第一章-基因與基因工程

1、生物技術(shù)專業(yè)核心課程-基因工程淮陰師范學(xué)院 高清松第二節(jié)第二節(jié) 基因與基因工程基因與基因工程v基因工程的創(chuàng)立與發(fā)展與基因的研究基因工程的創(chuàng)立與發(fā)展與基因的研究之間的內(nèi)在聯(lián)系之間的內(nèi)在聯(lián)系 基因的研究為基因工程的創(chuàng)立奠定了 堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，基因工程的誕生是 基因研究發(fā)展的必然結(jié)果； 基因工程技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，又深刻并有力地影響著基因的研究，使我們對(duì)基因本質(zhì)的認(rèn)識(shí)提高到了一個(gè)空前的高度。1 1 基因研究的發(fā)展基因研究的發(fā)展v基因的發(fā)展大體可劃分為三個(gè)階段基因的發(fā)展大體可劃分為三個(gè)階段基因的染色體遺傳學(xué)階段基因的染色體遺傳學(xué)階段( (細(xì)胞遺傳學(xué)細(xì)胞遺傳學(xué)): ): 2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代之前，

2、主要從細(xì)胞染色體水平上進(jìn)行研究。年代之前，主要從細(xì)胞染色體水平上進(jìn)行研究?；虻姆肿由飳W(xué)階段基因的分子生物學(xué)階段( (分子遺傳學(xué)分子遺傳學(xué)): ): 2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代之后，主要從年代之后，主要從DNADNA水平上進(jìn)行研究。水平上進(jìn)行研究?；蚬こ虒W(xué)階段基因工程學(xué)階段( (分子生物技術(shù)分子生物技術(shù)): ): 2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代，重組年代，重組DNADNA技術(shù)的建立，使基因的研究進(jìn)入技術(shù)的建立，使基因的研究進(jìn)入 了反向生物學(xué)研究階段。了反向生物學(xué)研究階段。5 5 3 3 5 5 5 5 3 3 3 3 2 DNA的分子結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)的分子結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)DNADNA分子中各脫氧核

3、苷酸之間以分子中各脫氧核苷酸之間以3 3 -5-5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接。不同的連接。不同的DNADNA分子具有分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。同的遺傳信息。5 3 DNADNA分子是脫氧核苷酸的多聚體。分子是脫氧核苷酸的多聚體。4 DNADNA堿基組成特點(diǎn)和規(guī)律堿基組成特點(diǎn)和規(guī)律不同物種間不同物種間DNADNA堿基組成一般是不同的；堿基組成一般是不同的；一個(gè)給定物種的一個(gè)給定物種的DNADNA堿基組成不因個(gè)體的年齡、營(yíng)養(yǎng)堿基組成不因個(gè)體的年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境改變而改變狀態(tài)和環(huán)境改變而改變 ； DNADNA堿基組成的堿基組成的Cha

4、rgaffChargaff定律：定律：腺嘌呤和胸腺嘧啶的腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，即摩爾數(shù)相等，即 A=TA=T；鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)；鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)也相等，即也相等，即G=CG=C；嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即；嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即A+G=C+TA+G=C+T。4 DNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)（Watson-Crick模型）模型）5 3 5 3 5 3 5 3 磷酸磷酸脫氧脫氧核糖核糖堿基堿基T-AT-A堿基對(duì)堿基對(duì)C-GC-G堿基對(duì)堿基對(duì)小溝小溝大溝大溝4 DNA復(fù)制的一般特點(diǎn)復(fù)制的一般特點(diǎn) 1 1、半保留復(fù)制、半保留復(fù)制2 2、固定的起點(diǎn)和方向、固定的起點(diǎn)和

5、方向3 3、半不連續(xù)、半不連續(xù) 4 4、需要、需要RNARNA作為引物作為引物5 5、需要模板、需要模板 v DNADNA的特性的特性 DNA的復(fù)制 DNA的半保留復(fù)制實(shí)驗(yàn)依據(jù) 19581958年年MeselsonMeselson & & stahlstahl用同位素示蹤用同位素示蹤標(biāo)記加密度梯度離心標(biāo)記加密度梯度離心技術(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn), ,證明了證明了DNADNA是采取半保留的方式是采取半保留的方式進(jìn)行復(fù)制進(jìn)行復(fù)制. .15N DNA原始原始分子分子14N- 15N DNA第一第一子代子代14N DNA14N- 15N DNA第二第二子代子代v DNADNA的特性的特性 DNA

