高中生物競賽輔導(dǎo)課件—DNA復(fù)制、基因表達(dá)、基因和人類基因組計(jì)劃

1、DNADNA的生物合成的生物合成lDNADNA復(fù)制的機(jī)制復(fù)制的機(jī)制lDNADNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)lDNADNA的復(fù)制過程的復(fù)制過程lDNA的損傷與修復(fù)的損傷與修復(fù)復(fù)制復(fù)制一、一、DNADNA復(fù)制的機(jī)制復(fù)制的機(jī)制DNADNA半保留半保留復(fù)制復(fù)制DNADNA半保留半保留復(fù)制的概念復(fù)制的概念 當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，DNA的雙鏈拆的雙鏈拆開并分為兩股單鏈，各自作為模板開并分為兩股單鏈，各自作為模板，用以合成新的互補(bǔ)鏈。在兩個(gè)子，用以合成新的互補(bǔ)鏈。在兩個(gè)子細(xì)胞中新合成的細(xì)胞中新合成的DNA雙鏈，都和雙鏈，都和母細(xì)胞的母細(xì)胞的DNA雙鏈的堿基序列完雙鏈的堿基序列完成一樣，其中一條鏈來自

2、親代，另成一樣，其中一條鏈來自親代，另一條鏈為新合成的。遺傳信息就這一條鏈為新合成的。遺傳信息就這樣高度準(zhǔn)確地從親代傳給子代。這樣高度準(zhǔn)確地從親代傳給子代。這種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制種復(fù)制方式稱為半保留復(fù)制 DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)依據(jù)： 1958年年 Meselson & Stahl E.coli 放射性同位素（放射性同位素（15N）標(biāo)記）標(biāo)記 CsCl密度梯度離心密度梯度離心StahlMeselson3. 半保留復(fù)制的證明半保留復(fù)制的證明2. 半保留復(fù)制的時(shí)期半保留復(fù)制的時(shí)期DNADNA半不連續(xù)半不連續(xù)復(fù)制復(fù)制子代子代DNA中中的一條鏈的合成是連續(xù)的，的一條鏈的

3、合成是連續(xù)的，另一條鏈的合成是不連續(xù)的，另一條鏈的合成是不連續(xù)的，DNADNA的這種復(fù)的這種復(fù)制制方式方式稱為半不連續(xù)復(fù)制。稱為半不連續(xù)復(fù)制。19681968年，岡崎的著名實(shí)驗(yàn)觀察到年，岡崎的著名實(shí)驗(yàn)觀察到DNADNA復(fù)制復(fù)制過程中，有一些不連續(xù)片段，稱為岡崎片過程中，有一些不連續(xù)片段，稱為岡崎片段。段。原核生物中岡崎片段約含原核生物中岡崎片段約含1000100020002000個(gè)個(gè)核苷酸，真核生物約為核苷酸，真核生物約為400400個(gè)核苷酸，個(gè)核苷酸，新新DNADNA的一條鏈?zhǔn)前吹囊粭l鏈?zhǔn)前? 5，3 3，方向（與復(fù)制方向（與復(fù)制叉移動(dòng)的方向一致）連續(xù)合成，稱為叉移動(dòng)的方向一致）連續(xù)合成，稱

4、為“前導(dǎo)前導(dǎo)鏈鏈”；另一條鏈的合成是不連續(xù)的，即先按；另一條鏈的合成是不連續(xù)的，即先按5 5，3 3，方向（與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相反）方向（與復(fù)制叉移動(dòng)的方向相反）合成岡崎片段，再連接成一條完整的鏈，合成岡崎片段，再連接成一條完整的鏈，稱為滯后鏈。稱為滯后鏈。DNADNA復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)復(fù)制的有關(guān)物質(zhì)DNADNA聚合酶聚合酶( (DDDP)DDDP)DNADNA聚合酶的性質(zhì)聚合酶的性質(zhì): :模板模板: : ssDNAssDNA引物引物: : RNARNA底物：底物： 四種四種dNTPdNTP輔助因子：輔助因子：MgMg2 2合成方向：合成方向：5 5-3-3方向延方向延伸伸原核生物原核生物DNAD

5、NA聚合酶聚合酶DNAPolDNAPolDNAPolDNAPolDNAPolDNAPol真核生物真核生物DNADNA聚合酶聚合酶亞基數(shù)44425分子量（KD)25036-38160-300170256細(xì)胞內(nèi)定位核核線粒體核核53聚合活性35外切活性功能復(fù)制、引發(fā)修復(fù)復(fù)制復(fù)制復(fù)制l動(dòng)物細(xì)胞和某些噬菌體動(dòng)物細(xì)胞和某些噬菌體連接酶連接酶-T T4 4連接酶（連接酶（以以ATPATP為能量）為能量）l大腸桿菌大腸桿菌DNADNA連接酶連接酶（以（以NADNAD+ +為能量）為能量）3.3.作用方式作用方式該酶可將該酶可將DNADNA中單鏈缺口上相鄰的兩個(gè)核苷酸，中單鏈缺口上相鄰的兩個(gè)核苷酸， 以磷酸二

6、酯鍵連接起來。以磷酸二酯鍵連接起來。需要能量需要能量需要鎂離子需要鎂離子1. 2. 拓樸異構(gòu)酶拓樸異構(gòu)酶(Topo )Topo )：其作用是使雙鏈其作用是使雙鏈DNADNA中的中的一股一股切斷，切斷，使鏈的末端沿著螺旋軸按雙螺旋反方向旋轉(zhuǎn)，超螺旋消除后再將切使鏈的末端沿著螺旋軸按雙螺旋反方向旋轉(zhuǎn)，超螺旋消除后再將切口封閉?？诜忾]。 DNADNA變?yōu)樗沙趹B(tài)。變?yōu)樗沙趹B(tài)。催化反應(yīng)不需催化反應(yīng)不需ATPATP。 拓樸異構(gòu)酶拓樸異構(gòu)酶(Topo )Topo )：又稱又稱DNADNA旋轉(zhuǎn)酶。旋轉(zhuǎn)酶。作用方式：作用方式：（1 1）是在）是在水解水解ATPATP的同時(shí)能迅速使的同時(shí)能迅速使DANDAN雙鏈雙

