沙龙回顾NO.25 | 倪建泉:从孟德尔到当今遗传学的应用

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       清华科学博物馆沙龙  由清华大学科学博物馆(筹)及清华大学科学史系主办的学术交流活动。自2019年9月初始,不定期邀请海内外专业人士进行学术交流与经验分享,主题涉及科学仪器、科学展品、科学博物馆建设与展览等多个相关领域。

 

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2022年8月28日,清华科学博物馆沙龙第25期在清华大学蒙民伟人文楼B206举行。此次沙龙正值清华大学科学博物馆线上展览《从豌豆到人类基因组计划——纪念孟德尔诞辰200周年线上展》(点击文字进入)上线之际,为了让观众更好了解包括孟德尔在内的科学家在遗传学方面的具体成就以及遗传学在当今的发展与应用,科学博物馆特别邀请到清华大学医学院教授倪建泉带来题为“从孟德尔到当今遗传学的应用”的讲座。本次沙龙由清华大学科学史系助理教授刘年凯主持,搜狐视频同步直播。

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沙龙现场

主持人 刘年凯

 

沙龙伊始,倪建泉教授简要介绍了早期基因研究成果和孟德尔定律的内容。他指出每个人在身高、体重、肤色甚至组织器官等外表特征上都各有不同,即便是亲生姐妹也会出现差异,因为她们体内来自父母的遗传物质是不一致的。这些外表上的差异是由什么决定的?孟德尔时代的学者认为,表型是由一种看不见的因子所决定的,孟德尔将这种因子称作基因。基因分为两类,分别是隐性基因和显性基因,在数量上隐形基因相较显性基因要多得多。孟德尔之后,众多科学家对基因的具体存在进行深入研究,其中托马斯·摩尔根通过果蝇杂交实验,成功发现了具有白眼基因的果蝇,以及这一基因的伴性遗传,这一成果后来获得了诺贝尔奖。20世纪50年代,沃森和克里克发现了DNA的双螺旋结构,从而开启了分子遗传学的时代。

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主讲人 倪建泉

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关于基因信息的传递,倪建泉教授通过案例先对隐性基因的传递进行讲解:他以父母和子女的遗传为例,其中父母是均为隐性基因的携带者(杂合子),那么他们的后代基因未突变的比例是1/4,隐性基因携带者的比例是2/4,而突变的比例是1/4,这就是孟德尔的分离定律。隐性基因在第二代之后的传递还涉及到基因自由组合定律与基因的连锁和交换定律,这两者与分离定律共同组成了我们现在所称的孟德尔遗传定律。

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倪建泉教授重点讲述了孟德尔定律的应用。首先是分离定律,它可以有效计算一个群体内某种遗传病的发病率以及基因携带者的比例,近亲结婚会导致遗传病的发病概率限制提升。其次是关于遗传异质性,所谓异质性是个体之间的表型相同,但引起相同表型的基因是不同的,它会导致一些遗传现象与分离定律不符。倪建泉教授以先天性聋哑这一疾病为例,这一疾病属于常染色体的隐性遗传,一对先天性聋哑的夫妇可能因为不同的基因突变导致患病,他们的孩子就有不患病的可能,这实际符合自由组合定律。随后,倪教授又对显性遗传做了分析。对于一个常染色体显性遗传病,如果父母一方是携带者(杂合子),那么其后代的发病率就是50%。但在实际情况中,子女的表型可能会更明显也可能更不明显,这与基因的表观遗传有关。此外,我们还可以用孟德尔定律和贝式方法来对遗传病的再发风险进行计算。

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主讲人 倪建泉

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倪建泉教授接着谈到了不符合孟德尔定律的遗传,包括DNA印记、动态突变、嵌合体、线粒体遗传和多基因控制的表型等。DNA印记与表观遗传修饰相关。表观修饰一方面是在组蛋白上的修饰,每一种修饰都会导致染色体结构发生变化;另一方面是DNA水平的修饰,如基因甲基化,这会影响基因的转录。倪教授通过多种遗传病的案例对这些不符合孟德尔定律的遗传现象做了非常具体的解释。舞蹈症是动态突变引起的,是因为患者的基因里有很多三核苷酸的重复序列,其发病具有晚发性,一般在40岁之后才会显出症状;嵌合体是染色体异常的类型之一,往往在胚胎发育的过程中产生,但不一定在生殖细胞中,所以它不符合孟德尔定律;线粒体是非常重要的细胞器,其中也含有DNA,如果突变的线粒体达到一定数目就会显示出症状,具有线粒体较多的细胞有肝细胞、心肌细胞、卵细胞等。

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沙龙现场

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最后,倪建泉教授谈到科学家是如何确定遗传病是由某个基因引起的。因为在人和胚胎上进行基因改造是不被允许的,所以研究者往往采用“模式生物”,如酵母、线虫、拟南芥、果蝇、小鼠等。可以在这些模式生物上进行相关的遗传操作来研究基因的功能,因为无论是在酵母、线虫还是在人身上,基因的功能都是高度保守的。所以在确定基因功能的时候,没有必要在人身上进行测试。果蝇是研究中经常采用的模式生物,原因是他不仅性价比高,饲养方便,而且是多细胞的真核生物,包含各种类型的体细胞、神经细胞,相关的研究结果同样适用人类(80%基因与人类同源,60%人类治病基因在果蝇上也存在)。通过果蝇等模式生物,我们可以对记忆、肥胖、代谢、寿命等相关的基因进行研究,从而达到研究效果。倪建泉教授在讲座结尾说道:“自从孟德尔确立了基因的概念以及孟德尔遗传定律的建立,我们在随后的百余年里发现了基因控制的方方面面,几乎控制了生物的一切。

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集体合影

 

在讲座之后,来自不同院系和不同年龄段的同学们对遗传学和基因的有关问题向倪建泉教授进行提问,倪教授对此做了较为详细的解答,同时欢迎大家到他所在的实验室参观学习。

此次沙龙向大家介绍了当今遗传学的发展及应用,也为科学博物馆的线上展览《从豌豆到人类基因组计划——纪念孟德尔诞辰200周年线上展》做了很好的导览与宣传。

【本文经主讲人倪建泉老师审定后发表】

 

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本展览是清华大学科学博物馆与世界著名大学、机构的博物馆合作举办的线上系列展览之一,敬请大家关注。

 

       责编|伊墨
       文字|盛星元
       摄影 | 孙德利等
       海报 | 翟天翊
       审核 | 范爱红

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