基因組織和結(jié)構(gòu)

1、關(guān)于基因的組織與結(jié)構(gòu)第一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一、基 因“Particulate factor”在孟德爾遺傳學(xué)的定律中，孟德爾用于命名從親代傳遞給子代而不發(fā)生改變的遺傳物質(zhì)；遺傳因子位于染色體上薩頓假設(shè)，1903年W.S.Sutton;Gene由W. Johannsen于1909年首先使用,但當(dāng)時(shí)對其物質(zhì)本質(zhì)尚一無所知；1、基因概念的演化第二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月遺傳粒子理論摩爾根基因論，基因是染色體上象念珠一樣線形排列的遺傳物質(zhì)單位，是突變、重組和功能表達(dá)三位一體；基因與性狀的相關(guān)性1940年，G.Beadle和R.Tatum提出“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假

2、設(shè)，第一次明確地把基因和蛋白質(zhì)直接相關(guān)聯(lián)；基因物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)識轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)染等實(shí)驗(yàn)證實(shí)了DNA是遺傳物質(zhì)，基因的化學(xué)本質(zhì)是脫氧核糖核酸，基因是具有一定的遺傳學(xué)功能的DNA片段；第三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型：基因調(diào)控模型的建立Jacob和Monod的操縱子學(xué)說。第四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2、基因的概念 基因是指存在于細(xì)胞內(nèi)有自體繁殖能力的遺傳單位，這種單位在染色體上占有一定位置而作直線排列。 基因是具有特定的核苷酸順序的核酸分子中一個(gè)片段，是攜帶有特定遺傳信息的功能單位。 在大多數(shù)生物中基因的化學(xué)本質(zhì)是DNA，但在某些病毒中可以是RNA

3、。第五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3、不連續(xù)基因/斷裂基因Structural gene codes for any RNA or protein product other than a regulator. 結(jié)構(gòu)基因：RNA或蛋白質(zhì)的編碼基因，而非調(diào)節(jié)基因。 Exon is any segment of an interrupted gene that is represented in the mature RNA product. 外顯子：基因中的編碼區(qū)，即在成熟的RNA中出現(xiàn)的基因的片段。Intron is a segment of DNA that is transc

4、ribed, but removed from within the transcript by splicing together the sequences (exons) on either side of it. 內(nèi)含子：基因中的非編碼區(qū)，即在成熟的RNA中沒有出現(xiàn)的基因的片段。 第六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月Transcript is the RNA product produced by copying one strand of DNA. It may require processing to generate mature RNAs. 轉(zhuǎn)錄本：由模版DNA拷貝

5、得到的RNA產(chǎn)物，需進(jìn)一步加工后才能成為成熟的RNA。RNA splicing is the process of excising the sequ-ences in RNA that correspond to introns, so that the sequences corresponding to exons are connected into a continuous mRNA. RNA剪接：除去內(nèi)含子，連接外顯子序列，以產(chǎn)生功能的mRNA、tRNA、rRNA的過程。第七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月斷裂基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)Interrupted genes are e

6、xpressed via a precursor RNA. Introns are removed when the exons are spliced together. The mRNA has only the sequences of the exons.第八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月英國科學(xué)家，因發(fā)現(xiàn)斷裂基因于1993年獲諾貝爾獎(jiǎng)Richard J.Roberts 從事腺病毒Ad2研究。 1974年，羅伯茨與其同事用限制酶作Ad2 DNA限制酶圖譜，并對一些片段進(jìn)行測序。發(fā)現(xiàn)其中有一個(gè)小片段包含Ad2 mRNA的末端和一個(gè)啟動(dòng)子。正是對這個(gè)包含啟動(dòng)子片段的搜索，導(dǎo)致斷

7、裂基因的發(fā)現(xiàn)。 斷裂基因的發(fā)現(xiàn)是羅伯茨測序研究的意外發(fā)現(xiàn)。1）基因不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)與證實(shí)第九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 美國科學(xué)家，因發(fā)現(xiàn)mRNA剪接獲諾貝爾獎(jiǎng)Phillip A. Sharp 從事腫瘤病毒的分子生物學(xué)和RNA剪接研究。 利用DNA和RNA雜交的方法發(fā)現(xiàn)mRNA不能與DNA全部雜交。在電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)有三個(gè)環(huán)。這表明mRNA比DNA小了許多；一個(gè)連續(xù)的DNA分子包含了沒有反映在mRNA中的信息。夏普提出hnRNA的內(nèi)含子被切除，而外顯子片斷拼接起來。第十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月R-環(huán)腺病毒DNA與其mRNA雜交形成R-環(huán)結(jié)構(gòu)第十一張，PPT共八十

