現(xiàn)代遺傳學(xué)基因的概念和結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代遺傳學(xué)基因的概念和結(jié)構(gòu)第1頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)基因的概念與發(fā)展一、發(fā)展歷程1.1865年

Mendel——遺傳因子2.1909年丹麥Johanssen——基因3.1910年—40年代

Morgan等認為基因是三合一體，即基因既是一個功能單位，也是一個突變單位和一個交換單位。第2頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一4.1944年Avery首次證實基因是由DNA構(gòu)成，及1953年DNA雙螺旋模型的提出，人們認為基因是具有一定遺傳效應(yīng)的DNA片段。5.1955年，Benzer通過順反互補實驗發(fā)現(xiàn)一個基因內(nèi)部的許多位點上可以發(fā)生突變，并且可能在這些位點間發(fā)生交換，說明一個基因并不是一個突變單位和一個交換單位。第3頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一6.操縱子的發(fā)現(xiàn)修正了有一個基因就有一條多肽或決定一個蛋白質(zhì)功能的就是基因的說法。

1944年Beadle研究脈胞菌突變——提出一基因一酶學(xué)說；后來研究血紅蛋白時發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)可由不同肽鏈組成，而突變只影響一條肽鏈——提出了一基因一多肽學(xué)說；

60年代，Jacod和Monod研究細菌基因調(diào)控時發(fā)現(xiàn)基因是可分的，功能上是有差別的。結(jié)構(gòu)基因—決定合成某種蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)基因—編碼阻遏或激活結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)基因無翻譯產(chǎn)物的基因7.新的發(fā)現(xiàn)——斷裂基因，重疊基因，跳躍基因比較DNA序列和成熟mRNA——內(nèi)含子和外顯子第4頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一①基因是實體，它的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA（或RNA）；②基因是具有一定遺傳效應(yīng)的DNA分子中的特定核苷酸序列；③基因是遺傳信息傳遞和性狀分化發(fā)育的依據(jù)④基因是可分的按原初功能（基因的產(chǎn)物）基因可分為編碼蛋白質(zhì)的基因（結(jié)構(gòu)基因+調(diào)節(jié)基因）無翻譯產(chǎn)物的基因（如rDNA，tDNA，SnDNA）不轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)段（如啟動子，操縱基因等）第5頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一二、基因概念的發(fā)展初期的基因概念:

最初由孟德爾的雜交試驗提出“遺傳因子”（1900年W.Johanson丹麥)首先使用，后來，稱為基因，此時為一邏輯推理產(chǎn)物，是一種與生物狀狀相應(yīng)的符號，無實質(zhì)內(nèi)容。第6頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一基因與染色體的關(guān)系

摩爾根(Morgan)通過對果繩各種突變體的研究，闡明了連鎖交換規(guī)律和伴性遺傳，并進一步推理出基因在染色體上呈直線排列，因此基因是一種化學(xué)實體，并決定性狀。通過對各種遺傳性狀的研究。認為基因是決定遺傳性狀的功能單位是實變和重組的最小單位。第7頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

1944年，O.T.Avery等通過肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實驗，證實了基因的本質(zhì)為DNA,為DNA上的功能單位。1953年，J.D.Watson,F.H.Crick根據(jù)對DNA化學(xué)的研究，提出DNA結(jié)構(gòu)的右手雙螺旋模型。基因的本質(zhì)——DNA第8頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一順反子概念的提出1955年，S.Benzer通過對T4噬菌體精細結(jié)構(gòu)的研究提出了順反子(Cistron)，突變子（muton）和重組子（recon）的概念。順反子：為一種多肽鏈編碼的核苷酸序列,是一個功能單位。經(jīng)進一步研究證明，突變子和重組子均為一核苷酸對。順反子學(xué)說否定了一個基因一個酶的假說，因而也否定了基因是決定遺傳性狀的功能單位，突變和重組的最小單位等概念，從基因的產(chǎn)物來看，基因概念經(jīng)歷了從性狀——酶——多肽鏈的發(fā)展過程。第9頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一基因的分子生物學(xué)定義基因是編碼有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA所必需的全部核苷序列。包含：編碼蛋白質(zhì)肽鏈或RNA的核酸序列，轉(zhuǎn)錄所必須的調(diào)控序列，編碼區(qū)上游區(qū)域的非編碼序列，內(nèi)含子，編碼區(qū)下游區(qū)域的非編碼序列。第10頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一基因的不連續(xù)性

