第二章孟德爾定律Chapter2Mendel’sLawsThisisareviewchapterthatyouneedtoreviewonyourown.第二章孟德爾定律Chapter2Mendel’s§1-1LawofSegregationGregorJ.Mendel1822-1884§1-1LawofSegregationGregorWhywasMendelsuccessful?選材（Choseagoodgeneticorganism）:

shortlifecycle(生活周期短);largeprogeny(大量的后代);Severalvariablecharacterswithtwodiscretetraits(許多穩(wěn)定的、易于區(qū)分的性狀）,

easytoscore(yelloworgreen)Selffertilize(自花受粉),canproducepurelines(純系)cancrossfertilize(雜交)

量化結(jié)果（Quantifiedresults）.WhywasMendelsuccessful?選材（CPeas(PisumsativumL.)

canselffertilize.胚珠柱頭花粉囊子房龍骨瓣P(guān)eas(PisumsativumL.)canselPeas(PisumsativumL.)

cancrossfertilize.Peas(PisumsativumL.)cancro孟德爾實(shí)驗(yàn)及其分析

孟德爾實(shí)驗(yàn)及其分離定律的歸納孟德爾分析的關(guān)鍵性名詞概念孟德爾實(shí)驗(yàn)及其分析孟德爾實(shí)驗(yàn)及其分離定律的歸納Mendelchoseseventraitstostudy.Traitontheleftisdominant（顯性）.Traitontherightisrecessive（隱性）.MendelchoseseventraitstosThefirstexperiment:monohybridcrossPurebreedinground×Purebreedingwrinkled♀♂Hybridsallround(roundisdominant;wrinkledisrecessive)Roundpeaswrinkledpeas5,4741,850ParentalGeneration(P)FirstFilialGeneration(F1)SecondFilialGeneration(F2)WrinkledreappearsinF2,unchangedinphenotypeandbreedingbehavior.Ratioofround:wrinkled3:1.Allwrinkledwrinkled

round(3:1)Thefirstexperiment:monohybr5,474roundpeasGrow565intoplantsallowtoselffertilize（自交）193plantsproduced372plantsproducedonlyroundpeasroundandwrinkledpeasRatioofF2plantsproducing(onlyround):(roundandwrinkledF3progeny)is1:2.Therefore3:1phenotypicratiois1:2:1ratiobasedonbreedingbehavior(purebreedinground:hybrids:purebreedingwrinkled.ThirdFilialGeneration(F3)5,474roundpeas193plantspro豌豆的性狀：種子：圓?；虬櫩s種子顏色：黃色或綠色成熟豆夾的形態(tài)：飽滿或壓縮未成熟豆夾的顏色：綠色或黃色花的顏色：紫花或白花花著生的位置：枝腋生或枝頂生莖的長(zhǎng)度：高莖(9-18英吋)或矮莖(6-7英呎)豌豆的性狀：孟德爾推斷(Mendel’sInferences)中的三原則1.

單位性狀原則：一個(gè)遺傳因子（hereditaryfactor）決定一個(gè)性狀。2.

顯隱性原則：決定相對(duì)性狀的遺傳因子在一起的時(shí)候，有顯性和隱性的區(qū)別。3.

分離原則：遺傳因子在體細(xì)胞里成雙存在，形成配子時(shí)成對(duì)遺傳因子分離，因此遺傳因子在生殖細(xì)胞里成單存在，受精以后又恢復(fù)到成雙狀態(tài)。由于分離和顯隱性的關(guān)系，在豌豆雜交的子一代中得到3:1的比例。孟德爾推斷(Mendel’sInferences)中的三原HowdidMendelexplainthe3:1and1:2:1ratios?HowdidMendelexplainthe3:1Howtotesthisinferences?測(cè)交TestCross:Breedingahomozygousrecessivewithadominantphenotype(unknowngenotype)candetermineanunknownallele.Howtotesthisinferences?測(cè)交TMendel’sFirstConclusion:

