分子遺傳學(xué)基因組及基因組學(xué)ppt課件

1、第二章第二章 基因和基因組基因和基因組2. 病毒基因組2.1 病毒基因組的構(gòu)造多樣性1雙鏈DNA病毒基因組 2單鏈DNA病毒基因組 3正鏈RNA病毒基因組 4負(fù)鏈RNA病毒基因組 5雙鏈RNA病毒基因組 6反轉(zhuǎn)錄病毒基因組 2.2 反轉(zhuǎn)錄病毒基因組的構(gòu)造與功能2.3重疊基因與病毒基因組中特征序列的構(gòu)造和功能 重疊基因重疊基因 黏性末端黏性末端末端豐余末端豐余 循環(huán)陳列循環(huán)陳列 回文序列回文序列 末端反向反復(fù)序列末端反向反復(fù)序列 分段基因組分段基因組 帽子和帽子和poly(A)構(gòu)造構(gòu)造 2.3 原核生物基因組2.3.1 大腸桿菌基因組 Escherichia coli 基因組大小為4.7106b

2、p雙鏈環(huán)狀DNA分子，擬核構(gòu)造；具有支配子構(gòu)造，K-12 MG1655有2584個(gè)支配子,其中推定的2192個(gè)支配子中，73僅有1個(gè)基因，16.6%有2個(gè)，4.6有3個(gè)，6有4個(gè)或更多個(gè)基因。在2405個(gè)知啟動(dòng)子的支配子中，68只需1個(gè)啟動(dòng)子，20有2個(gè)，12有3個(gè)或更多個(gè)啟動(dòng)子；6.數(shù)個(gè)支配子還可以由一個(gè)共同的調(diào)理基因regulatory gene即調(diào)理子regulon所調(diào)控；7.除了編碼rRNA的rrn基因是多拷貝,普通情況下構(gòu)造基因都是單拷貝；8.不編碼的基因組DNA部份所占比例比真核細(xì)胞基因組少得多；9.在基因組中編碼順序普通不會(huì)重疊.功能分類基因數(shù)目所占百分?jǐn)?shù)調(diào)理功能/能夠調(diào)理45/

3、1331.05/3.10細(xì)胞構(gòu)造/推定的膜蛋白182/134.24/0.30推定的構(gòu)造蛋白420.98噬菌體、轉(zhuǎn)座子、質(zhì)粒872.03運(yùn)輸和結(jié)合蛋白/推定的運(yùn)輸?shù)鞍?81/1466.55/3.04能量代謝2435.67DNA復(fù)制、重組、修飾和修復(fù)1152.68轉(zhuǎn)錄、RNA合成、代謝和修飾551.28翻譯、翻譯后蛋白質(zhì)修飾1824.24細(xì)胞作用包括順應(yīng)、維護(hù)1884.38輔助因子、輔基和載體的生物合成1032.04運(yùn)輸?shù)陌閭H蛋白90.21核苷酸的生物合成和代謝581.35氨基酸的生物合成和代謝1313.06脂肪酸和磷脂的代謝481.12碳化合物的分解代謝1303.06主要的中間代謝1884.38

4、推定的酶2515.85其他的知基因知的基因產(chǎn)物或表型260.61推定的、未分類的、未知的蛋白163238.06總計(jì)4288100.00*功能分類基因數(shù)目所占百分?jǐn)?shù)調(diào)理功能/能夠調(diào)理45/1331.05/3.10細(xì)胞構(gòu)造1824.24推定的膜蛋白130.30推定的構(gòu)造蛋白420.98噬菌體、轉(zhuǎn)座子、質(zhì)粒872.03運(yùn)輸和結(jié)合蛋白2816.55推定的運(yùn)輸?shù)鞍?463.04能量代謝2435.67DNA復(fù)制、重組、修飾和修復(fù)1152.68轉(zhuǎn)錄、RNA合成、代謝和修飾551.28翻譯、翻譯后蛋白質(zhì)修飾1824.24細(xì)胞作用包括順應(yīng)、維護(hù)1884.38輔助因子、輔基和載體的生物合成1032.04運(yùn)輸?shù)陌閭H

5、蛋白90.21核苷酸的生物合成和代謝581.35氨基酸的生物合成和代謝1313.06脂肪酸和磷脂的代謝481.12碳化合物的分解代謝1303.06主要的中間代謝1884.38推定的酶2515.85其他的知基因知的基因產(chǎn)物或表型260.61推定的、未分類的、未知的蛋白163238.06總計(jì)4288100.00*代碼 基因產(chǎn)物類型數(shù)目百分比2e/pe酶 /推定的酶1094 /39033.3t/pt運(yùn)輸?shù)鞍?推定的運(yùn)輸?shù)鞍?37/254 13.3r/pr調(diào)理蛋白/推定的調(diào)理蛋白241/164 9.1m/pm膜蛋白/推定的膜蛋白43/2105.7f/pf蛋白因子/推定的蛋白因子150/60 4.7sp

6、s構(gòu)造蛋白成分/推定的構(gòu)造蛋白成分89/37 2.8c/pc傳送蛋白推定的傳送蛋白/77/42 2.7nRNA 156 3.5lp脂蛋白46 1.0cp細(xì)胞作用56 1.3l引導(dǎo)肽11 0.3su共同的假基因74 1.6i起始位點(diǎn) (oriC)1 0.1h共同的噬菌體/插入序列(包括15個(gè)假基因)304 6.8d部分信息146 3.3o未知功能471 10.6總計(jì)44531100.0接合接合 是經(jīng)過細(xì)菌是經(jīng)過細(xì)菌細(xì)胞直接的接觸，細(xì)胞直接的接觸，遺傳信息從給體單遺傳信息從給體單向轉(zhuǎn)移到受體從而向轉(zhuǎn)移到受體從而實(shí)現(xiàn)遺傳重組的過實(shí)現(xiàn)遺傳重組的過程。接合能傳送大程。接合能傳送大段的段的DNA，在細(xì)，在

