基因的概念重組測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)課件

第七章基因精細(xì)結(jié)構(gòu)遺傳分析第一節(jié)基因概念第二節(jié)重組測驗(yàn)第三節(jié)互補(bǔ)測驗(yàn)第四節(jié)缺失作圖第五節(jié)斷裂基因與重疊基因第五節(jié)基因功能第七章基因精細(xì)結(jié)構(gòu)遺傳分析第一節(jié)基因概念1教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)基因的概念、重組測驗(yàn)、互補(bǔ)測驗(yàn)、斷裂基因與重疊基因、基因的功能教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)基因的概念、重組測驗(yàn)、互補(bǔ)測驗(yàn)、2難點(diǎn)重組測驗(yàn)、互補(bǔ)測驗(yàn)與基因的功能難點(diǎn)重組測驗(yàn)、互補(bǔ)測驗(yàn)與基因的功能37.1基因概念和精細(xì)結(jié)構(gòu)7.1.1基因概念的發(fā)展(1)遺傳因子(孟德爾）(2)染色體是基因載體（摩爾根）(3)DNA是遺傳物質(zhì)（肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)）(4)基因是有功能的DNA片段（G.Beadle和E.Tatum:一基因一酶）(5)操縱子模型(Jacob和Monod)(6)跳躍基因和斷裂基因的發(fā)現(xiàn)7.1基因概念和精細(xì)結(jié)構(gòu)4基因的概念重組測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)課件57.1.2基因的類別和相互關(guān)系(1)結(jié)構(gòu)基因(2)rRNA和tRNA基因(3)啟動(dòng)子和操縱基因7.1.2基因的類別和相互關(guān)系67.1.2基因的類別及其相互關(guān)系

根據(jù)基因的功能和性質(zhì)，分為:(一)結(jié)構(gòu)基因（structuralgenes）與調(diào)節(jié)基因（regulatorygenes）(二)核糖體RNA基因（ribosomalRNAgenes，簡稱rDNA）與轉(zhuǎn)移RNA基因（transferRNAgenes，簡稱tDNA）(三)啟動(dòng)子（promotor）與操縱基因（operator）

前者是轉(zhuǎn)錄時(shí)RNA聚合酶與DNA結(jié)合的部位；后者是調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物阻遏蛋白或激活蛋白與DNA結(jié)合的部位，

7.1.2基因的類別及其相互關(guān)系77.1.3基因與DNA

多數(shù)肽鏈由150～300個(gè)氨基酸組成，按三聯(lián)密碼子，須有450～900個(gè)核苷酸對編碼，加上基因內(nèi)不編碼的核苷酸序列，一個(gè)基因約有500～6000個(gè)核苷酸對。并非DNA分子上任一含有幾千個(gè)核苷酸對的區(qū)段都是一個(gè)基因，基因是一個(gè)含有特定遺傳信息的DNA分子區(qū)段。

特定核苷酸序列與其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA核苷酸序列或翻譯產(chǎn)物多肽鏈氨基酸序列相對應(yīng)就是基因,要同時(shí)測定某一段DNA的核苷酸序列和相應(yīng)產(chǎn)物的序列。7.1.3基因與DNA87.2重組測驗(yàn)7.2.1擬等位基因黑腹果蠅紅眼由一個(gè)顯性基因控制，位于X染色體上，果蠅眼睛還有許多其他顏色，如粉紅色、杏色、伊紅、象牙色和白色等突變型。早期研究認(rèn)為控制這些眼睛顏色性狀的基因是等位的，之間是復(fù)等位關(guān)系。用“＋”代表野生型紅色眼基因，wa代表杏色眼基因，w代表白色眼基因，當(dāng)杏色眼（wa／wa）與白眼（w／Y）果蠅雜交時(shí)，F(xiàn)1為杏色眼，如果wa與w

是等位基因，F(xiàn)１應(yīng)只有兩種親本表型，但在大量F1群體中約有1／1000野生型紅眼果蠅。紅眼的出現(xiàn)不是突變，因?yàn)橥蛔儧]有如此高頻率。7.2重組測驗(yàn)9

