第二章基因的組織與結(jié)構(gòu)2

第二章基因的組織與構(gòu)造1第一節(jié)基因與基因多樣性第二節(jié)基因組的構(gòu)造與功能第三節(jié)染色體外遺傳因子第二章基因的組織與構(gòu)造2第一節(jié)基因與基因多樣性3“Particulatefactor〞——在孟德爾遺傳學的定律中，孟德爾用于命名從親代傳送給子代而不發(fā)生改動的遺傳物質(zhì)；遺傳因子位于染色體上——薩頓假設，1903年W.S.Sutton;Gene——由W.Johannsen于1909年首先運用,但當時對其物質(zhì)本質(zhì)尚一無所知；1、基因概念的演化基因的染色體遺傳學階段4遺傳粒子實際——摩爾根<基因論>，基因是染色體上象念珠一樣線形陳列的遺傳物質(zhì)單位，是突變、重組和功能表達三位一體；基因與性狀的相關性——1940年，G.Beadle和R.Tatum提出“一個基因一個酶〞的假設，第一次明確地把基因和蛋白質(zhì)直接相關聯(lián)；5基因的分子生物學階段基因物質(zhì)本質(zhì)的認識——轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、轉(zhuǎn)染等實驗證明了DNA是遺傳物質(zhì)，基因的化學本質(zhì)是脫氧核糖核酸，基因是具有一定的遺傳學功能的DNA片段；6DNA雙螺旋構(gòu)造模型——Watson&Crick從構(gòu)造上論證了DNA作為遺傳物質(zhì)的可行性；基因調(diào)控模型的建立——Jacob和Monod的支配子學說，基因是在特定遺傳系統(tǒng)調(diào)控下的表達其功能的遺傳物質(zhì)單位。7基因的反向生物學階段FunctionalStudiesForwardGeneticsMutantCharacterizationsGeneticsScreensMolecularCharacterizationsReverseGeneticsIdentificationoftargetgeneGeneratemutantGeneticanalysisBiologicalassessment表現(xiàn)型(phenotype)基因型〔genetype)82、基因的概念基因是指存在于細胞內(nèi)有自體繁衍才干的遺傳單位，這種單位在染色體上占有一定位置而作直線陳列。

基因是具有特定的核苷酸順序的核酸分子中一個片段，是攜帶有特定遺傳信息的功能單位。在大多數(shù)生物中基因的化學本質(zhì)是DNA，但在某些病毒中可以是RNA。93、不延續(xù)基因/斷裂基因StructuralgenecodesforanyRNAorproteinproductotherthanaregulator.構(gòu)造基因：RNA或蛋白質(zhì)的編碼基因，而非調(diào)理基因。ExonisanysegmentofaninterruptedgenethatisrepresentedinthematureRNAproduct.外顯子：基因中的編碼區(qū)，即表達產(chǎn)生肽鏈的部分。IntronisasegmentofDNAthatistranscribed,butremovedfromwithinthetranscriptbysplicingtogetherthesequences(exons)oneithersideofit.內(nèi)含子：基因中的非編碼區(qū)，即基因內(nèi)部不表達部分。10TranscriptistheRNAproductproducedbycopyingonestrandofDNA.ItmayrequireprocessingtogeneratematureRNAs.轉(zhuǎn)錄本：由模板DNA轉(zhuǎn)錄得到的RNA產(chǎn)物，需進一步加工后才干成為成熟的RNA。RNAsplicingistheprocessofexcisingthesequ-encesinRNAthatcorrespondtointrons,sothatthesequencescorrespondingtoexonsareconnectedintoacontinuousmRNA.RNA剪接：除去內(nèi)含子，銜接外顯子序列，以產(chǎn)生功能的mRNA、tRNA、rRNA的過程。11斷裂基因的轉(zhuǎn)錄與表達InterruptedgenesareexpressedviaaprecursorRNA.Intronsareremovedwhentheexonsaresplicedtogether.ThemRNAhasonlythesequencesoftheexons.121977年，[法]Chambon雞的輸卵管分泌卵清蛋白、卵粘蛋白和伴清蛋白，而其紅細胞〔鳥類的紅細胞上有核的〕只合成血紅蛋白，那么兩種組織之間DNA有什么不同呢？1〕基因不延續(xù)性的發(fā)現(xiàn)與證明13雞卵清蛋白cDNA探針和紅細胞及輸卵管DNASouthern雜交的結(jié)果14PhillipA.SharpSharpCenterforCancerResearchMassachusettsInstituteofTechnology,USA1944-RichardJ.RobertsNewEnglandBio-labsBeverly,MA,USA1943-TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1993“fortheirdiscoveryofsplitgenes〞15R-loop法16R-loopingexperimentsrevealintronsinadenovirus17用DNA-RNA雜交的方法驗證雞卵清蛋白基因中存在非編碼的內(nèi)含子區(qū)。a.成熟mRNA與帶有該基因的互補鏈DNA序列雜交表示圖；b.雞卵清蛋白的基因構(gòu)造表示圖18DNA酶切分析假設同一基因的基因組DNA和cDNA的限制性圖譜一樣，那么普通不含內(nèi)含子；假設基因組DNA的長度大于cDNA那么很能夠是不延續(xù)基因。19斷裂基因景象廣泛存在于真核生物中，甚至在少數(shù)原核生物中也存在；并非一切的真核生物基因都是斷裂基因，如組蛋白基因和干擾素基因。202〕內(nèi)含子與外顯子特點比較不同的斷裂基因所含的內(nèi)含子數(shù)目有很大差別，有些基因只需一個或假設干個內(nèi)含子，而有的基因內(nèi)含子與外顯子是高度嵌合的；內(nèi)含子的長度常大于外顯子；在同一基因家族內(nèi)，斷裂基因的組織構(gòu)造、外顯子序列及其長度通常比較保守，而內(nèi)含子變化迅速，不論是序列還是長度差別性很大。21延續(xù)基因與斷裂基因外顯子數(shù)目的分布Mostgenesareuninterruptedinyeast,butmostgenesareinterruptedinfliesandmammals.(Uninterruptedgeneshaveonly1exon,andaretotaledintheleftmostcolumn.)22外顯子與內(nèi)含子的長度變化Intronsarelongerthanexons.Thesizedistributionextendsfromapproximatelythesamesizeastheexons(<200bp)to50-60kbinextremecases.23哺乳動物二氫葉酸復原酶〔DHFR〕基因

