基因表達與調控

（第八章）基因表達與調控第一節(jié)基因的概念經典遺傳學：遺傳物質的傳遞規(guī)律分子遺傳學（1953，Watson&Crick）：

基因的本質－化學、結構基因的功能－基因表達、調控與性狀表現基因的變化－基因突變等一、經典遺傳學中基因的概念

功能單位：控制一個或者幾個性狀。

結構單位：染色體片段－基因位點（locus）與染色體一起有絲分裂和減數分裂。是突變最小單位：Aa是交換最小單位：A－B

經典遺傳學認為：基因是遺傳上最小的結構與功能單位，不能分割。是結構與功能的統(tǒng)一體二、分子遺傳學中基因的概念

基因的本質：（1）基因是特定長度和堿基序列的DNA片段（2）核苷酸序列中蘊藏著遺傳信息：

mRNA多肽

DNA

tRNA

rRNA

調節(jié)基因

無翻譯產物翻譯轉錄無轉錄產物結構基因2.基因遺傳結構的可分性（1）擬等位基因的發(fā)現：Oliver（1940），果蠅

野生型突變型（卵圓眼）（菱形眼）

都位于X染色體上27.2YY♀♂

F1：應該全是菱形眼，但是卻意外發(fā)現了0.2%的野生卵圓形眼。為什么？推斷：i回復突變：ii等位基因“不等位”：和雖然都位于X27.2這個基因位點（locus），但是，它們卻處在不同的座位（site），基因內部不同座位之間發(fā)生重組：

YY××（0.2%）＋＋27.2F1：Oliver的兩個學生設計了一個更巧妙的實驗，證明了同一個基因內部的不同座位之間可以發(fā)生交換，而且排除了突變的可能性：yyapraprsplspl×＋w＋Y（黃身、杏黃眼、分叉剛毛）（灰身、白眼、直剛毛）F1X染色體

y+apr++wspl+01.53.0yapr+spl♀♂由于apr和w都位于X的1.5位點，是等位基因。讓該F1自交，F2不應該有紅眼個體出現。但結果卻是出現了0.1%的紅眼：

—如果是回復突變：紅眼果蠅應該是黃身、分叉剛毛，或者灰身、直剛毛。

—如果是在圖示位置發(fā)生交換：紅眼都是灰身、分叉剛毛。實驗證明：紅眼都是灰身、分叉剛毛，所以是基因位點內部兩個座位之間交換的結果。（2）順反測驗基因既然可以劃分為不同的遺傳單位，那么基因的界限在哪兒？——順反測驗概念：順式（cis）－同側，像“相引相”反式（trans）－不同側，像“相斥相”步驟：

創(chuàng)建雙突變雜合二倍體：

注意：a1、a2

是基因產物相同或者相似的突變基因

有無互補作用？

ABabAbaB++a1a2+a2a1+

順式反式

a1、a2a1、a2等位基因非等位基因

++a1a2+a2a1+野生型gene1gene2野生型突變型gene1gene2野生型突變型順式：反式：DNA轉錄mRNAmRNA順式：無論a1、a2是否等位，都表現為野生型，因此在順反測驗中只能起對照作用。反式：順反測驗如果沒有互補作用

a1、a2等位基因順反測驗如果有互補作用

a1、a2非等位基因

順反子（citron）：在順反測驗中沒有互補作用的所有座位的突變。是功能的最小單位。實際上相當于一個基因。（3）基因的細微結構T4噬菌體rII區(qū)的細微結構T4噬菌體染色體上有三個區(qū)段，決定三種快速溶菌類型：rI，rII，rIII(注意：第七章噬菌體作圖時的r是T2的基因)Benzer（1950）對rII深入研究：

首先：獲得了2000多個獨立的突變株，估計有400~500個突變位點。

其后：雙重感染E.coliB（同時），形成雙突變雜合二倍體，進行互補測驗。發(fā)現突變體可以分為rIIA和rIIB二組：其中只有分別屬于rIIA和rIIB的突變體之間可以互補，而rIIA或者rIIB內部的突變體之間沒有互補效應rII區(qū)有A、B二個順反子。