7、細(xì)菌的遺傳重組中是菌的遺傳重組中是效率最高的。效率最高的。轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 也稱遺傳轉(zhuǎn)化也稱遺傳轉(zhuǎn)化genetic transformation是指同源或異源的游離是指同源或異源的游離DNA分子質(zhì)粒和染色體分子質(zhì)粒和染色體DNA被自然或人工感受態(tài)細(xì)胞攝取，被自然或人工感受態(tài)細(xì)胞攝取，并得到表達(dá)的基因轉(zhuǎn)移過程并得到表達(dá)的基因轉(zhuǎn)移過程轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo) 是經(jīng)過噬菌體感染將是經(jīng)過噬菌體感染將DNA或或RNA轉(zhuǎn)入宿主細(xì)菌細(xì)轉(zhuǎn)入宿主細(xì)菌細(xì)胞并產(chǎn)生新性狀的過程。胞并產(chǎn)生新性狀的過程。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)generalized transduction 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)是經(jīng)過噬菌體將給體菌的任何一種遺傳普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)是經(jīng)過噬菌體將給體

8、菌的任何一種遺傳標(biāo)志轉(zhuǎn)入受體菌的過程。標(biāo)志轉(zhuǎn)入受體菌的過程。噬菌體細(xì)菌時(shí)，細(xì)菌染色體斷裂成許多小片段。在噬菌噬菌體細(xì)菌時(shí)，細(xì)菌染色體斷裂成許多小片段。在噬菌體體DNA裝入外殼蛋白組成新的噬菌體時(shí)，大約在裝入外殼蛋白組成新的噬菌體時(shí)，大約在105107次裝配中有一次裝配錯(cuò)誤。誤將宿主細(xì)胞殘留次裝配中有一次裝配錯(cuò)誤。誤將宿主細(xì)胞殘留的的DNA片段裝入噬菌體的外殼蛋白中，成為一個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)性片段裝入噬菌體的外殼蛋白中，成為一個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)性的噬菌體。該轉(zhuǎn)導(dǎo)性噬菌體吸附到受體細(xì)菌上，并注入的噬菌體。該轉(zhuǎn)導(dǎo)性噬菌體吸附到受體細(xì)菌上，并注入其內(nèi)含物，經(jīng)過同源重組構(gòu)成轉(zhuǎn)導(dǎo)子。其內(nèi)含物，經(jīng)過同源重組構(gòu)成轉(zhuǎn)導(dǎo)子。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)s

9、pecialized transduction噬菌體只是轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌某些基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。 噬菌體只能轉(zhuǎn)導(dǎo) E.coliK12 染色體 DNA 上的半乳糖基因 (gal) 和生物素基因 (bio) 。這是由于該噬菌體僅能整合在供體菌染色體 DNA 的特定位置半乳糖基因 與生物素基因上。在解離過程中偶爾發(fā)生錯(cuò)誤 就會(huì)構(gòu)成攜帶gal或bio基因的缺陷 噬菌體，在感染受體菌后就能高效轉(zhuǎn)移這兩種基因。斷裂基因split gene即不延續(xù)基因interrupted gene 一個(gè)基因被不編碼蛋白質(zhì)的DNA片段分割成不延續(xù)的幾部分，叫做斷裂基因(interrupte gene)。 Gilbert將在前體RNA

10、拼接產(chǎn)生mRNA過程中喪失的片段稱為內(nèi)含子(intron)，而將拼接后表達(dá)的片段稱為外顯子(exon)。研討真核生物mRNA的內(nèi)含子后發(fā)現(xiàn)，其兩側(cè)邊境均有一對(duì)保守順序，即5-端為GU，3-端為AG，這類稱為GU-AG的內(nèi)含子均以一樣方式剪切。在不同的真核生物中，內(nèi)含子的一致順序有不少變化。動(dòng)物中典型的剪接位置一致順序組成為： 5-AGGUAAGU-YNYURAY-Y10-20-YAG-3 其中Y為U或C，N為任何核苷酸，箭頭所指為外顯子與內(nèi)含子的交界。 5端剪接位點(diǎn)稱供體位點(diǎn)donor site，5site,left splicing site， 3端剪接位點(diǎn)稱受體位點(diǎn)acceptor sit

11、e，3site,right splicing site。內(nèi)含子中還有另一段識(shí)別剪接邊境必不可少的序列稱為分枝點(diǎn)(branch site)，位于3-端剪接位的上游，具有特征性序列組成： -YNCURAY-， 緊接在分枝點(diǎn)的下游有一段多嘧啶序列，也是參與剪接事件蛋白接合的位置。類 型分 布內(nèi)含子性質(zhì)和剪接機(jī)制轉(zhuǎn)酯內(nèi)含子 內(nèi)含子中的剪接識(shí)別位點(diǎn)GUAG內(nèi)含子真核細(xì)胞核前體mRNA構(gòu)造變化，自在羥基的起始供體由內(nèi)部分支點(diǎn)腺嘌呤提供，剪接體進(jìn)展剪接，構(gòu)成套索構(gòu)造 AUAC內(nèi)含子真核細(xì)胞核前體mRNA型內(nèi)含子真核細(xì)胞核前體mRNA，細(xì)胞器RNA，少數(shù)細(xì)菌RNA二級(jí)構(gòu)造保守，鳥核苷酸輔助因子是自在羥基供體，

