遗传学分离定律
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遗传学分离定律范文第1篇
1 细胞遗传学时期
1.1 细胞遗传学的发展史
孟德尔于1856～1864年在他所在修道院的小花园内对豌豆进行了杂交实验，于1865年在当地召开的自然科学学会上宣读了实验结果。他认为生物性状的遗传是受遗传因子控制的，并提出了遗传因子分离和自由组合的基本遗传规律。
在1875～1884年间，德国解剖学家和细胞学家弗莱明在动物中，德国植物学家和细胞学家施特拉斯布格在植物中，分别发现了有丝分裂、减数分裂、染色体的纵向分裂以及分裂后的趋向两极的行为；比利时动物学家贝内登还观察到马副蛔虫的每一个身体细胞中含有等数的染色体；德国动物学家赫特维希在动物中，施特拉斯布格在植物中分别发现受精现象。这些发现都为遗传的染色体学说奠定了基础。
1903年萨顿发现染色体行为与遗传因子的行为一致，于是提出了染色体是遗传因子的载体的观点。
约在1910年，美国遗传学家摩尔根及其同事根据对普通果蝇的研究，确定了基因是染色体上的分散单位，在染色体上呈直线排列，提出了基因的连锁交换规律，并结合当时的细胞学成就，创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学。
细胞遗传学时期大致是1910～1940年，可从美国遗传学家和发育生物学家摩尔根在1910年发表关于果蝇的性连锁遗传开始，到1941年美国遗传学家比德尔和美国生物化学家塔特姆发表关于链孢霉的营养缺陷型方面的研究结果为止。因显微技术所限，该时期细胞遗传学材料主要集中于各种动植物。
1.2 细胞遗传学时期几种常用遗传学材料
1.2.1 豌豆
豌豆属豆科植物，一年生藤本作物，羽状复叶，小叶卵形，开白色或淡紫色的花，果实有荚。嫩荚和种子供食用。
作为遗传学实验材料的优点是：自花传粉，闭花授粉；品种间性状差别显著，且相对性状多；花大，便于操作，成熟的种子保留在豆荚中，不容易脱落，利于观察和统计。
1.2.2 果蝇
果蝇是果蝇科果蝇属昆虫，约1 000种。广泛用作遗传和进化的室内外研究材料，尤其是黄果蝇易于培育。其生活史短，在室温下不到两周。其生活环境有些种生活在腐烂水果上，有些种则在真菌或肉质的花中生活。
作为实验动物，果蝇有很多优点。饲养容易，并且繁殖快，在25℃左右下约10 d就繁殖一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。同时果蝇只有四对染色体，数量少而且形状有明显差别，便宜观察；并且果蝇性状变异很多，比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状都有多种变异。这些特点对遗传学研究也有很大好处。
1.2.3 玉米
玉米是一年生禾本科草本植物。植株高大，茎强壮，挺直。叶窄而大，边缘波状，于茎的两侧互生。雄花花序穗状顶生。雌花花穗腋生。玉米是遗传学研究的良好材料，其理由如下：玉米开单性花，雌雄同株（可同株受精也可异株受粉），雌雄蕊长在不同花序上，去雄容易杂交方便；很多性状可在种子上看到，种子虽然长在母株上的果穗上，但已是下一代了；同一果穗上有几百粒种子，便于统计分析；生长周期短；具有易于区分的相对性状。
2 微生物遗传学时期
2.1 微生物遗传学发展史
大致是1940～1960年，从1941年比德尔和塔特姆发表关于脉孢霉属中的研究结果开始，到1960～1961年法国分子遗传学家雅各布和莫诺发表关于大肠杆菌的操纵子学说为止。在这一时期中，采用微生物作为材料研究基因的原初作用、精细结构、化学本质、突变机制以及细菌的基因重组、基因调控等，取得了已往在高等动植物研究中难以取得的成果，从而丰富了遗传学的基础理论。1900～1910年人们只认识到孟德尔定律广泛适用于高等动植物，微生物遗传学时期的工作成就则使人们认识到遗传学的基本规律适用于包括人和噬菌体在内的一切生物。
2.2 微生物作为遗传学研究材料的优点
