物质变化
变异、自然选择和进化
1.遗传变异(基因型)有二种来源:突变是变异的主要来源;基因流(gene flue)和重组也是变异的直接来源。Stebbins(1971)认为突变包括基因突变或点突变和染色体突变。基因流表示居群间的基因交换(杂交产生),而重组带来了新的基因和等位基因,形成新的基因型,由不同个体带来,增加了居群的基因型。
染色体突变包括:多倍体、异倍体和结构变化(含片断丢失、增加、移位、倒位、交换、重复)。 结构变化不产生新基因,但形成重组、排列和连锁。
2.自然选择 进化发生于遗传的变异、突变、重组,但还需要有进化的外动力。这种外动力即自然选择。自然选择的结果是适应,是居群适应于环境。不同基因型对环境的适应结果不一。
环境提供了三种选择(Grant 1977):环境稳定,有利正常个体,淘汰了变异;环境非直接变化;环境大的变化产生了间断的选择,打破了居群形成新的生态型。
理论上,如果自然选择不存在,基因频率将保持稳定。 然而在每一代随机传送中基因频率会浮动。这样小的分离对居群影响很大,会产生不等的头尾。对大样本,头尾是平等的。对小样本遗传漂变大于自然选择。进化中的遗传漂变的重要性长久来是否定的,但无疑存在于自然界。
3.进化(演化)
进化是自然现象,从低级——>高级,简单——>复杂--->简单,水生——>陆生-->水生。已知进化的来源是遗传的变异,而进化的动力是自然的选择与适应。选择决定方向,而环境变化决定植物的演化。遗传与变异的统一是进化的动力。
进化的不同方式:(1)复式进化(全面进化),是有花植物的特点;(2)特征式进化(特异适应),是局部器官,如变态叶、叶状茎形成了辐射适应;平行、趋同也属这一类;(3)简式进化(退化),如寄生植物、单性花、单被花。
进化速度在不同类群相差很大,取决于不同的内外因。慢的如水杉、银杏;快的是真核细胞,如从原核——真核化了20亿年,而从真核——有花植物只有10亿年时间。
F. 表观遗传学是“后拉马克学说”吗
拉马克认为生物在新环境的直接影响下,习性改变,某些经常使用的器官发达增大,不经常使用的器官则逐渐退化(用进废退),并认为这样获得的后天性状可传给后代,生物体由此可逐渐演变.此外,他还认为适应是生物进化的主要过程.
长颈鹿脖子的用进废退进化
达 尔文认为遗传变异和自然选择决定物种由简单到复杂,由低等到高等的进化,并提出著名的物竞天择,适者生存的论断.他还认为遗传突变是生物进化的动力, 有利突变可在自然选择中被保存.这种进化论的着眼点是群体,遗传物质的多样性通过个体的遗传突变而扩增,进而能够更好地适应环境.
随着遗传物质的测序和中心法则的认识,越来越多的人相信达尔文进化论是科学的,个体意识能支配进化的拉马克主义只是谬论.物种漂变学说和中性进化都是达尔文主义的现代版,它们解释了遗传物质基因在物种进化中的演变.
随着科学的向前发展,有些生物现象不能够被达尔文学说解释.如空气中的污染物在没有改变基因的情况下如何影响DNA的表达,从而导致像肺气肿或肺癌之类的 疾病;某种疾病只发生在同卵双胞胎中的一位.这些现象排除了遗传物质变异的可能性,而生物特性却出现改变.表观遗传学是遗传物质之外的遗传因素,也是外界 环境与遗传物质之间的桥梁.在遗传物质没有改变的情况下,生物体的性状受到特定环境诱导而发生可遗传的变化.从性状遗传上看,表观遗传学是拉马克学说的延 续,生物体性状在物种繁衍过程中不断被继承.一些组装信息(如DNA甲基化和染色质构象变化等)可调控基因的表达水平,进而影响节遗传基因的功能和特性.
然而表观遗传学克服了生物体进化的唯意识论,因而不是简单的拉马克学说.不仅没有否认达尔文的进化论,它还作为这一理论的补充.生物体性状的强化或退化不 是生物体的意识决定的,而是受遗传物质和表达模式共同影响的.关于生物的进化,达尔文从遗传物质解释,而表观遗传学则从基因的表达模式上诠释.换句话说, 达尔文回答了人类是由古猿进化的,而表观遗传学则回答为什么一方水土养育一方人.
