真核生物基因組

第二講真核生物基因組真核生物的基因組比較龐大，并且不同生物種間差異很大，例如人的單倍體基因組由3.16x109bp組成。在人細(xì)胞的整個基因組中實際上只有很少一部份(約占2%?3%)的DNA序列用以編碼蛋白質(zhì)。第一節(jié)真核生物基因組特點真核生物體細(xì)胞內(nèi)的基因組分細(xì)胞核基因組與細(xì)胞質(zhì)基因組，細(xì)胞核基因組是雙份的(二倍體，diploid)，即有兩份同源的基因組；細(xì)胞質(zhì)基因組可有許多拷貝。真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，一個結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯生成一個mRNA分子和一條多肽鏈。細(xì)胞核基因組存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)百萬次以上，大多為非編碼序列；因此，基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。大部分基因含有內(nèi)含子，因此，基因是不連續(xù)的。真核生物基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組，具有許多復(fù)制起點，但每個復(fù)制子的長度較小。一、細(xì)胞核基因組與細(xì)胞質(zhì)基因組細(xì)胞核基因組細(xì)胞核基因組的DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體(chromosome)o除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞有兩個同源染色體，因此基因組有兩份同源的基因組。染色體儲存于細(xì)胞核內(nèi)，是基因組遺傳信息的載體?；蚪MDNA在形成染色體時發(fā)生了高度的壓縮，其中核小體(nucleosome)的形成使DNA大約壓縮6~7倍，從核小體到形成30nm螺線管纖維(solenoidalfiber)又使DNA壓縮了6倍，30nm螺線管纖維再纏繞在一個由某些非組蛋白構(gòu)成的中心軸(centralaxis)骨架上形成螺線管纖維環(huán)(loops)再一次使DNA壓縮，最后，從螺線管纖維環(huán)到包裝形成染色體是DNA壓縮程度最高的階段，因此染色體形成后DNA總共被壓縮了8100多倍。線粒體基因組線粒體基因組DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)為雙鏈環(huán)狀超螺旋分子，類似于質(zhì)粒DNA，分子量小，大多在1?200x106之間，如人類mtDNA僅由16569bp組成。mtDNA的復(fù)制屬于半保留復(fù)制，可以是0型復(fù)制，或滾環(huán)復(fù)制，或D環(huán)復(fù)制，由線粒體DNA聚合酶催化完成。線粒體基因組主要編碼與生物氧化有關(guān)的一些蛋白質(zhì)和酶，如：呼吸鏈中的細(xì)胞色素氧化酶有七個亞基，其中三個亞基由mtDNA編碼，其余四個亞基由細(xì)胞核DNA編碼；細(xì)胞色素還原酶有七個亞基，基中的一個亞基由mtDNA編碼；ATP酶含有十個亞基，其中四個亞基由mtDNA編碼。線粒體基因組可能還包括一些抗藥性基因。此外，線粒體基因組有自己的rRNA，tRNA，核糖體等系統(tǒng)，因此線粒體本身的一些蛋白質(zhì)基因也可以在線粒體內(nèi)獨立地進(jìn)行表達(dá)。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物mtDNA的遺傳密碼與通用的遺傳密碼有以下區(qū)別：①。6人不是終止密碼，而是編碼色氨酸的密碼;②多肽內(nèi)部的甲硫氨酸由AUG和AUA兩個密碼子編碼，而起始甲硫氨酸由AUG、AUA、AUU和AUC四個密碼子編碼；③AGA、AGG不是精氨酸的密碼子，而是終止密碼子，因此，在線粒體密碼翻譯系統(tǒng)中有4個終止密碼子（UAA、UAG、AGA、AGG）。