7、鏈斷開又接上，而使松斷開又接上，而使松弛態(tài)的弛態(tài)的DNADNA轉(zhuǎn)變?yōu)槌菪隣顟B(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)槌菪隣顟B(tài)，引入負(fù)超螺旋引入負(fù)超螺旋。（2 2）在）在沒有沒有ATPATP時(shí)，它又可使時(shí)，它又可使負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋DNADNA變?yōu)樗沙趹B(tài)。變?yōu)樗沙趹B(tài)。 解鏈酶（或稱解螺旋酶）解鏈酶（或稱解螺旋酶）: : 此酶通過水解此酶通過水解ATPATP以獲得能量去松開以獲得能量去松開雙股雙股DNADNA，每每解開一對核苷酸需水解解開一對核苷酸需水解2 2分子分子ATPATP。 復(fù)制時(shí)大部他復(fù)制時(shí)大部他DNADNA解鏈酶可以沿著滯后鏈模板的解鏈酶可以沿著滯后鏈模板的5 5，3 3，方向隨方向隨著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)，以解開雙

8、鏈。著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)，以解開雙鏈。引物酶與引物酶與RNARNA引物（引物（primase primase 與與primerprimer）單鏈單鏈DNADNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（SSBSSB） 它與單鏈它與單鏈DNADNA結(jié)合。結(jié)合。防止兩條單鏈防止兩條單鏈DNADNA重新形成雙螺旋。重新形成雙螺旋。保護(hù)單鏈保護(hù)單鏈DNADNA不被核酸酶水解。不被核酸酶水解。 RNARNA引物和引物酶引物和引物酶: : 多數(shù)情況下是以多數(shù)情況下是以RNARNA片段為引物，由引物酶片段為引物，由引物酶催化合成。引物酶是一種不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的催化合成。引物酶是一種不同于催化轉(zhuǎn)錄過程的RNARNA聚合酶。引物聚

9、合酶。引物酶通常需要和幾種蛋白質(zhì)因子結(jié)合形成引發(fā)體才能發(fā)揮作用。例如酶通常需要和幾種蛋白質(zhì)因子結(jié)合形成引發(fā)體才能發(fā)揮作用。例如大腸桿菌的大腸桿菌的dnadna蛋白能協(xié)助引物酶識(shí)別起始位點(diǎn)，并與起始部位結(jié)蛋白能協(xié)助引物酶識(shí)別起始位點(diǎn)，并與起始部位結(jié)合。合。 RNARNA引物的長度是不同的，在動(dòng)物細(xì)胞中引物長度約引物的長度是不同的，在動(dòng)物細(xì)胞中引物長度約1010個(gè)核苷個(gè)核苷酸，酸，第一個(gè)核苷酸常用第一個(gè)核苷酸常用ATPATP。細(xì)菌的細(xì)菌的引物為引物為5050100100個(gè)核苷酸，但個(gè)核苷酸，但也有僅也有僅2 24 4個(gè)核苷酸的。個(gè)核苷酸的。 真核生物真核生物引物為引物為1010個(gè)核苷酸左右。個(gè)核苷

10、酸左右。三、三、DNADNA的復(fù)制過程的復(fù)制過程辨識(shí)起始點(diǎn)辨識(shí)起始點(diǎn)RNARNA引物的合成引物的合成高級(jí)結(jié)構(gòu)的解除高級(jí)結(jié)構(gòu)的解除復(fù)制叉的移動(dòng)復(fù)制叉的移動(dòng)DNAPolDNAPol延模板滑動(dòng)延模板滑動(dòng)催化催化3 35 5- -P P二酯鍵形成二酯鍵形成RNARNA引物的切除引物的切除RNARNA引物的切除后填補(bǔ)引物的切除后填補(bǔ)缺口連接缺口連接1.4 DNA聚合酶的引物聚合酶的引物(primer) DNA復(fù)制為什么需要引物？復(fù)制為什么需要引物？ DNA聚合酶只能催化聚合酶只能催化dNTP到已有核酸鏈到已有核酸鏈的游離的游離3-OH上，而不能從游離核苷酸起上，而不能從游離核苷酸起始始DNA鏈的合成。鏈

11、的合成。 DNA聚合酶需要引物來提供聚合酶需要引物來提供3-OH末端，末端，然后在其上加入核苷酸來延伸然后在其上加入核苷酸來延伸DNA鏈。鏈。 復(fù)制叉復(fù)制叉（Replication fork）：染色體中參與復(fù)制的）：染色體中參與復(fù)制的活性區(qū)域，即復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn)。活性區(qū)域，即復(fù)制正在發(fā)生的位點(diǎn)。 復(fù)制眼（復(fù)制眼（replication eye）：）：電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制電子顯微鏡下觀察正在復(fù)制的的DNA，復(fù)制的區(qū)域形如一，復(fù)制的區(qū)域形如一只眼睛。只眼睛。2 DNA連接酶（連接酶（ DNA Ligase ） 1967年，世界上數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)該酶。年，世界上數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)該酶

12、。 2.1 基本性質(zhì)：能將兩段基本性質(zhì)：能將兩段DNA拼接起來的酶，催化拼接起來的酶，催化DNA相鄰的相鄰的5磷酸基團(tuán)和磷酸基團(tuán)和3羥基末斷之間形成磷酸羥基末斷之間形成磷酸二酯鍵，封閉二酯鍵，封閉DNA單鏈缺口。單鏈缺口。 基因表達(dá)：基因通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，產(chǎn)生蛋白質(zhì)產(chǎn)物和直接轉(zhuǎn)錄RNA參與生物功能的過程。 基因調(diào)控：涉及基因的啟動(dòng)關(guān)閉，活性的增加或減弱。發(fā)生在轉(zhuǎn)錄階段，轉(zhuǎn)錄后加工階段和翻譯階段。 負(fù)調(diào)控：阻遏蛋白結(jié)合在受控基因上時(shí)不表達(dá)，不結(jié)合時(shí)就表達(dá)的形式。 正調(diào)控：基因表達(dá)的活化物結(jié)合在受控基因上時(shí)，激活基因表達(dá)，不結(jié)合時(shí)就不表達(dá)的形式。( (一一) ) 大腸桿菌的乳糖操縱子模型大腸桿菌的乳

13、糖操縱子模型一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控 2 2）操縱基因）操縱基因(O)(O)：是是DNADNA上僅為上僅為26bp26bp的一小段序的一小段序列，不編碼蛋白質(zhì)，它是調(diào)節(jié)基因所編碼的阻遏蛋白列，不編碼蛋白質(zhì)，它是調(diào)節(jié)基因所編碼的阻遏蛋白的結(jié)合部位。操縱基因決定了的結(jié)合部位。操縱基因決定了RNARNA聚合酶是否能夠與聚合酶是否能夠與DNADNA序列上的啟動(dòng)子接觸從而沿著序列上的啟動(dòng)子接觸從而沿著DNADNA分子移動(dòng)，啟分子移動(dòng)，啟動(dòng)動(dòng)RNARNA的轉(zhuǎn)錄。的轉(zhuǎn)錄。對結(jié)構(gòu)基因起著對結(jié)構(gòu)基因起著“開關(guān)開關(guān)”的作用，直的作用，直接控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。接控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。一一

