人类在生物遗传领域的探索与发展

2017-10-25杨滢胡蓉

中国科技纵横 2017年18期

杨滢++胡蓉

摘要：1865年，奥地利学者孟德尔杂交实验的结论成为生物学历史上最重要的发现之一，是现代遗传学发展的基础。孟德尔的分离定律与自由组合这两大定律，为研究遗传学提供了有力的理论基础。后来的美国学者摩尔根提出的连锁与交换定律成为遗传学的第三个基本定律。随着生物学的进一步发展，孟德尔遗传学也有了进一步的拓展，人们发现，生物性状一般不是由单一基因控制的，而是由若干个基因相互作用的结果，它包括等位基因之间相互作用（如不完全显性等）、非等位基因之间相互作用（如互补作用、上位效应等）、基因多效性和多基因遗传等。随着研究工作的深入，研究人员对基因组这个名词作出更精确的定义。因此，基因组定义为细胞或生物体的遗传物质的总量。即整套染色体所包含的DNA分子以及DNA分子所携带的全部遗传信息。原核生物基因组就是原核细胞内构成染色体的一个DNA分子。真核生物有核基因组和细胞器基因组（如线粒体基因组和叶绿体基因组）。基因被认为是DNA长链上一个由特定核苷酸组成并具有特定遗传功能的片段。人类基因分布于22对常染色体和X、Y性染色体，也就是说染色体是基因的载体。人类的基因信息决定了人类发育、生殖、生长、疾病、衰老、死亡等所有生命现象。人们不断进行着基因组方向的研究，向遗传分子学的领域探索。1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构的模型，奠定了分子遗传学的基础，人们开始关注核酸的结构和功能。随着现代医学的发展进步，科学研究表明，人的健康决定于人的遗传结构和其周围生活环境相互作用的平衡，遗传学更是防治遗传病，防治人类变异，延长人类寿命，提高人口素质的重要基础学科之一，医学遗传学和分子遗传学的研究成果已迅速地应用于遗传疾病的诊断、治疗、预防和控制中，直接关系着人类的命运和健康。遗传病是由于遗传物质发生变化而引起的疾病。

关键词：分离定律；自由组合定律；基因 DNA；遗传病

中图分类号：R318.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0226-02

DNA是具有连续性的遗传物质，基因则是DNA长链上一个由特定核苷酸组成并具有特定遗传功能的片段，随着遗传学研究的深入，人们越来越关注遗传物质的分子结构，也更加努力的探索治疗遗传病的有效途径。

1 现代遗传学发展的基础：孟德尔提出了分离定律、自由组合定律

1.1 分离定律

孟德尔选用严格自花授粉的豌豆为实验植物，从中选取了许多稳定的、易于区分的性状作为观察分析的对象，例如，豌豆的种皮的颜色（灰色和白色）、子叶的颜色（黄色和绿色）、种子的性状（圆滑和皱缩）豆荚的颜色（绿色和黄色）、豆荚的形状（饱满和皱缩）、茎的高度（高的和矮的）花的着生位置（腋生和顶生），AA与Aa杂交后发现，一对等位基因在杂合状态下（Aa）下，互不干预，保持其独立性，在形成配子时各自（A和a）分配到不同配子中去。

总结出了孟德尔的分离定律：在配子形成过程中，成对的遗传因子相互分离，如在杂合体中，半数的配子带有其中的一个遗传因子，另一半的配子带有另一个遗传因子。即杂合体的一对等位基因在形成配子时互相不影响的分到雌雄配子中去。

1.2 自由组合定律

孟德尔在他的豌豆杂交实验中，进一步研究了2对或2对以上相对性状之间的遗传关系，从而提出了遗传学第二定律，独立分配定律，又称自由组合定律。其实质在于形成配子时等位基因分离，非等位基因以同等的机会在配子内自由组合。自由组合定律的发现为人们解释生物多样性提供了理论基础，生物变异的原因很多，其中非等位基因的自由组合是出现生物多样性的重要原因之一。

小结：孟德尔对遗传学的贡献：

①第一次用科学的方法研究性状的遗传规律，如选用纯种、区分性状、分类统计学处理、实验设计和验证等。②第一次提出了遗传因子的概念，并将遗传因子定位于生殖细胞中。③发现了生物性状的遗传规律，使性状的遗传成为可预见性的科学。

2 摩尔根提出了连锁和交换定律

摩尔根通过对果蝇遗传的大量研究，进一步证明基因是以线性形式排列在染色体上，在染色体上占有一定位置。基因的传递同基因所在的染色体的传递是连锁的。他由此提出连锁遗传规律以及连锁与交换的遗传机制。这是遗传学的第三个基本定律。

3 人们发现了等位基因之间存在的相互作用

有些性状，其杂种F1的性状表现为2个亲本的中间类型或不同于2个亲本的新类型，这称为不完全显性；一对等位基因的2个成员在杂合体中都表达的遗传现象称为共显性，或称并显性；双亲的性状在后代的同一个个体不同部位表现出来，形成镶嵌模式，这种显性现象称为镶嵌显性，与共显性并没有实质差异。

