基因概念和結(jié)構(gòu)斷裂基因

1、關(guān)于基因的概念與結(jié)構(gòu)斷裂基因第1頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四在真核生物基因的分子圖譜完成之前，我們一直設(shè)想真核生物基因與原核生物基因有著相同的組織結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為構(gòu)成基因一定長(zhǎng)度的DNA和蛋白質(zhì)之間呈線(xiàn)性關(guān)系，但是比較了DNA結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的mRNA之后，我們發(fā)現(xiàn)在很多情況下兩者之間存在差異， mRNA總是包含著這樣一段核苷酸序列，這段序列按照遺傳密碼原則編碼相應(yīng)的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，而基因中則含有額外序列，它位于編碼區(qū)域內(nèi)，并且打斷了最終翻譯成蛋白質(zhì)的序列。第2頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四目前我們認(rèn)為，基因包括基因兩側(cè)的調(diào)控區(qū)域，這個(gè)調(diào)控區(qū)域?yàn)槠鹗己?/p>

2、終止（某些情況下）基因的表達(dá)需要。第3頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四由斷裂基因組成的DNA序列被分成兩個(gè)部分： 外顯子的序列包含在成熟RNA中，精確地說(shuō)，基因起始于一個(gè)外顯子的5端，終止于另一個(gè)外顯子的3端。 內(nèi)含子是插入序列，在初始轉(zhuǎn)錄物加工成成熟RNA時(shí)被除去。 斷裂基因與非斷裂基因相比，其表達(dá)需要一個(gè)額外的步驟。DNA轉(zhuǎn)錄成的RNA代表基因組序列。但這個(gè)RNA只是一個(gè)前體分子，它不能翻譯成蛋白質(zhì)。它首先要去除內(nèi)含子，形成只含外顯子的信使RNA，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為RNA剪接（RNA splicing）。剪接過(guò)程包括內(nèi)含子從初始轉(zhuǎn)錄物中精確去除，內(nèi)含子去除后形成的RNA的

3、兩個(gè)末端連接在一起形成一個(gè)完整的共價(jià)分子。第4頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第5頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四基因的長(zhǎng)度由初始RNA前體的長(zhǎng)度決定，而不是由信使RNA決定。外顯子（exon）通常按照DNA中的相同排列順序連接在一起。所有的外顯子都來(lái)源于相同的RNA分子，它們的剪接只是一種分子內(nèi)反應(yīng)。通常不存在不同RNA分子之間的外顯子的連接，因此從剪接機(jī)制上排除了任何不同等位基因序列之間的剪接。若基因中位于不同外顯子的突變不能由另一個(gè)突變互補(bǔ)，則把它們視為相同互補(bǔ)組中的成員。第6頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四直接影響

4、蛋白質(zhì)序列的突變位于外顯子中，那么內(nèi)含子中的突變有什么作用呢？?jī)?nèi)含子的突變會(huì)不會(huì)影響蛋白質(zhì)序列？ 既然內(nèi)含子不包含在信使RNA中，那么它們發(fā)生突變就不會(huì)直接影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。但是內(nèi)含子的突變卻可以抑制信使RNA產(chǎn)物的生成，比如抑制外顯子的剪接。這種類(lèi)型的突變只作用于攜帶該基因的等位基因，因此，它們不能被等位基因中的其他突變所互補(bǔ)并且像外顯子一樣是同一互補(bǔ)組的組成成分。 影響剪接的突變通常是有害的。這種突變大部分是在外顯子和內(nèi)含子的連接處發(fā)生單個(gè)堿基的置換，這樣就導(dǎo)致產(chǎn)物中外顯子的丟失和內(nèi)含子的不切除，或使在異常位點(diǎn)發(fā)生剪接。最通常的結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)終止密碼子，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)序列的截短。引起人類(lèi)疾

5、病的約15%的點(diǎn)突變是由剪接的破壞而引起的。第7頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四只有在已知DNA功能或已經(jīng)鑒定出突變的情況下才能得到該DNA的限制性酶切圖譜？第8頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第9頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第10頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四斷裂基因僅存在于真核生物中嗎？?jī)?nèi)含子通常不具備可讀框，去除內(nèi)含子后mRNA序列才會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完整的讀框。所有種類(lèi)的基因都有可能被打斷，如編碼蛋白質(zhì)的核基因、編碼rRNA的核仁基因和編碼tRNA的基因。在低等真核生物的線(xiàn)粒體和葉綠體基因中，

6、我們也發(fā)現(xiàn)了斷裂基因。斷裂基因并非只存在于真核生物中，也存在于細(xì)菌和噬菌體中，盡管在原核生物基因組中發(fā)現(xiàn)斷裂基因的概率非常低。第11頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第12頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四外顯子序列保守而內(nèi)含子序列變化多端是由于外顯子和內(nèi)含子中發(fā)生突變的概率不同的結(jié)果？第13頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第14頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第15頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四外顯子捕捉技術(shù)分離基因外顯子捕獲(exon trapping) 是構(gòu)建一種載體，從