14、 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控阻遏蛋白阻遏蛋白)一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控( (二二) ) 色氨酸操縱子色氨酸操縱子1.1.阻遏物對色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控阻遏物對色氨酸操縱子的負(fù)調(diào)控 調(diào)控基因調(diào)控基因 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 催化分支酸

15、轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼岽呋种徂D(zhuǎn)變?yōu)樯彼?的酶的酶trpRtrp一一 、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 在真核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)其特點(diǎn)是在真核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)其特點(diǎn)是（1 1）多層次，）多層次，（2 2）無操縱子和衰減子）無操縱子和衰減子( (在色氨酸操縱子中存在一種在色氨酸操縱子中存在一種轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的衰減作用，用以終止和減轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)的衰減作用，用以終止和減弱轉(zhuǎn)錄。這種調(diào)節(jié)作用稱為弱轉(zhuǎn)錄。這種調(diào)節(jié)作用稱為衰減子衰減子) )（3 3）個(gè)體發(fā)育復(fù)）個(gè)體發(fā)育復(fù)雜，（雜，（4 4）受環(huán)境影響較?。┦墉h(huán)境影響較小

16、 在真核生物中，在真核生物中，DNA的三級(jí)超螺旋結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)結(jié)合，的三級(jí)超螺旋結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)結(jié)合，構(gòu)成染色質(zhì)的基本單位構(gòu)成染色質(zhì)的基本單位-核小體。其核心由組蛋白八聚體核小體。其核心由組蛋白八聚體(由由H2A、H2B、H3、H4各兩分子組成各兩分子組成)和盤繞其上的一段和盤繞其上的一段DNA雙鏈組成，連接區(qū)雙鏈組成，連接區(qū)含有組蛋白含有組蛋白H1和一小段和一小段DNA雙鏈雙鏈。核小體彼此連成串珠。核小體彼此連成串珠狀染色質(zhì)細(xì)絲，經(jīng)高度螺旋狀染色質(zhì)細(xì)絲，經(jīng)高度螺旋化形成染色質(zhì)纖維，進(jìn)一步化形成染色質(zhì)纖維，進(jìn)一步卷曲、折疊成染色單體。這卷曲、折疊成染色單體。這樣，樣，DNA的長度被壓縮近萬的長度被壓

17、縮近萬倍。倍。核小體可能通過阻止轉(zhuǎn)核小體可能通過阻止轉(zhuǎn)錄酶接近錄酶接近DNA分子的方式起分子的方式起到了調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。到了調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 多線染色體來源于核內(nèi)有絲分裂，多線染色體來源于核內(nèi)有絲分裂，即核內(nèi)即核內(nèi)DNA多次復(fù)制產(chǎn)生子染色體多次復(fù)制產(chǎn)生子染色體并行排列，且體細(xì)胞內(nèi)同源染色體并行排列，且體細(xì)胞內(nèi)同源染色體配對，緊密地結(jié)合在一起，從而阻配對，緊密地結(jié)合在一起，從而阻止了染色質(zhì)纖維的進(jìn)一步聚縮，形止了染色質(zhì)纖維的進(jìn)一步聚縮，形成體積很大的多線染色體。成體積很大的多線染色體。 光鏡下觀察多線染色體，可見一光鏡下觀察多線染色體，

18、可見一系列交替分布的帶和間帶，帶區(qū)的系列交替分布的帶和間帶，帶區(qū)的染色質(zhì)包裝程度比間帶染色質(zhì)包裝染色質(zhì)包裝程度比間帶染色質(zhì)包裝程度高得多，所以呈帶色較深間帶程度高得多，所以呈帶色較深間帶較淺的染色。多線染色體上的數(shù)目、較淺的染色。多線染色體上的數(shù)目、形態(tài)、大小及分布位置都很穩(wěn)定。形態(tài)、大小及分布位置都很穩(wěn)定。果蠅幼蟲唾液腺多線染色體果蠅幼蟲唾液腺多線染色體二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 個(gè)體發(fā)育的某個(gè)階段，多線個(gè)體發(fā)育的某個(gè)階段，多線染色體的某些區(qū)段變得疏松膨染色體的某些區(qū)段變得疏松膨大而形成脹泡。最大的脹泡叫大而形成脹泡。最大的脹泡叫Balbiani環(huán)。脹泡是基因活躍環(huán)

19、。脹泡是基因活躍轉(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志?？刂乒夀D(zhuǎn)錄的形態(tài)學(xué)標(biāo)志?？刂乒壎嗑€染色體基因轉(zhuǎn)錄的主要因多線染色體基因轉(zhuǎn)錄的主要因素之一就是蛻皮激素，這種激素之一就是蛻皮激素，這種激素水平在幼蟲發(fā)育期間周期性素水平在幼蟲發(fā)育期間周期性變化，從而誘導(dǎo)那些編碼每次變化，從而誘導(dǎo)那些編碼每次蛻皮和蛹化所需的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄。蛻皮和蛹化所需的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄。多線染色體的帶與脹泡多線染色體的帶與脹泡,(a) 帶與間帶帶與間帶;(b)脹泡脹泡二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活 在染色質(zhì)中可分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)，它們在細(xì)在染色質(zhì)中可分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)，它們在細(xì)胞中凝聚的時(shí)

20、期不同。異染色質(zhì)是包裝成胞中凝聚的時(shí)期不同。異染色質(zhì)是包裝成20-30nm20-30nm，不，不具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。它又分為組成性異染色質(zhì)和具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。它又分為組成性異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)。前者是指在各種細(xì)胞中，在整個(gè)細(xì)胞兼性異染色質(zhì)。前者是指在各種細(xì)胞中，在整個(gè)細(xì)胞周期內(nèi)都處于凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)，如著絲粒，端粒等周期內(nèi)都處于凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)，如著絲粒，端粒等。后者指在某些特定的細(xì)胞中，或在一定的發(fā)育時(shí)期。后者指在某些特定的細(xì)胞中，或在一定的發(fā)育時(shí)期和生理?xiàng)l件下凝聚，由常染色質(zhì)變成異染色質(zhì)，這本和生理?xiàng)l件下凝聚，由常染色質(zhì)變成異染色質(zhì)，這本身也是真核生物的一種表達(dá)調(diào)控的途經(jīng)。身也是真

