基因 与 人
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上海交通大学教授 李大伟 电邮 [email protected] 电话： 34204744 助教 朱齐 电话： 34205436. 上海交通大学通识核心课. 基因 与 人. 8 、基因与人：基因突变和人类文明的基础 - 农业. 一个基因突变影响整个基因组的表现 - 问天寻道之科学验证 基因组之间的竞争是“红女王的赛跑” 选择突变是农业发展的基础，农业发展推动人类文明 人类基因与其他基因的传播 - 基因的关系网：食物链. DNA- 基因的普适性源于稳定性、可塑性、积累性和有效性. - PowerPoint PPT Presentation
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基因 与 人上海交通大学通识核心课
上海交通大学教授 李大伟 电邮 [email protected] 电话： 34204744 助教 朱齐 电话： 34205436
8 、基因与人：基因突变和人类文明的基础 - 农业一个基因突变影响整个基因组的表现 - 问天寻道之科学验证
基因组之间的竞争是“红女王的赛跑”
选择突变是农业发展的基础，农业发展推动人类文明
人类基因与其他基因的传播 - 基因的关系网：食物链
DNA- 基因的普适性源于稳定性、可塑性、积累性和有效性
食蚁兽 家犬
基因调节区的突变可以造成胚胎发育的巨大区别，形成新的性状
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被选择的突变：一个基因影响番茄整体口味的科学证实 影响果实均匀成熟的基因 SIGLK2 调节番茄 果实叶绿体 ，影响品味
GLK2 突变
转入 GLK1
转入 GLK2
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U/U+SIGLK2
U/U-SIGLK2
u/u+SIGLK2
U/U深绿果
u/u 浅绿果
证实：未成熟果实深或浅绿色基因“ U” 就是 SIGLK2 基因
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再证实：浅绿果肉品种均有造成蛋白缺失的突变。
SIGLK2 基因多出一个 碱基 （ 6A7A ）造成移码，蛋白合成终止
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再证实： SIGLK2 基因表达 与叶绿体 增殖有关
再证实： SIGLK 基因表达与叶绿体形态，果实含糖量等有关
全文由 18 个作者完成，
实验总结果图 4 个，每个图由 2 至 6 个 实验分图组成
补充材料包括： 8 张实验图片， 3 个实验表格
科学与严谨 是现代人问天寻道的必然选择
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复习：基因突变与进化
一个细胞形成个体
基因突变造成个体差异
不利传播的个体被淘汰
繁殖传播突变产生
有利传播的突变更易生存
有利突变个体形成繁殖优势
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The Red Queen's race is an incident that appears in Lewis Carroll's Through the Looking-Glass and involves the Red Queen, a representation of a Queen in chess, and Alice constantly running but remaining in the same spot.
The Red Queen‘s Race 红女王的赛跑
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《科学 》 杂志 2001 植物疾病专版的封面故事：取自红桃女王和爱丽丝赛跑的典故。
植物与病害的共进化关系：植物必须不断适应来保持对不断进化的病菌的抵抗，达到宿主与病害的平衡，这也是一场宿主和病菌进化的竞赛。
本课提出：宿主与病害的最终平衡是相互适应、共同发展。
"it takes all the running you can do, to keep in the same place."
“ 你只有拼命地跑，才能保持与现在相同的位置”
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Coevolution of Plants and Their Pathogens in Natural Habitats 2009 Science Jeremy J. Burdon and Peter H. Thrall
小麦条锈病苔草黑穗菌 小麦立枯病
共进化：宿主与病原的传播 策略与作用后果
杀死宿主 阻止生殖 宿主致残
原癌基因和致癌基因：是人体内的病毒基因还是病毒中的人体基因？
1970 最早发现的致癌基因 Src 存在于鸡的肉瘤病毒中 ，
1976 发现人有类似 Src 的基因， 称原癌基因。
突变后能促进肿瘤形成的基因又称原癌基因
人 Src原癌基因
鸡肉瘤病毒致癌 Src 基因
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基因 与 人上海交通大学通识研讨课
上海交通大学教授 李大伟 电邮 [email protected] 电话： 34204744 助教 朱齐 电话： 34205436
8-2 、基因与人：基因突变和人类文明的基础 - 农业一个基因突变影响整个基因组的表现 - 问天寻道
基因组之间的竞争是“红女王的赛跑”
选择突变是农业发展的基础，农业发展推动人类文明
人类基因与其他基因的传播 - 基因的关系网：食物链
物种突变推动人类文明
1. 农业是人类文明的基础
2. 物种突变 - 人类选择是农业发展的动力 （根据线粒体基因测定，狗在 15000年前在中国由狼驯化而来）
3.温饱：人类繁衍所需能量的临界点
为什么选择突变基因？
你知道的动植物变种有哪些？
物种—品种—变种的关系
现代散养鹅
美国俄勒冈的人工林
庄子（约公元前 369-- 前 286 ），名周，字子休，战国时期著名思想家、文学家，著《庄子》一书。
庄子的生存之道 -模糊的认识：基因与农业物种的进化方向
原文：山木庄子行于山中，见大木枝叶盛茂，伐木者止其旁而不取也。问其故，曰：“无所可用。”庄子曰：“此木以不材得终其天年。”夫子出于山，舍于故人之家。故人喜，命竖子杀雁而烹之。竖子请曰：“其一能鸣，其一不能鸣，请奚杀？”主人曰：“杀不能鸣者。”明日，弟子问于庄子曰：“昨日山中之木，以不材得终其天年，今主人之雁，以不材死；先生将何处？”庄子笑曰：“周将处乎材与不材之间。材与不材之间，似之而非也，故未免乎累。
人为压力下的生物进化：驯养
Animal Domestication Table
Animal Where Domesticated
Date
Dog undetermined ~14-30,000 BC?