12、自我剪接，無套索構(gòu)造構(gòu)成型內(nèi)含子細(xì)胞器RNA，某些原核RNA二級(jí)構(gòu)造保守,內(nèi)部腺嘌呤是自在羥基供體，構(gòu)成套索構(gòu)造中間體，本身催化剪接型內(nèi)含子細(xì)胞器RNA與型內(nèi)含子類似，但較小100200bp，包含數(shù)量有限的構(gòu)造域?qū)\生內(nèi)含子細(xì)胞器RNA多嵌合自我剪接內(nèi)含子，常為型或型和型混合，經(jīng)常以特定的順序剪接非轉(zhuǎn)酯內(nèi)含子 剪接識(shí)別涉及外顯子構(gòu)造細(xì)胞核tRNA內(nèi)含子真核生物細(xì)胞核前體tRNA剪接機(jī)制類似于tRNA的成熟涉及剪切后的銜接；沒有中間體構(gòu)成內(nèi)含子以線性片段切除；需求機(jī)制核酸酶進(jìn)展加工。2.4 真核生物基因組2.4.1真核生物基因組大小與C值悖理和N值悖理 基因組是指一個(gè)細(xì)胞或病毒所包含的全部基因。

13、通常在真核生物中指一個(gè)物種的單倍體染色體組所含有的一整套基因。生物體的單倍體基因組所含DNA的總量稱為C值單位為：DNA pg或bp或Kb或Mb/某個(gè)單倍體基因組。 基因組的大小大致上與進(jìn)化的復(fù)雜性有關(guān)。 生物基因組的大小同生物在進(jìn)化上所處位置的高低及復(fù)雜性之間無嚴(yán)厲的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種景象通常稱為C值悖理(C-value paradox)。 物種的基因數(shù)目與生物進(jìn)化程度或生物復(fù)雜性的不對(duì)應(yīng)性，這被稱之為Nnumber of genes值悖理(N value paradox)或Gnumber of genes值悖理。物 種基因組Mb基因數(shù)生殖道支原體Mycoplasma genitalium0.5

14、8470Rickettsia prowazekii1.11 834Haemophilus influenzae1.831,743Methanococcus jannaschi1.661,738B.subtilis4.24,100大腸桿菌E.coli4.64,288釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae13.56,034裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe12.54,929擬南芥Arabidopsis thaliana11925,498水稻 Oryza sativa46640,000黑腹果蠅Drosophila melanogaster16513,601秀

15、麗線蟲Caenorhabditis elegans9718,424人Homo sapiens3,30020,000-25,000楊樹(Populus trichocarpa)48510 Mb45,555蜜蜂(Apis mellifera)2621 Mb.10,000 真核生物真核生物DNADNA的復(fù)性動(dòng)力學(xué)的復(fù)性動(dòng)力學(xué)單鏈單鏈DNADNA所占百分?jǐn)?shù)所占百分?jǐn)?shù)C/Co C/Co 是是DNADNA濃度濃度CoCo同反響時(shí)間同反響時(shí)間t t乘積的乘積的函數(shù)，通常用函數(shù)，通常用CotCot來表示來表示當(dāng)復(fù)性反響完成一半時(shí)當(dāng)復(fù)性反響完成一半時(shí)(C/Co(C/Co1/2 , t=1/2 ),1/2 , t

16、=1/2 ),這時(shí)的這時(shí)的CotCot值定義為值定義為Cot1/2Cot1/2 CoT1/2值的特性 當(dāng)條件一定時(shí)， CoT1/2值的大小與DNA的分子量及復(fù)雜性有關(guān)。 DNA分子的復(fù)雜性是指最長(zhǎng)的沒有反復(fù)序列的核苷酸對(duì)的數(shù)目。CoT1/2值越大，表示復(fù)性速度越慢，DNA的分子量越大，在不存在反復(fù)序列的情況下,值與基因組的大小成正比，在有反復(fù)順序的復(fù)性中,在同一個(gè)復(fù)性曲線上的各動(dòng)力學(xué)組分的并不因基因組的大小而增減,而是與DNA序列的反復(fù)頻率成反比。復(fù)性動(dòng)力學(xué)提供真核基因組序列信息原核生物基因組DNA多為單一序列，真核生物基因組DNA有反復(fù)序列。原核生物基因組的曲線通常只需一個(gè)拐點(diǎn)，曲線是單一的

17、S形曲線；而真核生物基因組DNA曲線通常有幾個(gè)拐點(diǎn)，真核生物基因組的曲線是多S形曲線，由假設(shè)干個(gè)普通23個(gè)S形加合成的曲線。單一序列單一序列(unique sequence)又稱又稱“單拷貝序列單拷貝序列single-copy sequence,“非反復(fù)序列非反復(fù)序列nonrepetitive sequence。在基因組中只含有一個(gè)拷貝的序列叫單。在基因組中只含有一個(gè)拷貝的序列叫單一序列。一序列。輕度反復(fù)序列輕度反復(fù)序列(slightly repetitive sequence) 普通在一個(gè)普通在一個(gè)基因組內(nèi)有基因組內(nèi)有210份拷貝，但有時(shí)份拷貝，但有時(shí)23份拷貝的份拷貝的DNA序列序列也被視

18、作非反復(fù)序列。也被視作非反復(fù)序列。中度反復(fù)序列中度反復(fù)序列moderately repetitive sequence 普普通指通指10份到幾百份拷貝的份到幾百份拷貝的DNA序列。序列。高度反復(fù)序列高度反復(fù)序列(highly repetitive sequence ) 反復(fù)次數(shù)極反復(fù)次數(shù)極高，高，一個(gè)基因組中有幾百份甚至幾百萬份拷貝的高度反復(fù)序列。一個(gè)基因組中有幾百份甚至幾百萬份拷貝的高度反復(fù)序列。反復(fù)序列家族反復(fù)序列家族 基因組內(nèi)一些高度類似的反復(fù)序列構(gòu)成反復(fù)序列家族基因組內(nèi)一些高度類似的反復(fù)序列構(gòu)成反復(fù)序列家族(repetitive sequence family)，這些反復(fù)序列包括基因和

