生物学遗传学综述

遗传学综述

一、序幕期（1865-1899）

1．1856-1864 孟德尔的遗传律:

分离定律：染色体在体细胞中是成对的，在减数分裂形成配子时，同源染色体彼此分离，分配到配子中去。处在同源染色体的相对位置上的等位基因随同源染色体的分离而分离，被随机地分配到各自的两个配子中去。

自由组合定律：在进行减数分裂形成配子的过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离，同时非同源染色体上的非等位基因自由组合。

1866 发表"植物杂交试验"。

2. 1883 罗士首倡染色体学说

1903 苏顿主张染色体含有遗传的单元

二、中兴期（1900~1909）

孟德尔定律的被肯定：荷兰植物学家戴伏里斯发表《杂种的分离律》、德国植物学家柯伦斯发表《杂种后裔行为与孟德尔定律》、奥地利车伏麦可-斯索涅格发表《豌豆杂交研究》。

中兴的功臣——贝特森：1902年，贝特森创alleomorph（后被缩短成allele，即对偶基因）、异质接合体及同质接合体三个名词。并以genetics 为遗传学命名。

约翰生的贡献：荷兰生物学家约翰生从1890 年代起，对数量性状的变异做有系统的研究，于1903 年发表《族群与纯系遗传》。1909年，他又出版《遗传学纲要》一书，创用基因、表现型及基因型三个名词。

染色体与遗传：1902年，美国人苏顿发表了一篇有关染色体形态的文章，文中提到在减数分裂（meiosis）时，染色体的联会与分离可能构成孟德尔遗传律的物质基础。在1903年，他又发表《染色体与遗传》一文，详细阐释染色体与遗传的关系。同年，波威利也注意到染色体行为与植物杂交试验间的关系,1928年威尔森把苏顿和波威利的理论称之曰《苏顿-波威利假设》

族群遗传学的萌芽：族群遗传学所研究的是有关族群的遗传组成和基因频率的问题。英国数学家阿尔迪及德国医生温柏格同年发表有关族群平衡的基本理论。他们认为在一个随机交配的大族群中，基因频率是固定不变的，基因型也将维持一定的频率。

三、塑型期（1910-1940）

1. 果蝇学派的崛起:

1910年，美国哥伦比亚大学教授摩根发表《果蝇的性联遗传》一文，有两个重要的结论，第一、基因是位于染色体上，而且某一特定的基因是位于某一特定的染色体上，第二、数个基因可以同在一条染色体上，而在同一染色体上的基因，不遵守孟德尔的独立分配律。摩根

经过不断的研究，把基因在染色体上的观念完全建立起来，还阐明了连锁和互换的观念。

布瑞杰兹发表了染色体的不分离、1917年，染色体缺失、1921年，性别决定与基因平衡观念、1935年，细胞学染色体图的建立等。

穆勒在1927年发现Ｘ射线可以诱导突变发生，容易获得大量突变种，用做遗传和育种试验研究的材料。

2. 细胞遗传学的壮大

1915年左右，布雷克斯利及其同僚研究曼陀罗的十二个不同突变体，发现这些突变体内都含有一个特殊的额外染色体，这种染色体组成叫做三染体，例如单染体，三倍体、四倍体，及染色体易位等。

1933年，裴恩特从细胞学着手，利用果蝇幼虫唾液腺细胞特有的巨大的多丝染色体，做成了第一个详尽的Ｘ染色体之染色体图。

1929年，恩默森和克莱顿首先由细胞学上证实遗传的互换，即不仅在表现型上看到了基因重组，在显微镜下也看到染色体间互换发生。

3. 突变的研究

1927年，穆勒发现Ｘ射线可以诱导果蝇突变的发生。

德莫斯报告在果蝇内有许多易变基因。1950年代麦克林塔克指出玉米可能含有某种遗传物质，称为跳跃基因组，例如在细菌中跳跃基因组可把抗生素抵抗力由一个质体移转到另一个质体，现己证明跳跃基因组也就是转移子确实存在。

4. 基因生理与个体发育的研究

自1920到1940年中，有关基因生理的研究有两点值得特别说明，一是基因平衡的观念，另一是基因如何控制代谢反应。

布瑞杰兹认为，在生物体内每一个性状都是受许多基因所控制的，这些基因可以分散在许多不同的染色体上，同时这些基因作用的方向或正或负，表现型乃是正负作用达到平衡状态上的产物。

1902年英国医生贾洛德从对人类黑尿病和其它遗传疾病的研究，提出《先天性代谢错误》学说。

毕德尔等研究面包霉菌，于1941年发现《基因——酵素》观念。

研究基因与个体发育间关系的遗传学可称为发育遗传学，也可称为胚胎遗传学。

5.起飞中的族群遗传学:

族群遗传学主要的研究范围有三:第一、在杂交族群中，研究各个有亲缘关系个体间的遗传相关; 第二、分析自交、选型交配和随机交配等交配系统;第三、分析演化动力，例如天择、突变、迁移和随机遗传漂变等的影响。

赖特于1917人年发表随机遗传漂变的假说，在1921至1923年间发明《路径系数分析法》，可用来推演在不同交配制度下的遗传结果，又导出一个估算近亲繁殖系数，并于1931年发表《孟德尔族群的演化》。