進(jìn)一步研究證明杏色眼基因和白眼基因雖然在染色體上所占位置相同，即位于同一基因，但屬于不同位點(diǎn)，之間可發(fā)生交換。如杏色眼wa++

/wa+x白眼w/Y，F(xiàn)1杏色眼。wa+/+w和w

a

+/Y，F(xiàn)1雌蠅減數(shù)分裂時(shí)發(fā)生交換形成++與waw

配子，++配子與任何其他配子結(jié)合所形成的F1個(gè)體均表現(xiàn)為野生型紅眼果蠅，因而F1群體中出現(xiàn)野生型個(gè)體。進(jìn)一步研究證明杏色眼基因和白眼基因雖然在染色體上所占位置10對杏色眼wa+/+w與野生型++/waw兩種個(gè)體進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),基因組成一樣，但排列不同，前者兩個(gè)突變分別在兩條染色體上，為反式（trans）排列，后者則是兩個(gè)突變同時(shí)排在一條染色體上，而另一條染色體上兩個(gè)位點(diǎn)均正常，為順式（cis）排列。

對杏色眼wa+/+w與野生型++/waw兩種個(gè)體進(jìn)行比較11

反式排列表現(xiàn)為突變型，順式排列為野生型。這種由于排列方式不同而表型不同的現(xiàn)象稱為順反位置效應(yīng)（cis-transpositioneffects），并將這種緊密連鎖的功能性等位基因，但不是結(jié)構(gòu)性的等位基因稱為擬等位基因（pseudoallele）。擬等位基因的發(fā)現(xiàn)證明了基因的可分性。

反式排列表現(xiàn)為突變型，順式排列為野生型。這種由于排列方127.2.2噬菌體突變型

S．Benzer對大腸桿菌噬菌體T4的rIIA和rIIB兩個(gè)基因的結(jié)構(gòu)分析，證明了基因的可分性，基因內(nèi)有大量的突變子和重組子。噬菌體的突變型可歸為：①噬菌斑形態(tài)突變型：一些是由于侵染寄主后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（plaque）；另一些是由于被感染細(xì)菌是全部或是部分被殺死而形成清晰或混濁的噬菌斑。7.2.2噬菌體突變型13②寄主范圍突變型：

噬菌體感染細(xì)菌時(shí)，首先吸附于細(xì)胞表面專一受體上，由受體基因控制，如果受體發(fā)生改變，可能使噬菌體不能附著，從而該噬菌體的寄主范圍縮小。另外噬菌體突變也可擴(kuò)大寄生范圍。因?yàn)闆Q定噬菌斑形態(tài)和宿主范圍突變的基因在其基因組中相當(dāng)狹窄的特定區(qū)段里，大多數(shù)基因涉及生命過程必不可少的功能，所以上述突變通常是致死的。②寄主范圍突變型：14③條件致死突變型：

條件致死突變型在遺傳學(xué)研究中具重要意義，通過這種突變已鑒定出噬菌體的大部分基因。Benzer所用T4的rII突變就是遺傳學(xué)研究中所用的第一個(gè)條件致死突變型。

③條件致死突變型：15

T4噬菌體有多個(gè)迅速裂解突變型，分別稱為rl，rII，rIII等，它們位于染色體DNA的不同區(qū)段，這3組突變型由于在大腸桿菌不同菌株上的反應(yīng)不同可以相互區(qū)別。T4rII突變使所侵染細(xì)胞迅速裂解形成大噬菌斑，所以稱為rII突變型。