19、基因外的序列。，這些反復(fù)序列包括基因和基因外的序列。真核生物基因組中來源一樣、構(gòu)造類似、功能相關(guān)的一組基因稱為一個(gè)真核生物基因組中來源一樣、構(gòu)造類似、功能相關(guān)的一組基因稱為一個(gè)基因家族基因家族(gene family)。串聯(lián)反復(fù)序列家族串聯(lián)反復(fù)序列家族串聯(lián)反復(fù)序列是指不同數(shù)目的核苷酸簡(jiǎn)單序列的反復(fù)拷貝串聯(lián)在一串聯(lián)反復(fù)序列是指不同數(shù)目的核苷酸簡(jiǎn)單序列的反復(fù)拷貝串聯(lián)在一同的高度反復(fù)序列，普通反復(fù)單元為同的高度反復(fù)序列，普通反復(fù)單元為2200bp,主要為衛(wèi)星主要為衛(wèi)星DNA (satellite DNA)，按反復(fù)單位可將衛(wèi)星，按反復(fù)單位可將衛(wèi)星DNA分為兩類：分為兩類：小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA(minis

20、atellite DNA)普通由長(zhǎng)普通由長(zhǎng)550個(gè)核苷酸的反復(fù)單元組個(gè)核苷酸的反復(fù)單元組成。根據(jù)其在染色體上所處的位置和反復(fù)單元的長(zhǎng)度，有兩種方式的小成。根據(jù)其在染色體上所處的位置和反復(fù)單元的長(zhǎng)度，有兩種方式的小衛(wèi)星衛(wèi)星DNA，一種是端粒，一種是端粒DNA，另一種位于亞端粒區(qū)，稱為可變數(shù)目串聯(lián)，另一種位于亞端粒區(qū)，稱為可變數(shù)目串聯(lián)反復(fù)反復(fù)varible number tandem repeat，VNTR,是由短反復(fù)單元是由短反復(fù)單元640bp串聯(lián)反復(fù)串聯(lián)反復(fù)6100次以上而成的次以上而成的DNA序列。序列。微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA (microsatellite DNA)。也稱為短串聯(lián)反復(fù)。也稱為短

21、串聯(lián)反復(fù)short tandem repeat,STR是由是由26個(gè)核苷酸組成的反復(fù)單元串聯(lián)反復(fù)個(gè)核苷酸組成的反復(fù)單元串聯(lián)反復(fù)1060次次而成的簡(jiǎn)單反復(fù)序列，如和等，三核苷酸和四核苷酸反復(fù)相對(duì)較少。而成的簡(jiǎn)單反復(fù)序列，如和等，三核苷酸和四核苷酸反復(fù)相對(duì)較少。散在反復(fù)序列家族散在反復(fù)序列家族是分布于基因組內(nèi)散在的反復(fù)序列，普通為中等反復(fù)序列。根據(jù)其是分布于基因組內(nèi)散在的反復(fù)序列，普通為中等反復(fù)序列。根據(jù)其反復(fù)序列的長(zhǎng)短，可分為短散在反復(fù)序列反復(fù)序列的長(zhǎng)短，可分為短散在反復(fù)序列short interspersed repeated sequence又稱為短散在核元件又稱為短散在核元件short i

22、nterspersed nuclear elements, SINEs和長(zhǎng)散在反復(fù)序列和長(zhǎng)散在反復(fù)序列(long interspersed repeated sequence)又稱為長(zhǎng)散在核元件又稱為長(zhǎng)散在核元件long interspersed nuclear elements, LINEs。 SINE長(zhǎng)約長(zhǎng)約500bp，拷貝數(shù)在，拷貝數(shù)在10萬以萬以上，例如人的上，例如人的Alu序列。序列。 LINEs長(zhǎng)約長(zhǎng)約67kb,在哺乳動(dòng)物基因組中有在哺乳動(dòng)物基因組中有2萬萬5萬個(gè)拷貝，它們組成萬個(gè)拷貝，它們組成L1家族，主要含有反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。家族，主要含有反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。2.4.4基因家族 由同一個(gè)

23、祖先基因經(jīng)過反復(fù)與變異、進(jìn)化而構(gòu)成構(gòu)造與功能類似的一組基因組成一個(gè)基因家族(gene family)。基因家族中的各個(gè)成員可以聚集成簇也可以分散在不同染色體上。根據(jù)構(gòu)造和功能以及在發(fā)育過程中的表達(dá)情況，基因家族可以分為：簡(jiǎn)單的多基因家族simple multigene families, 復(fù)雜的多基因家族complex multigene families發(fā) 育 控 制 的 復(fù) 雜 多 基 因 家 族(developmentaly controlled complex multigene families)簡(jiǎn)單的多基因家族簡(jiǎn)單的多基因家族 由構(gòu)造一樣的一個(gè)或數(shù)個(gè)基因以串聯(lián)方式反復(fù)陳由構(gòu)造一樣的

24、一個(gè)或數(shù)個(gè)基因以串聯(lián)方式反復(fù)陳列的方式存在于染色體上。真核生物核糖體列的方式存在于染色體上。真核生物核糖體rRNArRNA基因簇是典型的簡(jiǎn)單的多基因家族基因簇是典型的簡(jiǎn)單的多基因家族, ,有有18S18S、5.8S5.8S、28S28S和和5S 5S 等等4 4種種rRNArRNA基因，前基因，前3 3種主體種主體rRNA,rRNA,與后一種與后一種5S rRNA5S rRNA基因分開位于不同的染色體或一樣染色體的基因分開位于不同的染色體或一樣染色體的不同位置。主體不同位置。主體rRNArRNA基因按基因按18S-5.8S-28S18S-5.8S-28S順序包含在順序包含在約約7800bp78

25、00bp185000bp185000bp的一個(gè)的一個(gè)rDNArDNA反復(fù)單元中，其前體反復(fù)單元中，其前體為為45S rRNA45S rRNA，此前體經(jīng)加工構(gòu)成成熟的，此前體經(jīng)加工構(gòu)成成熟的rRNArRNA。反復(fù)次。反復(fù)次數(shù)在數(shù)在50501000010000左右。左右。5S rRNA5S rRNA基因家族中各個(gè)基因家族中各個(gè)5S 5S rRNArRNA基因之間為基因之間為2 26 6倍長(zhǎng)的間隔序列所隔開，例假設(shè)倍長(zhǎng)的間隔序列所隔開，例假設(shè)蠅的蠅的5S rRNA5S rRNA基因有基因有165165個(gè)拷貝，反復(fù)單元為個(gè)拷貝，反復(fù)單元為375bp,375bp,其其中編碼區(qū)長(zhǎng)度恒定為中編碼區(qū)長(zhǎng)度恒定為

