基因概念的發(fā)展

1、基因概念的發(fā)展 可動基因( mobile gene)在基因組中可以移動的基因。原始發(fā)現(xiàn)：McClintock B ，1951年玉米粒顏色的遺傳。正常：有色 有色異常：有色 色斑 有色 無色 玉米色粒調(diào)控元件Ac-Ds系統(tǒng) 第9染色體C基因， 色素合成基因。Ac基因，自主移動的調(diào)節(jié)因子。4.5 kb, 5個exon, 編碼轉(zhuǎn)座酶。Ds基因， 非自主移動的受體因子。 0.5-4.0 kb, 與Ac有同源序列。 插入引起色素不能合成。 C Ac 有色 C Ds 無色C Ds Ac色斑 插入序列(insertion sequence, IS) 僅含有轉(zhuǎn)座酶基因的簡單轉(zhuǎn)移序列。長度多在7001500bp

2、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) 常見的IS結(jié)構(gòu)IS 長度 末端IR 靶位DR 插入選擇IS1 768 23 9 隨機IS10 1329 22 9 TNAGCN IS50 1531 9 9 熱點轉(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 Tn 5 5700 KanR IS50 反向Tn10 9300 TetR IS10 反向Tn 9 2500 CamR

3、IS 1 正向轉(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 育果蠅P因子不育機理開放閱讀框 ORF 0ORF1ORF2ORF3 內(nèi)含子 1 2 3P因子表達差異：體細胞 ORF 0，1，2 66 KD轉(zhuǎn)座阻遏物生殖細胞 ORF 0，1，2，3 87KD轉(zhuǎn)座酶P型細胞質(zhì)：含66 KD轉(zhuǎn)座阻遏物M型細胞質(zhì)：不含66 KD轉(zhuǎn)座阻遏物 P雌 X P雄 含P因子轉(zhuǎn)座阻遏物 不含阻遏物 P因子不能轉(zhuǎn)移 可育 P雌 X M雄 含P因子轉(zhuǎn)座阻遏物 不含阻遏物 P因子不能轉(zhuǎn)移 可育

4、P雄 X M雌不含P因子轉(zhuǎn)座阻遏物 不含阻遏物 P因子能轉(zhuǎn)移 不育 重疊基因（overlapping gene) 1977年 Sanger X 174 Phage 5375bp 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。染色體外基因 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。mt DNA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，

5、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。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。 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：

6、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。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。 120217kb 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。染色體結(jié)構(gòu)的畸變 染色體基因組結(jié)構(gòu)大片段的改變。 缺失：染色體片段丟失。 重復(fù)：染色體區(qū)段增加。 倒位：染色體位置顛倒。 易位：非同源染色體片段位置互換。染色體缺失 中間染色體缺失：ABCDEF ABCD F 端點染色體缺失：ABCDEF ABCDE 缺失純合體：

7、A B C D F A B C D F 缺失雜合體： A B C D E F A B C D F 細胞學效應(yīng)： 同源染色體減數(shù)分裂配對 時形成弧狀結(jié)構(gòu)。 遺傳學效應(yīng)： 生物體表型突變或死亡。 缺失可產(chǎn)生擬顯性現(xiàn)象 玉米 ：紫色基因A 對綠色基因a顯性。綠色植株 a a X 紫色植株 AA 紫色 Aa UVAA花粉 X a a F1 綠色 紫色 花粉：正 常 _A 缺失A基因 _ 由于染色體顯性基因的缺失使得同源染色體上的隱性基因表達出性狀，這種現(xiàn)象稱擬顯性。染色體重復(fù) 重復(fù)： ABCDEF ABCDCDEF 重復(fù)純合體：ABCDCDEF ABCDCDEF 重復(fù)雜合體：ABCDEF ABCDCD