分離定律（LawofSegregation）Allallelepairsrandomlysegregateduringgameteformation（配子形成過程中等位基因隨機(jī)分離）Pairedconditionrestoredwithfusion(fertilization)（成對(duì)基因在受精后得到恢復(fù)）Aaa1:1AMendel’sFirstConclusion:

分離定實(shí)現(xiàn)孟德爾分離比的條件：1.F1代個(gè)體形成的♀♂配子數(shù)目相等，生活力相同；2.♀♂配子結(jié)合的機(jī)會(huì)是相等的；3.到觀察時(shí)，F(xiàn)2代3種基因型個(gè)體的存活率相等；4.顯性是完全的；5.F2應(yīng)有足夠的個(gè)體。實(shí)現(xiàn)孟德爾分離比的條件：1.F1代個(gè)體形成的♀♂配子數(shù)目相孟德爾規(guī)律走在了時(shí)代的前面孟德爾時(shí)代的生物學(xué)水平對(duì)受精現(xiàn)象沒有肯定下來(lái)，細(xì)胞的減數(shù)分裂還沒有發(fā)現(xiàn)，還不知道什么東西在體細(xì)胞里成雙存在，在性細(xì)胞里成單存在，孟德爾走在了其時(shí)代的前面。孟德爾曾把他的論文送給當(dāng)時(shí)歐洲有名望的植物學(xué)家，但他們不置可否。孟德爾規(guī)律走在了時(shí)代的前面孟德爾時(shí)代的生物學(xué)水平對(duì)受精現(xiàn)象沒BasicTerminology性狀(Character):isafeaturethatisheritable.生物表現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)特征和生理生化特征.基因(gene):apartofachromosomewhichdeterminesacertaintrait.基因座(locus):Locationonachromosomeofgene表示在給定的一條染色體上的一個(gè)基因的位置。等位基因(allele):Analternativeformofagene表示在一個(gè)給定基因座內(nèi)一個(gè)基因的替代形式(一個(gè)或多個(gè)形式)。顯性基因(dominantgene):ageneallelewhichisalwaysexpressedwhenitispresent,regardlessofwhetheritishomozygousorheterozygous.隱性基因(recessivegene):ageneallelewhichisnotexpressedifitisintheheterozygousstate.BasicTerminology性狀(Character)基因型(genotype):thegeneticmakeupofanorganism一個(gè)生物體的全部基因組成，可以指一個(gè)基因座，也可以指限制性的若干基因座.表現(xiàn)型(phenotype):指一個(gè)生物體能夠被觀察到的總體特征，是基因型和環(huán)境因素相互作用下的可見結(jié)果。純合體(homozygous):apairofalleleswhichareidentical某個(gè)體在一個(gè)給定的基因座上具有兩個(gè)相同的等位基因雜合體(heterozygous):asinglepairofalleleswhichareunlikeeachother某個(gè)體在其一個(gè)給定的基因座上具有兩個(gè)不同的等位基因雜交（hybrid）:offspringresultingfromcrossbreedingtwotruebreedinglines.測(cè)交（testcross):Breedingahomozygousrecessivewithadominantphenotype(unknowngenotype).P–Truebreedingparentgeneration;F1–First“filial”generation;F2–Second“filial”generation.基因型(genotype):thegeneticmak§1-2LawofIndependentAssortment一、孟德爾的雙因子雜交試驗(yàn)二、自由組合定律的歸納及其擴(kuò)展三、孟德爾學(xué)說的核心四、人類簡(jiǎn)單孟德爾遺傳五、豌豆皺縮性狀的分子機(jī)制§1-2LawofIndependentAssorDihybridcrossesR/R;Y/Y(round,yellow)r/r;y/y(wrinkled,green)R;Yr;yParentalcombinationRecombinationDihybridcrossesR/R;Y/Yr/r;yTwohypotheses:

dependentorindependentassortment（自由分離）9:3:3:1RATIOTwohypotheses:dependentoriWecanuseaPunnettSquaretoshowthataselfcrossofdihybridsproducinggametesina1:1:1:1willgeneratea9:3:3:1phenotypicratio.RRYYround,yellowRRyYround,yellowrRYYround,yellowrRyYround,yellowRRYyround,yellowRRyyround,greenrRYyround,yellowrRyyround,greenRrYYround,yellowRryYround,yellowrrYYwrinkled,yellowrryYwrinkled,yellowRrYyround,yellowRryyround,greenrrYywrinkled,yellowrryywrinkled,greenfemalegameteRYRyrYryRYRyrYrymalegameteWecanuseaPunnettSquaretoMendel’sSecondConclusion:

