的生物遗传是通过该细胞或生物体的后代接收父母的遗传因素的过程。对基因及其如何从一代传给另一代的研究是遗传遗传学的研究领域。
遗传可以定义为父母及其后代之间的相似性,但该术语还涵盖生殖过程中发生的遗传变异所固有的差异。
一只天鹅和她的幼崽(图片由Hans Benn在www.pixabay.com上提供)
生物遗传是活细胞以及因此是多细胞生物的最重要属性之一,因为它意味着能够传递由后代决定的特性和特征,并与适应性机制和自然选择协作。
许多作者认为,几千年来,人类开始熟悉生物遗传学的基本概念,这时动植物的驯化过程就开始了,并选择了他认为最重要的特征,使之相互交叉。获得将保留这些特征的后代。
但是,我们对遗传的物理和分子基础的当前了解相对较新,因为直到20世纪初科学界提出遗传的染色体理论时才阐明这些遗传和物理基础。
尽管有上述规定,但几年前格雷格里奥·门德尔(Gregorio Mendel)还是对特质或角色的遗传力原理进行了深入分析,他目前被认为是“继承之父”。
重要的是要提到,在这种染色体遗传学理论的提出之前和之后,许多其他发现对于我们对生物遗传学的现代理解都具有超前的重要性。这些可能包括核酸的分离和表征,染色体的发现和研究等。
生物遗传学理论
格雷戈尔·孟德尔
继承的基本基础最初是由奥地利和尚格雷戈里·孟德尔(Gregory Mendel,1822-1884年)于1856年提出的。
孟德尔从他对豌豆植物杂交的实验中了解到,亲本及其后代之间的异同可以用离散的遗传单位(即基因)的机械传递来解释。
孟德尔的豌豆及其特征(资料来源:涅弗罗努斯,维基共享资源)
这为理解现代遗传学奠定了基础,因为已知性状遗传性的原因是由于染色体通过生殖(有性或无性)物理转移了基因。
根据他获得的结果,孟德尔制定了今天对某些角色有效的“继承法”:
-分离定律:它认为基因具有被称为等位基因的 “替代”形式,并且它们直接影响表型(可见特征)。
-独立继承法则:意味着一个特征的遗传与另一个特征的遗传无关,尽管对于许多特征而言,这并非完全正确。
1908年,托马斯·摩根(Thomas Morgan)对果蝇果蝇(Drosophila melanogaster)的遗传学进行了研究,结果表明表型的遗传如孟德尔先前所述。此外,正是他阐明了遗传单位(基因)是通过染色体传播的。
因此,由于有许多其他研究人员的参与,今天我们知道,生物遗传的产生是由于染色体中所含的遗传单位的传递,无论是在常染色体,有性或质体染色体(真核生物)中。
给定表型的表达或外观取决于基因型的特征(显性和隐性)。
基本概念
要了解生物遗传机制是如何工作的,有必要了解一些基本概念。
尽管并非所有遗传特征都是由构成每个生物体DNA的核苷酸序列决定的,但是当我们提到生物遗传时,我们通常是在谈论基因中所含信息的传递。
根
然后,将一个基因定义为遗传的基本物理单位,它是一个定义的DNA序列,其中包含表达生物中某些性状或特征所需的所有信息。
等位基因
基因可以具有不止一种形式,即表征它们的序列的微小变化的产物。同一基因的其他形式称为等位基因。
通常根据等位基因所赋予的表型特征对其进行定义,并且在一个群体中,通常会找到同一基因的多个等位基因。
DNA,基因和染色体(来源:Thomas Splettstoesser,来自Wikimedia Commons)
例如,哺乳动物从其父母那里继承每个基因的两个等位基因,从母亲那里继承一个基因,从父亲那里继承一个基因。总是以表型表达的基因型的等位基因称为显性等位基因,而保持“沉默”(未观察到表型特征)的等位基因称为隐性等位基因。
在某些情况下,可能会同时表达两个等位基因,从而产生中间表型,这就是为什么将它们一起称为共显性等位基因的原因。
纯合和杂合