8、EF 細胞學效應(yīng)： 同源染色體減數(shù)分裂配對 時形成弧狀結(jié)構(gòu)。 遺傳學效應(yīng)： 生物體表型突變或死亡。動態(tài)突變(dynamic mutation)三核苷酸重復(fù) 由于三個核苷酸重復(fù)拷貝數(shù)目增加引起的突變，可引起人類多種遺傳性疾病。疾 病 密碼子 正常 有病亨亭頓舞蹈癥 CAG 1134 42100脆性X染色體綜合癥 CGG 654 250以上 強直性肌營養(yǎng)不良 CTG 530 50以上Fragile X syndrome Xq27.3上的CGG重復(fù)250拷貝以上，形成染色體縊痕，患者智力低下。DNA指紋 基因組中存在著多種重復(fù)序列，拷貝數(shù)從幾個到數(shù)十萬個，可分為串聯(lián)重復(fù)序列和分散重復(fù)序列。根據(jù)個體重

9、復(fù)序列拷貝的位置和數(shù)目的差異，使用限制性內(nèi)切酶，獲得具有個體特異性的DNA片段?？梢宰鳛橛H緣關(guān)系或個人身份的鑒定。 父親 母親 子1 子2 8kb 7kb 6kb 5kb 2kb 染色體倒位 倒位： ABCDEF。GH ABEDCF。GH 倒位純合體：ABEDCF。GH ABEDCF。GH 倒位雜合體：ABEDCF。GH ABCDEF。GH 細胞學效應(yīng)： 同源染色體減數(shù)分裂配對 時形成倒位環(huán)結(jié)構(gòu)。 遺傳學效應(yīng)： 抑制重組。平衡致死系 顯性性狀，隱性致死基因 Dd (展翅) X Dd(展翅) DD Dd d d 致死 展翅 野生型 保存致死基因 Cy + X Cy + + 1 + 1 Cy +

10、Cy + + 1 Cy + + 1 + 1 致死 雜合 致死染色體易位 易位： ABCDEF ABCDMN GHMN GHEF 重復(fù)雜合體：ABCDEF ABCDMN GHMN GHEF細胞學效應(yīng)： 同源染色體減數(shù)分裂配對 時形成十字狀結(jié)構(gòu)。 遺傳學效應(yīng)： 半不育。易位雜合體同源染色體配對 十字型配對圖：染色體數(shù)量的改變類 型 染色體組 整倍體單倍體(n) (ABCD)二倍體(2n) (ABCD) (ABCD)三倍體(3n) (ABCD)(ABCD)(ABCD)異源四倍體(4n) (ABCD)(ABCD)(EFGH)(EFGH)類型 染色體組 非整倍體單體 (2n-1) (ABCD)(ABC)

11、 缺體(2n-2) (ABC)(ABC) 三體(2n+1) (ABCD)(ABCD)(A)四體(2n+2) (ABCD)(ABCD)(A)(A)雙三體(2n+1+1) (ABCD)(ABCD)(A)(B)小麥的染色體組成 一粒小麥 (2n=14) 二粒小麥 (2n=28) 山羊草 (2n=14) 普通小麥(2n=42) 雜交類型 二粒(n=14) 普通(n=21) 一粒(n=7) 7 II+7 I 7 II+14 I 二粒(n=14) 14 II 14 II+ 7 I 山羊草(n=7) 21 I 7 II +14 I 分析出：普通小麥染色體組成AABBDD 異源六倍體 無籽西瓜之中制種： 2n

12、(無條紋) 4n(無條紋) X 2n(有條紋) 有條紋 無條紋 無籽 有籽 3n 4n 例題：同源四倍體植株Aaaa自交，預(yù)期產(chǎn)生的基因型和表型。(提示：四倍體染色體減數(shù)分裂時一般是2：2的均衡分離) 配 子 1/6 AA 4/6 Aa 1/6 aa 1/6AA 1/36AAAA 4/36AAAa 1/36AAaa 4/6Aa 4/36AAAa 16/36AAaa 4/36Aaaa 1/6aa 1/36AAaa 4/35Aaaa 1/36aaaa 基因型： AAAA AAAa AAaa Aaaa aaaa 1/36 8/36 18/36 8/36 1/36表型： 35 ： 1 單體基因定位無眼果蠅基因型 ey/e