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文檔簡(jiǎn)介
轉(zhuǎn)錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過(guò)程。DNA的遺傳信息傳遞給RNA的過(guò)程。
轉(zhuǎn)錄RNADNA
目前一頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的共同點(diǎn):DNA模板依賴(lài)DNA的聚合酶堿基配對(duì)規(guī)律生成磷酸二酯鍵鏈延長(zhǎng)方向5'→3'目前二頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的區(qū)別目前三頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)模板和酶TemplatesandEnzymes第一節(jié)目前四頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N(xiāo)······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯一、轉(zhuǎn)錄模板結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)
:能作為轉(zhuǎn)錄模板的DNA區(qū)段。目前五頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)模板鏈(templatestrand)有意義鏈或Watson鏈
DNA雙鏈中,能按堿基配對(duì)規(guī)律指引轉(zhuǎn)錄,生成RNA的一股單鏈。編碼鏈(codingstrand)反義鏈或Crick鏈
DNA雙鏈中堿基序列與RNA一致的一股鏈。反義核酸:以編碼鏈為模板合成的核酸,稱(chēng)為反義核酸(反義RNA、反義DNA)。序列與模板鏈一致,能抑制mRNA表達(dá)。目前六頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段,一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄,另一股鏈不轉(zhuǎn)錄。模板鏈并非永遠(yuǎn)在同一條單鏈上。目前七頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)二、RNA聚合酶定義:以DNA為模板,催化三磷酸核苷(NTP)聚合形成RNA的酶。作用特點(diǎn):DNA為模板不需引物,兩游離NTP或一游離NTP與RNA鏈聚合.3'-OH與5'-P聚合形成磷酸二酯鍵。方向:5'→3'。目前八頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)(一)原核生物的RNA聚合酶目前九頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)核心酶:轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng);全酶:轉(zhuǎn)錄起始。σ70是辨認(rèn)典型轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的蛋白質(zhì)。σ32是辨認(rèn)熱休克蛋白(Hsp)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的蛋白質(zhì)。目前十頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)
RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合目前十一頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)(二)真核生物的RNA聚合酶
45S-rRNA,5S-rRNA:核糖體RNA成分。
hnRNA:mRNA的前體。
snRNA:參與mRNA剪切。
目前十二頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)三、模板與酶的辨認(rèn)、結(jié)合操縱子(operon):原核生物的一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位,包括若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。
5335結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-pol啟動(dòng)子(promoter):
RNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位。目前十三頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)RNA聚合酶保護(hù)法目錄目前十四頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動(dòng)子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(diǎn)(recognitionsite)55RNA聚合酶保護(hù)區(qū)結(jié)構(gòu)基因33目前十五頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)目前十六頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)
原核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn):一致性序列(concensus保守序列):堿基序列相對(duì)穩(wěn)定,不易發(fā)生突變。TTGACA:-35區(qū),RNA聚合酶的辨認(rèn)位點(diǎn),σ亞基結(jié)合位點(diǎn)。TATAAT:-10區(qū),Pribrow盒,RNA聚合酶的穩(wěn)定結(jié)合位點(diǎn)。β'亞基的結(jié)合位點(diǎn)。目前十七頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)TATA盒CAAT盒GC盒
增強(qiáng)子
順式作用元件
結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列目前十八頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)轉(zhuǎn)錄過(guò)程TheProcessofTranscription
第二節(jié)目前十九頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)(一)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個(gè)問(wèn)題:RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開(kāi),使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。目前二十頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)
辨認(rèn)起始位點(diǎn):
亞基辨認(rèn)啟動(dòng)子的-35區(qū),RNA聚合酶全酶
(2)與模板疏松結(jié)合。酶滑行到-10區(qū),通過(guò)亞基與模板牢固結(jié)合。
2.DNA雙鏈解開(kāi):
RNA聚合酶擠入DNA雙鏈中,解鏈長(zhǎng)度約20個(gè)核苷酸,拓?fù)洚悩?gòu)酶參與。
轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程:目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng),形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。RNApol(2)-DNA-5'pppGpN-OH3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:
RNA聚合酶-DNA模板-四磷酸二核苷酸5-pppG-OH+
NTP5-pppGpN-OH3+ppi目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)(二)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)1.亞基脫落,RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu),與模板結(jié)合松弛,沿著DNA模板前移;
2.在核心酶作用下,NTP不斷聚合,RNA鏈不斷延長(zhǎng)。(NMP)n
+
NTP(NMP)n+1
