基因的概念及結構課件

第二章基因的概念和結構一、孟德爾的“遺傳因子”---生物性狀的遺傳符號。二、基因---位于染色體上的遺傳功能單位。1909年，約翰遜首創(chuàng)了“基因”一詞，用來代替孟德爾的遺傳因子。1926年，摩爾根提出基因的“三位一體”的概念，即基因是決定性狀的最小單位、突變的最小單位、重組的最小單位。1、等位基因一對同源染色體同一基因座上的一對基因稱為一對等位基因。等位基因之間存在著顯隱性關系。（1）完全顯性（2）不完全顯性（3）共顯性

2、復等位基因一個群體中，一對同源染色體的同一基因座上有2個以上的等位基因。例如：（1）果蠅的眼色基因用w代表果蠅的眼色基因，則：（2）ABO血型系統(tǒng)人類的ABO血型是由三個復等位基因IA、IB、i控制。IA、IB對i為顯性，IA、IB之間為共顯性。因此，A型血的個體，基因型可能為IAIA、IAi；B型血的個體，基因型可能為IBIB、

IBi；AB型血的個體，基因型只能為IAIB；O型血的個體，基因型只能為ii.為顯性。人白細胞抗原（HLA)

主要組織相容性抗原系統(tǒng)。主要組織相容性復合體基因(MHC)

人類的MHC又稱HLA，位于第6號染色體短臂上，長約4000Kb。按結構功能和組織分布情況的不同可分為三類：

a.HLA-Ⅰ類基因在遠離著絲粒2000-4000Kb范圍內，有A、B、C、E、F、G、H、J等基因座，每個基因座又有幾十個以上的等位基因。（P41

表3-3）HLA-Ⅱ類基因在近著絲粒的1000Kb范圍內，主要有DQ、DR、DP等基因座，每個基因座又有幾個、上百個基因。（P41

表3-3）HLA-Ⅲ類基因在近著絲粒處1000Kb-2000Kb范圍內，位于HLA-Ⅰ和HLA-Ⅱ基因之間。該區(qū)已發(fā)現(xiàn)60多個基因座。

HLA是目前已發(fā)現(xiàn)的最復雜的復等位基因系統(tǒng)。對于每一個基因座上的復等位基因，它們之間均為共顯性。對于每一個人的某一條6號染色體，HLA各基因座緊密連鎖，就構成了單倍型或單元型。HLA是以單倍型方式遺傳給下一代的。同卵雙生子之間，HLA單倍型完全相同；兄弟姐妹之間，兩個單倍型可能相同，也可能不同，通常情況下是一個相同，一個不同。2.順反子(cistron)、突變子(muton)、重組子(recon)

通過實驗和推導，Benzer提出了順反子、突變子、重組子的概念。順反子是一個遺傳功能單位，一個順反子決定一條多肽鏈，順反子即是基因的同義語。一個順反子內可以包含一系列突變單位---突變子。各突變子之間可以發(fā)生重組，順反子內也有一系列的重組單位---重組子。

基因的順反子測試示意圖在反式測驗中，如兩個突變之間能互補，則表明兩個突變是位于兩個基因（順反子）內的突變。如兩個突變之間不能互補，則表明兩個突變是位于同一個基因內的突變。操縱子模型的提出表明：基因不僅是傳遞遺傳信息的載體，同時又具有調節(jié)其它基因表達活性的功能?；虿粌H在結構上可分，功能上也可分。操縱子(operon)：指幾個功能上相近或相關的結構基因排列在一起，由一個共同的啟動子、操縱子或其它調控序列來調控這些基因的轉錄。包括這些結構基因和控制區(qū)的整個核苷酸序列就稱為操縱子。1、乳糖操縱子（lac-operon)乳糖操縱子的研究進展：（1）調控區(qū)的DNA序列啟動子（promoter)位于調節(jié)基因LacI

末端與結構基因LacZYAmRNA轉錄起始位點之間，長度約為82bp的一段DNA序列。

a)RNA聚合酶識別和結合部位：

-10區(qū)：序列特征5’-TATGTT-3’-35區(qū)：序列特征5’-TTTACA-3’

b)CAP結合位點：

-70至-50區(qū)

CAP(cataboliteactivatorprotein,分解代謝物激活蛋白）。正調控蛋白、cAMP-CAP復合物

CAP-cAMP復合物激活Lac啟動子的機制大腸桿菌的葡萄糖效應：b.操縱子（operator)

-5--+28區(qū)。與啟動子重疊。2、基因家族（genefamily)、基因簇(genecluster)、假基因(pseudsgene)真核生物基因組中來源相同、結構相似、功能相關的一組基因稱為基因家族。例如：（1）5sRNA基因家族由結構相同的數(shù)個基因以串聯(lián)方式重復排列，基因與基因間由中度重復序列間隔開來。（2）血紅蛋白基因家族

