第章基因與基因組

1、第十五章第十五章 基因與基因組基因與基因組Chapter 15 Gene and Genome第一節(jié)第一節(jié) 基因與基因組的概念基因與基因組的概念Section 1 Concept of Gene and Genome基基 因因染色體染色體DNA一、基因的概念一、基因的概念 基因基因(gene)：也稱遺傳因子，是染色體上呈直線排：也稱遺傳因子，是染色體上呈直線排列的遺傳單位，是編碼有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈列的遺傳單位，是編碼有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或或RNA所必需的全部核苷酸序列。所必需的全部核苷酸序列。非編碼序列非編碼序列(內(nèi)含子內(nèi)含子) 編碼序列編碼序列(外顯子外顯子)多肽鏈多肽鏈功能功能RNA(r

2、RNA及及tRNA等等)基因的分類：基因的分類：(1) 蛋白質(zhì)基因：終產(chǎn)物為蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)基因：終產(chǎn)物為蛋白質(zhì)(2) 非翻譯基因：可被轉(zhuǎn)錄，但不被翻譯，如非翻譯基因：可被轉(zhuǎn)錄，但不被翻譯，如rRNA、tRNA等等(3) 不轉(zhuǎn)錄基因：不被轉(zhuǎn)錄，參與基因的表達調(diào)控，不轉(zhuǎn)錄基因：不被轉(zhuǎn)錄，參與基因的表達調(diào)控，常稱為控制基因，如啟動基因和操縱基因常稱為控制基因，如啟動基因和操縱基因 基因座基因座(locus)：基因在染色體上的位置。：基因在染色體上的位置。 等位基因等位基因(allele)：一對同源染色體在同一基因座上的：一對同源染色體在同一基因座上的一對基因。一對基因。 復(fù)等位基因復(fù)等位基因(mult

3、iple allele)：在一個群體中，每個基：在一個群體中，每個基因座上可以有兩個以上等位基因。因座上可以有兩個以上等位基因。 純合子純合子(homozygote)：生物體帶有一對完全相同的等：生物體帶有一對完全相同的等位基因，即純種位基因，即純種(true-breeding)。 雜合子雜合子(heterozygote )：生物體帶有一對不同的等位：生物體帶有一對不同的等位基因，即雜種基因，即雜種(hybrid)。顯性基因顯性基因(dominant gene)與隱性基因與隱性基因(recessive gene )：當(dāng)一個等位基因決定生物性狀的作用強于另一等位當(dāng)一個等位基因決定生物性狀的作用強

4、于另一等位基因時，該基因就稱為顯性基因，而另一基因稱為基因時，該基因就稱為顯性基因，而另一基因稱為隱性基因。隱性基因。 完全顯性完全顯性(complete dominance)：顯性完全掩蓋隱性。：顯性完全掩蓋隱性。 不完全顯性不完全顯性(incomplete dominance)：兩者相互作用而：兩者相互作用而出現(xiàn)介于兩者中間的性狀。出現(xiàn)介于兩者中間的性狀?；蜃c等位基因基因座與等位基因人人血血型型基基因因座座AAOABO ABBBOO人血型復(fù)等位基因：人血型復(fù)等位基因：A、B、O顯性基因：顯性基因：A、BO，隱性基因：，隱性基因：OA、B共顯性：共顯性：AB (不完全顯性不完全顯性)純合

5、子純合子雜合子雜合子二、基因組的概念二、基因組的概念(1) 基因組基因組(genome)：也稱染色體組，指在二倍體的：也稱染色體組，指在二倍體的細胞或個體中，能維持配子或配子體正常功能細胞或個體中，能維持配子或配子體正常功能的最低數(shù)目的一套染色體。的最低數(shù)目的一套染色體。細胞質(zhì)基因組細胞質(zhì)基因組線粒體基因組線粒體基因組葉綠體基因組葉綠體基因組原核生物基因組：基因帶原核生物基因組：基因帶(2) 基因組基因組DNA序列的分類：序列的分類： 基因序列和非基因序列基因序列和非基因序列 編碼序列和非編碼序列編碼序列和非編碼序列 單一序列和重復(fù)序列單一序列和重復(fù)序列 輕度重復(fù)序列，中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序

