1、动物细胞遗传学 连正兴连正兴 绪 论 细细 胞：由膜所围成的能独立进行生长的繁殖的胞：由膜所围成的能独立进行生长的繁殖的原生质团。是构成所有生物的基本单位。原生质团。是构成所有生物的基本单位。细胞遗传学是从遗传学和细胞生物学角度研究细细胞遗传学是从遗传学和细胞生物学角度研究细胞的结构与功能、细胞的增殖与分化、衰老与凋胞的结构与功能、细胞的增殖与分化、衰老与凋亡、基因的表达与调控、细胞的起源与进化等细亡、基因的表达与调控、细胞的起源与进化等细胞生命活动规律的科学。胞生命活动规律的科学。细胞区别于非生命界的主要特性：细胞区别于非生命界的主要特性：能够对生存进行自我调节的开放体系、在同外界进行能够对
2、生存进行自我调节的开放体系、在同外界进行物质、能量、信息交换的条件下，处于动态平衡物质、能量、信息交换的条件下，处于动态平衡 生命体由多层次、非线性、多侧面的复杂体系，而细生命体由多层次、非线性、多侧面的复杂体系，而细胞是是生命体的结构与功能单位，有了细胞才有完整胞是是生命体的结构与功能单位，有了细胞才有完整的生命活动。的生命活动。绪论 生命体的一切生命现象，如生长、发育、繁殖、生命体的一切生命现象，如生长、发育、繁殖、遗传、分化、代谢和应激等，都是通过细胞这个遗传、分化、代谢和应激等，都是通过细胞这个生命体来实现的，因此著名生物学家生命体来实现的，因此著名生物学家WilsonWilson：“
3、一切生物物学问题的答案都将到细胞中找到解一切生物物学问题的答案都将到细胞中找到解决。因为所有生物体都是，或者曾经是一个细决。因为所有生物体都是，或者曾经是一个细胞胞”。脱离开细胞，现代生物学的所有分支都将脱离开细胞，现代生物学的所有分支都将失去意义。失去意义。以基因工程为主的现代生物技术主要是通过细胞以基因工程为主的现代生物技术主要是通过细胞的操作来实现的。由此看来细胞学与农业、医学、的操作来实现的。由此看来细胞学与农业、医学、生物高技术有着密不可分的关系，将解决人类生生物高技术有着密不可分的关系，将解决人类生活中的重大问题，促进经济与社会的发展。活中的重大问题，促进经济与社会的发展。绪 论
4、细胞与生物大分子：细胞与生物大分子：细胞是动态的结构体系：细胞是动态的结构体系：遗传信息结构体系：如遗传信息结构体系：如DNADNA储存着物种的全部遗传信息，可是储存着物种的全部遗传信息，可是这些分子必须的细胞内组装成有一定秩序的结构关系，才能发这些分子必须的细胞内组装成有一定秩序的结构关系，才能发挥其重要作用。挥其重要作用。膜结构体系：网络屏障、信息沟通膜结构体系：网络屏障、信息沟通 细胞骨架结构体系：生物化学反应有序性、细胞分裂等细胞骨架结构体系：生物化学反应有序性、细胞分裂等 分子对于细胞来说是归属关系，大分子所表现的一些分子对于细胞来说是归属关系，大分子所表现的一些属性只有在细胞这个体
5、系中才具有生命的意义。生物属性只有在细胞这个体系中才具有生命的意义。生物大分子脱离了细胞就失去了意义。细胞外的大分子即大分子脱离了细胞就失去了意义。细胞外的大分子即使再复杂，变化再大，也只能称为生物化学反应，还使再复杂，变化再大，也只能称为生物化学反应，还称不上为生命活动，目前还不存在无细胞的生命体。称不上为生命活动，目前还不存在无细胞的生命体。各种分子在细胞内建立起一定的时空关系，相互协调各种分子在细胞内建立起一定的时空关系，相互协调配合，才能表现出有生命意义的活动。因此试图利用配合，才能表现出有生命意义的活动。因此试图利用总总DNADNA来恢复灭绝物种还有很大困难。来恢复灭绝物种还有很大困
6、难。细胞的组成 一节、细胞研究的发展历史 科学的发展总是与工具的改进是分不开的（显微镜、科学的发展总是与工具的改进是分不开的（显微镜、电镜等）电镜等）1.细胞的发现细胞的发现：荷兰的眼镜商荷兰的眼镜商JanssenJanssen于于16041604年发明了可以放大年发明了可以放大1010-3030倍的显微镜，倍的显微镜，可以观察昆虫与跳蚤，因此有被称为可以观察昆虫与跳蚤，因此有被称为“跳蚤镜跳蚤镜”，尽管没有发现，尽管没有发现细胞，但将光学放大装置转变成显微镜的一个界标（细胞，但将光学放大装置转变成显微镜的一个界标（肉眼的直观肉眼的直观范围为范围为200um200um，而细胞为，而细胞为30u