二、單順反子結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)基因為單順反子（monocistron），一個結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄生成一個單順反子mRNA分子，翻譯成一條多肽鏈，真核生物基本上沒有操縱子結(jié)構(gòu)。三、斷裂基因真核細(xì)胞基因組的大部分序列屬于非編碼區(qū)，不編碼具有生物活性的蛋白質(zhì)或多肽。編碼區(qū)通常為結(jié)構(gòu)基因，結(jié)構(gòu)基因不僅在兩側(cè)有非編碼區(qū)，而且在基因內(nèi)部也有許多不編碼蛋白質(zhì)的間隔序列（interveningsequences），因此，真核細(xì)胞的基因大多由不連續(xù)的幾個編碼序列所組成，稱之為斷裂基因（splitgene）o（一）內(nèi)含子與外顯子內(nèi)含子（intron）是結(jié)構(gòu)基因中的非編碼序列，往往與編碼序列呈間隔排列。當(dāng)基因轉(zhuǎn)錄后，在mRNA的成熟過程中被剪切（splicing）o外顯子（exon）是結(jié)構(gòu)基因中的編碼序列，當(dāng)基因轉(zhuǎn)錄后，mRNA在成熟過程中切去內(nèi)含子，外顯子才被拼接成完整的序列，成為成熟的mRNA作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的模板。（二）間隔區(qū)DNA真核生物基因之間存在編碼空白區(qū)或轉(zhuǎn)錄的空白區(qū)，稱之為間隔區(qū)DNA（spacerDNA）,這些序列往往在單拷貝的結(jié)構(gòu)基因之側(cè)翼，并使結(jié)構(gòu)基因彼此分開，間隔區(qū)DNA也可以存在于rDNA區(qū)。間隔區(qū)DNA大小與基因組的大小有關(guān)，一般來說，基因組愈大，間隔區(qū)DNA所占的比例也愈高。四、重復(fù)序列（一） 高度重復(fù)序列真核生物基因組中普遍存在著重復(fù)序列，其中重復(fù)頻率高，可達(dá)百萬（106）以上的重復(fù)序列，稱之為高度重復(fù)序列。在人類基因組中約占20%。由于高度重復(fù)序列中堿基組成的復(fù)雜度很低，因此其復(fù)性速率很快。高度重復(fù)序列又按其結(jié)構(gòu)特點分為三種：反向（倒位）重復(fù)序列這種重復(fù)序列復(fù)性速度極快，即使在極稀的DNA濃度下，也能很快復(fù)性，因此又稱零時復(fù)性部分，人基因組中約占5%。倒位重復(fù)序列由兩個相同順序的互補(bǔ)拷貝在同一DNA鏈上反向排列而成。變性后再復(fù)性時，同一條鏈內(nèi)的互補(bǔ)的拷貝可以形成鏈內(nèi)堿基配對而形成發(fā)夾式或“+”字形結(jié)構(gòu)。倒位重復(fù)（即兩個互補(bǔ)拷貝）之間可有若干個核苷酸的間隔，也可以沒有間隔。沒有間隔的又稱之為回文（palindrome）結(jié)構(gòu)，回文結(jié)構(gòu)約占所有倒位重復(fù)的三分之一。衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）重復(fù)序列的重復(fù)單位一般由2?10bp組成，且成串排列。由于這類序列的堿基組成不同于其他部份，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開，因而稱為衛(wèi)星DNA或隨體DNA。在人類基因組中衛(wèi)星DNA約占5?6%。高度重復(fù)順序的功能主要有：①參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)。反向序列常存在于DNA復(fù)制起點區(qū)的附近；另外，許多反向重復(fù)序列是一些蛋白質(zhì)（包括酶）和DNA的結(jié)合位點。