21、核生物的一種表達(dá)調(diào)控的途經(jīng)。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控 在正常女性的細(xì)胞核核膜附近有一團(tuán)高度凝聚的染在正常女性的細(xì)胞核核膜附近有一團(tuán)高度凝聚的染色質(zhì)小體與性別及色質(zhì)小體與性別及X染色體的數(shù)目有關(guān)，稱為染色體的數(shù)目有關(guān)，稱為性染色質(zhì)性染色質(zhì)體體又名又名巴氏小體巴氏小體，在正常男性的細(xì)胞核中都沒有。正，在正常男性的細(xì)胞核中都沒有。正常的女性個(gè)體中有常的女性個(gè)體中有XX染色體，而它們的體細(xì)胞中有一染色體，而它們的體細(xì)胞中有一個(gè)巴氏小體。在正常男個(gè)巴氏小體。在正常男性個(gè)體中有性個(gè)體中有XY染色體，染色體，沒有巴氏小體。在帶有沒有巴氏小體。在帶有多條多條X染色體的個(gè)體，染色體的

22、個(gè)體，只有一條只有一條X染色體是有染色體是有活性的。巴氏小體的數(shù)活性的。巴氏小體的數(shù)目為目為X染色體的條數(shù)減染色體的條數(shù)減1。圖圖18-25 巴氏小體巴氏小體 (a) 正常女人的細(xì)胞，在核膜附正常女人的細(xì)胞，在核膜附近存在巴氏小體近存在巴氏小體(箭頭所指箭頭所指)；(b ) 正常男人的細(xì)胞，正常男人的細(xì)胞，在核膜附近無巴氏小體在核膜附近無巴氏小體(轉(zhuǎn)引自轉(zhuǎn)引自Russell,1992) 二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活 1961 1961年提出了年提出了萊昂假說，萊昂假說，其主要論點(diǎn)是：巴爾其主要論點(diǎn)是：巴爾小體是一個(gè)失活的小體是一個(gè)失活的X

23、X染色體，失活的過程就稱為萊昂染色體，失活的過程就稱為萊昂化；在哺乳動(dòng)物中，雌雄個(gè)體細(xì)胞中的兩個(gè)化；在哺乳動(dòng)物中，雌雄個(gè)體細(xì)胞中的兩個(gè)X X染色染色體中有一個(gè)體中有一個(gè)X X染色體在受精后的第染色體在受精后的第1616天（受精卵增殖天（受精卵增殖到到5000-60005000-6000，植入子宮壁時(shí)）失活；兩條，植入子宮壁時(shí)）失活；兩條X X染色體染色體中哪一條失活是隨機(jī)的；中哪一條失活是隨機(jī)的；X X染色體失活后，在細(xì)胞染色體失活后，在細(xì)胞繼續(xù)分裂形成的克隆中，此條染色體都是失活的；繼續(xù)分裂形成的克隆中，此條染色體都是失活的；生殖細(xì)胞形成時(shí)失活的生殖細(xì)胞形成時(shí)失活的X X染色體可得到恢復(fù)。染

24、色體可得到恢復(fù)。二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活 實(shí)例：實(shí)例：三色貓（又叫做玳瑁貓）的雌性個(gè)體腹部的三色貓（又叫做玳瑁貓）的雌性個(gè)體腹部的毛是白色的，背部和頭部的皮毛由桔黃色和黑色斑組毛是白色的，背部和頭部的皮毛由桔黃色和黑色斑組成。這種雌貓是一個(gè)成。這種雌貓是一個(gè)X-X-連鎖基因雜合體，連鎖基因雜合體，X-X-連鎖的連鎖的b b基基因控制橙色毛皮，其等位因控制橙色毛皮，其等位基因基因B B是控制黑色的毛皮。是控制黑色的毛皮?；蚴腔蚴荴 Xb b染色體若失活，染色體若失活，X XB B表達(dá)，產(chǎn)生黑色毛斑，表達(dá)，產(chǎn)生黑色毛斑，若基因是若基因是

25、X XB B染色體失活，染色體失活，X Xb b表達(dá)，則產(chǎn)生橙黃色毛表達(dá)，則產(chǎn)生橙黃色毛斑。斑。 三色貓三色貓二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控2.異染色質(zhì)化與基因的表達(dá)失活二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控二、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控基因是一段有功能的基因是一段有功能的DNADNA序列序列 DNADNA雙螺旋模型雙螺旋模型 19531953年年 WatsonWatson和和Cri

26、ckCrick提出提出 遺傳中心法則遺傳中心法則 19571957年年 CrickCrick提出提出 順反互補(bǔ)試驗(yàn)順反互補(bǔ)試驗(yàn) 19551955年年 BenzerBenzer提出：順反子提出：順反子 三聯(lián)遺傳密碼的破譯三聯(lián)遺傳密碼的破譯 NirenbergNirenberg等等 1961-671961-67年：年： 7070年代：可移動(dòng)基因的證實(shí)、隔裂基因和重疊年代：可移動(dòng)基因的證實(shí)、隔裂基因和重疊 基因的發(fā)現(xiàn)等?；虻陌l(fā)現(xiàn)等。7 7 近代基因的概念近代基因的概念：基因是一段有功能的基因是一段有功能的DNADNA序列，序列，基因是遺傳的功能單位，基因是遺傳的功能單位，DNA分子中不同排分子中不

27、同排列順序的列順序的DNA片段構(gòu)成特定的功能單位；片段構(gòu)成特定的功能單位； 可轉(zhuǎn)錄、可翻譯的（可轉(zhuǎn)錄、可翻譯的（結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因：能夠編碼多肽：能夠編碼多肽鏈的基因鏈的基因 ) 可轉(zhuǎn)錄但不翻譯可轉(zhuǎn)錄但不翻譯( tDNA, rDNA) 不轉(zhuǎn)錄、不翻譯不轉(zhuǎn)錄、不翻譯 (調(diào)控基因調(diào)控基因：調(diào)控：調(diào)控鄰近的結(jié)構(gòu)基因鄰近的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，如：的表達(dá)，如：啟動(dòng)基因，操縱基因啟動(dòng)基因，操縱基因) 基因的類型基因的類型不是所有的基因都能為蛋白質(zhì)編碼不是所有的基因都能為蛋白質(zhì)編碼 1、 割裂基因（割裂基因（splitting gene） 不連續(xù)基因不連續(xù)基因 斷裂基因斷裂基因n發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)：1977 美美Shar