16

Benzer對rII區(qū)域的突變進(jìn)行了分析：rII突變感染大腸桿菌B菌株后迅速裂解，形成比野生型大的噬菌斑，從而從大量的rll+中篩選出rll。另外rll突變型感染帶有原噬菌體的大腸桿菌K（λ）菌株時(shí)，不產(chǎn)生子代，而野生型T4rII在大腸桿菌K（λ）菌株中能正常增殖，由此也很容易在rll噬菌體中檢出rll+噬菌體，所以可檢出兩種不同的rll突變型之間重組頻率極低的重組子。Benzer對rII區(qū)域的突變進(jìn)行了分析：rI17Benzer的噬菌體重組實(shí)驗(yàn)DiscoveryofRecombinationWithintheGene

Benzer以T4噬菌體為材料進(jìn)行了研究工作，正式提出“順反子”這個(gè)術(shù)語

rIIAmutantrIIBmutant單獨(dú)感染E.coliK單獨(dú)感染E.coliK混合感染E.coliK能正常生長不能正常生長不能正常生長Benzer的噬菌體重組實(shí)驗(yàn)Benzer以T4噬菌體為18Benzer順反子概念和基因內(nèi)重組DiscoveryofRecombinationWithintheGene

m1rIIA

Chromosomecarringmutation1m2rIIA

Chromosomecarringmutation2RecombinationwithinthegeneChromosomecarringmutation1and2WildtypeBenzer將兩個(gè)rIIA突變型對B株進(jìn)行混合感染，再讓釋放的子代噬菌體感染K株。出現(xiàn)了野生型噬菌體。

Benzer順反子概念和基因19

r47r47

r47++r104

精細(xì)作圖r47++r106

r47++r102

B菌株K菌株

20該方法稱重組測驗(yàn)（recombinationtest），以遺傳圖方式確定突變子間的關(guān)系。該法測定重組頻率極靈敏，即使在106rII噬菌體中只出現(xiàn)一個(gè)rII+重組子，也可通過感染E.coliK(λ)菌株的平板檢查出來.該方法稱重組測驗(yàn)（recombinationtest），以217.3互補(bǔ)測驗(yàn)7.3.1互補(bǔ)測驗(yàn)原理和方法基礎(chǔ)遺傳學(xué)研究首先須有突變型，然后分析突變型間的關(guān)系。重組測驗(yàn)與互補(bǔ)測驗(yàn)是確定這種關(guān)系的兩個(gè)基本方法。重組測驗(yàn)以遺傳圖距確定突變的空間關(guān)系，而互補(bǔ)測驗(yàn)則是確定突變的功能關(guān)系。

7.3互補(bǔ)測驗(yàn)22

如rII區(qū)有3000多個(gè)突變型都有相同表型，這是由于所有的rII突變都導(dǎo)致喪失合成E.coliK(λ)發(fā)育所需要一種或幾種蛋白質(zhì)能力，這些突變型對E.coliK(λ)寄主細(xì)胞致死，但可在E.coliB菌株細(xì)胞中增殖。既然它們有相同表型，是否它們都影響同一種遺傳功能？rII中這3000多個(gè)突變型是屬于一個(gè)基因還是屬于幾個(gè)基因？為劃分這種功能單位界線，要進(jìn)行互補(bǔ)測驗(yàn)。如rII區(qū)有3000多個(gè)突變型都有相同表型，這是由23

用不同rll突變型成對組合同時(shí)感染大腸桿菌K(λ)菌株：如果被雙重感染的細(xì)菌中產(chǎn)生兩種親代基因型的子代噬菌體（也有少量重組型的噬菌體），那么必然是一個(gè)突變型補(bǔ)償了另一個(gè)突變型所不具有的功能，兩個(gè)突變型稱彼此互補(bǔ)（complementation）。如果雙重感染的細(xì)菌不產(chǎn)生子代噬菌體，那么這兩種突變型一定有一個(gè)相同功能受到損傷。用不同rll突變型成對組合同時(shí)感染大腸桿菌K(λ)菌株：24