当一个人从其父母那里继承两个相同的等位基因时,无论是显性的还是隐性的,从基因上讲,这就是这些等位基因的纯合子。另一方面,当一个人从其父母那里继承两个不同的等位基因,一个显性基因,另一个隐性基因,这被称为这些等位基因的杂合子。
染色体
在称为染色体的结构上发现了原核和真核生物的基因。在原核生物中,没有核的细胞通常只有一条染色体;它由与某些蛋白质相关的DNA组成,呈圆形且高度卷曲。
真核细胞是具有核的细胞,取决于物种,它们具有一个或多个染色体,这些染色体由称为染色质的物质组成。每个染色体的染色质由一个与四个称为组蛋白的蛋白质紧密相关的DNA分子组成,这有助于其在细胞核内的紧缩。
在真核生物中,有不止一种类型的染色体。有核,线粒体和叶绿体(仅限于光合生物)。核染色体是常染色体的和有性的(指定性别的染色体)。
倍性
倍性是细胞具有的染色体“集合”的总数。例如,人类像所有哺乳动物和许多动物一样,具有两组染色体,一组来自父亲,另一组来自母亲,因此,它们的细胞被称为二倍体。
单倍体和多倍体
仅具有一组染色体的那些个体和/或细胞称为单倍体,而具有多于两组染色体的生物总体上是多倍体(三倍体,四倍体,六倍体等)。
配子
在有性生殖的生物中,这是由于两个不同的个体(一个“男性”和一个“女性”)产生的两个特殊细胞的融合而发生的。这些细胞是配子。雄性产生精子(动物)或小孢子(植物),雌性产生胚珠或卵细胞。
通常,性细胞(配子)的染色体负荷是单倍体,也就是说,这些细胞是通过细胞分裂产生的,涉及染色体数目的减少。
基因型
在活生物体中,基因型描述了一组基因(及其各自的等位基因),这些基因编码某些特定的性状或特征,并通过某种功能或序列与其他基因区分开。因此,基因型代表个体的等位基因组成。
尽管通常认为基因型是产生表型的原因,但重要的是要记住,有许多环境和表观遗传因素可能会影响表型的出现。
表型
表型的字面意思是“所示形式”。许多文献将其定义为一种生物的可见特征集,这种特征既源于其基因的表达(基因型),也源于其与周围环境的相互作用。
大多数表型是一种以上基因协同作用的产物,同一基因可以参与一种以上特定表型的建立。
基因遗传如何传播?
基因从父母到后代的传递发生在有丝分裂和减数分裂的细胞周期中。
在原核生物中,繁殖主要通过分裂或二元裂变发生,基因通过其染色体的精确拷贝从一个细胞转移到其后代,该染色体的精确拷贝在分裂发生前被分泌到子细胞中。
通常以具有两种类型的细胞(体细胞和性细胞)为特征的多细胞真核生物,具有两种传播或基因遗传机制。
体细胞以及更简单的单细胞生物在分裂时会通过有丝分裂进行分裂,这意味着它们复制了染色体的内容并向子细胞分泌了拷贝。这些拷贝通常是精确的,因此新细胞的特征与“祖细胞”的特征相同。
性细胞在多细胞生物体的有性繁殖中起着基本作用。这些细胞也称为配子,是由减数分裂产生的,减数分裂涉及细胞分裂,并伴随着染色体负荷的减少(它们是单倍体细胞)。
通过有性繁殖,两个人融合了它们的单倍体配子细胞,形成了具有父母双方共同特征的二倍体个体,从而将其基因从一代传给了下一代。
继承的例子
在教科书中用于解释这一过程的经典生物继承实例基于不同的“模型”生物。
例如,果蝇(D. melanogaster)是托马斯·摩根(Thomas Morgan)使用的动物研究模型之一,经常有红眼睛。然而,在他的实验过程中,摩根找到了一只白眼的雄性,并将其与一只红眼的雌性杂交。
果蝇。果蝇。摘自并编辑:Sanjay Acharya
鉴于“红眼”表型在该物种中占主导地位,该杂交的第一代结果是由红眼个体组成的。第一代(F1)个体之间的随后杂交导致出现了两种表型的F2代。
由于白眼只出现在F2中接近50%的男性中,因此Morgan认为这是“性染色体相关的遗传”。
参考文献
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