第章基因組解剖強(qiáng)伯勤

活體中DNA總是與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，形成染色體高級(jí)結(jié)構(gòu)。染色體始終處在動(dòng)態(tài)的構(gòu)型變化之中。染色體的微觀結(jié)構(gòu)在基因的表達(dá)調(diào)控中扮演了重要角色目前一頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)真核生物基因組解剖原核生物基因組解剖轉(zhuǎn)座因子與分散重復(fù)序列人類基因組草圖序列中的編碼基因擬南芥基因組編碼基因目前二頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)一.真核生物基因組解剖真核生物核基因組核型（karyotype）：即細(xì)胞分裂中期染色體按照大小與著絲粒的位置依次排列，組成的每種生物特有的染色體組圖像.目前三頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)帶型（bandingpattern）：某些染料與中期染色體特異性結(jié)合使染色體不同部位產(chǎn)生著色差異。目前四頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)Q帶：喹丫因染色G帶：溫和蛋白酶處理后吉姆薩染色。R帶：加熱的堿性溶液處理G帶圖顯示，深著色區(qū)與淺著色區(qū)相間分布，表明染色質(zhì)的組成是非均一性目前五頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)目前六頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)組成型異染色質(zhì)：所有細(xì)胞中均有的一種持久性結(jié)構(gòu)，不含任何基因，總是保持致密的組成狀態(tài)。除復(fù)制期以外，在整個(gè)細(xì)胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形成多個(gè)染色中心，如著絲粒和端粒、Y染色體大部分區(qū)域兼性異染色質(zhì)：在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段,原來的常染色質(zhì)聚縮,并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性,變?yōu)楫惾旧|(zhì)，異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密，使控制基因表達(dá)的蛋白無法接近常染色質(zhì)：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低,處于伸展?fàn)顟B(tài),用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件目前七頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)異染色質(zhì)：堿性染料染色時(shí)著色較深的染色質(zhì)組分組成型異染色質(zhì)：如著絲粒和端粒、Y染色體大部分區(qū)域兼性異染色質(zhì)：非持久性的異染色質(zhì)異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密，使控制基因表達(dá)的蛋白無法接近目前八頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)常染色質(zhì)：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低,處于伸展?fàn)顟B(tài),用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件而非充分條件目前九頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)異常染色體B染色體：是正常染色體的斷片，產(chǎn)生于非正常的細(xì)胞核分裂事件，常見于植物中，會(huì)降低其存活力；在細(xì)胞分裂過程中會(huì)逐漸丟失小染色體：染色體體積較小，但富含基因，如雞的基因組有39條染色體，其中33條為小染色體，DNA量1/3，基因數(shù)75%目前十頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)CpG島：基因組中富含GC（60%-70%）的DNA片段，一般長度1-2kb多數(shù)位于管家基因和大部分組織專一性表達(dá)基因的5’側(cè)翼區(qū)及基因的第一個(gè)外顯子區(qū)二氫葉酸還原酶次黃嘌呤轉(zhuǎn)磷酸核糖基酶核糖體蛋白基因目前十一頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)CpG島與基因相連，可作為尋找基因的依據(jù)在染色體上分布很不均勻，但與基因分布頻率一致目前十二頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)真核生物細(xì)胞器基因組目前十三頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)線粒體基因組脊椎動(dòng)物線粒體基因組的某些特征：基因之間很少有間隔順序；核糖體RNA基因極短；某些基因缺少終止密碼子，需要在RNA編輯時(shí)產(chǎn)生大小與生物復(fù)雜性無關(guān)。