本书系统介绍了遗传学的发展，包括经典遗传学、分子遗传学和数量遗传学的概念、发展历程以及分析方法，特别注重科学概念的形成过程。在此基础上，还展示了大量近年来科学研究的新进展，更新了遗传学的知识框架。书中每一章的开头，都围绕本章主题讲述一位中国遗传学家的研究故事，让读者可以直接站在科学研究的前沿来学习和掌握相关知识。
样章试读
目录
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第1章 绪论 1
科学无酣，科学家有祖国 1
引言 2
1.1 遗传学的诞生 3
1.1.1 人类认识遗传学的过程 4
1.1.2 教堂花园里的传教士孟德尔 5
1.1.3 孟德尔理论的重新发现 7
1.1.4 分子生物学的中心法则 12
1.2 遗传学的发展 13
1.2.1 模式生物 13
1.2.2 遗传分析工具 14
1.3 遗传学的今天 16
1.3.1 从经典遗传学到医学基因组学 16
1.3.2 突变研究和疾病风险 20
1.3.3 现代遗传学在农业生产中的应用 23
1.3.4 现代人类的进化 29
1.4 社会遗传学 31
总结 32
练习题 32
第2章 孟德尔遗传 35
揭秘百年遗传之谜 35
引言 36
2.1 单基因遗传模式 38
2.1.1 孟德尔的开创性实验 38
2.1.2 孟德尔分离定律 42
2.2 单基因遗传模式的染色体基础 44
2.2.1 二倍体中的单基因遗传 44
2.2.2 单倍体中的单基因遗传 47
2.3 孟德尔遗传模式的分子基础 49
2.3.1 等位基因之间分子结构的不同 49
2.3.2 基因传递的分子基础 50
现代遗传学一前沿与启迪
2.3.3 分子水平的有丝分裂和减数分裂 50
2.3.4 染色体在分子水平的分离证明 52
2.3.5 染色体水平的等位基因 53
2.3.6 显性与隐性 55
2.4 一些由观察分离率异常而发现的基因 55
2.4.1 花颜色形成中的基因活性 56
2.4.2 与果蝇翅膀形成有关的基因 57
2.4.3 与真菌菌丝分支形成有关的基因 58
2.4.4 通过应用单基因遗传的原理来推测后代占比或亲本基因型 59
2.5 与性别有关的单基因遗传规律 59
2.5.1 性染色体 59
2.5.2 性连锁的遗传模式 60
2.5.3 X连锁遗传 62
2.6 人类家系分析 65
2.6.1 常染色体隐性疾病 65
2.6.2 常染色体显性疾病 69
2.6.3 常染色体多态性基因 72
2.6.4 X连锁的隐性疾病 73
2.6.5 X连锁的显性疾病 74
2.6.6 Y连锁遗传 75
2.6.7 家系分析中计算患病风险 76
总结 77
练习题 79
第3章 基因的自由组合 95
杂交水稻之父——袁隆平 95
引言 97
3.1 孟德尔的自由组合定律 98
3.2 基因的分离和自由组合的普适性 100
3.3 自由组合定律的应用 103
3.3.1 预测后代表型比例 103
3.3.2 用卡方检验分析单因子杂交和双因子杂交的比值 105
3.3.3 合成纯系 108
3.3.4 杂种优势 110
3.4 自由组合的染色体基础 111
3.4.1 二倍体生物中的自由组合 112
3.4.2 单倍体生物中的自由组合 112
3.4.3 常染色体与性连锁相结合的自由组合 116
3.4.4 重组 116
3.5 多基因遗传 120
3.6 细胞器基因：独立于核基因的遗传模式 123
3.6.1 细胞器遗传模式 125
3.6.2 细胞质的分离 126
3.6.3 人类的细胞质突变 129
3.6.4 mtDNA进化研究 129
总结 131
练习题 132
第4章 真核生物染色体重组与作图 147
中国现代遗传学教育的奠基人一谈家桢 147
引言 148
4.1 连锁分析 149
4.1.1 利用重组率识别连锁 149
4.1.2 连锁的基因如何交换产生重组 151
4.1.3 连锁的符号和术语 152
4.1.4 交换是断裂-重接过程的证据 153