②參與基因表達(dá)的調(diào)控。③參與轉(zhuǎn)位作用。幾乎所有轉(zhuǎn)位因子的末端都包含反向重復(fù)序列，長度由幾個bp到1400bp。④與進(jìn)化有關(guān)。不同種屬的高度重復(fù)序列的核苷酸序列不同，具有種屬特異性，但相近種屬又有相似性。⑤與個體特征有關(guān)。同一種屬中不同個體的高度重復(fù)序列的重復(fù)次數(shù)不一樣，這可以作為每個個體的特征，即DNA指紋。⑥與染色體減數(shù)分裂時染色體配對有關(guān)。（二） 中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列是指在真核基因組中重復(fù)數(shù)十至數(shù)萬次（＜105）的重復(fù)序列。其復(fù)性速度快于單拷貝順序，但慢于高度重復(fù)序列。少數(shù)在基因組中成串排列在一個區(qū)域，大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列。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。短分散片段（shortinterspersedrepeatedsegments,SINES）重復(fù)序列的平均長度為300bp（一般＜500bp）,與平均長度為1000bp左右的單拷貝序列間隔排列，拷貝數(shù)可達(dá)10萬左右。如Alu家族、Hinf家族等屬于這種類型的中度重復(fù)序列。Alu家族是哺乳動物基因組中含量最豐富的一種中度重復(fù)順序家族，約占人類基因組的3%?6%。Alu家族每個成員的長度約300bp，每個單位長度中有一個限制性內(nèi)切酶Alu的切點（AGICT），Alu可將其切成兩段，130bp和170bp，因而定名為Alu序列（或Alu家族）。Alu序列分散在基因組中，在間隔區(qū)DNA，內(nèi)含子中都發(fā)現(xiàn)有Alu序列。Alu序列具有種特異性，以人的Alu序列制備的探針只能用于檢測人的基因組中的Alu序列，由于在大多數(shù)的含有人的DNA的克隆中都含有Alu序列，因此，可用以人的Alu序列制備的探針與克隆雜交來進(jìn)行篩選。長分散片段（longinterspersedrepeatedsegments，LINES） 重復(fù)序列的長度大于1000bp，平均長度為3500?5000bp，如KpnI家族等。中度重復(fù)序列在基因組中所占比例在不同種屬之間差異很大，在人類基因組中約為12%。中度重復(fù)序列大多不編碼蛋白質(zhì)。其功能可能類似于高度重復(fù)序列。有些中度重復(fù)序列則是編碼蛋白質(zhì)或rRNA的結(jié)構(gòu)基因，如HLA基因、rRNA基因、tRNA基因、組蛋白基因、免疫球蛋白基因等。中度重復(fù)序列可存在于結(jié)構(gòu)基因之間、基因簇之中，甚至存在于內(nèi)含子內(nèi)部等。中度重復(fù)序列一般具有種屬特異性，因此在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以應(yīng)用它們作為探針以區(qū)分不同種屬哺乳動物細(xì)胞來源的DNA。KpnI家族 是中度重復(fù)順序中僅次于Alu家族的第二大家族，用限制性核酸內(nèi)切酶KpnI消化人類及其它靈長類動物的DNA，在電泳圖譜上可以看到4個不同長度的片段，分別為1.2、1.5、1.8和1.9kb，在人類基因組中，KpnI家族的拷貝數(shù)約為3000?4800個，約占基因組的1%。（2）組蛋白基因在各種生物體內(nèi)重復(fù)的次數(shù)不一樣，組蛋白基因沒有一定的排列方式，組蛋白基因不含內(nèi)含子，組蛋白基因序列都很相似，從而編碼的組蛋白在結(jié)構(gòu)上和功能上也極為相似，具有高的保守性。（三）低度重復(fù)序列（單拷貝序列）低度重復(fù)序列在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，因而復(fù)性速度很慢。