人類、小鼠和中國倉鼠的DHFR都有6個外顯子，外顯子根本一樣，各內(nèi)含子的相對位置沒有改動，但長度變化很大。24exontrapping

(外顯子捕捉技術(shù)〕Exonsisolation254〕基因外顯子與蛋白質(zhì)構(gòu)造域的關系外顯子常相當于多肽折疊的構(gòu)造域；外顯子的邊境非常準確地相當于構(gòu)造域之間的結(jié)合處；外顯子與構(gòu)造域并非在任何情況下都一一對應。5〕內(nèi)含子與外顯子的關系外顯子與內(nèi)含子結(jié)合處具有1-4bp的保守的共同序列〔GT-AG規(guī)那么〕，能夠與剪接反響有關；一個基因的內(nèi)含子可以是另一基因的外顯子。266〕內(nèi)含子能夠的功能具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用：內(nèi)含子經(jīng)過與啟動子、起始位點的準確堿基配對來阻止或加強RNA聚合酶的作用；內(nèi)含子具有各種剪接信號，不同細胞能選擇不同的拼接點，將初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進展不同的加工，對外顯子進展選擇地拼接，構(gòu)成不同的成熟mRNA；有的內(nèi)含子有本人特定的蛋白編碼序列。27斷裂基因SplitGenes有些基因的初級轉(zhuǎn)錄本，可以按照不同的途徑剪輯構(gòu)成不同的RNA分子，編碼不同的蛋白質(zhì)28肌鈣蛋白基因內(nèi)含子的交替剪接，產(chǎn)生α和β兩種類型的蛋白29酵母cob基因的內(nèi)含子2的剪接。內(nèi)含子2前部840bp的開放閱讀框參與編碼RNA成熟酶，RNA成熟酶又反過來將內(nèi)含子2剪接30毛細血管擴張失調(diào)癥(AT—兒童致命性疾病)。Disease-causingsplicingmutationsdescribedintheliteratureprimarilyproducechangesinsplicesitesand,toalesserextent,variationsinexon-regulatorysequencessuchastheenhancerelements1,2,3,4,5,6.ThegeneATMismutatedinindividualswithataxia-telangiectasia;wehaveindentifiedtheaberrantinclusionofacrypticexonof65bpinoneaffectedindividualwithadeletionoffournucleotides(GTAA)inintron20.Thedeletionislocated12bpdownstreamand53bpupstreamfromthe5'and3'endsofthecrypticexon,respectively.Throughanalysisofthesplicingdefectusingahybridminigenesystem,weidentifiedanewintron-splicingprocessingelement(ISPE)complementarytoU1snRNA,theRNAcomponentoftheU1smallnuclearribonucleoprotein(snRNP).ThiselementmediatesaccurateintronprocessingandinteractsspecificallywithU1snRNPparticles.The4-ntdeletioncompletelyabolishedthisinteraction,causingactivationofthecrypticexon.Onthebasisofthisanalysis,wedescribeanewtypeofU1snRNPbindingsiteinanintronthatisessentialforaccurateintronremoval.Deletionofthissequenceisdirectlyinvolvedinthesplicingprocessingdefect.31思索如何獲得基因的全長〔包括基因的DNA構(gòu)造和cDNA構(gòu)造〕324、基因家族〔genefamily〕基因家族〔genefamily〕：來自于一個共同的祖先基因，經(jīng)過復制和變異構(gòu)成的構(gòu)造、功能類似的基因群體；家族成員其外顯子具有類似性?；虼亍瞘enencluster〕:位于同一染色體上彼此相臨近的一組一樣或相關基因稱為基因簇?；蚣易逯械某蓡T常集串聯(lián)陳列構(gòu)成基因簇；但也可以不集中在一同，也分布在不同的染色體上。33基因家族的類型：1〕簡單的多基因家族；2〕復雜的多基因家族；3〕時空表達差別的復雜多基因家族。341〕簡單的多基因家族——rRNA基因家族特點：轉(zhuǎn)錄單元構(gòu)造類似，中度反復，在基因組內(nèi)分散成假設干個基因簇。各反復單位含有單一的轉(zhuǎn)錄單元和非轉(zhuǎn)錄區(qū)；真核生物rRNA基因經(jīng)過反復單元構(gòu)成基因簇，18-5.8-28S為同一轉(zhuǎn)錄單元，反復單元包括轉(zhuǎn)錄序列和將轉(zhuǎn)錄序列分隔開的轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)；rRNA反復單元分布在一條或幾條染色體的核仁區(qū)。真核生物rDNA反復單元構(gòu)造35rRNA基因家族比較簡單的基因家族中轉(zhuǎn)錄單元保守性很高；轉(zhuǎn)錄單元內(nèi)基因間隔區(qū)序列變化大；非轉(zhuǎn)錄區(qū)在不同生物中，甚至在同種生物中變化也很大。幾種真核生物rRNA基因反復單元的陳列方式轉(zhuǎn)錄單位~14kbp36rDNA非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)構(gòu)造長度固定區(qū)域與可變區(qū)域相間陳列；可變區(qū)域由短反復序列組成，反復次數(shù)變化導致非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列長度差別；最前端的固定區(qū)域其序列和長度與其它固定區(qū)域不同；后三個固定區(qū)域稱做BamIsland;每個反復固定區(qū)域都含有啟動子序列，這有利于rDNA在需求時高效表達。37rRNA基因簇轉(zhuǎn)錄過程電鏡察看此圖為蠑螈rRNA基因簇轉(zhuǎn)錄時的電鏡察看。轉(zhuǎn)錄時RNA聚合酶大量聚集于rDNA轉(zhuǎn)錄單元，而在非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)數(shù)量很少。顯示rRNA基因的反復單元構(gòu)造。382〕復雜的多基因家族——組蛋白基因家族由多個基因構(gòu)成一個單位反復數(shù)百次；每個基因單獨地按一定方向轉(zhuǎn)錄；各反復單元含有多個不同的轉(zhuǎn)錄單元和非轉(zhuǎn)錄區(qū)；組蛋白基因家族中的5個基因串聯(lián)構(gòu)成一個單元，然后又以多拷貝組織成串聯(lián)的反復基因簇，基因與基因之間是非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)。一個反復單元中5個間隔區(qū)短而且互不一樣。幾種動物組蛋白基因的拷貝數(shù)：海膽：300-1000；果蠅：100；雞：10小鼠：10-20；人：30-40；酵母：139組蛋白基因家族比較三種海膽的組蛋白基因的組織構(gòu)造完全一致，不僅基因數(shù)目、陳列順序一樣，轉(zhuǎn)錄方向也一樣；果蠅和蠑螈的5種組蛋白在陳列順序和轉(zhuǎn)錄方向上有所不同。403〕時空特異性表達的復雜多基因家族