在1977年以前，都認為基因是一種為蛋白質(zhì)或多肽編碼的連續(xù)的核苷酸序列，因為當(dāng)時對基因各種精細結(jié)構(gòu)的研究都是從原核生物開始的，而在原核基因中很少有基因是間斷的。后來在對真核生物基因進行研究時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，真核基因比其相應(yīng)的mRNA長得多，開始也未認為真核基因是間斷的，因為真核基因在表達方面存在明顯的時空特異性，因此認為基因的一端或兩端存在一些不轉(zhuǎn)錄的序列，但對基因表達的調(diào)節(jié)具有重要作用的序列。但從核RNA（hnRNA）和mRNA的大小進行比較發(fā)現(xiàn)，核RNA比相應(yīng)的mRNA長，而與真核基因的大小相似，因此有一部分序列在初始轉(zhuǎn)錄中存在，而在mRNA從核轉(zhuǎn)運到胞質(zhì)之前被除去了，也即是說真核基因中存在著一些可能被轉(zhuǎn)錄但不為蛋白質(zhì)或多肽編碼的序列——真核基因是間斷。隨著對真核基因的深入研究，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)真核基因都是間斷的，包括外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)兩個大的部分。第11頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一基因結(jié)構(gòu)第12頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一基因的不同類型結(jié)構(gòu)基因:為蛋白質(zhì)或RNA編碼的基因，其產(chǎn)物為酶促反應(yīng)的有關(guān)的功細胞組分，它不影響其它基因的表達。調(diào)節(jié)基因：為RNA或蛋白質(zhì)編碼的基因，但其產(chǎn)物的主要作用是調(diào)節(jié)其它基因的表達。第13頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一操縱基因：無編碼產(chǎn)物的一段DNA序列為DNA阻礙蛋白或其它調(diào)節(jié)因子的結(jié)合位點，當(dāng)該位點被相應(yīng)的蛋白質(zhì)結(jié)合后影響從鄰近基因啟動子的轉(zhuǎn)錄起始。（也要曾使用啟動基因，但與操縱基因相似不編碼相應(yīng)產(chǎn)物，現(xiàn)在稱為啟動子）。功能性基因（functionalgene）：基因家族中，仍然為蛋白質(zhì)或RNA編碼的家族成員稱。假基因（Pseudogene）：基因家族中已不為蛋白質(zhì)或RNA編碼的家族成員。第14頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)復(fù)等位基因（multiplealleles）復(fù)等位基因:一個群體中，一對同源染色體的同一基因座上存在著2個以上的等位基因，這就是復(fù)等位基因（multiplegene)。復(fù)等位基因是生物遺傳多態(tài)性在遺傳上的直接原因。第15頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一幾個概念野生型：自然界中常見的基因型和表型非等位基因之間的相互作用互補基因、抑制基因、上位效應(yīng)（書37頁）第16頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一一個2倍體的正常細胞最多只能有復(fù)等位基因中的2個。

2個等位基因，可以組成3種基因型

3個等位基因，可以組成6種基因型

4個等位基因，可以組成10種基因型

n個等位基因，可以組成n+n(n-1)/2種基因型。其中純合體為n個,雜合體為n(n-1)/2個。第17頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一血液成分抗凝離心處理：上層成分：血漿，抗體，蛋白質(zhì)中層成分：白細胞，血小板下層成分：紅細胞不抗凝處理上層成分：血清，抗體，無纖維蛋白原下層成分：紅細胞，白細胞，血小板

第18頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一血型遺傳學(xué)1667年法國Denys首次把羊血輸給病人。1818年英國Blundell首次人之間輸。1900年奧地利Landsteiner發(fā)現(xiàn)了ABO血型系統(tǒng)1926年奧地利Landsteiner發(fā)現(xiàn)了MN血型系統(tǒng)1927年奧地利Landsteiner發(fā)現(xiàn)了P血型1939年奧地利Landsteiner發(fā)現(xiàn)了Rh血型第19頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ABO血型系統(tǒng)的抗原與抗體

A抗原A抗體B抗原B抗體A血型＋－－＋B血型－＋＋－AB血型＋－＋－O血型－＋－＋第20頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ABO血型系統(tǒng)遺傳方式IA;IB;i;這些基因編碼特定的紅細胞抗原

A血型：IAIA;IAiB血型：IBIB;IBiAB血型：IAIBO血型：ii第21頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ABO血型系統(tǒng)遺傳方式

一對分別都是AB血型的夫妻，所生的子女

A型AB型B型

???某一人群B血型占0.45，O血型占0.36，計算該群體中A和AB血型的比例。第22頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一估測人群中血型比例設(shè)IA基因的頻率為P，IB基因的頻率為Q，I的基因頻率為r，A型人的比率為A,O型人的比率為O。O=r2r=√A+OA+O=p2+2pr+r2=(p+r)2=(1-q)21-q=√A+OQ=1-√A+OP=1-q-r第23頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ABO血型的遺傳特例

ABOA

OAB（？）孟買血型

第24頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一1952年在印度孟買市發(fā)現(xiàn)，在我國極其稀有，有這種血型的人在全國所占的比率僅為十幾萬分之一，國內(nèi)僅有約30例報道。正因為“類孟買血型”非常珍稀，其價值和意義也就尤顯重大。

其紅細胞上沒有或有少量Ａ、Ｂ抗原而無Ｈ抗原，血清中除有抗Ａ、抗Ｂ抗體外，尚有抗Ｈ抗體，唾液中有Ａ、Ｂ、Ｈ物質(zhì)。這種血型的人需要輸血時有３個途徑：自身儲血、親屬間同型互助、他人捐獻。