自由組合定律（LawofIndependentAssortment）形成配子時(shí)，同一對(duì)等位基因發(fā)生分離，不同對(duì)的基因自由組合。AaBbABAbaBab1:11:1:Mendel’sSecondConclusion:

自由parentsRrYyrryygametesRY,Ry,rY,ryryprogenyRrYyRryyrrYyrryy?RY

yellow,round?Ry

green,round?rY

yellow,wrinkled?ry

green,wrinkled測(cè)交驗(yàn)證（DihybridTestCross）TestCrosswithmultipletraits:Sameaswithonetrait!thetestcrossisRrYy×rryyparentsRrYyrryygametesRY,Ry,二、自由組合定律的歸納及其擴(kuò)展一般情況下：F1

配子分離比為1:1:1:1F2表型分離比為（3:1）2，即（3/4＋1/4）2

二項(xiàng)式展開的各項(xiàng)系數(shù)二、自由組合定律的歸納及其擴(kuò)展一般情況下：表2-4雜交所包括的基因?qū)?shù)及基因型和表型雜交中包括的基因?qū)?shù)顯性完全時(shí)F2的表型數(shù)F1雜種形成的配子數(shù)F1配子的可能組合數(shù)F2的基因型數(shù)分離比1234…24816…24816…41664256…392781…(3/4+1/4)1(3/4+1/4)2(3/4+1/4)3(3/4+1/4)4…n2n