8、四頁，創(chuàng)作于2022年6月斷裂基因的檢測方法：DNA酶切分析若同一基因的基因組DNA和cDNA的限制性圖譜相同，則一般不含內(nèi)含子；若基因組DNA的長度大于cDNA則很可能是不連續(xù)基因。第十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月斷裂基因現(xiàn)象廣泛存在于真核生物中，甚至在少數(shù)原核生物中也存在；并非所有的真核生物基因都是斷裂基因，如組蛋白基因和干擾素基因。斷裂基因存在的范圍：第十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）內(nèi)含子與外顯子特點(diǎn)不同的斷裂基因所含的內(nèi)含子數(shù)目有很大差別，有些基因只有一個(gè)或若干個(gè)內(nèi)含子，而有的基因內(nèi)含子與外顯子是高度嵌合的；內(nèi)含子的長度常大于外顯子；在同一基因家族內(nèi)

9、，斷裂基因的組織結(jié)構(gòu)、外顯子序列及其長度通常比較保守，而內(nèi)含子變化迅速，不論是序列還是長度差異性很大。第十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月哺乳動(dòng)物二氫葉酸還原酶（DHFR）基因 人類、小鼠和中國倉鼠的DHFR都有6個(gè)外顯子，外顯子基本相同，各內(nèi)含子的相對位置沒有改變，但長度變化很大。第十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）基因外顯子與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的關(guān)系外顯子常相當(dāng)于多肽折疊的結(jié)構(gòu)域；外顯子的邊界非常精確地相當(dāng)于結(jié)構(gòu)域之間的聯(lián)結(jié)處；外顯子與結(jié)構(gòu)域并非在任何情況下都一一對應(yīng)。4）內(nèi)含子與外顯子的關(guān)系外顯子與內(nèi)含子聯(lián)結(jié)處具有1-4bp的保守的共同序列（GT-AG規(guī)則），可能與

10、剪接反應(yīng)有關(guān)；一個(gè)基因的內(nèi)含子可以是另一基因的外顯子，即內(nèi)含子和外顯子是相對的。第十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4、基因家族（gene family）基因家族：來自于一個(gè)共同的祖先基因，通過復(fù)制和變異形成的結(jié)構(gòu)、功能相似的基因群體；家族成員其外顯子具有相似性?；蚣易逯械幕虺４?lián)排列，構(gòu)成基因簇（genen cluster）；但也可以不集中在一起，甚至分布在不同的染色體上?；蚣易宓念愋停?）簡單的多基因家族；2）復(fù)雜的多基因家族；3）有時(shí)空表達(dá)差異的復(fù)雜的多基因家族。第十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1）簡單的多基因家族rRNA基因家族真核生物rRNA基因包括

11、18-5.8-28S三個(gè)基因，構(gòu)成同一轉(zhuǎn)錄單元，在染色體上中等重復(fù)。重復(fù)單元包括轉(zhuǎn)錄序列和將轉(zhuǎn)錄序列分隔開的非轉(zhuǎn)錄區(qū)；rRNA重復(fù)單元分布在一條或幾條染色體的核仁區(qū)。 真核生物rDNA重復(fù)單元結(jié)構(gòu)第十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月rDNA非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)結(jié)構(gòu)長度固定區(qū)域與可變區(qū)域相間排列；可變區(qū)域由短重復(fù)序列組成，重復(fù)次數(shù)變化導(dǎo)致非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列長度差異；最前端的固定區(qū)域其序列和長度與其它固定區(qū)域不同；后三個(gè)固定區(qū)域稱做Bam Island;第十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）復(fù)雜的多基因家族組蛋白基因家族特點(diǎn)：由多個(gè)基因構(gòu)成一個(gè)重復(fù)單位，重復(fù)數(shù)百次；每個(gè)基因單獨(dú)地按

12、一定方向轉(zhuǎn)錄；各重復(fù)單元含有多個(gè)不同的轉(zhuǎn)錄單元和非轉(zhuǎn)錄區(qū)；組蛋白基因家族中的5個(gè)基因串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)重復(fù)單元，然后又以多拷貝組織成串聯(lián)的重復(fù)基因簇。一個(gè)重復(fù)單元中含5個(gè)不同的轉(zhuǎn)錄單元和5個(gè)短而不同的間隔區(qū)。幾種動(dòng)物組蛋白基因的拷貝數(shù)：海膽：300-1000；果蠅：100；雞：10小鼠：10-20； 人：30-40； 酵母：1第二十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）時(shí)空特異性表達(dá)的復(fù)雜的多基因家族 珠蛋白基因家族人血紅蛋白是四聚體，分別由家族（16號染色體）和家族（11號染色體）的基因編碼。在個(gè)體發(fā)育過程中，血紅蛋白的亞基組成不同，基因的表達(dá)具有時(shí)序性?；蚺帕蟹绞脚c基因在發(fā)育階段的表達(dá)