6、列。輕度重復(fù)序列，中度重復(fù)序列和高度重復(fù)序列。(3) 基因組學(xué)基因組學(xué)(genomics)： 研究生物體基因和基因組的結(jié)構(gòu)、組成及功能。研究生物體基因和基因組的結(jié)構(gòu)、組成及功能。 結(jié)構(gòu)基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)(structural genomics) 功能基因組學(xué)功能基因組學(xué)(functional genomics)第二節(jié)第二節(jié) 病毒基因組病毒基因組Section 2 Virus Genome一、病毒一、病毒微小顆粒微小顆粒單一核酸單一核酸(DNA或或RNA)無完整細胞結(jié)構(gòu)無完整細胞結(jié)構(gòu) (非細胞型微生物非細胞型微生物)寄生于活細胞寄生于活細胞脂質(zhì)層脂質(zhì)層被膜被膜病毒基因病毒基因組組RNA逆轉(zhuǎn)錄酶

7、逆轉(zhuǎn)錄酶外殼蛋白外殼蛋白HIV病毒結(jié)構(gòu)模式圖病毒結(jié)構(gòu)模式圖S蛋白蛋白M蛋白蛋白HE蛋白蛋白E蛋白蛋白RNA核衣殼磷蛋白核衣殼磷蛋白冠狀病毒結(jié)構(gòu)模型冠狀病毒結(jié)構(gòu)模型(SARS)小表面蛋白小表面蛋白中表面蛋白中表面蛋白大表面蛋白大表面蛋白DNA聚合酶聚合酶二十面體二十面體核衣殼核衣殼HBV結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型二、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點二、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點1. 病毒基因組大小相差較大病毒基因組大小相差較大 乙肝病毒乙肝病毒 3kb 4種蛋白種蛋白 痘病毒痘病毒 300kb 幾百種蛋白幾百種蛋白2. 核酸組成復(fù)雜核酸組成復(fù)雜閉環(huán)雙鏈閉環(huán)雙鏈DNA 乳頭瘤病毒乳頭瘤病毒線性雙鏈線性雙鏈DNA 腺病毒腺病毒

8、單鏈單鏈RNA 脊髓灰質(zhì)炎病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒、SARS、HIV雙鏈雙鏈RNA 呼腸孤病毒、輪狀病毒呼腸孤病毒、輪狀病毒3. 基因組可由節(jié)段基因組可由節(jié)段RNA組成組成單鏈節(jié)段單鏈節(jié)段RNA 流感病毒流感病毒 (8條條RNA單鏈單鏈)雙鏈節(jié)段雙鏈節(jié)段RNA 呼腸孤病毒呼腸孤病毒 (10條條RNA雙鏈雙鏈)4. 基因重疊基因重疊 (overlapping gene，重疊基因，重疊基因) (1) 一個基因完全在另一個基因里面一個基因完全在另一個基因里面(2) 部分重疊部分重疊(3) 單堿基重疊單堿基重疊噬菌體噬菌體X174的重疊基因的重疊基因順反子順反子間隔區(qū)間隔區(qū)5. 基因組大部分序列用于編碼蛋

9、白質(zhì)基因組大部分序列用于編碼蛋白質(zhì)X174中不翻譯的部分中不翻譯的部分5，不翻譯的，不翻譯的DNA序列序列通常是基因表達的調(diào)控序列。通常是基因表達的調(diào)控序列。6. 存在轉(zhuǎn)錄單元存在轉(zhuǎn)錄單元 (功能單位功能單位)功能相關(guān)的蛋白質(zhì)基因叢集在基因組的一個或幾個功能相關(guān)的蛋白質(zhì)基因叢集在基因組的一個或幾個特定部位。特定部位。7. 除反轉(zhuǎn)錄病毒外，病毒基因組一般都是單倍體。除反轉(zhuǎn)錄病毒外，病毒基因組一般都是單倍體。8. 噬菌體噬菌體 (原核細胞病毒原核細胞病毒)基因是連續(xù)的；而真核細胞基因是連續(xù)的；而真核細胞 病毒的基因是不連續(xù)的。病毒的基因是不連續(xù)的。三、三、HBV基因組結(jié)構(gòu)基因組結(jié)構(gòu)HBV：hepa

10、titis B virus基因組為基因組為不完全雙鏈非閉合環(huán)狀不完全雙鏈非閉合環(huán)狀DNA (-)-DNA：3.2 kb，5端與引物酶結(jié)合端與引物酶結(jié)合 (+)-DNA：1.62.8kb，橋連未閉合的，橋連未閉合的(-)鏈鏈 有基因重疊有基因重疊 僅僅4個基因個基因HBV3182bpPSpre-S2pre-S1XCpre-C12(-)-DNA(+)-DNApoly(A)C：核衣殼蛋白：核衣殼蛋白S：包膜蛋白：包膜蛋白 P：聚合酶：聚合酶X：調(diào)控蛋白：調(diào)控蛋白HBV基基因因組組結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)引物酶引物酶四、四、HIV基因組結(jié)構(gòu)基因組結(jié)構(gòu)HIV：human immunodeficiency virus分兩

