基因和基因組結(jié)構(gòu)(2)

1、關(guān)于基因與基因組結(jié)構(gòu) (2)第一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)容第一節(jié) 基因和基因組 第二節(jié) 病毒和原核生物的基因特點(diǎn) 第三節(jié) 真核基因特點(diǎn)和基因組結(jié)構(gòu)第四節(jié) 細(xì)胞器基因組第五節(jié) 癌基因和藥物基因組第二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 基因和基因組 一、基因1、 基因的概念2、基因定義的演變3、基因的編碼鏈4、基因的閱讀框架5、基因的其他重要發(fā)現(xiàn)二、基因組第三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月一、 基因1、基因的概念是DNA分子上具有特定遺傳效應(yīng)的一段的核苷酸序列。1）遺傳效應(yīng)： a 可以產(chǎn)生蛋白質(zhì)產(chǎn)物或RNA產(chǎn)物（包括rRNA和tRNA ）形成生理功能； b

2、或?qū)ζ渌蚣捌湫纬傻纳砉δ芷鹫{(diào)節(jié)效應(yīng)。2）核苷酸序列：主要指DNA，對于RNA病毒來說則指染色體RNA。 朊病毒？第四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月2、基因定義的演變（1）第一步：一個基因控制一個性狀：1909年，約翰遜首次提出了基因（gene）的名詞，用來表示孟德爾在豌豆雜交試驗中所證實的遺傳因子（控制生物性狀）。1910年，美國遺傳學(xué)家摩爾根通過果蠅雜文實驗證明基因在染色體上呈線性排列，“基因是染色體上的遺傳功能單位” 。第五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月基因定義的演變（2）第二步：“一個基因一種酶”1902，尿黑酸癥（alkaptonuria）：酪氨酸苯環(huán)斷裂。1

3、941，比德爾（Beadle）和塔圖姆 鏈孢霉（Neurospora）：營養(yǎng)缺陷型菌株。 單倍體，藥用菌（洛氏等基金資金支持）比德爾（Beadle）第六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月基因定義的演變（3）第三步： “一個順反子一條多肽鏈”到1957年，本澤爾（Bnezer）進(jìn)一步提出的論斷。這比“一個基因一種酶”的假說更為準(zhǔn)確。1、多亞基蛋白（編碼基因不連續(xù)或不在同一條鏈上；一個基因編碼多個肽鏈）。2、基因可以再分（重組子，突變子）第七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 P 杏紅眼X 白眼 Wa + + W Wa + Y F1 杏紅 X 杏紅眼 Wa + Wa + Y + W F

4、2 杏紅眼 杏紅 杏紅 白眼 紅眼 Wa + Wa + Wa + W + Wa + + W Y Y 基因內(nèi)重組 + + Wa W 配子（突變的機(jī)率大） + + + + Wa W Wa W Wa + 或 Y 或 Wa + Y比較：F1 杏紅 基因型 紅眼 基因型 Wa + 反式 Wa W 順式 + W + + 第八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月2、基因定義的演變（4）第四步：確定核酸是基因的物質(zhì)基礎(chǔ)肺炎鏈球菌1967年發(fā)表了全套的遺傳密碼表 ，確定生物的遺傳信息以核苷酸堿基（A，T，G，C）的不同排列貯存干DNA分子中形成基因。遺傳信息的以“

5、DNARNA蛋白質(zhì)” 這種中心法則的方式表達(dá)。第五步：朊病毒？第十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月3、基因的編碼鏈一個基因的DNA雙鏈中，只有一條鏈可以用做轉(zhuǎn)錄的模板。關(guān)于這兩條鏈的稱呼有點(diǎn)混亂。以前的文獻(xiàn)稱模板鏈為編碼或有意義鏈。非模板鏈為無意義鏈，近年來則反過來稱模板鏈為反意義鏈（因其堿基序列與mRNA互補(bǔ)）而非模板鏈為有意義鏈（因其堿基序列與mRNA相同，遺傳基因密碼和密碼子一般是指mRNA中的堿基序列，有時也指DNA中編碼鏈的堿基序列） 。第十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月4、基因的閱讀框架DNA蛋白質(zhì)（翻譯過程的需要讀碼）閱讀mRNA是以密碼子為單位，連續(xù)閱讀。即

