人類在生物遺傳領(lǐng)域的探索與發(fā)展

楊瀅++胡蓉

摘 要：1865年，奧地利學(xué)者孟德?tīng)栯s交實(shí)驗(yàn)的結(jié)論成為生物學(xué)歷史上最重要的發(fā)現(xiàn)之一，是現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。孟德?tīng)柕姆蛛x定律與自由組合這兩大定律，為研究遺傳學(xué)提供了有力的理論基礎(chǔ)。后來(lái)的美國(guó)學(xué)者摩爾根提出的連鎖與交換定律成為遺傳學(xué)的第三個(gè)基本定律。隨著生物學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，孟德?tīng)栠z傳學(xué)也有了進(jìn)一步的拓展，人們發(fā)現(xiàn)，生物性狀一般不是由單一基因控制的，而是由若干個(gè)基因相互作用的結(jié)果，它包括等位基因之間相互作用（如不完全顯性等）、非等位基因之間相互作用（如互補(bǔ)作用、上位效應(yīng)等）、基因多效性和多基因遺傳等。隨著研究工作的深入，研究人員對(duì)基因組這個(gè)名詞作出更精確的定義。因此，基因組定義為細(xì)胞或生物體的遺傳物質(zhì)的總量。即整套染色體所包含的DNA分子以及DNA分子所攜帶的全部遺傳信息。原核生物基因組就是原核細(xì)胞內(nèi)構(gòu)成染色體的一個(gè)DNA分子。真核生物有核基因組和細(xì)胞器基因組（如線粒體基因組和葉綠體基因組）?；虮徽J(rèn)為是DNA長(zhǎng)鏈上一個(gè)由特定核苷酸組成并具有特定遺傳功能的片段。人類基因分布于22對(duì)常染色體和X、Y性染色體，也就是說(shuō)染色體是基因的載體。人類的基因信息決定了人類發(fā)育、生殖、生長(zhǎng)、疾病、衰老、死亡等所有生命現(xiàn)象。人們不斷進(jìn)行著基因組方向的研究，向遺傳分子學(xué)的領(lǐng)域探索。1953年Watson和Crick提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的模型，奠定了分子遺傳學(xué)的基礎(chǔ)，人們開(kāi)始關(guān)注核酸的結(jié)構(gòu)和功能。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，科學(xué)研究表明，人的健康決定于人的遺傳結(jié)構(gòu)和其周?chē)瞽h(huán)境相互作用的平衡，遺傳學(xué)更是防治遺傳病，防治人類變異，延長(zhǎng)人類壽命，提高人口素質(zhì)的重要基礎(chǔ)學(xué)科之一，醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)的研究成果已迅速地應(yīng)用于遺傳疾病的診斷、治療、預(yù)防和控制中，直接關(guān)系著人類的命運(yùn)和健康。遺傳病是由于遺傳物質(zhì)發(fā)生變化而引起的疾病。

關(guān)鍵詞：分離定律；自由組合定律；基因 DNA；遺傳病

中圖分類號(hào)：R318.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）18-0226-02

DNA是具有連續(xù)性的遺傳物質(zhì)，基因則是DNA長(zhǎng)鏈上一個(gè)由特定核苷酸組成并具有特定遺傳功能的片段，隨著遺傳學(xué)研究的深入，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，也更加努力的探索治療遺傳病的有效途徑。

1 現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)：孟德?tīng)柼岢隽朔蛛x定律、自由組合定律

1.1 分離定律

孟德?tīng)栠x用嚴(yán)格自花授粉的豌豆為實(shí)驗(yàn)植物，從中選取了許多穩(wěn)定的、易于區(qū)分的性狀作為觀察分析的對(duì)象，例如，豌豆的種皮的顏色（灰色和白色）、子葉的顏色（黃色和綠色）、種子的性狀（圓滑和皺縮）豆莢的顏色（綠色和黃色）、豆莢的形狀（飽滿和皺縮）、莖的高度（高的和矮的）花的著生位置（腋生和頂生），AA與Aa雜交后發(fā)現(xiàn)，一對(duì)等位基因在雜合狀態(tài)下（Aa）下，互不干預(yù)，保持其獨(dú)立性，在形成配子時(shí)各自（A和a）分配到不同配子中去。

總結(jié)出了孟德?tīng)柕姆蛛x定律：在配子形成過(guò)程中，成對(duì)的遺傳因子相互分離，如在雜合體中，半數(shù)的配子帶有其中的一個(gè)遺傳因子，另一半的配子帶有另一個(gè)遺傳因子。即雜合體的一對(duì)等位基因在形成配子時(shí)互相不影響的分到雌雄配子中去。