26、120bp120bp，間隔區(qū)為，間隔區(qū)為2502505bp5bp。復(fù)雜的多基因家族復(fù)雜的多基因家族 各個(gè)成員并不都一樣，數(shù)個(gè)功能相關(guān)的基因串聯(lián)成簇各個(gè)成員并不都一樣，數(shù)個(gè)功能相關(guān)的基因串聯(lián)成簇由間隔序列分開，分別轉(zhuǎn)錄出各自的由間隔序列分開，分別轉(zhuǎn)錄出各自的mRNA。組蛋白基因。組蛋白基因?qū)儆谶@一類型。屬于這一類型。 在海膽和果蠅中，編碼在海膽和果蠅中，編碼H1、H2A、H2B、H3和和H4這這5種組蛋白的基因彼此靠攏，串聯(lián)在一同，構(gòu)成一個(gè)反復(fù)單種組蛋白的基因彼此靠攏，串聯(lián)在一同，構(gòu)成一個(gè)反復(fù)單元元.每個(gè)反復(fù)單元長(zhǎng)約每個(gè)反復(fù)單元長(zhǎng)約6000bp左右，在海膽中反復(fù)左右，在海膽中反復(fù)300600次，

27、在果蠅中反復(fù)次，在果蠅中反復(fù)100次左右。每個(gè)反復(fù)單元中的組蛋次左右。每個(gè)反復(fù)單元中的組蛋白基因，被轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列隔開，它們可以以一樣的方向白基因，被轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列隔開，它們可以以一樣的方向轉(zhuǎn)錄如海膽組蛋白基因，也可以按不同反向轉(zhuǎn)錄假設(shè)蠅組轉(zhuǎn)錄如海膽組蛋白基因，也可以按不同反向轉(zhuǎn)錄假設(shè)蠅組蛋白基因，但共同特點(diǎn)之一是這些組蛋白基因內(nèi)都無內(nèi)含蛋白基因，但共同特點(diǎn)之一是這些組蛋白基因內(nèi)都無內(nèi)含子。哺乳動(dòng)物組蛋白基因的陳列沒有任何規(guī)律的極性或反子。哺乳動(dòng)物組蛋白基因的陳列沒有任何規(guī)律的極性或反復(fù)一致性，但它們都是一類中度反復(fù)序列，是反復(fù)序列中復(fù)一致性，但它們都是一類中度反復(fù)序列，是反復(fù)序列中獨(dú)一在正常

28、情況下可以翻譯出蛋白質(zhì)的基因。獨(dú)一在正常情況下可以翻譯出蛋白質(zhì)的基因。發(fā)育控制的復(fù)雜多基因家族發(fā)育控制的復(fù)雜多基因家族 功能相關(guān)的基因分別串聯(lián)成簇，在生物個(gè)功能相關(guān)的基因分別串聯(lián)成簇，在生物個(gè)體發(fā)育過程中按一定的順序表達(dá)或封鎖體發(fā)育過程中按一定的順序表達(dá)或封鎖,這些基這些基因家族成員隨著發(fā)育階段的變化而先后出現(xiàn)因家族成員隨著發(fā)育階段的變化而先后出現(xiàn). 例如人類血紅蛋白就屬于這類基因家族所例如人類血紅蛋白就屬于這類基因家族所編碼，該基因家族中的不同成員在胚胎不同時(shí)編碼，該基因家族中的不同成員在胚胎不同時(shí)期、兒童和成人組織中表達(dá)。基因家族中的一期、兒童和成人組織中表達(dá)?；蚣易逯械囊恍┏蓡T聚集在些

29、成員聚集在DNA的一的一 個(gè)區(qū)域內(nèi)，而另一些個(gè)區(qū)域內(nèi)，而另一些成員分散在不同的染色體上。人類成員分散在不同的染色體上。人類-珠蛋白基珠蛋白基因和因和-珠蛋白基因分別位于第珠蛋白基因分別位于第16號(hào)染色體和第號(hào)染色體和第11號(hào)染色體上，每個(gè)基因家族都包括有功能的號(hào)染色體上，每個(gè)基因家族都包括有功能的基因和假基因。有功能的基因分別在不同的發(fā)基因和假基因。有功能的基因分別在不同的發(fā)育時(shí)期表達(dá)育時(shí)期表達(dá).染色體染色體第第1111號(hào)染色體上的基因號(hào)染色體上的基因第第1616號(hào)染號(hào)染色體上的色體上的基因基因發(fā)育時(shí)期發(fā)育時(shí)期胚胎期胚胎期 胎兒期胎兒期G G AA成人期成人期 胚胎期胚胎期Hb GowerHb

30、 Gower2222Hb Hb PortlandPortland2 G22 G22 A22 A2HbA2 HbA2 HbAHbA22 22 2222胎兒期胎兒期 2 2和和成人期成人期 1 1Hb GowerHb Gower2222HbFHbF2 G22 G22 2 A2A2假基因假基因 核苷酸序列與相應(yīng)正常功能基因根本一樣，但沒有編碼蛋核苷酸序列與相應(yīng)正常功能基因根本一樣，但沒有編碼蛋白質(zhì)才干的基因或不產(chǎn)生有功能產(chǎn)物的基因稱為假基因白質(zhì)才干的基因或不產(chǎn)生有功能產(chǎn)物的基因稱為假基因PseudogenePseudogene。假基因經(jīng)常用希臘字母假基因經(jīng)常用希臘字母來表示，如血紅蛋白基因家族中來表