11、型：分兩型：HIV-1和和HIV-2基因組為基因組為雙份的雙份的RNA，長，長9718nt 三個結(jié)構(gòu)基因：三個結(jié)構(gòu)基因：gag、pol和和env 六個附加基因六個附加基因(包括調(diào)節(jié)基因包括調(diào)節(jié)基因)：tat、rev、nef、vif、vpr、vpu(HIV-1)或或vpx(HIV-2) HIV-1基因組結(jié)構(gòu)基因組結(jié)構(gòu)HIV-2基因組結(jié)構(gòu)基因組結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 原核基因組原核基因組Section 3 Prokaryotic Genome一、細菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點一、細菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點1. 一條環(huán)狀雙鏈一條環(huán)狀雙鏈DNA分子分子 具有類核：具有類核： 中央為中央為RNA和支架蛋白

12、；和支架蛋白； 外圍是雙鏈閉環(huán)超螺旋外圍是雙鏈閉環(huán)超螺旋DNA。 DNA通常與細胞膜相連。通常與細胞膜相連。E. coli 細細胞模式圖胞模式圖DNA與細與細胞膜相連處胞膜相連處E. coli 細胞細胞DNA電鏡照片電鏡照片蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)核心核心超螺旋超螺旋DNA環(huán)環(huán)大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)模式圖大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)模式圖2. 具有操縱子結(jié)構(gòu)具有操縱子結(jié)構(gòu) 功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受同一個調(diào)節(jié)區(qū)的功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受同一個調(diào)節(jié)區(qū)的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。3. 結(jié)構(gòu)基因常為單拷貝，結(jié)構(gòu)基因常為單拷貝，rRNA的基因常為多拷貝的基因常為多拷貝4. 非編碼序列所占比例小非編碼序列所占比例小5. 具有編碼

13、同工酶的同基因具有編碼同工酶的同基因 (isogene)6. 一般無基因重疊現(xiàn)象一般無基因重疊現(xiàn)象7. 具有各種功能識別區(qū)具有各種功能識別區(qū): 復(fù)制起始區(qū)復(fù)制起始區(qū)OriC與終止區(qū)與終止區(qū) TerC、轉(zhuǎn)錄啟動區(qū)和終止、轉(zhuǎn)錄啟動區(qū)和終止 區(qū)等。區(qū)等。8. 基因或操縱子的終末往往基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止順序具有特殊的終止順序 強終止子：有強終止子：有poly(T) 弱終止子：無弱終止子：無poly(T)9. 有可移動序列，如轉(zhuǎn)座子和質(zhì)粒等。有可移動序列，如轉(zhuǎn)座子和質(zhì)粒等。色色氨氨酸酸操操縱縱子子的的終終止止子子二、質(zhì)粒二、質(zhì)粒1. 質(zhì)粒質(zhì)粒(plasmid)：在細菌細胞中，獨立于染色體

14、之：在細菌細胞中，獨立于染色體之外存在的一些能復(fù)制和遺傳的環(huán)狀外存在的一些能復(fù)制和遺傳的環(huán)狀DNA分子。分子。類核類核質(zhì)質(zhì) 粒粒細菌細胞質(zhì)粒示意圖細菌細胞質(zhì)粒示意圖E. coli 細胞細胞DNA電鏡照片電鏡照片細胞中質(zhì)粒細胞中質(zhì)粒的不同形態(tài)的不同形態(tài)2. 質(zhì)粒的特性質(zhì)粒的特性 常含有特殊基因：如抗生素的抗性基因常含有特殊基因：如抗生素的抗性基因 有復(fù)制起始區(qū)：能自主復(fù)制有復(fù)制起始區(qū)：能自主復(fù)制 可與宿主染色體整合：隨宿主染色體同步復(fù)制可與宿主染色體整合：隨宿主染色體同步復(fù)制 可遺傳：細胞分裂時，可傳遞給子代可遺傳：細胞分裂時，可傳遞給子代 可轉(zhuǎn)移：由一個細胞轉(zhuǎn)移到另一個細胞可轉(zhuǎn)移：由一個細胞轉(zhuǎn)