互補(bǔ)測驗(yàn)斑點(diǎn)測試法（spottest）用一種rII突變型以0.1感染比（噬菌體1/細(xì)菌10）感染E.coliK(λ)菌株。噬菌體和細(xì)菌在溫?zé)岬沫傊谢旌?，涂布在平板，瓊脂凝固后在平板上劃出的一定位置上再加一滴含另一種rII突變型的培養(yǎng)基。在這一滴培養(yǎng)基范圍內(nèi)，一些細(xì)菌會(huì)被兩種噬菌體所感染。如在這范圍內(nèi)形成噬菌斑，證明這兩種突變型互補(bǔ)，相反不能互補(bǔ)。在一個(gè)培養(yǎng)皿平板上可做6～8個(gè)斑點(diǎn)試驗(yàn)。

互補(bǔ)測驗(yàn)斑點(diǎn)測試法（spottest）25該方法測定重組頻率極敏感，重組檢出率達(dá)1/106，理論上可測得0.002%的重組值，實(shí)際上所觀察的最小重組頻率為0.02%。根據(jù)二點(diǎn)雜交的結(jié)果，可作成連鎖圖。該方法測定重組頻率極敏感，重組檢出率達(dá)1/106，理論上可測26

互補(bǔ)測驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除一些缺失突變型外，rII突變型可分成rIIA和rIIB兩個(gè)互補(bǔ)群。rllA突變型的突變位點(diǎn)都在rll區(qū)的一頭，是一個(gè)獨(dú)立的功能單位；所有rllB突變型的突變位點(diǎn)都在rll區(qū)的另一頭，也是一個(gè)獨(dú)立功能單位。凡屬rIIA的突變之間不能互補(bǔ)；同理屬于rllB的突變之間也不能互補(bǔ)，只有rIIA的突變和rllB的突變間可互補(bǔ)，雙重感染E.coliK(λ)菌株后可產(chǎn)生子代。說明r11A和r11B是兩個(gè)獨(dú)立的功能單位，分別具不同的功能，但它們又是功能互補(bǔ)的，要在E.coliK(λ)菌株中增殖，兩種功能缺一不可?？梢妑II是由于這兩種遺傳功能喪失而成的?；パa(bǔ)測驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除一些缺失突變型外，rII突變型可分27

r106r51++r106++r51

順反測驗(yàn)r47106++r47++r106

K菌株B菌株r106r5128基因的概念重組測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)課件29基因的概念重組測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)課件30基因的概念重組測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)課件31

Benzer將不同突變間沒有互補(bǔ)的功能區(qū)稱為順順反子（cistron）。一個(gè)順反子就是一個(gè)功能水平上的基因，因此常用順反子作為基因的同義詞。

32

如rII區(qū)里rIIA是一個(gè)順反子，rIIB另一個(gè)順反子。每個(gè)順反子在染色體上的區(qū)域稱為基因座，而每個(gè)基因座中有若干個(gè)突變位點(diǎn)，是順反子內(nèi)部能發(fā)生突變的最小單位。DNA中每一核苷酸對改變都可引起多肽鏈中氨基酸改變，從而影響順反子功能。它們本身沒有獨(dú)立的功能，在它們之間可以重組。由此可見順反子既具有功能上的完整性，又具有結(jié)構(gòu)上的可分割性。如rII區(qū)里rIIA是一個(gè)順反子，rIIB另一337.3.3基因內(nèi)互補(bǔ)互補(bǔ)測驗(yàn)中已知同一順反子內(nèi)兩突變不能互補(bǔ)，但有例外:發(fā)生于同一基因內(nèi)兩個(gè)不同位點(diǎn)突變致使兩條原來相同的多肽轉(zhuǎn)變成兩條分別在不同位點(diǎn)上發(fā)生變異的多肽鏈，而后將這兩條多肽構(gòu)成雙重雜合子，兩者配合起來，可表現(xiàn)程度不同的恢復(fù)酶活性部位，稱為基因內(nèi)互補(bǔ)（intrageniccomplementation）。

