研究課現(xiàn)代分子生物學(xué)基因基因組和基因組學(xué)ppt課件

1、一、基因一、基因1. 基因的研究簡史基因的研究簡史 孟德爾（孟德爾（Mendel）的顆粒因子：一個因子決定一個性狀）的顆粒因子：一個因子決定一個性狀(1865年年)。 約翰森（約翰森（Johannsen）：首先提出基因一詞（）：首先提出基因一詞（1909年）年） 摩爾根（摩爾根（Morgan）的基因論：一個基因控制一個性狀）的基因論：一個基因控制一個性狀（1926年），明確了基因存在于染色體上。年），明確了基因存在于染色體上。 Beadle 和和Tatum：一個基因一個酶學(xué)說（：一個基因一個酶學(xué)說（1941年）。年）。 Avery肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：證實(shí)了遺傳物質(zhì)的本質(zhì)是肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：證

2、實(shí)了遺傳物質(zhì)的本質(zhì)是DNA（1944年）。年）。 Herhey Herhey 和和 ChaseChase ：噬菌體大腸桿菌感染實(shí)驗(yàn)，只有：噬菌體大腸桿菌感染實(shí)驗(yàn)，只有DNA能進(jìn)入大腸桿菌（能進(jìn)入大腸桿菌（1952年）。年）。Benzer：提出一個順反子，一條多肽鏈的概念（：提出一個順反子，一條多肽鏈的概念（1955年）。年）。Watson 和和Crick：提出：提出DNA右手雙螺旋理論（右手雙螺旋理論（1953年）。年）。 Crick：提出中心法則（：提出中心法則（1957年）。年）。Jacob和和Monod：提出了操縱子模型（：提出了操縱子模型（1961年）。年）。Nirenberg：三聯(lián)密

3、碼子學(xué)說將：三聯(lián)密碼子學(xué)說將DNA結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來（1966年）年） 。Mc-Clintock：在玉米中發(fā)現(xiàn)了遺傳因子可以轉(zhuǎn)移位置（：在玉米中發(fā)現(xiàn)了遺傳因子可以轉(zhuǎn)移位置（1951年代）年代）(1983年年諾貝爾生理學(xué)獎）諾貝爾生理學(xué)獎）。 Sharp等：真核生物基因中的斷裂現(xiàn)象（等：真核生物基因中的斷裂現(xiàn)象（1977年）。年）。 Feir等：等：發(fā)現(xiàn)噬菌體中重疊基因（發(fā)現(xiàn)噬菌體中重疊基因（1978年）。年）。 2. 基因的分子定義基因的分子定義 DNA分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位的最小功能

4、單位。合成有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或。合成有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA所必需的所必需的全部核酸序列（通常是全部核酸序列（通常是DNA序列）。故一個基因應(yīng)包含不僅是序列）。故一個基因應(yīng)包含不僅是編碼蛋白質(zhì)肽鏈或編碼蛋白質(zhì)肽鏈或RNA的核酸序列，還的核酸序列，還包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需包括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列、的調(diào)控序列、5非翻譯序列、內(nèi)含子以及非翻譯序列、內(nèi)含子以及3非翻譯序列等所有的非翻譯序列等所有的核酸序列核酸序列（蛋白質(zhì)基因和（蛋白質(zhì)基因和RNA基因）?；颍?。2.0 nm小小溝溝大大溝溝 泛指一個有生命體、病毒或細(xì)胞器的全部遺泛指一個有生命體、病毒或細(xì)胞器的全部遺傳物質(zhì)；在真核生物，基因組

5、是指一套染色體傳物質(zhì)；在真核生物，基因組是指一套染色體（單倍體）（單倍體）DNADNA，即細(xì)胞中基因以及，即細(xì)胞中基因以及非基因的非基因的DNADNA序列的總稱。序列的總稱。二、基因組二、基因組( (genome) )一）概念一）概念二）基因組的特點(diǎn)二）基因組的特點(diǎn) 1、病毒基因組的特點(diǎn)、病毒基因組的特點(diǎn) 1) 每種病毒中只有一種核酸，或?yàn)槊糠N病毒中只有一種核酸，或?yàn)镈NA，或?yàn)椋驗(yàn)镽NA。 2) 病毒核酸大小差別很大。最小的病毒核酸大小差別很大。最小的3kb（乙肝病毒），僅編（乙肝病毒），僅編碼碼4種蛋白質(zhì)，最大的可達(dá)種蛋白質(zhì)，最大的可達(dá)300kb以上（痘病毒），有幾百個以上（痘病毒），有