4.1.5 在4条染色单体阶段发生交换的证据 153
4.1.6 多重交换可以发生在两条以上的染色单体之间 154
4.2 重组率作图 155
4.2.1 图距单位 156
4.2.2 三点测交 158
4.2.3 通过检验推断基因顺序 161
4.2.4 干涉 161
4.2.5 利用比例进行分析 162
4.3 分子标记作图 164
4.3.1 单核苷酸多态性 164
4.3.2 简单序列长度多态性 165
4.3.3 利用分子标记进行重组分析 166
4.4 线性四分子的着丝粒作图 169
4.5 利用卡方检验推断连锁 171
4.6 解释不可见的多重交换 172
4.6.1 作图函数 172
4.6.2 珀金斯公式 174
4.7 重组图谱与物理图谱的结合 175
4.8 交换的分子机制 177
总结 179
练习题 180
第5章 细菌及病毒的遗传学 204
汤飞凡：两次以身试毒，率先分离出沙眼衣原体 204
引言 205
5.1 细菌操作方法 207
5.2 细菌的接合 209
5.2.1 接合现象的发现 209
5.2.2 F因子的发现 211
5.2.3 Hfr菌株 213
5.2.4 Hfr基因从某一定点开始的线性转移 216
5.2.5 推断F因子的整合位点和染色体的环形状态 217
5.2.6 细菌染色体图绘制 219
5.2.7 F质粒携带基因组片段 223
5.2.8 R质粒 223
5.3 细菌的转化 226
5.3.1 转化的本质 226
5.3.2 利用转化绘制染色体图 227
5.4 噬菌体遗传学 227
5.4.1 噬菌体对细菌的感染 228
5.4.2 利用噬菌体杂交绘制遗传图 229
5.5 转导 233
5.5.1 普遍性转导 234
5.5.2 特异性转导 236
5.6 物理图谱和遗传图谱的比对 239
总结 241
练习题 242
第6章 基因相互作用 256
鱼类的孟德尔遗传 256
引言 257
6.1 单基因中等位基因间的相互作用：不同类型的显性 258
6.1.1 完全显性和完全隐性 258
6.1.2 等位基因变异和其影响的基因功能 259
6.1.3 不完全显性和共显性 260
6.1.4 复等位基因 262
6.1.5 等位基因系列 263
6.1.6 隐性致死等位基因 264
6.2 外显率和表现度 267
6.3 信号通路中的基因相互作用 269
6.3.1 脉孢菌生物合成途径中的基因相互作用 269
6.3.2 其他途径中的基因相互作用 270
6.4 基因间互相作用的检测 271
6.4.1 互补测验确定突变体 272
6.4.2 随机突变中的双突变体分析 275
6.4.3 抑制子 278
6.4.4 修饰基因 279
6.4.5 合成致死 280
总结 282
练习题 282
第7章 染色体数目和结构变异 294
染色体易位和白血病 294
引言 295
7.1 细胞学技术在染色体研究中的应用 296
7.1.1 有丝分裂染色体分析 296
7.1.2 人类核型 298
7.1.3 细胞遗传变异总结 299
7.2 多倍体 300
7.2.1 不育多倍体 301
7.2.2 可育多倍体 302
7.2.3 组织特异性多倍体和多线染色体 304
7.3 非整倍性 306
7.3.1 人类的三体 307
7.3.2 单体 310
7.3.3 染色体片段的缺失和重复 311
7.4 染色体结构的重排 313
7.4.1 倒位 313
7.4.2 易位 315
7.4.3 复合染色体和罗伯逊易位 316
总结 318
练习题 319
第8章 DNA的结构和复制 322
DNA骨架的硫化修饰 322
引言 323
8.1 DNA：遗传物质 324
8.1.1 转化的发现 324
8.1.2 Hershey-Chase实验 326
8.2 DNA结构 327
8.2.1 早期DNA结构研究 327
8.2.2 DNA双螺旋 330
8.3 半保留复制 333
8.3.1 Meselson-Stahl实验 335