6、的變性 是指雙螺旋之間氫鍵斷裂，是指雙螺旋之間氫鍵斷裂，雙螺旋解開，形成單鏈無(wú)規(guī)雙螺旋解開，形成單鏈無(wú)規(guī)則線團(tuán)，因而發(fā)生性質(zhì)改變則線團(tuán)，因而發(fā)生性質(zhì)改變（如粘度下降，沉降速度增（如粘度下降，沉降速度增加，浮力上升，紫外吸收增加，浮力上升，紫外吸收增加等），稱為加等），稱為DNADNA變性。變性。 4 增色效應(yīng)增色效應(yīng)（hyperchromic effect） 由于由于DNADNA在在260nm260nm處有最大吸收值，因此，可利處有最大吸收值，因此，可利用用DNADNA變性后波長(zhǎng)變性后波長(zhǎng)260nm260nm處紫外吸收的變化追蹤變性處紫外吸收的變化追蹤變性過(guò)程。過(guò)程。在在DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

7、模型中堿基藏于內(nèi)側(cè)，變性雙螺旋結(jié)構(gòu)模型中堿基藏于內(nèi)側(cè)，變性時(shí)由于雙螺旋解開，于是堿基外露，時(shí)由于雙螺旋解開，于是堿基外露，260nm260nm紫外吸紫外吸收值因而增加，這一現(xiàn)象稱為收值因而增加，這一現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)。增色效應(yīng)。4 熔解溫度熔解溫度（melting temperature, Tm）通常把通常把DNADNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)失去分子雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半時(shí)的溫度稱為一半時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)或熔解溫熔點(diǎn)或熔解溫度度（melting temperature, TmTm）。DNADNA的的TmTm一般在一般在70-8570-85之間。之間。1 1）DNADNA的均一性：均一性高的的均一性：均一性高的

8、DNADNA，TmTm值的范圍越窄；值的范圍越窄；DNA的的Tm值與以下因素有關(guān)：值與以下因素有關(guān)：2 2）溶劑的性質(zhì)：離子強(qiáng)度較低的介質(zhì)中，）溶劑的性質(zhì)：離子強(qiáng)度較低的介質(zhì)中，DNADNA的的TmTm值值較低，熔解溫度的范圍也較窄。因此，較低，熔解溫度的范圍也較窄。因此，DNADNA制劑不應(yīng)制劑不應(yīng)保存在離子強(qiáng)度過(guò)低的溶液中，一般保存在保存在離子強(qiáng)度過(guò)低的溶液中，一般保存在1M 1M NaClNaCl溶液中較穩(wěn)定；溶液中較穩(wěn)定； 3 3）G-CG-C含量：含量：G-CG-C含量越高，含量越高，TmTm值越高。值越高。v DNADNA的特性的特性 DNA的復(fù)性與雜交 復(fù)性復(fù)性( (renatu

9、rationrenaturation) )：變性變性DNADNA在適當(dāng)條件，二條在適當(dāng)條件，二條彼此分開的互補(bǔ)鏈重新結(jié)合，恢復(fù)原來(lái)的雙螺旋彼此分開的互補(bǔ)鏈重新結(jié)合，恢復(fù)原來(lái)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程稱為復(fù)性或退火結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程稱為復(fù)性或退火(annealing)(annealing)。雜交雜交(hybridization):(hybridization):當(dāng)當(dāng)DNADNA復(fù)性時(shí)，來(lái)源不同的復(fù)性時(shí)，來(lái)源不同的DNA(DNA(或或RNA)RNA)片段片段, ,按堿基互補(bǔ)關(guān)系形成雜交雙鏈分按堿基互補(bǔ)關(guān)系形成雜交雙鏈分子子 。 復(fù)性在基因工程中的應(yīng)用復(fù)性在基因工程中的應(yīng)用顯示不同生物體間的遺傳相關(guān)性；顯示