6、每個核苷酸三聯(lián)體密碼子之間沒有空格。這樣任何核苷酸序列都可能以三種方式分成不同的密碼子，也就是說有三種讀框。對于DNA兩條鏈?zhǔn)橇N。第十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月開放閱讀框一個基因組由兩部分組成的：1、實驗證明確有蛋白質(zhì)產(chǎn)物的真實基因2、根據(jù)起始密碼和終止密碼序列所確定的潛在基因。生物學(xué)家們把這兩類基因都稱為“開放閱讀框”(open reading frame，ORF)讀通的基因組。第十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月ORF識別類似于波譜解析。ORF識別包括檢測這六個閱讀框架并決定哪一個包含以啟動子和終止子為界限的DNA序列而其內(nèi)部不包含啟動子或密碼子，符合這些條件的

7、序列有可能對應(yīng)一個真正的單一的基因產(chǎn)物。ORF的識別是證明一個新的DNA序列為特定的蛋白質(zhì)編碼基因的部分或全部的先決條件。 第十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月5、基因的其他重要發(fā)現(xiàn)1重疊基因 2斷裂基因 3移動基因 4多個基因編碼一條多肽鏈 5隱蔽基因 6不編碼蛋白質(zhì)的基因 第十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月1重疊基因重疊基因就是同一段DNA序列可以編碼兩個以上的蛋白序列。X174是一種單鏈DNA病毒，宿主為大腸桿菌，是噬菌體。重疊基因有以下幾種情況：（1）一個基因完全在另一個基因里。如：和，和。（2）部分重疊。和及。（3）兩個基因只有一個堿基重疊。的最后一個堿基是的第

8、一個堿基。第十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月2斷裂基因第十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月3移動基因玉米的染色體中發(fā)現(xiàn)了可以改變自身位置的基因，稱之為“解離因子”。當(dāng)它移動到新的位置以后，可以引起染色體斷裂，使玉米籽粒出現(xiàn)色斑。 細(xì)菌轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座子除了含有與改變自身位置有關(guān)的基因以外，還攜帶與插入功能無關(guān)的基因，如耐藥基因、毒素基因和代謝基因等。 第十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)座子第十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月4多個基因編碼一條多肽鏈有些病毒可以由一段DNA序列轉(zhuǎn)錄出一條mRNA分子，然后翻譯出一條多肽鏈，最后這條多肽鏈被切割成多個有生物

9、功能的肽鏈。這種多個基因編碼一條多肽鏈的現(xiàn)象，不符合“一個基因決定一條多肽鏈”的普遍原則，使基因的定義更加復(fù)雜化。 第二十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月5不編碼蛋白質(zhì)的基因一類是核糖體RNA簡稱rRNA，它是核糖體的組成部分。另一類是轉(zhuǎn)運(yùn)RNA簡稱tRNA其功能是把氨基酸搬運(yùn)到核糖體會成多肽鏈的位點(diǎn)上。 第二十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月二、基因組：生物體中，一套完整的遺傳物質(zhì)的總和稱為基因組（genome）。比如人類基因組包含22條常染色體和X、Y兩條性染色體上的全部遺傳物質(zhì)以及胞漿線粒體上的遺傳物質(zhì)。 第二十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月幾種生物基因組的

10、比較 第二十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 病毒、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 二、原核生物：細(xì)菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 第二十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1） 1.病毒的基因組很小 。2.可以由DNA組成，也可以由RNA組成 。3.多數(shù)RNA病毒的基因組是由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但也有些病毒的基因組RNA由幾條核酸鏈組成。4.噬菌體（細(xì)菌病毒）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 。第二十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月一、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（2）5.病毒基因組的大部分是用來編碼蛋

11、白質(zhì)的，只有非常小的一份不被翻譯（高效率） 。 6. 功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)的基因或rRNA的基因往往叢集在基因組的一個或幾個特定的部位,形成一個功能單位或轉(zhuǎn)錄單元。 7.除了反轉(zhuǎn)錄病毒以外，一切病毒基因組都是單倍體。8. 基因重疊 第二十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月SARS-CoV 單鏈（）RNA全長29,736bp第二十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月SARS-CoV基因組結(jié)構(gòu)有11個編碼序列（cds，codingsequence），而其中的一個cds（putative orf1ab polyprotein）與鼠類的肝炎病毒（murine hepatitis virus