15、移到另一個細胞 大小不定：小的約有大小不定：小的約有1kb，大的可達，大的可達250kb 拷貝數(shù)不定：嚴緊型拷貝數(shù)不定：嚴緊型(stringent)和松弛型和松弛型(relaxed) 不相容性不相容性(plasmid incompatibility)：有些質(zhì)粒不能：有些質(zhì)粒不能共存于一個細菌的細胞內(nèi)共存于一個細菌的細胞內(nèi) 致育因子致育因子 (Fertility (F) plasmids) 通過接合在供體和受體間傳遞遺傳物質(zhì)。通過接合在供體和受體間傳遞遺傳物質(zhì)。 F因子：可以合成和裝配性纖毛；因子：可以合成和裝配性纖毛； 重組區(qū)：有多個插入序列重組區(qū)：有多個插入序列 復(fù)制區(qū)：復(fù)制區(qū)：ori V和

16、和ori T3. 質(zhì)粒類型質(zhì)粒類型 抗性質(zhì)?？剐再|(zhì)粒 (Resistance (R) plasmids) 通常是一些抗生素抗性基因，如通常是一些抗生素抗性基因，如KanR，AmpR等。等。通過通過F因子性纖毛在兩個細菌細胞間轉(zhuǎn)移因子性纖毛在兩個細菌細胞間轉(zhuǎn)移DNA Col 質(zhì)粒質(zhì)粒 編碼大腸桿菌素編碼大腸桿菌素(colicins)，可殺死其它細菌。，可殺死其它細菌。 如如E.coli中的中的ColE1。 降解質(zhì)粒降解質(zhì)粒 (degradative plasmids) 可使宿主代謝特殊分子，如甲苯或水楊酸等?？墒顾拗鞔x特殊分子，如甲苯或水楊酸等。 侵入性質(zhì)粒侵入性質(zhì)粒 (virulence p

17、lasmids) 使宿主菌具有致病能力，如使宿主菌具有致病能力，如Ti質(zhì)粒，質(zhì)粒，Ri質(zhì)粒等。質(zhì)粒等。三、轉(zhuǎn)座因子三、轉(zhuǎn)座因子(transposable elements)1. 轉(zhuǎn)座因子概念轉(zhuǎn)座因子概念 是指是指DNA分子中不依靠同源性重組也能移動位置的分子中不依靠同源性重組也能移動位置的DNA節(jié)段。已知轉(zhuǎn)座因子的大小為節(jié)段。已知轉(zhuǎn)座因子的大小為750-40000bp。2. 分類分類 (1) 插入序列插入序列 (insertion sequence，IS) 編碼轉(zhuǎn)位酶編碼轉(zhuǎn)位酶(transposase)，可含有啟動子。，可含有啟動子。 (2) 轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子 (transposon，Tn) 含有

18、一到幾個基因，編碼抗藥性或毒素基因。含有一到幾個基因，編碼抗藥性或毒素基因。轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)圖解轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)圖解(兩側(cè)的兩側(cè)的IS組件可以同向或反向，可以相同或不同組件可以同向或反向，可以相同或不同)第四節(jié)第四節(jié) 真核基因組真核基因組Section 4 Eukaryotic Genome一、真核生物基因組的特點一、真核生物基因組的特點1. 與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲存于細胞核內(nèi)，常為與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲存于細胞核內(nèi)，常為 二倍體二倍體(除配子體外除配子體外)2. 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子3. 存在重復(fù)序列存在重復(fù)序列4. 非編碼序列比重大非編碼序列比重大5. 基因不連續(xù)基因不連續(xù)

19、6. 基因組大，多個復(fù)制起點基因組大，多個復(fù)制起點人類基因組染色體模式圖人類基因組染色體模式圖人類細胞整套染色體人類細胞整套染色體(白細胞白細胞)人姐妹染色體電鏡照片人姐妹染色體電鏡照片(有絲分離中期有絲分離中期)核小體核小體H1組蛋白組蛋白組蛋白組蛋白八聚體八聚體二、真核生物基因組的重復(fù)序列二、真核生物基因組的重復(fù)序列1. 高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列 重復(fù)頻率高重復(fù)頻率高(106)，復(fù)性速度很快。，復(fù)性速度很快。 反向重復(fù)、串聯(lián)重復(fù)和散布重復(fù)反向重復(fù)、串聯(lián)重復(fù)和散布重復(fù)(1) 倒位倒位(反向反向)重復(fù)序列重復(fù)序列(inverted repeat sequence) 兩個相同順序的互補拷貝在同一

