基因概念發(fā)展

1、一、基因和DNA1、測序： （1）、化學(xué)降解法 美國A.Maxam 和W.Gilbert發(fā)明第1頁/共35頁標(biāo)記標(biāo)記32P-TCAG32P-TCAGCCCCATG32P-TCAGCCCCATGG32P-TCAGCCCCATGGTTAAGT處斷裂處斷裂 TCAGCCCCATGGTTAAGA-單鏈單鏈DNA 32P-TCAGCCCCATGGTTAAGA32P-T32P-TCAGCCCCAT32P-TCAGCCCCATGGT32P-TCAGCCCCATGGTT32P-TC32P-TCAGC32P-TCAGCC32P-TCAGCCC32P-TCAGCCCC32P-TCAGCCCC32P-TCA32P-

2、TCAGCCCCA32P-TCAGCCCCATGGTTA32P-TCAGCCCCATGGTTAA32P-TCAGCCCCATGGTTAAGAA處斷裂處斷裂C處斷裂處斷裂G處斷裂處斷裂第2頁/共35頁 T C A G電泳電泳 放射自顯影放射自顯影第3頁/共35頁（2）雙脫氧終止法（鏈終止法）雙脫氧終止法（鏈終止法） （英）（英）F.Sanger 和和A.X .Coulson發(fā)明發(fā)明CCCHCHO四種堿基四種堿基H HH H-O-P-O-P-O-P-O-CH2O-O-O-OOO 雙脫氧核苷酸雙脫氧核苷酸第4頁/共35頁DNA sequencing using the chain terminati

3、on method. 第5頁/共35頁DNA sequencing gel showing the separation of fragments in the four sequencing reactions (one per lane). 第6頁/共35頁In DNA sequencing using dideoxynucleotides labeled with fluorescent dyes, all four ddNTPs are added to the same tube, and during primer extension, all combinations of ch

4、ains are produced. 第7頁/共35頁2、隔裂基因和重疊基因、隔裂基因和重疊基因 (1)、隔裂基因、隔裂基因（split gene） 內(nèi)含子內(nèi)含子(intron) 外顯子外顯子(exon)(2)重疊基因重疊基因（overlapping genes） 1977, Sanger: X174測序測序ABCABCABCABCABCABCABC . 基因基本特性：基因基本特性：自體催化自體催化異體催化異體催化 突變突變通讀框（通讀框（open reading frame）第8頁/共35頁二、生化突變型與一基因一酶學(xué)說二、生化突變型與一基因一酶學(xué)說 1941 ，Beadle & T

5、atum 提出： “ one gene one enzyme” hypothesis N- N- 乙酰 鳥氨酸 瓜氨酸 精氨 精氨酸 鳥氨酸 琥珀酸 氨甲酰磷酸 天冬氨酸 圖：精氨酸生物合成途徑 乙酰鳥乙酰鳥 鳥氨酸精鳥氨酸精 精氨琥珀精氨琥珀 精氨琥珀精氨琥珀 氨酸酶氨酸酶 氨甲酰酶氨甲酰酶 酸合成酶酸合成酶 酸裂解酶酸裂解酶第9頁/共35頁Beadle and Tatum: 一個(gè)基因一個(gè)基因 - - 一種酶一種酶 One Gene - One EnzymeX raysMMCMMMVitaminsAmino acids Purines and pyrimidines X射線誘導(dǎo)處理紅色面射線

6、誘導(dǎo)處理紅色面包霉，篩選出被誘導(dǎo)的突包霉，篩選出被誘導(dǎo)的突變體來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)遺變體來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)遺傳分析和大量研究，他們傳分析和大量研究，他們認(rèn)為基因發(fā)生突變，就可認(rèn)為基因發(fā)生突變，就可能導(dǎo)致酶活性的喪失。能導(dǎo)致酶活性的喪失。 第10頁/共35頁紅色鏈孢霉實(shí)驗(yàn) (1)突變品系突變品系 基本基本 基本培養(yǎng)基加基本培養(yǎng)基加 培養(yǎng)基培養(yǎng)基 鳥氨酸鳥氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 精氨酸精氨酸 arg cit orn 鳥氨酸鳥氨酸 (Ornithine), 瓜氨酸瓜氨酸(Citrulline)精氨酸精氨酸 (Arginine)第11頁/共35頁紅色鏈孢霉實(shí)驗(yàn) (2)突變品系突變品系 基本基本 基本培養(yǎng)基加基本

7、培養(yǎng)基加 培養(yǎng)基培養(yǎng)基 A C O arg cit orn A, C, O 分別為分別為arg ,cit 和和 orn突變品突變品系的細(xì)胞提取物系的細(xì)胞提取物第12頁/共35頁三、人類酶缺陷的遺傳基礎(chǔ).半乳糖血癥半乳糖血癥（Galactosemia） Gal-1-P-UT Gal-1-P Glu-1-P UDP-Glu UDP-Gal 圖 1-3 半乳糖血癥的代謝障礙 Gal：半乳糖；Glu:葡萄糖 第13頁/共35頁. 白化病白化病（albinism） 酪氨酸酶酪氨酸酶 酪氨酸酶酪氨酸酶 酪氨酸酪氨酸 多巴多巴 多巴醌多巴醌 多巴色素多巴色素 5,6 二羥吲哚二羥吲哚 +蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 吲哚吲