第25頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ABO血型系統(tǒng)遺傳方式前體H物質(zhì)Ａ抗原

B抗原無抗原

雙親血型基因型：HhAoXHhBo

子女血型基因型：hhBoXHHAA

HhAB第26頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ABO血型系統(tǒng)遺傳方式

特例：臨床中發(fā)現(xiàn)有一位病人在驗血中確定為B血型，在接受O型血的輸血后，引起凝血反應(yīng)。在對供血者血液重新檢測時發(fā)現(xiàn)，其血細胞在與抗A血清反應(yīng)時，初時無反應(yīng)，2個小時后呈凝集反應(yīng)。所以確定供血者為A型，而不是O型。第27頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

ABO血型系統(tǒng)遺傳分析

ZHA抗原前提B抗原

z無抗原

hSeH孟買型類孟買型

seHA，B抗原

H（h）無抗原無抗原

第28頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

有一犯罪嫌疑人在犯罪現(xiàn)場留下的唾液鑒定血型是O型，但是在重點檢查某一嫌疑人時，檢測出該人的血型是B型，在其它舉證都確鑿的情況下，已經(jīng)確認該人是犯罪人，為什么會出現(xiàn)體液與血液血型不一致的現(xiàn)象？第29頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一A基因座的多態(tài)

A1A2A血型的基因型：

A1A1;A2A2;A1A2;A1O;A2O

第30頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一雜合子基因的衰退作用A：80萬B：75萬AB：各42萬血型的表型改變病人住院時檢測為B血型－－－出院以后為O型。消化道E.coliK12感染，產(chǎn)生類B抗原物質(zhì)。第31頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ABO血型的異常遺傳現(xiàn)象

有一AB血型男子與O血型女子結(jié)婚，生了一個O型孩子，分析其原因。

CISAB9q34同源染色體不等交換。

第32頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ABO血型的新生兒溶血癥

O血型的母親懷有A，B，AB型血型的胎兒，在母親胎盤異常情況下，臨產(chǎn)時會出現(xiàn)母親的抗體進入新生兒血液中，與嬰兒的抗原產(chǎn)生免疫反應(yīng)，造成嬰兒溶血。第33頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Rh血型的遺傳機制

恒河猴紅細胞（Rhesusmonkeys抗原）免疫家兔兔抗猴血清檢測人紅細胞。85％產(chǎn)生凝集反應(yīng)15％無凝集反應(yīng)定名恒河猴紅細胞抗原為Rh抗原。1952年Murray發(fā)現(xiàn)動物的Rh抗血清與人類的Rh抗原不反應(yīng)，提出動物與人的抗原是兩種不同抗原。1963年定名：人類為Rh抗原，動物為LW抗原第34頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Rh血型的新生兒溶血癥

Rh陽性血型的紅細胞帶有Rh抗原，無抗體。

Rh陰性血型的紅細胞沒有Rh抗原，有抗體

Rh陰性血型的母親懷有Rh陽性血型的胎兒，在母親胎盤異常情況下，臨產(chǎn)時會出現(xiàn)母親的抗體進入新生兒血液中，與嬰兒的抗原產(chǎn)生免疫反應(yīng)，造成嬰兒溶血。第35頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Rh血型的遺傳機制

Rh抗原受控與3個緊密連鎖的基因座：

Cc；Dd；Ee。以單倍型方式傳遞。當(dāng)D基因存在時，為Rh陽性。d基因沒有相應(yīng)的抗原，是Rh陰性血型。單倍型：一條染色體上的基因組成。CDE；CDe；CdE；Cde;cDE；cDe;cdE;cde;

第36頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Rh血型的遺傳機制

例題：具有CcDEe抗原的個體，可能由哪些基因型組成？

CDE/cDe;CDe/cDE;CdE/cDe;

CDE/cde;CDe/cdE;(?)

第37頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Rh血型的遺傳機制

復(fù)合抗原：ce復(fù)合抗原；CE復(fù)合抗原；

cE復(fù)合抗原…….

當(dāng)ce基因在一個單倍型上時，會出現(xiàn)ce復(fù)合抗原。其抗體可與CDE/cDe的細胞反應(yīng)。如果母親具有C,D,E抗原，父親具有c,E,e抗原，子女可能的表型是什么?如果子女中有一個具有CcDEe抗原，怎樣推測他的單倍型和基因型？

CDE/CdE(CDE/CDE)XcdE/cde

第38頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Rh血型的遺傳機制

表型為Rh陰性的母親與Rh陰性的父親生有一女和一子。女兒為Rh陰性，抗原與父親相同為c,e,兒子是Rh陽性，抗原是C,D,e,分析其遺傳機制。母親CDe/cde父親cde/cde

女兒cde/cde兒子CDe/cdeX1前體D有Rh抗原

X0無前體D無Rh抗原

母親：X0X0CDe/cde,無D抗原，是Rh陰性。父親：X1X1cde/cde,無D抗原，是Rh陰性。女兒：X1X0cde/cde,無D抗原，是Rh陰性。兒子：X1X0CDe/cde,有D抗原，是Rh陽性。第39頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一MN血型的遺傳分析