31、示，如血紅蛋白基因家族中的的類珠蛋白基因簇的類珠蛋白基因簇的、11、22和和類珠蛋白類珠蛋白基因簇的基因簇的等。等。產(chǎn)生假基因的緣由很多，如編碼順序出現(xiàn)終止密碼子突變，產(chǎn)生假基因的緣由很多，如編碼順序出現(xiàn)終止密碼子突變，或者插入和缺失某些核苷酸使或者插入和缺失某些核苷酸使mRNAmRNA移碼，呵斥翻譯中途停移碼，呵斥翻譯中途停頓或異常延伸，合成無活性的蛋白質(zhì)等。頓或異常延伸，合成無活性的蛋白質(zhì)等。根據(jù)來源和構(gòu)造的不同，假基因普通分為兩類：根據(jù)來源和構(gòu)造的不同，假基因普通分為兩類：未加工的假基因未加工的假基因(nonprocess pseudogenes)(nonprocess pseudoge

32、nes)和加工的假基和加工的假基因因(processed pseudogenes)(processed pseudogenes)。 未加工的假基因是經(jīng)過基因組DNA反復(fù)產(chǎn)生的，經(jīng)常位于有功能的一樣基因拷貝的附近，保管著祖先基因的組成特點(diǎn)。它們與有功能的同源基因有類似的構(gòu)造，原來能夠是有功能的基因，但由于缺失、倒位或突變等緣由使該基因失去活性成為無功能基因。 加工的假基因也稱為反轉(zhuǎn)錄假基因(retropseudogenes)，是由RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA后再隨機(jī)整合到基因組中而產(chǎn)生的。因此，它們?cè)诨蚪M中經(jīng)常是分散的。加工假基因是由反轉(zhuǎn)錄因子編碼的反轉(zhuǎn)錄酶和整合酶的外來活性而產(chǎn)生的，只在真核生物中

33、被發(fā)現(xiàn)。加工的假基因構(gòu)造對(duì)應(yīng)于來源基因的轉(zhuǎn)錄單位，但缺乏內(nèi)含子和側(cè)翼順序。由于缺乏側(cè)翼順序，加工假基因普通不表達(dá)。超基因與超基因家族超基因與超基因家族 超基因超基因supergenesupergene是指真核生物基因組中嚴(yán)密連鎖是指真核生物基因組中嚴(yán)密連鎖的假設(shè)干個(gè)基因座，它們作用于同一性狀或一系列相關(guān)性狀。的假設(shè)干個(gè)基因座，它們作用于同一性狀或一系列相關(guān)性狀。例如，以上所述的人類基因組的血紅蛋白基因簇就是一個(gè)超例如，以上所述的人類基因組的血紅蛋白基因簇就是一個(gè)超基因。一類是類基因。一類是類珠蛋白基因簇，包括珠蛋白基因簇，包括、及及基因，基因，位于位于1616號(hào)染色體；另一類是類號(hào)染色體；另一

34、類是類珠蛋白基因簇，包括珠蛋白基因簇，包括，AA和和GG，和和，位于，位于1111號(hào)染色體。但是在個(gè)體發(fā)號(hào)染色體。但是在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，這些基因簇的不同基因進(jìn)展表達(dá)，各種血紅育的不同時(shí)期，這些基因簇的不同基因進(jìn)展表達(dá)，各種血紅蛋白的合成彼此非常協(xié)調(diào)，以保證人體正常生長(zhǎng)發(fā)育過程中蛋白的合成彼此非常協(xié)調(diào)，以保證人體正常生長(zhǎng)發(fā)育過程中對(duì)血紅蛋白的需求。對(duì)血紅蛋白的需求。超基因家族supergene family是DNA序列類似，但功能不一定相關(guān)的假設(shè)干個(gè)單拷貝基因或假設(shè)干組基因家族的總稱。例如：免疫球蛋白超基因家族,ras超基因家族等。它們是一個(gè)共同的祖先基因經(jīng)過各種各樣的變異，產(chǎn)生了構(gòu)造大致一

35、樣但功能卻不盡類似的一大批基因。這一大批基因分屬于不同的基因家族，但可以總稱為一個(gè)基因超家族.真核生物染色體的構(gòu)造與功能真核生物染色體的構(gòu)造與功能常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)和異染色質(zhì)構(gòu)造異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)構(gòu)造異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)種類相對(duì)分子量氨基酸數(shù)目保守性染色質(zhì)中比例染色質(zhì)中位置H121 000215不保守0.5接頭H2A14 500129較保守1中心H2B13 800125較保守1中心H315 300最保守1中心H411 300102最保守1中心復(fù)制原點(diǎn)復(fù)制原點(diǎn) 是染色體上開場(chǎng)所成新的是染色體上開場(chǎng)所成新的DNA的的那個(gè)部分，約那個(gè)部分，約100多多bp長(zhǎng)，又稱為自主復(fù)制長(zhǎng)，又稱為自

36、主復(fù)制序列序列(autonomously replicating sequence，ARS)端粒端粒 是由獨(dú)特的是由獨(dú)特的DNA序列及相關(guān)蛋白質(zhì)組成序列及相關(guān)蛋白質(zhì)組成的線性真核染色體的末端構(gòu)造，它具有防止的線性真核染色體的末端構(gòu)造，它具有防止末端基因降解、染色體末端間的粘連和穩(wěn)定末端基因降解、染色體末端間的粘連和穩(wěn)定染色體末端及其準(zhǔn)確復(fù)制等功能。染色體末端及其準(zhǔn)確復(fù)制等功能。著絲粒著絲粒 是細(xì)胞分裂中期兩條染色單體相互是細(xì)胞分裂中期兩條染色單體相互結(jié)合的部位，該處為染色體的縮窄處，故又結(jié)合的部位，該處為染色體的縮窄處，故又稱為主縊痕。著絲粒染色質(zhì)既含有組蛋白和稱為主縊痕。著絲粒染色質(zhì)既含有組

