第三章 真核生物基因組

第三章真核生物基因組細(xì)胞核基因組（cytoblastgenome）細(xì)胞器基因組（organellegenome）由染色體DNA組成：DNA+蛋白質(zhì)=核小體線性雙鏈DNA分子染色體的數(shù)目，絕大多數(shù)真核生物體細(xì)胞都是二倍體基因表達(dá)與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)（一）細(xì)胞核基因組*M期——染色體形式大部分細(xì)胞周期——染色質(zhì)(彌散狀)

DNA染色質(zhì)的電鏡圖像a、常染色質(zhì)：密度較低，一部分基因能被表達(dá)b、異染色質(zhì)：密度較高，不被表達(dá)(著絲粒、端粒)DNA：約200bp

組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體——染色體的基本結(jié)構(gòu)多為

串珠狀核小體結(jié)構(gòu)念珠樣結(jié)構(gòu)不利于基因表達(dá)乙?；M蛋白有利于基因表達(dá)

核小體的細(xì)微結(jié)構(gòu)影響基因表達(dá)細(xì)胞核基因組的特征真核生物基因組都是由大分子雙鏈線狀DNA構(gòu)成。染色體通常成對出現(xiàn)（雙倍體）?！婧松锘蚪M的一般特征2.基因組非常龐大，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，有多個復(fù)制起始位點(diǎn)?；蚪M中存在大量的重復(fù)序列以及非編碼序列。真核生物基因組內(nèi)非編碼序列占90%以上，是與細(xì)菌、病毒的重要區(qū)別，在一定程度上也是生物進(jìn)化的標(biāo)尺。功能基因大多不連續(xù)，存在有內(nèi)含子和外顯子；真核生物基因組中也存在一些可移動的DNA序列（轉(zhuǎn)座元件）。單順反子結(jié)構(gòu)多數(shù)的真核生物不存在操縱子結(jié)構(gòu)，每一個基因都單獨(dú)構(gòu)成一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生單順反子mRNA，及編碼一種蛋白質(zhì)。這是原核生物基因的操縱子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生多順反子mRNA，可編碼多種蛋白質(zhì)。原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP5

3

蛋白質(zhì)PPPmG-5

3

蛋白質(zhì)AAA…

真核生物結(jié)構(gòu)基因的DNA序列由編碼序列和非編碼序列兩部分交替組成，編碼序列是不連續(xù)的，被非編碼序列分割開來，稱為斷裂基因。其包括外顯子和內(nèi)含子。斷裂基因（splitgene）

外顯子（exon）：編碼的DNA序列，即被表達(dá)的DNA區(qū)段內(nèi)含子（intron）：非編碼的DNA序列Gilbert（1978年）提出內(nèi)含子、外顯子概念

5`GT——AG3`法則在每個外顯子和內(nèi)含子的接頭區(qū)都是一段高度保守的共有序列，內(nèi)含子的5`端是GT，3端是AG，這種接頭方式稱為GT-AG法則，普遍存在于真核生物中，是RNA剪接的識別信號，轉(zhuǎn)錄后的前體RAN中的內(nèi)含子剪接位點(diǎn)。斷裂基因存在的意義斷裂基因存在是生物進(jìn)化的結(jié)果，是從復(fù)制水平而言，不同的外顯子可分別編碼不同的功能結(jié)構(gòu)域，基因外顯子不同的組合產(chǎn)生新的編碼蛋白質(zhì)，即是外顯子改組。如血紅蛋白和肌紅蛋白均由獨(dú)立的外顯子編碼結(jié)合血紅素的結(jié)構(gòu)域。真核生物的重復(fù)序列

重復(fù)序列：多拷貝的相同或近似序列的DNA片段真核生物基因組中通常存在大量的重復(fù)序列，可占整個基因組DNA的90%以上。按復(fù)性動力學(xué)方法可將這些重復(fù)序列分為高度重復(fù)序列，中度重復(fù)序列和低度重復(fù)序列（單拷貝序列）三大類。（一）高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列在基因組中重復(fù)頻率高，可達(dá)106次，因此復(fù)性速度很快。高度重復(fù)序列在基因組中所占比例隨種屬而異，一般在10～60%范圍內(nèi)。人的高度重復(fù)序列約占整個基因組的20%左右。是由兩個相同順序的互補(bǔ)拷貝在同一DNA雙鏈上反向排列而成。高度重復(fù)序列按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為兩種：