20、兩個相同順序的互補拷貝在同一DNA鏈上反向排鏈上反向排列而成。列而成。高度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列和低度重復(fù)序列。高度重復(fù)序列、中度重復(fù)序列和低度重復(fù)序列?；匚慕Y(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)(palin-drome structure)： 指沒有間隔的反向重復(fù)序列。指沒有間隔的反向重復(fù)序列。反向重復(fù)反向重復(fù)反向重復(fù)反向重復(fù)變性變性復(fù)性復(fù)性(2) 串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列. 長度：長度：2172bp重復(fù)單位排列成串而形成。重復(fù)單位排列成串而形成。. 堿基組成：串聯(lián)重復(fù)序列的堿基組成不同于其堿基組成：串聯(lián)重復(fù)序列的堿基組成不同于其他部份，在等密度梯度離心時與主體他部份，在等密度梯度離心時與主體DNA分分開，稱開，稱衛(wèi)

21、星衛(wèi)星DNA。 特點：特點：. 物種局限：只發(fā)現(xiàn)于真核生物。物種局限：只發(fā)現(xiàn)于真核生物。 串聯(lián)重復(fù)序列分類串聯(lián)重復(fù)序列分類 衛(wèi)星衛(wèi)星DNA、小衛(wèi)星、小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星和微衛(wèi)星DNA。. 衛(wèi)星衛(wèi)星DNA (satellite DNA) 重復(fù)區(qū)涵蓋重復(fù)區(qū)涵蓋100kb5Mb 大部分位于染色體著絲點大部分位于染色體著絲點 重復(fù)單位重復(fù)單位2bp172bp 靈長類靈長類 170bp 非洲綠猴非洲綠猴 172bp 人類人類 171bp 約占每個染色體的約占每個染色體的35%. 小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA (minisatellite DNA)重復(fù)區(qū)域在重復(fù)區(qū)域在0.1kb20kb，包括兩類：，包括兩類： 可變

22、數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列 (variable number of tandem repeats，VNTR，980bp)：可用于：可用于DNA指紋指紋(DNA finger printing)鑒定技術(shù)。鑒定技術(shù)。 端粒：人類端粒的重復(fù)序列是端粒：人類端粒的重復(fù)序列是TTAGGG，涵，涵蓋蓋1015kb，與細胞老化有關(guān)。，與細胞老化有關(guān)。 重復(fù)單元重復(fù)單元16bp的短串聯(lián)接重復(fù)的短串聯(lián)接重復(fù) (short tandem repeats，STR)， 涵蓋區(qū)域小于涵蓋區(qū)域小于150bp 重復(fù)數(shù)目亦隨個體而異，廣泛被用於重復(fù)數(shù)目亦隨個體而異，廣泛被用於DNA指紋指紋. 微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA (

23、microsatellite DNA)。(3) 散布重復(fù)序列散布重復(fù)序列 可看成是一種轉(zhuǎn)座子，借可看成是一種轉(zhuǎn)座子，借DNA重組機制轉(zhuǎn)移重組機制轉(zhuǎn)移 每個重復(fù)單位的序列并非完全相同每個重復(fù)單位的序列并非完全相同 參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié) 參與基因表達的調(diào)控參與基因表達的調(diào)控 參與轉(zhuǎn)座作用參與轉(zhuǎn)座作用 與進化有關(guān)與進化有關(guān) 用于用于DNA指紋，區(qū)分個體指紋，區(qū)分個體 可能與同源染色體的聯(lián)會配對有關(guān)可能與同源染色體的聯(lián)會配對有關(guān)(4) 高度重復(fù)順序的功能高度重復(fù)順序的功能2. 中度重復(fù)順序中度重復(fù)順序 (1) 特點特點 重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬次重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬次 (105) 復(fù)性速度中等復(fù)性速度

24、中等 少數(shù)在基因組中成串排列，大多數(shù)與單拷貝少數(shù)在基因組中成串排列，大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列基因間隔排列(2) 分類分類 短分散片段短分散片段 (SINES) 平均長度約平均長度約300bp(500bp) 拷貝數(shù)可達拷貝數(shù)可達10萬左右，如萬左右，如Alu家族，家族，Hinf家族家族 長分散片段長分散片段 (LINES) 平均長度平均長度35005000bp 拷貝數(shù)一般在拷貝數(shù)一般在1萬左右，如萬左右，如Kpn家族等家族等 中度重復(fù)順序在不同種屬基因組中所占比例差異很中度重復(fù)順序在不同種屬基因組中所占比例差異很大，一般約大，一般約1040 中度重復(fù)序列可用于編碼蛋白質(zhì)或中度重復(fù)序列可用于編碼

