遺傳學經(jīng)典課件-第04章-基因精細結(jié)構的遺傳分析

第四章基因精細結(jié)構的遺傳分析本章學時：3學時本章重點：都很重要1/15/20231SchoolofLifeScience主要內(nèi)容：1、基因的概念、斷裂基因與重疊基因2、重組測驗3、互補測驗4、缺失作圖5、基因的功能1/15/20232SchoolofLifeScience基因概念的發(fā)展遺傳因子基因基因的本質(zhì)是核酸一基因一酶、一基因一多肽順反子操縱子隔裂基因（斷裂基因）重疊基因跳躍基因（可動基因）1/15/20233SchoolofLifeScience遺傳因子Mendel用A、B、C等符號代表某個性狀，表明生物的性狀是由顆粒性的遺傳因子負責傳遞的。遺傳因子在體細胞中成對存在，在生殖細胞中單個存在。?1/15/20234SchoolofLifeScience基因1909年，用“gene”表述Mendel的遺傳因子，但沒有提出概念。1910年Morgan等證明基因位于染色體上；1926年發(fā)表《基因論》，建立了遺傳的染色體學說。提出基因是個功能、突變和交換“三位一體”的概念。1/15/20235SchoolofLifeScience基因的本質(zhì)是核酸1928年Griffith1944年Avery等1952年Hershey和Chase1956年Conrat1/15/20236SchoolofLifeScience一基因一酶（多肽）1941年Beadle和Tatum1/15/20237SchoolofLifeScienceDNA雙螺旋模型1953年Watson和Crick提出DNA的雙螺旋模型假說1957年Crick提出中心法則1961年Crick又提出三聯(lián)體遺傳密碼1/15/20238SchoolofLifeScience順反子1957年Benzer分析了基因內(nèi)部的精細結(jié)構，提出順反子概念。打破了“三位一體”的基因概念，把基因具體化為DNA分子上特定的一段順序。1/15/20239SchoolofLifeScience順反子順反子cistron：指不同突變之間沒有互補的功能區(qū)域。一個順反子就是一個功能水平上的基因。1/15/202310SchoolofLifeScience操縱子operon1961，Jacob和Monod提出大腸桿菌乳糖操縱子模型。包括一個操縱基因operator，一個調(diào)節(jié)基因regulatorygene和三個結(jié)構基因structuregene。1/15/202311SchoolofLifeScience乳糖操縱子1/15/202312SchoolofLifeScience超基因（supergene）指作用于一種性狀或作用于一系列相關性狀的幾個緊密連鎖的基因?；蚣易澹╣enefamily）假基因（pseudogene）指具有與功能基因相似的序列，但由于有許多突變以致失去了原有的功能。1/15/202313SchoolofLifeScience隔裂基因（斷裂基因）

splitgene1977年Sharp和Roberts等報道基因內(nèi)部有間隔順序（spacersequence）1/15/202314SchoolofLifeScience隔裂基因（斷裂基因）splitgene1978年Gilbort創(chuàng)用了內(nèi)含子

(intron)和外顯子

(exon)兩個名詞，內(nèi)含子是指在成熟的mRNA中不出現(xiàn)的順序,Exon是指在成熟的mRNA中出現(xiàn)的編碼順序。

內(nèi)含子片段可以轉(zhuǎn)錄，但在RNA加工時被剪切掉。內(nèi)含子是相對的，一個基因的內(nèi)含子可能是另一個基因的外顯子。

1/15/202315SchoolofLifeScience1/15/202316SchoolofLifeScience1/15/202317SchoolofLifeScience1/15/202318SchoolofLifeScience斷裂基因的意義有利于儲存更多信息有利于變異和進化增加重組幾率可能的基因調(diào)控作用RichardJ.RobertsPhillipA.Sharp1993年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎1/15/202319SchoolofLifeScience重疊基因overlappinggene傳統(tǒng)的基因概念是互不沾染、單個分離的。1973，Weiner等研究噬菌體時發(fā)現(xiàn)，有兩個基因在編碼生成蛋白質(zhì)時是從同一個起點開始的。即兩個基因序列可能部分重疊。1978年，Sanger分析了phagex174的序列，發(fā)現(xiàn)有些密碼是重讀的，即存在重疊基因。1/15/202320SchoolofLifeScience噬菌體X174的重疊基因?1/15/202321SchoolofLifeScience重疊基因overlappinggene增加編碼效率，貯存更多的遺傳信息；調(diào)控作用1/15/202322SchoolofLifeScience跳躍基因jumpinggeneMcClintock在玉米中發(fā)現(xiàn)可轉(zhuǎn)移位置的遺傳因子,1951年在冷泉港的學術研討會上，以《染色體結(jié)構與基因表達》為題，公開了她六年辛勤努力的研究成果——跳躍基因?qū)W說。1983年，麥克林托克獲得了諾貝爾生理學及醫(yī)學獎1/15/202323SchoolofLifeScience跳躍基因jumpinggene1960’在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)可移動位置的插入序列（InsertSequence）可動基因（mobilegene）轉(zhuǎn)座因子Transposableelement,指細胞中可以改變自身位置的一段DNA順序。1/15/202324SchoolofLifeScience

Thefundamentalphysicalandfunctionalunitofhereditywhichcarriesinformationfromonegenerationtothenext;

asegmentofDNA,composedofatranscribedregionandaregulatorysequencethatmakespossibletranscription.基因（Gene）

