基因的概念和結(jié)構(gòu)移動(dòng)基因與核外基因

基因的概念和結(jié)構(gòu)移動(dòng)基因與核外基因1第1頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第七章基因的概念和結(jié)構(gòu)

第2頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)基因的概念及其發(fā)展一、經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念

１９０９年:丹麥學(xué)者約翰遜提出基因的概念來的，用于取代孟德爾的遺傳因子，但在這一階段基因仍是一個(gè)形象的概念，并不知道它的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么，而只能通過基因的遺傳學(xué)效應(yīng)來感知它。

19３０年:摩爾根等人首次將基因與染色體聯(lián)系起來，認(rèn)為基因在染色體上呈直線排列。按照經(jīng)典遺傳學(xué)對(duì)基因的概念，基因具有下列共性：第3頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四１．基因可自我復(fù)制并具有相對(duì)穩(wěn)定性，在減數(shù)分裂和有絲分裂中有規(guī)律地進(jìn)行分配——這是染色體的主要特征之一。２．基因在染色體上占有一定的位置（位點(diǎn)），并且是交換的最小單位，即在重組時(shí)不能再分割的單位（即基因是一個(gè)重組單位）。３．基因是一突變單位，以整體進(jìn)行突變的。４．基因是一個(gè)功能單位，控制著有機(jī)體生長(zhǎng)和發(fā)育中的一個(gè)或某些性狀。三位一體

第4頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

二、基因的概念發(fā)展上個(gè)世紀(jì)５０年代Benzer在Ｔ４噬菌體ｒⅡ基因的研究中發(fā)現(xiàn)基因并不是最小的不可分割的單位，基因內(nèi)部還有精細(xì)的結(jié)構(gòu)。

互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)：T4噬菌體迅速裂解大腸桿菌，所需的酶是在T4DNA的r區(qū)控制下合成的。兩個(gè)突變型同時(shí)感染大腸桿菌，可以彌補(bǔ)對(duì)方的缺陷，引起溶菌的現(xiàn)象。用于測(cè)定不同突變之間的功能關(guān)系。方法是使兩個(gè)突變處于反式結(jié)構(gòu)，觀察兩個(gè)突變之間是否可以互補(bǔ)，可以互補(bǔ)說明兩個(gè)突變處于不同的功能單位，反之，生命處于相同的功能單位。第5頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第6頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四Benzer將順式結(jié)構(gòu)與反式結(jié)構(gòu)的遺傳學(xué)效益不同的現(xiàn)象稱為順反位置效應(yīng)。并將具有順反位置效應(yīng)的功能單位稱為順反子（cistron)。按照現(xiàn)代遺傳學(xué)的概念，基因的突變重組，功能這三個(gè)單位應(yīng)分別是：突變子（muton）：是性狀突變時(shí)，產(chǎn)生突變的最小單位。一個(gè)突變子可以小到只有一對(duì)核苷酸。重組子（recon）：在發(fā)生性狀重組時(shí)，可交換的最小單位，一個(gè)交換子只包含一對(duì)核苷酸。順反子（作用子）（cistron）：是基因的功能單位，即起作用的單位。基本符合通常所指的基因第7頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四三、分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念

基因是DNA（RNA）分子上一段特定的核苷酸順序，它具有突變、重組、轉(zhuǎn)錄并產(chǎn)生基因產(chǎn)物（RNA或蛋白質(zhì)）的遺傳學(xué)功能單位。第8頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)基因結(jié)構(gòu)一、操縱子（Ｏｐｅｒｏｎ）

1961年由Jacob&Monod提出，指由操縱基因和啟動(dòng)基因以及緊密連鎖著的若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因所組成的功能單位，其中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄為操縱基因所控制。Ｉ：調(diào)節(jié)基因；Ｐ：?jiǎn)?dòng)基因；Ｏ：操縱基因；Ｚ：半乳糖苷酶基因；Ｙ：半乳糖苷透性酶基因；Ａ：轉(zhuǎn)乙酰基酶基因。

現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)有多種類型的操縱子，它們的調(diào)節(jié)控制機(jī)制，將在以后介紹。第9頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四1大腸桿菌的乳糖操縱子

無乳糖加乳糖第10頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四2.色氨酸操縱子和乳糖操縱子正好相反，因?yàn)樗钦{(diào)控色氨酸合成有關(guān)酶的合成。在色氨酸存在時(shí)候關(guān)閉，沒有色氨酸時(shí)打開。為色氨酸負(fù)控機(jī)制。