——珠蛋白基因家族人血紅蛋白是珠蛋白的四聚體，分別由家族〔16號染色體〕和家族〔11號染色體〕的基因編碼。在個體發(fā)育過程中，血紅蛋白的亞基組成不同，基因的表達具有時序性?；蜿惲蟹绞脚c基因在發(fā)育階段的表達順序一致41425、假基因Ψ假基因〔pseudogene〕：核苷酸序列同相應的正常功能基因根本一樣，但不能合勝利能蛋白質(zhì)的失活基因。未加工的的假基因：是經(jīng)過基因組DNA復制產(chǎn)生，與“親本基因〞構(gòu)造類似，與“親本基因〞串聯(lián)反復。珠蛋白基因家族中的假基因就屬于此類型。加工的假基因〔processedpseudogene〕：不與“親本基因〞連鎖，其構(gòu)造與轉(zhuǎn)錄本類似，如沒有啟動子和內(nèi)含子，3‘末端有延伸的腺嘌呤短序列，兩側(cè)有順向反復序列的存在。因此很能夠來自加工的RNA之DNA拷貝。43反復的假基因基因簇中的假基因1同功能的珠蛋白基因親密相關，1與1的編碼和間隔序列同源性達73%，因此能夠由后者反復而來；假基因并非起初就失活，而是隨著進化產(chǎn)生許多突變漸漸失活的。44加工的假基因〔processedpseudogene〕PseudogenescouldarisebyreversetranscriptionofRNAtogiveduplexDNAsthatbecomeintegratedintothegenome.456、重疊基因〔overlappinggene)蓮人在綠楊津采一玉漱聲歌新闕采蓮人在綠楊津，在綠楊津一闕新,一闕新歌聲漱玉，歌聲漱玉采蓮人。461976年BurrellB.G.,AirG.M.和HutchisonC.A.首先報告ФX174噬菌體含有重疊基因。1977年Sanger證明了重疊基因?qū)捂湱h(huán)狀的噬菌體ΦX174進展了測序，共5386nt。ΦX174含有的5386nt最多能編碼1795個氨基酸，假設每個氨基酸的平均分子量為110Da，那么總的蛋白質(zhì)分子量為197KD，但實踐蛋白質(zhì)總分子量卻為262KD。將全部DNA順序和蛋白質(zhì)的氨基酸順序進展比較，發(fā)現(xiàn)共編碼了11個基因，存在基因重疊的景象。4748重疊基因：同一DNA序列有兩種不同閱讀框架，得到不同肽鏈，即兩個基因共同運用同一DNA序列，卻編碼兩種不同的蛋白質(zhì)。基因重疊景象的發(fā)生是由于讀碼框架“偏移〞所致。見于病毒、線粒體和質(zhì)粒DNA。49重疊基因的類型全重疊：一個基因完全在另一個基因序列內(nèi)，如基因B在基因A內(nèi)，基因E在基因D內(nèi)。部分重疊：K基因與C基因在一段序列內(nèi)重疊。1-2個堿基的重疊：大多數(shù)發(fā)生在一個基因的終止密碼子與下一個基因的起始密碼子之間。如D基因終止密碼子TAA與J基因起始密碼子ATG間“A〞的重疊。

5‘…GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU…3’φX174mRNA的一段序列5‘…GAAGGAGUGAUGUAA…3’基因DmRNA3’端序列GluGlyValMetStop5‘…AUGUCUAAA…3’基因JmRNA5’端序列MetSerLys5‘…GAAGGAGUGA…3’基因EmRNA3’端序列LysGlyStopφX174mRNA內(nèi)基因D、J、E的部分重疊序列50517、轉(zhuǎn)位因子〔transposableelements〕TransposonisaDNAsequenceabletoinsertitselfatanewlocationinthegenome(withoutanysequencerelationshipwiththetargetlocus).

Directrepeatsareidentical(orrelated)sequencespresentintwoormorecopiesinthesameorientationinthesamemolecularofDNA.

Invertedterminalrepeatsaretheshortrelatedoridenticalsequencespresentinreverseorientationattheendsofsometransposons.

ISisanabbreviationforinsertionsequence

Transposaseistheenzymeactivityinvolvedininsertionoftransposonatanewsite.521〕轉(zhuǎn)位因子的發(fā)現(xiàn)BarbaraMcClintock532〕玉米中的轉(zhuǎn)位因子——(I)Ds/Ac組C基因：位于第9染色體上，是合成紫糊粉層色素所必需的基因，假設它失去正常功能，糊粉層無色。Ds因子(dissociator)：可以從一個座位跳到另一個座位，在基因組內(nèi)轉(zhuǎn)座；也可使染色體斷裂，引起缺失或重組。但是它的挪動必需在另一個基因Ac存在時才干進展，Ds是非自主因子。Ac因子(activator)：與Ds有同源性，當Ac因子存在時，Ds因子才干轉(zhuǎn)移，Ac是自主因子。54玉米中的轉(zhuǎn)位因子

——Ac因子的分別及其分子構(gòu)造蠟質(zhì)基因同源部分序列互補，構(gòu)成DNA雙鏈，在電鏡照片中可見為較粗的線；插入的Ac因子沒有互補序列，構(gòu)成單鏈環(huán)，即Ac因子。進一步測定序列，分析分子構(gòu)造。55Ac/DS分子構(gòu)造AC有兩個基因，轉(zhuǎn)位酶基因編碼轉(zhuǎn)位酶，另一個基因能夠是編碼定位酶;Ac因子和Ds因子序列類似性很高，區(qū)別在于Ds因子發(fā)生轉(zhuǎn)位酶基因缺失；AC和DS兩端有反向反復(invertedrepeats)，是轉(zhuǎn)位酶的識別標志，因此均可發(fā)生轉(zhuǎn)位。56A基因：合成糊粉層所必需的基因，正常表達時糊粉層呈紫色；正常的Spm因子：類似于Ac因子，它能起抑制子〔suppressor〕和誘變子〔mutator〕的雙重作用。有缺陷的Spm因子：抑制功能不完全，糊粉層呈淡紫色，正常Spm可協(xié)助其實現(xiàn)完全抑制；不能轉(zhuǎn)位，但在正常的Spm因子存在時可以轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)位有缺陷的Spm因子：無抑制功能，但在Spm因子協(xié)助下能起抑制造用；轉(zhuǎn)位功能缺陷，即使是在Spm因子存在時也不能轉(zhuǎn)位。周期性的Spm因子：其抑制功能交替開關?！睮I〕Spm因子組57A基因：合成糊粉層所必需的基因。有缺陷的Spm因子：抑制功能不完全，也不能轉(zhuǎn)位，但在正常的Spm因子存在時可以轉(zhuǎn)位。正常的Spm因子：類似于Ac因子，它能起抑制子〔suppressor〕和誘變子〔mutator〕的作用。前者指的是‘協(xié)助’“有缺陷的Spm因子〞起到完全的抑制造用，后者是指提供轉(zhuǎn)位酶使“缺陷的Spm因子〞轉(zhuǎn)位。淡紫色花瓣色58轉(zhuǎn)位有缺陷的Spm因子：本身無抑制功能，但在Spm因子協(xié)助下能起抑制造用；轉(zhuǎn)位功能缺陷，即使是在Spm因子存在時也不能轉(zhuǎn)位。周期性的Spm因子：其抑制功能交替開關。593〕細菌的轉(zhuǎn)位因子

