Skript_BM_Genetik_Zellbiologie_SoSe26_3KT
課程名稱: HOVERITA
模塊: 基礎模塊遺傳學與細胞生物學（Basismodul Genetik und Zellbiologie）
課程日: 第3天：人類遺傳學，種群遺傳學
授課教師: Dr. Astrid Petzoldt
地點: 柏林（Berlin）
課程概覽
本次課程將提供以下主題領域的遺傳學基礎知識：
第一部分: 透過聚合酶鏈反應（PCR）檢測人類群體中的ALU元素的多態性
第二部分: 人類群體的遺傳變異性：
外表的表型特徵
PTC味道測試並應用哈迪-溫伯格定律（Hardy-Weinberg Law）
AB0血型及Rh因子的遺傳學
色覺的遺傳學
第一部分: 透過PCR檢測人類ALU元素以確定Alu基因型
雖然不同個體的DNA是相似的，但有許多DNA區域在個體之間存在顯著差異。
這些變化序列稱為多態性（polymorphism），是人類差異和疾病易感性基礎。
實驗目的
本實驗中，將使用PCR擴增第8號染色體上一個特定的DNA片段，並研究嵌入在TPA基因（tissue plasminogen activator）中的TPA-25序列的插入情況。
Alu元素為短間隔的元素（SINE），其長度約為300鹼基對（bp），不編碼蛋白質。
人類基因組中約有10%的內容為Alu元素。
一些Alu元素在過去的百萬年內“新近”產生，因此並不在所有人類個體中存在。
在此次實驗中，將研究的Alu元素為TPA-25。
TPA-25的插入呈二態性（dimorphic），意味著某些個體含有此插入，而有些則沒有，因此在人類總體中存在兩種不同的等位基因。
實驗方法：PCR的材料與步驟
材料
Eppendorf管（1.5 ml）
棉籤
Eppendorf攪拌器
加熱塊
移液器
PCR管（小，0.2 ml）
熱循環儀（Thermocycler）
蒸餾水（Bidest H2O，滅菌）
50 mM氫氧化鈉（NaOH）
1 M Tris pH 8.0
引物TPA25_forward和TPA25_reverse（10 mM）
dNTP混合液（10 mM）
10x DNA聚合酶緩衝液含MgCl2
Taq DNA聚合酶
DNA樣本提取
向1.5 ml的Eppendorf管中加入600 µl的50 mM NaOH（標記管子）
用棉籤刷取口腔黏膜細胞約30秒
折斷棉籤頭並將其放入NaOH溶液的Eppendorf管中
在Eppendorf攪拌器中以室溫搖拌10分鐘
在加熱塊中加熱至95°C煮沸10分鐘
加入120 µl的1 M Tris pH 8.0並仔細移液（避免產生氣泡）
DNA將保持在桌子上，直到製備Mastermix
Mastermix的準備
在共同討論之後，填寫Mastermix表單，每組桌子將生產1x Mastermix，由不同的學生在Mastermix的Eppendorf管中各自添加成分（輔導員會協助）
在移液過程中避免氣泡形成
PCR樣本所需成分（每個樣本的配方）
36.5 µl ddH2O（滅菌）
5 µl DNA樣本
5 µl 10x緩衝液
1 µl dNTP混合液
1 µl 引物TPA25_forward
1 µl 引物TPA25_reverse
0.5 µl DNA聚合酶（Taq）
總計: 50 µl
PCR程序
94°C – 3分鐘
94°C – 20秒
58°C – 15秒
重複30次
72°C – 1分鐘
72°C – 10分鐘
4°C – 無限期
PCR過程大約持續1小時35分鐘；完成後將樣本上樣到琼脂糖凝膠進行分離（每位學生上樣自己的樣本）。
DNA凝膠電泳
在一個1.5 ml的Eppendorf管中，準備25 µl擴增的DNA（來自PCR），然後加入5 µl的DNA加樣緩衝液（6x），將得到的30 µl充分混合並避免氣泡
將其置於琼脂糖凝膠中（2%琼脂糖+ Gel-Red用於DNA可視化）
使用100 bp DNA標尺
凝膠在100 mA下運行約1小時。
PCR產物的大小為100 bp和/或400 bp，具體取決於TPA-25 Alu元素是否存在。
在UV攝影機中使條帶可視化並拍照，然後上傳至BB。
第二部分: 人類遺傳變異性與種群遺傳學示例
本部分將展示在人類個體（此處為課程參與者）中出現的遺傳變異性。
將實施以下實驗，參與者在不同站點進行：
自主填寫：
確定表型外部特徵（特徵表見後續頁面）。
輔導員指導下進行：
PTC味道測試
血型檢測
色覺測試
遺傳決定的變異性
除了一對同卵雙胞胎外，兩個個體擁有相同的遺傳特徵組合是不太可能的。
以下練習旨在展示人類變異性的一小部分，有助於理解生成如此多特徵組合的遺傳基礎。
確定每種特徵的表型並在表格中注明。
使用大寫字母表示顯性等位基因，小寫字母表示隱性等位基因
許多描述的特徵是多基因遺傳（polygenic），即由多個基因參與表型表現。
特徵列表
PTC味道能力（在PTC味道站進行測試）
虹膜色素（藍色眼睛的表型為隱性，相應情況為ee）
中指段上的毛發（無毛發作為隱性特徵，表示為mm）
耳垂（耳垂可分為自由或依附，後者為隱性）
小指彎曲（直指為隱性特徵表述為pp）
歌唱聲線（受到一對等位基因影響，表型因性別不同而不同）
血型（在血型站進行測試）
雙關節拇指（由通常顯性基因控制，J為顯性，j為隱性）
長掌肌肉（佔10-15%人口，顯性遺傳）
頭髮形狀（光滑為顯性，捲曲為具別的等位基因）
頭髮顏色（由基因兩對中的重要者決定）
卷舌能力（由一對等位基因決定）
色覺（在色覺站進行測試）
PTC味道測試
舌頭上的味覺感受器負責感知不同味道，例如甜、鹹。
本課程關注的是苦味受體的遺傳變異，此受體由基因TAS2R28編碼在DNA中多態性（polymorphism）在全球人群間呈現。
某些人能感知特定的苦味（PTC: phenylthiocarbamide），約70%的歐洲人能品嚐，而約30%則無法品嚐。
PTC測試樣本
給出13種不同PTC濃度（0.0007 – 3.2 g/ml）浸泡紙，隨後基於已完成的課程表利用哈迪-溫伯格定律計算在課程中的雜合頻率並書面敘述計算過程。
血型測定
每個人的血型可分為A、B、AB或O四類，其中血型A和B可由兩種不同基因型表現。
血型由基因A、B和O共同決定。
測定血型通過抗體檢測：在載玻片上加抗體與個人紅細胞上的抗原結合，發生溶血（hémagglutination）形成血塊。
血型與基因型
血型與相應基因型如下:
A: AA或A0
B: BB或B0
AB: AB
O: 00
全球血型分佈
色覺
視網膜中的視杆細胞和視錐細胞是兩種不同的光感受器類型。
視錐細胞負責色覺，存在三種類型：紅、綠、藍，每種類型僅能感知特定波長的光。
功能不全或缺失的視錐細胞會導致（部分）色盲或色覺障礙。
最常見的色盲形式是紅綠盲，它呈現為X染色體隱性遺傳。
男性因僅攜帶一個X染色體，而比女性更常見（8%對0.5%）。
透過假彩色表可以識別色盲。