人基因組中，大約有60%?65%的序列屬于這一類。低度重復(fù)序列中儲存了巨大的遺傳信息，編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)。目前尚不清楚單拷貝基因的確切數(shù)字，在低度重復(fù)序列中只有一小部份用來編碼各種蛋白質(zhì)，其他部份的功能尚不清楚。五、多基因家族與假基因多基因家族多基因家族(multigenefamily)是指由某一祖先基因經(jīng)過重復(fù)和變異所產(chǎn)生的一組基因。多基因家族可分為兩類：①基因家族成簇地分布在某一條染色體上，其可同時發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)(如：組蛋白基因家族就成簇地集中在第7q326)；②一個基因家族的不同成員成簇地分布在不同的染色體上，這些不同成員編碼一組功能上緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)(如珠蛋白基因家族)。假基因在多基因家族中，某些成員并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這些基因稱為假基因(pseudogene)。假基因與有功能的基因是同源的，原來可能也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或點突變等，使這一基因失去活性，成為無功能的基因。人們推測假基因的來源之一，可能是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后生成的hnRNA通過剪接失去內(nèi)含子形成mRNA，mRNA經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生cDNA，再整合到染色體DNA中去，便有可能成為假基因，因此該假基因就沒有內(nèi)含子，在這個過程中，可能同時會發(fā)生缺失，倒位或點突變等變化，從而使假基因失去表達(dá)活性。六、多態(tài)性基因組中某個基因在同種生物的不同個體中，同時和經(jīng)常存在的兩種或兩種以上的變異型或基因型的現(xiàn)象，稱為基因多態(tài)性(genepolymorphism)o真核生物基因組中基因多態(tài)性常常出現(xiàn)在限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點序列中，因此，用某個限制性核酸內(nèi)切酶來酶解基因組的某段序列時，在同種的不同個體之間該段序列可能被酶解成長短不等的幾個DNA片段，即這段序列在該種生物的群體中形成多態(tài)性，這種多態(tài)性稱為限制性核酸內(nèi)切酶片段長度多態(tài)性(restrictionfragmentlengthpolymorphism，RFLP)。RFLP分為兩種類型：一類是由于限制性內(nèi)切酶位點上發(fā)生了單個堿基突變而使這一限制性位點發(fā)生丟失或獲得而產(chǎn)生的多態(tài)性，故稱之為點多態(tài)性（pointpolymorphism）o這類多態(tài)性實際上是雙態(tài)的，即有（+）或無（-）。另一類是由于DNA分子內(nèi)部發(fā)生較大的順序變化所致。這一類多態(tài)性又可以分成兩個亞類：第一亞類是DNA順序上發(fā)生突變?nèi)缛笔?、重?fù)、插入。第二亞類是近幾年發(fā)現(xiàn)的所謂“高變區(qū)”。高變區(qū)（highlyvariableregion），是由多個串聯(lián)重復(fù)順序組成的，不同的個體高變區(qū)內(nèi)所串聯(lián)重復(fù)的拷貝數(shù)相差懸殊，因而高變區(qū)的長度變化很大，從而使高變區(qū)兩側(cè)限制性內(nèi)切酶識別位點的固定位置隨高變區(qū)的大小而發(fā)生相對位移。