7、m30um以下以下）16651665年英国物理学家年英国物理学家Robert HookeRobert Hooke创制了可以放大创制了可以放大4040-140140倍的显倍的显微镜，并开展了大量的观察（包括矿物、动物和植物标本）工作，微镜，并开展了大量的观察（包括矿物、动物和植物标本）工作，并将自己观察到的现象编写成了并将自己观察到的现象编写成了“显微图谱显微图谱”一书，此时将软木一书，此时将软木塞的空洞称为塞的空洞称为CellsCells，但并不具有细胞的含义，此后才发现细胞，但并不具有细胞的含义，此后才发现细胞内容物。内容物。最早期的显微镜 1.细胞的发现细胞的发现 16741674年荷兰科
8、学家年荷兰科学家LeeuwenhoekLeeuwenhoek（只上过高中，当过只上过高中，当过学徒工和布商，学徒工和布商，3939岁才开始进行科学研究，磨制了岁才开始进行科学研究，磨制了550550个透镜，自个透镜，自制了制了247247台显微镜，但仅存下台显微镜，但仅存下9 9台，对其中一台进行检测，放大倍台，对其中一台进行检测，放大倍数为数为270270倍；倍；16801680年当选为英国皇家学会外籍会员；年当选为英国皇家学会外籍会员；16991699年获得巴年获得巴黎科学院通讯院士称号黎科学院通讯院士称号），利用自制的显微镜：），利用自制的显微镜：观察了水中的原生动物、人和哺乳类的精子等
9、微小观察了水中的原生动物、人和哺乳类的精子等微小活细胞；活细胞；同时对细胞进行了测量：细菌为同时对细胞进行了测量：细菌为3um3um、红细胞为、红细胞为7.2um7.2um。人工光源显微镜 2、细胞遗传学的创立与形成 18381838年显微镜分辨率的提高（可达年显微镜分辨率的提高（可达1um1um）、切片机的出现，德国植物）、切片机的出现，德国植物学家学家SchleidonSchleidon根据自己的观察，论证了所有植物体都是由细胞组成根据自己的观察，论证了所有植物体都是由细胞组成的；的；18391839年德国动物学家年德国动物学家SchwannSchwann证明了动物体也是由细胞所组成，并总
10、证明了动物体也是由细胞所组成，并总结前人的工作后提出了结前人的工作后提出了一切生物体都是由细胞所组成的一切生物体都是由细胞所组成的。18551855年年VirchowVirchow提出了：提出了：细胞是所有生物的结构与生命活动单位；细胞是所有生物的结构与生命活动单位；生物的特性取决于细胞的特性，多细胞生物的每个细胞即是一个活动单生物的特性取决于细胞的特性，多细胞生物的每个细胞即是一个活动单位位 细胞只能通过细胞的分裂而来。细胞只能通过细胞的分裂而来。18831883年提出了染色体学说年提出了染色体学说，染色体是遗传单位的携带者。，染色体是遗传单位的携带者。18841884年提出细胞核含有控制遗
11、传的因子年提出细胞核含有控制遗传的因子 18921892年提出了细胞的原生质学说（年提出了细胞的原生质学说（将细胞内的内容物称为原生质将细胞内的内容物称为原生质），），细胞的概念基本形成。细胞的概念基本形成。2、细胞遗传学的创立与形成 19021902年年CannonCannon提出遗传因子位于染色体上提出遗传因子位于染色体上 19051905年年FarmerFarmer提出了减数分裂。提出了减数分裂。19091909年将遗传因子定名为基因。年将遗传因子定名为基因。19091909年年HarrisonHarrison证明胚神经细胞可以在离体条件下生长分证明胚神经细胞可以在离体条件下生长分化，开