13、順序一致第二十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月5、假基因假基因（pseudogene）：核苷酸序列同相應(yīng)的正常功能基因基本相同，但不能合成功能蛋白質(zhì)的失活基因。重復(fù)的假基因：與“親本基因”連鎖，通過含“親本基因”的染色體區(qū)段重復(fù)而成。珠蛋白基因家族中的假基因就屬于此類型。 加工的假基因（processed pseudogene）：不與“親本基因”連鎖，其結(jié)構(gòu)與親本基因的轉(zhuǎn)錄本類似，如沒有啟動(dòng)子和內(nèi)含子，3末端有延伸的腺嘌呤短序列。因此很可能來自加工的親本RNA之DNA拷貝。第二十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月重復(fù)的假基因基因簇中的假基因1同功能的1珠蛋白基因密切相關(guān)，

14、 1與1的編碼和間隔序列同源性達(dá)73%，因此可能由后者重復(fù)而來；假基因并非起初就失活，而是隨著進(jìn)化產(chǎn)生許多突變慢慢失活的。 第二十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月加工的假基因（processed pseudogene）第二十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6、重疊基因定義：兩個(gè)基因共同使用同一DNA序列，卻編碼兩種不同的蛋白質(zhì)。存在范圍：僅見于病毒、線粒體和質(zhì)粒DNA 。X174的遺傳圖第二十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月重疊基因的類型全重疊：一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因序列內(nèi)，如基因B在基因A內(nèi)，基因E在基因D內(nèi)。部分重疊：K基因與C基因在一段序列內(nèi)重疊。1

15、-2個(gè)堿基的重疊：大多數(shù)發(fā)生在一個(gè)基因的終止密碼子與下一個(gè)基因的起始密碼子之間。如D基因終止密碼子TAA與J基因起始密碼子ATG間“A”的重疊。 5GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU3 X174 mRNA的一段序列 5GAAGGAGUGAUGUAA 3 基因D mRNA 3端序列 Glu Gly Val Met Stop 5AUGUCUAAA3 基因J mRNA 5端序列 Met Ser Lys 5GAAGGAGUGA 3 基因E mRNA 3端序列 Lys Gly StopX174 mRNA內(nèi)基因D、J、E的部分重疊序列第二十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7、

16、轉(zhuǎn)位因子（transposable elements）Transposon is a DNA sequence able to insert itself at a new location in the genome (without any sequence relationship with the target locus).Direct repeats are identical (or related) sequences present in two or more copies in the same orientation in the same molecule of DN

17、A.Inverted terminal repeats are the short related or identical sequences present in reverse orientation at the ends of some transposons.Transposase is the enzyme activity involved in insertion of transposon at a new site.第二十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1）轉(zhuǎn)位因子的發(fā)現(xiàn)Barbara McClintock第二十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）

18、玉米中的轉(zhuǎn)位因子的分類自主性轉(zhuǎn)位因子：具有自主剪接和轉(zhuǎn)座的功能；非自主性轉(zhuǎn)位因子：單獨(dú)存在時(shí)是穩(wěn)定的，不轉(zhuǎn)座，當(dāng)基因組中存在與非自主性因子同家族的自主性因子時(shí)，它才具備轉(zhuǎn)座功能，成為與自主性因子相同的轉(zhuǎn)座子。同一家族的自主性轉(zhuǎn)座因子為非自主性因子提供轉(zhuǎn)座酶，不同家族間無此反應(yīng)。第二十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 玉米中的轉(zhuǎn)位因子的結(jié)構(gòu)特征在轉(zhuǎn)座子的兩個(gè)末端具有反向重復(fù)序列。例如在AC轉(zhuǎn)座子的兩端具有11bp的反向重復(fù)序列。 玉米中轉(zhuǎn)位因子轉(zhuǎn)位時(shí)，轉(zhuǎn)位因子的靶序列發(fā)生倍增，使插入序列的兩端各有一段同向重復(fù)序。第三十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月玉米中的轉(zhuǎn)位因子Ac /