所以這一類型的RFLP是由于高變區(qū)內(nèi)串聯(lián)重復(fù)順序的拷貝數(shù)不同所產(chǎn)生的，其突出特征是限制性內(nèi)切酶識別位點本身的堿基沒有發(fā)生改變，改變的只是它在基因組中的相對位置。第二節(jié)基因組結(jié)構(gòu)與疾病一、人類染色體的結(jié)構(gòu)與疾病（一） 人體染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)和形態(tài)人類體細(xì)胞中有46條染色體，其中44條（22對）為常染色體，另兩條為性染色體（女性為XX，男性為XY）。生殖細(xì)胞中卵細(xì)胞和精子各有23條染色體，卵細(xì)胞為22+X，精子為22+X或22+Y。為便于鑒別人類的每一條染色體，根據(jù)染色體的長度和著絲粒的位置將人類染色體順次由1編到22號，并分為A、B、C、D、E、F、G等7個組。用熒光染料喹吖因氮芥（quinacrinemustard）體外處理染色體標(biāo)本，在熒光顯微鏡下每條染色體可出現(xiàn)寬窄和亮度不同的紋（熒光帶），稱之為Q顯帶；若用熱、堿、胰酶、尿素、去垢劑或某些鹽溶液預(yù)先處理染色體標(biāo)本，再經(jīng)Giemsa染色，則染色體可顯示出類似的帶紋，稱之為G顯帶。用其它方法還可以得到與G帶明暗相反的R帶（reversebands）和專門顯示著絲粒異染色質(zhì)的C帶，以及專一顯示染色體的端粒（T顯帶）或核仁組織區(qū)（N帶）和各種帶型。顯帶技術(shù)不僅解決了染色體的識別問題，而且，通過顯帶可以區(qū)別染色體上的許多區(qū)和帶，為進(jìn)一步深入研究染色體的異常和人類基因定位創(chuàng)造了條件。（二） 染色體的數(shù)目畸變與疾病正常人的體細(xì)胞具有46條染色體（2n），配子細(xì)胞（精子和卵）具有23條染色體（n），前者稱為二倍體，后者稱為單位體。染色體偏離正常數(shù)目稱為染色體數(shù)目異常或數(shù)目畸變。多倍體和多倍性體細(xì)胞染色體倍數(shù)超過二倍(2n)的細(xì)胞稱為多倍體細(xì)胞，體細(xì)胞獲得多倍體的性狀稱為多倍性(polyploidy)。異倍性或非整倍性細(xì)胞的染色體數(shù)非23的整倍時，稱為異倍體細(xì)胞，如細(xì)胞具有44,45,47,48,67條染色體時都是異倍體細(xì)胞，44和45略少于46,故可稱為亞二倍體；47,48略多于46,稱為超二倍體；67可稱為亞三倍體等。異倍體細(xì)胞在腫瘤組織中十分常見。發(fā)生的原因是：①染色體的丟失；②染色體的核內(nèi)復(fù)制(endoredplication)；③染色體不分離。三體性和單體性體細(xì)胞的某號染色體增多一條，稱為三體性(trisomy)；體細(xì)胞的某號染色體減少一條，稱為單體性(monosomy)o導(dǎo)致三體性或單體性的原因可能是在減數(shù)分裂時發(fā)生了染色體不分離(nondisjunction),如在細(xì)胞分裂時，某一染色體的兩條單體在分裂后期不能正常地分開而同時進(jìn)入某一子細(xì)胞，則必然導(dǎo)致該子細(xì)胞增多一條染色體而另一子細(xì)胞缺少一條染色體。Down綜合征(47,+21)、Patau綜合征(47,+13)、Edward綜合征(47,+18)等均為典型的常染色體三體綜合征，臨床上多表現(xiàn)為智力損害和發(fā)育畸形。常染色體的單體性由于嚴(yán)重破壞基因平衡，因而是致死的。染色體的結(jié)構(gòu)異常與疾病染色體結(jié)構(gòu)異常的類型染色體斷裂(breakage)、或染色體斷裂端的非正常重連均可導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)異常。常見的染色體結(jié)構(gòu)異常有：①缺失(deletion)②形成環(huán)狀染色體(ringchromosome),當(dāng)一條染色體的兩臂各有一次斷裂，有著絲粒節(jié)段的兩個斷裂端如彼此重新連接，可形成環(huán)狀染色體。