12、）結(jié)構(gòu)類似。第二十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月二、原核生物：細(xì)菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn) （1）1.細(xì)菌的染色體基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成細(xì)菌的染色體相對聚集在一起，形成一個較為致密的區(qū)域，稱為類核（nucleoid）。2.具有操縱子結(jié)構(gòu)。3.單拷貝。4.和病毒的基因組相似，不編碼的DNA部份所占比例比真核細(xì)胞基因組少得多（高效）。 第二十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月二、原核生物：細(xì)菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn) （2）5.具有編碼同工酶的同基因（isogene）。6.不會出現(xiàn)基因重疊現(xiàn)象。7.在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，

13、復(fù)制終止區(qū)TerC,轉(zhuǎn)錄啟動區(qū)和終止區(qū)等。這些區(qū)域往往具有特殊的順序，并且含有反向重復(fù)順序。第三十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 真核生物基因特點(diǎn)和基因組結(jié)構(gòu) 人類基因組特點(diǎn)人類基因組結(jié)構(gòu)第三十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物基因組特點(diǎn)1.基因組是雙拷貝。2.真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子。一個結(jié)構(gòu)基因生成一個mRNA分子和一條多肽鏈。3.含有內(nèi)含子，基因是不連續(xù)的，基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域（低效）。4.存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)百萬次以上。5.基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組。第三十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月基因組分類的依據(jù)：DNA退火

14、實驗 把一種有機(jī)體的DNA打斷成平均長度約1000bp的片斷，并變性成單股DNA，再在適當(dāng)溫度和離子濃度條件下使單股DNA退火形成雙股DNA。 單股DNA退火合成雙股的速度卻相差很大。影響單股DNA退火程度的參數(shù)是它的初始濃度以及反應(yīng)時間。DNA的初始摩爾濃度（Co）與以秒計算的反應(yīng)時間（t）的乘積稱為Cot值。DNA組份復(fù)性一半時的Cot稱為Cot1/2。Cot1/2越低，說明其退火速度越高。 第三十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月基因組的分類1、高度重復(fù)序列的DNA：在哺乳動物基因組中，約10%-15%的DNA的Cot1/2小于等于0.01，短的寡聚核苷酸串聯(lián)重復(fù)而成的。2、中度

15、重復(fù)序列的DNA ：25-40%DNA以中等速率退火，Cot1/2在0.0110范圍。3、稱為單拷貝DNA （低度重復(fù)順序） ：5060%DNA在Cot1/210010000范圍,。絕大多數(shù)編碼mRNA的基因包含于此。 第三十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月人體基因組結(jié)構(gòu)高度重復(fù)序列：反向重復(fù)序列，衛(wèi)星DNA，較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序，高度重復(fù)序列的功能。中度重復(fù)順序：Alu家族，Kpn家族，Hinf家族，rRNA基因，多聚dd家族，組蛋白基因。單拷貝順序（低度重復(fù)順序）：多基因家族與假基因，自私DNA(selfish DNA)。第三十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月

16、一、高度重復(fù)序列（簡單重復(fù)序列）（1）反向（倒位）重復(fù)序列 ATATATATCGCGCGBBBBCGCGCGATATATATATATATCGCGCGBB TATATATAGCGCGCBB 第三十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月高度重復(fù)序列（2）（2）衛(wèi)星DNA 衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)是另一類高度重復(fù)序列，這類重復(fù)順序的重復(fù)單位一般由2-10堿基組成，成串排列。由于這類序列的堿基組成不同于其他部份，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或隨體DNA。（3）較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序 。第三十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月Mouse

17、DNA is separated into a main band and a satellite by centrifugation through a density gradient of CsCl.Satellite DNAs often lie in heterochromatin第三十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月Cytological hybridization shows that mouse satellite DNA is located at the centromeres. 第三十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月高度重復(fù)順序的功能（1）a.參與復(fù)制

18、水平的調(diào)節(jié)反向序列常存在于DNA復(fù)制起點(diǎn)區(qū)的附近。是一些蛋白質(zhì)（包括酶）和DNA的結(jié)合位點(diǎn)。b. 可以轉(zhuǎn)錄到核內(nèi)不均一RNA分子中，而有些反向重復(fù)順序可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，這對穩(wěn)定RNA分子，免遭分解有重要作用。c.參與轉(zhuǎn)位作用幾乎所有轉(zhuǎn)座子的末端都包括反向重復(fù)順序。由于這種順序可以形成回文結(jié)構(gòu)，因此在轉(zhuǎn)位作用中即能連接非同源的基因，又可以被參與轉(zhuǎn)位的特異酶所識別。第四十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月高度重復(fù)順序的功能（2）d.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（用于物種鑒別）。e.同一種屬中不同個體的高度重復(fù)順序的重復(fù)次數(shù)不一樣，這可以作為每一