大约从1910年～1930年间的主要成就是阐明遗传物质的传递规律，包括染色体变异和进化的研究在内，从20世纪40年代起则主要是阐明基因突变机制和基因作用机制，而在这些研究中，微生物方面的研究占有重要地位。微生物作为研究遗传学的材料有如下优点：① 便于获得营养缺陷型；② 便于作为基因作用研究的材料；③ 便于作为基因突变的研究材料；④ 便于作为研究杂交、转导、转化等现象的材料；⑤ 便于作为基因精细结构的研究材料；⑥ 能被用作研究复杂体制的生物的简单模型，常用大肠杆菌和噬菌体。
肠埃希氏菌通常称为大肠杆菌，是Escherich在1885年发现的，是一种普通的原核生物，属细菌。
2.3 常用的微生物——红色面包霉
红色面包霉（2n=14）是一类被称为子囊菌的真菌中的一种。子囊菌门是最大的一个真菌门类。其营养体由单倍体多细胞菌丝体和分生孢子所组成。红色面包霉的生活史包括无性和有性两个世代，其无性世代是通过菌丝的有丝分裂发育成菌丝体，或由分生孢子发芽形成新的菌丝体。而有性世代是由两种不同生理类型（接合型）菌丝或称不同的接合型通过融合，或异型核结合形成二倍体合子。合子形成后进行减数分裂产生4个单倍体的核，称为四分孢子，四分孢子再经一次有丝分裂形成8个子囊孢子，并以4对“双生”，成线性排列在子囊中。
作为遗传学研究的材料其优点有：① 因为是单倍体，染有显隐性的复杂问题，基因型直接在表现型上反映出来；② 一次只分析一个减数分裂的产物；③ 个体小，生长快，易于培养，一次杂交可产生大量后代，便于科学统计；④ 生殖方式是有性生殖，染色体的结构和功能也与高等生物类似。
3 分子遗传学时期
3.1 分子遗传学发展史
1953年，美国分子生物学家沃森和英国分子生物学家克里克提出DNA的双螺旋模型标志着遗传学研究进入分子遗传学时期。
分子遗传学是在微生物遗传学和生物化学的基础上发展起来的。分子遗传学的基础研究工作都以微生物，特别是以大肠杆菌和它的噬菌体作为研究材料完成的；它的一些重要概念如基因和蛋白质的线性对应关系、基因调控等也都来自微生物遗传学的研究。分子遗传学在原核生物领域取得上述许多成就后，才逐渐在真核生物方面开展起来。
正像细胞遗传学研究推动了群体遗传学和进化遗传学的发展一样，分子遗传学也推动了其他遗传学分支学科的发展。遗传工程是在细菌质粒和噬苗体以及限制性内切酶研究的基础上发展起来的，它不但可以应用于工、农、医各个方面，而且还进一步推进分子遗传学和其他遗传学分支学科的研究。
3.2 分子遗传学常用材料
3.2.1 大肠杆菌
大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，周身鞭毛，能运动，无芽孢。其主要特征如下：
（1） 大肠杆菌是细菌，属于原核生物；具有由肽聚糖组成的细胞壁，只含有核糖体简单的细胞器，没有细胞核有拟核；细胞质中的质粒常用作基因工程中的运载体。
（2） 大肠杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型。
（3） 人体与大肠杆菌的关系：在不致病的情况下（正常状况下），可认为是互利共生（一般高中阶段认为是这种关系）；在致病的情况下，可认为是寄生。
（4） 培养基中加入伊红美蓝遇大肠杆菌，菌落呈深紫色，并有金属光泽，可鉴别大肠杆菌是否存在。
（5） 大肠杆菌在生物技术中的应用：大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作简单，培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系。
（6） 大肠杆菌在生态系统中的地位，若生活在大肠内，属于消费者，若生活在体外则属于分解者。
（7） 它的基因组DNA为拟核中的一个环状分子，同时可以有多个环状质粒DNA。
大肠杆菌作为遗传学材料的优点是：体积小、结构简单（拟核中只有一个环状DNA分子）、繁殖迅速、容易培养、变异类型容易选取。
3.2.2 噬菌体
遗传学分离定律范文第2篇
摘 要：对过氧化物酶体增殖物激活受体基因（PPARG）的31个SNP位点进行群体遗传学分析，利用质谱检测技术检测PPA RG基因的31个SNPs位点多态性，并根据质谱峰图判读样本目标位点基因型，统计分析31个SNP位点的基因型和等位基因的分布频率，利用x2检验确定筛选的SNP位点是否符合Hardy-Weinberg平衡定律。结果发现31个SNP位点中，23个位点的次等位基因分布频率MAF≥0.05，在新疆维吾尔族人群中具有多态性，其他8个SNP位点的MAF< 0.05，没显示多态性。基因型和等位基因频率在男女两组间均无统计学差异（p>0.05），表明这些位点等位基因分布不存在性别差异。