8.3.2 复制叉 337
8.3.3 DNA聚合酶 337
8.4 DNA复制概况 339
8.5 复制体：值得称道的复制机器 342
8.5.1 双螺旋的解旋过程 344
8.5.2 复制体的组装：复制起始 345
8.6 真核生物的DNA复制 346
8.6.1 真核生物的复制起始位点 346
8.6.2 酵母细胞的复制起始和细胞周期 346
8.6.3 高等真核生物的复制起始 349
8.7 端粒和端粒酶：复制终止 349
总结 353
练习题 354
第9章 RNA的转录和加工 359
精子中非编码RNA的多功能性 359
引言 360
9.1 RNA简介 361
9.1.1 早期的实验提示RNA作为中介物 361
9.1.2 RNA 的性质 362
9.1.3 RNA的种类 363
9.2 转录的一般过程 365
9.2.1 DNA是转录的模板 365
9.2.2 转录的步骤 367
9.2.3 原核生物的转录 367
9.3 真核生物的转录 370
9.3.1 真核生物的转录起始 372
9.3.2 真核生物转录的延伸、终止和pre-mRNA的加工 373
9.4 内含子的去除和外显子的连接 376
9.4.1 核内小RNA 376
9.4.2 内含子自体剪接 378
9.5 调节和保护真核基因组的小功能RNA分子 380
9.5.1 miRNA是基因表达重要的调控因子 380
9.5.2 siRNA保障基因组的稳定性 382
9.5.3 siRNA和miRNA具有类似的产生机制 384
总结 386
练习题 387
第10章 蛋白质及其合成 390
蛋白质的人工定向进化 390
引言 391
10.1 蛋白质的结构 393
10.2 遗传密码 396
10.2.1 重叠密码与不重叠密码 396
10.2.2 遗传密码中字母的数目 397
10.2.3 应用抑制子证明三联体密码 397
10.2.4 遗传密码的简并性 399
10.2.5 破解遗传密码 399
10.2.6 终止密码子 400
10.3 tRNA：适配器 401
10.3.1 tRNA翻译密码 401
10.3.2 重新审视遗传密码的简并性 403
10.4 核糖体 404
10.4.1 核糖体的性质 405
10.4.2 翻译的起始、延伸和终止 407
10.4.3 无义抑制突变 412
10.5 蛋白质组 413
10.5.1 可变剪接产生蛋白质同型异构体 413
现代遗传学一前沿与启迪
10.5.2 翻译后事件 414
总结 417
练习题 418
第11章 动态的基因组：转座子 423
乙型血友病的基因治疗 423
引言 424
11.1 转座子的种类 425
11.2 玉米基因组中转座子的发现过程 426
11.2.1 芭芭拉的发现：Ds元件 427
11.2.2 自主元件和非自主元件 429
11.2.3 转座子是否仅存在于玉米中 430
11.3 原核生物中的转座子 430
11.3.1 细菌的插入序列 431
11.3.2 原核转座子 432
11.3.3 转座的机制 433
11.4 真核生物中的转座子 436
11.4.1 第1类：反转录转座子 436
11.4.2 第2类：DNA转座子 440
11.4.3 再看玉米转座子 442
11.4.4 DNA转座子在基因研究中的应用 443
11.5 动态基因组：远超想象的转座子 445
11.5.1 基因组大小在很大程度上取决于转座子 445
11.5.2 人类基因组中的转座子 446
11.5.3 禾本科基因组：广泛存在LTR类反转录转座子 447
11.5.4 安全避风港 448
11.6 宿主对转座子移动的调控 449
总结 455
练习题 455
第12章 突变、修复和重组 461
生命体遗传物质的传承 461
引言 463
12.1 DNA点突变及后果 464
12.1.1 点突变类型 464
12.1.2 编码区点突变的后果 465
12.1.3 非编码区点突变的后果 466