37、蛋白和其他的蛋白質(zhì)，也含有其他的蛋白質(zhì)，也含有DNA，而其，而其DNA的序的序列是很特殊的，可以促進(jìn)與紡錘體的相互作列是很特殊的，可以促進(jìn)與紡錘體的相互作用。用。異染色體構(gòu)成中的因子異染色體構(gòu)成中的因子 異染色質(zhì)構(gòu)成的分異染色質(zhì)構(gòu)成的分子機(jī)制很復(fù)雜，在多種因子的作用下有多子機(jī)制很復(fù)雜，在多種因子的作用下有多種途徑。促使異染色質(zhì)構(gòu)成的因子有：組種途徑。促使異染色質(zhì)構(gòu)成的因子有：組蛋白、修飾組蛋白的酶翻譯后修飾、蛋白、修飾組蛋白的酶翻譯后修飾、組蛋白結(jié)合因子、組蛋白結(jié)合因子、DNA甲基化、反復(fù)甲基化、反復(fù)DNA序列、序列特異的序列、序列特異的DNA結(jié)合蛋白以及非編結(jié)合蛋白以及非編碼的碼的RNAs等

38、。等。異染色體構(gòu)造域的構(gòu)成異染色體構(gòu)造域的構(gòu)成 異染色質(zhì)的構(gòu)成與其所在異染色質(zhì)的構(gòu)成與其所在位置的位置的DNA序列親密相關(guān)。序列親密相關(guān)。普通來說，異染色質(zhì)構(gòu)成普通來說，異染色質(zhì)構(gòu)成的主要靶區(qū)是象轉(zhuǎn)座子和的主要靶區(qū)是象轉(zhuǎn)座子和衛(wèi)星衛(wèi)星DNA這樣的反復(fù)序列。這樣的反復(fù)序列。異染色質(zhì)與基因沉默異染色質(zhì)與基因沉默染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑chromatin remodeling、轉(zhuǎn)座子、轉(zhuǎn)座子、DNA甲基化及其甲基化及其RNA干擾干擾RNAi等都與基因沉默有關(guān)。但是，這些呵斥基因沉默的等都與基因沉默有關(guān)。但是，這些呵斥基因沉默的方式也都與染色質(zhì)的異染色質(zhì)有直接或間接的關(guān)系。方式也都與染色質(zhì)的異染色質(zhì)有直接

39、或間接的關(guān)系。甲基化的序列通常被DNA結(jié)合蛋白如 MeCP2所識(shí)別，這些DNA結(jié)合蛋白可以募集組蛋白脫乙酰酶和組蛋白甲基化酶，而這兩種酶可以修飾臨近的染色質(zhì)。因此，DNA的甲基化可以標(biāo)志隨后異染色質(zhì)所構(gòu)成的位置。常染色質(zhì)基因表達(dá)的分子根底常染色質(zhì)基因表達(dá)的分子根底真核生物的基因表達(dá)實(shí)踐上涉及到各種程度上的調(diào)真核生物的基因表達(dá)實(shí)踐上涉及到各種程度上的調(diào)控問題，包括控問題，包括DNADNA程度的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄前程度的調(diào)控，程度的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄前程度的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄后程度的調(diào)控，翻譯程度的轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)控，轉(zhuǎn)錄后程度的調(diào)控，翻譯程度的調(diào)控和翻譯后程度的調(diào)控等多種途徑見以后各調(diào)控和翻譯后程度的調(diào)控等

40、多種途徑見以后各章。但歸根究竟都與染色質(zhì)的構(gòu)造和功能有關(guān)。章。但歸根究竟都與染色質(zhì)的構(gòu)造和功能有關(guān)。中心組蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄的作用中心組蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄的作用 組蛋白組蛋白H2AH2A、H2BH2B、H3H3和和H4H4是中心組蛋白，只需當(dāng)是中心組蛋白，只需當(dāng)DNADNA存在時(shí)它們才干組存在時(shí)它們才干組裝成一種有序的構(gòu)造。核小體在細(xì)胞中有兩個(gè)重要裝成一種有序的構(gòu)造。核小體在細(xì)胞中有兩個(gè)重要功能：緊縮功能：緊縮DNA DNA 以順應(yīng)細(xì)胞核大小和限制以順應(yīng)細(xì)胞核大小和限制DNADNA的易的易接近性。細(xì)胞廣泛利用后一種功能來調(diào)控許多不同接近性。細(xì)胞廣泛利用后一種功能來調(diào)控許多不同DNADNA的行為，包括基因表達(dá)。

41、的行為，包括基因表達(dá)。核小體與基因表達(dá)核小體與基因表達(dá) 核小體是染色質(zhì)的根本構(gòu)核小體是染色質(zhì)的根本構(gòu)造單位。但是，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證明造單位。但是，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證明, 核小體是核小體是基因轉(zhuǎn)錄的通用抑制子。細(xì)胞內(nèi)基因組包裹在基因轉(zhuǎn)錄的通用抑制子。細(xì)胞內(nèi)基因組包裹在核小體內(nèi)，假設(shè)啟動(dòng)子區(qū)在核小體中，那么轉(zhuǎn)核小體內(nèi)，假設(shè)啟動(dòng)子區(qū)在核小體中，那么轉(zhuǎn)錄通常會(huì)被遏止。錄通常會(huì)被遏止。(占先模型pre-emptive model) 染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的占先模型以為組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子競(jìng)爭(zhēng)DNA，決議的要素是誰先占據(jù)調(diào)控位點(diǎn)。如在啟動(dòng)子部位已構(gòu)成了核小體，那么轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶是不能與啟動(dòng)子DNA結(jié)合的；如轉(zhuǎn)錄因子和R