12、创了组织培养技术。化，开创了组织培养技术。19141914年实验胚胎学得到了快速发展，发现了早期胚胎分裂年实验胚胎学得到了快速发展，发现了早期胚胎分裂球具有全能性。球具有全能性。19341934年用高速离心机对细胞核与细胞器进行了分离实验，年用高速离心机对细胞核与细胞器进行了分离实验，开始了细胞器的研究。开始了细胞器的研究。19391939年电子显微镜的出现（放大倍数为年电子显微镜的出现（放大倍数为1000010000倍）。倍）。19531953年年DNADNA双螺旋结构的发现，双螺旋结构的发现，19771977年生长激素抑制素的年生长激素抑制素的大肠杆菌中表达奠定了分子细胞学的基础。大肠杆菌
13、中表达奠定了分子细胞学的基础。细胞内的基因表达与调控 3、细胞遗传学研究的内容 细胞核、染色体以及基因表达细胞核、染色体以及基因表达 细胞核是细胞核是遗传物质储存的场所遗传物质储存的场所，也是遗传信息，也是遗传信息转录出转录出mRNA、rRNA与与tRNA的场所。的场所。染色质是遗传物质的载体染色质是遗传物质的载体，核仁是转录，核仁是转录rRNA与装配核糖体亚基的场所。与装配核糖体亚基的场所。核膜与核孔复合体是核质之间物质与信息交换核膜与核孔复合体是核质之间物质与信息交换的结构与屏障。的结构与屏障。3、细胞遗传学研究的内容 细胞骨架体系细胞骨架体系 细胞骨架主要细胞骨架主要维持细胞的形态与维持
14、细胞的形态与保持细胞内部结构的合理布局保持细胞内部结构的合理布局，保证细胞内大分子的运输、细胞保证细胞内大分子的运输、细胞器的运动、细胞信息传递、基因器的运动、细胞信息传递、基因表达与大分子加工。表达与大分子加工。细胞核骨架：核基质、核纤层与核孔细胞核骨架：核基质、核纤层与核孔复合体复合体 细胞质骨架：微管、微丝等细胞质骨架：微管、微丝等 3、细胞遗传学研究的内容 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 生物体的生长发育是由细胞的增殖与分化造成生物体的生长发育是由细胞的增殖与分化造成的，的，利用细胞增殖与分化的原理可以提高动植利用细胞增殖与分化的原理可以提高动植物的生长发育速度物的生长发育速度（生长
15、激素的使用）；（生长激素的使用）；可以探讨肿瘤的形成机制，寻找出有效的治疗可以探讨肿瘤的形成机制，寻找出有效的治疗方法；方法；关键因素分析关键因素分析 细胞周围的控制细胞增殖的因子细胞周围的控制细胞增殖的因子 控制细胞增殖的关键基因控制细胞增殖的关键基因 肿瘤的形态 3、细胞遗传学研究的内容 细胞分化及其调控细胞分化及其调控 分化是生物体发育的基础，是构成复杂机体的基础，只分化是生物体发育的基础，是构成复杂机体的基础，只有分化才能形成具有不同功能的细胞，行使特定的机能有分化才能形成具有不同功能的细胞，行使特定的机能 细胞的全能性细胞的全能性可以使人们了解细胞分化的机理，控制细可以使人们了解细胞
16、分化的机理，控制细胞分化进程胞分化进程 体细胞克隆体细胞克隆的成功标志着已经分化的细胞可以脱程分化，的成功标志着已经分化的细胞可以脱程分化，重新形成新的个体重新形成新的个体 肿瘤的形成是由于不分化与去分化的结果肿瘤的形成是由于不分化与去分化的结果，因此利用分，因此利用分化诱导，使肿瘤细胞分化，达到治疗目的。化诱导，使肿瘤细胞分化，达到治疗目的。体细胞克隆 分化细胞的去程序化 克隆挽救濒危动物 How are PluripotentLines Characterized?Morphology:small cells(812 cm)grow in aggregates high nuclear cytoplasmic ratio Cell surface proteins:alkaline phosphatase(AP)endogenous telomerase SSEA1,ECMA7,EMA1,etc.Gene expression,epigenetic profiles Differentiate into three germ layers Form teratomas Contri