人群中存在著MN血型系統(tǒng)，受M和N兩個基因控制，并顯性。

MNMMMMNNMNNN第40頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一MN血型的遺傳分析

MNSs是緊密連鎖的血型基因單倍型是：MS;NS;Ms；Ns基因型有10種：MS;NS;Ms；NsMS／ＭS;Ms／ＭsＮS／NS;Ｎs／NsMS／NS;ＭＳ／ＭsMＳ／Ｎｓ;Ms／NsＮＳ／Ｍｓ；ＮＳ／Ｎｓ第41頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一MN血型的遺傳分析

用M和N血清檢查一個家庭，確定父親基因型是NN,母親是MM，兒子是MM。結(jié)論：兒子不是該夫妻的親生孩子。但是其它血型和方法證明孩子的確是親生的。發(fā)現(xiàn)了Mg抗原亞型。Mg抗體不能與M抗原反應(yīng)。檢測結(jié)果，父親表型是具有Mg和N抗原，基因型是MgN。兒子基因型是MgM第42頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Xg血型的遺傳分析Xg抗原是目前發(fā)現(xiàn)的第一個與性別有關(guān)的抗原基因:Xga有Xg抗原

Xg無Xg抗原

Xga對Xg顯性

第43頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Xg血型的遺傳分析Xg抗原XgaXg

Xga

第44頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一人類白細胞抗原（hunmanlecucocyantigen，HLA）生物體對異種移植或同種異體移植物常發(fā)生排斥作用（GVHR)第45頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

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－供體抗原主要組織相容性抗原系統(tǒng)（majorhistocompatibilityantigensystem）主要組織相容性復(fù)合體基因（majorhistocompatibilitycomplexgene,MHC）次要組織相容性系統(tǒng)（minorhistocompatibilityantigensystem)第46頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一HLA的遺傳機制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淋巴細胞上，編碼基因為：HLA——A，B，Ｃ第二類：免疫反應(yīng)的信息傳遞抗原。編碼基因為：HLA——DR，DQ，DZ/,DODP第三類：補體蛋白，與抗原－抗體復(fù)合物作用。編碼基因為：HLA——C2，C4，Bf同一條染色體上的基因組成被稱為單倍型（haplotype）第47頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一抗宿主反應(yīng)：受體抗原－供體抗體排斥反應(yīng)：受體抗體－供體抗原主要組織相容性抗原系統(tǒng)（majorhistocompatibilityantigensystem）主要組織相容性復(fù)合體基因（majorhistocompatibilitycomplexgene,MHC）第48頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一白細胞抗原基因連鎖圖HLA6p21-23.DPDQDRC4C2BCA411232125155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）。第49頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一白細胞抗原的基因

HLA-AHLA-BHLA-CHLA-DRHLA-DQHLA-DPA1B5Cw1DR1DQ1DPw1A2B7Cw2DR2DQ2DPw2A3B8Cw3DR3DQ3DPw3A9B12Cw4DR4…..DPw4A11B13Cw5DR5…..Aw19B14Cw6DRw6Aw33Bw22Cw7DR7Aw36Bw59Cw8DRw8…..…..…..…...第50頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一白細胞抗原的分型

淋巴細胞毒試驗：

HLA-A,B,C抗原來源于T淋巴細胞，HLA-DR,DQ來源

B淋巴細胞，抗血清來源于孕婦，（由于胎母HLA不合，母親產(chǎn)生抗體）或免疫抗血清分型。純合子分型細胞分型（HDC）：由于HLA-D抗原不同，引起混合淋巴細胞增殖（MLR），用已知D抗原的純合子分型淋巴細胞，檢測待測細胞是否反應(yīng)，可作分型。預(yù)處理淋巴細胞分型（PLT）：根據(jù)同抗原細胞不反應(yīng)原理，預(yù)處理兩種細胞后，得到識別HLA-DP抗原的能力，可作分型。第51頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一白細胞抗原的基因分布HLA-A白人黑人黃種人

A10.150.03/A20.260.150.30A30.120.070.01A110.060.010.25A250.02//白人抗原Aw43/0.01/南非黑人抗原Aw36/0.02/黑人人抗原第52頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一白細胞抗原的基因分布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黃種人抗原

第53頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一白細胞抗原的基因分布強關(guān)聯(lián)：連鎖基因?qū)嶋H出現(xiàn)的頻率的大于理論頻率的現(xiàn)象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，推測與種族的起源有關(guān)。第54頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一白細胞抗原與人類疾病

B27抗原與強直性脊椎炎強關(guān)聯(lián)?；颊咧?0％以上都是B27抗原。如果一個人有50％的可能是強直性脊椎炎，檢查他的白細胞抗原，有B27抗原，他的患病的機會就大大增高。反之，則減少有病的可能性。第55頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一白細胞抗原的單倍型分析父抗原：A2，A11，B13