Sheep Western Asia 8500 BC
Cat Fertile Crescent 8500 BC
Goats Western Asia 8000 BC
Pigs Western Asia 7000 BC
Cattle Eastern Sahara 7000 BC
Chicken Asia 6000 BC
Horse Kazakhstan 3600 BC
Silkworm China 3500 BC
Honey Bee Egypt 3000 BC
Duck Western Asia 2500 BC
人为压力下的生物进化：育种Plant Domestication
Plant Where Domesticated Date
Fig trees Near East 9000 BC
Rice East Asia 9000 BC
Potatoes Andes Mountains 8000 BC
Maize Central America 7000 BC
Broomcorn millet East Asia 6000 BC
Bread wheat Near East 6000 BC
Cotton Southwest Asia 5000 BC
Chili peppers South America 4000 BC
Watermelon Near East 4000 BC
Olives Near East 4000 BC
Cotton Peru 4000 BC
Pomegranate Iran 3500 BC
Cotton Mesoamerica 3000 BC
Sunflower Central America 2600 BC
Sweet Potato Peru 2500 BC
Sorghum Africa 2000 BC
Sunflower North America 2000 BC
Eggplant Asia 1st century BC
物种突变推动人类文明？
1 、农业是人类文明的能量基础2 、物种突变 - 人类选择是农业发展的动力 （根据线粒体基因测定，狗在 15000年前在中国由狼驯化而来）3 、温饱：人类繁衍所需能量的临界点 野生玉米和现代玉米
现代水稻和野生水稻
Balsas teosinte, a large wild grass that grows in the Central Balsas River Valley of Mexico. Maize domesticated from Balsas teosinte more than 8700 years ago.
人为压力下的生物进化：育种
墨西哥野生玉米
农作物的进化历程
人为压力下的生物进化：育种
墨西哥野生玉米与现代栽培玉米的比较
Tb 分叉基因表达变化
人为压力下的生物进化：农业
野生与现代玉米杂交Tag1 基因决定种壳
基因改造是现代农业的成功历史与发展必经之路
现代小麦(Triticum aestivum)AABBDD(hexaploid)
野麦(Triticumurartu)AA(diploid)
山羊草 1(Aegilops)BB(diploid)
X
二粒小麦 (Triticumturgidum)AABB(tetraploid)
=
山羊草 2goatgrass(Aegilopstauschii)DD(diploid)
X=
人为压力下的生物进化：现代农业
杂交优势的利用
Corn Plants: Inbred B73 (left), Inbred Mo17(middle), Single cross B73 x Mo17 (right)
P1 P2 F1
人为压力下的生物进化：农业
人为压力下的生物进化：农业
杂交优势的利用是科学问题
P1 P2
F2 ： ½=A1A2 ¼=A1A1 ¼=A2A2
基因 A 位点
A1A1
纯种自交系 P1 纯种自交系 P2
F1=A1A2
基因 A 位点
A2A2
第二代分离
人类促进基因突变并加以选择 -辐射突变，化学突变
人工突变 的本质是造成 DNA 复制错误以增加基因突变率：
1 、辐射育种（包括太空育种）
2 、化学诱变育种
天水市中国西部航天 (太空 ) 育种基地
市场上的各种蔬菜种子
常规杂交产生新品种 转基因
第一例获美国农业部批准上市的转基因番茄
经济压力下的农业：更多，更快，更好的基因
粮食是光能的高效存储器
光合效率不可能成倍提高
消除城乡差别的关键是高效农业
高效保障：种子和技术（方法， 材料，水肥药，机械，集约化）
高效农业的根本：种子
经济压力下的农业：更多，更快，更好的基因
提高产品价值（品质，口感 等）
减少成产成本（抗虫抗病易收获等）
增加产量（杂交优势，耐水肥，生长期等）
高效农业是推动农产品基因进化的巨大动力
“够吃” 不是现代农业的目标
经济压力下的农业：更多，更快，更好的基因
2N
2N 授粉用
2N 父本
3N 不育三倍体 （ 3 套染色体）
2 套染色体
4 套染色体4N 母本
秋水仙素阻止染色体分离
经济压力下的农业：更多，更快，更好
谁在垄断种子？
为什么能够垄断种子？
怎样打破种子垄断？
如何保障种子安全？
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本节讨论： 8 、基因与人：农业 - 人类改造基因的实践
为什么选择突变基因？
为什么进行杂交？
为什么把种子送上太空？
为什么把种子送上太空？
辐射育种是什么？
辐射造成物种进化？
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讨论 :
1 、你直接或间接选择过突变基因吗？为什么？
2 、你见过、吃过杂交后代吗？你喜欢杂交品种还是“纯种”？