19、 Ds組C基因：位于第9染色體上，是合成紫糊粉層色素所必須的基因，如果它失去正常功能，糊粉層無色。Ac因子(activator)： Ac是自主因子 ，與Ds有同源性，Ds因子(dissociator)：與染色體的斷裂有關(guān)，它可以從一個(gè)座位跳到另一個(gè)座位，但是它的移動(dòng)必須在另一個(gè)基因Ac存在時(shí)才能進(jìn)行，Ds是非自主因子。第三十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）細(xì)菌的轉(zhuǎn)位因子：（I）：插入序列（IS）IS是一類自主單位，除自身轉(zhuǎn)位作用的基因外不含其它基因；IS兩端具有對稱的反向重復(fù)序列；轉(zhuǎn)位因子轉(zhuǎn)位時(shí)，基因組上的靶序列發(fā)生倍增，使插入序列的兩端各有一段同向重復(fù)序列。第三十二張，PPT

20、共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月插入序列 長度反向重復(fù)長度靶DNA的長度編碼蛋白數(shù)目轉(zhuǎn)座所需蛋白靶點(diǎn)選擇IS1IS2 IS3IS4IS10RIS50RIS903768bp 1327 14281195132915311057 23bp41181622918 9511或124999 22243322111111區(qū)域優(yōu)先熱點(diǎn)熱點(diǎn)熱點(diǎn)熱點(diǎn)熱點(diǎn)不詳5 GGTGATGCTGCCAACTTACTGAT.ATCAATAAGTTGGACTCATTACC 3 CCACTACGACGGTTGAATGACTA722bp.TAGTTATTCAACCTGAGTAATGGIS 1分子末端反向重復(fù)序列細(xì)菌的插入序列（IS）第

21、三十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（II）細(xì)菌轉(zhuǎn)座子 (Transposon)轉(zhuǎn)座子常帶有多個(gè)基因，除轉(zhuǎn)位相關(guān)的酶基因外，往往還帶有抗性基因。轉(zhuǎn)座子可分為兩個(gè)亞類：亞類I 轉(zhuǎn)座子兩末端由IS構(gòu)成，亞類II 末端由反向重復(fù)序列構(gòu)成 第三十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4）總結(jié)：轉(zhuǎn)位因子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在轉(zhuǎn)位因子的兩端存在末端反向重復(fù)序列（TIR），它們在轉(zhuǎn)位過程中至關(guān)重要；絕大多數(shù)轉(zhuǎn)位因子含有開放讀框（ORF），可能編碼一種酶，其功能促進(jìn)轉(zhuǎn)位因子的轉(zhuǎn)位；受體DNA上很短的一段靶序列，由于轉(zhuǎn)位因子的插入，在轉(zhuǎn)位因子的兩側(cè)形成正向重復(fù)序列，靶序列的長短對每類轉(zhuǎn)位因子都是特異的。

22、第三十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月5）轉(zhuǎn)位作用的類型：轉(zhuǎn)位作用有兩種類型：一種是保留型轉(zhuǎn)位(conservative transposition)，另一種是復(fù)制型轉(zhuǎn)位(replicative transposition)； 保留型轉(zhuǎn)位：在轉(zhuǎn)位酶的作用下，轉(zhuǎn)位因子從原來位點(diǎn)上刪除下來，再轉(zhuǎn)移插入到另一個(gè)位點(diǎn)，如復(fù)合轉(zhuǎn)座子Tn10； 復(fù)制型轉(zhuǎn)座：轉(zhuǎn)位因子的一個(gè)拷貝插入到靶子位點(diǎn)，而另一拷貝則仍然保留在給體原來的位置上，如Tn3。第三十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、基因組的結(jié)構(gòu)與功能Genome： is the complete set of sequences i

23、n the genetic material of an organism. It includes the sequence of each chromosome plus any DNA in organelles（細(xì)胞器）.基因組：一個(gè)細(xì)胞中含有的一整套完整遺傳信息即基因組(genome)。第三十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月基因組結(jié)構(gòu)：不同功能區(qū)域在整個(gè)DNA分子中的分布情況。基因組不同區(qū)域有不同的功能,有些是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因,有些是復(fù)制及轉(zhuǎn)錄的調(diào)控序列,有些區(qū)域的功能尚不清楚；C值：一個(gè)單倍體基因組的DNA含量即該物種DNA的C值，某一特定物種其C值是恒定的；C值矛