③等臂染色體(isochromosome),染色體斷裂如果發(fā)生在著絲粒區(qū)，使著絲粒橫斷，則兩個臂的姐妹染色單體可分別互相連接，導(dǎo)致長臂與長臂重連，短臂與短臂重連，形成等臂染色體。④倒位(inversion)⑤易位(translocation)⑦插入(insertion),⑧重復(fù)(duplication)染色體的相互易位、插入等都是導(dǎo)致重復(fù)的主要原因。染色體結(jié)構(gòu)異常與疾病例如，貓叫綜合征患者80%為5P15缺失，10%為不平衡易位，個別為環(huán)狀染色體或嵌合體。脆性X染色體綜合征是由于X染色體長臂2區(qū)7帶(Xq27)具有隨體和細(xì)絲狀次縊痕，稱為脆性部位(fragilesite),在Xq27處有脆性部位的X染色體稱為脆性X染色體(fragileX)。Down綜合征主要是由于患者體內(nèi)多了一條21號染色體(47，+21)，此外，21號染色體長臂與另一條D組或G組染色體通過著絲粒融合(羅氏易位)，也可導(dǎo)致Down綜合征。Turner綜合征主要是由于患者體內(nèi)少了一條X染色體(45,X)，此外，還有各種嵌合型(46,XX/45,X和46,X,i(Xq))和X染色體結(jié)構(gòu)異常的核型。如Xp缺失、X長臂缺失、X染色體長臂等臂染色體等等。二、基因結(jié)構(gòu)與疾病基因組結(jié)構(gòu)及異常所謂基因組結(jié)構(gòu)，就是指基因組DNA中不同的功能片段在整個基因組中的分布。真核生物基因組DNA是有序的分布在染色體上，因此，基因組結(jié)構(gòu)與染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)和形態(tài)有關(guān)，染色體數(shù)目的畸變、染色體結(jié)構(gòu)的異常都將影響基因組的結(jié)構(gòu)。然而，基因組結(jié)構(gòu)的改變并非一定導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)的改變，基因結(jié)構(gòu)的改變也不一定導(dǎo)致基因功能的異常。只有當(dāng)缺失、倒位、易位、插入等引起基因突變，而且這種突變又改變了基因的編碼序列或影響了基因的調(diào)控序列時，基因的結(jié)構(gòu)及其功能才發(fā)生異常，這種異常又常常會導(dǎo)致基因病(genicdisease)的發(fā)生。基因結(jié)構(gòu)異常與疾病基因結(jié)構(gòu)異常，從廣義上包括染色體畸變(chromosomeaberration)和基因突變(genemutation)。狹義上基因結(jié)構(gòu)異常一般指基因突變。基因突變即基因的核苷酸序列或數(shù)目發(fā)生改變，DNA分子中只出現(xiàn)單個堿基改變者稱為點突變(dotmutation)，涉及多個堿基改變的有缺失、重復(fù)、插入等。基因結(jié)構(gòu)異常是引起基因病的主要原因，基因病常分為單基因病(monogeneticdisease)和多基因病(multigenedisorder)，有報道，全球新生兒中至少有2%有明顯的先天異常，其中大約有一半為單基因病。單基因病(1)血紅蛋白病由于珠蛋白基因突變導(dǎo)致珠蛋白分子結(jié)構(gòu)或合成量異常所引起的疾病，稱為血紅蛋白病(hemoglobinopathy，Hb)。Hb由四種珠蛋白肽鏈組成，它們分別是a、0、8和y肽鏈，其不同的組合形成各種血紅蛋白。如：編碼。鏈第6位谷氨酸的密碼是GAA,當(dāng)顛換成GUA時，編碼的氨基酸改為纈氨酸，即導(dǎo)致血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能異常，引起鐮刀狀紅細(xì)胞貧血。又如：在中國人中發(fā)現(xiàn)的P珠蛋白基因轉(zhuǎn)錄的密碼子17由AAG-UAG的突變，或P珠蛋白基因轉(zhuǎn)錄的密碼子41~42產(chǎn)生缺失，均導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄的mRNA在翻譯時過早終止，造成P珠蛋白鏈過短而失活；引起P珠蛋白生成障礙性貧血。