【正文】 遺傳與作物育種精品課程課件 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目 上篇 第九章 遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ)與遺傳工程簡介 2020年 3月 遺傳與作物育種精品課程課件目錄 上篇 第七章 細胞質(zhì)遺傳與植物的雄性不育性 第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ) 一、 DNA是主要的遺傳物質(zhì) 二、 核酸的化學結(jié)構(gòu)與自我復制 三、 遺傳信息的傳遞和表達 第二節(jié) 基因概念的發(fā)展 第三節(jié) 基因的作用與性狀的表達 第四節(jié) 遺傳工程簡介 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 一、 DNA是主要的遺傳物質(zhì) 基因是在染色體上成直線排列的念珠狀結(jié)構(gòu)。要了解基因的化學本質(zhì)是什么，首先要考慮基因所在染色體的化學成分。 上篇 第七章 細胞質(zhì)遺傳與植物的雄性不育性 第一節(jié) 遺傳物質(zhì)的分子基礎(chǔ) 染色體的主要成分是 DNA和蛋白質(zhì)，雖然這兩種成分都在基因功能上起重要作用，但多數(shù)證據(jù)證明，基因的特性是由 DNA決定，或者說遺傳信息貯存于 DNA中。 （一） DNA是遺傳物質(zhì)的間接證據(jù) 一種生物不同組織的細胞，不論年齡大小，功能如何，它的 DNA含量是恒定的，而生殖細胞精子的 DNA含量則剛好是體細胞的一半。多倍體生物細胞的 DNA含量是按其染色體倍數(shù)性的增加而遞增的。但細胞核里的蛋白質(zhì)并沒有相似的分布規(guī)律。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 DNA在代謝上較穩(wěn)定。以放射性同位素示蹤，知道一種元素的原子一旦成為 DNA分子的組成成分，在細胞的正常生長中，它是穩(wěn)定存于在 DNA中的。而細胞中的其他分子則常常是形成得迅速，分解得也迅速。 DNA是所有生物的染色體所共有的，而某些生物的染色體上則沒有蛋白質(zhì)。 (4)DNA通常只存在于細胞核染色體上，但某些能自體復制的細胞器，如線粒體、葉綠 體有其自己的 DNA。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 用不同波長的紫外線誘發(fā)各種生物突變時，其最有效的波長均為 2600埃。這與 DNA所吸收的紫外線光譜是一致的。這證明基因突變與 DNA分子的變異是密切聯(lián)系的。 （二） DNA作為主要遺傳物質(zhì)的直接證據(jù) 如果 DNA的確是遺傳物質(zhì)，那么能否把 DNA和蛋白質(zhì)分開，單獨觀察 DNA的作用呢 ?下面以微生物為例證明遺傳物質(zhì)確是 DNA或 RNA。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化試驗 肺炎雙球菌有兩種不同的類型：一種是光滑型（ S型），被一層多糖類的莢膜所保護，具有毒性，在培養(yǎng)基上形成光滑的菌落。另一種是粗糙型（ R型），沒有莢膜和毒性，在培養(yǎng)基上形成粗糙的菌落。在 R型和 S型內(nèi)還可以按血清免疫反應的不同，分成許多抗原型，常用 RI、 RII和 SI、 SII和 SIII等加以區(qū)別 早在 1928年，格里費斯（ .）首先將一種類型的肺雙鏈球菌 RII轉(zhuǎn)化為另一種類型 SIII，實現(xiàn)了細菌遺傳性狀的定向轉(zhuǎn)化。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 十六年后，阿委瑞（ Avery， ）等用生物化學方法證明了這種活性物質(zhì)是 DNA。他們不僅成功地重復了上述的試驗，而且將 SIII型細菌的DNA提取物與 RII型細菌混合在一起，在離體培養(yǎng)的條件下，也成功地使少數(shù) RII型細菌定向轉(zhuǎn)化為SIII型細菌。 其之所以確認導致轉(zhuǎn)化的物質(zhì)是 DNA，是因為該物質(zhì)不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶的影響，而只能為 DNA酶所破壞。