25、蛋白質(zhì)或rRNA的結(jié)構(gòu)基的結(jié)構(gòu)基因，如因，如HLA基因，基因，rRNA基因，基因，tRNA基因，組蛋基因，組蛋白基因，免疫球蛋白基因等。白基因，免疫球蛋白基因等。 中度重復(fù)順序一般具有種屬特異性中度重復(fù)順序一般具有種屬特異性 重復(fù)一次或數(shù)次重復(fù)一次或數(shù)次 復(fù)性速度很慢復(fù)性速度很慢 在基因組中占在基因組中占50-80 編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)編碼各種不同功能的蛋白質(zhì) 兩側(cè)往往為散在分布的重復(fù)順序兩側(cè)往往為散在分布的重復(fù)順序3. 單拷貝順序單拷貝順序 (低度重復(fù)順序低度重復(fù)順序)4. 多基因家族與假基因多基因家族與假基因 指由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)和變異所產(chǎn)生的指由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)和變異所產(chǎn)生的

26、 一組基因。一組基因。 多基因家族大致可分為兩類：多基因家族大致可分為兩類： 基因家族成員成簇地分布在某一條染色體上基因家族成員成簇地分布在某一條染色體上 如組蛋白基因家族如組蛋白基因家族 基因家族的不同成員成簇地分布不同染色體基因家族的不同成員成簇地分布不同染色體上，如珠蛋白基因家族上，如珠蛋白基因家族(1) 多基因家族多基因家族(multi gene family)組蛋白基因家族組蛋白基因家族(2) 假基因假基因(pseudo gene) 指在多基因家族中，不能產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)指在多基因家族中，不能產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物的一些基因物的一些基因 無正常內(nèi)含子無正常內(nèi)含子 兩側(cè)有順向重復(fù)序列兩

27、側(cè)有順向重復(fù)序列5. 自私自私DNA (selfish DNA) 非編碼序列，如高度重復(fù)序列、內(nèi)含子等非編碼序列，如高度重復(fù)序列、內(nèi)含子等 大部分沒有功用大部分沒有功用 可被復(fù)制分配可被復(fù)制分配三、限制性片段長度多態(tài)性三、限制性片段長度多態(tài)性 用限制性內(nèi)切酶消化基因組用限制性內(nèi)切酶消化基因組DNA時，在同種生物時，在同種生物不同個體中會出現(xiàn)不同長度的限制性片段類型，不同個體中會出現(xiàn)不同長度的限制性片段類型，即即限制性片段長度多態(tài)性限制性片段長度多態(tài)性 (RFLP) RFLP分為兩類：分為兩類： 點多態(tài)性；點多態(tài)性； 由于由于DNA分子內(nèi)部發(fā)生較大的順序變化所產(chǎn)生分子內(nèi)部發(fā)生較大的順序變化所產(chǎn)生

28、的多態(tài)性。的多態(tài)性。RFLP示意圖示意圖等位基因等位基因A等位基因等位基因BA/AA/B B/B10kb6kb4kb6kb4kb片片段段長長度度電電泳泳方方向向凝膠電泳凝膠電泳10kb結(jié)核分支桿菌基因組結(jié)核分支桿菌基因組DNA的的RFLP1. 點多態(tài)性點多態(tài)性(point polymorphism) 是由于限制性內(nèi)切酶位點上發(fā)生單個堿基突變而使是由于限制性內(nèi)切酶位點上發(fā)生單個堿基突變而使這一限制性位點發(fā)生丟失或獲得。這一限制性位點發(fā)生丟失或獲得。1.2kb0.2kb1.4kbMst Mst Mst Mst Mst Mst ：CCTNAGG正常人與鐮刀型貧血病人正常人與鐮刀型貧血病人珠蛋白的比較

29、珠蛋白的比較2. 高變區(qū)高變區(qū)DNA與與DNA指紋指紋(1) DNA分子內(nèi)部發(fā)生較大的順序變化產(chǎn)生原因：分子內(nèi)部發(fā)生較大的順序變化產(chǎn)生原因： 順序改變，如缺失、重復(fù)、插入等順序改變，如缺失、重復(fù)、插入等 “高變區(qū)高變區(qū)”序列導(dǎo)致序列導(dǎo)致(2) 高變區(qū)高變區(qū) (highly variable region) 由多個串聯(lián)重復(fù)順序組成由多個串聯(lián)重復(fù)順序組成 特征是限制酶識別位點的堿基序列沒有改變，改特征是限制酶識別位點的堿基序列沒有改變，改變的只是它在基因組中的相對位置變的只是它在基因組中的相對位置(2) DNA指紋指紋 (DNA fingerprinting) 指用限制酶消化個體基因組指用限制酶消