+PPi目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)3.轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)
DNA解開(kāi)的兩條單鏈與RNA聚合酶及其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。目錄RNA-pol:40bp以上;解鏈:20bp;RNA/DNA:12bp。目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)53DNA原核生物轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的羽毛狀現(xiàn)象核糖體RNARNA聚合酶目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)依賴(lài)Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴(lài)Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止(三)轉(zhuǎn)錄終止RNA聚合酶在DNA模板上停止前進(jìn),轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落。
機(jī)制目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)ATP依賴(lài)Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止:具有控制轉(zhuǎn)錄終止作用的蛋白質(zhì)因子。機(jī)制:Rho因子與RNA3’-OH的polyC結(jié)合,抑制聚合酶活性,激活解螺旋活性。
目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)2.非依賴(lài)Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板近終止處,有特殊的堿基序列,轉(zhuǎn)錄出RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)終止轉(zhuǎn)錄。發(fā)夾結(jié)構(gòu):反向堿基互補(bǔ)序列末端PolyU:U:A不穩(wěn)定.目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`
RNA5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)莖環(huán)結(jié)構(gòu)終止轉(zhuǎn)錄的機(jī)理
使RNA聚合酶變構(gòu),轉(zhuǎn)錄停頓;末端polyU使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離,RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG5335RNA-pol目前三十頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)二、真核生物的轉(zhuǎn)錄起始(一)轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化,轉(zhuǎn)錄起始時(shí),RNA-pol不直接結(jié)合模板的啟動(dòng)子,其起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)-25bpTATA盒CAAT盒GC盒
增強(qiáng)子順式作用元件(cis-actingelement):DNA分子上可影響(調(diào)控)轉(zhuǎn)錄的序列。啟動(dòng)子,增強(qiáng)子,沉默子。1.
轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段:
AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)修飾點(diǎn)外顯子翻譯起始點(diǎn)內(nèi)含子OCT-1OCT-1:ATTTGCAT八聚體目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)2.轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactors,TF)
能與順式作用原件識(shí)別、結(jié)合,調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì),稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄因子。反式作用因子(trans-actingfactors)
trans-分子外順式作用元件
(cis-actingfactor)cis-分子內(nèi)目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)基本轉(zhuǎn)錄因子(TFⅠ,TFⅡ,TFⅢ)
直接或間接參與RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子:
特異調(diào)節(jié)各個(gè)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子,決定該基因的時(shí)間,空間特異性表達(dá)。目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)3.轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationcomplex,PIC)
真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合,而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。
目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由RNA-PolⅡ催化轉(zhuǎn)錄的PICPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA復(fù)合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-PPIC組裝完成,TFⅡH使CTD磷酸化目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)(二)轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)RNA-pol前移,核小體移位和解聚現(xiàn)象。體外轉(zhuǎn)錄實(shí)驗(yàn):
移位
DNA酶水解法,200bp及其倍數(shù)的電泳區(qū)帶,被組蛋白保護(hù)。細(xì)胞轉(zhuǎn)錄實(shí)驗(yàn):解聚組蛋白精氨酸乙?;?,降低正電荷。
DNA:AMP→ADP→聚ADP,降低負(fù)電荷。與原核生物大致相似,沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55333加尾AAAAAAA······3mRNA(三)轉(zhuǎn)錄終止——和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。轉(zhuǎn)錄終止修飾點(diǎn):
DNA讀碼框架下游的一組AATAAA和GT共同序列,參與轉(zhuǎn)錄終止過(guò)程。目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾Post-transcriptionalModification第三節(jié)目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.
修飾(modification)4.
添加(addition)目前四十頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)一、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工(一)首、尾的修飾5端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)帽子結(jié)構(gòu)的功能:
核內(nèi)生成,保護(hù)mRNA不被核酸外切酶水解。與翻譯過(guò)程有關(guān),帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白是翻譯起始必需的因子。目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)2.3’-末端PolyA尾:
(長(zhǎng)約100-200bp)生成:在核內(nèi)修飾,與轉(zhuǎn)錄終止同時(shí)進(jìn)行.