42、NA聚合酶在啟動(dòng)子上構(gòu)成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體，那么組蛋白那么將被排除在外。動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型(dynamic model) 與占先模型不同，與占先模型不同，動(dòng)態(tài)模型以為染色質(zhì)構(gòu)造的改動(dòng)是經(jīng)過轉(zhuǎn)錄因子動(dòng)態(tài)模型以為染色質(zhì)構(gòu)造的改動(dòng)是經(jīng)過轉(zhuǎn)錄因子取代組蛋白，涉及蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)取代組蛋白，涉及蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)DNA之間的相互作用和接觸，必需有之間的相互作用和接觸，必需有ATP參與，參與，需求能量的大量輸入。在需求能量的大量輸入。在ATP水解釋放的能量驅(qū)水解釋放的能量驅(qū)動(dòng)下，各種轉(zhuǎn)錄因子將核小體從所需的動(dòng)下，各種轉(zhuǎn)錄因子將核小體從所需的DNA序序列中置換出來，組蛋白從染色質(zhì)中解聚并釋放。列中置換

43、出來，組蛋白從染色質(zhì)中解聚并釋放。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有些轉(zhuǎn)錄因子在結(jié)合實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有些轉(zhuǎn)錄因子在結(jié)合DNA和和/或建立可或建立可以使核小體定位在結(jié)合位點(diǎn)周圍的邊境時(shí)可以干以使核小體定位在結(jié)合位點(diǎn)周圍的邊境時(shí)可以干擾核小體的構(gòu)成。擾核小體的構(gòu)成。核小體定位與核小體定位密碼核小體定位與核小體定位密碼 核小體是染色體的最根本構(gòu)造核小體是染色體的最根本構(gòu)造單位，因此核小體在單位，因此核小體在DNA上上的準(zhǔn)確定位對(duì)細(xì)胞正常功能的的準(zhǔn)確定位對(duì)細(xì)胞正常功能的發(fā)揚(yáng)起重要作用。由于核小體發(fā)揚(yáng)起重要作用。由于核小體與與DNA的動(dòng)態(tài)相互作用，大的動(dòng)態(tài)相互作用，大多數(shù)核小體的位置是不固定的。多數(shù)核小體的位置是不固定的。但是在有些情

44、況下，某些核小但是在有些情況下，某些核小體被限定在基因組的固定位置體被限定在基因組的固定位置上，或者說上，或者說DNA序列僅以一序列僅以一種特定的構(gòu)型組裝成核小體，種特定的構(gòu)型組裝成核小體，那么那么DNA上的每個(gè)位點(diǎn)將不上的每個(gè)位點(diǎn)將不斷位于核小體上的特定位置，斷位于核小體上的特定位置，我們稱這種組裝類型為核小體我們稱這種組裝類型為核小體定位定位Nucleosome positioning1.假設(shè)兩個(gè)DNA結(jié)合蛋白與DNA結(jié)合位點(diǎn)的間隔小于DNA組裝成一個(gè)核小體所需的最小長(zhǎng)度約150bp，那么這兩個(gè)蛋白質(zhì)之間的DNA不與核小體結(jié)合；2.一些DNA結(jié)合蛋白具有與核小體結(jié)合的才干，與臨近的核小體嚴(yán)

45、密作用，導(dǎo)致核小體立刻優(yōu)先地在與這些蛋白質(zhì)相鄰的位置組裝.核小體定位的另一種方式涉及特定的DNA序列，這些序列對(duì)核小體有高度的親和性。由于DNA在與核小體結(jié)合的過程中會(huì)猛烈彎曲，所以具有內(nèi)在彎曲傾向的DNA序列可以定位核小體。A:T 堿基對(duì)有向DNA雙螺旋小溝彎曲的內(nèi)在趨勢(shì)，G:C 堿基對(duì)那么有相反的趨勢(shì)。因此，富含A:T 的DNA有利于組裝核小體，其小溝面對(duì)組蛋白八聚體核小體的構(gòu)成及其在染色質(zhì)上的準(zhǔn)確定位有以下兩方面的作用： 提供一個(gè)支架構(gòu)造(scaffold), 使轉(zhuǎn)錄因子之間的信息傳送更有效； 染色質(zhì)構(gòu)造的不均一性，即其某些區(qū)域不構(gòu)成核小體, 從而保證了轉(zhuǎn)錄因子易于接近染色質(zhì)模板?；蚪M

46、編碼一種內(nèi)在的核小體定位密碼nucleosome positioning code。這種“定位密碼由序列上出現(xiàn)的每10個(gè)堿基的周期信號(hào)組成圖238。這種信號(hào)的規(guī)那么反復(fù)協(xié)助DNA片段猛烈的彎曲成核小體所需的球狀。染色質(zhì)的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄“復(fù)制體經(jīng)過核小體的挪動(dòng)模型復(fù)制體經(jīng)過核小體的挪動(dòng)模型Model of the movement of replisomes past nucleosomes 提出，當(dāng)復(fù)制體經(jīng)過復(fù)制叉時(shí)，核小體分成兩個(gè)提出，當(dāng)復(fù)制體經(jīng)過復(fù)制叉時(shí)，核小體分成兩個(gè)半核小體，經(jīng)過復(fù)制叉在復(fù)制叉后這各個(gè)半核小半核小體，經(jīng)過復(fù)制叉在復(fù)制叉后這各個(gè)半核小體再彼此重新組裝成一個(gè)個(gè)完好的核小體體再彼此重新組裝成一個(gè)個(gè)完好的核小體.用密度用密度轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)核小體復(fù)制模型時(shí)，核小體在兩轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)核小體復(fù)制模型時(shí)，核小體在兩個(gè)子代個(gè)子代DNA分子中都被發(fā)現(xiàn)既包含老組蛋白復(fù)分子中都被發(fā)現(xiàn)既包含老組蛋白復(fù)制前的復(fù)合體，也包括新的復(fù)制后的復(fù)合制前的復(fù)合體，也包括新的復(fù)制后的復(fù)合體。這樣在蛋白質(zhì)程度看，核小體的復(fù)制組裝似體。這樣在蛋白質(zhì)程度看，