关键词：过氧化物酶体增殖物激活受体（PPA RG）；SNP位点；维吾尔族人群
中图分类号：Q39
文献标识码：A
文章编号：1007-7847（2015）03-0189-07
单核苷酸多态性（single nucleotide polymor-phisms，SNPs）是指人类基因组中单个碱基的变异，推测人类基因组至少有210万个SNPs[1]。SNPs是人类种族差异、个体差异的分子基础，成为第三代多态性标记，是基因组多样性和识别及定位疾病相关基因的一种新型手段[2]。SNPs数量大、分布广，在人类30亿碱基中有约3x106个SNPs位点，在任何已知或未知疾病基因附近都可能找到众多的SNPs[1]。应用高密度的SNPs图谱，通过相关分析或连锁分析可以定位一系列多基因疾病，如糖尿病、高血压、哮喘、癌症等的主基因。因此，人们希望通过研究SNP图谱，更深刻地认识癌症、糖尿病、血管性疾病和某些精神性疾病等发病率高的多基因疾病的发生机制[2，3]。
过氧化物酶体增殖物激活受体PPA RG基因定位于3p25，属于转录因子的核激素受体超家族，主要表达于脂肪组织，调节脂肪细胞的分化过程，参与脂肪细胞的凋亡，PPA RG基因功能缺失突变可以导致脂肪萎缩，在脂肪细胞特异基因的表达和调节胰岛素敏感性方面发挥着重要作用[4]。PPA RG也可能成为肥胖、高血压、动脉粥样硬化的新型治疗靶点[5-9]。研究提示其可能在脂肪细胞分解、能量消耗及炎症反应中发挥重要作用[4，10-14]。目前认为PPA RG在人体能量代谢的调节控制中起核心作用，直接影响到葡萄糖进入三羧酸循环、葡萄糖胺生成速率和组织的糖异生能力，经大样本荟萃分析显示单核苷酸多态性（SNPs）与2型DM易感性相关[15-19]。
至今虽然在不同种族报道了PPARG基因多态性方面的很多关联研究，但研究结果不一致，且研究位点多集中于少数几个常见SNP有报道。为此，本研究探讨新疆维吾尔族健康人群PPA RG基因的31个SNP位点的多态性，为进一步研究基因多态性与相关疾病发病危险性和前瞻性研究提供基础数据。
1 材料与方法
1.1样本
采自在新疆地区民丰县县医院体检的健康维族人群无关个体50例，要求所有调查对象均在所在地区居住3代以上，无血缘关系，年龄>40岁，家庭婚姻史为世代族内通婚。自肘静脉采血3 mL加0.5 mL ACD抗凝，充分混匀后放人-20°C冰箱冷藏室保存备用。
1.2主要试剂和仪器
基因扩增：ABI Gene Amp@9700 384 Dual，质谱点样：Mass ARRAY Nan dispenser RS1000；质谱分析：Mass ARRAY Compact System；试剂：Complete Genotyping Reagent Kit for Mass AR-RAY@ Compact 384。
1.3方法及步骤阐述
1）基因组DNA提取及DNA样品浓度和纯度质检：采用北京Transgenic Biotech有限公司的EasyPureTM Blood Genomic DNA Kit试剂盒。分离出的DNA用琼脂糖凝胶电泳法检验，并通过紫外分光光度计检测OD260 /OD28080数值，调整DNA终浓度在30～50 ng/μL之间。 2）引物设计及引物稀释：根据SNP位点通过美国Sequenom公司的Assay Design 3.1软件进行引物设计；通过质谱预实验进行延伸引物质检，将引物稀释到质谱反应所需浓度。PCR引物储备液制备：配置PCR引物储备液，终浓度为100 μmol/L；单碱基延伸引物储备液制备：配置单碱基引物储备液，终浓度为500 μmol/L；引物设计详细（见表2）。
3） PCR反应：5μL的PCR反应体系中含有ddH20 1.8 μL，10* buffer 0.5μL，Mg2+ 0.4 μL，dNTP 0.1 μL，Hot star 0.2μL，F Primer/R Primer 1μL，基因组DNA样品（20―50 ng），至终体积5μL。PCR扩增反应条件：95℃2 min预变性，95 0C 30 s，56 0C 30 s，72 0C 60 s*45个循环；72 0C 5 min；25 aC∞。