24、盾：一般而言，隨著進(jìn)化，生物體的結(jié)構(gòu)與功能趨于復(fù)雜，其C值增大。但某些生物其基因組的大小與基因組的復(fù)雜度缺乏相關(guān)性，即C值矛盾。第三十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月代表性生物體基因組大小 千堿基對/染色體長度(cm）染色體數(shù)(單倍體）形 狀病毒SV405.20.000171環(huán)狀噬菌體X1745.40.000181線狀單鏈?zhǔn)删w460.00151線狀大腸桿菌40000.131環(huán)狀酵母10000.03317果蠅410001.44人1250004.123第三十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一）、病毒基因組1、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）基因組大小相差較大 乙肝病毒DNA只有

25、3kb，編碼4種蛋白質(zhì)；痘病毒基因組有300kb，編碼幾百種蛋白質(zhì) ；2）基因組可以是DNA組成，也可以是RNA，但只含一種；病毒基因組DNA和RNA可以是單鏈，也可以是雙鏈的，可以是閉環(huán)分子，也可以是線性分子 如乳頭瘤病毒是閉環(huán)雙鏈DNA，腺病毒則是線性雙鏈DNA, 脊髓灰質(zhì)炎病毒單鏈RNA，而呼腸孤病毒的基因組雙鏈RNA分子； X174 是單鏈DNA 嗜菌體病毒第四十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）多數(shù)RNA病毒基因組由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但也有些病毒的基因組RNA由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成 流感病毒的基因組RNA分子是節(jié)段性的，由八條RNA分子構(gòu)成，每條RNA分子都含有編碼

26、蛋白質(zhì)分子的信息；4）基因重疊：即同一段DNA片段能夠編碼兩種甚至三種蛋白質(zhì)分子5）基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)，只有非常小的一份不被翻譯 在X174中不翻譯的部份只占217/5375，G4DNA中占282/5577，都不到5；不翻譯的DNA順序通常是基因表達(dá)的控制序列。 第四十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6）功能上相關(guān)的基因常叢集形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，一起轉(zhuǎn)錄成多順反子mRNA，然后再加工成各種蛋白質(zhì)的模板mRNA 如腺病毒晚期基因編碼病毒的12種外殼蛋白，在晚期基因轉(zhuǎn)錄時(shí)是在一個(gè)啟動(dòng)子的作用下生成多順反子mRNA，然后再加工成各種mRNA。編碼病毒的各種外殼蛋白，它

27、們在功能上都是相關(guān)的；7）除反轉(zhuǎn)錄病毒外，所有病毒基因組都是單倍體，每個(gè)基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝第四十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月8）噬菌體的基因是連續(xù)的；而真核細(xì)胞病毒的基因是不連續(xù)的，具有內(nèi)含子。除正鏈RNA病毒外，真核細(xì)胞病毒基因都是先轉(zhuǎn)錄成mRNA前體，再切除內(nèi)含子成為成熟mRNA。有些真核病毒的內(nèi)含子或其中的一部分，對某一個(gè)基因來說是內(nèi)含子，而對另一個(gè)基因卻是外顯子。 SV40的早期基因從4555 到4900之間一段346bp的片段是大T抗原基因的內(nèi)含子，而該內(nèi)含子中從4624-4900之間的DNA序列則是小t抗原的編碼基因。第四十三張，

28、PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2、乙肝病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能 HBV是目前已知感染人類最小的雙鏈DNA病毒，基因組結(jié)構(gòu)高度緊湊。長約3.2kb 。部分雙鏈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，雙鏈不等長，1/3為單鏈。長鏈5端與3端未共價(jià)連接，而是與一種蛋白質(zhì)共價(jià)相連；重疊的基因序列比較多 ；調(diào)節(jié)序列位于基因內(nèi)部 ；與HBV基因表達(dá)有關(guān)的調(diào)節(jié)序列有4種：啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、polyA附加信號、糖皮質(zhì)激素敏感因子（GRE）； 第四十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二）、原核生物染色體基因組 1、細(xì)菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)1）無細(xì)胞核，染色體聚集形成較為致密的類核(nucleoid)類核中央部分是RN

29、A和支架蛋白，外圍是DNA雙鏈超螺旋；染色體DNA與細(xì)胞膜多點(diǎn)相連，起固定作用。與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄有關(guān)的信號區(qū)域優(yōu)先與膜結(jié)合。2）基因組小，基因數(shù)目少，大多只含有一條環(huán)狀染色體，只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)；第四十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）基因結(jié)構(gòu)緊湊，大部分序列用來編碼蛋白質(zhì)，重復(fù)序列和不編碼序列少；且編碼序列一般不會(huì)重疊；4）具操縱子結(jié)構(gòu)，即數(shù)個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受一個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)；數(shù)個(gè)操縱子還可以由一個(gè)共同調(diào)節(jié)基因（regulatory gene）調(diào)控；5）結(jié)構(gòu)基因大都是單拷貝，但rRNA的基因（rrn）往往是多拷貝；第四十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月