28、p & Roberts 同時(shí)同時(shí)發(fā)現(xiàn)了斷裂基因發(fā)現(xiàn)了斷裂基因n 通過成熟通過成熟mRNA（或（或cDNA） 與編碼基因與編碼基因的的DNA雜交雜交試驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)。試驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)。Richard J. Roberts Phillip A. Sharp Nobel Prize 1993雞卵清蛋白基雞卵清蛋白基因因DNA與其與其mRNA雜交圖雜交圖 割裂基因：割裂基因：基因的編碼序列在基因的編碼序列在DNA上不是連續(xù)上不是連續(xù)的，而是被不編碼的序列隔開。的，而是被不編碼的序列隔開。 外顯子外顯子Exon ：基因中編碼的序列，與：基因中編碼的序列，與mRNA的序列相對應(yīng)。的序列相對應(yīng)。 內(nèi)含子內(nèi)含子I

29、ntron ：基因中不編碼的序列。：基因中不編碼的序列。Precursor mRNA (pre-mRNA)Heterogeneous nuclear RNA (HnRNA)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄物又稱為真核生物基因的轉(zhuǎn)錄物又稱為 所以真核生物基因又稱為所以真核生物基因又稱為 SplittinggeneInterruptedgene間隔基因，斷裂基因間隔基因，斷裂基因前體前體mRNA, 核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一 RNA由于真核生物的絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因都含有內(nèi)含子由于真核生物的絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因都含有內(nèi)含子 剪接剪接: 前體前體RNA中由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄下來的序列去除，中由內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄下來的序列去除，并把由外顯子轉(zhuǎn)錄

30、的并把由外顯子轉(zhuǎn)錄的RNA序列連接起來的過程。序列連接起來的過程。割裂基因割裂基因前體前體mRNAIntrons 去除去除Exons 連接連接剪接剪接割裂基因割裂基因的分布的分布a) a) 真核生物中：真核生物中：絕大部分結(jié)構(gòu)基因絕大部分結(jié)構(gòu)基因 tDNA, rDNA tDNA, rDNA mtDNA, cpDNA mtDNA, cpDNAb) b) 原核生物中：原核生物中：SV40 SV40 大大T T 抗原抗原gene gene 小小t t 抗原抗原 gene gene T4 T4 噬菌體的胸苷合成酶噬菌體的胸苷合成酶 genegene1017 bp intron 1017 bp intr

31、on Splitting gene Splitting gene 并非真核生物所特有并非真核生物所特有c) 并非真核生物所有的結(jié)構(gòu)基因均為并非真核生物所有的結(jié)構(gòu)基因均為splitting genesplitting gene 不是不是splitting splitting genegene組蛋白基因家族組蛋白基因家族 干擾素干擾素酵母酵母中多數(shù)基因中多數(shù)基因割裂基因的性質(zhì)：割裂基因的性質(zhì)：1）外顯子在基因中的排列順序和它在成熟）外顯子在基因中的排列順序和它在成熟mRNA產(chǎn)物中的排列順序是相同的產(chǎn)物中的排列順序是相同的;2）某種割裂基因在所有組織中都有）某種割裂基因在所有組織中都有相同的內(nèi)含子相

32、同的內(nèi)含子成分成分;3）核基因的內(nèi)含子的可讀框）核基因的內(nèi)含子的可讀框通常通常含無義密碼子，含無義密碼子，沒有編碼功能沒有編碼功能;4）通常內(nèi)含子上發(fā)生的突變不能影響蛋白質(zhì)的結(jié)）通常內(nèi)含子上發(fā)生的突變不能影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其突變對生物體沒有影響；但也有例外。構(gòu)，其突變對生物體沒有影響；但也有例外。1 1 重疊基因的概念重疊基因的概念 重疊基因：是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因共有重疊基因：是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因共有 一段一段DNADNA序列。序列。2 2 重疊基因的發(fā)現(xiàn)：重疊基因的發(fā)現(xiàn)：19781978年，年，SangerSanger，F(xiàn)eir X174DNAX174DNA全長：全長：5386538

33、6核苷酸核苷酸 編碼的編碼的9 9種蛋白全長：種蛋白全長：20002000個(gè)氨基酸；個(gè)氨基酸； 3X2000 = 60003X2000 = 6000核苷酸核苷酸 噬菌體噬菌體G4、MS2和和SV40中都發(fā)現(xiàn)了重疊基因中都發(fā)現(xiàn)了重疊基因 原核生物的重疊基因原核生物的重疊基因3 基因重疊的方式基因重疊的方式 1） 大基因內(nèi)包含小基因大基因內(nèi)包含小基因： 如：如：B基因包含在基因包含在A基因內(nèi)，基因內(nèi)，E基因完全包含在基因完全包含在D基因內(nèi)。基因內(nèi)。 2） 前后兩基因首尾重疊：前后兩基因首尾重疊： 例例1： 如：基因如：基因D 終止終止 X174DNA序列：序列：5TAATG3 重疊一個(gè)堿基重疊一個(gè)

34、堿基 基因基因J 起始起始 例例2： 如：基因如：基因A 終止終止 X174DNA序列序列 5ATGA3 重疊重疊4個(gè)堿基個(gè)堿基 基因基因C 起始起始 根據(jù)密碼子的起始位置，根據(jù)密碼子的起始位置，一個(gè)一個(gè)DNA順序可能有順序可能有3種種閱讀框閱讀框 例如，序列例如，序列ATTCGATCGCAACAA A ATT CGA TCGA TTC GAT CGC AAAT TCG ATC GCA（1）（3）（2）n但只有一種具有編碼的作用，稱為但只有一種具有編碼的作用，稱為開放閱讀框開放閱讀框。n開放閱讀框開放閱讀框：基因序列的一部分，包含一段可以基因序列的一部分，包含一段可以編碼蛋白的堿基序列，不能被