7、其插入片段中識(shí)別和回收外顯子序列，從而克隆目的基因。凡是有內(nèi)含子和外顯子的基因在轉(zhuǎn)錄后都要經(jīng)過(guò)RNA剪接，這就需要有剪接供體(splicing donor，SD)位點(diǎn)和剪接受體(splicing acceptor，SA)位點(diǎn)。因此，SA位點(diǎn)可作為基因的標(biāo)志。pETV咀載體的克隆位點(diǎn)上游有一個(gè)“外顯子捕獲序列”(exon trap cassette)，可用來(lái)識(shí)別載體的插入片段中有無(wú)SA位點(diǎn)。第16頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第17頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第18頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四大多數(shù)基因由一條DNA

8、序列組成，這個(gè)DNA序列只編碼一種蛋白質(zhì)（盡管基因兩端可能包含非編碼區(qū)域或編碼區(qū)內(nèi)含有內(nèi)含子），但是，也存在DNA單條序列編碼一種以上蛋白質(zhì)的情況。 重疊基因（overlapping gene）發(fā)生在相對(duì)簡(jiǎn)單的情況下，其中一條基因是另一條基因的一部分，基因的第二部分（或第一部分）獨(dú)立地用來(lái)翻譯一種蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)代表整條基因翻譯出的蛋白質(zhì)的第一（或第二）部分。第19頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四重疊基因第20頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四可變剪接第21頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第22頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5

9、月20日，8點(diǎn)17分，星期四早期內(nèi)含子模型：編碼的序列需要精密重組，重組失敗，則細(xì)胞損傷。RNA的剪接為了利用轉(zhuǎn)錄出的新鏈的嘗試，如果不成功還可利用原來(lái)的鏈。則RNA缺失時(shí)不產(chǎn)生損害性后果，但若DNA缺失，則會(huì)產(chǎn)生損害性的不穩(wěn)定性。第23頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四與之相反的例子。無(wú)論內(nèi)含子存在與否，我們?nèi)阅馨l(fā)現(xiàn)一些rRNA 和tRNA基因的可變剪接。似乎進(jìn)化不能將基本基因連接在一起，最大可能就是連續(xù)的基因中插入內(nèi)含子。第24頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四 如果目前的蛋白質(zhì)是由最初分開(kāi)但后來(lái)組合在一起的祖先蛋白質(zhì)進(jìn)化而來(lái)，那么基因單位的增長(zhǎng)

10、可能經(jīng)過(guò)幾個(gè)連續(xù)的時(shí)期，一次增加一個(gè)外顯子。在現(xiàn)在的基因結(jié)構(gòu)中能觀(guān)察到基因的不同功能被拼湊在一起的現(xiàn)象嗎？即，我們能將目前蛋白質(zhì)的特殊功能等同于單一外顯子嗎？ 這種觀(guān)念解釋了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的另一種特征：在外顯子、內(nèi)含子邊界的位點(diǎn)所編碼的氨基酸似乎通常位于蛋白質(zhì)的表面。當(dāng)一個(gè)模塊添加到蛋白質(zhì)中，至少大部分新近添加的模塊的連接都是趨向位于蛋白質(zhì)的表面。第25頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四一些例子證明在基因結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之間有著清楚的關(guān)系。免疫球蛋白就是其中一個(gè)最典型的一例，編碼此基因的每個(gè)外顯子與蛋白質(zhì)的一個(gè)已知功能的結(jié)構(gòu)域完全一致。第26頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20

11、日，8點(diǎn)17分，星期四很多例子表明基因的某些外顯子可以通過(guò)特殊的功能而被鑒定出來(lái)，如在分泌蛋白質(zhì)中，它的第一個(gè)外顯子編碼多肽的N端區(qū)域，通常是參與膜分泌的信號(hào)序列，胰島素就是其中一例。第27頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第28頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四 這種觀(guān)念解釋了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的另一種特征：在外顯子、內(nèi)含子邊界的位點(diǎn)所編碼的氨基酸似乎通常位于蛋白質(zhì)的表面。當(dāng)一個(gè)模塊添加到蛋白質(zhì)中，至少大部分新近添加的模塊的連接都是趨向位于蛋白質(zhì)的表面。第29頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第30頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第31頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第32頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四第33頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四思考1、 Interrupted gene2、 Overlapping gene3、 Alternative splicing4、 Intron5、 Exon6、 Southern blotting第34頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)17分，星期四1、斷裂基因僅存在于真核生物