12.2 自发突变的分子基础 466
12.2.1 Luria和 Delbrtick波动试验 466
12.2.2 自发突变的机制 469
12.2.3 人类的自发突变：三核苷酸重复疾病 471
12.3 诱发突变的分子基础 472
12.3.1 诱发突变的机制 473
12.3.2 评估环境中的DNA诱变剂 475
12.4 DNA修复机制 476
12.4.1 直接逆转受损DNA 477
12.4.2 碱基切除修复 477
12.4.3 核苷酸切除修复 478
12.4.4 错配修复 480
12.4.5 跨损伤DNA合成 482
12.4.6 DNA双链断裂修复 483
总结 485
练习题 486
第13章 基因分离和操作 488
产前诊断助力优生优育 488
引言 489
13.1 概述：分离和扩增特定基因片段 490
13.2 获取重组DNA分子 492
13.2.1 克隆前可将基因组DNA切割成小片段 492
13.2.2 聚合酶链反应体外扩增所选的目的DNA区域 493
13.2.3 cDNA的合成 495
13.2.4 连接供体和载体DNA 497
13.2.5 在细菌细胞内扩增供体DNA 499
13.2.6 克隆载体的选择 500
13.2.7 构建基因组和cDNA文库 504
13.3 使用分子探针分离、鉴定并分析特定目的克隆 504
13.3.1 使用探针找到特定的克隆 504
13.3.2 通过功能互补寻找特定的克隆 507
13.3.3 核酸的DNA印迹法和RNA印迹法分析 507
13.3.4 特定蛋白质的检测 510
13.4 检测DNA片段的核苷酸序列 510
13.5 比对遗传图谱和物理图谱，分离特定基因 513
13.5.1 使用定位克隆鉴定一个人类疾病基因 514
13.5.2 使用精细定位鉴定基因 515
13.6 基因工程 518
13.6.1 酿酒酵母中的基因工程 519
13.6.2 植物中的基因工程 519
13.6.3 动物中的基因工程 521
总结 528
练习题 529
第14章 细菌及其病毒中的基因表达调控 534
细菌通过级联调控系统传递信号和适应环境 534
引言 535
14.1 基因表达调控 537
14.1.1 生物基因表达调控的基础：遗传开关 537
14.1.2 首次发现lac调控回路 539
14.2 lac操纵子调控系统的发现：负调控 542
14.2.1 基因表达的协同调控 543
14.2.2 操纵子和阻遏蛋白的遗传证据 543
14.2.3 别构效应的遗传学证据 545
14.2.4 lac启动子的遗传分析 546
14.2.5 Lac阻遏蛋白和lac操纵子的分子表征 547
14.3 lac操纵子的降解物阻遏：正调控 547
14.3.1 lac操纵子调控系统的分解代谢物阻遏的基本原理：选择代谢最优的糖 548
14.3.2 DNA靶位点的结构 549
14.3.3 小结 550
14.4 正负双重调控作用：阿拉伯糖操纵子 552
14.5 代谢途径与附加层次的调控水平：弱化 553
14.6 噬菌体生命周期的多个调控因子及复杂的操纵子 555
14.6.1 遗传开关的分子机制 559
14.6.2 调控蛋白与DNA序列特异性结合 560
14.7 多样的o因子调控大量基因的表达 561
总结 563
练习题 563
第15章 真核生物中的基因表达调控 570
脂酰化修饰广泛存在于组蛋白中并具有重要的调控作用 570
引言 571
15.1 真核生物的转录调节概述 572
15.2 酵母GAL系统 575
15.2.1 Gal4通过活化上游序列调控多个基因的表达 576
15.2.2 Gal4蛋白具有DNA结合功能区和转录激活功能区 578
15.2.3 Gal4的活性受到生理性调节 579
15.2.4 Gal4在大多数真核生物中的作用 580
15.2.5 激活因子招募转录机器 580
15.2.6 酵母交配型的控制：基因组合相互作用 581
15.3 动态染色质 583