30、化個體基因組DNA，經(jīng)特異性探針，經(jīng)特異性探針雜交后顯示的有個體特異性的雜交后顯示的有個體特異性的DNA圖譜。圖譜。 DNA指紋的應(yīng)用：遺傳病診斷、產(chǎn)前診斷、親子指紋的應(yīng)用：遺傳病診斷、產(chǎn)前診斷、親子鑒定以及法醫(yī)學(xué)上對罪犯的確認。鑒定以及法醫(yī)學(xué)上對罪犯的確認。 DNA指紋技術(shù)探針：常用重復(fù)序列中的重復(fù)單位。指紋技術(shù)探針：常用重復(fù)序列中的重復(fù)單位。目前有兩種探針：目前有兩種探針： AGAGGTGGGCAGGTGG AGGGCTGGAGG1 2 3 * 4 5 6 7人類人類DNA指紋圖譜指紋圖譜四、單核苷酸多態(tài)性四、單核苷酸多態(tài)性(SNP)與個體差異與個體差異SNP：指基因組中特定位點上單核苷酸

31、的差異，是遺：指基因組中特定位點上單核苷酸的差異，是遺傳信息差異的一種基本方式。傳信息差異的一種基本方式。SNP是人類可遺傳的變異中最常見的一種，在人類基是人類可遺傳的變異中最常見的一種，在人類基因組中廣泛存在，平均每因組中廣泛存在，平均每5001000個堿基對中個堿基對中就有就有1個，總數(shù)可達個，總數(shù)可達300萬個甚至更多。萬個甚至更多。 基因組基因組SNP研究可以揭示了種群及個體之間的差異研究可以揭示了種群及個體之間的差異.SNP研究的意義：研究的意義： (1) 進行疾病的遺傳連鎖分析進行疾病的遺傳連鎖分析(linkage analysis)及關(guān)聯(lián)及關(guān)聯(lián)分析分析(association a

32、nalysis)，用于疾病易感基因定，用于疾病易感基因定位位; (2) 在藥物基因組學(xué)在藥物基因組學(xué)(pharmacogenomics)研究中，可研究中，可通過檢測通過檢測SNPs的遺傳多態(tài)性標記揭示人群中不同的遺傳多態(tài)性標記揭示人群中不同個體對不同藥物的敏感性差異的根本原因。個體對不同藥物的敏感性差異的根本原因。 如多藥耐藥蛋白如多藥耐藥蛋白(MDR)、P-糖蛋白糖蛋白(P-gp)、有機陰、有機陰離子轉(zhuǎn)運體離子轉(zhuǎn)運體(OAT)等。等。第五節(jié)第五節(jié) 人類基因組計劃人類基因組計劃Section 5 Human Genome Project2000年年6月月26日，日，美國、英國、法國、德國、日本

33、美國、英國、法國、德國、日本和和中國中國六國科學(xué)家同時向世界宣布人類基因組工作草圖六國科學(xué)家同時向世界宣布人類基因組工作草圖基本完成，繪制出人體基本完成，繪制出人體97%的基因組，基中的基因組，基中85%的基的基因組序列得到了精確測定，包含了人體約因組序列得到了精確測定，包含了人體約30億個堿基億個堿基對對的正確排序。的正確排序。一、人類基因組計劃的由來與進展一、人類基因組計劃的由來與進展 提出：由美國生物學(xué)家，諾貝爾獎獲得者提出：由美國生物學(xué)家，諾貝爾獎獲得者杜爾貝杜爾貝科科(R. Dulbecco)于于1986年在美國年在美國科學(xué)科學(xué)雜志上雜志上發(fā)表的一篇文章中提出。發(fā)表的一篇文章中提出。

34、 主要目標：主要目標：測出人類基因組測出人類基因組DNA長達長達3109堿基堿基對的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并闡明其在染色體對的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并闡明其在染色體上的位置，從而在整體上破譯人類遺傳信息。上的位置，從而在整體上破譯人類遺傳信息。 HGP還包括對一系列模式生物體基因組的全序列還包括對一系列模式生物體基因組的全序列測定，如大腸桿菌、酵母、擬南芥、線蟲、果蠅測定，如大腸桿菌、酵母、擬南芥、線蟲、果蠅和小鼠等。和小鼠等。 美國政府于美國政府于1990年年10月正式啟動了這項將耗資月正式啟動了這項將耗資30億億美元、為期美元、為期15年的計劃，預(yù)期在年的計劃，預(yù)期在2005年完成人類基年