1.2 自由組合定律

孟德?tīng)栐谒耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)一步研究了2對(duì)或2對(duì)以上相對(duì)性狀之間的遺傳關(guān)系，從而提出了遺傳學(xué)第二定律，獨(dú)立分配定律，又稱自由組合定律。其實(shí)質(zhì)在于形成配子時(shí)等位基因分離，非等位基因以同等的機(jī)會(huì)在配子內(nèi)自由組合。自由組合定律的發(fā)現(xiàn)為人們解釋生物多樣性提供了理論基礎(chǔ)，生物變異的原因很多，其中非等位基因的自由組合是出現(xiàn)生物多樣性的重要原因之一。

小結(jié)：孟德?tīng)枌?duì)遺傳學(xué)的貢獻(xiàn)：

①第一次用科學(xué)的方法研究性狀的遺傳規(guī)律，如選用純種、區(qū)分性狀、分類統(tǒng)計(jì)學(xué)處理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證等。②第一次提出了遺傳因子的概念，并將遺傳因子定位于生殖細(xì)胞中。③發(fā)現(xiàn)了生物性狀的遺傳規(guī)律，使性狀的遺傳成為可預(yù)見(jiàn)性的科學(xué)。

2 摩爾根提出了連鎖和交換定律

摩爾根通過(guò)對(duì)果蠅遺傳的大量研究，進(jìn)一步證明基因是以線性形式排列在染色體上，在染色體上占有一定位置?；虻膫鬟f同基因所在的染色體的傳遞是連鎖的。他由此提出連鎖遺傳規(guī)律以及連鎖與交換的遺傳機(jī)制。這是遺傳學(xué)的第三個(gè)基本定律。

3 人們發(fā)現(xiàn)了等位基因之間存在的相互作用

有些性狀，其雜種F1的性狀表現(xiàn)為2個(gè)親本的中間類型或不同于2個(gè)親本的新類型，這稱為不完全顯性；一對(duì)等位基因的2個(gè)成員在雜合體中都表達(dá)的遺傳現(xiàn)象稱為共顯性，或稱并顯性；雙親的性狀在后代的同一個(gè)個(gè)體不同部位表現(xiàn)出來(lái)，形成鑲嵌模式，這種顯性現(xiàn)象稱為鑲嵌顯性，與共顯性并沒(méi)有實(shí)質(zhì)差異。

4 人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)非等位基因之間也存在相互作用

多個(gè)非等位基因同時(shí)存在時(shí)才會(huì)表現(xiàn)出某一性狀，這些基因稱為互補(bǔ)基因，這種基因互作的類型稱為互補(bǔ)作用。

同一性狀由多個(gè)非等位基因控制，每個(gè)基因?qū)υ撔誀疃加杏绊?。稱作累加作用。

重復(fù)作用：不同對(duì)基因互作時(shí)，對(duì)性狀產(chǎn)生相同的影響，只要2對(duì)等位基因中存在一個(gè)顯性基因，即表現(xiàn)為一種性狀，只有雙隱性個(gè)體才表現(xiàn)另一種性狀。

上位效應(yīng)：一對(duì)等位基因收到另一對(duì)等位基因的制約，并隨著后者不同，前者的表現(xiàn)型有所差異。

抑制作用：在2對(duì)獨(dú)立基因中，一對(duì)基因本身不能控制性狀表現(xiàn)，但其顯性基因?qū)α硪粚?duì)基因的表現(xiàn)是有抑制作用。

5 人類基因組計(jì)劃——應(yīng)用

“人類基因組計(jì)劃”是20世紀(jì)90年代在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛合作的一項(xiàng)研究計(jì)劃。目標(biāo)是全面而透徹的認(rèn)識(shí)人類基因組的正常結(jié)構(gòu)、功能及基因的異常結(jié)構(gòu)與人類疾病。

6 人類開(kāi)始了解遺傳病

6.1 染色體病

常見(jiàn)的染色體病如21三體綜合征，這類疾病是由整條染色體或部分染色體的增加或缺失所致。因?yàn)槊織l染色體有數(shù)萬(wàn)個(gè)基因，所以染色體病的體征通常十分明顯，大多數(shù)染色體病的特征為生長(zhǎng)緩慢、智力低下和各種身體異常。失去或獲得整條染色體一般難以存活，自然流產(chǎn)或夭折的主要原因。endprint