10、不同生物體間的遺傳相關(guān)性；檢測(cè)特定的檢測(cè)特定的DNADNA；考查某些序列在特定生物體考查某些序列在特定生物體DNADNA中的拷貝數(shù)；中的拷貝數(shù)；確定特定堿基序列在確定特定堿基序列在DNADNA中的位置；中的位置；分離克隆基因。分離克隆基因。12345CKSouthern bloting3 3 基因基因的定義的定義 經(jīng)典的基因概念：經(jīng)典的基因概念：在染色體或在染色體或DNADNA分子上，分子上，基因是成串珠似的一個(gè)挨一個(gè)地排列著，它基因是成串珠似的一個(gè)挨一個(gè)地排列著，它們之間是由非遺傳的物質(zhì)連接起來(lái)。交換只們之間是由非遺傳的物質(zhì)連接起來(lái)。交換只是在基因之間進(jìn)行，而不是在基因內(nèi)部發(fā)生。是在基因之間

11、進(jìn)行，而不是在基因內(nèi)部發(fā)生?；虻娜灰惑w論基因的三位一體論 遺傳功能單位遺傳功能單位 交換單位交換單位 突變單位突變單位 v 順?lè)醋痈拍畹奶岢鲰樂(lè)醋痈拍畹奶岢?4 19551955年，年，BenzerBenzer通過(guò)對(duì)噬菌體的研究提通過(guò)對(duì)噬菌體的研究提出了順?lè)醋映隽隧樂(lè)醋? (cistroncistron) )概念。概念。順?lè)醋禹樂(lè)醋? (cistroncistron) ) ：編碼一種完整多肽鏈編碼一種完整多肽鏈的核苷酸序列。這種多肽既可以是一種具有的核苷酸序列。這種多肽既可以是一種具有生物活性的蛋白質(zhì)，也可同別的多肽聚合形生物活性的蛋白質(zhì)，也可同別的多肽聚合形成多功能的蛋白質(zhì)。成多功能的蛋

12、白質(zhì)。 順?lè)醋邮枪δ軉挝?，順?lè)醋邮枪δ軉挝?，其最小交換單位其最小交換單位( (又稱又稱交換子交換子) )和最小突變單位和最小突變單位( (又稱突變子又稱突變子) )，都應(yīng)，都應(yīng)是是DNADNA分子中的一個(gè)核苷酸對(duì)。分子中的一個(gè)核苷酸對(duì)。 順?lè)醋痈拍畋砻鳎樂(lè)醋痈拍畋砻?，基因不是最小的單位，它基因不是最小的單位，它仍然是可分的；并非所有的仍然是可分的；并非所有的DNADNA序列都是基因，序列都是基因，而只有其中某一特定的多核苷酸區(qū)段才是基因而只有其中某一特定的多核苷酸區(qū)段才是基因的編碼區(qū)。的編碼區(qū)。 4基因基因就是合成有功能意義的蛋白質(zhì)多就是合成有功能意義的蛋白質(zhì)多肽鏈或肽鏈或RNARNA所必需

13、的全部核酸序列。所必需的全部核酸序列。v基因的分子定義：基因的分子定義：按照這個(gè)定義，一個(gè)基因應(yīng)包括按照這個(gè)定義，一個(gè)基因應(yīng)包括哪些部分？哪些部分？ ？4 4 基因的結(jié)構(gòu)基因的結(jié)構(gòu)1 1基因基因的組成部分的組成部分基因基因 編碼區(qū)編碼區(qū)(coding region) 非編碼區(qū)非編碼區(qū)(nocoding region) 啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)區(qū)(promoter region) 終止區(qū)終止區(qū)(terminator region) 4編碼區(qū)編碼區(qū)(coding region)(coding region)含有大量的遺傳密碼，包括起始密碼子含有大量的遺傳密碼，包括起始密碼子(AUG)(AUG)和和終止密碼子終止