35、完成人類基因組全部序列的測定。因組全部序列的測定。 英國、日本、法國、德國的科學(xué)家先后加盟，遂擴英國、日本、法國、德國的科學(xué)家先后加盟，遂擴展成國際性合作計劃，并于展成國際性合作計劃，并于1996年舉行了國際合作年舉行了國際合作的人類基因組大規(guī)模測序戰(zhàn)略會議。的人類基因組大規(guī)模測序戰(zhàn)略會議。 1997年美國國立衛(wèi)生研究院成立國家人類基因組研年美國國立衛(wèi)生研究院成立國家人類基因組研究所究所(NHGRI)。 1999年年7月，中國科學(xué)院遺傳研究所人類基因組中心月，中國科學(xué)院遺傳研究所人類基因組中心在國際人類基因組組織注冊成功，負責(zé)測定全部序在國際人類基因組組織注冊成功，負責(zé)測定全部序列的列的1%。

36、 1999年年12月國際基因組首次完成人體染色體基因完整月國際基因組首次完成人體染色體基因完整序列的測定。序列的測定。 2000年年4月美國塞萊拉月美國塞萊拉(Celera)基因研究公司宣布，該基因研究公司宣布，該公司已破譯出一名實驗者的完整遺傳密碼。公司已破譯出一名實驗者的完整遺傳密碼。 2000年年6月人類基因組工作草圖基本完成。月人類基因組工作草圖基本完成。二、我國人類基因組研究工作的歷程與進展二、我國人類基因組研究工作的歷程與進展 2000年年4月提前完成人第月提前完成人第3號染色體短臂上號染色體短臂上3000萬萬個堿基對的工作草圖。個堿基對的工作草圖。 我國人類基因組研究相關(guān)工作：我

37、國人類基因組研究相關(guān)工作： 建立了多民族人群的建立了多民族人群的DNA樣品庫樣品庫 疾病基因的研究疾病基因的研究 模式生物體基因組的全序列測定模式生物體基因組的全序列測定三、后基因組時代的展望三、后基因組時代的展望 后基因組時代，亦稱功能基因組學(xué)時代后基因組時代，亦稱功能基因組學(xué)時代 后基因組時代目標：揭示基因組的功能及調(diào)控機制后基因組時代目標：揭示基因組的功能及調(diào)控機制 核心科學(xué)問題包括：核心科學(xué)問題包括： 基因組的多樣性基因組的多樣性 基因組的表達調(diào)控與蛋白產(chǎn)物的功能基因組的表達調(diào)控與蛋白產(chǎn)物的功能 模式生物基因組研究等模式生物基因組研究等四、單核苷酸多態(tài)性四、單核苷酸多態(tài)性(SNP)與個

38、體差異與個體差異SNP：指基因組中特定位點上單核苷酸的差異，是遺：指基因組中特定位點上單核苷酸的差異，是遺傳信息差異的一種基本方式。傳信息差異的一種基本方式。SNP是人類可遺傳的變異中最常見的一種，在人類基是人類可遺傳的變異中最常見的一種，在人類基因組中廣泛存在，平均每因組中廣泛存在，平均每5001000個堿基對中個堿基對中就有就有1個，總數(shù)可達個，總數(shù)可達300萬個甚至更多。萬個甚至更多。 基因組基因組SNP研究可以揭示了種群及個體之間的差異研究可以揭示了種群及個體之間的差異.SNP研究的意義：研究的意義： (1) 進行疾病的遺傳連鎖分析進行疾病的遺傳連鎖分析(linkage analysis)及關(guān)聯(lián)及關(guān)聯(lián)分析分析(association analysis)，用于疾病易感基因定，用于疾病易感基因定位位; (2) 在藥物基因組學(xué)在藥物基因組學(xué)(pharmacogenomics)研究中，可研究中，可通過檢測通過檢測SNPs的遺傳多態(tài)性標記揭示人群中不同的遺傳多態(tài)性標記揭示人群中不同個體對不同藥物的敏感性差異的根本原因。個體對不同藥物的敏感性差異的根本原因。 如多藥耐藥蛋白如多藥耐藥蛋白(MDR)、P-糖蛋白糖蛋白(P-gp