（2）苯丙酮尿癥苯丙酮尿癥（PKU）的病因是患者肝細(xì)胞缺乏苯丙氨酸羥化酶，使體內(nèi)的苯丙氨酸不能正常代謝為酪氨酸，導(dǎo)致血清中苯丙酮酸濃度升高?，F(xiàn)已知苯丙氨酸羥化酶基因定位于12q24.1，此基因全長約90kb，含13個外顯子，在中國人中已發(fā)現(xiàn)10余種點突變，這是造成酶活性缺乏的原因。多基因?。?） 原發(fā)性高血壓原發(fā)性高血壓的致病基因及相關(guān)基因尚不明確。高血壓候選基因有150多個，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（angiotensin-convertingenzyme，ACE）、血管緊張素原、內(nèi)皮素、p2腎上腺素受體（62-adrenergicreceptor）、G蛋白鳥嘌吟核苷結(jié)合蛋白p3亞基基因最有可能成為高血壓相關(guān)基因。ACE基因定位于染色體17q23,有26個外顯子和25個內(nèi)含子，全長約21kb，在16號內(nèi)含子內(nèi)存在插入（【）和缺失（D）兩種變異體。人類ACE基因型與血清ACE的活性有關(guān)：DD>DI>II，ACE基因的插入/缺失多態(tài)性與動脈粥樣硬化性心血管疾病、心肌肥厚和再狹窄有一定的相關(guān)性。（2） 糖尿病糖尿病是一種具有明顯遺傳傾向的多基因疾病，根據(jù)發(fā)病機(jī)制，可分為I型、II型、和妊娠型糖尿病。I型糖尿?。↖-DM）遺傳背景研究早期主要集中在人類白細(xì)胞抗原（HLA）和易感性和抗性位點上。在I-DM患者中，HLA-I類抗原中B15、B8、B18出現(xiàn)頻率明顯增加，而B7出現(xiàn)頻率顯著下降。HLA-II類抗原中DQa52位精氨酸為I-DM的易感受性位點，而DQp57天冬氨酸為I-DM的抗性位點。近年來采用微衛(wèi)星熒光標(biāo)記半自動全基因組掃描技術(shù)，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)許多位點與1-DM相關(guān)，如IDDM1：6p21；IDDM2：11p15；IDDM3:15q26；IDDM4：11p13；IDDM5:6q25；等等。II型糖尿病（II-DM）的遺傳缺陷包括：胰島素基因點突變、胰島素受體前缺陷、胰島素受體缺陷、胰島素受體后及信號傳導(dǎo)系統(tǒng)缺陷、胰島素作用的靶組織的遺傳缺陷，等等?，F(xiàn)已知的2-DM易感基因位點有：D2S125（位于2q37）、D12S1349（位于12號染色體）、D20S197（位于20q），等等。三、端粒與端粒酶1930’，著名的遺傳學(xué)家B.Mcclintock和HJ.Muller發(fā)現(xiàn)，真核細(xì)胞的染色體末端存在著一種由DNA片段和蛋白組成的獨特的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對維持染色體的穩(wěn)定性具有重要的作用，失去了這些片段，染色體就會互相粘連到一塊，發(fā)生結(jié)構(gòu)及功能上的改變，從而影響到細(xì)胞的分裂與生長，這一結(jié)構(gòu)定義為端粒（telomere）。人及其它脊椎動物中是以5’TTAGGG3’為單位進(jìn)行重復(fù)，其它物種可有5?8bp的長度。重復(fù)的次數(shù)（n）也因物種而異，由幾十到數(shù)千不等。端粒的主要作用是：維持染色體的穩(wěn)定性，防止染色體的重組及末端被降解。最近的一些研究表明，端粒還能保證細(xì)胞在有絲分裂時染色體準(zhǔn)確地分離，在減數(shù)分裂時保證染色體的成對及運動。端粒的另一個重要作用是它在細(xì)胞生長中的作用。端粒酶是一種核糖蛋白酶，具有逆轉(zhuǎn)錄酶活性。