第11頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四二、多基因家族（multigenefamily）也稱基因家族（genefamily）：指來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的一組基因。家族成員可以排列在一起構(gòu)成所謂的基因簇（genecluster)，也可以分散排列。基因家族可分為四種類型：簡(jiǎn)單的多基因家族、復(fù)雜的多基因家族、不同場(chǎng)合表達(dá)的復(fù)雜的多基因家族、散在分布的多基因家族，如癌基因。

三、基因復(fù)合體（genecomplex），也稱超基因（supergene）：是指緊密連鎖在一起的共同決定某一性狀的一組基因。亦有人認(rèn)為超基因就是一個(gè)大的基因簇，其成員可達(dá)幾百個(gè)。人類的主要基因復(fù)合體有：免疫球蛋白基因復(fù)合體主要組織相容性復(fù)合體（majorhistocompatibilitycomplex,MHC）次要組織相容性復(fù)合體（minorhistocompatibilitycomplex）第12頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四人類白細(xì)胞抗原（hunmanleuKocyteantigen，HLA）是主要組織相容性抗原，有一組連鎖基因編碼，這組基因稱為主要組織相容性復(fù)合體基因（majorhistocompatibilitycomplexgene,MHC）。異體移植的免疫作用：抗宿主反應(yīng)：受體抗原－供體抗體；排斥反應(yīng)：受體抗體－供體抗原

HLA的遺傳機(jī)制：1、主要組織相容性抗原按免疫性分為三類：第一類：移植抗原（transplantationantigen）,

位于T淋巴細(xì)胞上，編碼基因?yàn)椋篐LA——A，B，Ｃ第二類：免疫反應(yīng)的信息傳遞抗原。編碼基因?yàn)椋篐LA——DR，DQ，DP第三類：補(bǔ)體蛋白，與抗原－抗體復(fù)合物作用。編碼基因?yàn)椋篐LA——C2，C4，Bf同一條染色體上的基因組成被稱為單倍型（haplotype）第13頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四HLA-A\B\C\DP\DQ\DR…..DPDQDRC4C2BCA

70411232125155第II類第三類第一類一組功能相近，緊密連鎖的基因，稱為超基因（Supergene）

同一條染色體上的基因組成被稱為單倍型(haplotype）2白細(xì)胞抗原基因連鎖圖與基因

HLA-AHLA-BHLA-CHLA-DRHLA-DQHLA-DPA1B5Cw1DR1DQ1DPw1A2B7Cw2DR2DQ2DPw2A3B8Cw3DR3DQ3DPw3A9B12Cw4DR4…..DPw4A11B13Cw5DR5…..Aw19B14Cw6DRw6Aw33Bw22Cw7DR7Aw36Bw59Cw8DRw8…..…..…..…...第14頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四3白細(xì)胞抗原的基因分布HLA-A白人黑人黃種人

A10.150.03/A20.260.150.30A30.120.070.01A110.060.010.25A250.02//Aw43/0.01/Aw36/0.02/

HLA-B白人黑人黃種人

Bw40.410.410.35B70.090.090.02B130.030.010.03B380.03/0.02Bw450.040.04/Bw46//0.05

A26B38A2Bw46猶太人單倍型黃種人單倍型Bw45在黃種人中極少，在美洲的印第安人，愛斯基摩人等人群中，該抗原也極少，推測(cè)與種族的起源有關(guān)。HLA基因座頻率可作為一種特定的標(biāo)記來研究人的婚配和遷徙及各民族間的遺傳上的關(guān)系。

第15頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

同一種族中，不同地區(qū)的白細(xì)胞抗原基因分布也有不同。

廣西四川武漢上海北京愛斯基摩人

A252427235758

HLA-B27抗原與強(qiáng)直性脊椎炎強(qiáng)關(guān)聯(lián)?；颊咧?0％以上都是B27抗原。如果一個(gè)人有50％的可能是強(qiáng)直性脊椎炎，檢查他的白細(xì)胞抗原，有B27抗原，他的患病的機(jī)會(huì)就大大增高。反之，則減少有病的可能性。