，Bw46母抗原：A3

，A9

，B5

，B7子1抗原：A2A3B7Bw46子2抗原：A11A9B5B13子3抗原：A2A9B5Bw46子4抗原：A3A11B7B13子5抗原：A3A11B7Bw46第56頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)順反子（cistron）早期的基因概念：基因是一個功能單位，重組單位，突變單位(三位一體)。發(fā)展的基因概念:基因是一個功能單位，基因內(nèi)部可突變和重組。一個基因就是一個順反子?；虻捻樖胶头词脚帕械?7頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Fig15.10Thearrangementofgeneticmarkersincisandtransheterozygotes.?2003JohnWileyandSonsPublishers第58頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Fig15.11Thecis-transpositioneffectobservedbyEdwardLewiswiththeaprandwmutationsofDrosophila.第59頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Fig15.12Thecistest.

第60頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一如何判斷突變是在一個順反子內(nèi)還是2個不同的非等位基因

a1a1xa2a2a1a1xa2a2

突變型突變型突變型突變型

a1a2突變型a1a2突變型

突變型野生型突變型同一順反子的不同位點同一順反子的相同位點如果F1代是野生型，說明a1，a2

是兩個非等位基因。第61頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第62頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Fig15.16Intrageniccomplementationsometimesoccurswhentheactiveformofanenzymeorstructuralproteinisamultimerthatcontainsatleasttwocopiesofanyonegeneproduct.?2003JohnWileyandSonsPublishers第63頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一順反子:

是一個遺傳單位,一個順反子決定一個多肽鏈突變子:

是DNA中構(gòu)成基因的一個或若干個核苷酸重組子:

重組子代表一個空間單位，它有起點和終點，可以是若干個密碼子的重組，也可以是單個核苷酸的互換。第64頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一操縱子操縱基因(operon):與由它操縱的幾個結(jié)構(gòu)基因連鎖在一起，幾個結(jié)構(gòu)基因由一個啟動子轉(zhuǎn)錄成為一個mRNA分子，然后翻譯成為幾種蛋白質(zhì)，這樣的結(jié)構(gòu)稱為一個操縱子。乳糖操縱子:包括3個結(jié)構(gòu)基因β-半乳糖苷酶、乳糖透性酶、乙酰化酶第65頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

lac操縱子模型的內(nèi)容(1):lacEYA轉(zhuǎn)錄為一多順反子mRNA;(2):啟動子位于調(diào)節(jié)基因（lacI）和操縱基因（oporater）之間而啟動子不能單獨起始mRNA的合成;(3):操縱基因為阻遏物（lacI產(chǎn)物）結(jié)合位點;(4):當(dāng)阻遏制物與操縱基因結(jié)合時lacmRNA轉(zhuǎn)錄起始受到抑制;(5):在誘導(dǎo)物存在時，誘導(dǎo)物與阻遏物結(jié)合，改變阻遏物構(gòu)象使之不能與操縱基因結(jié)合因此起始lacmRNA合成。第66頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Repressormaintainsthelacoperonintheinactiveconditionbybindingtotheoperator;additionofinducerreleasestherepressor,andtherebyallowsRNApolymerasetoinitiatetranscription.

第67頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一超基因真核生物中的超基因結(jié)構(gòu)超基因（supergene)：是指作用于一種性狀或作用于一系列相關(guān)性狀的幾個緊密連鎖的基因?；蚣易澹赫婧松镏杏赏蛔嫦然蛟谶M化過程中經(jīng)突變，重復(fù)和倒位等演變而成的具有相同或相似作用的所有基因，稱基因家族。第68頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一這些基因家族或成員可位于同一染色體式不同染色體上。如脊椎動物的血紅蛋白基因：血紅蛋白為四聚體，由兩條a鏈和兩條β鏈組成，在不同發(fā)育階段血紅蛋白的組成不同。

發(fā)育階段血紅蛋白的組成胚胎期（≤8周）ξ2ε2ξ2γ2α2ε2胎兒期（3-9月）α2γ2成人期（出生后）α2δ2α2β2第69頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

類α基因包括：ξ、ψξ、ψα、α1、α2、θ類β基因包括：ε、Gr、Ar、ψβ、δ、β在類α基因中，首先是ξ表達不久即被α取代。在類β基因中，首先是ε和γ表達，不久即被δ和β取代，在成體中，α2β2占成體血紅蛋白的97%，α2δ2約占2%，而α2γ2則約為胎兒的1%。類α和類β基因在染色體的排列