19、個體的特征，即DNA指紋（ 分子標(biāo)記）。f. 可能與染色體減數(shù)分裂時染色體配對有關(guān)，即同源染色體之間的聯(lián)會可能依賴于具有染色體專一性的特定衛(wèi)星DNA順序。第四十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月二、中度重復(fù)順序中度重復(fù)序列大致指在真核基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬（105）次的重復(fù)順序。其復(fù)性速度快于單拷貝順序，但慢于高度重復(fù)順序。少數(shù)在基因組中成串排列在一個區(qū)域，大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列。第四十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月兩種類型中度重復(fù)順序依據(jù)重復(fù)順序的長度，可分為兩種類型：（1）短分散片段（short interspersed repeated segments, SIN

20、ES）:平均長度約為300bp（500bp），它們平均長度約為1000bp的單拷貝順序間隔排列。 （2）長分散片段（Long interspersed repeated segments, LINES）:平均長度為3500-5000bp，它們與平均長度為13000bp（個別長幾萬bp）的單拷貝順序間隔排列。 第四十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月Alu家族 Alu家族每個成員的長度約300bp，由于每個單位長度中有一個限制性內(nèi)切酶Alu的切點(diǎn)（AGCT）從而將其切成長130和170bp的兩段，因而定名為Alu序列（或Alu家族）。 Alu順序具有種的特異性，人的Alu順序制備的探針只

21、能用于檢測人的基因組中的Alu序列。 第四十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月Kpn家族： Hinf家族： 多聚dd家族： 第四十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月rRNA基因rRNA基因通常集中成簇存在，而不是分散于基因組中，這樣的區(qū)域稱為rDNA，如染色體的核仁組織區(qū)即為rDNA區(qū)。 第四十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 第四十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月三、低度重復(fù)順序（單拷貝順序） 單拷貝順序在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，因而復(fù)性速度很慢。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。 第四十八張，PPT

22、共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月多基因家族與假基因多基因家族是指由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)和變異所產(chǎn)生的一組基因。 兩類：一類是基因家族成簇地分布在某一條染色體上，它們可同時發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)；另一類是一個基因家族的不同成員成簇地分布不同染色體上，這些不同成員編碼一組功能上緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)，如珠蛋白基因家族。 在多基因家族中，某些成員并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這些基因稱為假基因（pseudo gene）或歧化基因。 第四十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月Each of the a-like and b-like globin gene families is organized in

23、to a single cluster that includes functional genes and pseudogenes.第五十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月自私DNA(selfish DNA) 在哺乳動物包括人體基因組中，存在著大量的非編碼順序，這些順序中，只有很小一部份具有重要的調(diào)節(jié)功能，絕大部部分都沒有什么特殊功用,對生物并沒有什么影響，它們的功能似乎只是自身復(fù)制，所以人們稱這類DNA為自私DNA或寄生DNA(parasite DNA)。自私DNA也許有重要的功能，但目前我們還不了解。 第五十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月四、人類基因組人類基因組結(jié)構(gòu)龐大

24、、復(fù)雜：基因組DNA總長度為3109bp，3-4萬個基因分布在24條染色體上，非編碼區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于編碼區(qū)，占90%以上，結(jié)構(gòu)基因占3%，以單拷貝形式存在。第五十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月人類基因組作圖2000/6/27 全世界各個國家同時宣布，人類基因組草圖已經(jīng)完成。意義：許多問題需要我們從整個基因組來做全面的剖析和定位探討；還可以去發(fā)現(xiàn)新的基因或某種基因的新功能；對確定各種遺傳疾病致病基因和定位分析是卓有成效的，對于遺傳疾病的診斷和基因治療是必不可少的依據(jù)。 第五十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月基因組圖譜 （1）種類：根據(jù)不同層次分：基因圖、細(xì)胞遺傳圖、染色體圖等；根據(jù)不同測量繪制技術(shù)分：連鎖圖、缺失圖、限制酶圖、STS（衛(wèi)星）圖等。 第五十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2）遺傳圖（genetic map）或稱為遺傳連鎖圖：是根據(jù)基因或者遺傳標(biāo)記之間的交換（重組）值來確定基因在染色體上的相對距離、位置的圖譜。其距離單