6、幾百個基因。一般基因。一般DNA病毒較大，病毒較大，RNA病毒較小。病毒較小。 3) 大部分病毒核酸是單倍體（除反轉(zhuǎn)錄）。大部分病毒核酸是單倍體（除反轉(zhuǎn)錄）。 4) 病毒基因組中也具有操縱子結(jié)構(gòu)。如病毒基因組中也具有操縱子結(jié)構(gòu)。如X174從從PD啟動子開啟動子開始轉(zhuǎn)錄生成的始轉(zhuǎn)錄生成的mRNA包含包含D，（，（E），），J，F(xiàn)，G和和H結(jié)構(gòu)基因。結(jié)構(gòu)基因。 5. 噬菌體基因組中無內(nèi)含子，但感染真核細(xì)胞的病毒基因噬菌體基因組中無內(nèi)含子，但感染真核細(xì)胞的病毒基因組中具有內(nèi)含子（組中具有內(nèi)含子（SV40早期基因早期基因T和和t） 6. 有基因重疊（同有基因重疊（同ORF重疊、異重疊、異ORF重疊和反

7、重疊和反ORF重疊）。重疊）。 7.大部分大部分DNA用于編碼蛋白質(zhì)，只有一小部分是不翻譯的。用于編碼蛋白質(zhì)，只有一小部分是不翻譯的。不翻譯區(qū)通常是基因表達(dá)的調(diào)控序列。不翻譯區(qū)通常是基因表達(dá)的調(diào)控序列。 8. 調(diào)控序列可以被宿主細(xì)胞所識別，其遺傳密碼和基因組的調(diào)控序列可以被宿主細(xì)胞所識別，其遺傳密碼和基因組的結(jié)構(gòu)必須與宿主體系相匹配。結(jié)構(gòu)必須與宿主體系相匹配。 HBV 基因基因結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2、細(xì)菌的基因組及特點(diǎn)、細(xì)菌的基因組及特點(diǎn)1）組成：細(xì)菌染色體和質(zhì)粒）組成：細(xì)菌染色體和質(zhì)粒2）細(xì)菌基因組的特征）細(xì)菌基因組的特征 （1） 基因組相對較?。ɑ蚪M相對較?。‥.coli 4.6106bp，400

8、0個基因），只個基因），只有一個復(fù)制啟始位點(diǎn)。有一個復(fù)制啟始位點(diǎn)。 （2） 具有操縱子結(jié)構(gòu)：功能上相關(guān)的幾個基因往往在一起組具有操縱子結(jié)構(gòu)：功能上相關(guān)的幾個基因往往在一起組成操縱子結(jié)構(gòu)，即幾個結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受它們上游的共同成操縱子結(jié)構(gòu)，即幾個結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受它們上游的共同調(diào)控區(qū)控制。當(dāng)基因開放時，這幾個基因轉(zhuǎn)錄在一條調(diào)控區(qū)控制。當(dāng)基因開放時，這幾個基因轉(zhuǎn)錄在一條mRNA鏈上，鏈上，然后分別翻譯合成各自的蛋白肽鏈。操縱子的末端具有特殊的終然后分別翻譯合成各自的蛋白肽鏈。操縱子的末端具有特殊的終止序列。止序列。 （3） 基因是連續(xù)的：結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子（基因是連續(xù)的：結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)

9、含子（intron）成分，）成分，在轉(zhuǎn)錄后不需剪接加工，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的壽命較短。在轉(zhuǎn)錄后不需剪接加工，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的壽命較短。細(xì)菌乳糖操縱子細(xì)菌乳糖操縱子LacZ（z）：）： -半半乳糖苷酶乳糖苷酶 Lac Y（y）：半乳）：半乳糖苷滲透酶糖苷滲透酶 Lac A（a）：半乳）：半乳糖苷轉(zhuǎn)酰酶糖苷轉(zhuǎn)酰酶Lac O（o）：操縱）：操縱基因基因Lac P（p）：啟動）：啟動基因基因 （4） 大部分大部分DNA是用于編碼蛋白質(zhì)的，只有一是用于編碼蛋白質(zhì)的，只有一小部分是不翻譯的。不翻譯區(qū)中含有間隔區(qū)小部分是不翻譯的。不翻譯區(qū)中含有間隔區(qū)（Spacer）和基因表達(dá)的調(diào)控序列。）和基因表達(dá)的調(diào)控序列。 （5） 基

