现代遗传学——前沿与启迪

目录 第1章 绪论 1 科学无酣，科学家有祖国 1 引言 2 1.1 遗传学的诞生 3 1.1.1 人类认识遗传学的过程 4 1.1.2 教堂花园里的传教士孟德尔 5 1.1.3 孟德尔理论的重新发现 7 1.1.4 分子生物学的中心法则 12 1.2 遗传学的发展 13 1.2.1 模式生物 13 1.2.2 遗传分析工具 14 1.3 遗传学的今天 16 1.3.1 从经典遗传学到医学基因组学 16 1.3.2 突变研究和疾病风险 20 1.3.3 现代遗传学在农业生产中的应用 23 1.3.4 现代人类的进化 29 1.4 社会遗传学 31 总结 32 练习题 32 第2章 孟德尔遗传 35 揭秘百年遗传之谜 35 引言 36 2.1 单基因遗传模式 38 2.1.1 孟德尔的开创性实验 38 2.1.2 孟德尔分离定律 42 2.2 单基因遗传模式的染色体基础 44 2.2.1 二倍体中的单基因遗传 44 2.2.2 单倍体中的单基因遗传 47 2.3 孟德尔遗传模式的分子基础 49 2.3.1 等位基因之间分子结构的不同 49 2.3.2 基因传递的分子基础 50 现代遗传学一前沿与启迪 2.3.3 分子水平的有丝分裂和减数分裂 50 2.3.4 染色体在分子水平的分离证明 52 2.3.5 染色体水平的等位基因 53 2.3.6 显性与隐性 55 2.4 一些由观察分离率异常而发现的基因 55 2.4.1 花颜色形成中的基因活性 56 2.4.2 与果蝇翅膀形成有关的基因 57 2.4.3 与真菌菌丝分支形成有关的基因 58 2.4.4 通过应用单基因遗传的原理来推测后代占比或亲本基因型 59 2.5 与性别有关的单基因遗传规律 59 2.5.1 性染色体 59 2.5.2 性连锁的遗传模式 60 2.5.3 X连锁遗传 62 2.6 人类家系分析 65 2.6.1 常染色体隐性疾病 65 2.6.2 常染色体显性疾病 69 2.6.3 常染色体多态性基因 72 2.6.4 X连锁的隐性疾病 73 2.6.5 X连锁的显性疾病 74 2.6.6 Y连锁遗传 75 2.6.7 家系分析中计算患病风险 76 总结 77 练习题 79 第3章 基因的自由组合 95 杂交水稻之父——袁隆平 95 引言 97 3.1 孟德尔的自由组合定律 98 3.2 基因的分离和自由组合的普适性 100 3.3 自由组合定律的应用 103 3.3.1 预测后代表型比例 103 3.3.2 用卡方检验分析单因子杂交和双因子杂交的比值 105 3.3.3 合成纯系 108 3.3.4 杂种优势 110 3.4 自由组合的染色体基础 111 3.4.1 二倍体生物中的自由组合 112 3.4.2 单倍体生物中的自由组合 112 3.4.3 常染色体与性连锁相结合的自由组合 116 3.4.4 重组 116 3.5 多基因遗传 120 3.6 细胞器基因：独立于核基因的遗传模式 123 3.6.1 细胞器遗传模式 125 3.6.2 细胞质的分离 126 3.6.3 人类的细胞质突变 129 3.6.4 mtDNA进化研究 129 总结 131 练习题 132 第4章 真核生物染色体重组与作图 147 中国现代遗传学教育的奠基人一谈家桢 147 引言 148 4.1 连锁分析 149 4.1.1 利用重组率识别连锁 149 4.1.2 连锁的基因如何交换产生重组 151 4.1.3 连锁的符号和术语 152 4.1.4 交换是断裂-重接过程的证据 153 4.1.5 在4条染色单体阶段发生交换的证据 153 4.1.6 多重交换可以发生在两条以上的染色单体之间 154 4.2 重组率作图 155 4.2.1 图距单位 156 4.2.2 三点测交 158 4.2.3 通过检验推断基因顺序 161 4.2.4 干涉 161 4.2.5 利用比例进行分析 162 4.3 分子标记作图 164 4.3.1 单核苷酸多态性 164 4.3.2 简单序列长度多态性 165 4.3.3 利用分子标记进行重组分析 166 4.4 线性四分子的着丝粒作图 169 4.5 利用卡方检验推断连锁 171 4.6 解释不可见的多重交换 172 4.6.1 作图函数 172 4.6.2 珀金斯公式 174 4.7 重组图谱与物理图谱的结合 175 4.8 交换的分子机制 177 总结 179 练习题 180 第5章 细菌及病毒的遗传学 204 汤飞凡：两次以身试毒，率先分离出沙眼衣原体 204 引言 205 5.1 细菌操作方法 207 5.2 细菌的接合 209 5.2.1 接合现象的发现 209 5.2.2 F因子的发现 211 5.2.3 Hfr菌株 213 5.2.4 Hfr基因从某一定点开始的线性转移 216 5.2.5 推断F因子的整合位点和染色体的环形状态 217 5.2.6 细菌染色体图绘制 219 5.2.7 F质粒携带基因组片段 223 5.2.8 R质粒 223 5.3 细菌的转化 226 