〔I〕插入序列〔IS〕IS是一類自主單位，除含本身轉(zhuǎn)位作用的基因外不含其它基因；IS兩端具有對稱的反向反復序列；轉(zhuǎn)位因子轉(zhuǎn)位時，基因組上的靶序列發(fā)生倍生，使插入序列的兩端各有一段同向反復序列。60插入序列長度反向重復長度靶DNA的長度編碼蛋白數(shù)目轉(zhuǎn)座所需蛋白靶點選擇IS1IS2IS3

IS4IS10RIS50RIS903768bp13271428119513291531105723bp411816229189511或12499922243322111111區(qū)域優(yōu)先熱點熱點熱點熱點熱點不詳5‘GGTGATGCTGCCAACTTACTGAT…………….ATCAATAAGTTGGACTCATTACC3’CCACTACGACGGTTGAATGACTA…722bp…..TAGTTATTCAACCTGAGTAATGGIS1分子末端反向反復序列細菌的插入序列〔IS〕61〔II〕轉(zhuǎn)座子Transposon〔Tn)轉(zhuǎn)座子常帶有多個基因，除轉(zhuǎn)位相關的酶基因外，往往還帶有抗性基因。轉(zhuǎn)座子可分為兩個亞類：I型轉(zhuǎn)座子—兩末端由IS構(gòu)成；II型轉(zhuǎn)座子末端—由反向反復序列構(gòu)成。62某些轉(zhuǎn)座子的基因特征轉(zhuǎn)座子長度遺傳標記末端組件組件方向組件間關系組件功能Tn10Tn5Tn903Tn9Tn16819300bp5700310026382088TetRKanRKanRCanREntRIS10RIS10LIS50RIS50LIS903IS1IS1倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)同向倒轉(zhuǎn)2.5%序列差異1bp差異相同相同相同完整功能功能減弱完整功能無功能兩者都具功能兩者都具功能兩者都具功能細菌轉(zhuǎn)座子Tn3構(gòu)造圖634〕轉(zhuǎn)位因子的構(gòu)造特點在轉(zhuǎn)位因子的兩端存在末端反向反復序列〔TIR〕，它們在轉(zhuǎn)位過程中至關重要；絕大多數(shù)轉(zhuǎn)位因子含有開放讀框〔ORF〕，能夠編碼一種酶，其功能促進轉(zhuǎn)位因子的轉(zhuǎn)位；受體DNA上存在很短的一段靶序列，由于轉(zhuǎn)位因子的插入，在轉(zhuǎn)位因子的兩側(cè)構(gòu)成正向反復序列，靶序列的長短對每類轉(zhuǎn)位因子都是特異的。645〕轉(zhuǎn)位機制