8、哚 5,6 醌醌 黑色素黑色素 黑素蛋黑素蛋白白第14頁/共35頁.苯丙酮尿癥苯丙酮尿癥（phenylketonuria, PKU） 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 苯丙氨酸羥化酶苯丙氨酸羥化酶 苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酪氨酸酸 苯丙酮酸苯丙酮酸 第15頁/共35頁. 萊一尼二氏癥（Lesch-Nyhan syndrome） (自毀容貌綜合征) 鳥苷酸 次黃苷酸 HGPRT 鳥苷 次黃苷 鳥嘌呤 次黃嘌呤 HGPRT ：次黃嘌呤鳥 黃嘌呤 嘌呤 磷酸核苷轉(zhuǎn)移酶 尿酸第16頁/共35頁第17頁/共35頁、基因是結(jié)構(gòu)單位，不能由交換分開。、基因是結(jié)構(gòu)單位，不能由交換分開?？偨Y(jié)：、基因是突變單位，在基因內(nèi)部無可以、基因

9、是突變單位，在基因內(nèi)部無可以改變的更小單位。改變的更小單位。、基因是作用單位，能產(chǎn)生特定的表、基因是作用單位，能產(chǎn)生特定的表型效應(yīng)，基因的部分如果有也不起作用。型效應(yīng)，基因的部分如果有也不起作用。、染色體是基因的載體。、染色體是基因的載體。第18頁/共35頁念珠理論經(jīng)典遺傳學(xué)的基因論 基因是一種化學(xué)實(shí)體，以念珠狀直線排列在染色體上，隨染色體復(fù)制，在有絲分裂和減數(shù)分裂中有規(guī)律地進(jìn)行分配，并具有相對(duì)穩(wěn)定性。 1. 染色體是基因的載體或轉(zhuǎn)運(yùn)者，允許基因有序分離與組合； 2. 基因是最小重組單位，不可分，交換只能發(fā)生在基因間； 3. 基因是最小突變單位，以一個(gè)整體進(jìn)行突變，內(nèi)部不再有可變 化的更小組分

10、； 4. 基因是一個(gè)功能單位。它控制有機(jī)體某個(gè)或一些性狀。 可將重組單位和突變單位合稱為結(jié)構(gòu)單位，因而基因既是一 個(gè)結(jié)構(gòu)單位，又是一個(gè)功能單位。第19頁/共35頁四、基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)四、基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)萌發(fā)萌發(fā)有絲分裂有絲分裂、順反子材料：曲霉菌（、順反子材料：曲霉菌（spergillus nidulans）(1)生活史：生活史：菌絲（）菌絲（）菌絲（）菌絲（）分生孢子（）分生孢子（） 分生孢子（）分生孢子（）菌絲菌絲菌絲菌絲融合（異核體）融合（異核體）二倍體核（）二倍體核（）菌絲（菌絲（ ）分生孢子（分生孢子（ ）菌絲菌絲第20頁/共35頁（）突變型：腺嘌呤缺陷型（）突變型：腺嘌呤缺陷型ad16

11、ad8實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：兩個(gè)缺陷型的雜合體仍然是缺陷型。兩個(gè)缺陷型的雜合體仍然是缺陷型。說明什么？說明什么？后代中大約出現(xiàn)后代中大約出現(xiàn)0.14%的野生型。的野生型。又說明什么？又說明什么？體細(xì)胞交換：體細(xì)胞交換：第21頁/共35頁體細(xì)胞聯(lián)會(huì)n通常情況下，有絲分裂過程中各條染色體在細(xì)胞內(nèi)隨機(jī)分布，同源染色體間在空間分布上互不影響。n但是在一些動(dòng)植物的體細(xì)胞有絲分裂中觀察到一些非隨機(jī)分布現(xiàn)象，其同源染色體在空間分布上有相互靠近的傾向，甚至，會(huì)出現(xiàn)同源染色體緊密、平行配對(duì)的現(xiàn)象。第22頁/共35頁ad16+ad8+ad16+ad16ad8+ad8abcdad16+ad16ad8 + + + ad

12、8 ad16+ ad8 + +ad16ad8(1 )突變型突變型：ac組合組合（2）野生型：）野生型：bd組合組合（3）突變型：）突變型：ad組合組合（4）野生型：）野生型：bc組合組合第23頁/共35頁ad16ad8 + +ad16+ad8順式：順式：反式：反式：有缺陷有缺陷正常正常有缺陷有缺陷有缺陷有缺陷野生型野生型 突變型突變型順反子：順反子：順反位置效應(yīng)：順反位置效應(yīng)：第24頁/共35頁 2、互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)、互補(bǔ)實(shí)驗(yàn) 材料：材料：T4噬菌體噬菌體 野生型野生型r+ BK（ ）BK（ ）快速溶菌型快速溶菌型r第25頁/共35頁Benzer 順反子概念和基因內(nèi)重組順反子概念和基因內(nèi)重組 Disc

