基因與基因組的結(jié)構(gòu)

基因與基因組的結(jié)構(gòu)第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.1基因的概念基因是遺傳的基本單位，是具有遺傳效應(yīng)的核酸片段。第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.1.1基因概念的發(fā)展經(jīng)典遺傳學(xué)——基因是獨(dú)立的功能單位、重組單位和突變單位。順反子概念——基因是獨(dú)立的功能單位，內(nèi)含許多重組單位和突變單位。分子遺傳學(xué)——基因是一段有遺傳功能的DNA（或RNA）序列。第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四依其功能分為：1、結(jié)構(gòu)Gene---編碼蛋白和酶分子結(jié)構(gòu)；2、調(diào)控Gene---調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因表達(dá)；3、轉(zhuǎn)錄而不翻譯的Gene：

rDNAGene→rRNA→核仁形成區(qū)核糖體組成

tDNAGene→tRNA→轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

3.1.2Gene類別第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.2基因的結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子——SD序列——ORF1——ORF2——ORF3——終止子原核生物：真核生物：啟動(dòng)子——5’-非翻譯區(qū)——外顯子1——內(nèi)含子——外顯子2——3’-非翻譯區(qū)——終止子3.2.1結(jié)構(gòu)基因的基本構(gòu)成第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.2.2真核生物的斷裂基因●Splittinggene的證實(shí)

DNAmRNA雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)

外顯子：（基因上的編碼序列）在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子：（基因上的非編碼序列）在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，而在剪接過程中被除去的核酸序列。第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.3基因組的大小與C值矛盾基因組:指一個(gè)細(xì)胞中遺傳物質(zhì)的總量。基因組的大小一般用堿基對(duì)的數(shù)量來表示。基因組的大小大致上與進(jìn)化的復(fù)雜性有關(guān)。C值：生物體的單倍體基因組所含DNA總量。C值矛盾：生物基因組大小同生物在進(jìn)化上所處地位的高低沒有關(guān)系，這種現(xiàn)象稱為～。第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四●基因組很小，大多只有一條染色體●結(jié)構(gòu)簡煉●存在轉(zhuǎn)錄單元(trnascriptionaloperon)

多順反子(polycistron)●有重疊基因X174D-E-J-F-G-HmRNA蛋白J、F、GHDE3.4原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.4.1大腸桿菌基因組DNA閉合環(huán)狀，4,639Kb（1300微米），約4288個(gè)基因。類核（nucleoid），支架（scafford）。非編碼區(qū)比例較小。結(jié)構(gòu)基因單拷貝，RNA基因?yàn)槎嗫截悺５?2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四類核的結(jié)構(gòu)大腸桿菌基因組第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.4.2重疊基因(overlappinggene)

蓮人在綠楊津采一玉漱聲歌新闕

采蓮人在綠楊津，在綠楊津一闕新；一闕新歌聲漱玉，歌聲漱玉采蓮人。第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四1977年Sanger首先發(fā)現(xiàn)重疊基因。他對(duì)單鏈環(huán)狀的噬菌體X174進(jìn)行了測(cè)序，5386Nt，11個(gè)基因，3個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，由3個(gè)啟動(dòng)子（pA,pB,pD）啟動(dòng)。X174含有的5386Nt最多能編碼1795個(gè)氨基酸，若每個(gè)氨基酸的平均分子量為110，則總的蛋白質(zhì)分子量為197,000Da，但實(shí)際蛋白質(zhì)總分子量卻為262,000D。將全部DNA順序和蛋白質(zhì)的氨基酸順序進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了重疊基因。第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.5真核生物基因組核基因組細(xì)胞器基因組多為環(huán)狀,多拷貝;均編碼自身所需的蛋白和RNA

第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四

真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)龐大

3×109bp、染色質(zhì)、核膜單順反子基因不連續(xù)性斷裂基因（interruptedgene）、內(nèi)含子(intron)、外顯子(exon)非編碼區(qū)較多多于編碼序列(9:1)含有大量重復(fù)序列第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.6真核基因組DNA序列的分類單一序列(Uniquesequence):包括大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因和基因間間隔序列。重復(fù)序列:具有多數(shù)反復(fù)存在的DNA順序。

第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四短片段的重復(fù)序列按不同的排列方式可分為三種類型：（1）正向重復(fù)(directrepeats)又叫順向重復(fù)；

5‘CAGGCAGG3’3‘GTCCGTCC5’（2）鏡向重復(fù)(mirror

repeats)；

（3）回文序列

(invertedrepeats)第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四反向重復(fù)序列復(fù)性時(shí)形成的[+]字結(jié)構(gòu)若取一半即為發(fā)夾結(jié)構(gòu)第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四長片段的重復(fù)序列根據(jù)其重復(fù)的頻度分為:輕度重復(fù)序列中度重復(fù)序列高度重復(fù)序列第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四輕度重復(fù)序列在基因組中含有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)序列長約300bp

