遺傳學(xué)經(jīng)典課件-第04章-基因精細(xì)結(jié)構(gòu)的遺傳分析

第四章基因精細(xì)結(jié)構(gòu)的遺傳分析本章學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)本章重點(diǎn)：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(cè)驗(yàn)3、互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)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?lè)醋硬倏v子隔裂基因（斷裂基因）重疊基因跳躍基因（可動(dòng)基因）1/15/20233SchoolofLifeScience遺傳因子Mendel用A、B、C等符號(hào)代表某個(gè)性狀，表明生物的性狀是由顆粒性的遺傳因子負(fù)責(zé)傳遞的。遺傳因子在體細(xì)胞中成對(duì)存在，在生殖細(xì)胞中單個(gè)存在。?1/15/20234SchoolofLifeScience基因1909年，用“gene”表述Mendel的遺傳因子，但沒(méi)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(xué)說(shuō)。提出基因是個(gè)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(shuō)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?lè)醋?957年Benzer分析了基因內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，提出順?lè)醋痈拍?。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?lè)醋禹樂(lè)醋觕istron：指不同突變之間沒(méi)有互補(bǔ)的功能區(qū)域。一個(gè)順?lè)醋泳褪且粋€(gè)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(gè)操縱基因operator，一個(gè)調(diào)節(jié)基因regulatorygene和三個(gè)結(jié)構(gòu)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(guān)性狀的幾個(gè)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(bào)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(gè)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(shí)被剪切掉。內(nèi)含子是相對(duì)的，一個(gè)基因的內(nèi)含子可能是另一個(gè)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(chǔ)存更多信息有利于變異和進(jìn)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(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1/15/202319SchoolofLifeScience重疊基因overlappinggene傳統(tǒng)的基因概念是互不沾染、單個(gè)分離的。1973，Weiner等研究噬菌體時(shí)發(fā)現(xiàn)，有兩個(gè)基因在編碼生成蛋白質(zhì)時(shí)是從同一個(gè)起點(diǎn)開(kāi)始的。即兩個(gè)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(xué)術(shù)研討會(huì)上，以《染色體結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)》為題，公開(kāi)了她六年辛勤努力的研究成果——跳躍基因?qū)W說(shuō)。1983年，麥克林托克獲得了諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)1/15/202323SchoolofLifeScience跳躍基因jumpinggene1960’在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)可移動(dòng)位置的插入序列（InsertSequence）可動(dòng)基因（mobilegene）轉(zhuǎn)座因子Transposableelement,指細(xì)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(gè)基本的遺傳結(jié)構(gòu)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(jìn)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(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因核糖體RNA基因和轉(zhuǎn)移RNA基因啟動(dòng)子和操縱子1/15/202326SchoolofLifeScience結(jié)構(gòu)基因和調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)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(gòu)成結(jié)構(gòu)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(yīng)的RNA不翻譯成多肽鏈。rRNA構(gòu)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(dòng)子和操縱子啟動(dòng)子promotor和操縱子operator都是不轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)段。嚴(yán)格地說(shuō)不是基因。？Promotor是轉(zhuǎn)錄時(shí)RNA聚合酶與DNA的結(jié)合位點(diǎn)

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

wa/wa與wY雜交，F(xiàn)2代應(yīng)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(gè)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?lè)次恢眯?yīng)順?lè)次恢眯?yīng)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(gè)突變位點(diǎn)在同一染色體上反式排列：2個(gè)突變位點(diǎn)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(wú)（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(shí)驗(yàn)示意圖……E.coliBr47+和+r104同時(shí)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(zhǎng),而同樣的交互重組子r47r104不能生長(zhǎng),無(wú)法檢出,但其重組率和++相同,估算重組頻率時(shí)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(cè)驗(yàn),可確定突變子間的空間關(guān)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(cè)驗(yàn)1/15/202335SchoolofLifeSciencephage重組測(cè)驗(yàn)以遺傳圖的方式確定突變子之間的位置關(guān)系?？梢杂?jì)算的最小重組率為0.02%，即0.02個(gè)圖距單位，大約相當(dāng)于2個(gè)核苷酸對(duì)。1/15/202336SchoolofLifeScience互補(bǔ)試驗(yàn)rII區(qū)有3000多個(gè)突變型，有相同的表型，是否屬于一個(gè)基因還是幾個(gè)基因？重組測(cè)驗(yàn)是以遺傳圖距的方式確定突變的空間關(guān)系；互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)則是確定突變的功能關(guān)系。

Benzer斑點(diǎn)測(cè)試法（spottest）1/15/202337SchoolofLifeScience互補(bǔ)試驗(yàn)Benzer，T4噬菌體的不同突變型。

KB1/15/202338SchoolofLifeScience互補(bǔ)試驗(yàn)互補(bǔ)complementation：反式排列時(shí)，兩個(gè)隱性突變能表現(xiàn)為野生型的能力稱為互補(bǔ)。1/15/202339SchoolofLifeScience順?lè)醋觕istron不同突變之間沒(méi)有互補(bǔ)的功能區(qū)，一個(gè)順?lè)醋泳褪且粋€(gè)功能水平上的基因。1/15/202340SchoolofLifeScience互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)示意圖1/15/202341SchoolofLifeScience基因內(nèi)互補(bǔ)Intrageniccomplementation兩條不同位點(diǎn)發(fā)生突變的多肽鏈，構(gòu)成雙重雜合子，有可能表現(xiàn)出恢復(fù)不同程度的酶活性部位?？梢耘c互補(bǔ)作用區(qū)分開(kāi)基因間互補(bǔ)普遍存在，基因內(nèi)互補(bǔ)少見(jiàn)基因內(nèi)互補(bǔ)屬于錯(cuò)義突變基因內(nèi)互補(bǔ)的酶活明顯低于正常水平1/15/202342SchoolofLifeScience缺失作圖—原理點(diǎn)突變和缺失突變點(diǎn)突變是單個(gè)位點(diǎn)突變，缺失突變是多個(gè)位點(diǎn)突變點(diǎn)突變可以回復(fù)，缺失突變不能點(diǎn)突變可以與其他點(diǎn)突變發(fā)生重組，缺失突變不能與缺失區(qū)的其他點(diǎn)突變互補(bǔ)可以建立一組重疊缺失突變型，用欲測(cè)定的突變與其分別進(jìn)行重組測(cè)驗(yàn)1/15/202343SchoolofLifeScience缺失作圖—原理1.將缺失型和待測(cè)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