基因組的結(jié)構(gòu)

1、基因組的結(jié)構(gòu)第一節(jié) 基因組的一般概念 細(xì)胞或生物體中，一套完整單體的遺傳物質(zhì)的總和稱為基因組（genome） 。 如人類基因組包含22條常染色體和X、Y兩條性染色體上的全部遺傳物質(zhì) （又稱核基因組） 以及胞漿線粒體上的遺傳物質(zhì)。 基因組的結(jié)構(gòu)主要指不同的DNAa能區(qū)域在DNA子中的分布和排列情況。 不同生物體基因組的大小及復(fù)雜程度不同。一般來說，生物進(jìn)化程度的高低與其DNA勺大小、含量及復(fù)雜程度有一致性第二節(jié) 病毒、原核生物及真核生物基因組結(jié)構(gòu)的一般特點一、病毒基因組的一般結(jié)構(gòu)特點病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點可概括如下：（ 一） 不同病毒基因組大小相差較大。（二）病毒基因組可由DN砌成，也可由RNA組

2、成，但每種病毒顆粒只含 1種核酸。（三）DNA病毒基因組均由連續(xù)的 DN町子組成。多數(shù) RNAW毒基因組也由連續(xù)的核糖 核酸鏈組成，但有些則以不連續(xù)的核糖核酸組成。（ 4） 常見基因重疊現(xiàn)象。（ 5） 病毒基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的（六）病毒基因組DNA序列中功能上相關(guān)的蛋白質(zhì)基因往往叢集在基因組的一個或幾個 特定部位，形成1個功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，它們可被一起轉(zhuǎn)錄成含有多個mRNA勺分子（稱為多順反子mRNA）然后加工成各種蛋白質(zhì)的mRNAg板。（ 7） 除逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個拷貝外，至今發(fā)現(xiàn)的病毒基因組都是單倍體，每個基 因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。（ 8） 噬菌體 （細(xì)菌病毒 ） 的

3、基因都是連續(xù)的，而多數(shù)真核細(xì)胞病毒常含不連續(xù)基因。除 正鏈RNAW毒外，真核細(xì)胞病毒白基因都是先轉(zhuǎn)錄成mRN廂體，再經(jīng)加工切除內(nèi)含子成為成熟的mRNA二、細(xì)菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點細(xì)菌是典型的原核生物，其染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點可做如下概括：（一）細(xì)菌染色體基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA子組成。（ 二 ） 基因組中只有1 個復(fù)制起點。（ 三） 具有操縱子結(jié)構(gòu)。其中的結(jié)構(gòu)基因為多順反子，數(shù)個操縱子還可以由一個共同的調(diào)節(jié)基因 （regulator gene） 即調(diào)節(jié)子 （regulon） 所調(diào)控。（四）編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因在細(xì)菌染色體基因組中是單拷貝的，但編碼 rRNA的基因 往往是多拷貝

4、的。（五）和病毒基因組相似，不編碼的DNA®分所占比例比真核基因組少得多。（ 6） 具有編碼同工酶的同基因（isogene） 。（ 7） 編碼順序一般不會重疊。這和病毒基因組是不同的。（八）在DN后子中具有多種功能的識別區(qū)域，這些區(qū)域往往具有特殊的序列，并且含 有反向重復(fù)序列。（九）在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止序列，可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止和使RN咪合酶從DNAB上脫落。（十）細(xì)菌基因組中存在著可移動的DNA®素，這種因素的移動是DNA/T導(dǎo)的三、真核生物基因組的總體特征（ 1） 真核生物基因組遠(yuǎn)大于原核生物基因組，也比較復(fù)雜。（ 2） 基因組中常具有許多復(fù)制起點。（三）基

5、因組DN*蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲存于細(xì)胞核內(nèi)。（ 4） 基因組中不編碼的區(qū)域遠(yuǎn)多于編碼區(qū)域。（五）真核生物的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物一般為單順反子，即一個結(jié)構(gòu)基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成一個mRN汾子，并且此mRN冊子僅翻譯成一個多肽分子。（ 6） 大部分基因有內(nèi)含子，因此基因編碼區(qū)是不連續(xù)的。（ 7） 存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可以是幾次，幾十次，甚至高達(dá)百萬次。（八）真核生物基因組中存在一些可移動的 DN刖素，這些因素的移動多被 RNA介導(dǎo) （如在哺乳動物及人類中發(fā)現(xiàn)的逆轉(zhuǎn)座子 ），也有被DNA/T導(dǎo)的（如在果蠅及谷類中發(fā)現(xiàn)的 DNA專座子）。第三節(jié)真核生物DNA勺主要類型在多細(xì)胞有機體編碼蛋白質(zhì)的基因中，約25%50%

6、是單拷貝的，即在1個單倍體細(xì)胞核中僅出現(xiàn)一次，而其余的編碼蛋白質(zhì)的基因則屬于包含兩個或多個相似基因的家族。1 個基因家族里的不同基因成員常編碼相似但氨基酸順序略有不同的蛋白質(zhì)，編碼5srRNA及tRNA的基因也是以多拷貝存在的。組蛋白基因家系的許多成員基因常 以串聯(lián)形式分布于基因組中。在基因組中還有許多重復(fù)的 DNAM序，它們并不編碼任何蛋白質(zhì)及功能RNA其中有些重復(fù)的DNAI順序在同一物種不同個體的染色體上并不處于相同的位置，這些 DNAI順序被稱之為可移動的遺傳因素 (mobilegeneticelements) 。這些DNAI順序并無明顯的生物學(xué)功能，因為它們似乎為自己的目的而組織，故有