ξψξψαψααθ

εGrArψβδβ第70頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一基因簇：指基因家族的成員以串聯(lián)重復(fù)方式排列在一起或不同家族的成員構(gòu)成一重復(fù)單位，以串聯(lián)重復(fù)方式排列在一起。如上述α，β及rDNA(原核；5SRNA，16SRNA，23SRNA，真核：（5.8SRNA，18SRNA，28SRNA)、tRNA簇。第71頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一假基因（pseudogene）：在基因家族中與功能基因相似的序列，但有許多突變以致于失去了原有的功能，假基因是沒有功能的基因。在爪蟾5S基因、珠蛋白基因簇、免疫球蛋白基因簇及組織相容性抗原基因簇中都發(fā)現(xiàn)有假基因。第72頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一真核生物的斷裂基因斷裂基因的發(fā)現(xiàn)1）1977年Flavell和Jeffreys用兔珠蛋白基因cDNA與DNA雜交2）同年Chambon用雞卵清蛋白的雜交真核生物的基因是斷裂的第73頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第74頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一基因的可變剪切黑腹果蠅tra基因、果蠅的dsx基因、肌鈣蛋白T基因第75頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

promoterexon1exon2exon3exon4exon5terminatorA:利用不同的啟動子（例：雞的強心肌和砂囊?。?/p>

B:利用不同的終止子（鼠降鈣素基因）

C:改變拼接方式（例鼠雞鈣蛋白T）

12345

1235

第76頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一同一DNA序列可編碼多種蛋白質(zhì)①利用不同的啟動子：有時基因不止一個啟動子，或啟動子中的不同成分可獨立起始轉(zhuǎn)錄，只是效率不同，因此可轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生不同的mRNA。②利用不同的終止子：與啟動子的情況類似改變拼接方式，將不同的外顯子拼接在一起，可產(chǎn)生不同mRNA（抗原、抗體），上述情況如下圖所示：第77頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)重疊基因（overlappinggene)1973年Weiner研究RNA病毒Qβ時的發(fā)現(xiàn)1977年SangerX174Phage5387bp實際編碼的蛋白質(zhì)比預(yù)期要多提出了重疊基因概念：基因轉(zhuǎn)錄起始點不同，但是共用同一段DNA序列或幾個核苷酸的不同基因。SV40病毒中也有重疊基因。第78頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第79頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一真核生物也有重疊基因果蠅人秀麗新小桿線蟲第80頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)可動基因(mobilegene)可動基因的概念：在染色體體上的位置是可以移動的基因被稱為可移動基因，也可以稱為轉(zhuǎn)座元件或轉(zhuǎn)座因子（Transposableelement)。第81頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)座同易位的概念區(qū)別（書56-57頁）第82頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一生物中的轉(zhuǎn)座成分插入序列insertedsequence,IS轉(zhuǎn)座子transposon，Tn轉(zhuǎn)座噬菌體mutatorphage，Mu第83頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一可動基因(mobilegene)

在基因組中可以移動的基因。原始發(fā)現(xiàn)：McClintockB，1951年，1984年獲諾貝爾獎玉米粒顏色的遺傳。正常：有色有色異常：有色色斑有色無色第84頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一1932年，美國遺傳學(xué)家B.McClintock發(fā)現(xiàn)玉米籽粒色斑不穩(wěn)定遺傳現(xiàn)象。1951年首次提出轉(zhuǎn)座子的概念，認為在基因組的不同區(qū)域存在可移動的控制因子，controllingelement。1983年獲諾貝爾獎。第85頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一植物雙受精示意圖第86頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一玉米的轉(zhuǎn)座因子玉米色粒調(diào)控元件Ac-Ds系統(tǒng)第9染色體短臂，有色基因C附近C基因，色素合成基因。Ac基因，自主移動的調(diào)節(jié)因子。4.5kb,5個exon,編碼轉(zhuǎn)座酶。Ds基因，非自主移動的受體因子。0.5---4.0kb,與Ac有同源序列。插入引起色素不能合成。第87頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一可動基因(mobilegene)

玉米粒顏色的遺傳（C基因決定有色）。

CAc有色

CDsAc花斑

CDs無色第88頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第89頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Ac與Ds因子的結(jié)構(gòu)Ac因子:4.563kb;有5個外顯子，產(chǎn)物是轉(zhuǎn)座酶，兩端有11個bp的反向重復(fù)序列:5’CAGGGATGAAA….TTTCATCCCTG3’3’GTCCCTACTTT….AAAGTAGGGAC5’Ds因子：與Ac序列具有很大相同，但是中間缺失序列。有0.5-4.0kb，兩端有11個bp的反向重復(fù)序列，在插入位點上有6-8bp的正向重復(fù)序列第90頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Ac與Ds因子的轉(zhuǎn)座機制Ac與Ds因子的轉(zhuǎn)座屬于非復(fù)制機制，即不是一份拷貝后將拷貝轉(zhuǎn)移，而是直接從原位置消失第91頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

第92頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一插入序列(insertionsequence,IS)

僅含有轉(zhuǎn)座酶基因的簡單轉(zhuǎn)移序列。長度多在700－1500bp左右。由末端反向重復(fù)序列(IR)，轉(zhuǎn)座酶基因組成。插入基因組中時，在靶位上生成正向重復(fù)序列(DR)

第93頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一常見的IS結(jié)構(gòu)IS長度末端IR靶位DR插入選擇IS1768239隨機IS213274195熱點IS414281811AAAN20TTTIS51195164熱點IS101329229TNAGCNIS50153199熱點第94頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