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 噬菌體的感染試驗 (Hershey— chase試驗 ) 噬菌體 T2約有 60％的蛋白質(zhì)和 40％的 DNA，蛋白質(zhì)構(gòu)成其外殼，而 DNA藏在其頭部中。當一個噬菌體感染 E． coli時，它的尾部吸附在菌體上。細菌被感染后，它不再繁殖，在其體內(nèi)形成大量韻噬菌體，接著細菌裂解，幾十個到幾百個跟原來一樣的噬菌體就釋放出來。那么，噬菌體感染細菌時，進入菌體的是蛋白質(zhì)，還是 DNA呢 ? 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 煙草花葉病毒的重建試驗 隨著對病毒研究的逐漸深入，發(fā)現(xiàn)許多病毒含有 RNA和蛋白質(zhì)，卻沒有 DNA。應用 RNA病毒進行病毒重建試驗，證明在只有 RNA而不具有 DNA的病毒中， RNA是遺傳物質(zhì)。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 二 核酸的化學結(jié)構(gòu)與自我復制 （一）兩種核酸及其分布 核酸 (nucleic acids)是一種高分子化合物，其基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸 (nueletide)。每個核苷酸由三部分組成：五碳糖，磷酸和環(huán)狀含氮堿基 (堿基可以是嘌呤或嘧啶 )。兩種核酸的化學組成成分比較如下 (表 9— 1)。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 表 91 核苷酸的化學組成 高等動植物體內(nèi)，絕大部分的 DNA在細胞核內(nèi)的染色體上，它是構(gòu)成染色體的主要 成分，有少量的 DNA在細胞質(zhì)中，它存于葉綠體、線粒體等細胞器內(nèi)。 RNA在細胞核和細胞質(zhì)中都有，核內(nèi)更多地集合于核仁上，少量在染色體上。細菌也含有 DNA和 RNA。多數(shù)噬菌體只有 DNA；多數(shù)植物病毒只有 RNA；動物病毒有些含有 RNA，有些含有 DNA。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 (二） DNA的分子結(jié)構(gòu) DNA分子是脫氧核苷酸的多聚體。脫氧核苷酸是由堿基、脫氧核糖及磷酸連接起來構(gòu)成的。因為構(gòu)成 DNA的堿基有四種，所以脫氧核苷酸也有四種，即脫氧腺嘌呤核苷酸，脫氧鳥嘌呤核苷酸，脫氧胸腺嘧啶核苷酸，脫氧胞嘧啶核苷酸 (圖 93) 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 圖 93 兩種核糖和五種常見的堿基 對一定物種的 DNA分子來說，其堿基順序是一定的，并且通常保持不變，這樣才能保持該物種遺傳特性的穩(wěn)定。只有在特殊的條件下，改變其堿基順序或位置或以類似堿基代替某一堿基時，才出現(xiàn)遺傳的變異（突變）。 至于 RNA的結(jié)構(gòu)，就其化學組成上看，也是由四種核苷酸組成的多聚體。它與 DNA不同：① U代替了 T；②核糖代替了脫氧核糖；③絕大多數(shù) RNA以單鏈形式存在，但可折疊起來形成若干雙鏈區(qū)域，在這些區(qū)域內(nèi)，凡互補的堿基可以形成氫鍵。 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 圖 94 DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模式 A．腺嘌呤 T．胸腺嘧啶 G．鳥嘌呤、 C．胞嘧啶 =為氫鍵 S脫氧核糖 P磷酸根 四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目精品課程課件 （三） DNA及 RNA在活體內(nèi)的自我復制 DNA既然是主要的遺傳物質(zhì)，它必然具備自我復制的能力。瓦特森認為 DNA分子的復制，首先是從它的一端沿氫鍵逐漸斷開，因氫鍵較弱，在常溫下不需要酶即可斷開。當雙螺旋的一端已為兩條單鏈而另一端仍保持雙鏈狀態(tài)時，以分開了的每條單鏈為模板，從細胞核內(nèi)吸取與自己堿基互補的游離核苷酸 (A吸 T， c吸 G)，進行氫鍵的結(jié)合，在復雜