费歇于1930年发表《天择的遗传理论》，他认为天择可以增加生物之生殖的适应度，演化的过程系决定于一个对偶基因优于其它的对偶基因。

英国的哈尔丹《数学对于天择论的贡献》文章中，寻出各种强度不同的天择对于所有染色体上显性或隐性基因频率的影响，并估算族群中不良基因的突变率。

四、鼎盛期（1941年以后）

1. 基因内的研究：

基因重组观念之建立，例如果蝇的伪对偶基因、噬菌体基因微构图的建立、基因的互补作用、不可逆性的基因重组等等。

2. 遗传物质的研究：DNA才是遗传物质

格里菲斯、艾维瑞、麦里奥和麦考提对肺炎双球菌遗传性状转化作用的研究。

赫希和杰斯研究大肠菌之噬菌体T2 感染大肠菌的机制。佛兰克尔-康拉特和桑格对于烟草嵌纹病毒素之重组合接种试验的研究；证明了生物细胞内只有核酸才是遗传物质。

3. 核酸构造与复制的研究

沃森和克利克于1953年,提出DNA双螺旋构造假说。

沃森和克里克提出DNA 的复制作用是半保留式复制。

1956年，柯恩柏格利用DNA聚合酶成功的在细胞外合成DNA。

4. 生化遗传学的研究

毕德尔和塔特姆以面包霉菌作试验材料，于1941年提出《一基因一酵素观念》。

1949年，鲍灵和其同僚观察到正常人血色素与患镰刀形血球贫血症患者的血色素有化学上的差异。

1956年英格朗姆找出两种血色素分子的差异，只是由于一个氨基酸分子的不同。

杨诺夫斯基发现突变体在基因内的位置与多肽链上氨基酸发生置换的位置有相关关系，这种现象特称为基因与蛋白质间的共线性。

细胞内各种代谢作用的快慢与各有关成分合成速度的快慢直接相关。细胞内合成量的多少是在极有效率极有规则的调节机构控制之下，细菌细胞的操纵子观念乃是一种最重要的调节机构假说。

提姆和巴尔的摩发现反转录，RNA可用做合成DNA的模版，经反转录作用形成DNA。

5. 遗传密码的研究

1961年是遗传密码研究的起飞年，三个核苷酸即为密码子决定一个氨基酸，在mRNA 上，遗传密码的读法有方向性，密码子与密码子间没有重叠的部份，又常常有好几个密码子代表同一个氨基酸，而在不同生物细胞中，大家的密码子可能都相同。

6. 细菌遗传与噬菌体遗传的研究

细菌细胞间遗传物质的交换主要有三个途径：第一种是转化作用，即一个细菌品系的DNA片段，可以进入另一细菌品系的细胞内，而使后者的遗传性状改变；第二种是接合作用，

就是雌雄细胞间的交配，直到1946李德保和塔特姆才发现细菌也有雌雄之分，也有有性生殖，当然也有有性重组的发生；第三种是转导作用，这是经由噬菌体的帮助来达成的，是1952年辛德尔和李德保所发现。

1915年，特渥特首先发现噬菌体的存在。

7. 遗传工程的研究

在1970年柯朗纳和他的研究小组合成了第一个基因，它是酵母菌的丙氨酸-tRNA基因，这是基因选殖的开始。

1973年柯恒和波义耳成功的将核酸分子嵌接至质体，并纳入大肠菌细胞内，成为一个新的且具遗传能力的组合体，而且能在大肠菌细胞内继续增殖，并有转录作用和转译作用形成蛋白质，这是遗传工程的开始。

阿柏，史密特和南施丝因为研究限制内核酸酶成功。

当遗传工程在微生物应用成功之后，就延伸到高等动植物和人类，如个体的选殖、细胞融合，也就是体细胞杂交或无性繁殖。

遗传工程已被应用于制造数种重要的药剂：例如胰岛素、体制素、干扰素和Ｂ型肝炎疫苗等。

五、21世纪的新趋势

1991-1997年，中国曾邦哲[杰]发表《结构论-泛进化理论》系列论文，阐述系统医药学、系统生物工程与系统遗传学的概念，提出经典、分子与系统遗传学发展观，以及于2003年、2008年于国际遗传学大会，采用结构、系统、图式遗传学的词汇来描述系统科学方法、计算机技术研究生物系统遗传结构、生物系统形态图式之间的“基因型-表达型”复杂系统研究领域，以细胞信号传导、基因调控网路为核心研究细胞进化、细胞发育、细胞病理、细胞药理的细胞非线性系统动力学。

2003年挪威科学家称之为整合遗传学并建立了研究中心。

2005年，国际上Cambien F.和Laurence T.发表动脉硬化研究的系统遗传学观，Morahan G., Williams RW.等2007年论述系统遗传学将成为下一代遗传学。

2005-2008年，国际系统遗传学飞速发展，欧美建立了许多系统遗传学研究中心和实验室。

2008年在美国召开了整合与系统遗传学国际会议，2008年美国国立卫生研究院设立了肿瘤的系统遗传学研究专项基金。

2009年荷兰举办了系统遗传学国际会议。

系统遗传学，采用计算机建模、系统数学方程、纳米高通量生物技术、微流控芯片实验等方法，研究基因组的结构逻辑、基因组精细结构进化、基因组稳定性、生物形态图式发生的细胞发生非线性系统动力学。

六、实践意义

遗传学是在育种实践基础上发展起来的。在人们进行遗传规律和机制的理论性探讨以前，育种工作只限于选种和杂交。遗传学的理论研究开展以后，育种的手段便随着对遗传和变异的本质的深入了解而增加。美国在20年代中应用杂种优势这一遗传学原理于玉米育种而取得显著的增产效果；中国在70年代把此原理成功地推广应用于水稻生产。多倍体的生长优势同样在中国得到应用，小黑麦异源多倍体的培育成功便是一例。人工诱变也是广泛应用的育种方法之一。数量遗传学和生物统计遗传学的研究结果，被应用到动、植物选种工作中而使育种效率得以提高。