10、因組中僅有少數(shù)基因存在基因重疊現(xiàn)象?；蚪M中僅有少數(shù)基因存在基因重疊現(xiàn)象。 （6） 結(jié)構(gòu)基因是結(jié)構(gòu)基因是單單拷貝，拷貝，rRNA基因是基因是多多拷貝。拷貝。3）質(zhì)粒）質(zhì)粒(plasmid)（1）概念：是細(xì)菌染色體以外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙）概念：是細(xì)菌染色體以外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈鏈DNA。（2）分類）分類 A、按復(fù)制機(jī)理分：嚴(yán)緊控制型質(zhì)粒，松弛控制型質(zhì)粒、按復(fù)制機(jī)理分：嚴(yán)緊控制型質(zhì)粒，松弛控制型質(zhì)粒 B、按功能分：、按功能分：F質(zhì)粒、質(zhì)粒、R質(zhì)粒、質(zhì)粒、Col（colicin）質(zhì)粒（可產(chǎn)）質(zhì)粒（可產(chǎn)生大腸桿菌素）、生大腸桿菌素）、Ent質(zhì)粒（可產(chǎn)生腸毒素）。質(zhì)粒（可產(chǎn)生腸毒素）。

11、 C、按性狀分：結(jié)合性質(zhì)粒，非結(jié)合性質(zhì)粒、按性狀分：結(jié)合性質(zhì)粒，非結(jié)合性質(zhì)粒（3） 質(zhì)粒的一般性質(zhì)質(zhì)粒的一般性質(zhì) A、多為、多為DNA分子，但酵母殺傷質(zhì)粒為分子，但酵母殺傷質(zhì)粒為RNA B、質(zhì)粒并非細(xì)菌生存所必不可少的遺傳物質(zhì)，可以在細(xì)菌、質(zhì)粒并非細(xì)菌生存所必不可少的遺傳物質(zhì)，可以在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移與丟失。間轉(zhuǎn)移與丟失。 C、質(zhì)粒的傳遞（轉(zhuǎn)移）是細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的一個重要方、質(zhì)粒的傳遞（轉(zhuǎn)移）是細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的一個重要方式。但分子量式。但分子量2.5107的質(zhì)粒可從供體細(xì)胞轉(zhuǎn)移一個副本給受體細(xì)胞，的質(zhì)?？蓮墓w細(xì)胞轉(zhuǎn)移一個副本給受體細(xì)胞，如如F質(zhì)粒質(zhì)粒6.2107，R質(zhì)粒質(zhì)粒2.5107）D、質(zhì)粒

12、可自行失去或經(jīng)人工處理而消失（稱為消、質(zhì)?？勺孕惺セ蚪?jīng)人工處理而消失（稱為消除）。除）。E、質(zhì)粒復(fù)制依賴宿主細(xì)胞的復(fù)制機(jī)器，但可以獨(dú)、質(zhì)粒復(fù)制依賴宿主細(xì)胞的復(fù)制機(jī)器，但可以獨(dú)立復(fù)制。立復(fù)制。F、可有幾種質(zhì)粒同時共存在于一個細(xì)菌內(nèi)，但同、可有幾種質(zhì)粒同時共存在于一個細(xì)菌內(nèi)，但同群質(zhì)粒有不相容性（同群質(zhì)粒具有同源性，可以產(chǎn)群質(zhì)粒有不相容性（同群質(zhì)粒具有同源性，可以產(chǎn)生相同的阻遏蛋白，故彼此間有相互抑制作用，不生相同的阻遏蛋白，故彼此間有相互抑制作用，不能共存于同一細(xì)胞）。能共存于同一細(xì)胞）。 大腸桿菌的基因組大腸桿菌的基因組 特點(diǎn)特點(diǎn) 其基因組大小為其基因組大小為4.7106bp,基因數(shù)為基因數(shù)

13、為4100個，它是個，它是1997年由年由Wisconsin大學(xué)的大學(xué)的Blattner等人完成，目前等人完成，目前62的基因功能已闡的基因功能已闡明，明，38的基因功能尚不清楚。的基因功能尚不清楚。1）遺傳信息具有連續(xù)性；）遺傳信息具有連續(xù)性；2）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；4 ）基因組的重復(fù)序列少而短。）基因組的重復(fù)序列少而短。3）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及 rRNA的多拷貝；的多拷貝；3、真核生物基因組的特點(diǎn)、真核生物基因組的特點(diǎn) 1） 基因組含有更大的基因組含有更大的DNA分子，以染色體形式儲存于細(xì)胞分子，以染色體形式儲存于細(xì)胞核內(nèi)