2n

4n3n(3/4+1/4)n表2-4雜交所包括的基因?qū)?shù)及基因型和表型雜交中包括的基三、孟德爾學(xué)說的核心顆粒遺傳（particulateinheritance)每一個(gè)遺傳因子是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能單位；因子的純潔性；因子的等位性。-----------------孟德爾遺傳的精髓三、孟德爾學(xué)說的核心顆粒遺傳（particulateinh1902年，英國(guó)Garrod醫(yī)生認(rèn)為黑尿酸癥是常染色體隱性遺傳?。?903年，人類家族性A1型短指（趾）癥是常染色體顯性遺傳病；1908年發(fā)現(xiàn)ABO血型是常染色體單基因遺傳性狀；至1991年，發(fā)現(xiàn)的人類單基因遺傳性狀達(dá)4325個(gè)。四、人類簡(jiǎn)單孟德爾遺傳1902年，英國(guó)Garrod醫(yī)生認(rèn)為黑尿酸癥是常染色體隱性遺雀斑雀斑第2章孟德爾定律課件徐道覺最先報(bào)道了折疊舌性狀抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利后，浙江大學(xué)由貴州遷回杭州。在一次遺傳學(xué)課上，徐道覺介紹卷舌性狀，一位錢姓女生舉手發(fā)言，告訴大家她的舌頭不僅會(huì)卷，還會(huì)向上折疊，并做了表演。徐道覺以此為線索進(jìn)行了調(diào)查研究，發(fā)表了兩篇論文報(bào)道了這個(gè)性狀。HsuT.C.Tongueupfolding:Anewlyreportedheritablecharacterinman.Journalofheredity,1948,39:186~188.LiuT.T.,HsuT.C.Tongue-foldingandtongue-rollinginasampleoftheChinesepopulation.Journalofheredity,1949,40:19~20.徐道覺最先報(bào)道了折疊舌性狀抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利后，浙江大學(xué)由貴州遷回第2章孟德爾定律課件人類常染色體遺傳病常染色體單基因顯性遺傳病人類家族性A1型短指（趾）癥、軟骨發(fā)育不全、高膽固醇血癥、神經(jīng)纖維瘤、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤、Huntington舞蹈病等常染色體單基因隱性遺傳病黑尿酸癥、白化病、苯丙酮尿癥、半乳糖血癥、鐮刀形細(xì)胞貧血癥等人類常染色體遺傳病常染色體單基因顯性遺傳病人類家族性A1型短指（趾）癥人類家族性A1型短指（趾）癥A1型短指（趾）癥：1903年，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士畢業(yè)生法拉比（Farabee）首次在其畢業(yè)論文中報(bào)道，即世界上第一例孟德爾常染色體顯性遺傳病，以后作為遺傳學(xué)的經(jīng)典例子被全世界的生物學(xué)和遺傳學(xué)教材廣泛引用。上海交大賀林實(shí)驗(yàn)室利用布依族、苗族和漢族的三個(gè)A1型短指（趾）癥大家系，對(duì)該病的致病基因進(jìn)行了定位（定位于2q35-36區(qū)）、克隆，首次發(fā)現(xiàn)人IHH基因和該基因上的三個(gè)突變位點(diǎn)是導(dǎo)致A1型短指（趾）癥的直接原因。人類家族性A1型短指（趾）癥A1型短指（趾）癥：1903年，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士畢業(yè)生法拉第2章孟德爾定律課件上海交大賀林克隆了人類家族性A1型短指（趾）癥基因XinpingYang,ChaowenShe,JingzhiGuo,etal.ALocusforBrachydactylyTypeA-1MapstoChromosome2q35-q36.TheAmericanJournalofHumanGenetics,66(3):892-903(March2000)BoGao,JingzhiGuo,ChaowenShe,etal.MutationsinIHH,encodingIndianhedgehog,causebrachydactylytypeA-1.NatureGenetics28,386-388(16July2001)BoGao,JianxinHu,SigmarStricker,etal.AmutationinIhhthatcausesdigitabnormalitiesaltersitssignallingcapacityandrange.Nature458,(2009)高波和胡建新等.《IHH基因點(diǎn)突變通過改變IHH蛋白信號(hào)能力和信號(hào)距離導(dǎo)致指(趾)畸形》nature，2009年3月揭示了A-1型短指（趾）癥致病機(jī)理.上海交大賀林克隆了人類家族性A1型短指（趾）癥基因Xinpi五、豌豆皺縮性狀的分子機(jī)制Bhattacharyya,M.K.,Smith,A.M.,NoelEllis,T.H.,Hedley,C.andMartin,C.Thewrinkled-seedcharacterofpeadescribedbyMendeliscausedbyatransposon-likeinsertioninageneencodingstarch-branchingenzyme.Cell,1990,6:115-122.Lester,D.R.,Ross,

J.J.,Davies,P.J.andReid,J.B.Mendel’sstemlength(Le)encodesagibberellin(赤霉素)3beta-hydroxylase.PlantCell,1997,9:1435-1443.五、豌豆皺縮性狀的分子機(jī)制Bhattacharyya,M.豌豆圓粒(RR)和皺粒(rr)在淀粉含量和性質(zhì)上存在差異。1903年，R.P.Gregory發(fā)現(xiàn)，RR豌豆種子淀粉粒數(shù)目多、大且單一；而rr種子淀粉粒數(shù)目少、小且多角。RR種子淀粉的含量比rr的高，并且支鏈淀粉與直鏈淀粉的比例也要高(greenwood&Thomson,1962).rr種子可溶性蔗糖的含量高于RR種子。以上證據(jù)表明，rr種子的淀粉合成受到了阻礙(Smith,1988)。rr種子淀粉合成量減少，且直鏈淀粉轉(zhuǎn)變成支鏈淀粉的過程受阻，細(xì)胞中游離的葡萄糖和蔗糖含量升高，滲透壓增高，細(xì)胞吸收的水分多，因而在種子發(fā)育早期，種子吸水膨脹；干燥時(shí)，種子收縮，于是產(chǎn)生皺縮的表型。1988年，英國(guó)JohnInnes研究所的Smith等發(fā)現(xiàn)淀粉分支酶Ⅰ(SBE1,isoform1ofstarch-branchingenzyme)的活性在確定rr種子淀粉含量方面起重要作用，淀粉分支酶Ⅰ是催化直鏈淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)橹ф湹矸鄣囊环N酶。豌豆圓粒(RR)和皺粒(rr)在淀粉含量和性質(zhì)上存在差異。1989年，巴塔卡雅(M.K.