復制型轉(zhuǎn)座(replicativetransposition)：轉(zhuǎn)位因子的一個拷貝插入到靶位點，而另一拷貝那么依然保管在給體原來的位置上，如Tn3。非復制型轉(zhuǎn)座(conservativetransposition)：在轉(zhuǎn)位酶的作用下，轉(zhuǎn)位因子從原來位點上刪除下來，再轉(zhuǎn)移插入到另一個位點，如Tn10；65復制型轉(zhuǎn)座1、轉(zhuǎn)位酶識別“靶序列〞。2、Tn3轉(zhuǎn)座子及受體“靶序列〞的單鏈交錯切割，構(gòu)成單鏈末端。3、突出的單鏈連結(jié)起來，a和f連結(jié)起來，g和d銜接起來，構(gòu)成一個Ｘ形的交叉構(gòu)造。4、經(jīng)過半保管復制產(chǎn)生兩個Tn3轉(zhuǎn)座子及兩個靶序列，5、在res處發(fā)生重組，經(jīng)過互換產(chǎn)生兩個雙鏈環(huán)狀DNA分子，留意轉(zhuǎn)入靶序列的轉(zhuǎn)座子的兩側(cè)有兩個同向反復，其實就是兩個靶序列。Tn3的重組轉(zhuǎn)座66?供體上最終產(chǎn)生雙鏈斷裂?供體位點如不能被修復那么有致死效應非復制型轉(zhuǎn)座67轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座的特征1轉(zhuǎn)座不依賴于靶序列的同源性；2轉(zhuǎn)座后靶序列反復；3轉(zhuǎn)座子的插入具有專注性；4轉(zhuǎn)座具有排他性-轉(zhuǎn)座免疫；5轉(zhuǎn)座具有極性效應；6活化臨近的沉默基因；7區(qū)域性優(yōu)先68轉(zhuǎn)座作用的遺傳學效應①轉(zhuǎn)座引起插入突變，導致構(gòu)造基因失活；②轉(zhuǎn)座產(chǎn)生新的基因；③轉(zhuǎn)座產(chǎn)生的染色體畸變；④轉(zhuǎn)座引起生物進化。由于轉(zhuǎn)座作用，使某些原來在染色體上相距甚遠的基因組合到一同，構(gòu)建成新的表達單元，產(chǎn)生新的基因和蛋白質(zhì)分子。696〕逆轉(zhuǎn)座子〔retroposons〕人類免疫系統(tǒng)缺陷病毒(HIV)反轉(zhuǎn)錄病毒：可以將基因組RNA反轉(zhuǎn)錄成DNA拷貝〔原病毒〕，再將其插入到宿主細胞的染色體中的病毒。反轉(zhuǎn)座子：基因構(gòu)造與逆轉(zhuǎn)錄病毒的原病毒類似，指經(jīng)過RNA為中介，反轉(zhuǎn)錄成DNA后進展轉(zhuǎn)座的可動元件，其最大的特點是編碼的多肽具有逆轉(zhuǎn)錄酶的活性。70反轉(zhuǎn)錄病毒的復制循環(huán)71反轉(zhuǎn)座子的構(gòu)造72反轉(zhuǎn)座子的分類MammaliangenomeshavethreethpesofretroposonsViralSuperfamilyLINESNonviralSuperfamilyCommontypesTy(S.cerevisiae)Copia(D.melanogaster)L1(huaman)B1,B2,1D,B4(mouse)SINES(mammals)PseudogenesofpolIIItranscriptsTerminiLongterminalrepeatsNorepeatsNorepeatsTargetrepeats4-6bp7-21bp7-21bpEnzymeactivitiesReversetranscriptaseand/orintergraseReversetranscriptaseand/orintergraseNone(ornonecodingfortransposonproducts)7374第二節(jié)基因組的構(gòu)造與功能基因組：是指細胞或生物體的全套〔單倍體〕遺傳物質(zhì)的總和即基因組(genome)。Genomeisthecompletesetofsequencesinthegeneticmaterialofanorganism.ItincludesthesequenceofeachchromosomeplusanyDNAinorganelles.75代表性生物體基因組大小76C值：一個單倍體基因組的DNA含量即該物種DNA的C值，某一特定物種其C值是恒定的；C值矛盾〔Cvalueparadox)：普通而言，隨著進化，生物體的構(gòu)造與功能趨于復雜，其C值增大。但某些生物其基因組的大小與基因組的復雜度缺乏相關性，即C值矛盾。77不同進化位置生物的C值DNAcontentofthehaploidgenomeisrelatedtothemorphologicalcomplexityoflowereukaryotes,butvariesextensivelyamongthehighereukaryotes.TherangeofDNAvalueswithinaphylumisindicatedbytheshadedarea.78C值矛盾表現(xiàn)為：C值不隨生物的進化程度和復雜性而添加；關系親密的生物C值相差很大；真核生物DNA的含量遠大于編碼蛋白質(zhì)等物質(zhì)所需的量。79一、病毒基因組1、病毒基因組的構(gòu)造特點1〕基因組小，但相差較大。乙肝病毒DNA只需3kb，編碼4種蛋白質(zhì)；痘病毒基因組有300kb，編碼幾百種蛋白質(zhì)；2〕基因組可以是DNA組成，也可以是RNA，但只含一種；病毒基因組DNA和RNA可以是單鏈，也可以是雙鏈的，可以是閉環(huán)分子，也可以是線性分子。如乳頭瘤病毒是閉環(huán)雙鏈DNA，腺病毒那么是線性雙鏈DNA，脊髓灰質(zhì)炎病毒是單鏈RNA，而呼腸孤病毒的基因組是雙鏈RNA分子；803〕多數(shù)RNA病毒基因組由延續(xù)的核糖核酸鏈組成，但也有些病毒的基因組RNA由不延續(xù)的幾條核酸鏈組成。流感病毒的基因組由八條RNA分子構(gòu)成，每條RNA分子都含有編碼蛋白質(zhì)分子的信息；4〕基因重疊：即同一段DNA片段可以編碼兩種甚至三種蛋白質(zhì)分子。5〕基因組大部分是用來編碼蛋白質(zhì)，只需非常小的一份不被翻譯。在ΦX174中不翻譯的部份只占217/5375，G4DNA中占282/5577，都不到5％；不翻譯的DNA順序通常是基因表達的控制序列。816〕功能相關的基因常叢集構(gòu)成一個功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，一同轉(zhuǎn)錄成多順反子mRNA，然后再加工成各種蛋白質(zhì)的模板mRNA腺病毒晚期基因在一個啟動子作用下生成多順反子mRNA，再加工成外殼蛋白mRNA，編碼病毒的12種外殼蛋白。7〕除反轉(zhuǎn)錄病毒外，一切病毒基因組都是單倍體，每個基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個拷貝。8〕噬菌體基因是延續(xù)的，真核細胞病毒的基因是不延續(xù)的，具有內(nèi)含子。有些真核病毒的內(nèi)含子或其中的一部分，對某一個基因來說是內(nèi)含子，而對另一個基因卻是外顯子。SV40的早期基因從4900到4555之間一段346bp的片段是大T抗原基因的內(nèi)含子，而該內(nèi)含子中從4900-4624之間的DNA序列那么是小t抗原的編碼基因。822、RNA噬菌體的基因組構(gòu)造和功能1〕MS2基因組：4個基因A蛋白(成熟蛋白)基因：使噬菌體識別宿主，使RNA基因組進入宿主菌；外殼蛋白基因：編碼外殼蛋白以構(gòu)成病毒顆粒；RNA復制酶基因；溶解蛋白基因：與外殼蛋白和復制酶基因部分重疊，但讀框不同。2〕Qβ基因組：沒有獨立的溶解蛋白基因，但構(gòu)造蛋白A2〔或稱成熟蛋白〕具有溶解蛋白的功能；另一種外殼蛋白A1編碼基因。833、乙肝病毒基因組的構(gòu)造特點和功能HBV是目前知感染人類最小的雙鏈DNA病毒，基因組構(gòu)造高度緊湊。長約3.2kb。部分雙鏈環(huán)狀構(gòu)造，雙鏈不等長，1/3為單鏈。長鏈5‘端與3’端未共價銜接，而是與一種蛋白質(zhì)共價相連；重疊的基因序列比較多；調(diào)理序列位于基因內(nèi)部；與HBV基因表達有關的信號序列有4種：啟動子、加強子、polyA附加信號、糖皮質(zhì)激素應對元件〔GRE〕；GRE有加強子的特征：起順式作用、在轉(zhuǎn)錄的兩個方向均有作用、在距其調(diào)理的基因不同間隔處均可起作用。84補充資料：HBV的構(gòu)造特征重疊基因序列較多：已確定的開放讀框有4個，分別編碼病毒核殼〔C〕和包膜〔S〕蛋白，病毒復制酶〔聚合酶)及一種似乎與病毒基因表達有關的蛋白質(zhì)X。在S基因前面的兩個小ORFs與S基因ORF屬于同一個讀框，可以將ORFS通讀下去，編碼兩種S蛋白相關的抗原，這兩種抗原也存在于病毒顆粒的外表，這兩個抗原分別稱為前-S1(pre-S1)和前-S2(pre-S2)。同樣，在ORFC前面也有一短的ORF，稱為前-C(pre-C)，編碼一較大的C蛋白相關抗原。一切這些ORF都在負鏈〔長鏈〕上，其中S基因完全重疊于聚合酶基因中，X基因與聚合酶基因、C基因重疊，C基因與聚合酶也有重疊。最近，Miller等人在HBV基因組中又發(fā)現(xiàn)兩個ORF，即ORF-5和ORF-6，這兩個ORFs與X基因重疊，其中ORF6不是由負鏈DNA編碼，而是由正鏈DNA編碼。這兩個ORF的功能目前尚不清楚。調(diào)理序列位于基因內(nèi)部，這也是HBV節(jié)約運用遺傳物質(zhì)的一種方式。與HBV基團組復制有關的序列有：短鏈順向復制序列〔DR1和DR2〕和U5樣序列〔因與反轉(zhuǎn)錄病毒末端的U5序列類似面得名〕。DR1和U5位于前-CORF中，是合成DNA長鏈的起始部位，DR2位于聚合酶基因與X基因重疊處，是DNA短鏈合成的起始部位。與HBV基因表達有關的信號序列有4種：啟動子、加強子、polyA附加信號、糖皮質(zhì)激素敏感因子〔GRE〕。由于HBV基因組中的基因分別轉(zhuǎn)錄于3種HBVmRNA轉(zhuǎn)錄本上，因此，相應地在病毒基因組中每一轉(zhuǎn)錄本近5'端也至少應有3種RNA聚合酶Ⅱ啟動子，雖然這些啟動子的基因序列尚不知，但這些啟動子顯然存在于編碼蛋白質(zhì)序列內(nèi)。加強子〔ENH〕位于聚合酶基因中；polyA附加信號位于CORF中；而GRE位于SORF和聚合酶基因中。GRE是與激素受體構(gòu)造的DNA片段，結(jié)合后能使某一知基因轉(zhuǎn)錄程度添加。GRE有許多加強子的特征：起順式作用的，在轉(zhuǎn)錄的兩個方向均有作用，在距其調(diào)理的基因不同間隔處均可起作用。8586二、原核生物染色體基因組