HLA-DR3抗原在皰疹樣皮炎患者中占85%。4白細(xì)胞抗原與人類疾病第16頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四四、假基因（pseudogene）在多基因家族中某些成員和編碼某一蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因在結(jié)構(gòu)上相似，但并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這些基因稱為假基因。兩類型的假基因：由正?；虻耐蛔?、缺失、重復(fù)等原因?qū)е禄虿荒苷１磉_(dá)。缺少正常基因的部分元件、內(nèi)含子等，更象正?；蚪?jīng)反轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生的，有人稱其為加工基因（processedgene）、反轉(zhuǎn)錄基因（retrogene）及反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotrsansposon）。第17頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四五、斷裂基因（splitgene)—intron&extron)

(一）、斷裂基因的發(fā)現(xiàn)：

1977年法國科學(xué)家Chambon在研究雌激素與蛋白質(zhì)合成的關(guān)系時(shí)以外發(fā)現(xiàn)，并獲1993年諾貝爾獎(jiǎng)。他從雞的輸卵管和血球中分離核DNA，分別用EcoRI和HindIII酶解、電泳，然后與卵清蛋白cDNA探針進(jìn)行Southernbolt分子雜交，發(fā)現(xiàn)卵清蛋白基因在cDNA和核DNA的結(jié)構(gòu)有些不同。EcoRIHindIII

血球輸卵管血球輸卵管第18頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

（二）、與斷裂基因有關(guān)的幾個(gè)基本概念

1.外顯子(exon):是存在于成熟RNA中的序列。（根據(jù)這個(gè)定義，一個(gè)基因起始于5’端的外顯子，終止于3’端的外顯子）。

2.內(nèi)含子(intron)：是指存在于初始轉(zhuǎn)錄物中，而在RNA加工過程中被剪接除去的那些間隔序列。內(nèi)含子和外顯子是相互依賴而存在的,有N個(gè)外顯子,就有N-1個(gè)內(nèi)含子。不同基因的內(nèi)含子數(shù)目多少，鏈長(zhǎng)大小并不相同。人dystrophin基因(與營養(yǎng)障礙有關(guān))有64個(gè)內(nèi)含子；人c-abl基因的第一個(gè)內(nèi)含子有20多萬bp；煙草葉綠體Lys-tRNA基因的內(nèi)含子長(zhǎng)達(dá)2526bp,比tRNA本身(70bp)長(zhǎng)35倍。

內(nèi)含子起源于約35億年前,直到1977年才首次被發(fā)現(xiàn)。

內(nèi)含子存在于

真核細(xì)胞大部分

核編碼的蛋白基因

細(xì)胞器編碼的蛋白基因

一些細(xì)菌和噬菌體中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子。至今為止，尚無例外，內(nèi)含子和外顯子是同時(shí)被轉(zhuǎn)錄的。第20頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

（三）、剪接(splicing)

剪接是RNA加工的一種機(jī)制，其作用是從前體RNA上除去內(nèi)含子并拼接外顯子。剪接可有多種方式A.根據(jù)剪接反應(yīng)是發(fā)生在同一個(gè)前體RNA分子內(nèi)，還是發(fā)生在兩個(gè)或多個(gè)不同的前體RNA分子之間，可分為:

(1)順式剪接:剪接反應(yīng)發(fā)生在同一個(gè)前體RNA分子內(nèi)。(分子內(nèi)剪接)

(2)反式剪接:剪接反應(yīng)發(fā)生在兩個(gè)或多個(gè)不同的前體RNA分子之間。(分子間剪接)B.根據(jù)剪接反應(yīng)是否需要蛋白酶的參與，可分為:(3）自我剪接:不需要蛋白酶的參與。

(4）酶促剪接:需要有一系列酶催化剪接反應(yīng)。C.根據(jù)剪接反應(yīng)的產(chǎn)物是固定的,還是可變的，可分為:(5)固定剪接:只產(chǎn)生固定的一種剪接產(chǎn)物。

(6)可變剪接:可產(chǎn)生多種不同的剪接產(chǎn)物。第21頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四D.剪切識(shí)別順序：為了使剪接能夠正確無誤地進(jìn)行，必然要求在內(nèi)含子與外顯子之間的交界處有某種特異的識(shí)別信號(hào)。從許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)含子與外顯子的交界序列和內(nèi)含子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)剪接的識(shí)別有重要作用。(1)Chambon規(guī)則(Chambon'srule)Chambon在分析總結(jié)了多種真核生物基因的90個(gè)內(nèi)含子順序后，發(fā)現(xiàn)在前體mRNA中，內(nèi)含子的5'和3'端的堿基組成有很強(qiáng)的規(guī)律性:EX15'GU-------------------AG