5.3.1 转化的本质 226 5.3.2 利用转化绘制染色体图 227 5.4 噬菌体遗传学 227 5.4.1 噬菌体对细菌的感染 228 5.4.2 利用噬菌体杂交绘制遗传图 229 5.5 转导 233 5.5.1 普遍性转导 234 5.5.2 特异性转导 236 5.6 物理图谱和遗传图谱的比对 239 总结 241 练习题 242 第6章 基因相互作用 256 鱼类的孟德尔遗传 256 引言 257 6.1 单基因中等位基因间的相互作用：不同类型的显性 258 6.1.1 完全显性和完全隐性 258 6.1.2 等位基因变异和其影响的基因功能 259 6.1.3 不完全显性和共显性 260 6.1.4 复等位基因 262 6.1.5 等位基因系列 263 6.1.6 隐性致死等位基因 264 6.2 外显率和表现度 267 6.3 信号通路中的基因相互作用 269 6.3.1 脉孢菌生物合成途径中的基因相互作用 269 6.3.2 其他途径中的基因相互作用 270 6.4 基因间互相作用的检测 271 6.4.1 互补测验确定突变体 272 6.4.2 随机突变中的双突变体分析 275 6.4.3 抑制子 278 6.4.4 修饰基因 279 6.4.5 合成致死 280 总结 282 练习题 282 第7章 染色体数目和结构变异 294 染色体易位和白血病 294 引言 295 7.1 细胞学技术在染色体研究中的应用 296 7.1.1 有丝分裂染色体分析 296 7.1.2 人类核型 298 7.1.3 细胞遗传变异总结 299 7.2 多倍体 300 7.2.1 不育多倍体 301 7.2.2 可育多倍体 302 7.2.3 组织特异性多倍体和多线染色体 304 7.3 非整倍性 306 7.3.1 人类的三体 307 7.3.2 单体 310 7.3.3 染色体片段的缺失和重复 311 7.4 染色体结构的重排 313 7.4.1 倒位 313 7.4.2 易位 315 7.4.3 复合染色体和罗伯逊易位 316 总结 318 练习题 319 第8章 DNA的结构和复制 322 DNA骨架的硫化修饰 322 引言 323 8.1 DNA：遗传物质 324 8.1.1 转化的发现 324 8.1.2 Hershey-Chase实验 326 8.2 DNA结构 327 8.2.1 早期DNA结构研究 327 8.2.2 DNA双螺旋 330 8.3 半保留复制 333 8.3.1 Meselson-Stahl实验 335 8.3.2 复制叉 337 8.3.3 DNA聚合酶 337 8.4 DNA复制概况 339 8.5 复制体：值得称道的复制机器 342 8.5.1 双螺旋的解旋过程 344 8.5.2 复制体的组装：复制起始 345 8.6 真核生物的DNA复制 346 8.6.1 真核生物的复制起始位点 346 8.6.2 酵母细胞的复制起始和细胞周期 346 8.6.3 高等真核生物的复制起始 349 8.7 端粒和端粒酶：复制终止 349 总结 353 练习题 354 第9章 RNA的转录和加工 359 精子中非编码RNA的多功能性 359 引言 360 9.1 RNA简介 361 9.1.1 早期的实验提示RNA作为中介物 361 9.1.2 RNA 的性质 362 9.1.3 RNA的种类 363 9.2 转录的一般过程 365 9.2.1 DNA是转录的模板 365 9.2.2 转录的步骤 367 9.2.3 原核生物的转录 367 9.3 真核生物的转录 370 9.3.1 真核生物的转录起始 372 9.3.2 真核生物转录的延伸、终止和pre-mRNA的加工 373 9.4 内含子的去除和外显子的连接 376 9.4.1 核内小RNA 376 9.4.2 内含子自体剪接 378 9.5 调节和保护真核基因组的小功能RNA分子 380 9.5.1 miRNA是基因表达重要的调控因子 380 9.5.2 siRNA保障基因组的稳定性 382 9.5.3 siRNA和miRNA具有类似的产生机制 384 总结 386 练习题 387 第10章 蛋白质及其合成 390 蛋白质的人工定向进化 390 引言 391 10.1 蛋白质的结构 393 10.2 遗传密码 396 10.2.1 重叠密码与不重叠密码 396 10.2.2 遗传密码中字母的数目 397 10.2.3 应用抑制子证明三联体密码 397 10.2.4 遗传密码的简并性 399 10.2.5 破解遗传密码 399 10.2.6 终止密码子 400 10.3 tRNA：适配器 401 10.3.1 tRNA翻译密码 401 10.3.2 重新审视遗传密码的简并性 403 10.4 核糖体 404 10.4.1 核糖体的性质 405 10.4.2 翻译的起始、延伸和终止 407 10.4.3 无义抑制突变 412 10.5 蛋白质组 413 10.5.1 可变剪接产生蛋白质同型异构体 413 现代遗传学一前沿与启迪