人類在生物遺傳領域的探索與發(fā)展

楊瀅++胡蓉

摘 要：1865年，奧地利學者孟德爾雜交實驗的結(jié)論成為生物學歷史上最重要的發(fā)現(xiàn)之一，是現(xiàn)代遺傳學發(fā)展的基礎。孟德爾的分離定律與自由組合這兩大定律，為研究遺傳學提供了有力的理論基礎。后來的美國學者摩爾根提出的連鎖與交換定律成為遺傳學的第三個基本定律。隨著生物學的進一步發(fā)展，孟德爾遺傳學也有了進一步的拓展，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（如互補作用、上位效應等）、基因多效性和多基因遺傳等。隨著研究工作的深入，研究人員對基因組這個名詞作出更精確的定義。因此，基因組定義為細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胞內(nèi)構(gòu)成染色體的一個DNA分子。真核生物有核基因組和細胞器基因組（如線粒體基因組和葉綠體基因組）。基因被認為是DNA長鏈上一個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對常染色體和X、Y性染色體，也就是說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、疾病、衰老、死亡等所有生命現(xiàn)象。人們不斷進行著基因組方向的研究，向遺傳分子學的領域探索。1953年Watson和Crick提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的模型，奠定了分子遺傳學的基礎，人們開始關注核酸的結(jié)構(gòu)和功能。隨著現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展進步，科學研究表明，人的健康決定于人的遺傳結(jié)構(gòu)和其周圍生活環(huán)境相互作用的平衡，遺傳學更是防治遺傳病，防治人類變異，延長人類壽命，提高人口素質(zhì)的重要基礎學科之一，醫(yī)學遺傳學和分子遺傳學的研究成果已迅速地應用于遺傳疾病的診斷、治療、預防和控制中，直接關系著人類的命運和健康。遺傳病是由于遺傳物質(zhì)發(fā)生變化而引起的疾病。

關鍵詞：分離定律；自由組合定律；基因 DNA；遺傳病

中圖分類號：R318.1 文獻標識碼：A 文章編號：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長鏈上一個由特定核苷酸組成并具有特定遺傳功能的片段，隨著遺傳學研究的深入，人們越來越關注遺傳物質(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)代遺傳學發(fā)展的基礎：孟德爾提出了分離定律、自由組合定律

1.1 分離定律

孟德爾選用嚴格自花授粉的豌豆為實驗植物，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)，一對等位基因在雜合狀態(tài)下（Aa）下，互不干預，保持其獨立性，在形成配子時各自（A和a）分配到不同配子中去。

總結(jié)出了孟德爾的分離定律：在配子形成過程中，成對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遺傳因子，另一半的配子帶有另一個遺傳因子。即雜合體的一對等位基因在形成配子時互相不影響的分到雌雄配子中去。

1.2 自由組合定律

孟德爾在他的豌豆雜交實驗中，進一步研究了2對或2對以上相對性狀之間的遺傳關系，從而提出了遺傳學第二定律，獨立分配定律，又稱自由組合定律。其實質(zhì)在于形成配子時等位基因分離，非等位基因以同等的機會在配子內(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，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)：孟德爾對遺傳學的貢獻：

①第一次用科學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)計學處理、實驗設計和驗證等。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見性的科學。

2 摩爾根提出了連鎖和交換定律

摩爾根通過對果蠅遺傳的大量研究，進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。基因的傳遞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制。這是遺傳學的第三個基本定律。

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個親本的中間類型或不同于2個親本的新類型，這稱為不完全顯性；一對等位基因的2個成員在雜合體中都表達的遺傳現(xiàn)象稱為共顯性，或稱并顯性；雙親的性狀在后代的同一個個體不同部位表現(xiàn)出來，形成鑲嵌模式，這種顯性現(xiàn)象稱為鑲嵌顯性，與共顯性并沒有實質(zhì)差異。

4 人們進一步發(fā)現(xiàn)非等位基因之間也存在相互作用

多個非等位基因同時存在時才會表現(xiàn)出某一性狀，這些基因稱為互補基因，這種基因互作的類型稱為互補作用。

同一性狀由多個非等位基因控制，每個基因?qū)υ撔誀疃加杏绊憽７Q作累加作用。

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

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

抑制作用：在2對獨立基因中，一對基因本身不能控制性狀表現(xiàn)，但其顯性基因?qū)α硪粚虻谋憩F(xiàn)是有抑制作用。

5 人類基因組計劃——應用

“人類基因組計劃”是20世紀90年代在全國范圍內(nèi)廣泛合作的一項研究計劃。目標是全面而透徹的認識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 人類開始了解遺傳病

6.1 染色體病

常見的染色體病如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。因為每條染色體有數(shù)萬個基因，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

由單個基因突變所致，嚴重影響患者的健康。它是單純的按照孟德爾方式遺傳，所以又稱為孟德爾疾病。單基因病占兒科住院人數(shù)和兒童死亡率的5%～10%。鐮刀型細胞貧血癥是第一個在分子水平上確定的遺傳性疾病，它的研究稱為現(xiàn)代分子遺傳學應用于臨床疾病的一個模型。

6.3 多基因或多因素疾病

這類疾病由多個基因相互作用和環(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)為相對微效作用。它們既是最常見又是最不了解的人類遺傳性疾病，包括糖尿病、冠狀動脈疾病和精神分裂癥，因此，探索幾個或眾多基因間累積效應或相互作用而導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 體細胞遺傳病

體細胞中遺傳物質(zhì)改變所導致的疾病稱為體細胞遺傳病。因為它是體細胞中遺傳物質(zhì)的改變，所以一般并不向后代傳遞。一個經(jīng)典例子是癌，其惡性表型的發(fā)展通常是控制細胞的生長的基因突變所致。

7 遺傳病的診斷

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

8 技術漸漸成熟，人們開始進行基因診斷

基因診斷是在重組DNA基礎上迅速發(fā)展起來的一項應用技術，旨在對受檢者的某一特定基因或其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進行分析和檢測，從而對相應的遺傳病進行診斷。越來越多的證據(jù)表明，遺傳病的發(fā)生不僅與基因（DNA）的結(jié)構(gòu)有關，而且與轉(zhuǎn)錄水平或翻譯水平的變化有關，因此，遺傳病的基因診斷應包括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序列的核酸單鏈在液相或固液相體系中按堿基互補配對原則結(jié)合成異質(zhì)雙鏈的過程。分子雜交是基因診斷最基本的技術之一，其通常涉及兩個方面，一方面是待檢測的DNA或RNA，而另一方面是由于檢測的已知序列的DNA或RNA片段，稱之為探針。

8.2 PCR法

聚合酶鏈反應是一種酶促化學反應。在體外被檢測的目的基因可以在很短的時間內(nèi)被擴增上百萬倍，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PCR擴增片段直接測序，可以診斷未知突變基因核苷酸的改變。

8.3 RNA診斷

通過RNA診斷可以對待測基因的轉(zhuǎn)錄物（RNA）進行定量分析，監(jiān)測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。RNA診斷方法中，發(fā)展最快的是反轉(zhuǎn)錄PCR，RT-PCR。應用RT-PCR，可以進行特定m RNA的長度和定量分析，并可進一步進行核苷酸的測序分析。

9 結(jié)語

由于基因突變的類型多種多樣，除了缺失、插入、倒位、動態(tài)突變和一些高發(fā)的點突變可以通過基因分析直接檢測、在臨床上可進行診斷之外，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，因此基因診斷在臨床上的應用主要是產(chǎn)前診斷。

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