3'EX2

供位受位

DonorAcceptor(2)剪接點(diǎn)的靈活性

在許多基因的外顯子和內(nèi)含子兩端交界處的序列上發(fā)現(xiàn)有一致序列（consensussequence）,具推測(cè)，它們的作用除了與剪接識(shí)別有關(guān)外，還可使剪接點(diǎn)有一定的靈活性。(3)A區(qū)前體mRNA剪接時(shí)，除了需要符合Chambon規(guī)則外，還與內(nèi)含子3'端剪接點(diǎn)上游的一段幾十個(gè)核苷酸的序列有關(guān)。(A區(qū))EXON1agGUaugu-------uacuaAc-(Y)n--YAGgEXON25'3'EXON1ag∣gEXON2

第22頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（四）、斷裂基因的普遍性及其生物學(xué)意義

1.斷裂基因的普遍性現(xiàn)已證明,斷裂的基因結(jié)構(gòu)是真核生物體中最常見的結(jié)構(gòu)。從:酵母→植物→人類從核基因→線粒體基因→葉綠體基因都發(fā)現(xiàn)有斷裂基因。

斷裂基因不僅存在于編碼蛋白質(zhì)的基因,而且也存在于編碼以RNA為終產(chǎn)物的基因(rRNA,tRNA,SnRNA)。在比細(xì)菌高級(jí)的生物體中,99%以上的基因是斷裂基因。平均每個(gè)基因只有大約20%的長(zhǎng)度是可以表達(dá)的，每個(gè)基因通常有8-10個(gè)插入序列，而且插入序列的長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于可表達(dá)序列。2.斷裂基因的生物學(xué)意義

(1).有利于變異和進(jìn)化

A.內(nèi)含子序列的變化要比外顯子序列快得多，其中尤以內(nèi)含子序列長(zhǎng)度的變化最為顯著,某些內(nèi)含子在進(jìn)化過程種會(huì)被丟失。這些現(xiàn)象表明，內(nèi)含子序列通常是沒有功能的，所以它的變化很少受約束。

B.在進(jìn)化過程中，單一點(diǎn)突變通常很難產(chǎn)生經(jīng)過改變很大的蛋白質(zhì)。尤其當(dāng)它發(fā)生在編碼序列中某個(gè)密碼子的第三位核苷酸時(shí)該突變往往是沉默的，即沒有明顯的異常表型。但當(dāng)它發(fā)生在影響正常剪接的部位時(shí)，就會(huì)使蛋白發(fā)生較大的結(jié)構(gòu)改變，表現(xiàn)出明顯的突變效應(yīng)。

C.內(nèi)含子序列大大長(zhǎng)于外顯子序列，這就增加了基因間重組的機(jī)會(huì)，有利于產(chǎn)生新的基因。第23頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四(2).有利于儲(chǔ)存較多的遺傳信息在斷裂基因中,同一段DNA可以通過轉(zhuǎn)錄后的不同加工方式，表達(dá)出不同結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。猴病毒SV40中同一段DNA可以轉(zhuǎn)錄出編碼兩種蛋白質(zhì)的兩種mRNA(大T和小t)。多瘤病毒中同一段DNA可以轉(zhuǎn)錄出編碼大、中、小三種不同的mRNA。人的一個(gè)纖維粘連蛋白基因(Fibronectingene)在不同的組織中或條件下，通過可變剪接方式可以表達(dá)出至少20種不同的蛋白質(zhì)。第24頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四六、重疊基因(Overlappinggene)

ΦX174：１９７７年Ｓａｎｇｅｒ等人對(duì)Φ×１７４噬菌體的核苷酸順序進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)了基因的重疊現(xiàn)象，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)遺傳密碼也有重疊現(xiàn)象。所謂重疊基因，是指相鄰的兩個(gè)基因共用一段核苷酸順序的現(xiàn)象。第25頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四有三種重疊方式：

