摩根实验室用果蝇为材料的工作，确定了基因在染色体上的分布规律（基因的连锁与互换定律）。
基因重组服从这样的规则：
两个基因在染色体上离得越远，重组频率越高；
两个基因在染色体上离得越近，重组频率越低。
2、遗传物质是DNA
各方面的实验证据表明，基因的化学本质不是蛋白质，而是DNA。格里菲斯的实验（1928）证明遗传物质可以转化进入细菌，改变细菌特性。后来爱弗莱的实验（1944）证实，进入细菌
改变特性的遗传物质是DNA，而不是蛋白质。
3、华生和克里克提出 DNA双螺旋模型。
DNA双螺旋模型说明DNA分子能够充当遗传的物质基础。 按照双螺旋模型，在细胞分裂时，DNA的合成应是―半保留复制‖的模式。
DNA的半保留复制
DNA在自我复制的过程中，两条双链打开，以形成的两条单链为模板，各自合成一条与之互补的新链。新形成的两条双链DNA中各含有一条旧链和一条新链，所以称为半保留复制。
4、DNA作为遗传物质的功能 （1）贮藏遗传信息的功能 （2）传递遗传信息的功能 （3）表达遗传信息的功能
由此，克里克提出中心法则, 确定遗传信息由DNA通过RNA流向蛋白质的普遍规律。
DNA DNA
RNA
蛋白质
中心法则
中心法则：遗传信息储存在DNA中，DNA通过转录生成 mRNA，mRNA再通过翻译生成蛋白
质，从而完成遗传信息的表达过程。
5、基因理论中的许多复杂情况
以孟德尔学说为开端的遗传理论，发展到以DNA分子结构为基础的分子遗传学，使我们
对遗传规律有了确切的理解。
应该看到，实际上生命世界的遗传现象远比上面谈到的要复杂得多。
一个基因一个性状？不一定。例如肤色的控制至少有三个基因参与。
基因决定性状，环境还起不起作用？在基因型确定的基础上，环境常常会影响表型。
遗传和变异是遗传学的重要内容。子代总是与亲代相像，又有一些不像。
三、基因工程技术和应用
1、基因工程技术
基因工程是生物技术的核心部分。 基因工程的操作包含以下步骤：
? 获得目的基因 ? 构造重组DNA分子
? 转化或转染
? 表达
? 蛋白质产物的分离纯化
基因工程的基本操作：将外源基因（又称目的基因，是一段DNA片断）组合到载体DNA分子中去，再把它转到受体细胞（亦称寄主细胞）中去，使外源基因在寄主细胞中增殖和表达，从而得到期望的由这个外源基因所编码的蛋白质。 （1）获得目的基因
到哪里去找目的基因？一般来说，人的基因，要从人体的组织细胞中去找；小鼠的基因要从小鼠的组织细胞中去找。
从组织细胞中可以分离得到人/小鼠的全套基因，称为基因文库。文库中基因总数就人来说约有3万个基因。如何从中把需要的基因找出来？ 采取―钓‖的办法。这个办法通常称为印迹法。
印迹法的主要步骤：
（1）基因文库－ DNA 用限制性内切酶处理。 （2）DNA 片断混合物通过电泳分离。
（3）电泳后，通过印迹技术转到酯酰纤维薄膜上，以便操作。 （4）用已知小片断DNA 作为探针，互补结合需要找的基因片断。 （5）探针DNA 片断已用放射性元素标记，使胶片感光后可看出。
印迹法的关键是“分子杂交”：利用碱基配对的原则，用一段小的已知的DNA片断去寻找（“钓”）大的未知的基因片断。
探针DNA片断从何而来？根据目的蛋白的氨基酸序列，只要其中N－端 15－20个氨基酸序列，按三联密码转为40-60核苷酸序列，人工合成，即为探针DNA片断。
（2）目的基因的扩增
用上面的方法“钓”出的目的基因，数量极少，所以，接下来必须经过扩增，亦称为基因克隆。获得相当数量的目的基因后，才能继续下一步操作。
克隆——生物分子，细胞，生物个体的无性增殖过程都称为克隆。
PCR —— 把寻找目的基因和扩增目的基因两步操作并成一步。
