第3節(jié) 單一順序和重復(fù)順序

1、第三節(jié)第三節(jié) 單一順序和重復(fù)順單一順序和重復(fù)順序序一一.單一順序單一順序(Unique sequence )二二.重復(fù)順序重復(fù)順序 短片段的重復(fù)順序可分為三種類型：（1）正向重復(fù)正向重復(fù)(direct repeats)又叫順向重復(fù)；（2）反向重復(fù)反向重復(fù)(inverted repeats) ；（3）回文順序回文順序 (Palindromic sequence) 5 GTGAGCTCAC 3 3 CACTCGAGTG 5 單一序列（非重復(fù)序列）：?jiǎn)我恍蛄校ǚ侵貜?fù)序列）： 基因在基因組中只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝，真核細(xì)胞中占40%-70%。真核細(xì)胞的大多數(shù)基因是單拷貝的，但是單一序列中只有百分之幾的序列

2、是編碼基因的。而原核基因組中，大多數(shù)的單一序列是編碼基因的。正向重復(fù)：正向重復(fù)： 正向重復(fù)(direct repeats)又叫順向重復(fù)，這種重復(fù)序列的方向是相同的。比如l噬菌體噬菌體的復(fù)制起點(diǎn)中的重復(fù)序列以及真核轉(zhuǎn)座因子Ty，copia的兩端，插入序列，轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子的兩端的宿主宿主序列以及端粒端粒結(jié)構(gòu)等反向重復(fù)反向重復(fù)( (Invertedrepeats ) )： 同一個(gè)序列的兩個(gè)拷貝在一個(gè)分子中以相反的方向重復(fù)，相鄰重復(fù)組成回文序列。由反方向互補(bǔ)的兩個(gè)DNA片段組成，兩個(gè)反轉(zhuǎn)重復(fù)序列又叫回文序列(palindrome sequence)。呈兩側(cè)對(duì)稱的序列，常存在于插入序列和轉(zhuǎn)座子兩端的結(jié)構(gòu)元

3、件中。畫(huà)上荷花和尚畫(huà)書(shū)臨漢字翰林書(shū)正反相同在高度重復(fù)序列中，有一種是反向重復(fù)序列反向重復(fù)序列，也叫回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)；長(zhǎng)度不等，從幾個(gè)核苷酸到幾百個(gè)核苷酸等。這種反向重復(fù)序列在基因組中很多，據(jù)推測(cè)可能與基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等調(diào)控有關(guān)。與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)多以二聚體的形式結(jié)合，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)合位點(diǎn)的DNA多具有回文結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)?；匚慕Y(jié)構(gòu)的意義：1）是限制性內(nèi)切酶的識(shí)別位點(diǎn)。2）具有調(diào)節(jié)基因的表達(dá)作用,如色氨酸操縱子的前的弱化子。3）轉(zhuǎn)錄終止時(shí)的識(shí)別結(jié)構(gòu)。4）有利于穩(wěn)定RNA的結(jié)構(gòu)和行使功能。5）基因工程中DNA序列的方便操作。三三.輕度重復(fù)順序和中度重復(fù)順輕度重復(fù)順序和中度重復(fù)順序序 輕度重復(fù)順序 在基因

4、組中含有2-10拷貝 ， 酵母tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。 中度重復(fù)順序 長(zhǎng)約300bp 基因組中約有10-幾千個(gè)拷貝的順序 如rRNA和tRNA基因 tRNA基因一般都分布于基因組中，而rRNA常集中分布于核仁形成區(qū)。 NTS NTS TS 18s TS 5.8s TS 28s TS 圖10.29 非洲爪蟾rRNA基因的串聯(lián)重復(fù)排列 TS：可轉(zhuǎn)錄的間隔(spacer)順序 NTS：不可轉(zhuǎn)錄的間隔順序 H1 H4 H2B H3 H2A海膽(R) 6000bp海膽(S) 6540bp海膽(L) 7240bp H1 H3 H4 H2A H2B果蠅 4800bp H1 H3 H2B H2A