一個基本的遺傳結(jié)構和功能單位，可以從親代傳給子代；它是一段包含了使轉(zhuǎn)錄進行必需的調(diào)控順序和可轉(zhuǎn)錄區(qū)域的DNA。？1/15/202325SchoolofLifeScience基因的類別結(jié)構基因和調(diào)節(jié)基因核糖體RNA基因和轉(zhuǎn)移RNA基因啟動子和操縱子1/15/202326SchoolofLifeScience結(jié)構基因和調(diào)節(jié)基因結(jié)構基因structuralgene調(diào)節(jié)基因regulatorygenes可以轉(zhuǎn)錄并且能翻譯成多肽鏈，分別構成結(jié)構蛋白、酶和阻遏蛋白或激活蛋白1/15/202327SchoolofLifeScience核糖體RNA基因和轉(zhuǎn)移RNA基因rDNA和tDNA只轉(zhuǎn)錄成相應的RNA不翻譯成多肽鏈。rRNA構成核糖體；tRNA激活氨基酸這類基因都是多拷貝基因1/15/202328SchoolofLifeScience啟動子和操縱子啟動子promotor和操縱子operator都是不轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)段。嚴格地說不是基因。？Promotor是轉(zhuǎn)錄時RNA聚合酶與DNA的結(jié)合位點

operator是調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物與DNA的結(jié)合位點1/15/202329SchoolofLifeScience重組測驗果蠅眼色：杏色眼wa白色w

wa/wa與wY雜交，F(xiàn)2代應有2種表型。？？擬等位基因pseudoallele緊密連鎖的功能性等位基因wa+/+w和++/waw基因型相同都為+wa+w，但兩個突變基因在染色體上的位置不同。wa+/+w為反式排列表現(xiàn)為杏色眼；++/waw為順式排列表現(xiàn)為紅色眼。1/15/202330SchoolofLifeScience順反位置效應順反位置效應cis-transpositioneffects由于排列方式不同而表型不同的現(xiàn)象順式排列：2個突變位點在同一染色體上反式排列：2個突變位點在不同染色體上1/15/202331SchoolofLifeScience噬菌體突變型噬菌體突變類型★噬菌斑大小★清晰度★寄主范圍★條件致死突變1/15/202332SchoolofLifeScienceE.coli的T4phagerII突變型類型不同大腸桿菌菌斑平板上表型BK（）S野生型小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rI大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑rII大噬菌斑無（致死）小噬菌斑rIII大噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑1/15/202333SchoolofLifeScienceBenzer

重組實驗示意圖……E.coliBr47+和+r104同時感染E.coliB感染E.coliB感染E.coliK(λ)全部子代r47+,+r104,++,r47r104只有++E.coliBE.coliK(λ)雙重感染1/15/202334SchoolofLifeScience在E.coliK(λ)中只有++重組子才能生長,而同樣的交互重組子r47r104不能生長,無法檢出,但其重組率和++相同,估算重組頻率時需將++數(shù)乘以2。重組頻率=2*rII+噬菌斑數(shù)噬菌斑總數(shù)X100

=2*E.coliK(λ)菌株的噬菌斑數(shù)E.coliB菌株上噬菌斑數(shù)X100這種方法稱為重組測驗,可確定突變子間的空間關系.根據(jù)這種方法可證明基因鄰近核苷酸位置上的突變也可能發(fā)生重組.重組測驗1/15/202335SchoolofLifeSciencephage重組測驗以遺傳圖的方式確定突變子之間的位置關系?？梢杂嬎愕淖钚≈亟M率為0.02%，即0.02個圖距單位，大約相當于2個核苷酸對。1/15/202336SchoolofLifeScience互補試驗rII區(qū)有3000多個突變型，有相同的表型，是否屬于一個基因還是幾個基因？重組測驗是以遺傳圖距的方式確定突變的空間關系；互補測驗則是確定突變的功能關系。

Benzer斑點測試法（spottest）1/15/202337SchoolofLifeScience互補試驗Benzer，T4噬菌體的不同突變型。

KB1/15/202338SchoolofLifeScience互補試驗互補complementation：反式排列時，兩個隱性突變能表現(xiàn)為野生型的能力稱為互補。1/15/202339SchoolofLifeScience順反子cistron不同突變之間沒有互補的功能區(qū)，一個順反子就是一個功能水平上的基因。1/15/202340SchoolofLifeScience互補實驗示意圖1/15/202341SchoolofLifeScience基因內(nèi)互補Intrageniccomplementation兩條不同位點發(fā)生突變的多肽鏈，構成雙重雜合子，有可能表現(xiàn)出恢復不同程度的酶活性部位?？梢耘c互補作用區(qū)分開基因間互補普遍存在，基因內(nèi)互補少見基因內(nèi)互補屬于錯義突變基因內(nèi)互補的酶活明顯低于正常水平1/15/202342SchoolofLifeScience缺失作圖—原理點突變和缺失突變點突變是單個位點突變，缺失突變是多個位點突變點突變可以回復，缺失突變不能點突變可以與其他點突變發(fā)生重組，缺失突變不能與缺失區(qū)的其他點突變互補可以建立一組重疊缺失突變型，用欲測定的突變與其分別進行重組測驗1/15/202343SchoolofLifeScience缺失作圖—原理1.將缺失型和待測突變混合與E.coli

B菌株培養(yǎng)2.取1滴加在E.coliK(λ)

菌株平板上3.有噬菌斑表明發(fā)生重組1/15/202344