完全重疊：如B基因落在A基因內(nèi)，

E基因落在D基因內(nèi)。部分重疊：如K基因與A及C基因。少數(shù)核苷酸重疊：A基因與C基因基因重疊的意義：用有限的核苷酸儲(chǔ)存最大的信息量與基因的表達(dá)調(diào)控有關(guān)在進(jìn)化上有一定的意義第26頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

六可動(dòng)基因(mobilegene)這些基因或轉(zhuǎn)座因子既可以沿染色體移動(dòng)，也可以在不同染色體之間跳躍。轉(zhuǎn)座因子又稱為跳躍基因（jumpinggene）。6.1轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)1914年Emerson研究玉米果皮色素遺傳,發(fā)現(xiàn)一種花斑果皮的突變類型可發(fā)生多次回復(fù)突變，從而產(chǎn)生寬窄不同、紅白相間的花斑。這種花斑的產(chǎn)生在于突變基因的不穩(wěn)定性，但如何不穩(wěn)定他不得其解。1938年Rhoades研究玉米籽粒糊粉層色素遺傳，發(fā)現(xiàn)修飾的孟德爾分離比：有色：斑點(diǎn):白色＝12:3:1，而這兩個(gè)基因是不連鎖的。他認(rèn)為

基因A1（控制色素）a1表現(xiàn)為無色；另一基因Dt（斑點(diǎn)）表型為有色斑點(diǎn)。這樣原品系的基因型為A1A1dtdt，突變后產(chǎn)生了A1a1Dtdt的植株，這種雙突變植株自交就產(chǎn)生了上述比例第27頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（a）由于轉(zhuǎn)座因子而引起的玉米籽粒花斑的表型（b）最初認(rèn)為玉米籽?；ò咝纬墒请p突變的結(jié)果第28頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四但是什么因素導(dǎo)致或產(chǎn)生花斑呢？一種可能是在體細(xì)胞中產(chǎn)生了回復(fù)突變a1→A1，但大量的斑點(diǎn)需要很高頻率的回復(fù)突變。Rhoades用a1a1Dt_（花斑）特殊無性生殖植物與a1a1的植株測(cè)交,結(jié)果有的后代完全是有顏色的,表明在親本中每個(gè)斑點(diǎn)實(shí)際上是回復(fù)突變的表型效應(yīng)。a1成為首次發(fā)現(xiàn)的不穩(wěn)定突變等位基因的例子,而這種等位基因的不穩(wěn)定性取決于不連鎖Dt基因的存在。一旦回復(fù)突變發(fā)生，它們就變得穩(wěn)定了；即Dt基因能離開A1基因，這時(shí)A1的表型不再改變。因而Dt的缺乏使得表型保持穩(wěn)定。Rhoades發(fā)現(xiàn)了某些基因的不穩(wěn)定性，而且這種不穩(wěn)定性是由另一個(gè)獨(dú)立的因子所控制。但仍未揭示這種不穩(wěn)定性的遺傳學(xué)機(jī)制，也缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)第29頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四1940年至1950年McClintock在美國康奈爾大學(xué)和冷泉港實(shí)驗(yàn)室工作期間，研究了玉米胚乳的紫色、白色以及白色背景上帶有紫色斑點(diǎn)這些表型之間的相互關(guān)系。她發(fā)現(xiàn)花斑表型是不穩(wěn)定的，并根據(jù)自己的遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)研究結(jié)果推斷“花斑”這種表型并不是一般的基因突變產(chǎn)生的，而是由于一種控制因子的存在所導(dǎo)致的。第30頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四McClintock認(rèn)為原來的C突變（無色素）是由一個(gè)“可移動(dòng)的遺傳因子”，即解離因子（dissociator）Ds的插入所引起，它插入到C基因中。另一個(gè)可移動(dòng)的因子是激活因子Ac（activator），它的存在激活Ds轉(zhuǎn)座進(jìn)入C基因或其他基因中，也能使Ds從基因中轉(zhuǎn)出，使突變基因回復(fù)，這就是著名的Ac－Ds系統(tǒng)。