14、，除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞內(nèi)的基因的基因組是雙份的。但核內(nèi)，除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞內(nèi)的基因的基因組是雙份的。但應(yīng)注意：應(yīng)注意： （1）并非生物越高等，基因組越大。即并非進(jìn)化的復(fù)雜程）并非生物越高等，基因組越大。即并非進(jìn)化的復(fù)雜程度與度與DNA含量成正比。如某些含量成正比。如某些植物和兩棲類植物和兩棲類的的DNA含量是人的含量是人的幾十乃至上百倍（如幾十乃至上百倍（如小鼠基因組大小為小鼠基因組大小為250Mb，豬基因組大小，豬基因組大小為為270Mb，人類基因組為人類基因組為285Mb，而，而水稻基因組為水稻基因組為389Mb） （2）同一類復(fù)雜性差不多，形態(tài)也相似的生物，理論上其）同一類復(fù)雜性差不多

15、，形態(tài)也相似的生物，理論上其基因組也應(yīng)比較接近，其實(shí)不然。如同是兩棲類可相差十倍以基因組也應(yīng)比較接近，其實(shí)不然。如同是兩棲類可相差十倍以上。上。 （3）基因組中）基因組中DNA的量遠(yuǎn)大于編碼的量遠(yuǎn)大于編碼蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)所需要的量。所需要的量。2） 基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多個復(fù)制啟始位點(diǎn)，但每基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多個復(fù)制啟始位點(diǎn)，但每個復(fù)制子的長度較小。個復(fù)制子的長度較小。3） 基因是不連續(xù)的。基因是不連續(xù)的。4） 轉(zhuǎn)錄單位一般是單順反子的。即一個基因一種轉(zhuǎn)錄單位一般是單順反子的。即一個基因一種mRNA一種蛋白質(zhì)，但蛋白質(zhì)的最終產(chǎn)物可因剪接一種蛋白質(zhì)，但蛋白質(zhì)的最終產(chǎn)物可因剪接方式的不同而有差異（如方式

16、的不同而有差異（如Bcl-x： Bcl-x1 Bcl-xs ）5） 存在重復(fù)序列存在重復(fù)序列（1）高度重復(fù)序列（）高度重復(fù)序列（105次）。次）。 A、衛(wèi)星、衛(wèi)星DNA： 根據(jù)長度可將其分為根據(jù)長度可將其分為3類類 衛(wèi)星（衛(wèi)星（satellite）DNA： 重復(fù)長度幾百個重復(fù)長度幾百個bp，其在人，其在人群中多態(tài)性不強(qiáng)。群中多態(tài)性不強(qiáng)。 小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA：重復(fù)長度：重復(fù)長度15-70bp，其在人群中有高度，其在人群中有高度的特異性。的特異性。 微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA（簡單串聯(lián)重復(fù)序列）：重復(fù)長度（簡單串聯(lián)重復(fù)序列）：重復(fù)長度2-5bp，其在人群中存在個體間的高度變化，是其在人群中存在個體間的高度

17、變化，是DNA指紋的形成基指紋的形成基礎(chǔ)。礎(chǔ)。B、倒位（反向）重復(fù)序列、倒位（反向）重復(fù)序列 又稱臨時復(fù)性部分，重復(fù)單位約長又稱臨時復(fù)性部分，重復(fù)單位約長300bp，兩個，兩個單位之間有一平均單位之間有一平均1.6kb的片段相隔，多數(shù)散布于的片段相隔，多數(shù)散布于基因組中?；蚪M中。C、較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序、較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序 靈長類所獨(dú)有，用靈長類所獨(dú)有，用Hind消化非洲綠猴消化非洲綠猴DNA，可以得到重復(fù)單位為可以得到重復(fù)單位為172bp的高度重復(fù)順序，這種的高度重復(fù)順序，這種順序大部份由交替變化的嘌呤和嘧啶組成，又稱為順序大部份由交替變化的嘌呤和嘧啶組成，又稱為衛(wèi)星

18、衛(wèi)星DNA。D、高度重復(fù)順序的功能、高度重復(fù)順序的功能 a.參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)。參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)。 b.參與基因表達(dá)的調(diào)控參與基因表達(dá)的調(diào)控 c.參與轉(zhuǎn)位作用參與轉(zhuǎn)位作用 d.與進(jìn)化有關(guān)與進(jìn)化有關(guān) e. DNA指紋指紋 f.衛(wèi)星衛(wèi)星DNA成簇的分布在染色體著絲粒附近，成簇的分布在染色體著絲粒附近，可能與染色體減數(shù)分裂時染色體配對有關(guān)可能與染色體減數(shù)分裂時染色體配對有關(guān) （2）中度重復(fù)序列）中度重復(fù)序列（105次）。次）。100-幾千幾千bp片段的重片段的重復(fù)，其產(chǎn)物是細(xì)胞大量需要的。復(fù)，其產(chǎn)物是細(xì)胞大量需要的。 rRNA基因：可重復(fù)數(shù)百次，可作為一種遺傳標(biāo)志?；颍嚎芍貜?fù)數(shù)百次，可作為一種遺