最后：作連鎖圖：rx－ry重組值＝雙重感染E.ColiB+rxry++ryrx+

+ryrx+rxry++E.ColiBE.ColiK12(

)所有基因型噬菌斑野生型噬菌斑2×

E.ColiK12(

)噬菌斑數E.ColiB噬菌斑數×100%順反子（citron）是功能的基本單位，但是一個順反子內部同的區(qū)段可以發(fā)生基因突變突變子（muton）：突變的最小單位。重組子（recon）：重組的最小單位。重組子作圖。i.e.基因不是最小的（遺傳）結構單位。高等動植物的復等位基因a1Aa2基因突變的多方向性：即同一個a3基因內部不同座位發(fā)生突變。a4如何判斷是否是復等位基因？順反測驗－

等位性測驗3.基因概念的發(fā)展：

移動基因（跳躍基因）：轉座子斷裂基因：內含子、外顯子重疊基因：同一段DNA不同的讀碼或終止方式，產生不同的表達產物。一般常見于原核生物。假基因：與正?；蛐蛄懈叨韧?，但是不表達。4.基因與性狀表達基因（DNA）mRNA蛋白質tRNA

rRNAABAB結構蛋白酶蛋白性狀表現代謝例1：人的鐮形紅血球貧血癥

S(GTA,Val)

A(GAA,Glu)

C

(AAA,Lys)豌豆：圓粒－皺粒R－淀粉分支酶（SBE）基因正常，淀粉粒形成圓粒豌豆。r－SBE基因插入失活（0.8kb），蔗糖積累皺粒。Beadle,GW&Tatum,EL：“一個基因一個酶”“一個基因一個多肽”一個多肽或多個多肽生物性狀。局限性例2豌豆的圓粒與皺粒第二節(jié)基因表達的調控基因表達的調控：細胞、組織功能的分化細胞的全能性與不同發(fā)育階段的分化。不同環(huán)境

基因表達的時空調控。一般表現兩個層次：（1）轉錄水平（2）轉錄后水平一、原核生物基因表達的調控（一）主要在轉錄水平調控：

負調控：geneONOFF

正調控：geneOFFON

誘導：活性阻遏蛋白失活

誘導因子＋非活性激活蛋白活性

阻遏：失活阻遏蛋白活性

共阻遏蛋白＋活性激活蛋白失活阻遏蛋白激活蛋白1.乳糖操縱元（lacoperon）（1）乳糖操縱元的結構lacIlacZlacYlacA

PlacIPlac

OlacRNADNAlacZlacYlacA

lacI乳糖阻遏物（單體、四聚體）-半乳糖苷酶

滲透酶乙酰轉移酶Protein乳糖葡萄糖＋半乳糖增加乳糖的吸收功能未知（2）乳糖操縱元轉錄調節(jié)PlaclacZlacYlacA轉錄被阻滯RNA聚合酶Olac被激活的乳糖阻抑物四聚體乳糖誘導物（異乳糖）失活的乳糖阻抑物-誘導物復合體OlacPlaclacZlacYlacARNA聚合酶轉錄被誘導lacZlacYlacA

RNAcAMP-CRPComplexPlac弱啟動子，當體內葡萄糖缺乏時，cAMP并與cAMP受體蛋白(CRP)結合成復合物,再結合到圖中的位置，可使DNA發(fā)生900彎曲，轉錄效率提高50倍——正調控。葡萄糖cAMP合成

lacZ

2.色氨酸操縱元色氨酸操縱元的結構和色氨酸阻抑物的功能弱化作用——前導序列可以組成性轉錄。弱化子：前導RNA結構重要性：使色氨酸轉錄抑制10倍。trpAtrpBtrpCtrpEtrpDPtrpOtrp前導序列a前導肽Trp阻抑物色氨酸激活RNAtrpEtrpDtrpCtrpBtrpA色氨酸合成所需的酶trpR弱化子：缺失導致轉錄水平上升的不依賴于σ因子的DNA序列，如果形成發(fā)夾結構就可以作為一個高效的轉錄終止子。前導RNA序列5’trpmRNAtrpL1234寡聚U區(qū)trpE(a)正常(b)高[Trp]12轉錄終止34(C)低[Trp]1234轉錄延伸（二）翻譯水平的調控1.E.coli核糖體合成反饋抑制：核糖體合成過量核糖體與本身mRNA的（1）UTR（5’非翻譯區(qū)）結合或者（2）Shin