1、細菌染色體基因組構(gòu)造的普通特點1〕無細胞核，染色體聚集構(gòu)成較為致密的類核(nucleoid)類核中央部分是RNA和支架蛋白，外圍是DNA雙鏈超螺旋；染色體DNA與細胞膜多點相連，起固定作用，與DNA復制、轉(zhuǎn)錄有關的信號區(qū)域優(yōu)先結(jié)合。銜接點的數(shù)量隨生長情況和生活周期而異；2〕基因組較小，基因數(shù)目少，大多只含有一條環(huán)狀染色體，只需一個復制起點；873〕基因構(gòu)造緊湊，大部分序列用來編碼蛋白質(zhì)，反復序列和不編碼序列少；但編碼順序普通不會重疊，即不會出現(xiàn)基因重疊景象；4〕具支配子構(gòu)造，即數(shù)個功能相關的構(gòu)造基因串聯(lián)在一同，受一個調(diào)理區(qū)調(diào)理；數(shù)個支配子還可以由一個共同調(diào)理基因〔regulatorygene〕即調(diào)理子〔regulon〕調(diào)控；5〕構(gòu)造基因大都是單拷貝，rRNA的基因rrn往往是多拷貝；6〕DNA分子中具有各種功能的識別區(qū)域.如復制起始區(qū)OriC，復制終止區(qū)TerC，轉(zhuǎn)錄啟動區(qū)和終止區(qū)等。這些區(qū)域往往有特殊的順序。7〕在基因或支配子的終末往往具有特殊的終止順序，它可使轉(zhuǎn)錄終止和RNA聚合酶從DNA鏈上零落。88iOperonRegulatoryGenepozyaDNAm-RNAβ-GalactosidasePermeaseTransacetylaseProtein半乳糖支配子892、大腸桿菌染色體基因組TheodorvonEscherich(1857-1911)Austriandoctor901〕基因組：大腸桿菌K-12基因組全長4,639,221bp，含4283個構(gòu)造基因或ORF；E.coliK12物理圖譜9192projectdiseasestraingenomesizeplasmid(s)*statusupdatedE.coliK-12non-pathogen;

referencestrainMG16554.6Mb(none)published(1997)June10,2004E.coliO157:H7

(EHEC)haemorrhagiccolitis,haemolyticuremicsyndromeEDL9335.4Mb2published(2001)Feb13,2001uropathogenicE.coli

(UPEC)cystitis,pylonephritisCFT0735.2Mb(none)published(2002)Dec5,2002E.coliK1

(NMEC)septicemia,neonatalmeningitisRS2185.2Mb1finishing(assemblyin3contigs)July19,2005Shigellaflexneri2adysentery2457T4.6Mb4published(2003)Apr28,2003SalmonellaTyphityphoidfeverTy24.8Mb(none)published(2003)Mar21,2003YersiniapestisplagueKIM4.6Mb3published(2002)Aug1,2002932〕染色體構(gòu)造DNA為雙鏈閉合環(huán)狀，對數(shù)生長期類核有2-4個DNA分子；DNA小構(gòu)造域與超螺旋：在結(jié)合蛋白作用下DNA緊縮成腳手架〔Scaffold〕構(gòu)造，可察看到50-100個長度50-100kb的超螺旋構(gòu)造的DNA小構(gòu)造域；DNA結(jié)合蛋白：腳手架構(gòu)造中心是幾種蛋白質(zhì)復合體，一方面固定小構(gòu)造域的兩端，另一方面與細胞膜結(jié)合，穩(wěn)定染色體構(gòu)造。大腸桿菌染色體的腳手架構(gòu)造943〕基因陳列方式基因內(nèi)部延續(xù)，普通不存在非編碼序列；基因間陳列嚴密；功能親密相關的基因構(gòu)成一個調(diào)控單位，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是含多個蛋白編碼序列的多順反子mRNA。4〕DNA兩條鏈作為模板指點mRNA合成的機率差不多相等；5〕基因拷貝數(shù)大腸桿菌蛋白質(zhì)編碼基因根本為單拷貝；少量基由于多拷貝，如核糖體rrn支配子有7個拷貝。95三、真核生物染色體基因組1013cells46chromosomes16569nt8000copiesofthemitochondrialgenomes3.2X109bp96遠大于原核生物基因組，多復制起點，復制子較短；DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成染色體，普通為多條；基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，一個構(gòu)造基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯生成一個mRNA分子和一條多肽鏈；基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域，如在人基因組中編碼序列只占2~3%；存在反復序列，反復次數(shù)可達百萬次以上；大部分基因含有內(nèi)含子，基因是不延續(xù)的。1、真核生物基因組的構(gòu)造特點972、真核生物基因組的反復序列反復序列類型單一拷貝〔低度反復〕順序：在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，復性速度很慢；中度反復順序：反復次數(shù)十至數(shù)萬次，復性速度快于單拷貝順序但慢于高度反復順序。高度反復順序：反復頻率高，可達百萬以上，復性速度很快。所占比例隨種屬而異，約占10-60％，在人基因組中約占20％。反復序列：核苷酸陳列順序根本一樣并多次反復的DNA序列。98不同生物的反復序列Theproportionsofdifferentsequencecomponentsvaryineukaryoticgenomes.991001011〕高度反復序列反向〔倒位〕反復序列由兩個一樣順序的互補拷貝在同一DNA鏈上反向陳列而成。變性后再復性，鏈內(nèi)互補拷貝堿基配對，構(gòu)成發(fā)夾或“+〞字形構(gòu)造。兩個互補拷貝間可有一到幾個核苷酸的間隔，也可以沒有間隔。沒有間隔的又稱回文〔palimdrome〕。兩個互補拷貝組成一個倒位反復單位，約長300bp。兩單位之間平均相隔1.6kb。倒位反復單位多數(shù)分布基因組中。約占人基因組的5％，在極低濃度下，也能很快復性，因此又稱零時復性部分。書臨漢字翰林書畫上荷花和尚畫102衛(wèi)星DNA衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)由反復單位串聯(lián)陳列組成的一類高度反復序列。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,因此稱為衛(wèi)星DNA或隨體DNA。隱蔽衛(wèi)星DNA假設高度反復序列GC含量與總體的堿基組成類似，密度梯度離心后將察看不到衛(wèi)星峰，這類高度反復序列就是隱蔽衛(wèi)星DNA。小鼠DNA在CsCl密度梯度離心中分成主峰和衛(wèi)星峰103衛(wèi)星DNA往往集中于異染色質(zhì)，如著絲粒和端粒CytologicalhybridizationshowsthatmousesatelliteDNAislocatedatthecentromeres.104衛(wèi)星DNA的產(chǎn)生推測是由于DNA復制過程中突變的積累及DNA不均等交換引起的。果蠅〔Drosophilavirilis〕衛(wèi)星DNA有四類序列，合計占其基因組的40%。其中第一類衛(wèi)星DNA能夠為原始類型，先于物種的構(gòu)成。衛(wèi)星序列的特征：序列長度很長，序列復雜性很低，內(nèi)部序列間一致性較高。105較復雜的反復單位組成的反復順序