7.3.3基因內(nèi)互補(bǔ)34

基因內(nèi)互補(bǔ)對互補(bǔ)測驗(yàn)存在一定干擾，通過研究發(fā)現(xiàn)，基因內(nèi)互補(bǔ)與基因間互補(bǔ)可區(qū)分開：①基因間互補(bǔ)普遍存在，而同一基因內(nèi)不同位點(diǎn)突變絕大多數(shù)不能互補(bǔ)，只有少數(shù)例外。②基因內(nèi)兩個(gè)突變能互補(bǔ)的只能是點(diǎn)突變，無缺失，突變一定是錯(cuò)義突變，不是無義突變或移碼突變；③基因內(nèi)互補(bǔ)作用的酶活性明顯低于正常水平，最多只有野生型酶活性的25％，形成的蛋白質(zhì)常有某種異常，如溫度的穩(wěn)定性或pH依賴性等?；騼?nèi)互補(bǔ)對互補(bǔ)測驗(yàn)存在一定干擾，通過研究發(fā)現(xiàn)，基因內(nèi)互357.4缺失作圖7.4.1缺失作圖原理Benzer研究rII突變型時(shí)發(fā)現(xiàn)一些突變由于核苷酸對發(fā)生改變，稱點(diǎn)突變(pointmutation)。而另一些突變由于缺失相鄰的許多核苷酸對，稱缺失突變(deletionmutation)。盡管兩種突變形成相同表型效應(yīng)，但有區(qū)別：①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（multisitemutation）；②點(diǎn)突變可發(fā)生回復(fù)突變，而缺失突變不可逆；③點(diǎn)突變與其他點(diǎn)突變間可發(fā)生重組，而缺失突變同另一個(gè)點(diǎn)突變間不能重組，因?yàn)橄鄳?yīng)片段已缺失。這個(gè)雜交中沒有一個(gè)基因組在這個(gè)點(diǎn)突變位置上正確的核苷酸對，無法通過重組而恢復(fù)野生型核苷酸順序。7.4缺失作圖367.4.2缺失作圖方法

0.5mlE.coliB菌株培養(yǎng)物加1滴缺失型噬菌體和1滴待測rII突變噬菌體，幾分鐘后取一滴菌液加在滅菌紙條上，鋪在長有E.coliK(A)菌株平板上，經(jīng)培養(yǎng)如在紙條覆蓋區(qū)域內(nèi)形成清晰噬菌斑，說明它們之間發(fā)生重組，產(chǎn)生野生型噬菌體，陰性結(jié)果就說明子代中重組體非常低，空白對照出現(xiàn)幾個(gè)噬菌斑是點(diǎn)突變回復(fù)突變產(chǎn)生的。通過兩個(gè)步驟把未定位的rII突變定位在rII區(qū)域某個(gè)小片段上。第一步將待測突變型與“大缺失”突變型分別進(jìn)行雜交，以確定這一突變位點(diǎn)所屬大范圍；第二步將待測突變型進(jìn)一步與有關(guān)“小缺失”突變型分別進(jìn)行雜交，以縮小這一突變點(diǎn)所屬的范圍。7.4.2缺失作圖方法37

如待測突變型rII548，第一次雜交結(jié)果說明它和缺失突變型A105和638發(fā)生重組，而與其他5個(gè)不發(fā)生重組，確定這一突變位點(diǎn)在區(qū)域A5中；第二步與A中3個(gè)缺失突變型1605、1589、PB230分別進(jìn)行雜交，同一原理可把rII548進(jìn)一步定位在A5某一位置上。用該方法已繪制出r11區(qū)域自發(fā)突變的精細(xì)結(jié)構(gòu)圖。P203

如待測突變型rII548，第一次雜交結(jié)果說明它38

可見測定每一個(gè)rII突變型位置需做兩次實(shí)驗(yàn)，雖然每次實(shí)驗(yàn)要做若干雜交組合，但雜交在同一培養(yǎng)皿上用滴加法進(jìn)行，實(shí)際測定工作很簡單。適用于測定大量突變型定位，只需確定這些突變型彼此間的位置。這一方法還可應(yīng)用選擇性培養(yǎng)方法提高效率，而且雜交后只需觀察能否重組，而無須統(tǒng)計(jì)重組子的多少?？梢姕y定每一個(gè)rII突變型位置需做兩次實(shí)驗(yàn)，雖然每次39