30、6）DNA分子中具有各種功能的識別區(qū)域 如復(fù)制起始區(qū)OriC，復(fù)制終止區(qū)TerC。這些區(qū)域往往有特殊的順序。 在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止順序，它可使轉(zhuǎn)錄終止。第四十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2、大腸桿菌染色體基因組Theodor von Escherich (1857-1911)Austrian doctor第四十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1）基因組：大腸桿菌K-12基因組全長 4,639,221 bp，含4283個(gè)結(jié)構(gòu)基因或ORF；E. coli K12物理圖譜第四十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）染色體結(jié)構(gòu)DNA為雙鏈閉合環(huán)狀

31、，對數(shù)生長期類核有2-4個(gè)DNA分子；DNA結(jié)合蛋白：形成腳手架結(jié)構(gòu)。 DNA小結(jié)構(gòu)域與超螺旋： 50-100個(gè)長度50-100kb的超螺旋結(jié)構(gòu)染色體局部與細(xì)胞膜結(jié)合，穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)。 大腸桿菌染色體的腳手架結(jié)構(gòu)第五十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3）基因排列方式基因內(nèi)部連續(xù)，一般不存在非編碼序列；基因間排列緊密；形成多順反子mRNA。4）DNA兩條鏈作為模板指導(dǎo)mRNA合成的機(jī)率幾乎相等 ；5）基因拷貝數(shù)大腸桿菌蛋白質(zhì)編碼基因基本為單拷貝；少量基因?yàn)槎嗫截?，如核糖體rrn操縱子有7個(gè)拷貝。第五十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三）、真核生物染色體基因組1、真核生物基因

32、組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 遠(yuǎn)大于原核生物基因組，多復(fù)制起點(diǎn)，復(fù)制子較短；DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，一般為多條；基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子。存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)百萬次以上?；蚪M中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域，如在人基因組中編碼序列只占23%。大部分基因含有內(nèi)含子，基因是不連續(xù)的。第五十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2、真核生物基因組的重復(fù)序列重復(fù)序列：核苷酸排列順序基本相同并多次重復(fù)出現(xiàn)的DNA序列。 重復(fù)序列類型單一拷貝（低度重復(fù)）順序： 單拷貝順序在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次；中度重復(fù)順序：重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬（105）次的重復(fù)順序。 高度重復(fù)順序：重復(fù)頻率高，可達(dá)百萬以上。所占比例隨種

33、屬而異，約占10-60，在人基因組中約占20。第五十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月1）高度重復(fù)序列 反向（倒位）重復(fù)序列 1、定義：由兩個(gè)相同順序的核苷酸片段在同一DNA分子上反向排列而成。 兩個(gè)互補(bǔ)拷貝間可有一到幾個(gè)核苷酸的間隔，也可以沒有間隔。沒有間隔的又稱回文（palimdrome）。 反向重復(fù)序列約占人基因組的5。第五十四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 衛(wèi)星DNA衛(wèi)星DNA (satellite DNA) 由2-10bp的重復(fù)單位成串排列組成的一類高度重復(fù)序列。由于這類序列的GC含量不同于其他部份，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開, 因而稱為衛(wèi)星DNA

34、或隨體DNA。隱蔽衛(wèi)星DNA 若高度重復(fù)序列GC含量與總體的堿基組成相似，密度梯度離心后將觀察不到衛(wèi)星峰，這類高度重復(fù)序列就是隱蔽衛(wèi)星DNA。小鼠DNA在CsCl密度梯度離心中分成主峰和衛(wèi)星峰第五十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 衛(wèi)星DNA往往集中于異染色質(zhì)，如著絲點(diǎn)部位；Cytological hybridization shows that mouse satellite DNA is located at the centromeres.第五十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月人基因組中衛(wèi)星DNA約占5-6，按照浮力密度不同可分為、四種；果蠅衛(wèi)星DNA按順序分為四