6.2 單基因病

由單個(gè)基因突變所致，嚴(yán)重影響患者的健康。它是單純的按照孟德?tīng)柗绞竭z傳，所以又稱為孟德?tīng)柤膊　位虿≌純嚎谱≡喝藬?shù)和兒童死亡率的5%～10%。鐮刀型細(xì)胞貧血癥是第一個(gè)在分子水平上確定的遺傳性疾病，它的研究稱為現(xiàn)代分子遺傳學(xué)應(yīng)用于臨床疾病的一個(gè)模型。

6.3 多基因或多因素疾病

這類疾病由多個(gè)基因相互作用和環(huán)境因素作用所致，其中一些基因可能起主要作用，但多數(shù)為相對(duì)微效作用。它們既是最常見(jiàn)又是最不了解的人類遺傳性疾病，包括糖尿病、冠狀動(dòng)脈疾病和精神分裂癥，因此，探索幾個(gè)或眾多基因間累積效應(yīng)或相互作用而導(dǎo)致疾病易感染以及環(huán)境因素的影響，具有很大的挑戰(zhàn)性。

6.4 體細(xì)胞遺傳病

體細(xì)胞中遺傳物質(zhì)改變所導(dǎo)致的疾病稱為體細(xì)胞遺傳病。因?yàn)樗求w細(xì)胞中遺傳物質(zhì)的改變，所以一般并不向后代傳遞。一個(gè)經(jīng)典例子是癌，其惡性表型的發(fā)展通常是控制細(xì)胞的生長(zhǎng)的基因突變所致。

7 遺傳病的診斷

遺傳病的診斷是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，其主要依靠癥狀、體征、病史、各種影像學(xué)資料、生化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、染色體分析和分子遺傳學(xué)分析等。遺傳病的種類很多，嚴(yán)重威脅著人類的健康，是影響人口素質(zhì)的重要因素，近年來(lái)對(duì)腫瘤的流行病學(xué)等方面研究表明，腫瘤的發(fā)病情況與遺傳有密切的關(guān)系。

8 技術(shù)漸漸成熟，人們開(kāi)始進(jìn)行基因診斷

基因診斷是在重組DNA基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，旨在對(duì)受檢者的某一特定基因或其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行分析和檢測(cè)，從而對(duì)相應(yīng)的遺傳病進(jìn)行診斷。越來(lái)越多的證據(jù)表明，遺傳病的發(fā)生不僅與基因（DNA）的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與轉(zhuǎn)錄水平或翻譯水平的變化有關(guān)，因此，遺傳病的基因診斷應(yīng)包括DNA診斷和RNA診斷兩大部分，前者分析基因的結(jié)構(gòu)，后者分析基因的功能。

8.1 核酸分子雜交

核酸分子雜交是指具有一定互補(bǔ)序列的核酸單鏈在液相或固液相體系中按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則結(jié)合成異質(zhì)雙鏈的過(guò)程。分子雜交是基因診斷最基本的技術(shù)之一，其通常涉及兩個(gè)方面，一方面是待檢測(cè)的DNA或RNA，而另一方面是由于檢測(cè)的已知序列的DNA或RNA片段，稱之為探針。

8.2 PCR法

聚合酶鏈反應(yīng)是一種酶促化學(xué)反應(yīng)。在體外被檢測(cè)的目的基因可以在很短的時(shí)間內(nèi)被擴(kuò)增上百萬(wàn)倍，大大提高了基因診斷的靈敏度。PCR法是目前基因診斷中使用最多的方法，對(duì)PCR擴(kuò)增片段直接測(cè)序，可以診斷未知突變基因核苷酸的改變。

8.3 RNA診斷

通過(guò)RNA診斷可以對(duì)待測(cè)基因的轉(zhuǎn)錄物（RNA）進(jìn)行定量分析，監(jiān)測(cè)其剪接和加工的缺陷以及外顯子的變異等，并可用于基因治療效果的監(jiān)測(cè)。RNA診斷方法中，發(fā)展最快的是反轉(zhuǎn)錄PCR，RT-PCR。應(yīng)用RT-PCR，可以進(jìn)行特定m RNA的長(zhǎng)度和定量分析，并可進(jìn)一步進(jìn)行核苷酸的測(cè)序分析。

9 結(jié)語(yǔ)

由于基因突變的類型多種多樣，除了缺失、插入、倒位、動(dòng)態(tài)突變和一些高發(fā)的點(diǎn)突變可以通過(guò)基因分析直接檢測(cè)、在臨床上可進(jìn)行診斷之外，大多數(shù)基因突變需要繁瑣的分析才能確定，一般難以檢測(cè)，因此基因診斷在臨床上的應(yīng)用主要是產(chǎn)前診斷。

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