19、傳標(biāo)志。 tRNA基因基因 組蛋白基因組蛋白基因 Alu家族：有家族：有3萬個成員，平均每萬個成員，平均每6kb就有一個，長度約就有一個，長度約300bp，因在，因在170bp處有一處有一Alu位點(diǎn)（位點(diǎn)（AG/CT）而得名。）而得名。Alu順序具有種的特異性，順序具有種的特異性，功能：目前尚不清楚，可能在功能：目前尚不清楚，可能在hnRNA（heterogeneous nuclear RNA）轉(zhuǎn)錄和加工中起轉(zhuǎn)錄和加工中起作用，也可能與作用，也可能與遺傳重組及染色體不穩(wěn)定性有關(guān)。遺傳重組及染色體不穩(wěn)定性有關(guān)。 Kpn家族：人類和靈長類家族：人類和靈長類DNA經(jīng)經(jīng)Kpn酶解后，產(chǎn)酶解后，產(chǎn)生生4

20、個片段（個片段（1.2、1.5、1.8、1.9kb），這些就被命名為），這些就被命名為Kpn家族。人類基因組中的家族。人類基因組中的Kpn序列約在序列約在3-6%，也是，也是散在分布的。功能尚不清楚。散在分布的。功能尚不清楚。（3）單一序列（）單一序列（unique sequence） 單拷貝順序在基因組中占單拷貝順序在基因組中占50-80，如人基因組中，大，如人基因組中，大約有約有60-65的順序?qū)儆谶@一類。的順序?qū)儆谶@一類。6） 存在多基因家族和超基因家族存在多基因家族和超基因家族 （1）多基因家族（）多基因家族（multigene family）：亦稱基因家族。是）：亦稱基因家族。是指一

21、組具有指一組具有類似功能類似功能，核苷酸序列又有同源性的基因。，核苷酸序列又有同源性的基因。 分類：分類： 按基因的終產(chǎn)物分為兩類：一類編碼按基因的終產(chǎn)物分為兩類：一類編碼RNA，另一類編碼，另一類編碼蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。 按在基因組中的分布分為兩類：一類串聯(lián)排列在一起，按在基因組中的分布分為兩類：一類串聯(lián)排列在一起，形成基因簇，亦稱形成基因簇，亦稱串聯(lián)重復(fù)基因串聯(lián)重復(fù)基因。另一類家族成員則可以分散。另一類家族成員則可以分散在不同的部位上。在不同的部位上。 （2）超基因家族（）超基因家族（supergene family）：由多基因家族及單基）：由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。成員間有不

22、同程度的因組成的更大的基因家族。成員間有不同程度的同源同源，但它們，但它們的的功能功能并不相似，這是與多基因家族的差別所在。如并不相似，這是與多基因家族的差別所在。如Ig超家族。超家族。 免疫球蛋免疫球蛋白超家族白超家族7） 基因類型多樣基因類型多樣（1）假基因（）假基因（）：）：在多基因家族中，不產(chǎn)生有功能基因在多基因家族中，不產(chǎn)生有功能基因產(chǎn)物的基因產(chǎn)物的基因。即序列與有功能的基因相似，但或者不能轉(zhuǎn)。即序列與有功能的基因相似，但或者不能轉(zhuǎn)錄，或者轉(zhuǎn)錄后生成無功能的基因產(chǎn)物。錄，或者轉(zhuǎn)錄后生成無功能的基因產(chǎn)物。 原因：可能基因在進(jìn)化過程中，發(fā)生突變所致（如缺失、原因：可能基因在進(jìn)化過程中，發(fā)

23、生突變所致（如缺失、倒位、點(diǎn)突變等）。倒位、點(diǎn)突變等）。假基因往往缺少正?；虻膬?nèi)含子，假基因往往缺少正?；虻膬?nèi)含子，兩側(cè)有順向重復(fù)序列。兩側(cè)有順向重復(fù)序列。（2）分（斷）裂基因（不連續(xù)基因）：編碼序列稱外顯子）分（斷）裂基因（不連續(xù)基因）：編碼序列稱外顯子（extron），非編碼序列稱內(nèi)含子（），非編碼序列稱內(nèi)含子（intron，or intervening sequence）。）。 （3）非剪接基因（連續(xù)基因）：原核和真核細(xì)胞都有。真）非剪接基因（連續(xù)基因）：原核和真核細(xì)胞都有。真核核rRNA基因也是非剪接基因。基因也是非剪接基因。（4）跳動（躍）基因（可轉(zhuǎn)移的）跳動（躍）基因（可轉(zhuǎn)移的