15.3.1 染色质重塑蛋白和基因激活 584
15.3.2 组蛋白的修饰 586
15.3.3 组蛋白甲基化可以激活或抑制基因表达 588
15.3.4 组蛋白修饰和染色质结构的遗传 589
15.3.5 组蛋白变体 590
15.3.6 DNA甲基化：影响染色质结构的另一个表观遗传标志 590
15.4 染色质环境中的基因激活 591
15.4.1 p-干扰素增强体 592
15.4.2 增强子阻断绝缘子 594
15.5 染色质环境中长期的基因失活 594
15.5.1 交配型转换和基因沉默 595
15.5.2 异染色质和常染色质的比较 596
15.5.3 果蝇位置效应花斑揭示基因组邻域 596
15.5.4 对位置效应花斑的基因组学分析揭示了异染色质形成所需要的蛋白质 598
15.6 基因或染色体的性别特异性沉默 600
15.6.1 基因组印记解释了一些不寻常的遗传模式 600
15.6.2 克隆羊多莉以及其他克隆的哺乳动物中的情况 603
15.6.3 沉默一条完整的染色体：X染色体失活 603
总结 606
练习题 607
第16章 发育的遗传调控 612
克隆猴的诞生一灵长类遗传学平台的突破 612
引言 613
16.1 发育的遗传研究方法 615
16.2 果蝇发育的遗传工具箱 616
16.2.1 根据发育功能对基因进行分类 618
16.2.2 同源异形基因和体节属性 619
16.2.3 Hox基因的组织和表达 620
16.2.4 同源异形框 622
16.2.5 Hox基因簇控制大多数动物的发育 623
16.3 整体工具箱清单 626
16.3.1 前后轴和背腹轴 627
16.3.2 工具基因的表达 628
16.4 发育过程中基因表达的空间调节 632
16.4.1 母系效应蛋白梯度和基因激活 632
16.4.2 条纹刻画和裂隙蛋白信息的整合 634
16.4.3 不同体节的形成：Hox信息输入的整合 635
16.5 发育过程中基因表达的转录后调节 638
16.5.1 果蝇的RNA选择性剪接和性别决定 638
16.5.2 线虫的mRNA翻译和细胞谱系调节 640
16.6 从果蝇到手指、羽毛：个体工具基因的多重作用 644
16.7 发育与疾病 649
16.7.1 多指（趾）畸形 649
16.7.2 前脑无裂畸形 650
16.7.3 癌症作为一个发育疾病 650
总结 651
练习题 653
第17章 基因组与基因组学 656
“塔克拉玛干最后的守望者”生存之谜 656
引言 657
17.1 基因组学革命 660
17.2 获取基因组序列 661
17.2.1 获得基因组序列的策略 661
17.2.2 全基因组测序 663
17.2.3 基因组组装 666
17.2.4 单分子测序 668
17.3 生物信息学：基因组序列的意义 672
17.3.1 DNA信息的内容 672
17.3.2 从基因组序列推导蛋白质编码基因 672
17.4 人类基因组的结构 676
17.5 人类与其他物种的比较基因组学 678
17.5.1 系统发育推断 679
17.5.2 小鼠和人类的比较基因组学 681
17.5.3 黑猩猩和人类的比较基因组学 682
17.6 比较基因组学和人类医学 683
17.6.1 外显子组和个性化基因组学 683
17.6.2 非致病性和致病性大肠杆菌的比较基因组学 685
17.7 功能基因组学和反向遗传学 686
17.7.1 功能基因组学 686
17.7.2 反向遗传学 690
17.7.3 非模式生物的功能基因组学 693
总结 694
练习题 695
第18章 群体遗传学 700
《群体遗传学导论》的出版及其对群体遗传学发展的影响 700
引言 701
18.1 遗传变异 702
18.1.1 单核苷酸多态性 703
18.1.2 微卫星 DNA 704
18.1.3 单倍型 705
18.1.4 人类基因组单倍型图谱计划 707
18.1.5 其他来源和形式的变异 707