PCR法，全称多聚酶链式反应，是近年来开发出来的基因工程新技术，它的最大优点是把目的基因的寻找和扩增，放在一个步骤里完成。
PCR 反应分三步完成：
第一步 —— 90 ℃高温下，使混合物的DNA片断因变性而成单链。 第二步 —— 50 ℃温度下，引物DNA结合在适于配对的DNA片断上。
第三步 —— 70 ℃温度下，由合成酶（DNA高温聚合酶）催化，从引物开始合成目的基因DNA。 PCR的三个步骤为一次循环，约需5－10分钟。每经一次循环，所找到的目的基因扩充
一倍。经过20次循环，即可扩增106倍，总共只需几个小时。
（3）构造重组DNA分子
首先要有载体。
载体有好几种，常用的有：
质粒－－环状双链小分子DNA，适于做小片断基因的载体。 噬菌体DNA－－线状双链DNA，适于做大片断基因的载体。
其次，要把目的基因―装‖到载体中去。“安装”的过程，需要的关键酶叫限制性内切酶。 此酶识别一定碱基序列，有的还可切出“粘性”末端，使得目的基因和载体的连接非常容易。
（4）转化/转染
把构造好的重组DNA分子送进寄主细胞，亦需要适当的技术方法。若受体细胞是细菌，通常称转化；若受体细胞是动/植物细胞，通常称转染。
（5）目的基因表达及蛋白质分离
进入到寄主细胞的目的基因还要能表达产生有活性的目的蛋白，这些目的蛋白可以是某种
蛋白质药物，也可以表达某种抗性性状（如植物的抗病性和抗旱性）。
蛋白质的分离纯化——生物分离技术
重组DNA分子进入寄主细胞后，其中的目的基因能否表达，表达效率高低，还有很大差别。表达通常是指目的基因编码的蛋白质合成。基因工程的最后一步，是把所获得的蛋白质
分离纯化，得到蛋白质产品。
2、基因工程的应用 （1）在医学上的应用
基因工程被用于大量生产过去难以得到或几乎不可能得到的蛋白质－肽类药物。
（2）提高奶酪产量
生产奶酪的凝乳酶传统上来自哺乳小牛的胃。现在可以通过基因工程办法，用酵母生产凝
乳酶，大量用于奶酪制造。 （3）转基因动物和植物
转基因动物首先在小鼠获得成功。 ―乳腺反应器‖工程：转基因动物技术已用于牛、羊，使得
从牛/羊奶中可以生产蛋白质药物。 转基因植物亦已在大田中广为播种。 （4）工程菌在环境工程中应用
美国GE公司构造成功具有巨大烃类分解能力的工程菌，并获专利，用于清除石油污染。
第六讲 遗传病和人类基因组计划
一、遗传病的特征与分类 1、第一例遗传病的发现
1902年英国医生加洛特（A.Garrod）从家族病史，发现并研究了第一例遗传病――尿黑酸症，
并发现该病在家族中的遗传遵循孟德尔规律，由单个隐性基因控制。
尤其难得的是，加洛特预测，尿黑酸病病人缺乏一种酶，而正常人有，加洛特把这种
遗传病症状称为“先天性代谢差错”。
后来的研究证明加洛特的预见是对的。
苯丙氨酸代谢途径关系到三种遗传病：尿黑酸病、苯丙酮尿症、白化病
加洛特的工作推动了对一系列遗传病的发现 当时，对遗传病的认识是：
?由于某个基因的缺失、突变或异常，导致一定病症的出现。
?可以遗传给下一代子女。 ?这类病的遗传遵循孟德尔规律。
2、遗传病的类型和特征
迄今已记录的遗传病有3000多种，找到了200多个与遗传病有关的基因。根据基因的位置与病症，把遗传病分为三类：
类型 基因在常染色体（隐性） 基因在常染色体（显性） 基因在X－染色体 只有在父母均 父母一方有 母/女 常常是 特 携带缺陷基因 病症，子女 缺陷基因携 情况下，子女 出现病症的 带者。 征 才可能表现病症。 概率为 50％，
病症更多出现 在儿子身上。
病 苯丙酮尿症 亨廷顿氏病 血友病 （PKU）