〔衛(wèi)星DNA〕為哺乳動物所特有；多層次大的反復單位由假設干小反復單位組成，小反復單位又由假設干更小的反復單位串聯(lián)而成；類似性各層次亞單位之間彼此有很高的序列類似性；短基序多層次、高度反復的序列是由一個或數(shù)個很短的祖先序列〔如小鼠為9bps〕演化而來。106小鼠衛(wèi)星DNA解剖：1/2亞單位小鼠衛(wèi)星DNA用限制性內(nèi)切酶EcoRII酶切可出現(xiàn)一234bp主帶，即其根本反復單位；234bp根本反復單位可一分為二，序列匹配陳列可發(fā)現(xiàn)其高度一致性；有22個差別位點，分歧率為19%。234bp根本反復單位是在進化過程中由117bp反復單位復制加倍而成，差別位點是加倍后突變積累的結(jié)果。107小鼠衛(wèi)星DNA解剖：1/4亞單位117bp亞單位可再一分為二，圖中前2個序列為第一個1/2亞單位，后2個序列為第二個1/2亞單位；4個序列的匹配陳列顯示在58個位點中有23個差別位點，分歧率為40%；前3個序列類似性較高，分歧率主要由第4個序列呵斥。108小鼠衛(wèi)星DNA解剖：1/8亞單位每個?亞單位由兩個相關的亞基構(gòu)成〔和〕；與共同的保守序列比較，序列中均有一C堿基插入，而序列均有一3核苷酸插入；根據(jù)各位點的堿基出現(xiàn)的頻率可歸納出代表性序列。109小鼠衛(wèi)星DNA代表性序列小鼠衛(wèi)星DNA是由三個9bp的祖先序列演化而來；代表性序列GAAAAACGTGAAAAATGA

GAAAAAACT110小衛(wèi)星DNA序列〔minisatelliteDNA)15bp-100bp串聯(lián)反復序列組成，在人類中構(gòu)成1－5kb的序列，普通沒有轉(zhuǎn)錄活性。微衛(wèi)星DNA序列〔microsatelliteDNA)反復單位僅有2-5bp，如(CA)n,(GT)n，(GAA)n等，也稱為簡單序列反復(simplesequencerepeats,SSRs),分散存在于基因組中。DNA指紋、親緣關系分析、遺傳圖譜構(gòu)建數(shù)目可變的串聯(lián)反復序列〔variablenumbertandemrepeat,VNTR〕短串聯(lián)反復序列〔shorttandemrepeat,STR〕111MinisatellitesareusefulforDNAfinger同一種屬中不同個體的高度反復順序的反復次數(shù)不一樣，這可以作為每一個體的特征，即DNA指紋。112113LinkageMapsofMicrosatelliteDNAMarkersforthePacificOysterCrassostreagigas114高度反復順序的功能參與復制的調(diào)理：DNA復制起點區(qū)附近常存在反向序列。另外，許多反向反復序列還是一些蛋白質(zhì)〔包括酶〕和DNA的結(jié)合位點。參與基因表達調(diào)控：DNA反復順序能轉(zhuǎn)錄到核內(nèi)不均一RNA分子中，可以構(gòu)成發(fā)夾構(gòu)造，穩(wěn)定RNA分子。參與轉(zhuǎn)座作用：轉(zhuǎn)位因子末端大都包括反向反復順序。在轉(zhuǎn)位作用中即能銜接非同源基因，又可以被參與轉(zhuǎn)位的特異酶所識別。與進化有關：不同種屬的高度反復順序的核苷酸序列不同，具有種屬特異性，但相近種屬又有類似性；與減數(shù)分裂時染色體配對有關：α衛(wèi)星DNA成簇分布于染色體著絲粒附近，同源染色體之間的聯(lián)會能夠依賴于具有染色體專注性的特定衛(wèi)星DNA順序。1152〕中度反復序列短分散片段(shortinterspersedrepeatedsegments,SINES):平均長度約300bp(<500bp)，與平均長度約1000bp的單拷貝順序間隔陳列。拷貝數(shù)達10萬左右。如Alu家族,Hinf家族。長分散片段(longinterspersedrepeatedsegments,LINES):長度大于1kbp，平均長度為3.5k-5kbp，它們與平均長度為13kbp〔個別長幾萬bp〕的單拷貝順序間隔陳列?？截悢?shù)普通在1萬左右，如KpnⅠ家族等。中度反復順序在基因組中所占比例在不同種屬之間差別很大，普通約占10-40％，在人約為12％。116SINES——Alu序列家族Alu序列：人類基因組中最常見的短散在的反復DNA序列，Alu家族成員長度約300bp，每個單位長度中有一個Alu的切點(AG↓CT)，將其分成兩個約130bp的正向反復構(gòu)成二聚體，第二個單體中有一31bp的插入序列，該序列在Alu家族不同成員間不完全一樣。