4） SAP酶消化反应：按照下述顺序配制SAP酶Mix：总体积2x460，dddH20 1.53x460pLL，SAP Buffer 0.17x460 μL，SAP Enzyme 0.3x460μL，下一步在PCR仪中按照下述程序进行SAP酶消化：37 0C 40 min，85 0C 5 min，25 0C ∞。
5）单碱基延伸反应：按照下述顺序配制单碱基延伸反应Mix：三蒸水0.619x460 μL，lOx iplex buffer 0.2x460 μL，Terminator mix 0.2x460μL.引物0.94x460 μL，单碱基延伸酶0.041x460 μL，至终体积2x460 μ1。下一步在PCR仪中按照下述程序进行单碱基延伸反应：预变性94℃30 s，分别为94 °C 5 s，52℃Ss进行40个外部循环，分别为80 °C 5 s，72 0C 3 min进行40个内部循环，25 °C ∞。
6）树脂纯化：将反应产物的384孔板中加入16 μL三蒸水，在离心机中离心2 000转离心3 min；加入树脂，在反转摇匀仪上做树脂纯化反应35 min，脱盐；反应完成后在离心机中离心2 000转离心3 min。将脱盐处理后的样品点在样品靶上，自然结晶。
7）进行质谱检测，并收集数据：MALDI-TOF-MS（基质辅助激光解析电离飞行时间质谱）反应；Typer 4.0软件检测质谱峰，并根据质谱峰图判读各样本目标位点基因型。1.4统计学处理
将所有完成的问卷统一编码，使用SPSS Data Entry 2.0软件建立数据库。所选SNP位点群体基因型经Hardy-Weinberg平衡检验。采用直接计数法对各个SNP位点在新疆维吾尔族人群中的频率分布进行统计。采用X2检验进行男女两组之间的基因型及等位基因频率分布特征的比较。
2 结果
1） SNP位点借于MAF值进行Hardy -Wein-berg遗传平衡定律检验。
一般以P=0.05作为显著性水平的界值，P>0.05说明所调查的群体达到遗传平衡，即本次群体调查的数据可信；SNP分子标识的选择依据：①最小等位基因频率（MAF）≥0.05；②PPARG与多代谢异常有关的SNP；③所选的SNP位于基因片段功能区或可能改变功能的区域[19J。X2检验中自由度的法则为：由于总的理论数必须等于总的实际数（作为限制条件，必须从总的自由度中减1），需要估计的参数实际上只有等位基因频率a，其余等位基因和全部基因型频率都可以由其推算出，所以需要估计的参数数目为1，df=总的分类数（即基因型的数目）一1（需要估计的参数数目1。PPA RG基因所筛选的SNPs位点中除了rs4135329、rs4135356、rs4135354、rs6805419、rs -9870196、rs17036700、rs4135304、rs4135343位点以外，其他23个位点均符合Hardy-Weinberg平衡，具有群体代表性（P>0.05）（见表1）。
2）对新疆地区50例维吾尔族无关个体进行SNP分型检测获得31个SNP位点的基因型。
采用直接记数法计算，得到每个位点的最小等位基因频率（MAF）。rs4135329、rs4135356、rs4135354、rs6805419、rs9870196、rs17036700位点第1个等位基因频率为1，第2个等位基因频率都为0。rs4135304、rs4135343位点第1个等位基因频率为0，第2个等位基因频率都为1（见表3）。
3）进一步对具有多态性的23个位点进行基因型频率分布计算。
在23个SNP位点中，rs1899951、rs2292101、rs-2881654、rs1801282等位点的第一个纯合体基因型频率最高，频值0.74，rs6782475、rs7626560等位点的第一个纯合体基因型频率最低，频值均为0。在杂合体中rs17036242、rs7615916、rs9310401等位点的杂合体基因型频率最高，频值分别为0.60、0.63、0.60。rs6782475位点杂合体基因型频率最低，频值均为0.12。在第2个纯合体中，rs3856806、rs6782475等位点的基因型频率最高，频值分别为0.68、0.88。rs17036242、rs1899951、rs-2292101、rs2881654、rs9310401、rs1801282等位点基因型频率最低，频值均为0―0.02（见表4）。