24、DNA成分、轉(zhuǎn)座子）：成分、轉(zhuǎn)座子）：是是指可在指可在DNA分子間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的分子間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的DNA片段。片段。與一般轉(zhuǎn)移概念與一般轉(zhuǎn)移概念不同，轉(zhuǎn)移后仍保留原來位置上的不同，轉(zhuǎn)移后仍保留原來位置上的DNA序列，只是把一個序列，只是把一個新合成的復(fù)本插入到另外的位置上。真核和原核細(xì)胞都有。新合成的復(fù)本插入到另外的位置上。真核和原核細(xì)胞都有?？煞譃閮深惪煞譃閮深?簡單轉(zhuǎn)座子（插入序列，簡單轉(zhuǎn)座子（插入序列，insertion sequence，IS）：較小，）：較小，只有與轉(zhuǎn)位有關(guān)的序列和促進(jìn)轉(zhuǎn)座過程所要的蛋白質(zhì)如轉(zhuǎn)座只有與轉(zhuǎn)位有關(guān)的序列和促進(jìn)轉(zhuǎn)座過程所要的蛋白質(zhì)如轉(zhuǎn)座酶的基因。酶的基因。 復(fù)雜轉(zhuǎn)

25、座子（復(fù)雜轉(zhuǎn)座子（Tn）：除轉(zhuǎn)位序列和蛋白質(zhì)基因外，在其）：除轉(zhuǎn)位序列和蛋白質(zhì)基因外，在其中心區(qū)還含有中心區(qū)還含有一個或多個基因一個或多個基因。TransposaseABCDEFGGFEDCBAIS: 帶有轉(zhuǎn)座酶和帶有轉(zhuǎn)座酶和反向末端重復(fù)序列。反向末端重復(fù)序列。IS ISResistance Gene(s)IS ISResistance Gene(s)Tn 5：藥物抗性基藥物抗性基因位于中間，因位于中間，ISIS 提提供轉(zhuǎn)座功能供轉(zhuǎn)座功能Tn 3：二端為短的二端為短的反向重復(fù)序列（反向重復(fù)序列（IR), IR), 中間是編碼轉(zhuǎn)座功中間是編碼轉(zhuǎn)座功能和藥物抗性的基能和藥物抗性的基因因常見轉(zhuǎn)座子（

26、5）重疊基因）重疊基因: 是一種轉(zhuǎn)錄單位，一個基因可決定多種是一種轉(zhuǎn)錄單位，一個基因可決定多種mRNA和蛋白質(zhì)，如和蛋白質(zhì)，如 Bcl-X 基因可轉(zhuǎn)錄兩種不同的產(chǎn)物?；蚩赊D(zhuǎn)錄兩種不同的產(chǎn)物。 8） 存在自私存在自私DNA（selfish DNA） 指非編碼序列，包括分散的高度、中度重復(fù)序列，內(nèi)含子指非編碼序列，包括分散的高度、中度重復(fù)序列，內(nèi)含子和間隔序列等。這些序列極少轉(zhuǎn)錄成和間隔序列等。這些序列極少轉(zhuǎn)錄成mRNA并翻譯成蛋白質(zhì)，并翻譯成蛋白質(zhì)，對細(xì)胞存活、代謝等不做任何貢獻(xiàn)，它們存在的唯一目的似乎對細(xì)胞存活、代謝等不做任何貢獻(xiàn)，它們存在的唯一目的似乎就是復(fù)制自己。故稱之為自私就是復(fù)制自己

27、。故稱之為自私DNA。而且有些成分還通過轉(zhuǎn)錄。而且有些成分還通過轉(zhuǎn)錄成成mRNA，生成，生成cDNA，再通過轉(zhuǎn)位成分插入到基因組，頗象機(jī)，再通過轉(zhuǎn)位成分插入到基因組，頗象機(jī)體內(nèi)寄生蟲的繁殖、生活，故也有人稱之為寄生體內(nèi)寄生蟲的繁殖、生活，故也有人稱之為寄生DNA（parasite DNA）。）。 但自私但自私DNA并非真的自私，毫無功能。如有些調(diào)控序列雖并非真的自私，毫無功能。如有些調(diào)控序列雖不編碼任何蛋白，但對細(xì)胞代謝也有很大影響。如在不編碼任何蛋白，但對細(xì)胞代謝也有很大影響。如在 Ig和和MHC基因的內(nèi)含子部分發(fā)現(xiàn)有基因的內(nèi)含子部分發(fā)現(xiàn)有增強(qiáng)子增強(qiáng)子的存在，可以增強(qiáng)該基因的轉(zhuǎn)的存在，可以增