35、類，均為7堿基重復(fù)；在蟹發(fā)現(xiàn)有AT 2堿基高度重復(fù)的衛(wèi)星DNA ；衛(wèi)星DNA的產(chǎn)生推測是由于DNA復(fù)制過程中突變的積累及DNA不均等交換引起的。果蠅（ Drosophila virilis ）衛(wèi)星DNA有四類序列，合計(jì)占其基因組的40%。其中第一類衛(wèi)星DNA可能為原始類型，先于物種的形成。第五十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)序列（衛(wèi)星DNA） 特點(diǎn)：為哺乳動(dòng)物所特有；多層次 大的重復(fù)單位由若干小重復(fù)單位組成，小重復(fù)單位又由若干更小的重復(fù)單位串聯(lián)而成；相似性 各層次重復(fù)單位之間彼此有很高的序列相似性；短基序 高度重復(fù)的序列是由一個(gè)或數(shù)個(gè)很短的祖先序列（如

36、小鼠為9bps）演化而來。第五十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月小鼠衛(wèi)星DNA解剖：1/2亞單位小鼠衛(wèi)星DNA用限制性內(nèi)切酶EcoR II酶切可出現(xiàn)一234bp主帶，即其基本重復(fù)單位；234bp基本重復(fù)單位可一分為二，序列匹配排列可發(fā)現(xiàn)其高度一致性；有22個(gè)差異位點(diǎn)，分歧率為19%。234bp基本重復(fù)單位是在進(jìn)化過程中由117bp重復(fù)單位復(fù)制加倍而成，差異位點(diǎn)是加倍后突變積累的結(jié)果。第五十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月小鼠衛(wèi)星DNA解剖：1/4亞單位117bp亞單位可再一分為二，圖中前2個(gè)序列為第一個(gè)1/2亞單位，后2個(gè)序列為第二個(gè)1/2亞單位；4個(gè)序列的匹配排列顯示

37、在58個(gè)位點(diǎn)中有23個(gè)差異位點(diǎn)，分歧率為40%；前三個(gè)序列相似性較高，分歧率主要由第4個(gè)序列造成。第六十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月高度重復(fù)順序的功能 參與復(fù)制的調(diào)節(jié)：DNA復(fù)制起點(diǎn)區(qū)附近常存在反向序列。許多反向重復(fù)序列還是一些調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)（包括酶）的結(jié)合位點(diǎn)。參與基因表達(dá)調(diào)控：DNA反向重復(fù)順序能轉(zhuǎn)錄到核不均一RNA分子中，可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定RNA分子。參與轉(zhuǎn)位作用：轉(zhuǎn)位因子末端大都包括反向重復(fù)順序。在轉(zhuǎn)位作用中，可以被參與轉(zhuǎn)位的特異酶所識別。與進(jìn)化有關(guān)：不同種屬的高度重復(fù)順序的核苷酸序列不同，具有種屬特異性，但相近種屬又有相似性；與細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)染色體配對有關(guān)：衛(wèi)星DNA成

38、簇分布于染色體著絲粒附近，同源染色體之間的聯(lián)會(huì)可能依賴于具有染色體專一性的特定衛(wèi)星DNA序列。第六十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月衛(wèi)星DNA的應(yīng)用DNA指紋同一種屬中不同個(gè)體的高度重復(fù)順序的重復(fù)次數(shù)不一樣，這可以作為每一個(gè)體的特征，即DNA指紋。第六十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2）中度重復(fù)序列短分散片段 (short interspersed repeated segments, SINES): 平均長度約300bp (500bp)，拷貝距離為1000bp?？截悢?shù)達(dá)10萬左右。如Alu家族, Hinf家族。長分散片段 (long interspersed rep

39、eated segments, LINES): 平均長度為3500-5000bp，它們與平均距離為13000bp（個(gè)別長幾萬bp）。也有實(shí)驗(yàn)顯示人基因組中所有LINES之間的平均距離為2.2kb，拷貝數(shù)一般在1萬左右，如Kpn家族等。中度重復(fù)順序在基因組中所占比例在不同種屬之間差異很大，一般約占10-40，在人約為12。第六十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月單拷貝順序在基因組中占50-80，如人基因組中，大約有60-65的順序?qū)儆谶@一類；單拷貝順序中儲(chǔ)存了巨大的遺傳信息，但只有一小部分編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)；但單拷貝順序中其他部份的功能尚不清楚。 3）單一序列及低度重復(fù)序列第六十