表观遗传记忆
基因的表达活性在一些地区长期受环境的影响;个体生存的环境能影响后代的生物学或生理学特征,但是在遗传过程中基因组却没有改变.一些研究表明,在家庭 中,祖父母遭受严重的食物短缺,子孙后代患心血管疾病和糖尿病的风险就会更大,表观遗传学中通过基因是否表达获取的记忆能解释这一点.但是截止到目前,还 没有一个清晰的机制能解释个体如何形成对可变因子(如营养)的记忆.
表观遗传学中甲基化对基因表达的作用
研究表明组蛋白甲基转移酶和去甲基酶对于组蛋白甲基化状态影响很大,比如H3K9特异性去甲基化酶Jhdm2a在激素受体介导的基因激活中扮演了重要角色.
G. 生物遗传学方面的例子
遗传学的研究范围包括遗传物质的本质、遗传物质的传递和遗传信息的实现三个方面。遗传物质的本质包括它的化学本质、它所包含的遗传信息、它的结构、组织和变化等;遗传物质的传递包括遗传物质的复制、染色体的行为、遗传规律和基因在群体中的数量变迁等;遗传信息的实现包括基因的原初功能、基因的相互作用,基因作用的调控以及个体发育中的基因的作用机制等。
遗传学学科分支
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遗传学中的亲子概念不限于父母子女或一个家族,还可以延伸到包括许多家族的群体,这是群体遗传学的研究对象。遗传学中的亲子概念还可以以细胞为单位,离体培养的细胞可以保持个体的一些遗传特性,如某些酶的有无等。对离体培养细胞的遗传学研究属于体细胞遗传学。遗传学中的亲子概念还可以扩充到DNA脱氧核糖核酸的复制甚至mRNA的转录,这些是分子遗传学研究的课题。
一个受精卵通过有丝分裂而产生无数具有相同遗传组成的子细胞,它们怎样分化成为不同的组织是一个遗传学课题,有关这方面的研究属于发生遗传学。由一个受精卵产生的免疫恬性细胞能够分别产生各种不同的抗体球蛋白,这也是遗传学的一个课题,它的研究属于免疫遗传学。
从噬菌体到人,生物界有基本一致的遗传和变异规律,所以遗传学原则上不以研究的生物对象划分学科分支。人类遗传学的划分是因为研究人的遗传学与人类的幸福密切相关,而系谱分析和双生儿法等又几乎只限于人类的遗传学研究。
微生物遗传学的划分是因为微生物与高等动植物的体制很不相同,因而必须采用特殊方法进行研究。此外,还有因生产意义而出现的以某一类或某一种生物命名的分支学科,如家禽遗传学、棉花遗传学、水稻遗传学等。
更多的遗传学分支学科是按照所研究的问题来划分的。例如,细胞遗传学是细胞学和遗传学的结合;发生遗传学所研究的是个体发育的遗传控制;行为遗传学研究的是行为的遗传基础;免疫遗传学研究的是免疫机制的遗传基础;辐射遗传学专门研究辐射的遗传学效应;药物遗传学则专门研究人对药物反应的遗传规律和物质基础,等等。
从群体角度进行遗传学研究的学科有群体遗传学、生态遗传学、数量遗传学、进化遗传学等。这些学科之间关系紧密,界线较难划分。群体遗传学常用数学方法研究群体中的基因的动态,研究基因突变、自然选择、群体大小、交配体制、迁移和漂变等因素对群体中的基因频率和基因平衡的影响;生态遗传学研究的是生物与生物,以及生物与环境相互适应或影响的遗传学基础,常把野外工作和实验室工作结合起来研究多态现象、拟态等,借以验证群体遗传学研究中得来的结论;进化遗传学的研究内容包括生命起源、遗传物质、遗传密码和遗传机构的演变以及物种形成的遗传基础等。物种形成的研究也和群体遗传学、生态遗传学有密切的关系。
从应用角度看,医学遗传学是人类遗传学的分支学科,它研究遗传性疾病的遗传规律和本质;临床遗传学则研究遗传病的诊断和预防;优生学则是遗传学原理在改良人类遗传素质中的应用。生统遗传学或数量遗传学的主要研究对象是数量性状,而农作物和家畜的经济性状多半是数量性状,因此它们是动植物育种的理论基础。