13、overy of Recombination Within the Gene m 1rIIArIIA Chromosome carring Chromosome carring mutation 1mutation 1m 2rIIArIIA Chromosome carring Chromosome carring mutation 2mutation 2Recombination Recombination within the genewithin the geneChromosome carring Chromosome carring mutation 1 and 2mutation

14、1 and 2Wild typeWild type BenzerBenzer將將兩個(gè)兩個(gè)rIIArIIA突突變型對(duì)變型對(duì)B B株進(jìn)株進(jìn)行混合感染，行混合感染，再讓釋放的再讓釋放的子代噬菌體子代噬菌體感染感染K K株。株。 出現(xiàn)了野出現(xiàn)了野生型噬菌體生型噬菌體。 第26頁/共35頁 r 47 r47 r47 + + r104 精細(xì)作圖 r47 + + r106 r47 + + r102 B菌株 K菌株第27頁/共35頁 2 2重組型噬菌體數(shù) 總噬菌體數(shù) 2 2K K菌苔上的噬菌斑數(shù) B B菌苔上的噬菌斑數(shù)Rf =100%Rf =100%第28頁/共35頁 r106 r51 + + r106 +

15、+ r51n 順反測驗(yàn) r47 106 + + r47 + + r106 K菌株 B菌株第29頁/共35頁第30頁/共35頁 順式測驗(yàn) 反式測驗(yàn) 突變位點(diǎn)在同一順反子內(nèi) A B + + A B 突變位點(diǎn)在不同的順反子內(nèi) + + A B + + A B 圖 順反測驗(yàn)結(jié)果的圖解。當(dāng)順式有功能，而反式?jīng)]有功能時(shí)，突變 位點(diǎn)突變位點(diǎn)在同一順反子內(nèi)； 當(dāng)順式有功能，而反式也有功能時(shí)，突變 位點(diǎn)突變位點(diǎn)在不同順反子內(nèi)。 第31頁/共35頁Cis/Trans Complementation Test第32頁/共35頁Cis/Trans Complementation Test第33頁/共35頁3、果蠅中的順

16、反實(shí)驗(yàn)、果蠅中的順反實(shí)驗(yàn) Cis/Trans Complementation Test第34頁/共35頁五、近代基因概念的發(fā)展五、近代基因概念的發(fā)展第35頁/共35頁標(biāo)記標(biāo)記32P-TCAG32P-TCAGCCCCATG32P-TCAGCCCCATGG32P-TCAGCCCCATGGTTAAGT處斷裂處斷裂 TCAGCCCCATGGTTAAGA-單鏈單鏈DNA 32P-TCAGCCCCATGGTTAAGA32P-T32P-TCAGCCCCAT32P-TCAGCCCCATGGT32P-TCAGCCCCATGGTT32P-TC32P-TCAGC32P-TCAGCC32P-TCAGCCC32P-TC

17、AGCCCC32P-TCAGCCCC32P-TCA32P-TCAGCCCCA32P-TCAGCCCCATGGTTA32P-TCAGCCCCATGGTTAA32P-TCAGCCCCATGGTTAAGAA處斷裂處斷裂C處斷裂處斷裂G處斷裂處斷裂第2頁/共35頁. 白化病白化?。╝lbinism） 酪氨酸酶酪氨酸酶 酪氨酸酶酪氨酸酶 酪氨酸酪氨酸 多巴多巴 多巴醌多巴醌 多巴色素多巴色素 5,6 二羥吲哚二羥吲哚 +蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 吲哚吲哚 5,6 醌醌 黑色素黑色素 黑素蛋黑素蛋白白第14頁/共35頁. 萊一尼二氏癥（Lesch-Nyhan syndrome） (自毀容貌綜合征) 鳥苷酸 次黃苷酸 HGPRT 鳥苷 次黃苷 鳥嘌呤 次黃嘌呤 HGPRT ：次黃嘌呤鳥 黃嘌呤 嘌呤 磷酸核苷轉(zhuǎn)移酶 尿酸第16頁/共35頁（）突變型：腺嘌呤缺陷型（）突變型：腺嘌呤缺陷型ad16ad8實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：兩個(gè)缺陷型的雜合體仍然是缺陷型。兩個(gè)缺陷型的雜合體仍然是缺陷型。說明什么？說明什么？后代中大約出現(xiàn)后代中大約出現(xiàn)0.14%的野生型。的野生型。又說明什么？又說明什么？體細(xì)胞交換：體細(xì)胞交換：第21頁/共35頁ad16+ad8+ad16+ad16ad8+ad