McClintock還發(fā)現(xiàn)Ds可導(dǎo)致所在位置的染色體斷裂，這種斷裂可以通過細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)的方法加以檢測(cè)。Ds存在的玉米的9號(hào)染色體的一條臂上，該染色體一端帶有結(jié)節(jié)（knob），這一特征性結(jié)構(gòu)極易辨認(rèn)，在Ds處易發(fā)生斷裂。當(dāng)Ds插入C基因后籽粒為無色，當(dāng)Ac激活Ds從C基因切離后，則籽粒出現(xiàn)有色斑點(diǎn)，而且斑點(diǎn)大小取決于產(chǎn)生它的細(xì)胞分裂次數(shù)。第31頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四Ds轉(zhuǎn)座導(dǎo)致籽粒斑點(diǎn)表型染色體的斷裂結(jié)果還會(huì)形成斷裂融合橋（breakage－fusion－bridge）

玉米色粒調(diào)控元件:玉米轉(zhuǎn)座子Ac-Ds系統(tǒng)第9染色體

C基因:色素合成基因。

Ac基因:自主移動(dòng)的調(diào)節(jié)因子。4.5kb,5個(gè)exon,編碼轉(zhuǎn)座酶。

Ds基因:非自主移動(dòng)的受體因子。

0.5---4.0kb,與Ac有同源序列。

插入引起色素不能合成。

第32頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

McClintock根據(jù)大量遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)研究結(jié)果，于1951年提出了生物的基因組中存在轉(zhuǎn)座因子學(xué)說。這些轉(zhuǎn)座因子既可以沿染色體移動(dòng)，也可以在不同染色體之間跳躍。這是遺傳學(xué)發(fā)展史中劃時(shí)代的重大發(fā)現(xiàn)，將基因概念向前推進(jìn)了一大步。但這項(xiàng)劃時(shí)代的成果并未受到當(dāng)時(shí)同行們重視。直到20世紀(jì)60年代Jacob和Monod的乳糖操縱子模型和基因調(diào)控理論發(fā)表后，特別是Shapiro在細(xì)菌中也發(fā)現(xiàn)了可轉(zhuǎn)座的遺傳因子后，這一成果才被接受。第33頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（1）轉(zhuǎn)座重組轉(zhuǎn)座：在轉(zhuǎn)座酶的作用下，轉(zhuǎn)座因子或是直接從原來位置上切了下來，然后插入染色體的新的位置；或是染色體上的DNA序列轉(zhuǎn)錄成RNA,RNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的cDNA插入染色體上新的位置，這樣，在原來位置上仍然保留轉(zhuǎn)座因子，而其拷貝則插入新的位置。轉(zhuǎn)座重組：由于在轉(zhuǎn)座酶的作用下轉(zhuǎn)座因子插入染色體或切離染色體而產(chǎn)生的遺傳重組。第34頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（2）、轉(zhuǎn)座子的類別第35頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

2.1原核生物中的轉(zhuǎn)座因子

從分子遺傳學(xué)角度解釋極性效應(yīng)：（1）IS中可能有終止子信號(hào)，它的插入會(huì)造成mRNAmRNA的轉(zhuǎn)錄的終止（2）含有無義密碼子，造成翻譯的終止由此影響到后續(xù)基因的翻譯插入序列IS(Insertionsequence)第36頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四IS結(jié)構(gòu)模式圖第37頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)座子(transposon,Tn)帶有轉(zhuǎn)座酶基因等必需基因及抗藥性等與轉(zhuǎn)座無關(guān)基因的轉(zhuǎn)座因子。結(jié)構(gòu)特征:兩端具有同向或反向插入序列，同時(shí)，兩端的IS可能相同或不同。

常見的轉(zhuǎn)座子：轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)度標(biāo)記末端取向Tn55700KanRIS50反向Tn109300TetRIS10反向Tn92500CamRIS1正向第38頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第39頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)座噬菌體

1963年Taylor發(fā)現(xiàn)Mu－phage（Mutatorphage）

Mu噬菌體是一種以大腸桿菌為寄主的溫和噬菌體，以裂解生長(zhǎng)和溶源生長(zhǎng)兩種方式交替繁衍自已，同時(shí)它又能像IS和Tn一樣可以在宿主基因組上隨機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)座。即Mu噬菌體具有溫和噬菌體和轉(zhuǎn)座因子的雙重特性。

Mu是一種DNA噬菌體，38000bp線狀DNA，游離噬菌體和整合狀態(tài)具相同的基因次序，Mu-DNA不含末端反向重復(fù)序列，這是和其它轉(zhuǎn)座子不同的地方。游離時(shí)與整合時(shí)的差別，在于兩個(gè)末端序列的變化游離：兩端連接著一段寄主DNA，左端100bp,右端1500bp整合：再一次整合時(shí)，這兩段序列消失第40頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四Mu的插入途徑：（1）溶源化過程：插入寄主的任意部位，造成靶點(diǎn)的倍增5bp