對于Is成分對靶位點的同向重復(fù)最普遍的為9bp。除Is1外其余Is成分只有一個長的編碼區(qū)，(為轉(zhuǎn)座酶編碼)，編碼區(qū)從倒置重復(fù)的一端始到另一端結(jié)束。轉(zhuǎn)座將形成一特征性結(jié)構(gòu):未端為倒置重復(fù)，與之相鄰的宿主DNA序列同為同向重復(fù)。第95頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第96頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第97頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Is成分結(jié)構(gòu)特點

是一個自主復(fù)制單位。只編碼自身轉(zhuǎn)座所需要的蛋白質(zhì)，如轉(zhuǎn)座酶（transposase)。Is成分未端為倒置重復(fù)（invertedrepeat）。轉(zhuǎn)座涉及Is倒置未端重復(fù)和靶位點的識別。轉(zhuǎn)座的結(jié)果是靶位點出現(xiàn)同向重復(fù)（directrepeat）第98頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Is成分的遺傳學(xué)效應(yīng)能編碼轉(zhuǎn)座酶，自主進行轉(zhuǎn)座。插入位點隨機，很少是位點專一的。插入的結(jié)果是靶位點出現(xiàn)同向重復(fù)（directrepeat）。轉(zhuǎn)座是罕見事件，與自發(fā)突變處于同一數(shù)量級，每代10-6-10-10。插入片段精確切離后，可使IS誘發(fā)的突變恢復(fù)為野生型。不精確切離后導(dǎo)致宿主基因發(fā)生缺失。第99頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一轉(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，兩端的IS可能相同或不同。常見的轉(zhuǎn)座子：轉(zhuǎn)座子長度標記末端取向Tn55700KanRIS50反向Tn109300TetRIS10反向Tn92500CamRIS1正向第100頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一復(fù)合轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)特征

含有Is組件，常位于轉(zhuǎn)座子兩側(cè)稱為臂（arm）。臂的中間常帶有藥物抗性基因。臂為同向重復(fù)或倒置重復(fù)。臂為相同式或相關(guān)。臂都具有功能或其中之一具有功能。第101頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一復(fù)合轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)Is組件(臂)為同向重復(fù)例In9,Is1,Cam2,Is組件功能相同第102頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一Acompositetransposonhasacentralregioncarryingmarkers(suchasdrugresIstance)flankedbyIsmodules.Themoduleshaveshortinvertedterminalrepeats.Ifthemodulesthemselvesareininvertedorientation第103頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一In10再次移動結(jié)果Is10組件改變方向移動形成新的轉(zhuǎn)座子第104頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一原核生物轉(zhuǎn)座成分的基本結(jié)構(gòu)第105頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第106頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第107頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)座的類型:①復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicativetransposition）:轉(zhuǎn)座子被加倍將原有轉(zhuǎn)座子的拷貝進行轉(zhuǎn)座，因此供體位點保持不變而受體位點則獲得轉(zhuǎn)座子的一個拷貝。Replicativetranspositioncreatesacopyofthetransposon,whichinsertsataRecipientsite.Thedonorsiteremainsunchanged,sobothdonorandRecipienthaveacopyofthetransposon.第108頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一NonreplicativetranspositionallowsatransposontomoveasaphysicalentityfromadonortoaRecipientsite.ThIsleavesabreakatthedonorsite,whichIslethalunlessitcanberepaired.②非復(fù)制型轉(zhuǎn)座（noreplicotivetransposition）:

轉(zhuǎn)座子以物理實體從供位點移動到受體位點，結(jié)果在供體位點出現(xiàn)斷裂，受體位點則出現(xiàn)-轉(zhuǎn)座子。斷裂可能有兩種結(jié)果。其一對宿主影響小，而保留下來如拷貝其宿主重復(fù)系統(tǒng)將其識別并修復(fù)。第109頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一③保守性轉(zhuǎn)座（conservativetransposition）:另一類非復(fù)制轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座子從供體切除和插入受體位點過程中每個核苷酸鍵都被保留，即供體不出現(xiàn)斷裂。該過程與入噬體的整合過程相似，而轉(zhuǎn)座酶則與a的整合酶integrase相關(guān)

。ConservativetranspositioninvolvesdiRectmovementwithnolossofnucleotidebonds;comparewithlambdaintegrationandexcIsion.

第110頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)座子在染色體上的解離方式精確解離非精確解離原位解離復(fù)制后解離第111頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一變性復(fù)性emL.CaroandE.BoydelaTour短莖長度大致與IS兩端的反向重復(fù)序列（IRinvertedrepeatsequence）相同第112頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第113頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第114頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第115頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座（retrotransposon）通過RNA為中介，反轉(zhuǎn)錄成DNA后進行轉(zhuǎn)座的可動元件。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，具有LTR序列。非病毒超家族（nonviralsuperfamily）,不可編碼反轉(zhuǎn)錄酶或整和酶，不能自主轉(zhuǎn)錄。呈DNA時，無LTR序列。第116頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座（retrotransposon）病毒的RNA基因組RNA:RU5gagpolenvU3RDNA:U3RU5gagpolenvU3RU5

LTRLTR

基因組--DR-U3RU5gagpolenvU3RU5DR----

第117頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一反轉(zhuǎn)錄病毒與反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座自學(xué)第118頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一果蠅中的P因子雌M果蠅X雄P果蠅不育雄M果蠅X雌P果蠅育第119頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一果蠅雜種不育（hybriddysgenesis）HybriddysgenesisIsasymmetrical;itIsinducedbyPmalexMfemalecrosses,butnotbyMmalexPfemalecrosses.