28、強(qiáng)該基因的轉(zhuǎn)錄。錄。9） DNA序列組織具有可變性序列組織具有可變性 DNA序列從胚胎到成人并非一成不變。如序列從胚胎到成人并非一成不變。如B細(xì)胞成熟過細(xì)胞成熟過程中程中Ig基因結(jié)構(gòu)的重排及基因結(jié)構(gòu)的重排及TCR基因在分化過程中的重排?；蛟诜只^程中的重排。重鏈重鏈DNA重排重排4、真核生物基因組示例、真核生物基因組示例1）啤酒酵母基因組）啤酒酵母基因組 它是它是1997年由歐洲、美國、加拿大和日本共年由歐洲、美國、加拿大和日本共96個實(shí)驗(yàn)室共個實(shí)驗(yàn)室共同完成的同完成的第一個完全測序的真核生物基因組第一個完全測序的真核生物基因組。 其基因組大小其基因組大小為為13.5106bp,基因數(shù)為基因

29、數(shù)為5800個，分布在個，分布在16個不連續(xù)的染色體個不連續(xù)的染色體之中，其顯著的特點(diǎn)是具有高度重復(fù)，如之中，其顯著的特點(diǎn)是具有高度重復(fù)，如 tRNA總共有總共有250個個拷貝。此外還有許多高同源性的重復(fù)序列?？截悺４送膺€有許多高同源性的重復(fù)序列。2）線蟲（）線蟲（Caenorhabditis elegans）基因組）基因組 線蟲（線蟲（Caenorhabditis elegansCaenorhabditis elegans）是重要模式生物，其）是重要模式生物，其基因組序列分析工作開始于基因組序列分析工作開始于8080年代，由英美兩個實(shí)驗(yàn)室年代，由英美兩個實(shí)驗(yàn)室（st.Louis, MO, U

30、SA, and Cambridge. UK) st.Louis, MO, USA, and Cambridge. UK) 于于19981998年底完年底完成，它是第一完成的多細(xì)胞生物和動物基因組全序列，是生成，它是第一完成的多細(xì)胞生物和動物基因組全序列，是生命科學(xué)上的又一個里程碑。命科學(xué)上的又一個里程碑。 其基因組大小其基因組大小100Mb, 100Mb, 分布于分布于6 6 條染色體條染色體, , 預(yù)測有預(yù)測有1909919099基因存在?；虼嬖?。 Pascal M , et alPascal M , et al，Nature, 2000; 407796Nature, 2000; 4077

31、963）擬南芥基因組擬南芥基因組 擬南芥擬南芥(Arabidopsis thaliana) (Arabidopsis thaliana) 是一種典型的開花植物是一種典型的開花植物, , 廣泛分布于歐洲、亞洲和北美廣泛分布于歐洲、亞洲和北美, , 它具有它具有(1) (1) 生長周期短。從發(fā)芽生長周期短。從發(fā)芽到種子成熟僅需到種子成熟僅需6 6 周。周。(2) (2) 體型小體型小, , 占地少。成熟植株占地少。成熟植株1515 20 20 cm cm 高高, , 蓮座葉不超過蓮座葉不超過5 cm5 cm。(3) (3) 后代多。每株可產(chǎn)生后代多。每株可產(chǎn)生5000 5000 粒粒種子。種子。(

32、4) (4) 核基因組小核基因組小, , 僅僅10 10 條染色體。它作為植物模式生物條染色體。它作為植物模式生物在基因組分析方面是其它植物如玉米、番茄、豌豆、水稻等遺傳在基因組分析方面是其它植物如玉米、番茄、豌豆、水稻等遺傳模式系統(tǒng)所不能及的。模式系統(tǒng)所不能及的。1996 1996 年擬南芥基因組國際合作項(xiàng)目啟動年擬南芥基因組國際合作項(xiàng)目啟動, , 至至2000 2000 年年12 12 月月, , 第一個植物基因組第一個植物基因組擬南芥基因組被全部擬南芥基因組被全部測序測序, , 遺傳圖譜、物理圖譜建立遺傳圖譜、物理圖譜建立, , 序列大小為序列大小為125M b125M b?；蚪M測?；?/p>

33、因組測序區(qū)段覆蓋了全基因組的序區(qū)段覆蓋了全基因組的115. 4M b, 115. 4M b, 分析共含有分析共含有25,498 25,498 個基個基因因, , 編碼蛋白來自編碼蛋白來自11, 000 11, 000 個家族。個家族。 Nature 408:796-815 (2000)Nature 408:796-815 (2000)4 4）果蠅基因組）果蠅基因組 果蠅果蠅(Drosophila melanogaster) (Drosophila melanogaster) 果蠅是經(jīng)典遺傳學(xué)家喜歡果蠅是經(jīng)典遺傳學(xué)家喜歡的實(shí)驗(yàn)材料的實(shí)驗(yàn)材料, , 摩爾根就是根據(jù)果蠅實(shí)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)摩爾根就是根據(jù)果蠅實(shí)