14、密碼子(UAA, UAG(UAA, UAG或或UGA)UGA)，以及表達(dá)子，以及表達(dá)子( (exonexon) )。 4非編碼區(qū)非編碼區(qū)( (nocodingnocoding region) region)指基因分子結(jié)構(gòu)中存在的對(duì)于遺傳信息表達(dá)所必指基因分子結(jié)構(gòu)中存在的對(duì)于遺傳信息表達(dá)所必須的、但卻不能轉(zhuǎn)譯成蛋白質(zhì)多肽的須的、但卻不能轉(zhuǎn)譯成蛋白質(zhì)多肽的DNADNA序列序列 。 5 5 -UTR-UTR，即，即5 5 - -末端非轉(zhuǎn)譯區(qū)；末端非轉(zhuǎn)譯區(qū)；3 3 -UTR-UTR，即，即3 3 - -末端非轉(zhuǎn)譯區(qū)；末端非轉(zhuǎn)譯區(qū)；IntronIntron，即真核基因的間隔子序列。，即真核基因的間隔子序

15、列。4啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)區(qū)(promoter region) (promoter region) 指位于基因指位于基因5 5 上游的一段具有特殊功能的上游的一段具有特殊功能的DNADNA序序列區(qū)，列區(qū)，RNARNA聚合酶是通過(guò)同它結(jié)合作用而啟動(dòng)基因聚合酶是通過(guò)同它結(jié)合作用而啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。的轉(zhuǎn)錄。 4終止區(qū)終止區(qū)(terminator)(terminator)位于基因位于基因3 3 端下游外側(cè)與終止密碼子相連的一段非端下游外側(cè)與終止密碼子相連的一段非編碼的核苷酸短序列區(qū)，具有終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)的功能。編碼的核苷酸短序列區(qū)，具有終止轉(zhuǎn)錄信號(hào)的功能。 r按照按照基因的基因的定義，一個(gè)基因應(yīng)包括：定義，一個(gè)基因應(yīng)

16、包括： 編碼蛋白質(zhì)多肽鏈或編碼蛋白質(zhì)多肽鏈或RNARNA的核酸序列；的核酸序列； 保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列、保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列、5 5 端非翻譯序端非翻譯序列、內(nèi)含子、列、內(nèi)含子、3 3 端非翻譯序列等所有的核酸序端非翻譯序列等所有的核酸序列列。2 2原核基因原核基因的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)4原核基因原核基因的范圍的范圍原核基因原核基因( (ProkargoticProkargotic gene) gene)：系指由原核生系指由原核生物如大腸桿菌基因組的編碼基因，以及高等植物物如大腸桿菌基因組的編碼基因，以及高等植物葉綠體基因組的編碼基因，還有線粒體基因組的葉綠體基因組的編碼基因，還有線粒體基因組的

17、編碼基因，都是屬于原核基因。編碼基因，都是屬于原核基因。 TAATTTCCGAGGAAAACCTCGGAAAAAA反向回文序列反向回文序列反向回文序列反向回文序列終止區(qū)序列終止區(qū)序列+1-10-35轉(zhuǎn)錄區(qū)轉(zhuǎn)錄區(qū)終止區(qū)終止區(qū)啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)區(qū)5 5 上游上游3 3 下游下游原核基因的結(jié)構(gòu)原核基因的結(jié)構(gòu)T80A95t45A60A50T96T82T84G78A65C54a45 ATGttgacatataat TAA5 UTR3 UTRN5-9N17NNNNNNNNNNNN4原核基因原核基因的的mRNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)原核基因原核基因的的mRNA編碼區(qū)編碼區(qū)( (是連續(xù)不間斷的序列是連續(xù)不間斷的序列) ) 轉(zhuǎn)錄而不