35、終止子打斷。編碼蛋白的堿基序列，不能被終止子打斷。 (2013高考山東卷高考山東卷) 某二倍體植物寬葉某二倍體植物寬葉(M)對窄葉對窄葉(m)為為顯性，高莖顯性，高莖(H)對矮莖對矮莖(h)為顯性，紅花為顯性，紅花(R)對白花對白花(r)為為顯性?；蝻@性?；騇、m與基因與基因R、r在在2號(hào)染色體上，基因號(hào)染色體上，基因H、h在在4號(hào)染色體上。號(hào)染色體上。 (1)基因基因M、R編碼各自蛋白質(zhì)前編碼各自蛋白質(zhì)前3個(gè)氨基酸的個(gè)氨基酸的DNA序列序列如右圖，起始密碼子均為如右圖，起始密碼子均為AUG。若基因。若基因M的的b鏈中箭頭鏈中箭頭所指堿基所指堿基C突變?yōu)橥蛔優(yōu)锳，其對應(yīng)的密碼子將由，其對應(yīng)

36、的密碼子將由_變變?yōu)闉開。正常情況下，基因。正常情況下，基因R在細(xì)胞中最多有在細(xì)胞中最多有_個(gè)，其轉(zhuǎn)錄時(shí)的模板位于個(gè)，其轉(zhuǎn)錄時(shí)的模板位于_(填填“a”或或“b”)鏈中。鏈中。GUCUUC4a 果蠅蛹上皮蛋白質(zhì)基因果蠅蛹上皮蛋白質(zhì)基因位于另一個(gè)基因的內(nèi)含子之中位于另一個(gè)基因的內(nèi)含子之中 人人I型神經(jīng)纖維瘤型神經(jīng)纖維瘤(NF1)基因基因的第一個(gè)內(nèi)含子中有三個(gè)編的第一個(gè)內(nèi)含子中有三個(gè)編碼蛋白質(zhì)的基因，碼蛋白質(zhì)的基因， 其轉(zhuǎn)錄方向與其轉(zhuǎn)錄方向與NF1的相反。的相反。 線蟲基因組中每個(gè)基因平均有線蟲基因組中每個(gè)基因平均有5個(gè)內(nèi)含子，有的內(nèi)含子個(gè)內(nèi)含子，有的內(nèi)含子中包含中包含tRNA基因，其轉(zhuǎn)錄方向不一定

37、與基因，其轉(zhuǎn)錄方向不一定與包含它的基因包含它的基因的轉(zhuǎn)錄方向一致。的轉(zhuǎn)錄方向一致。 可見，兩個(gè)重疊基因的轉(zhuǎn)錄是各自獨(dú)立、互不依賴可見，兩個(gè)重疊基因的轉(zhuǎn)錄是各自獨(dú)立、互不依賴。4、真核生物的重疊基因、真核生物的重疊基因真核生物的重疊基因真核生物的重疊基因（1）取決于它所包含的內(nèi)含子的長度）取決于它所包含的內(nèi)含子的長度 例如：例如：31Kb的的二氫葉酸還原酶基因二氫葉酸還原酶基因含含6個(gè)外顯個(gè)外顯子，子，mRNA長度為長度為2Kb，內(nèi)含子長，內(nèi)含子長29Kb，內(nèi)含，內(nèi)含子比外顯子大很多。子比外顯子大很多。 在進(jìn)化相關(guān)的相似組織的基因，其外顯子基本在進(jìn)化相關(guān)的相似組織的基因，其外顯子基本一致，內(nèi)含子

38、的位置也是保守的，只是長度有一致，內(nèi)含子的位置也是保守的，只是長度有變化。變化。 如小鼠的如小鼠的a-珠蛋白基因長度珠蛋白基因長度850bp，b-珠蛋白珠蛋白1382bp，兩個(gè)的，兩個(gè)的mRNA卻大小差不多。卻大小差不多?；虻拇笮』虻拇笮。?）取決于所包含的內(nèi)含子的數(shù)目）取決于所包含的內(nèi)含子的數(shù)目 不同生物的外顯子數(shù)目隨著進(jìn)化增加，基因不同生物的外顯子數(shù)目隨著進(jìn)化增加，基因平均長度也在增加。平均長度也在增加。 基因組（基因組（genome）：指一個(gè)物種單倍體的染色：指一個(gè)物種單倍體的染色體所攜帶的一整套基因。體所攜帶的一整套基因。 2 基因組：基因組： 例：人類與例：人類與E.coli編碼

39、基因數(shù)目的比較編碼基因數(shù)目的比較 E.coli. 4.2 X 106bp 編碼約編碼約3000種基因種基因 人類人類 3.3 X 109 bp 大腸桿菌的大腸桿菌的700多倍多倍 有上百萬個(gè)基因？有上百萬個(gè)基因？ 根據(jù)不同細(xì)胞中的根據(jù)不同細(xì)胞中的 mRNA數(shù)目估算表達(dá)基因數(shù)目估算表達(dá)基因 人類編碼基因約為人類編碼基因約為3-4 萬個(gè)萬個(gè) 約為大腸桿菌的約為大腸桿菌的30倍，那么倍，那么90以上的以上的DNA功能何在？功能何在？果蠅基因組的基因果蠅基因組的基因 與預(yù)期的編碼蛋白質(zhì)的基因的數(shù)量相比，基因組的與預(yù)期的編碼蛋白質(zhì)的基因的數(shù)量相比，基因組的DNADNA含量過多含量過多真核生物與原核生物基

40、因組的比較：真核生物與原核生物基因組的比較：1）真核生物基因分布在多個(gè)染色體上，而原核生物只一個(gè)染）真核生物基因分布在多個(gè)染色體上，而原核生物只一個(gè)染色體。色體。2）真核生物在基因組轉(zhuǎn)錄后的絕大部分前體）真核生物在基因組轉(zhuǎn)錄后的絕大部分前體RNA必須經(jīng)過剪必須經(jīng)過剪接過程才能形成成熟的接過程才能形成成熟的mRNA，而原核生物的基因幾乎不，而原核生物的基因幾乎不需要轉(zhuǎn)錄后加工。需要轉(zhuǎn)錄后加工。3）真核生物細(xì)胞中）真核生物細(xì)胞中DNA與組蛋白和大量非組蛋白結(jié)合，并有與組蛋白和大量非組蛋白結(jié)合，并有核膜將其與細(xì)胞質(zhì)隔離，結(jié)果真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)核膜將其與細(xì)胞質(zhì)隔離，結(jié)果真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間

41、上和空間上都是分離的，而原核細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯間上和空間上都是分離的，而原核細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄和翻譯是同步的。是同步的。4）真核生物的基因是不連續(xù)的，中間存在不被翻譯的內(nèi)含子）真核生物的基因是不連續(xù)的，中間存在不被翻譯的內(nèi)含子序列，而原核生物幾乎每一個(gè)基因都是完整的連續(xù)的序列，而原核生物幾乎每一個(gè)基因都是完整的連續(xù)的DNA片段。片段。3 基因組大小和基因組大小和C值值 C值值 (C Value)：在每一種生物中其單倍體基因組在每一種生物中其單倍體基因組的的DNA總量是特異的?？偭渴翘禺惖?。 DNA的長度是根據(jù)堿基對的多少推算出來的。的長度是根據(jù)堿基對的多少推算出來的。 C值是每種生物的一個(gè)特征，