Bhattacharyya)和Smith等克隆了編碼淀粉分支酶Ⅰ(SBE1)的DNA片段，并確證它位于r位點(diǎn)。RRmRNASBE1蛋白DNA5'3'SBE1基因3.3KbrrDNA5'3'SBE1基因4.1KbmRNASBE1蛋白(缺失了最后61個(gè)氨基酸)0.8Kbr基因是在R基因靠近3′端插入了一個(gè)0.8kb的類轉(zhuǎn)座子(transposon-like)Ips-r，Ips-r的兩個(gè)末端為12bp的倒轉(zhuǎn)重復(fù)序列：TAGGGGTGGCAAATCCCCACCGTT。在類轉(zhuǎn)座子的兩個(gè)側(cè)翼為8bp的正向重復(fù)序列：AGTAGAATTCATCTTA1989年，巴塔卡雅(M.K.BhattacharyyaEfficientformofStarchBranchingEnzymeinEarlyDevelopmentInefficientformofStarchBranchingEnzymeinEarlydevelopmentEnzyme+substrateEnzyme+substrateHighStarchOutput(moreamylopectinthanamylose)LowStarchOutput(moreamylosethanamylopectin)RRrrLowSucroseContentHighSucroseContentGranuleslargeandkidneybeanshapedGranulessmallandfissured(sanddollar-like)HighOsmoticPotentialNormalOsmoticPotentialNormalWaterContentWaterAccumulatesAlteredMetabolismLateinSeedDevelopmentOtherStarchProducingEnzymesStimulatedSeedRemainsPlumpDuringDehydrationSeedShrivelsEasilyduringDehydrationRoundPhenotypeWrinkledPhenotypeFigure1.TheinfluenceofRandrallelesonphenotype.AKAWhydoMendel’sPeasWrinkle?ReadBhattacharyyaet.al.,1990.有效的淀粉分支酶同工酶無(wú)效的淀粉分支酶同工酶支鏈淀粉直鏈淀粉高糖-高滲透壓-水分降低EfficientformofStarchBranc在玉米、大麥等其它植物中也發(fā)現(xiàn)了皺縮表型，其皺縮性狀的產(chǎn)生機(jī)理與豌豆類似。r座位上SBE1的克隆有助于理解顯性和隱性的實(shí)質(zhì)：顯性基因和隱性基因是類似的DNA片段；顯性基因一般形成有功能的酶，當(dāng)它發(fā)生突變，例如其中插入另一段DNA，那么它就不能正常行使功能而成為隱性基因；隱性基因形成的酶可能是異常的，或者根本不能形成有功能的蛋白質(zhì)。在玉米、大麥等其它植物中也發(fā)現(xiàn)了皺縮表型，其皺縮性狀的產(chǎn)生機(jī)豌豆皺皮基因的克隆是正向遺傳學(xué)的典范經(jīng)典的正向遺傳學(xué)是通過雜交等手段研究品種表型的變化、并推測(cè)遺傳基因的組成和傳遞規(guī)律，其認(rèn)知路線是由表及里。反向遺傳學(xué)是在已知基因序列的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代生物理論與技術(shù)，通過核苷酸序列的突變、插入等手段創(chuàng)造突變體并研究其表型效應(yīng)，分析鑒定基因的功能。反向遺傳學(xué)的認(rèn)知路線是由里及表，即直接從生物的遺傳物質(zhì)入手來(lái)研究基因的生物學(xué)功能。豌豆皺皮基因的克隆是正向遺傳學(xué)的典范經(jīng)典的正向遺傳學(xué)是通過雜§1-3遺傳學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理一、兩個(gè)重要的概率法則二、分支法計(jì)算遺傳比率三、適合度測(cè)驗(yàn)§1-3遺傳學(xué)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理一、兩個(gè)重要的概率法則乘法法則TheProductrule(theANDrule):Theprobabilityoftwoindependentoutcomesoccurringsimultaneouslyistheproductoftheirindividualprobabilities.