18、轉(zhuǎn)譯的轉(zhuǎn)錄而不轉(zhuǎn)譯的5 5 -UTR-UTR轉(zhuǎn)錄而不轉(zhuǎn)譯的轉(zhuǎn)錄而不轉(zhuǎn)譯的3 3 -UTR-UTR4真核基因真核基因的范圍的范圍3 3真核基因真核基因的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)真核基因真核基因(Eukaryotic gene)(Eukaryotic gene)：系指由真核細(xì)胞系指由真核細(xì)胞基因組的編碼基因和感染真核細(xì)胞的基因組的編碼基因和感染真核細(xì)胞的DNADNA病毒及反病毒及反轉(zhuǎn)錄病毒基因組的編碼基因均屬于真核基因。轉(zhuǎn)錄病毒基因組的編碼基因均屬于真核基因。+1-20-70轉(zhuǎn)錄區(qū)轉(zhuǎn)錄區(qū)終止區(qū)終止區(qū)啟動(dòng)區(qū)啟動(dòng)區(qū)-80TATACCAATGC增強(qiáng)子增強(qiáng)子內(nèi)含子剪接點(diǎn)內(nèi)含子剪接點(diǎn)內(nèi)含子剪接點(diǎn)內(nèi)含子剪接點(diǎn)內(nèi)含子內(nèi)含子真

19、核基因的結(jié)構(gòu)真核基因的結(jié)構(gòu)加尾信號(hào)加尾信號(hào)ggccacacccggccaatctggggcatataa ATGCAACGGGCTTGTGCTAT5 UTRGTCACTCAGgtaaggcatataggccaa ctgcag TAGCAGCTGAATAAA3 UTR4真核基因真核基因的的mRNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)真核基因真核基因的的mRNA5 5 端帽的結(jié)構(gòu)端帽的結(jié)構(gòu) 5 5 -UTR-UTR3 3 端端poly(Apoly(A) )尾巴尾巴編碼區(qū)編碼區(qū)3 3 -UTR-UTRm7G5ppp-NmpNp-AUGCTTCAACGGUAA AAUAAAAAAAAA5 5 端帽的結(jié)構(gòu)端帽的結(jié)構(gòu) 3 3 端端po

20、ly(Apoly(A) )尾巴尾巴5 5 基因的類型基因的類型1 1根據(jù)產(chǎn)物類型分類根據(jù)產(chǎn)物類型分類結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因(Structural genes) 除了調(diào)節(jié)基因以外的編碼任何除了調(diào)節(jié)基因以外的編碼任何RNARNA或蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)產(chǎn)物的基因。產(chǎn)物的基因。 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因(Regulator genes) 其產(chǎn)物能夠控制另外一個(gè)基因或若干基因表其產(chǎn)物能夠控制另外一個(gè)基因或若干基因表達(dá)效率的基因。達(dá)效率的基因。 例如大腸桿菌例如大腸桿菌lac操縱子的操縱子的laci基因，其編碼基因，其編碼蛋白質(zhì)能夠控制蛋白質(zhì)能夠控制lac操縱子結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。操縱子結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。i基因POLac ZLac

21、 Ylac A無(wú)誘導(dǎo)物時(shí)阻遏物蛋白亞基 阻遏蛋白R(shí)NA聚合酶無(wú)誘導(dǎo)物時(shí)無(wú)誘導(dǎo)物時(shí) 葡萄糖葡萄糖(+), 乳糖乳糖()結(jié)構(gòu)基因表達(dá)關(guān)閉結(jié)構(gòu)基因表達(dá)關(guān)閉2 2根據(jù)表達(dá)特性根據(jù)表達(dá)特性組成基因組成基因(Constitutive genes) 又叫做看家基因又叫做看家基因(Housekeeping gene)，是一，是一類理論上在所有細(xì)胞類型中都能進(jìn)行表達(dá)、并為類理論上在所有細(xì)胞類型中都能進(jìn)行表達(dá)、并為所有類型細(xì)胞生存提供必需的基本功能的基因。所有類型細(xì)胞生存提供必需的基本功能的基因。誘導(dǎo)基因誘導(dǎo)基因(Inducible genes) 因環(huán)境中某種特殊物質(zhì)的存在而被誘導(dǎo)表達(dá)因環(huán)境中某種特殊物質(zhì)的存在而