人端粒酶分子有三個主要的組分，人端粒酶RNA（humantelomeraseRNA，hTR）、人端粒酶相關(guān)蛋白（telomerase-associatedprotein，TP1/TLP1）和人端粒酶催化蛋白亞單位（thecatalyticproteinsubunitoftelomerase，hTERT）。細(xì)胞內(nèi)端粒酶活性的缺失導(dǎo)致端?？s短，端粒隨細(xì)胞分裂每次丟失50?200個堿基，端粒一旦縮短到短于某個“關(guān)鍵長度”時，就很有可能導(dǎo)致染色體雙鏈斷裂，并激活細(xì)胞自身的檢驗系統(tǒng)，使細(xì)胞進(jìn)入M1期死亡狀態(tài)；隨著端粒的進(jìn)一步丟失，發(fā)生染色體重排，結(jié)果導(dǎo)致了無著絲粒染色體和非整倍體染色體的形成等，使細(xì)胞進(jìn)入M2期死亡狀態(tài)。因此，細(xì)胞要維持其正常分裂，就必須激活端粒酶，阻止端粒的進(jìn)一步丟失，否則，細(xì)胞不能進(jìn)行染色體的正常復(fù)制，所以只有重新獲得端粒酶活性的細(xì)胞，才能繼續(xù)生存下去。對于那些無法激活端粒酶活性的細(xì)胞，即無法阻止端粒的進(jìn)一步丟失，細(xì)胞只能面臨趨向衰老。第二節(jié)人類基因組與人類基因組計劃一、人類基因組人類基因組包括細(xì)胞核內(nèi)的核基因組和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的線粒體基因組。核基因組由3.16x109bp組成，線粒體基因組由16569bp組成。正常體細(xì)胞(二倍體)基因組包括二個核基因組和多個線粒體基因組。核基因組包含在22條常染色體和X、Y性染色體內(nèi)，每條染色體大小不等。人類基因組的組織特點為:①功能相似或相關(guān)的基因常常散在分布于不同的染色體上(爾偶聚集在一起)；②基因組中各個基因的大小和內(nèi)部組織的差異極大；③各個基因的大小差異很大，從數(shù)百個bp、幾個kb到數(shù)百個kb不等；④基因組含重復(fù)序列，重復(fù)序列大多為非編碼的，與編碼序列相間排列，以此來分散結(jié)構(gòu)基因；⑤每個結(jié)構(gòu)基因都有單獨的調(diào)控序列。人類基因組中，存在著大量的非編碼序列，如前述的高度重復(fù)順序、內(nèi)含子、間隔區(qū)DNA等。這些序列中，只有很小一部份具有重要的調(diào)節(jié)功能，絕大部分都沒有什么特殊功用。在這些DNA序列中雖然積累了大量缺失，重復(fù)或其他突變，但對生物并沒有什么影響，它們的功能似乎只是自身復(fù)制，因此將這類DNA稱為自私DNA(selfishDNA)或寄生DNA(parasiteDNA)O自私DNA也許有重要的功能，只是目前我們對其功能還未了解而已。二、人類基因組計劃HGP的基本任務(wù)可用4張圖譜來概括，即遺傳圖譜、物理圖譜、序列圖譜和基因圖譜。1.遺傳圖譜遺傳圖又稱連鎖圖。即在基因組中尋找可以表明基因之間位置關(guān)系的遺傳標(biāo)記。第一代標(biāo)記是經(jīng)典的遺傳標(biāo)記，最初主要是利用蛋白質(zhì)和免疫學(xué)的標(biāo)記，如ABO血型位點標(biāo)記、HLA位點標(biāo)記。70年代中后期建立起來的限制性片段長度多態(tài)性(RFLP)方法在整個基因組中確定的位點數(shù)目達(dá)到105以上，該系統(tǒng)一經(jīng)建立就廣泛應(yīng)用到基因組的研究中。RFLP最成功的運用是在Hungtington舞蹈癥的基因定位。然而，RFLP可提供的信息量很有限，并且有時還需用放射性同位素標(biāo)記的DNA片段為探針檢測RFLP，因而又存在著工作環(huán)境和費用等問題。第二代標(biāo)記稱“小衛(wèi)星中心”(minisatellitecore)和“微衛(wèi)星標(biāo)記”(microsatellitemarker),這一系統(tǒng)是目前在基因定位的研究中應(yīng)用最多的標(biāo)記系統(tǒng)。STR的遺傳學(xué)圖