34、驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)“連鎖交換連鎖交換”規(guī)律的。它不僅飼養(yǎng)容易、繁殖快規(guī)律的。它不僅飼養(yǎng)容易、繁殖快, , 還是典型的還是典型的“雌雄異體雌雄異體”生物生物, , 雌雄容易識別雌雄容易識別, , 可以有意識地安排可以有意識地安排, ,“有序有序”、有目的、有目的的交配的交配, , 得到各種性狀的重組體得到各種性狀的重組體, , 根據(jù)連鎖關(guān)系從而揭示基根據(jù)連鎖關(guān)系從而揭示基因的位置。有趣的是因的位置。有趣的是, , 果蠅幼蟲的唾液腺的染色體很大果蠅幼蟲的唾液腺的染色體很大, ,大大到人的肉眼就可以看到到人的肉眼就可以看到, , 上面還有規(guī)律的條紋上面還有規(guī)律的條紋, , 可以把一個可以把一個基因的位點(diǎn)定到某

35、一條條紋上。果蠅作為遺傳研究的模型生基因的位點(diǎn)定到某一條條紋上。果蠅作為遺傳研究的模型生物物, , 已有已有80 80 年的歷史年的歷史, , 它的它的DNADNA序列序列, , 同它的形態(tài)、生理以同它的形態(tài)、生理以及行為復(fù)雜性等方面及行為復(fù)雜性等方面, , 是最貼近人類的可供研究的無脊椎生是最貼近人類的可供研究的無脊椎生物體。物體。1998 1998 年年,Celera ,Celera 公司開始對果蠅基因組進(jìn)行研究公司開始對果蠅基因組進(jìn)行研究, , 用了不到兩年的時間破譯了果蠅的序列用了不到兩年的時間破譯了果蠅的序列, , 并于并于2000 2000 年年3 3 月月宣布了基因組全序列為宣布

36、了基因組全序列為180M b180M b。有。有13 601 13 601 基因基因, , 其中一半其中一半的基因功能還沒有搞清楚的基因功能還沒有搞清楚, , 有有1600 1600 個堿基跨度區(qū)仍未能完個堿基跨度區(qū)仍未能完全測序。全測序。 Science, 287:2185-2195 (2000) Science, 287:2185-2195 (2000) 三、基因組學(xué)三、基因組學(xué)(genomics)就是發(fā)展和應(yīng)用就是發(fā)展和應(yīng)用DNA制圖、測序新技術(shù)以及計(jì)算機(jī)程序，分制圖、測序新技術(shù)以及計(jì)算機(jī)程序，分析生命體（包括人類）全部基因組結(jié)構(gòu)及功能。析生命體（包括人類）全部基因組結(jié)構(gòu)及功能。一）概念

37、一）概念1. 1. 根據(jù)研究對象分：腫瘤基因組學(xué)、植物基因組學(xué)、藥物基因根據(jù)研究對象分：腫瘤基因組學(xué)、植物基因組學(xué)、藥物基因組學(xué)、環(huán)境基因組學(xué)等。組學(xué)、環(huán)境基因組學(xué)等。2. 2. 根據(jù)研究的重點(diǎn)分：結(jié)構(gòu)基因組學(xué)根據(jù)研究的重點(diǎn)分：結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structural genomics) (structural genomics) 、功能基因組學(xué)功能基因組學(xué)(functional genomics)(functional genomics)、比較基因組學(xué)、比較基因組學(xué)(comparative genomics) (comparative genomics) 二）基因組學(xué)分類二）基因組學(xué)分類三三) 結(jié)構(gòu)基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)1、概念和目的、概念和目的 以全基因組測序?yàn)槟繕?biāo)的基因結(jié)構(gòu)研究，弄清基因組中全以全基因組測序?yàn)槟繕?biāo)的基因結(jié)構(gòu)研究，弄清基因組中全部基因的位置和結(jié)構(gòu)，為基因功能的研究奠定基礎(chǔ)。其目的是部基因的位置和結(jié)構(gòu)，為基因功能的研究奠定基礎(chǔ)。其目的是建立高分辨的遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜和序列圖譜。建立高分辨的遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜和序列圖譜。 1） 遺傳圖譜（連鎖圖譜）：指基因或遺傳圖譜（連鎖圖譜）：指基