第120頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第121頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一果蠅P因子不育機理開放閱讀框ORF0…ORF1…ORF2…ORF3

內(nèi)含子123P因子表達差異：

ORF0，1，266KD，轉(zhuǎn)座阻遏物

ORF0，1，2，387KD，轉(zhuǎn)座酶P型細胞質(zhì)：含66KD，阻遏轉(zhuǎn)座第122頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一細胞型（cytotype）影響子代育性

66KD阻遇物非常穩(wěn)定,可影響表型HybriddysgenesIsIsdeterminedbytheinteractionsbetweenPelementsinthegenomeand66kDrepressorinthecytotype.

第123頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一P成分結(jié)構(gòu)特點：1、具有31bp的未端倒置重復(fù)2、靶位點為8bp同向重復(fù)3、P成分表達具有組織特異性，即只在種殖系（germline）被激活4、P成分的組織特異性內(nèi)拼接方式改變引起在體細胞組織前兩個內(nèi)含子被剪接形成ORF0-ORF1-ORF2到讀區(qū)，翻譯為66KD蛋白質(zhì),為轉(zhuǎn)座子活性阻遏物。在種殖系組織第三個內(nèi)含子被除去形成ORF0-ORF1-ORF2-ORF3的可讀區(qū)，翻譯為87KD蛋白質(zhì)，為轉(zhuǎn)座酶。第124頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一ThePelementhasfourexons.Thefirstthreearesplicedtogetherinsomaticexpression;allfouraresplicedtogetheringermlineexpression.P成分結(jié)構(gòu)示意圖第125頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

P雌XP雄細胞質(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因子細胞質(zhì)不含阻遏物

P因子能轉(zhuǎn)移不育

第126頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第127頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第128頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第129頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一酵母的轉(zhuǎn)座子

Ty（Transposonyeast）第130頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第131頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第132頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一其它幾種反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子Copia因子是果蠅的一種反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子.LINE序列:長6500bpRNA聚合酶ⅡSINE序列:長130-300bpRNA聚合酶ⅢAlu序列:SINE家族的一員含AluⅠ識別序列假基因第133頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)座引起的遺傳效應(yīng)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)插入激活第134頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第六節(jié)染色體外基因染色體外基因（extrachromosomalgene)：在真核和原核生物細胞中有一些位于染色體外的基因叫染色體外基因第135頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一一、質(zhì)粒（plasmid)細菌中除了染色體外，還有大量的小環(huán)狀分子，就是質(zhì)粒（plasmid)質(zhì)粒上有抗生素基因第136頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第137頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一二、線粒體基因組

線粒體是真核細胞中的細胞器。每個細胞中含有幾十至數(shù)千個線粒體。每個線粒體有多個線粒體基因組拷貝。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138頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

線粒體基因組變化很大，可相差兩個數(shù)量級，動物細胞的線粒體基因組較小，在人類、老鼠、牛等細胞中約為16.5kb。酵母線粒體基因組較大，但在不同菌株亦有變化，釀酒酵母約為84kb，每一細胞約有22個線粒體每一線粒體約有4個拷貝DNA，但在生長的細胞中有很大變化；第139頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第140頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第141頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第142頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一mtDNA的遺傳特征母性遺傳：mtDNA全部來自母親，非孟德爾式遺傳，線粒體隨機分配到子細胞。mtDNA無內(nèi)含子，無修復(fù)系統(tǒng)。mtDNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄翻譯所需的酶由核基因組提供。mtDNA一般沒有蛋白質(zhì)保護。mtDNA合成存在與細胞整個周期。具有突變和缺失熱點。第143頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一mtDNA致病的遺傳機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。點突變：由于mtDNA裸露，易受損傷，且無修復(fù)機制。所以突變頻率較高。11778密碼突變，arg-----his視覺神經(jīng)性疾病。

第144頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一

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145頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第146頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一第147頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一mtDNA的用途mtDNA可以用于分子系統(tǒng)發(fā)生研究mtDNA也可以用于分子進化研究第148頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一三、葉綠體（ctDNA）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一個葉綠體含1－數(shù)十個葉綠體基因組。葉綠體DNA不含5’--甲基胞嘧啶，可用其于純度鑒定。第149頁，共164頁，2023年，2月20日，星期一葉綠體基因組的大小與拷貝數(shù)

在高等植物中，葉綠體基因組通常約為140kb，較低等的真核生物則<200kb。在細