(2)裂解生長(zhǎng)：子代Mu—DNA全部隨機(jī)插入寄主DNA，能作為轉(zhuǎn)座子再造成其它靶點(diǎn)上的插入。Mu的復(fù)制能力和它的轉(zhuǎn)座能力是密切相關(guān)的，Mu的生存依靠轉(zhuǎn)座，復(fù)制轉(zhuǎn)座是其正常生活史中的一種方式。Mu－phage的另一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：α區(qū)：含有包括A、B基因等大多數(shù)基因右側(cè)3kb的G區(qū)序列：含Sv、U、U′和Sv′4個(gè)基因β區(qū)：含gin等兩個(gè)基因在轉(zhuǎn)錄時(shí)G區(qū)序列的不同走向?qū)е铝瞬煌募闹魈禺愋裕篏（＋）Sv和U基因表達(dá)吸附E.coilK12菌株G（－）Sv′和U′基因表達(dá)E.coilC菌株第41頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

DNA轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座機(jī)制

(1)復(fù)制轉(zhuǎn)座Replicativetransposition(2)非復(fù)制轉(zhuǎn)座Nonreplicativetransposition(3)保守轉(zhuǎn)座Conservativetransposition復(fù)制轉(zhuǎn)座:轉(zhuǎn)座子在轉(zhuǎn)座過程中被完整地復(fù)制。在新的位點(diǎn)上的轉(zhuǎn)座子是供體轉(zhuǎn)座子的一個(gè)完整的拷貝。

即：一個(gè)拷貝仍在原位，而另一個(gè)同樣的拷貝插入新的位點(diǎn)。在該轉(zhuǎn)座過程中，伴隨著轉(zhuǎn)座子的拷貝數(shù)的增加。復(fù)制轉(zhuǎn)座由兩種酶催化：

轉(zhuǎn)座酶作用于原轉(zhuǎn)座子的末端

解離酶對(duì)已復(fù)制的拷貝起作用TnA等一組相關(guān)的轉(zhuǎn)座子的移動(dòng)僅由復(fù)制轉(zhuǎn)座機(jī)理而進(jìn)行。第42頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第43頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四2.2真核生物中的轉(zhuǎn)座子第44頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第45頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第46頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四果蠅的轉(zhuǎn)座子P(PElement)

雌M果蠅X雄P果蠅不育雄M果蠅X雌P果蠅育第47頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四開放閱讀框Exon0…Exon1…Exon2…Exon3

內(nèi)含子

123P因子表達(dá)差異：

Exon0，1，266KD，轉(zhuǎn)座阻遏物

Exon0，1，2，387KD，轉(zhuǎn)座酶P型細(xì)胞質(zhì)：含66KD，阻遏轉(zhuǎn)座

P雌

XP雄細(xì)胞質(zhì)含p因子轉(zhuǎn)座阻遏物含p因子

P因子不能轉(zhuǎn)移

可育

P雌

XM雄細(xì)胞質(zhì)含P因子轉(zhuǎn)座阻遏物無p因子

P因子不能轉(zhuǎn)移

可育

P雄

XM雌

含P因子細(xì)胞質(zhì)不含阻遏物

P因子能轉(zhuǎn)移

不育

不育機(jī)理第48頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第49頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotransposon）反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子：通過RNA為中介，反轉(zhuǎn)錄成DNA后進(jìn)行轉(zhuǎn)座的可動(dòng)元件。病毒超家族（viralsuperfamily），可編碼反轉(zhuǎn)錄酶或整和酶，自主轉(zhuǎn)錄。呈DNA時(shí)，具有LTR序列。非病毒超家族（nonviralsuperfamily）,不編碼反轉(zhuǎn)錄酶或整和酶，不能自主轉(zhuǎn)錄。呈DNA時(shí)，無LTR序列。在細(xì)胞內(nèi)已有的酶系統(tǒng)作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)坐。第50頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四酵母的轉(zhuǎn)座子