40、四張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月自私DNA(selfish DNA)定義：在哺乳動(dòng)物包括人類基因組中，存在著大量的非編碼序列，如前述的高度重復(fù)順序，內(nèi)含子，間隔DNA等。這些順序中，只有很小一部份具有重要的調(diào)節(jié)功能，絕大部部分都沒有特殊功能。在這些DNA序列中雖然積累了大量缺失，重復(fù)或其他突變，但對生物并沒有影響，它們的功能似乎只是自身復(fù)制，所以稱為自私DNA或寄生DNA(parasite DNA)。自私DNA也許有重要功能，但目前還不了解。第六十五張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、染色體外遺傳因子第六十六張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 相關(guān)概念質(zhì)粒(pla

41、smid)：可自我復(fù)制并遺傳的染色體外DNA 分子，細(xì)菌和某些低等真核生物中常見，可被用做基因工程載體。細(xì)胞質(zhì)遺傳(cytoplasmic inheritance)：線粒體或葉綠體基因的遺傳特性。第六十七張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1質(zhì)粒(plasmid)質(zhì)粒的存在：普遍存在于細(xì)菌中，如G+、G、藍(lán)細(xì)菌、放線菌；在真菌、藻類等真核生物中也存在。質(zhì)粒的應(yīng)用：基因工程載體。第六十八張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1.1 質(zhì)粒的一般生物學(xué)特性1、質(zhì)粒的一般特性絕大多數(shù)為雙鏈環(huán)狀DNA分子，但也存在線形DNA質(zhì)粒和 RNA質(zhì)粒（酵母殺傷質(zhì)粒）；質(zhì)?？煞€(wěn)定持續(xù)地游離于染色

42、體外，但一定條件下可整合到染色體上；環(huán)形雙鏈DNA三種構(gòu)型：共價(jià)閉合環(huán)狀、開環(huán)結(jié)構(gòu)和線性分子。分子量差異顯著，最小的質(zhì)粒僅編碼2-3種中等大小的蛋白質(zhì)，其分子量大小為1-2103bp，而巨大質(zhì)粒（megaplasmid）分子量可達(dá)1-2106bp。第六十九張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2、質(zhì)粒的功能質(zhì)粒賦予寄主細(xì)胞一些額外特性，如編碼抗菌素和重金屬抗性基因、產(chǎn)生抗菌素和細(xì)菌素的基因、芳香族化合物降解基因、誘發(fā)植物腫瘤基因，以及寄主控制的限制和修飾系統(tǒng)的基因等數(shù)十余種；隱蔽質(zhì)粒(cryptic plasmid)：是指其功能尚不明了的質(zhì)粒。第七十張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6

43、月3、質(zhì)粒DNA的轉(zhuǎn)移1）質(zhì)粒的類型：根據(jù)是否可以轉(zhuǎn)移，質(zhì)?？煞譃榻雍闲唾|(zhì)粒和非接合型質(zhì)粒。二者都有自我復(fù)制基因；但前者帶有控制細(xì)菌配對和質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移的基因，后者則缺。2）質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移細(xì)菌配對的形成：F-性須的形成與裝配和維持交配期間細(xì)胞對的穩(wěn)定均依賴于tra基因群；質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移：TraY和TraI分別有單鏈切割和解旋酶的活性，以oriT為轉(zhuǎn)移起點(diǎn)，在兩種酶的作用下，一條鏈從給體細(xì)胞進(jìn)入受體細(xì)胞,并進(jìn)行新鏈的合成。第七十一張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月質(zhì)粒DNA的接合轉(zhuǎn)移與復(fù)制TraY和TraI分別具有單鏈切割和解旋酶的活性，以oriT為轉(zhuǎn)移起點(diǎn)，在兩種酶作用下，一條鏈從給體細(xì)胞進(jìn)入受體細(xì)胞經(jīng)滾環(huán)復(fù)制合成新鏈。第七十二張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4、質(zhì)粒DNA的復(fù)制類型按拷貝數(shù)的多少，質(zhì)?？煞殖蓛煞N復(fù)制型 嚴(yán)緊型(stringent)質(zhì)粒：拷貝數(shù)低， 每細(xì)胞1-3拷貝； 松弛型(relaxed)質(zhì)粒：高拷貝數(shù)，每個(gè)寄主細(xì)胞中可高達(dá)10-60份拷貝一般來講，接合型質(zhì)粒分子量較大，每個(gè)細(xì)胞拷貝數(shù)少，屬嚴(yán)緊型；非接合型質(zhì)粒分子量較低，細(xì)胞中拷貝數(shù)較多，屬松弛型。例外，接合型質(zhì)粒R6K的分子量較小，為松弛型質(zhì)粒。松弛型與嚴(yán)緊型質(zhì)粒并非絕對，常與寄主狀況有關(guān)。第七十三張，PPT共八十四頁，創(chuàng)作于2022年