22、被誘導(dǎo)表達(dá)的基因，叫做的基因，叫做“誘導(dǎo)型基因誘導(dǎo)型基因”，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱“誘導(dǎo)基因誘導(dǎo)基因”。3 3根據(jù)實(shí)驗(yàn)用途根據(jù)實(shí)驗(yàn)用途選擇基因選擇基因(Selectable genes) 是指可使被轉(zhuǎn)化的細(xì)胞獲得其親本細(xì)胞所不具是指可使被轉(zhuǎn)化的細(xì)胞獲得其親本細(xì)胞所不具備的新的遺傳特性，從而使得人們能夠使用特定的備的新的遺傳特性，從而使得人們能夠使用特定的選擇性培養(yǎng)基，將轉(zhuǎn)化的新細(xì)胞從其親本細(xì)胞群體選擇性培養(yǎng)基，將轉(zhuǎn)化的新細(xì)胞從其親本細(xì)胞群體中選擇出來(lái)的一類特殊的基因。中選擇出來(lái)的一類特殊的基因。 選擇基因選擇基因主要是一類編碼可使主要是一類編碼可使抗菌素抗菌素( (諸如氨諸如氨芐青霉素、潮霉素、鏈霉素、卡

23、那霉素等芐青霉素、潮霉素、鏈霉素、卡那霉素等) )或或除草除草劑劑失活的蛋白酶基因。失活的蛋白酶基因。 AmpAmp選擇培養(yǎng)基篩選選擇培養(yǎng)基篩選A. pBridge-GmMYBZ1 B. pBridge-GmMYBZ2C. pBridge-GmMYBJ6 D. pBridge-GmMYBJ7 D A B C C A B D A.CK B. GmMYBZ2C. GmMYBJ6 D. GmMYBJ7報(bào)告基因報(bào)告基因(reporter gene) 特指其編碼產(chǎn)物能被快速檢測(cè)，常用來(lái)判斷特指其編碼產(chǎn)物能被快速檢測(cè)，常用來(lái)判斷外源基因是否已經(jīng)成功地導(dǎo)入寄主細(xì)胞、器官或外源基因是否已經(jīng)成功地導(dǎo)入寄主細(xì)胞、

24、器官或組織的一類特殊的基因。組織的一類特殊的基因。 常用的報(bào)告基因有氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶常用的報(bào)告基因有氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶(CAT)基基因，因， - -葡萄糖醛酸糖苷酶葡萄糖醛酸糖苷酶(GUS)基因，以及綠色熒基因，以及綠色熒光蛋白光蛋白(green fluorescent protein, GFP)基因。基因。promoter-GUS expression pattern subcellular localization of the OsAbc1-2 protein 3 3根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)斷裂基因斷裂基因(split gene) 編碼序列不連續(xù)的間斷基因，即在其核苷酸編碼序列不連續(xù)的間斷

25、基因，即在其核苷酸序列中間插入了與氨基酸編碼無(wú)關(guān)的序列中間插入了與氨基酸編碼無(wú)關(guān)的DNADNA間隔區(qū)，間隔區(qū)，使一個(gè)基因分隔成若干個(gè)不連續(xù)的區(qū)段。使一個(gè)基因分隔成若干個(gè)不連續(xù)的區(qū)段。split gene移動(dòng)基因移動(dòng)基因(movable gene) 又叫跳躍基因或轉(zhuǎn)位因子，是指一種可以在又叫跳躍基因或轉(zhuǎn)位因子，是指一種可以在染色體基因組上移動(dòng)，甚至在不同染色體之間、染色體基因組上移動(dòng)，甚至在不同染色體之間、噬菌體及質(zhì)粒噬菌體及質(zhì)粒DNADNA之間躍遷的之間躍遷的DNA短片段。短片段。 1951年由年由Barbara Mclintock（麥克林托克）（麥克林托克）首次在玉米中發(fā)現(xiàn)了一種控制元件，首