反向重復(fù)序列（invertedrepeats）反向重復(fù)序列的兩種形式發(fā)卡結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）衛(wèi)星DNA的重復(fù)單位一般由2～70bp組成，成串排列。衛(wèi)星DNA占基因組的比例隨種屬而異，在0.5～31%范圍內(nèi)。人類基因組中可分離出三類衛(wèi)星：大衛(wèi)星DNA（macrosatelliteDNA）：其重復(fù)單位為5~171bp，主要分布于染色體的著絲粒區(qū)。小衛(wèi)星DNA（minisatelliteDNA）：其重復(fù)單位為15~70bp，存在于常染色體。微衛(wèi)星DNA/短串聯(lián)重復(fù)序列（microsatelliteDNA/shorttandemrepeat,STR）：

其重復(fù)單位為2~5bp，存在于常染色體，常見于內(nèi)含子中。人類基因組DNA中平均每6～10kb就有一個STR位點(diǎn)。不同個體之間在一個同源STR位點(diǎn)的重復(fù)次數(shù)不同。由于重復(fù)單位及重復(fù)次數(shù)不同，使其在不同種族，不同人群之間的分布具有很大差異性，構(gòu)成了STR遺傳多態(tài)性。DNA指紋高度重復(fù)序列的功能參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)參與基因表達(dá)的調(diào)控參與轉(zhuǎn)位與進(jìn)化有關(guān)與個體特征有關(guān)與染色體減數(shù)分裂時染色體配對有關(guān)基因組中重復(fù)次數(shù)<105的重復(fù)順序,重復(fù)單位平均長度約300bp;復(fù)性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復(fù)順序。多與單拷貝基因間隔排列。多為非編碼序列，如Alu序列也有編碼基因產(chǎn)物的，如rDNA、tDNA、組蛋白基因家族,一般往往以基因家族的形式存在。（二）中度重復(fù)序列依據(jù)重復(fù)序列的長度分為：短散在核元件(

shortinterspersednuclearelements,SINEs):平均長度300bp，如Alu家族長散在核元件(

longinterspersednuclearelements,LINEs):平均長度>1000bp，如KpnⅠ家族

Alu家族是哺乳動物和人類基因組中含量最豐富的一種中度重復(fù)序列家族Alu家族每個成員長度約為300bp，典型的特征是內(nèi)部有一個限制性內(nèi)切酶AluⅠ位點(diǎn)（AG/CT），序列被分割成170bp和130bp的兩個片段，因而稱其為Alu序列或Alu家族。具有種特異性正向重復(fù)序列170bp130bp+31bp130bp正向重復(fù)序列正向重復(fù)序列正向重復(fù)序列6-20bp6-20bp＞＞＞＞＞＞130bp由兩個約130bp的正向重復(fù)構(gòu)成的二聚體；第二個單體中有一個31bp的插入序列，不同成員之間核苷酸順序相似但不相同；兩側(cè)為6-20bp的正向重復(fù)順序，不同成員的側(cè)翼重復(fù)順序各不相同；人類Alu序列特征：AluIAlu家族的功能是多方面的，可能參與hnRNA的加工與成熟，也與遺傳重組及染色體不穩(wěn)定性有關(guān)。最近研究表明，Alu順序可能具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用。典型的長散在核元件（LINEs）是KpnⅠ重復(fù)序列家族，因在其序列中存在限制酶KpnⅠ的切點(diǎn)而得名。KpnⅠ家族的重復(fù)單位一般為6~7kb或更長，其兩側(cè)也各有一段正向重復(fù)序列，功能上與Alu家族相似。（三）低度重復(fù)序列（單拷貝序列）單拷貝序列在基因組中只出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次，因此復(fù)性速度很慢。單拷貝序列屬于結(jié)構(gòu)基因，它儲存了巨大的遺傳信息，編碼各種功能不同的蛋白質(zhì)。真核生物基因組中的重復(fù)序列多基因家族(multigenefa