遗传学研究方法
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杂交是遗传学研究的最常用的手段之一,所以生活周期的长短和体形的大小是选择遗传学研究材料常要考虑的因素。昆虫中的果蝇、哺乳动物中的小鼠和种子植物中的拟南芥,便是由于生活周期短和体形小而常被用作遗传学研究的材料。大肠杆菌和它的噬菌体更是分子遗传学研究中的常用材料。
生物化学方法几乎为任何遗传学分支学科的研究所普遍采用,更为分子遗传学所必需。分子遗传学中的重组DNA技术或遗传工程技术已逐渐成为遗传学研究中的有力工具。
H. 细胞质遗传、母系遗传、以及体细胞遗传的区别和特点
细胞质遗传(cytoplasmic inheritance):细胞质内的基因,即细胞质基因所控制的遗传现象和遗传规律。特点及原因
(1)特点 细胞质遗传①母系遗传:不论正交还是反交,Fl性状总是受母本(卵细胞)细胞质基因控制;②杂交后代不出现一定的分离比。
(2)原因①受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞;②减数分裂时,细胞质中的遗传物质随机不均等分配。
母系遗传,是指两个具有相对性状的亲本杂交,不论正交或反交,子一代总是表现为母本性状的遗传现象。母系遗传属细胞质遗传。①母亲将她的mtDNA传递给儿子和女儿,但只有女儿能将其mtDNA传递给下一代;
②人的细胞里通常有上千个mtDNA拷贝,在突变体和正常mtDNA共存的细胞中,mtDNA在细胞的复制和分离过程中发生遗传漂变,可导致子细胞出现三种基因型:纯合的突变体mtDNA、纯合的正常mtDNA、突变体和正常的mtDNA的杂合。
染色体基因或细胞核的转移把遗传物质引入某种生物的细胞是体细胞遗传学研究中的常用手段。外源遗传物质直接转化受体细胞的效率不高。把待转移的遗传物质用病毒、血影细胞、微细胞、脂质体等装载后则能提高引入受体细胞的效率。此外,也可以用极细的玻璃管把 DNA直接注射到受体细胞的细胞核中。对于除去细胞壁后的植物细胞的原生质体来讲,也可以用上述种种方法引入DNA分子、噬菌体颗粒和细胞器等。 除了转移染色体或染色体片段以外,有时需要转移整个细胞核,显微注射也是转移细胞核的常用方法。
应用——应用细胞融合、染色体鉴定、生化鉴定、免疫学鉴定等技术,已经建立了许多种基因定位方法,使人的基因定位的研究取得了快速的进展。例如,可利用中国仓鼠的细胞和人的体细胞融合的杂种细胞在传代培养过程中不断排斥人的染色体的现象来进行基因定位:如发现杂种细胞中人的9号染色体被排斥后便失去ABO血型抗原,就可以确定ABO血型抗原基因是在9号染色体上等。研究肿瘤细胞融合形成的杂种细胞的致瘤性的变化可以为了解正常细胞的癌化和肿瘤细胞的逆转提供重要的线索。体细胞遗传学方法还可应用于肿瘤(例如着色性干皮病)发生机理的研究(见DNA损伤修复、互补作用)。另外,体细胞培养的方法还可应用于人类遗传性疾病的预防(见染色体病、先天性代谢缺陷)。
遗传物质引入受体细胞后,分析外源基因在受体细胞中是否表达以及了解基因表达时所需的条件是研究真核细胞基因调控的有效途径。此外,研究细胞核和细胞质之间的相互关系以及细胞质对核基因表达的作用,也都是体细胞遗传学研究的重要内容。
I. 生物基因的遗传漂变速率一般是多少(每百万年百分之几)
碱基对变化率相对固定,性状变化率越高等生物越低
因为高等动物的遗传物质更复杂,有更多的无用的碱基