血紅蛋白基因家族由ξαεγδβ等基因組成。

類α鏈基因簇：由ξ、α成串排列在一起構成，位于11號染色體上。其表達時間順序為ξα。類β鏈基因簇：由εγδβ成串排列在一起構成，位于16號染色體上。其表達時間順序為εγδβ。

假基因：來源于相應的有功能的基因，由于某種突變而失去原有的功能的基因。用Ψ表示。(cDNA)2、斷裂基因中外顯子保守，內含子可變。DHRF基因在哺乳類不同物種中外顯子和內含子情況3、RNA剪接（1）直接切割連接

pre-tRNA內含子（2）通過轉酯作用實現(xiàn)剪接（3）可變剪接（alternativesplicing)

一個基因產生不止一種類型的mRNA，稱為可變剪接。例如：與果蠅性別有關的基因dsx,其mRNA在雌蠅和雄蠅中剪接方式不同。（4）內含子的類型P53六、重疊基因（overlappinggene）

1977，Sanger,噬菌體φx174各基因的功能：A，DNA單鏈合成和雙鏈的復制；B、C、D，單鏈的合成和（或）包裝；F、G、H，噬菌體衣殼的結構蛋白；J，參與病毒顆粒構成的一種小的堿性蛋白；K，產物未知；E，細胞裂解

重疊方式：（1）基因套基因如φx174基因組中，B基因含在A基因中,E基因含在D基因中。但起始密碼子不同，密碼的閱讀框不同。（2）部分重疊上游基因的終止密碼子和下游基因的起始密碼子重疊。如：基因D終止┌──┐

φx174DNA序列—T--A--A--T--G└──┘

基因J起始基因A終止┌──┐

φx174DNA序列—A--T---G--A└──┘

基因C起始(3)三個基因重疊1978，Shaw,噬菌體G4.

G4DNA序列--T—T—C—T—G—A—T—G—A—A—A--基因B基因A基因K七、轉座元件---基因并不全是固定在染色體的一個位置上（1）DNADNA的轉座元件1、玉米的Ac-Ds系統(tǒng)

1950，B.McClintock

Ac：為可自主移動的調節(jié)因子，全長4.5Kb,含有5個外顯子，編碼轉座酶，兩端具有11bp的反向重復序列（IR）。

Ds：來源于Ac，由Ac轉座酶基因缺失形成。Ds不能自主轉座。只有在Ac存在時，Ds才能轉座。Ds全長0.4-4Kb,兩端同樣具有11bp的反向重復序列（IR）。

Ac-Ds系統(tǒng)產生的遺傳學效應2、插入序列（Insertionsequence，IS）（1）插入序列的結構（2）IS插入靶位點的示意圖（3）一些IS的類型與結構（4）IS的遺傳學特征（P59）3、轉座子（Transposon，Tn）（1）Tn的結構(2)轉座模型

a、剪-粘型轉座（cut-and-pastetransposition）

又叫簡單插入轉座，是一種非復制轉座。Tn5、Tn10均以此方式轉座。b.保守型轉座(conservationtransposition)

非復制轉座的一種。c.復制型轉座（replicativetransposition）

在復制轉座的過程中，轉座子被復制，一個拷貝留在供體原位，另一個拷貝插入受體新位點。（3）轉座的遺傳效應

a，插入突變

b，基因重排4、果蠅的P因子(Pelement)（1）果蠅中P品系與M品系雜交中，雜種劣育現(xiàn)象。（2）P因子的結構與細菌的轉座子（Tn）非常相似。P因子全2907bp

兩端具有33bp的反向重復序列。（IR)b.P因子有4個編區(qū)（外顯子0.1.2.3）,3個內含子（1.2.3）（3）P因子與雜種劣育無轉座，可育轉座，不育無轉座，可育(二)RNA介導的轉座元件---反轉錄轉座（retroposon

存在于真核生物中，種類復雜。根據(jù)其結構和組成，可分為兩類：病毒超家族（viralsuperfamily）

能編碼轉座酶或整合酶，能自主地進行轉座。如：酵母Ty轉座成分、果蠅copia因子、哺乳動物，LINE1以及所有的還原病毒。非病毒超家族（nonviralsuperfamily）

自身沒有轉座酶或整合酶的編碼能力，依靠細胞內的酶系統(tǒng)作用下進行轉座。如：SINE等。1、Ty（transposoninyeast）轉座元件

（1）Ty的分子結構

LTRLTR（2）Ty因子的轉錄和翻譯

（3）Ty因子的轉座的機制

實驗證明Ty為RNA介導的反轉錄轉座

（4）Ty轉座的遺傳效應

a插入失活

b增強效應

cDNA重排（2）果蠅的copia因子（P75）

反轉錄轉座子轉座子轉座子3、LINEsL1