Ty（Transposonyeast）

第51頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四真核基因組中的重復(fù)序列

1.長(zhǎng)散在重復(fù)序列LINELongInterspersedNuclearElements可自主轉(zhuǎn)座的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，來源于RNApolymeraseII的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物L(fēng)1為L(zhǎng)INE中的一種重復(fù)序列，長(zhǎng)約6500bp，哺乳動(dòng)物基因組中的拷貝高達(dá)10萬份，主要分布在AT富集區(qū)。2.短散在重復(fù)序列SINEshortInterspersedNuclearElements非自主轉(zhuǎn)座的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，來源于RNApolymeraseIII的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物長(zhǎng)度在130bp到300bp間。Alu序列為SINE家族成員，約50萬份拷貝，平均每4-6kb就有一個(gè)Alu序列。Alu序列一般散在分布，少數(shù)成簇分布。在所有已知基因的內(nèi)含子中，幾乎都發(fā)現(xiàn)了Alu序列。第52頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四2.3轉(zhuǎn)座機(jī)制比較

插入突變插入失活插入帶來新的基因非精確解離形成突變(缺失，重復(fù)，到位)插入激活2.4轉(zhuǎn)座引起的遺傳效應(yīng)第53頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

核遺傳細(xì)胞質(zhì)遺傳1.性狀由核基因控制性狀由胞質(zhì)基因控制2.遺傳方式為mendel式非mendel式3.后代出現(xiàn)一定的分離比不出現(xiàn)分離比4.正反交結(jié)果一樣正反交結(jié)果不一樣

F1顯性性狀F1表現(xiàn)為母方性狀七、染色體外基因第54頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四線粒體基因組線粒體是真核細(xì)胞中的細(xì)胞器。每個(gè)細(xì)胞中含有幾十至數(shù)千個(gè)線粒體。每個(gè)線粒體有多個(gè)線粒體基因組拷貝。線粒體是非孟德爾式遺傳方式，在高等生物中具有母性遺傳的特征。第55頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四mtDNA的遺傳特征1.母性遺傳：mtDNA全部來自母親，非孟德爾式遺傳，線粒體隨機(jī)分配到子細(xì)胞。2.高突變率：具有突變和缺失熱點(diǎn)。3.mtDNA無內(nèi)含子，無修復(fù)系統(tǒng)。4.mtDNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄，翻譯所需的酶由核基因組提供。5.mtDNA一般沒有蛋白質(zhì)保護(hù)。6.mtDNA合成存在與細(xì)胞整個(gè)周期。第56頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第57頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四mtDNA致病的遺傳機(jī)制線粒體基因組本身突變線粒體基因組突變可以引起視覺神經(jīng)和心肌性疾病。點(diǎn)突變：由于mtDNA裸露，易受損傷，且無修復(fù)機(jī)制。所以突變頻率較高。11778密碼突變，Arg-----His視覺神經(jīng)性疾病。

第58頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四缺失：常見5kb,8470bp---13447bp

缺血性心肌病7.4kb,8637bp---16073bp

原發(fā)性心肌病mtDNA插入核基因組溶酶體途徑：核酸水解酶下降，mtDNA不能完全消化，片段游離在細(xì)胞質(zhì)中。直接游離：mtDNA復(fù)制中同源重組，產(chǎn)生mtDNA斷片。線粒體崩解：由于理，化，病等因素，線粒體腫脹破裂，釋放出mtDNA.以上DNA片段插入核基因組，造成突變。第59頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四在分子進(jìn)化的研究中，mtDNA是十分有用的材料。mtDNA基因在減數(shù)分裂時(shí)不發(fā)生重排，且點(diǎn)突變高。有利于檢查出在較短時(shí)期內(nèi)基因發(fā)生的變化，有利于比較不同物種相同基因的差別，確定這些物種在進(jìn)化上的親緣關(guān)系。當(dāng)前分子進(jìn)化生物學(xué)研究，多半取材于古生物或化石的牙髓或骨髓腔中殘留的mtDNA作為試驗(yàn)材料。第60頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四葉綠體遺傳葉綠體是綠色植物特有的核外遺傳結(jié)構(gòu)。非孟德爾式遺傳。裸露的環(huán)狀雙鏈DNA分子。120－217kb一個(gè)葉綠體含1－數(shù)十個(gè)葉綠體基因組。葉綠體DNA不含5‘’--甲基胞嘧啶。第61頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第62頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第63頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四染色體與細(xì)胞質(zhì)共作用核基因與細(xì)胞質(zhì)基因共同作用。