基因組中約有10-幾百個(gè)拷貝的順序如rRNA和tRNA基因。第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四Typesofrepeat第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四①longinterspersedrepeatedsegments，LINES，長散在重復(fù)序列長度>1000bp(可達(dá)7Kb)，拷貝數(shù)104-105，如人LINESLINE是可以自主轉(zhuǎn)座的一類反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，來源于RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物②Shortinterspersedrepeatedsegments，SINES，短散在重復(fù)序列長度<500bp，拷貝數(shù)>105．如人Alu序列SINE則是非自主轉(zhuǎn)座的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，來源于RNA聚合酶Ⅲ的轉(zhuǎn)錄物。依據(jù)重復(fù)序列的長度，中度重復(fù)序列可分為兩種類型：

第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四A1u序列(人類基因組中最常見的短散在的重復(fù)DNA序列含有Alu酶切位點(diǎn)（AG↓CT）

重復(fù)單位長300bp通過RNA，再反轉(zhuǎn)錄成cDNA，插入人類基因組可轉(zhuǎn)錄成hnRNA，但在mRNA成熟過程中被切除。Alu序列具有種的特異性第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四高度重復(fù)序列

重復(fù)幾百萬次，一般是少于10個(gè)核苷酸殘基組成的短片段。如異染色質(zhì)上的衛(wèi)星DNA。它們是不翻譯的片段。在小鼠中約占基因組的10％。第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四高度重復(fù)序列包括：

衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)

小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)

微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)衛(wèi)星DNA(SatelliteDNA)第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四①衛(wèi)星DNA（SatelliteDNA）:大多數(shù)位于著絲粒區(qū)②小衛(wèi)星DNA(MinisatelliteDNA)：如位于端粒處的DNA，由幾個(gè)核苷酸對(duì)的單元重復(fù)組成。③微衛(wèi)星DNA(MicrosatelliteDNA)：由1－4個(gè)左右的核苷酸對(duì)的單元重復(fù)若干次組成。第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四

小衛(wèi)星DNA

端粒DNAVNTR序列(variablenumberoftandemrepeats，可變數(shù)目的串聯(lián)重復(fù)序列)第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四人類VNTRs的第一個(gè)探針

1985年由AlecJeffries制備在肌紅蛋白基因的第一個(gè)內(nèi)含子中分離出132bp的重復(fù)順序內(nèi)含4個(gè)長33bp的重復(fù)單位內(nèi)有13bp為核心順序（GGAGGTGGGCAGG）第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四

DNA指紋

(DNAfingerprints)

把小衛(wèi)星DNA(VNTR)核心序列串聯(lián)起來作為分子探針，與不同個(gè)體的DNA進(jìn)行分子雜交，就會(huì)呈現(xiàn)出各自特有的雜交圖譜，它們與人的指紋一樣，具有專一性和特征性，因人而異，因此被稱作“DNA指紋”。

用小衛(wèi)星DNA(VNTR)產(chǎn)生DNA片段組，以電泳分離時(shí)，提供的任何個(gè)體的獨(dú)特模式-------(DNAfingerprint)第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四

DNA可以從犯罪現(xiàn)場(chǎng)的組織和體液中提取(經(jīng)常是血液、精液或毛發(fā))，然后與懷疑對(duì)象取得的對(duì)照樣品比較。DNA指紋的特點(diǎn)：

1、多位點(diǎn)性2、簡單的遺傳方式3、高度變異性應(yīng)用:

1可應(yīng)用在犯罪研究中。第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四VNTR2幫助確立親子關(guān)系，證實(shí)家譜或顯示個(gè)體的相關(guān)性。第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四

用DNA指紋判定血緣關(guān)系。A和C的條紋皆來自于這對(duì)夫妻，因此是他們的親生兒女。B的條紋有一部分與妻子相同，所以是她與前夫所生。

D的條紋與這對(duì)夫妻不同，可以斷定與他們無血緣關(guān)系。第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四

出現(xiàn)在更小的基因簇(<200bp)中，以非常短的重復(fù)單位(1～4bp)為特征。它們有高度的多態(tài)性，分布在整個(gè)基因組中，所以它們是理想的遺傳標(biāo)記(simplesequencerepeats,SSR)。微衛(wèi)星DNA第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四DNA分類第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期四3.7基因家族與基因簇基因家族(genefamily)：由同一個(gè)祖先基因經(jīng)過重復(fù)(duplication)與變異進(jìn)化而形成結(jié)構(gòu)與功能相似的一組基因，組成了一個(gè)基因家族。基因簇(genecluster):由功能相同或相關(guān)的鄰近基因組成的一個(gè)基因