加法法則TheSumrule(theORrule):Theprobabilityoftwomutuallyexclusiveoutcomesoccurringisthesumoftheirindividualprobabilities.Twoimportantprobabilityrules乘法法則TheProductrule(theANButwecanusetheproductrule（乘法法則）Theprobabilityofgettinground,yellowpeasistheprobabilityofgettingroundpeasANDtheprobabilityofgettingyellowpeas.(3/4)(3/4)=9/16Theprobabilityofgettinground,greenpeasistheprobabilityofgettingroundpeasANDtheprobabilityofgettinggreenpeas.(3/4)(1/4)=3/16Theprobabilityofgettingwrinkled,yellowpeasistheprobabilityofgettingwrinkledpeasANDtheprobabilityofgettingyellowpeas.(1/4)(3/4)=3/16Theprobabilityofgettingwrinkled,greenpeasistheprobabilityofgettingwrinkledpeasANDtheprobabilityofgettinggreenpeas.(1/4)(1/4)=1/16Butwecanusetheproductrul二、分支法(BranchingPathway)計(jì)算遺傳比率:F1genotype＝RrYyF1phenotype＝Allyellow,roundF2generation:F2phenotypicratioforRr×Rr3/4R_1/4rrF2phenotypicratioforYy×Yy1/4yy3/4Y_CombinedF2ratios3/16rrY_＝y(tǒng)ellow,wrinkled3/16R_yy＝green,round9/16R_Y_＝y(tǒng)ellow,round1/16rryy＝green,wrinkled1/4yy3/4Y_二、分支法(BranchingPathway)計(jì)算遺傳比率F2generation:F2genotypicratioforRr×Rr1/4RR1/4rrF2genotypicratioforYy×YyCombinedF2ratios2/4Rr1/4YY2/4Yy1/4yy1/4YY2/4Yy1/4yy1/16RRYY1/4YY2/4Yy1/4yy2/16RRYy1/16RRyy2/16RrYY4/16RrYy1/16Rryy1/16rrYY1/16rrYy1/16rryyF2generation:F2genotypicratAa1/4CC2/4Cc1/4cc1/2Bb1/2bb1/4CC2/4Cc1/4cc1/8AaBbCC2/8AaBbCc1/8AaBbcc1/8AabbCC2/8AabbCc1/8Aabbcc三對(duì)基因的分離：AAbbCc×aaBbCc基因型分離比的計(jì)算：AA×aabb×BbCc×CcAa1/4CC2/4Cc1/4cc1/2Bb1/2A_3/4C_1/4cc1/2B_1/2bb3/8A_B_C_1/8A_B_cc3/8A_bbC_1/8A_bbcc三對(duì)基因的分離：AAbbCc×aaBbCc表現(xiàn)型分離比的計(jì)算：AA×aabb×BbCc×Cc3/4C_1/4ccA_3/4C_1/4cc1/2B_1/2bb3/8四、卡方測(cè)驗(yàn)(Chisquaretest)

測(cè)驗(yàn)觀測(cè)比例與理論比例是否相符合的定義：

E：理論值(expectedfrequency)O：觀測(cè)值(observedfrequency)四、卡方測(cè)驗(yàn)(Chisquaretest)測(cè)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)的步驟P41頁(yè)數(shù)據(jù)：1.計(jì)算每一類的理論值2.計(jì)算卡方值：3.確定自由度：df＝n－1＝4－1＝34.估計(jì)P（probability）值：

P＝CHIDIST(32.40，3)＝4.30997E-075.統(tǒng)計(jì)結(jié)論：α＝0.05；α＝0.01P<0.05觀測(cè)值和理論比例存在顯著差異P>0.05觀測(cè)值和理論比例沒有差異

P<0.01觀測(cè)值和理論值存在極顯著差異測(cè)驗(yàn)的步驟P41頁(yè)數(shù)據(jù)：1.計(jì)算每一類的理論