4）采用SPSS软件X2检验进行男女两组之间的基因型及等位基因频率计算。
在rs2292101位点第2个纯合体的基因型在男和女都为0，所以无法进行卡方检验，rs6782475、rs7626560位点第一个纯合体的基因型在男和女都为0，所以无法进行卡方检验，其他位点的基因型和等位基因频率在男女组间的差异均未达到统计学意义（P>0.05）（见表5）。
3讨论
过氧化物酶体增殖物活化受体y（PPA R-y），也称胰岛素增敏剂受体，是一种位于人类染色体上的二型核受体，由PPARG基因编码，对脂肪细胞和胰岛素有重要的作用，是治疗糖尿病的研究对象之一[16-22]。PPA R-y通过JAK -STAT、激活蛋白-1（AP-1）、NF-rd3、活化T细胞核因子信号通路（NFAT）来抑制炎症反应；通过抑制泡沫细胞的分化、炎症反应以及细胞增殖来抑制动脉粥样硬化的发生发展；通过磷脂酰肌醇三激酶（P13K）、瘦素、脂链素等信号通路来参与糖稳态的调节；通过细胞周期的调控来影响肿瘤生长；参与脂肪细胞分化并与肥胖密切相关。明确这些相关信号通路以及相关细胞因子的作用，可对相关疾病机制及防治进一步提供有力依据和干预途径[23]。
代谢综合征是临床上具有肥胖、高血压、血脂紊乱、受损的糖耐量或糖尿病以及胰岛素抵抗等一系列代谢失常症状的并称，是多种代谢成分异常聚集的的病理状态。引起上述代谢失常症状的因素有很多，包括胰岛素抵抗、炎症反应、脂肪组织分泌的各种细胞因子的参与、生活方式及遗传因素等，但其根本原因还是能量代谢的失衡[24-26]。因此，代谢综合征治疗手段的探索和相关药物的开发已成为国内外科学工作者关注的热点。
本研究中，从新疆维吾尔族人群50例无关个体提取血液DNA，使用Haploview 4.1分析软件，对过氧化物酶体增殖物激活受体（ PPARG）相关SNP位点筛选，为了避免由于SNP的MAF过低而产生的统计偏倚，首先考虑纳入（最小等位基因）MAF>0.05的多态位点，并根据多人群研究情况选择热点多态性位点优先进入候选分型。结果显示，筛选的31个位点中rs1151999、rs1175540、rs17036242、rs1875796、rs1899951、rs2292101、rs -2881654、rs2921190、rs2938397、rs2959272、rs295 -9273、rs2972162、rs3856806、rs4135247、rs4135275、rs4684846、rs6782475、rs709151、rs7615916、rs76 -26560、rs9310401、rs9817428、rs1801282等23个位点具有多态性。在男女组间23个SNP位点的基因型和等位基因频率差异均没达到统计学意义（P>0.05）。
目前，我们只是对以上SNP位点在新疆维吾尔族人群的多态性特征进行了调查，为进一步的群体遗传学的研究和基因多态性普查奠定了基础，并为今后进行疾病前瞻性研究提供了重要的基础资料，但是，这些位点与过氧化物酶体增殖物激活受体的相关性如何，有待于进一步研究。
参考文献（References）：
[1] 王娟.人类基因组SNPs的研究现状及应用前景[J].生命科学（WANG Juan. Prospects and progress on single nucleotide polymorphisms in human genome[J]. Chinese Bulletin of Life Sciences）， 2006，18（4）： 397-401.
[2] 陈菁，孙桂芹.单核苷酸多态性在多基因遗传病研究中的作用[J]中国微生态学杂志（CHEN Jing ，SUN Gui-qin. The role of single nucleotide polymorphisms in the study of che complex genetic diseases[J]. Chinese Medical Journal），2007，4（19）： 229-
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