26、次在玉米中發(fā)現(xiàn)了一種控制元件， 后后來(lái)這個(gè)元件被命名為轉(zhuǎn)座元件或轉(zhuǎn)座子。來(lái)這個(gè)元件被命名為轉(zhuǎn)座元件或轉(zhuǎn)座子。由此，由此，Barbara Mclintock在在1983年獲得了年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。諾貝爾獎(jiǎng)。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 不必借助同源序列就可移動(dòng)的不必借助同源序列就可移動(dòng)的DNADNA片段，即轉(zhuǎn)座作片段，即轉(zhuǎn)座作 用與供體和受體之間的序列無(wú)關(guān)。用與供體和受體之間的序列無(wú)關(guān)。 轉(zhuǎn)座序列可沿染色體移動(dòng)，也可在不同染色體間跳轉(zhuǎn)座序列可沿染色體移動(dòng)，也可在不同染色體間跳 躍（又稱之為跳躍基因）。躍（又稱之為跳躍基因）。 原核生物和真核生物均有轉(zhuǎn)座子。原核生物和真核生物均有轉(zhuǎn)座子。 玉米轉(zhuǎn)座因子對(duì)胚玉米轉(zhuǎn)座因

27、子對(duì)胚乳顏色的影響乳顏色的影響紫色紫色無(wú)色無(wú)色紫色斑點(diǎn)紫色斑點(diǎn)？假基因假基因(pseudogene) 指一類同野生型基因序列大部分同源，但由于指一類同野生型基因序列大部分同源，但由于突變而失去活性的畸變的核苷酸序列。突變而失去活性的畸變的核苷酸序列。重疊基因重疊基因(overlapping gene) 又叫嵌套基因又叫嵌套基因(nested gene)。系指核苷酸編碼序系指核苷酸編碼序列彼此重疊的、編碼不同蛋白質(zhì)的兩個(gè)或多個(gè)基因。列彼此重疊的、編碼不同蛋白質(zhì)的兩個(gè)或多個(gè)基因。重復(fù)基因重復(fù)基因(repeat gene) 以串聯(lián)方式重復(fù)排列在特定染色體上的某些多拷以串聯(lián)方式重復(fù)排列在特定染色體上的

28、某些多拷貝基因。如貝基因。如rRNArRNA基因、基因、tRNAtRNA基因等?；虻?。6 6 基因的表達(dá)基因的表達(dá)1 1正義鏈與反義鏈正義鏈與反義鏈4早期文獻(xiàn)：早期文獻(xiàn)：正義鏈正義鏈( (有意義鏈有意義鏈) )：雙鏈雙鏈DNADNA分子中轉(zhuǎn)錄成分子中轉(zhuǎn)錄成RNARNA 分子的模板鏈。分子的模板鏈。反義鏈反義鏈( (無(wú)意義鏈無(wú)意義鏈) )：與有意義鏈互補(bǔ)的與有意義鏈互補(bǔ)的DNADNA鏈。鏈。4現(xiàn)代文獻(xiàn)：現(xiàn)代文獻(xiàn)：反義鏈反義鏈(-(-鏈鏈) )：雙鏈雙鏈DNADNA分子中轉(zhuǎn)錄成分子中轉(zhuǎn)錄成RNARNA分子分子的模板鏈。的模板鏈。正義鏈正義鏈(+(+鏈鏈) )：雙鏈雙鏈DNADNA分子中的編碼鏈。

29、除了分子中的編碼鏈。除了以以T堿基取代堿基取代U堿基之外，與堿基之外，與RNARNA轉(zhuǎn)錄本具有同樣轉(zhuǎn)錄本具有同樣的序列結(jié)構(gòu)。的序列結(jié)構(gòu)。2 2基因的表達(dá)基因的表達(dá)基因表達(dá)：基因表達(dá)：基因通過(guò)基因通過(guò)DNADNA的轉(zhuǎn)錄和的轉(zhuǎn)錄和RNARNA的翻譯的翻譯等過(guò)程，將其所攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)等過(guò)程，將其所攜帶的遺傳信息轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)多肽鏈多肽鏈( (或或RNARNA轉(zhuǎn)錄本轉(zhuǎn)錄本) )的過(guò)程。的過(guò)程。4定義：定義：組成性表達(dá)組成性表達(dá)(constitutive expression)(constitutive expression)4基因表達(dá)的方式基因表達(dá)的方式 看看家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在