7、自私 DNA(selfish DNA) 之稱。第四節(jié) 編碼蛋白質(zhì)的基因一、編碼蛋白基因僅占整個基因組的很小部分二、單一編碼蛋白基因 ( solitary protein-coding genes)三、重復(fù)的編碼蛋白基因及歧化基因在許多蛋白家族中，不同蛋白質(zhì)的氨基酸順序具有很高的同源性。許多蛋白質(zhì)家族包含從幾個到多至20 個成員，它們有著相似但不完全相同的氨基酸順序。個別蛋白質(zhì)家族可能包含數(shù)百個成員。歧化基因假基因DNA區(qū)域與有功能的蛋白基因相似但沒有功能的 DNAI順序，這些DNA順序被稱為假基 因。它們原來也是功能基因的重復(fù)，但 DNAI順序的不斷變化(如缺失、倒位或點突變等)， 導(dǎo)致了或使

8、翻譯終止，或使 mRN用口工阻斷的順序積累，致使這些 DNA區(qū)域喪失功能。即 使它們能被轉(zhuǎn)錄成 RNA也不能翻譯成有功能的多肽鏈。第五節(jié) 編碼 rRNA、 tRNA 及組蛋白的串聯(lián)重復(fù)基因編碼45s pre rRNA 5sRNA各種tRNA及組蛋白家族成員的基因在基因組中是以串 聯(lián)重復(fù)排列存在的，一、rRNA及tRNA的重復(fù)基因包含在同一個轉(zhuǎn)錄單位中，這一轉(zhuǎn)錄單位稱為pre rRNA基因。1個rRNA基因簇(rDNA)含許多轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄單位之間為不轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)，該間隔區(qū)片段組成的類似衛(wèi) 星DNA勺串聯(lián)重復(fù)序列。在不同生物及同種生物的rRNA重復(fù)單位之間的不轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)長短相差甚大。二、組蛋白的

9、重復(fù)組蛋白包含H1, H2A H2R H3及H4: 5個主要種類，各種組蛋白基因以多拷貝 (50500)存在于多細(xì)胞有機體的全部細(xì)胞中。第六節(jié) 重復(fù)的 DN砌分(repetitious DNA factions)DNA 的初始摩爾濃度(Co) 與以秒計算的反應(yīng)時間 (t) 的乘積稱為 Cot 值。一個已知的DNA1分復(fù)性一半時的Cot值稱為Cotl1/2在哺乳動物基因組，約 10%15%的DNACot1/2<0. 01,它們的大部分是由短的寡 聚核甘酸串聯(lián)重復(fù)而成的若干不同套的DNA>t段組成。這一組分稱簡單順序DNA(simple 一sequence DNA) 。約25%40%

10、DNA以中等速率退火，Cot1/2在0.0110范圍內(nèi)，稱為中度重復(fù)順序。 大約50%60%DNA勺C0t1/2在10010 000范圍，退火速度很慢，稱為單拷貝 DNA (single -copy DNA)。絕大部分編碼 mRNA勺基因包含在此組分中。當(dāng)然，單拷貝DNA不一定都執(zhí)行遺傳功能。一、簡單順序DNA(S星DNA)一類重復(fù)順序由以串聯(lián)形式重復(fù)許多次的寡聚核苷酸組成，因此稱為簡單順序DNA。絕大部分的簡單順序 DNA由510bp寡聚核甘酸串聯(lián)重復(fù)組成，但在脊椎動物和植物基因 組中也發(fā)現(xiàn)20200bp的串聯(lián)重復(fù)。大多數(shù)簡單順序DNA簡單順序DNAI位表現(xiàn)在順序保守而非重復(fù)頻率保守。在人類

11、，一些簡單重復(fù)順序 DNA存在于15kb區(qū)域，這些區(qū)域由包含 15100bp的 寡聚核甘酸重復(fù)2050次組成。這些區(qū)域被稱為小衛(wèi)星DNA(minisatellites DNA) 。使用幾個小衛(wèi)星探針便能充分地提供每個人的DN"旨紋(DNA fingerprinting)。二、中度重復(fù)DNA可移動的DNA®素中度重復(fù)序列中一些由重復(fù)單位組成，散布于基因組中，拷貝數(shù)可達(dá)幾十萬，這些常被稱之為短分散因素 (short interspersed elements ， SINES) 。另一類重復(fù)單位的長度在5 0006 000bp ,散布于基因組中，拷貝數(shù)可達(dá) 14萬，常被稱之為長分散因素(long interspersed elements ， LINES) 。因為真核細(xì)胞中度重復(fù)子的轉(zhuǎn)移須經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄途徑，故被稱作逆轉(zhuǎn)座子(retroposons) ，以指明可移動的DNA3素通過RNA拷貝在基因組內(nèi)移動。無論轉(zhuǎn)座子或逆轉(zhuǎn)座子，目前均未發(fā)現(xiàn)它們在有機體的生命周期中有規(guī)則的功能。第七節(jié) 線粒體DNA勺結(jié)構(gòu)及功能線粒體有自己的一套遺傳控制系統(tǒng)，同時，其自身的復(fù)制也受細(xì)胞染色體DNA的控制一、線粒體DNA勺大小、結(jié)構(gòu)及編碼能力所有線粒體 DNA(mitochondrial DNA , mtDNA均為雙鏈環(huán)