18.2 基因库概念与哈迪-温伯格定律 707
18.3 交配系统 713
18.3.1 选型交配 713
18.3.2 地理隔离 714
18.3.3 近亲婚配 715
18.4 遗传变异的统计量化 721
18.5 遗传变异调控 724
18.5.1 新等位基因进入群体：突变和迁移 724
18.5.2 重组和连锁不平衡 726
18.5.3 遗传漂变和群体大小 728
18.5.4 选择 735
18.5.5 突变和漂变之间的平衡 742
18.5.6 突变和选择的平衡 743
18.6 群体遗传学在生物学和社会中的应用 744
18.6.1 保护遗传学 745
18.6.2 计算疾病风险 745
18.6.3 DNA取证 746
18.6.4 搜索你的DNA同伴 747
总结 748
练习题 749
第19章 复杂性状的遗传机制 756
全基因组关联分析推进我国精准医学发展 756
引言 757
19.1 数量性状定义 759
19.1.1 性状与遗传类型 759
19.1.2 平均值 760
19.1.3 方差 762
19.1.4 正态分布 763
19.2 数量性状的一个简单的基因模型 765
19.2.1 遗传因素和环境因素的方差 765
19.2.2 遗传方差和环境方差 767
19.2.3 变量间的相关性 769
19.3 广义遗传率：先天与后天 771
19.4 狭义遗传率：预测子代表型 776
19.4.1 基因作用和基因变异传递 777
19.4.2 加性和显性的影响 778
19.4.3 加性和显性模型 779
19.4.4 狭义遗传率的计算 783
19.4.5 预测子代表型 785
19.4.6 复杂性状的筛选 786
19.5 已知家系群体的QTL定位 788
19.5.1 基本方法 789
19.5.2 从QTL到基因 794
19.6 随机交配群体的关联定位 796
19.6.1 基本方法 796
19.6.2 GWAS、基因、疾病和遗传率 799
总结 800
练习题 802
第20章 基因和性状的进化 810
人类起源之争 810
引言 811
20.1 自然选择的进化 813
20.2 自然选择在行动：一个典型的案例 815
20.2.1 HbS的选择优势 817
20.2.2 HbS的分子起源 818
20.3 分子进化：中性理论 819
20.3.1 中性理论的发展 819
20.3.2 中性取代率 820
20.3.3 DNA纯化选择的特征 821
20.4 功能改变的累积选择和多步骤途径 822
20.4.1 进化中的多步骤路径 823
20.4.2 DNA序列正选择的特征 826
20.5 形态演化 827
20.5.1 色素调节蛋白的编码取代 827
20.5.2 基因失活 829
20.5.3 调控序列进化 831
20.6 新基因的起源和蛋白质功能 835
20.6.1 基因数目的扩增 835
20.6.2 重复基因的命运 836
总结 838
练习题 839
第21章 癌症的分子遗传学 843
癌细胞可以“改邪归正” 843
引言 844
21.1 癌症：一种基因变异性疾病 845
21.1.1 癌症的多种形式 845
21.1.2 癌症与细胞周期 846
21.1.3 癌症与程序性细胞死亡 847
21.1.4 癌症的遗传基础 848
21.2 癌基因 848
21.2.1 诱导肿瘤的反转录病毒和病毒癌基因 848
21.2.2 病毒癌基因的细胞同源基因：原癌基因 850
21.2.3 突变细胞的原癌基因和癌症 851
21.2.4 染色体易位与癌症 853
21.3 肿瘤抑制基因 855
21.3.1 遗传的肿瘤和Knudson二次打击假说 855
21.3.2 肿瘤抑制蛋白的细胞功能 857
21.4 癌症发生的遗传途径 863
总结 866
练习题 867
参考文献 869
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