5、 H4蠑螈 9000bp 圖 10-31 組蛋白基因簇的重復(fù)單位 圖例： 基因； 間隔區(qū)； 轉(zhuǎn)錄方向 2 1 G A 圖10-30 人 類 血 紅 蛋 白 的 和 基 因 簇 晚期胚 早期胚 成體 ho h1 h2 h3 1maj 2min 小鼠 4 3 1 兔 H 雞 kb 60 50 40 30 20 10 0 圖 10-32 脊椎動(dòng)物中的-珠蛋白基因簇和假基因 四四 Alu家族家族 長(zhǎng)約300bp；Alu順序也稱為短的分散因子（short interspersed elements, SINEs）。 由RNA多聚酶III轉(zhuǎn)錄的。 在基因組中30 萬(wàn)個(gè)拷貝； 在170bp處有一AluI 的

6、酶切位點(diǎn)； 由兩個(gè)130bp的串聯(lián)重復(fù)順序組成； 在二聚體的右半部有31bp插入序列，此插入 順序來(lái)自7SL RNA。Alu順序有何應(yīng)用價(jià)值？ 在人基因組中AluAlu基因家族基因家族是一個(gè)中等重復(fù)序列，長(zhǎng)度在300bp左右，單倍體基因組中有30萬(wàn)份，分散在各染色體上。 在170 bp處有一個(gè)限制性酶切位點(diǎn)Alu?；蚪M中平均每5kb出現(xiàn)一次Alu序列，因此在基因的內(nèi)含子以及基因附近的序列中有許多。Alu家族的每一個(gè)成員都很相似，由130 bp的串聯(lián)重復(fù)組成，常見(jiàn)的是二聚體形式，在右半部分的中部有一個(gè)31 bp的無(wú)關(guān)序列插在中間。這個(gè)插入序列（IS）來(lái)自7SL（是信號(hào)識(shí)別蛋白SRP的一個(gè)成分）

7、。31 bp IS Alu家族的廣泛存在說(shuō)明其可能具有某種功能，但是目前還不十分了解。在小鼠體中有一種和Alu序列同源的序列叫做B1家族，約有5萬(wàn)個(gè)成員。重復(fù)單位為130 bp，相當(dāng)于Alu序列的一個(gè)單體，和Alu序列的同源性為70%-80%。KpnKpn家族家族是中度重復(fù)順序中僅次于Alu家族的第二大家族。用限制性內(nèi)切酶Kpn消化人類及其它靈長(zhǎng)類動(dòng)物的DNA，在電泳譜上可以看到4個(gè)不同長(zhǎng)度的片段，分別為1.2,1.5,1.8和1.9kb，這就是所謂的Kpn家族。KpnKpn家族成員順序比家族成員順序比AluAlu家家族更長(zhǎng)（如人族更長(zhǎng)（如人KpnKpn順序長(zhǎng)順序長(zhǎng)6.4kb6.4kb），而且

8、更加不均一，呈散在分布，屬于中度重復(fù)順序的長(zhǎng)分散長(zhǎng)分散序列序列。 Kpn家族的拷貝數(shù)約為30004800個(gè)，占人體基因組的1 。HinfHinf家族：家族：這一家族以319bp長(zhǎng)度的串聯(lián)重復(fù)存在于人體基因組中。用限制性內(nèi)切酶Hinf消化人體DNA，可以分離到這一片段。Hinf家族在單位基因組內(nèi)約有50100個(gè)拷貝，分散在不同的區(qū)域。319bp單位可以再分成兩個(gè)亞單位，分別為172bp和147bp,它們之間有70%的同源性。 五五. 高度重復(fù)順序高度重復(fù)順序 衛(wèi)星DNA (satellite DNA) 隱蔽衛(wèi)星DNA(cryptic satellite) 自私 DNA（selfish DNA）