4 人们进一步发现非等位基因之间也存在相互作用

多个非等位基因同时存在时才会表现出某一性状，这些基因称为互补基因，这种基因互作的类型称为互补作用。

同一性狀由多个非等位基因控制，每个基因对该性状都有影响。称作累加作用。

重复作用：不同对基因互作时，对性状产生相同的影响，只要2对等位基因中存在一个显性基因，即表现为一种性状，只有双隐性个体才表现另一种性状。

上位效应：一对等位基因收到另一对等位基因的制约，并随着后者不同，前者的表现型有所差异。

抑制作用：在2对独立基因中，一对基因本身不能控制性状表现，但其显性基因对另一对基因的表现是有抑制作用。

5 人类基因组计划——应用

“人类基因组计划”是20世纪90年代在全国范围内广泛合作的一项研究计划。目标是全面而透彻的认识人类基因组的正常结构、功能及基因的异常结构与人类疾病。

6 人类开始了解遗传病

6.1 染色体病

常见的染色体病如21三体综合征，这类疾病是由整条染色体或部分染色体的增加或缺失所致。因为每条染色体有数万个基因，所以染色体病的体征通常十分明显，大多数染色体病的特征为生长缓慢、智力低下和各种身体异常。失去或获得整条染色体一般难以存活，自然流产或夭折的主要原因。endprint

6.2 单基因病

由单个基因突变所致，严重影响患者的健康。它是单纯的按照孟德尔方式遗传，所以又称为孟德尔疾病。单基因病占儿科住院人数和儿童死亡率的5%～10%。镰刀型细胞贫血症是第一个在分子水平上确定的遗传性疾病，它的研究称为现代分子遗传学应用于临床疾病的一个模型。

6.3 多基因或多因素疾病

这类疾病由多个基因相互作用和环境因素作用所致，其中一些基因可能起主要作用，但多数为相对微效作用。它们既是最常见又是最不了解的人类遗传性疾病，包括糖尿病、冠状动脉疾病和精神分裂症，因此，探索几个或众多基因间累积效应或相互作用而导致疾病易感染以及环境因素的影响，具有很大的挑战性。

6.4 体细胞遗传病

体细胞中遗传物质改变所导致的疾病称为体细胞遗传病。因为它是体细胞中遗传物质的改变，所以一般并不向后代传递。一个经典例子是癌，其恶性表型的发展通常是控制细胞的生长的基因突变所致。

7 遗传病的诊断

遗传病的诊断是一项复杂的工作，其主要依靠症状、体征、病史、各种影像学资料、生化检验数据、染色体分析和分子遗传学分析等。遗传病的种类很多，严重威胁着人类的健康，是影响人口素质的重要因素，近年来对肿瘤的流行病学等方面研究表明，肿瘤的发病情况与遗传有密切的关系。

8 技术渐渐成熟，人们开始进行基因诊断

基因诊断是在重组DNA基础上迅速发展起来的一项应用技术，旨在对受检者的某一特定基因或其转录产物进行分析和检测，从而对相应的遗传病进行诊断。越来越多的证据表明，遗传病的发生不仅与基因（DNA）的结构有关，而且与转录水平或翻译水平的变化有关，因此，遗传病的基因诊断应包括DNA诊断和RNA诊断两大部分，前者分析基因的结构，后者分析基因的功能。

8.1 核酸分子雜交

核酸分子杂交是指具有一定互补序列的核酸单链在液相或固液相体系中按碱基互补配对原则结合成异质双链的过程。分子杂交是基因诊断最基本的技术之一，其通常涉及两个方面，一方面是待检测的DNA或RNA，而另一方面是由于检测的已知序列的DNA或RNA片段，称之为探针。

8.2 PCR法

聚合酶链反应是一种酶促化学反应。在体外被检测的目的基因可以在很短的时间内被扩增上百万倍，大大提高了基因诊断的灵敏度。PCR法是目前基因诊断中使用最多的方法，对PCR扩增片段直接测序，可以诊断未知突变基因核苷酸的改变。

8.3 RNA诊断

通过RNA诊断可以对待测基因的转录物（RNA）进行定量分析，监测其剪接和加工的缺陷以及外显子的变异等，并可用于基因治疗效果的监测。RNA诊断方法中，发展最快的是反转录PCR，RT-PCR。应用RT-PCR，可以进行特定m RNA的长度和定量分析，并可进一步进行核苷酸的测序分析。

9 结语

由于基因突变的类型多种多样，除了缺失、插入、倒位、动态突变和一些高发的点突变可以通过基因分析直接检测、在临床上可进行诊断之外，大多数基因突变需要繁琐的分析才能确定，一般难以检测，因此基因诊断在临床上的应用主要是产前诊断。

参考文献

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