這一方法也適用于其他基因定位。Benzer根據(jù)這一原理方便地把數(shù)千個(gè)獨(dú)立的rII突變定位在rII遺傳圖上更小的區(qū)段內(nèi)，這種方法稱為缺失作圖（deletionmapping）。比重組作圖簡便且精確。因?yàn)橹亟M作圖工作量大，為了確定一個(gè)新突變的位點(diǎn)，往往要進(jìn)行大量雜交分析。這一方法也適用于其他基因定位。40

缺失作圖須有一組重疊缺失突變系作工具，把要測定的突變型和這一系列缺失突變型分別進(jìn)行重組測驗(yàn)。凡能和某一缺失突變型進(jìn)行重組的，它的位置一定不在缺失范圍內(nèi)，凡不能重組的，它的位置一定在缺失范圍內(nèi)。Benzer所選擇的一組缺失突變就將rll區(qū)劃分成47個(gè)片段，只需做十幾個(gè)雜交，而且只要記錄E.coliK(λ)平板上是否出現(xiàn)重組體，就能將一個(gè)新的rII突變位點(diǎn)定位在rII區(qū)47個(gè)片段中。缺失作圖須有一組重疊缺失突變系作工具，把要測定的突變型和417.5斷裂基因與重疊基因7.5斷裂基因與重疊基因427.5.1外顯子與內(nèi)含子

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為每一結(jié)構(gòu)基因是一段連續(xù)的DNA序列。法國Chambon（1977）和美國Berget首次報(bào)道基因內(nèi)部有間隔順序（spacesequence）。提出斷裂基因（splitgene）概念。

指基因由幾個(gè)互不相鄰的段落組成，內(nèi)部被長達(dá)數(shù)百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸對的間隔序列（內(nèi)含子）隔開。自從在猴類病毒SV40和腺病毒中發(fā)現(xiàn)斷裂基因以后，又發(fā)現(xiàn)珠蛋白基因、卵清蛋白基因、免疫球蛋白基因、tRNA基因、rRNA基因均是斷裂基因。高等真核生物基因多數(shù)都有內(nèi)含子，只有少數(shù)基因沒有內(nèi)含子。原核生物的基因一般無內(nèi)含子。7.5.1外顯子與內(nèi)含子43

1977年Flavell和Jeffreys將兔β珠蛋白基因mRNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA，然后再與β珠蛋白基因雜交，結(jié)果發(fā)現(xiàn)β珠蛋白基因片段比cDNA大兩倍，說明β珠蛋白基因內(nèi)部含有不屬于cDNA的片斷，即不出現(xiàn)在mRNA分子中的非編碼序列。同年，Chambon對雞輸卵管的卵清蛋白基因做了同樣的實(shí)驗(yàn)，并在電子顯微鏡下觀察，得到了直接證據(jù)和相同的結(jié)果：基因的概念重組測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)課件44雞卵清蛋白基因（ovalbumingene）mRNA比該基因DNA短很多。用該mRNA與卵清蛋白DNA雜交，或者先以mRNA為模板反轉(zhuǎn)錄出互補(bǔ)cDNA，然后用這種cDNA與卵清蛋白DNA雜交，再用電子顯微鏡觀察照相，結(jié)果表明A、B、C、D、E、F和G等DNA序列在成熟的mRNA中未能反應(yīng)出來。