42、不同生物之間差別值是每種生物的一個(gè)特征，不同生物之間差別很大很大顯花植物鳥類哺乳類爬行類兩棲類骨魚類軟骨魚類棘皮類甲殼類昆蟲類軟體動(dòng)物蠕蟲類酶菌藻類真菌革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌枝原體 106 107 108 109 1010 1011圖 10-37 不同門類生物的 C 值分布(仿 B.Lewin:GENES,1997,Fig21.1) 低等真核生物中與形態(tài)學(xué)復(fù)雜程度相關(guān)，低等真核生物中與形態(tài)學(xué)復(fù)雜程度相關(guān)，但高等真核生物中變化很大但高等真核生物中變化很大 生物體進(jìn)化程度高低與生物體進(jìn)化程度高低與C值不值不成明顯線性相關(guān)成明顯線性相關(guān) 親緣關(guān)系相近的生物親緣關(guān)系相近的生物C值相差值相差較大。較大

43、。 高等生物的高等生物的C值不一定就意味值不一定就意味著它的著它的C值高于比它低等的生值高于比它低等的生物。物。 C值矛盾值矛盾/ C值悖論：值悖論：C值和生值和生物結(jié)構(gòu)或組成的復(fù)雜性不一物結(jié)構(gòu)或組成的復(fù)雜性不一致的現(xiàn)象。致的現(xiàn)象。 C值變化范圍寬意味著在某些值變化范圍寬意味著在某些生物中有生物中有DNA是不編碼的。是不編碼的。顯 花 植 物鳥 類哺 乳 類爬 行 類兩 棲 類骨 魚 類軟 骨 魚 類棘 皮 類甲 殼 類昆 蟲 類軟 體 動(dòng) 物蠕 蟲 類酶 菌藻 類真 菌革 蘭 氏 陽 性 菌革 蘭 氏 陰 性 菌枝 原 體 106 107 108 109 1010 1011圖 10-37 不

44、 同 門 類 生 物 的 C值 分 布 (仿 B .L ew in: G E N E S ,1997,Fig21.1)某些生物的基因組數(shù)據(jù)物種 基因組大小 基因數(shù)目 基因長度X1740.7kb10噬菌體45Kb100大腸桿菌4.2Mb42001.2kb釀酒酵母13.5Mb63001.4kb果蠅14Mb1200011.3kb人3.3Gb3500016.3kb擬南芥70Gb250004 基因組的基因數(shù)目基因組的基因數(shù)目真核生物基因組的重復(fù)序列真核生物基因組的重復(fù)序列根據(jù)復(fù)性動(dòng)力學(xué)研究將真核生物根據(jù)復(fù)性動(dòng)力學(xué)研究將真核生物DNA序列歸類：序列歸類：p 單拷貝序列單拷貝序列p 輕度重復(fù)序列輕度重復(fù)序列

45、p 中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列p 高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列 1）單拷貝序列）單拷貝序列(single copy sequences) 又稱非重復(fù)序列：又稱非重復(fù)序列： 一個(gè)基因組中只有一個(gè)拷貝。一個(gè)基因組中只有一個(gè)拷貝。 慢復(fù)性速度慢復(fù)性速度 單一序列的復(fù)性曲線常只有一個(gè)拐點(diǎn)，而重復(fù)序單一序列的復(fù)性曲線常只有一個(gè)拐點(diǎn)，而重復(fù)序列常有多個(gè)拐點(diǎn)。列常有多個(gè)拐點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 (蛋白質(zhì)基因蛋白質(zhì)基因)大多是單拷貝序列。大多是單拷貝序列。2）輕度重復(fù)序列）輕度重復(fù)序列(light repetitive sequences) 在基因組中重復(fù)數(shù)在基因組中重復(fù)數(shù)2-10的重復(fù)順序，的重復(fù)順序， 為慢復(fù)性

46、速度。為慢復(fù)性速度。 少數(shù)在基因組中成串排列在一個(gè)區(qū)域，大多數(shù)與少數(shù)在基因組中成串排列在一個(gè)區(qū)域，大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列。單拷貝基因間隔排列。 多為多為編碼功能的序列編碼功能的序列3）中度重復(fù)序列）中度重復(fù)序列(moderate repetitive sequences) 基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬（基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬（105）次的重復(fù)順序，）次的重復(fù)順序， 復(fù)性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復(fù)順序。復(fù)性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復(fù)順序。 多與單拷貝基因間隔排列。多與單拷貝基因間隔排列。 多為非編碼序列多為非編碼序列，如，如Alu序列序列 也有編碼基因也有編碼基因產(chǎn)物的，如產(chǎn)物的，如r

47、DNA、tDNA、組蛋白、組蛋白基因基因家族家族, 一般往往以基因家族的形式組織。一般往往以基因家族的形式組織。4）高度重復(fù)序列）高度重復(fù)序列(highly repetitive sequences) 在基因組中重復(fù)頻率高，可達(dá)百萬在基因組中重復(fù)頻率高，可達(dá)百萬(106)以上，以上， 復(fù)性速度很快。復(fù)性速度很快。 序列一般較短，長序列一般較短，長10-300bp， 如真核生物的如真核生物的衛(wèi)星衛(wèi)星DNA。衛(wèi)星 DNA序列螃蟹螃蟹2ATATAT.果蠅果蠅5ATAATATAAT.老鼠老鼠9GAAAAATGAGAAAAATGA重復(fù)堿基數(shù)重復(fù)堿基數(shù) 序列序列 ，內(nèi)含子、啟動(dòng)子，內(nèi)含子、啟動(dòng)子人類人類基

48、因組基因組計(jì)劃計(jì)劃(human genome project, HGP)是由是由美美國國科學(xué)家于科學(xué)家于1985年率先提出，于年率先提出，于1990年正式啟動(dòng)的。美國、年正式啟動(dòng)的。美國、英國、法國、德國、日本和我國科學(xué)家共同參與了這一英國、法國、德國、日本和我國科學(xué)家共同參與了這一30億億美元的人類基因組計(jì)劃。這一計(jì)劃旨在為美元的人類基因組計(jì)劃。這一計(jì)劃旨在為30多億個(gè)多億個(gè)堿基堿基對構(gòu)對構(gòu)成的人類基因組精確測序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在成的人類基因組精確測序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染染色體色體上的位置，破譯人類全部上的位置，破譯人類全部遺傳信息遺傳信息。與曼哈頓原子彈計(jì)。與曼哈頓原子