但均比核基因組小很多。目前十四頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)細(xì)胞器基因組多拷貝，但遺傳行為為單一基因型。疑問？如何保持基因型的一致？不同細(xì)胞、世代之間？疑問？不同拷貝中發(fā)生中性突變能否保留？目前十五頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)植物細(xì)胞葉綠體基因組為5000個(gè)/細(xì)胞。葉綠體基因組：在物種間變化不大；高等植物中有2段反向重復(fù)區(qū)段，可阻止基因組內(nèi)部重組，使其更穩(wěn)定目前十六頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)線粒體基因組均含rRNA和某些呼吸鏈成分的基因，或含tRNA基因及核糖體蛋白基因等；特別是胞質(zhì)蛋白進(jìn)入線粒體的蛋白基因；遺傳內(nèi)容：葉綠體基因組均含rRNA和tRNA基因、與光合作用有關(guān)的蛋白質(zhì)及核糖體蛋白基因等目前十七頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)其他蛋白基因由核基因編碼為何不能所有基因全部細(xì)胞核編碼？鞭毛蟲目前十八頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)起源：內(nèi)共生理論，即線粒體和葉綠體是游離細(xì)菌與遠(yuǎn)古真核細(xì)胞結(jié)合形成的。依據(jù)：細(xì)胞器基因與細(xì)菌基因順序相似性高于同源的核基因，且基因表達(dá)過程與細(xì)菌很相似。疑問：哺乳動(dòng)物染色體中含有線粒體DNA，但細(xì)胞器基因組很少含有核基因成分？目前十九頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)2002年初，世界上第一只體細(xì)胞克隆貓誕生了，名為CC克隆動(dòng)物目前二十頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)真核生物基因組解剖原核生物基因組解剖轉(zhuǎn)座因子與分散重復(fù)序列人類基因組草圖序列中的編碼基因擬南芥基因組編碼基因目前二十一頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)大腸桿菌染色體二.原核生物基因組解剖細(xì)菌染色體：一般為許多30-100kb的獨(dú)立超螺旋環(huán)組成DNA包裝方式：大腸桿菌有與DNA結(jié)合的HU蛋白，古細(xì)菌有類似組蛋白的組分目前二十二頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)操縱子：含一組彼此鄰接的結(jié)構(gòu)基因，基因間隔僅1-2bp，是細(xì)菌基因存在的常見形式目前二十三頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)與能量代謝有關(guān)的基因生物大腸桿菌流感嗜血桿菌生殖道支原體數(shù)目24311231滿足單細(xì)胞存活所必需的最少基因數(shù)是多少？300？最小基因組生物，生殖道支原體及其親緣種分別含有470和679個(gè)基因生殖道支原體的470個(gè)基因中僅120個(gè)是該物種獨(dú)有的目前二十四頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)真核生物基因組解剖原核生物基因組解剖轉(zhuǎn)座因子與分散重復(fù)序列人類基因組草圖序列中的編碼基因擬南芥基因組編碼基因目前二十五頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)三.轉(zhuǎn)座因子與分散重復(fù)序列轉(zhuǎn)座因子：在原核生物與真核生物基因組中存在著可從一個(gè)染色體位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一位點(diǎn)的一些DNA序列。轉(zhuǎn)座子是基因組突變的主要因素之一。目前二十六頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)DNA的直接轉(zhuǎn)座插入序列IS（原核）P因子（果蠅）Ac-Ds（玉米）以RNA為中介進(jìn)行轉(zhuǎn)座（逆轉(zhuǎn)座因子）

逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄病毒（一）DNA轉(zhuǎn)座子目前二十七頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)變性前的雙鏈形式,插入序列的方向相反變性后經(jīng)鏈內(nèi)退火形成的棒糖結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)示意圖目前二十八頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)原核生物轉(zhuǎn)座子的類型：1、插入序列（insertionsequences，IS）———最簡單的轉(zhuǎn)座子。①二個(gè)分離的反向末端重復(fù)序列

(invertedterminalrepeats,ITR)②一個(gè)轉(zhuǎn)座酶（transposase)編碼基因

IRTransposaseGeneIR目前二十九頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)2、復(fù)合轉(zhuǎn)座子——Ⅰ類轉(zhuǎn)座子——由IS類轉(zhuǎn)座組件構(gòu)成的復(fù)合體。組成：兩端為IS中間編碼抗生素物質(zhì)ISIS抗生素抗性基因目前三十頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)IRIRTransposaseGene有用基因3、復(fù)雜轉(zhuǎn)座子——Ⅱ類轉(zhuǎn)座子（TnA家族）

——攜帶轉(zhuǎn)座和耐藥等基因的獨(dú)立體家族。組成：兩端為ITR，而不是IS中間編碼區(qū)含轉(zhuǎn)座酶編碼基因，及抗生素抗性和解離酶等編碼基因。目前三十一頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)目前三十二頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)果蠅中的P因子“雜種不育”（hybriddysgenesis）。P型（父本貢獻(xiàn)的，paternalcontributing）M型（母本貢獻(xiàn)的，maternalcontributing）M（♂）×P（♀）后代不育P（♂）×M（♀）后代可育。目前三十三頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)目前三十四頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)

有P因子轉(zhuǎn)座阻遏物抑制所

ORF0ORF1ORF2ORF3

87K

阻遏物的相互作用。

P因

子合成轉(zhuǎn)座

酶雜種不育

阻遏物抑制所有P因子轉(zhuǎn)座

P品系(P♂×P♀)

雄性染色體

雌性染色體P細(xì)胞型

P因子P因子66KD阻遏物

ORF0ORF1ORF2ORF3ORF0ORF1ORF2ORF366K

P♂×M♀

雄性染色體

雌性染色體P細(xì)胞型P因子

M♂×P♀

雄性染色體

雌性染色體P細(xì)胞型

無P因子P因子66KD阻遏物ORF0ORF1ORF2ORF366K

圖23-57雜種不育取決于基因組中P因子和不同類型細(xì)胞中66KD(仿B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997,Fig.18.27)目前三十五頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)（二）逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子以RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座與逆轉(zhuǎn)錄病毒有關(guān)，被轉(zhuǎn)移的因子稱為逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是真核生物轉(zhuǎn)座子的重要類型。目前三十六頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)艾滋病毒的基因結(jié)構(gòu)

LTR長末端重復(fù)序列

gag核心蛋白，反轉(zhuǎn)錄酶

pol蛋白酶

vif

感染因子

vpr,vpu復(fù)制因子

tat反式激活因子rev(art抗阻遏翻譯基因活化,trs

transregulatorofsplicing

)調(diào)節(jié)因子env衣殼蛋白

nef(3’orf)negativefactor抑制復(fù)制模板

vprrevrev

gagviftatvputatnefLTRpol

envLTR目前三十七頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)逆轉(zhuǎn)錄病毒的生活史：RNA，DNA，整合目前三十八頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)內(nèi)源逆轉(zhuǎn)錄病毒（ERVs）：是已經(jīng)整合到脊椎動(dòng)物染色體中的逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組，一般無活性，不能擴(kuò)增逆轉(zhuǎn)錄因子分類LTRgagpolLTR內(nèi)源逆轉(zhuǎn)錄病毒LTR因子：內(nèi)部含與轉(zhuǎn)座相關(guān)的基因gag基因：編碼病毒顆粒內(nèi)部的蛋白質(zhì)Pol基因：編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和其他與復(fù)制有關(guān)的酶env基因:衣殼蛋白

env目前三十九頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)

LTRgagpolLTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子LTR因子：內(nèi)部含與轉(zhuǎn)座相關(guān)的基因gag基因：編碼病毒顆粒內(nèi)部的蛋白質(zhì)pol基因：編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和其他與復(fù)制有關(guān)的酶

逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子：主要存在于植物、無脊椎動(dòng)物和微生物等中，如玉米中的多數(shù)的分散重復(fù)序列目前四十頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)gag?LINE，（長散在元件）Longinterspersedneuclearelement人類基因組中l(wèi)ine1，6.1kb，3500個(gè)拷貝polpoly(A)~6Kb目前四十一頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)poly(A)~0.3KbSINE：借用寄主的逆轉(zhuǎn)座酶實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)座如人類Alu家族重復(fù)序列，百萬拷貝，含有內(nèi)啟動(dòng)子，具有轉(zhuǎn)錄活性，大量擴(kuò)增。MIR,mammalianwideinterspersedrepeat:只分布在哺乳動(dòng)物中，起源于tRNA，含有內(nèi)啟動(dòng)子目前四十二頁\總數(shù)四十八頁\編于十二點(diǎn)人類基因組