雞卵清蛋白基因（ovalbumingene）mRNA45DNA是完整的，只是有些片段找不到可和它配對的mRNA，于是這段DNA拱起來。拱起來的DNA序列可能未轉(zhuǎn)錄，至少在成熟的mRNA序列中沒有這部分DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。將DNA序列中被轉(zhuǎn)錄成為mRNA的片段稱為外顯子（exon或extron），而在成熟mRNA未轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)段為內(nèi)含子（intron）。卵清蛋白基因含7個(gè)內(nèi)含子，將基因分隔為8個(gè)外顯子，還有一前導(dǎo)序列。由此Gilbert提出基因是由被表達(dá)的外顯子鑲嵌在沉默的內(nèi)含子中的一種嵌合體，而且內(nèi)含子的核苷酸數(shù)量可比外顯子多5～10倍。DNA是完整的，只是有些片段找不到可和它配對的mRNA，467.5.2斷裂基因的意義研究表明，真核生物基因中存在斷裂基因具有普遍性，那么在進(jìn)化中又有什么意義？①有利于儲(chǔ)存較多的信息，增加信息量。一個(gè)基因只轉(zhuǎn)錄出一種mRNA，但是一些斷裂基因以不同剪接方式可產(chǎn)生兩種至多種mRNA，編碼不同功能的多肽。如SV40的同一段DNA在一種情況下讀成一種蛋白質(zhì)，在另一種情況下讀成另一種蛋白質(zhì)。7.5.2斷裂基因的意義47②有利于變異和進(jìn)化。雖然單個(gè)堿基改變有時(shí)可引起氨基酸改化而造成蛋白質(zhì)變化，但很難產(chǎn)生重大改變而形成新蛋白質(zhì)。如果這些單個(gè)堿基突變發(fā)生在密碼子第三位上往往沉默，突變效應(yīng)會(huì)大大降低。而斷裂基因中如果突變發(fā)生在內(nèi)含子與外顯子結(jié)合部位，就會(huì)造成剪接方式改變，結(jié)果使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生大幅度變化，從而加速進(jìn)化。②有利于變異和進(jìn)化。雖然單個(gè)堿基改變有時(shí)可引起氨基酸改化而造48③增加重組機(jī)率。內(nèi)含子可能不斷增減造成新的剪接方式。一方面形成新基因，另一方面在剪接過程中增加重組頻率；同時(shí)斷裂基因中由于內(nèi)含子的存在，基因長度增加，重組頻率也增加。④可能是基因調(diào)控序列。內(nèi)含子可能在基因表達(dá)中有一定調(diào)控作用，在基因轉(zhuǎn)錄水平上以及在合成mRNA以后的加工過程中起著調(diào)控基因表達(dá)的作用。

③增加重組機(jī)率。內(nèi)含子可能不斷增減造成新的剪接方式。一方面形49總之，斷裂基因是具有十分重要的生物學(xué)意義的，但是對它的功能還不是完全了解。如：①剪接作用是通過什么機(jī)制來識別內(nèi)含子與外顯子的結(jié)合特定位點(diǎn)？如果通過酶進(jìn)行，那么這種剪接酶是否有特異性？一種酶還是多種酶參予作用？因?yàn)檫@種剪接必須十分準(zhǔn)確，只要切錯(cuò)一個(gè)核苷酸，就會(huì)使密碼全部弄錯(cuò)?？傊?，斷裂基因是具有十分重要的生物學(xué)意義的，但是對它的功能還50②內(nèi)含子是一次切除還是多次切除？切除的RNA命運(yùn)又如何？是否可作為形成mRNA的原料？③內(nèi)含子是如何形成？有人認(rèn)為一切生物原來都有內(nèi)含子，但原核生物由于基因組小，復(fù)制快，內(nèi)含子成為快速復(fù)制的包袱，因此逐漸失去；相反的看法認(rèn)為生物體本來沒有內(nèi)含子，由于外顯子改組（shuffling）位置不準(zhǔn)確而形成內(nèi)含子。這兩種看法都有一定的旁證，但仍難作出正確判斷。這些問題都有待進(jìn)一步研究。②內(nèi)含子是一次切除還是多次切除？切除的RNA命運(yùn)又如何？是否517.5.3重疊基因（overlappinggene）的發(fā)現(xiàn)重疊基因：兩個(gè)基因的核苷酸序列完全重疊或部分重疊的情況，即一段核苷酸片段被兩個(gè)基因重復(fù)使用的現(xiàn)象。