作用:增加mRNA穩(wěn)定性,維持翻譯模板活性。5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點(diǎn)55333加尾AAAAAAA······3mRNA目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄(二)mRNA的剪接目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔,又連續(xù)鑲嵌而成,這些基因稱(chēng)為斷裂基因。
1.斷裂基因(splitegene)CABD編碼區(qū)
A、B、C、D非編碼區(qū)目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)2.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(guò)程中被除去的核酸序列。目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)3.
內(nèi)含子的分類(lèi):基因的類(lèi)型和剪接的方式I類(lèi):線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的rRNA基因;II類(lèi):線粒體、葉綠體mRNA基因;I
II類(lèi):自我剪切III類(lèi):多數(shù)mRNA基因;套索結(jié)構(gòu)剪接
IV類(lèi):是tRNA基因,剪接過(guò)程需酶及ATP。翻譯后內(nèi)含子:胰島素原,酶原。目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)mRNA的剪接過(guò)程:
Ⅲ類(lèi)內(nèi)含子剪接,套索狀剪接除去hnRNA中的內(nèi)含子,將外顯子連接。目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)雞卵清蛋白基因hnRNA首、尾修飾hnRNA剪接成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾目錄目前四十九頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)①snRNP剪接體的形成:核內(nèi)的蛋白質(zhì)小分子核糖核酸蛋白體(snRNP)(剪接體,splicesome)snRNA
snRNA:(smallnuclearRNA)
100-300核苷酸,以U分類(lèi):U1-6snRNP:(smallnuclearribonucleoprotein)
作為mRNA剪切的場(chǎng)所。目前五十頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)②內(nèi)含子兩端與U1,U2配對(duì)結(jié)合。
5’剪接點(diǎn):↓GU--;
3’剪接點(diǎn):
--AG↓
分支點(diǎn)序列:3’剪接點(diǎn)上游20~50核苷酸范圍內(nèi)保守序列UACUAAC,倒數(shù)第二個(gè)A為分支點(diǎn)。目錄目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)③形成完整剪切體,內(nèi)含子成套索狀,外顯子靠近。③UACUACA-AGUGU4U5U6E1E2U1U2UACUACA-AGUGU6E1E2U1、U4、U5目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2G-OHUpUpGpA④二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)(twicetransesterification)I類(lèi)內(nèi)含子
目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)剪接體與剪接圖示目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)hnRNA剪接簡(jiǎn)圖目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)5.mRNA的編輯(mRNAediting)mRNA轉(zhuǎn)錄后出現(xiàn)核苷酸的替換,插入或缺失,改變DNA模板來(lái)源的遺傳信息,翻譯出氨基酸序列不同的多種蛋白質(zhì)。目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)
apoBmRNA的編輯apoB基因:29個(gè)外顯子,14500bp,4536aaapoBmRNA編輯蛋白(REPP,脫氨酶)apoBmRNA第26個(gè)外顯子第6666位C脫氨→U;
密碼:CAA(Gln2153)→UAA(終止密碼);肝細(xì)胞:
不表達(dá)REPP4536aaapoB100腸上皮細(xì)胞:表達(dá)REPP2152aaapoB48
目前五十七頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)人類(lèi)apoB基因
mRNA(14500個(gè)核苷酸)肝臟apoB100(分子量為500000)腸道細(xì)胞apoB48(分子量為240000)mRNA編輯
目前五十八頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)RNA編輯的生物學(xué)意義:產(chǎn)生多種表達(dá)產(chǎn)物,產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng),產(chǎn)生功能用途的分化,因此也稱(chēng)為分化加工
(differentialRNAprocessing)。
DNA上的基因數(shù)要比表達(dá)的蛋白質(zhì)種類(lèi)少。估計(jì)10萬(wàn)個(gè)基因,實(shí)際3萬(wàn)個(gè)基因。目前五十九頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)二、tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目錄目前六十頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)RNAaseP、內(nèi)切酶目錄5’前導(dǎo)序列:RNAaseP
中部?jī)?nèi)含子:內(nèi)切酶目前六十一頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADP目錄目前六十二頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)堿基修飾(2)還原反應(yīng)如:UDHU
(3)核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如:Uψ(4)脫氨反應(yīng)如:AI
如:AAm(1)甲基化(1)(1)(3)(2)(4)目錄目前六十三頁(yè)\總數(shù)七十三頁(yè)\編于十六點(diǎn)三、rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工縱列串聯(lián)基因:可轉(zhuǎn)錄的DNA片段與不能轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)串聯(lián)組成的基因。(基
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