49、彈計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。劃和阿波羅計(jì)劃并稱為三大科學(xué)計(jì)劃。 舉世矚目的人類基因組研究計(jì)劃舉世矚目的人類基因組研究計(jì)劃 美國聯(lián)邦政府雄心勃勃的人類基因組計(jì)劃歷時(shí)美國聯(lián)邦政府雄心勃勃的人類基因組計(jì)劃歷時(shí)15年，年，(19912005），耗資），耗資30億美元，完成全部人類基億美元，完成全部人類基因的測序工作。因的測序工作。1994年低，一張覆蓋整個(gè)基因組的人年低，一張覆蓋整個(gè)基因組的人類遺傳圖譜已經(jīng)完成，而高質(zhì)量的物理圖譜也已能覆類遺傳圖譜已經(jīng)完成，而高質(zhì)量的物理圖譜也已能覆蓋蓋95%的基因組。更為精細(xì)的物理圖譜（每的基因組。更為精細(xì)的物理圖譜（每100kb含含有一個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)）在有一

50、個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)）在2003年年4月完成。月完成。 人類基因組計(jì)劃的倡導(dǎo)者是美國人類基因組計(jì)劃的倡導(dǎo)者是美國人體基因組的特征人體基因組的特征1) 人體基因組的大小人體基因組的大小: 30億個(gè)堿基對的序列億個(gè)堿基對的序列 。2) 人體基因組結(jié)構(gòu)：人體基因組結(jié)構(gòu)： 人體基因組中含有大量的重復(fù)順序。非重復(fù)順序人體基因組中含有大量的重復(fù)順序。非重復(fù)順序約只占總基因組的約只占總基因組的54-58。 3) 人體基因特征：人體基因特征： 基因數(shù)目為基因數(shù)目為3-5萬；萬；95以上的基因含有內(nèi)含子以上的基因含有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，平均外顯子數(shù)為結(jié)構(gòu)，平均外顯子數(shù)為7個(gè)；平均基因長度為個(gè)；平均基因長度為16.3kb?；蚴强?/p>

51、制生物體遺傳性狀的基本單元?；蚴强刂粕矬w遺傳性狀的基本單元。基因組則是表示一個(gè)生物體所有遺傳信息的總和?；蚪M則是表示一個(gè)生物體所有遺傳信息的總和。 HGP的首要目標(biāo)是測定全部的首要目標(biāo)是測定全部DNA序列，序列，因目前的因目前的測序技術(shù)不能進(jìn)行很長的測序技術(shù)不能進(jìn)行很長的DNA測序，測序，因此計(jì)劃的第因此計(jì)劃的第一階段要分解基因組這一巨大的研究對象，將其分一階段要分解基因組這一巨大的研究對象，將其分為容易操作的小的區(qū)域，這個(gè)過程簡稱為為容易操作的小的區(qū)域，這個(gè)過程簡稱為染色體作染色體作圖圖。HGP的基本任務(wù)可用的基本任務(wù)可用4張圖譜來概括；即遺傳圖譜，張圖譜來概括；即遺傳圖譜，物理圖譜，

52、序列圖譜和表達(dá)圖譜。物理圖譜，序列圖譜和表達(dá)圖譜。 人類基因組測序研究的主要內(nèi)容人類基因組測序研究的主要內(nèi)容1） 遺傳圖譜遺傳圖譜(genetic map) / 遺傳連鎖圖遺傳連鎖圖(linkage map)p是指基因或是指基因或DNA標(biāo)志在染色體上的相對位置與遺傳標(biāo)志在染色體上的相對位置與遺傳距離。距離。p遺傳距離用重組率來衡量。遺傳距離用重組率來衡量。即通過計(jì)算兩個(gè)連鎖的即通過計(jì)算兩個(gè)連鎖的遺傳標(biāo)記在每次減數(shù)分裂中的重組概率，確定兩者遺傳標(biāo)記在每次減數(shù)分裂中的重組概率，確定兩者的相對距離。的相對距離。p其單位用厘摩（其單位用厘摩（cM ）表示。）表示。1厘摩表示每次減數(shù)分厘摩表示每次減數(shù)分

53、裂的重組頻率為。裂的重組頻率為。p厘摩值越高表明厘摩值越高表明遺傳遺傳標(biāo)志物兩點(diǎn)之間距離越遠(yuǎn)，值標(biāo)志物兩點(diǎn)之間距離越遠(yuǎn)，值越低則兩點(diǎn)間距離越近。越低則兩點(diǎn)間距離越近。通過遺傳圖譜，可大致了解各個(gè)基因或通過遺傳圖譜，可大致了解各個(gè)基因或DNA片斷之片斷之間的相對距離與方向，如哪個(gè)基因更靠近著絲粒，哪間的相對距離與方向，如哪個(gè)基因更靠近著絲粒，哪個(gè)更靠近端粒等。個(gè)更靠近端粒等。 2） 物理圖譜物理圖譜 物理圖以物理圖以一段已知核苷酸序列的一段已知核苷酸序列的DNA片段片段為路標(biāo)，為路標(biāo)，以以堿基對堿基對 (Mb、kb、bp)作為基本測量單位（圖作為基本測量單位（圖距）的基因組圖。距）的基因組圖。 可以確定兩個(gè)遺傳標(biāo)記之間的實(shí)際（絕對）距離?？梢源_定兩個(gè)遺傳標(biāo)記之間的實(shí)際（絕對）距離。3）序列圖譜）序列圖譜 p是分別將各是分別將各染色體全部堿基序列繪制的圖譜。染色體全部堿基序列繪制的圖譜。包包括轉(zhuǎn)錄序列和非轉(zhuǎn)錄序列。括轉(zhuǎn)錄序列和非轉(zhuǎn)錄序列。p目前的策略是把龐大的基因組分成若干有路標(biāo)的目前的策略是把龐大的基因組分成若干有路標(biāo)的區(qū)域后，進(jìn)行測序分析。區(qū)域后，進(jìn)行測序分析。將測出的每一個(gè)將測出的每一個(gè)DNA片段按其染色體位置進(jìn)行準(zhǔn)確的排列，片段按其染色體位置進(jìn)