1973年哈佛大學(xué)Weiner首次發(fā)現(xiàn)E.coli的Qβ病毒有兩個(gè)基因編碼蛋白質(zhì)從一個(gè)起點(diǎn)開始。1977年Sanger測定出噬菌體φx174核苷酸序列為5375bp（現(xiàn)5387），它編碼9種蛋白質(zhì)的aa長度明顯超過5375bp能編碼的aa最大數(shù)目，后來發(fā)現(xiàn)了其基因組中有多種重疊的情況。7.5.3重疊基因（overlappinggene）的發(fā)52基因的概念重組測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)課件53（一）大基因內(nèi)包含小基因。如B基因完全包含在A基因內(nèi)；E基因在D基因內(nèi)，由于密碼讀框不同而得到不同蛋白質(zhì)。（二）前后兩個(gè)基因首尾重疊。如D基因終止密碼子最后一個(gè)核苷酸是J基因起始密碼子的第一個(gè)核苷酸；還有前后重疊兩個(gè)核苷酸，如A基因與C基因之間就重疊兩個(gè)核苷酸。（三）3個(gè)基因之間三重重疊。Shaw（1978）對噬菌體G4核苷酸序列分析時(shí)發(fā)現(xiàn)3個(gè)基因間的三重重疊。（四）反向重疊。DNA雙鏈都轉(zhuǎn)錄，密碼讀框相同，但方向不同，所以形成不同的蛋白質(zhì)。不過這兩者的轉(zhuǎn)錄相互干擾，表達(dá)一強(qiáng)一弱。

（五）重疊操縱子。重疊基因不僅結(jié)構(gòu)基因之間重疊，也有結(jié)構(gòu)基因與調(diào)控序列重疊，以及調(diào)控序列之間重疊，如大腸桿菌中的md和ampC兩個(gè)相鄰的操縱子的重疊。（一）大基因內(nèi)包含小基因。如B基因完全包含在A基因內(nèi)；E基54

普遍認(rèn)為重疊基因不僅能經(jīng)濟(jì)有效利用DNA遺傳信息量，“節(jié)約”堿基，而且更重要的是便于對基因表達(dá)起調(diào)控作用。

如Trp操縱子中imp基因翻譯依賴于上游基因trpE的翻譯，稱為翻譯偶聯(lián)（tanslationalcoupling）。因?yàn)閠rpE的終止密碼子與imp的起始密碼子重疊。這種重疊密碼子是保證同一個(gè)核糖體對兩個(gè)連續(xù)基因進(jìn)行翻譯的機(jī)制。實(shí)驗(yàn)證明，翻譯偶聯(lián)是一種調(diào)控機(jī)制?；虻母拍钪亟M測驗(yàn)互補(bǔ)測驗(yàn)課件55

已知噬菌體MS2和猿猴病毒SV40都具有重疊基因。顯然這些病毒可以用有限D(zhuǎn)NA執(zhí)行更多的遺傳功能，這是提高遺傳物質(zhì)效率的一種適應(yīng)性表現(xiàn)。已知噬菌體MS2和猿猴病毒SV40都具有重疊基因。顯然這56

高等真核生物中也有重疊基因，一個(gè)基因的內(nèi)含子是另一個(gè)基因的編碼序列。在果蠅中，編碼果蠅蛹的角質(zhì)層蛋白基因，位于編碼嘌呤代謝路線中一種酶基因的內(nèi)含子序列中。

高等真核生物中也有重疊基因，一個(gè)基因的內(nèi)含子是另一個(gè)基因57近年來人的基因中也發(fā)現(xiàn)重疊基因。一種常染色體顯性遺傳病是由I型神經(jīng)纖維瘤（NFI）基因引起。克隆該基因后分析發(fā)現(xiàn)它的第一個(gè)內(nèi)含子中包含了另外3個(gè)基因，其中兩個(gè)基因編碼產(chǎn)生跨膜蛋白質(zhì)，稱EV12A基