9、伊甸園 DNA (Garden of Eden DNA） 小衛(wèi)星 (minisatellite ) 重復(fù)序列可變數(shù)（variable number tandem repeat VNTRs） DNA指紋（DNA fingerprints） 高度重復(fù)是一種簡(jiǎn)單的重復(fù)序列，有的重復(fù)單位不超過(guò)6 bp，但是重復(fù)的次數(shù)可以達(dá)到幾十萬(wàn)次之多，故稱為高度重復(fù)序列，也叫做衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNA。衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNA：是高等真核生物基因組重復(fù)程度最高的成分，由非常短的串聯(lián)多次重復(fù)DNA序列組成，一般占基因組的10%-30%。因?yàn)槠湫蛄袕?fù)雜性不高，所以有時(shí)稱為簡(jiǎn)單序列簡(jiǎn)單序列DNADNA；衛(wèi)星DNA以大的基因簇分布

10、（100-3000 kb），常位于異染色質(zhì)的著絲粒，可能在染色體的功能中起作用。 有一些比較復(fù)雜的衛(wèi)星DNA據(jù)推測(cè)可能是從簡(jiǎn)單的短序列重復(fù)發(fā)展變化而來(lái)的。一般這些序列中的GCGC含量含量與其他的主體DNA不同（例如小鼠中為30%，低于其主體DNA的42%GC含量）。所以在進(jìn)行氯氯化銫密度梯度超離心化銫密度梯度超離心時(shí)，這些DNA由于密度小，會(huì)與主體的DNA帶分開(kāi)而出現(xiàn)在上面，所以稱為衛(wèi)星DNA。也有的衛(wèi)星DNA密度比主體DNA密度大，出現(xiàn)在主體DNA的下面。隱秘的衛(wèi)星隱秘的衛(wèi)星DNADNA是指與主體DNA的密度類似，使用氯化銫密度梯度超離心不能分開(kāi)的高度重復(fù)序列，但是可以通過(guò)其他的方法將其分離

11、出來(lái)。人們開(kāi)始時(shí)認(rèn)為這些高度重復(fù)的DNA序列沒(méi)有什么功能。近來(lái)發(fā)現(xiàn)與DNA復(fù)制、基因表達(dá)的調(diào)節(jié)、基因的轉(zhuǎn)位、減數(shù)分裂時(shí)染色體的配對(duì)等過(guò)程有重要關(guān)系。等位小衛(wèi)星等位小衛(wèi)星DNADNA是指小衛(wèi)星中含有的重復(fù)序列數(shù)目相同；反之，不等位小衛(wèi)星不等位小衛(wèi)星DNADNA是指小衛(wèi)星中含有的重復(fù)序列數(shù)目不同。衛(wèi)星DNA ： 基本單位長(zhǎng)度 171 bp小衛(wèi)星DNA：基本單位長(zhǎng)度15-65 bp微衛(wèi)星DNA：基本單位長(zhǎng)度2-8 bp衛(wèi)星小衛(wèi)星衛(wèi)星小衛(wèi)星 微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNADNA之間的基本差異之間的基本差異人類VNTRs的第一個(gè)探針 1985年由Alec Jeffries制備 在肌紅蛋白基因的第一個(gè)內(nèi)含子中 分離出

12、132bp的重復(fù)順序 內(nèi)含4個(gè)長(zhǎng)33bp的重復(fù)單位 內(nèi)有13bp為核心順序 （GGAGGTGGGCAGG）L1 家族 長(zhǎng)6500bp左右 稱為長(zhǎng)的分散因子（long interspersed elements, LINEs） 在基因組中約6萬(wàn)個(gè)拷貝 由RNA多聚酶II轉(zhuǎn)錄的。 屬于一種轉(zhuǎn)座因子 著絲粒 基因 LINE 基因 VNTR 基因 SINEs 基因 VNTR LINE rDNA 核仁形成區(qū) 圖 1037(a)真核生物染色體上的各種重復(fù)順序和結(jié)構(gòu)元件 5前導(dǎo)順序，3拖尾順序 非編碼順序 因突變而失去功能 基因和 ( 90%) 假基因 基因相 加工假基因 關(guān)順序 編碼順序 基因片斷(丟失了