例 纤维性囊泡化(CF) 家族性高胆固 红绿色盲
醇血症 肌营养不良症 镰刀状贫血症
苯丙酮尿症（PKU）
亦是苯丙氨酸代谢紊乱病症。但是疾病后果的严重程度远大于尿黑酸症。因为脑发育受阻，严重脑力呆滞，智商 0－50。
白化病
是苯丙氨酸代谢途径中又一种“遗传病”。也是常染色体隐性遗传。
镰刀状贫血症
由于红血球不正常带来严重后果。
问题在于血红蛋白?-链一个谷氨酸残基变成了缬氨酸残基。
有意思的是在非洲大陆某些地区镰刀状贫血症发病率高，携带者也多。这些地区恰恰又是一种恶性疟疾流行地区。分析表明，镰刀状贫血症缺陷基因携带者比正常人对恶性疟疾有抗性。
显性遗传病：
裂手裂足 (龙虾爪手)
多指 短指
软骨发育不全
亨廷顿氏病
是一种神经症状疾病，患者出现不由自主动作，渐渐记忆丧失，行为失常，直至行动失控、致死。
Nancy Wexle领导的研究组在委内瑞拉西北一个小山村里进行调查并作出富有成效的研究。 最终找到缺陷基因位于4号染色体。此基因包含一段CAG重复序列，相当于谷氨酸重复序列。正常基因含10－34个CAG拷贝，病人含40以上甚至100个拷贝。
家族性高胆固醇血症
这种病的患者身体内，编码低密度脂蛋白(LDL)受体的基因突变。
LDL受体分布在细胞表面，功能是把血流中的LDL吸收到细胞中来。LDL 受体蛋白失去
功能，便形成高胆固醇血症，进一步造成动脉粥样硬化。
6
LDL受体基因在19号染色体上。但属不完全显性。CC纯合子在初生婴儿中占1/10，在很小年纪就得心脏病。Cc杂合子孩子在初生婴儿中占1/500，在 30岁左右出现心脏病症状。这是人类遗传病中最常见最严重的一种。
X-染色体连锁的遗传病
血友病
患者表现为血凝过程受阻，常常在有伤口时，出血不止。
血凝机制包括一系列蛋白水解酶活化过程的级联反应。涉及十个左右凝血因子。其中凝血因子Ⅷ和Ⅸ位于Ⅹ－染色体上。血友病正是因为这两个因子之一的基因发生突变，所以血友病是基因位于 X－染色体的隐性基因遗传病。
血友病家族的一个著名的例子是英国维多利亚女王（1819－1901）家族。维多利亚女王身上的血友病缺陷基因—使凝血因子Ⅸ失活—通过皇族通婚，传递到普鲁士皇室，西班牙王室和俄罗斯王室。
X-连锁显性遗传
* 抗维生素D佝偻病（Vitamin Dresistant rickets）
(1) 患者女性多于男性； (2) 每代都有患者；
(3) 男性患者的女儿都为患者； (4) 女性患者的子女患病的机会为1/2
Y-连锁遗传 毛耳(hairy ears)
3、遗传病对人类健康的影响到底有多大？ (1) 单基因遗传病的患者在人群中比例不高。
以上所说的遗传病都属于单基因遗传病。即病因明确地在于一对基因的突变或缺陷。单基因遗传病的发病率较低，几百分之一至几万分之一。
此外，遗传病还有两个类型： 染色体病
由于染色体畸变，包括染色体数目或结构改变所致的遗传病，称为染色体病。这种疾病已记录有500多种，其中，性染色体异常占75％，常染色体异常占25％。如：先天愚型病是因为有三条21号染色体所致。
（2）多基因遗传病
有的病受几对基因控制，这类遗传病发病与否，不但取决遗传，也在很大程度上受环境影响。
相当一部分常见病或多发病，如：糖尿病、高血压、神经分裂症、支气管哮喘等，都属多基因遗传病。
因为有环境因素的影响，包括：饮食、妊娠 、创伤、情绪等，于是，遗传的影响程度不一，被称为“遗传易感性”。
（3）随着医学的进步，对人类威胁很大或引起婴儿死亡率甚高的许多传染病，如：鼠疫、天花等已得到控制。代谢疾病，器质性疾病和遗传病对人类健康的影响相对的增长。
* 1900年的主要死亡原因是流感、结核病及肠胃疾病