30、個(gè)體各家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個(gè)體各個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，個(gè)生長(zhǎng)階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達(dá)，或變化很小。這類基因表達(dá)視為基本的或或變化很小。這類基因表達(dá)視為基本的或組成性基組成性基因表達(dá)因表達(dá)。適應(yīng)型或調(diào)節(jié)型表達(dá)適應(yīng)型或調(diào)節(jié)型表達(dá)(adaptive or regulatory expression) 有一些基因表達(dá)極易受環(huán)境變化影響而改變，稱為有一些基因表達(dá)極易受環(huán)境變化影響而改變，稱為適應(yīng)型或調(diào)節(jié)型表達(dá)適應(yīng)型或調(diào)節(jié)型表達(dá)。在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)的基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增加，這種基因是可誘導(dǎo)的，基因被激活，基因表達(dá)產(chǎn)物增

31、加，這種基因是可誘導(dǎo)的，稱為稱為誘導(dǎo)誘導(dǎo)。相反，如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，相反，如果基因?qū)Νh(huán)境信號(hào)應(yīng)答時(shí)被抑制，基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低，稱為基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低，稱為阻遏阻遏。時(shí)間特異性：時(shí)間特異性：按功能需要，某一特定基因的表達(dá)按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，這是基因表達(dá)的時(shí)間嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，這是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性。段特異性。4基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性空間特異性：空間特異性：在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體

32、按不同組織空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性，又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。的空間特異性，又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。mRNAmRNA加工成熟水平上的調(diào)控加工成熟水平上的調(diào)控(differential processing of RNA transcript)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptional regulation)翻譯水平上的調(diào)控翻譯水平上的調(diào)控(differential translation of mRNA)3. 3. 基因的表達(dá)調(diào)控基因的表達(dá)調(diào)控4基因表達(dá)的調(diào)控水平基因表達(dá)的調(diào)控水平DNADNA水平上的調(diào)控水

33、平上的調(diào)控(regulation on DNA level)翻譯后水平上的調(diào)控翻譯后水平上的調(diào)控(differential post-translation of mRNA) DNA RNA反饋反饋(?)(?)轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄復(fù)復(fù)制制 翻譯翻譯 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)生理功能生理功能圖圖: 遺傳信息傳遞的遺傳信息傳遞的“中心法則中心法則”示意圖示意圖 （21世紀(jì)后修正的世紀(jì)后修正的 ）tRNA和和rRNA 小小RNA（microRNAs） 非編碼非編碼RNA（Non-codingRNA）4順式作用元件和反式作用因子順式作用元件和反式作用因子順式作用元件順式作用元件( (ciscis-acting element

34、-acting element):): 是指影響自身基因表達(dá)活性的是指影響自身基因表達(dá)活性的DNADNA序列（如轉(zhuǎn)序列（如轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子和增強(qiáng)子）。它作為一種原位錄啟動(dòng)子和增強(qiáng)子）。它作為一種原位（in situin situ）順序，其活性只影響與其自身處在同一個(gè)順序，其活性只影響與其自身處在同一個(gè)DNADNA分子上分子上的基因。的基因。 啟動(dòng)子啟動(dòng)子 起正性調(diào)控作用起正性調(diào)控作用 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 順式作用元件順式作用元件 起負(fù)性調(diào)控作用起負(fù)性調(diào)控作用 沉默子沉默子反式作用因子反式作用因子( (transtrans-acting factor-acting factor) )： 調(diào)控轉(zhuǎn)錄的各種蛋白因

35、子總稱反式作用因子。調(diào)控轉(zhuǎn)錄的各種蛋白因子總稱反式作用因子。其編碼基因與其識(shí)別或結(jié)合的靶核苷酸序列不在其編碼基因與其識(shí)別或結(jié)合的靶核苷酸序列不在同一個(gè)同一個(gè)DNADNA分子上。分子上。1.1.有關(guān)基因工程的名詞術(shù)語(yǔ)有關(guān)基因工程的名詞術(shù)語(yǔ) 遺傳工程遺傳工程(Genetic engineering)(Genetic engineering)基因工程基因工程(Gene engineering)(Gene engineering)基因操作基因操作(Gene manipulation)(Gene manipulation)重組重組DNADNA技術(shù)技術(shù)(Recombinant DNA technique)(Recombinant DNA technique)基因克隆基因克隆(Gene cloning)(Gene cloning)分子克隆分子克隆(