ArchitectureofAluelements117Alu序列兩側(cè)為6-20bp的正向反復順序，與轉(zhuǎn)座子相類似；Alu家族不同成員的側(cè)翼反復順序各不一樣。

Alu序列5‘端較保守，3’端在不同Alu成員中有變化。

Alu序列富集于基因組GC堿基含量高的區(qū)域，比GC貧乏區(qū)含量高13倍。Alu序列的特征：118Alu序列廣泛分布于哺乳動物整個基因組，是含量最豐富的一類中度反復序列；Alu序列可由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄成RNA分子，再經(jīng)反轉(zhuǎn)錄酶的作用構(gòu)成cDNA，然后重新插入基因組。也有人以為Alu序列兩側(cè)存在著短的反復順序，使得Alu序列很象轉(zhuǎn)座子，因此推測Alu序列能夠也是可以挪動的。Alu序列產(chǎn)生與分布的能夠機制119Alu家族的功能能夠參與hnRNA的加工與成熟：許多核內(nèi)不均一RNA(hnRNA)中含有大量的Alu序列，而且Alu序列含有與某些真核基因內(nèi)含子剪接接頭類似的序列。與遺傳重組及染色體不穩(wěn)定性有關：發(fā)如今人的組織細胞中存在自然發(fā)生的染色體外雙鏈環(huán)狀DNA，被稱為人類質(zhì)?！瞙umanplasmid〕，這些質(zhì)粒含有Alu序列。Alu序列能夠具有轉(zhuǎn)錄調(diào)理作用。Alu片段在基因剪接〔splicing〕過程中插入到完好的mRNA中，闡明反復序列在進化過程中可以用來協(xié)助構(gòu)成新基因。120AluelementsandalternativesplicingNucleicAcidsResearch,2006,34,5491–5497121AluelementsandA–IeditingExonizationofintronicAluelements122LINES——KpnI序列家族KpnI家族是中度反復順序中僅次于Alu家族的第二大家族,拷貝數(shù)約為3000~4800個，占人體基因組的1％。用限制性內(nèi)切酶KpnI消化人類及其它靈長類動物的DNA，在電泳譜上可以看到4個不同長度的片段，分別為1.2、1.5、1.8和1.9kb，這就是所謂的KpnⅠ家族。KpnI家族成員序列比Alu家族更長(人KpnI序列長6.4kb)，且更不均一，呈散在分布，屬于長分散片段型。123不同KpnⅠ家族〔稱為亞類，subfamily〕之間同源性較小，不能相互雜交，但3‘端有廣泛的同源性。與散在分布的Alu家族類似，KpnⅠ家族中至少有一部分也是經(jīng)過KpnⅠ順序的RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的cDNA拷貝重新插入到基因組DNA中而產(chǎn)生的。124單拷貝順序在基因組中占50-80％，如人基因組中，大約有60-65％的順序?qū)儆谶@一類；單拷貝順序中儲存了宏大的遺傳信息，編碼各種不同功能的蛋白質(zhì)；單拷貝順序中只需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。3〕單一序列及低度反復序列125126無私DNA(selfishDNA)在哺乳動物包括人類基因組中，存在著大量的非編碼順序，如高度反復順序，內(nèi)含子，間隔DNA等。這些順序中，只需很小一部份具有重要的調(diào)理功能，絕大部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，反復或其他突變，但對生物并沒有什么影響，它們的功能似乎只是本身復制，所以稱為無私DNA或寄生DNA(parasiteDNA)。127HGP(HumanGenomeProject)的誕生1984年12月Utah州的Alta,WhiteR受美國能源部的委托，主持召開了一個小型會議，討論DNA重組技術(shù)的開展及測定人類整個基因組的DNA序列的意義。1985年6月，在美國加州舉行了一次會議，美國能源部提出了“人類基因組方案〞的初步草案。1986年6月，在新墨西哥州討論了這一方案的可行性。隨后美國能源部宣布實施這一草案。1987年初，美國能源部與國家醫(yī)學研討院〔NIH〕為“人類基因組方案〞下?lián)芰藛咏?jīng)費約550萬美圓，1987年總額近1.66億美圓。同時，美國開場籌建人類基因組方案實驗室。1989年美國成立“國家人類基因組研討中心〞。諾貝爾獎金獲得者J.Waston出任第一任主任。1990年，歷經(jīng)5年爭辯之后，美國國會同意美國的“人類基因組方案〞于10月1日正式啟動。美國的人類基因組方案總體規(guī)劃是：擬在15年內(nèi)至少投入30億美圓，進展對人類全基因組的分析。128人類基因組方案大事記1990年10月，國際人類基因組方案啟動。1999年9月，中國獲準參與人類基因組方案。1999年12月1日，人類初次勝利地完成人體染色體基因完好序列的測定。2000年4月底，中國科學家完成1％人類基因組的任務框架圖。2000年5月8日，由德國和日本等國科學家組成的國際科研小組宣布，根本完成人體第21對染色體的測序任務。2000年6月26日，六國科學家公布人類基因組任務框架圖。2001年2月12日，人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果初次公布。2001年8月26日，中國提早兩年完成1％人類基因組測序義務。2003年4月15日，六個國家共同宣布人類基因組序列圖完成。(美、英、德、日、法、中)129HGP人類基因組方案曼哈頓原子彈方案阿波羅方案130遺傳圖譜〔geneticmap〕又稱連鎖圖譜(linkagemap)，它是以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標志為“路標〞，以遺傳學間隔〔cM〕為圖距的基因組圖。物理圖譜(physicalmap)是指特定的DNA片段在大片段DNA或基因組DNA中的位置關系和陳列順序，包括DNA克隆片斷重疊群圖，大片段內(nèi)切酶位點圖、DNA序列路標圖等。序列圖譜(sequencemap)是指基因組DNA中核苷酸的陳列順序。轉(zhuǎn)錄圖譜(transcriptionmap)是在識別基因組所包含的蛋白質(zhì)編碼序列的根底上繪制的結(jié)合有關基因序列、位置及表達方式等信息的圖譜。131CeleraGenomicsPublicConsortium132SequenceGenomesFindGenesEstablishFunctionandDiseaseMechanismGeneticMapping,MutationDetectionDrugCandidatesGeneTherapyDiagnostics/PrognosticsCure133HapMap單體型圖方案

“國際人類基因組‘單體型圖’方案〞在人類全基因組序列圖的根底上，確定人類經(jīng)世代遺傳仍堅持完好的單體型圖，以及在不同族群中這些單體型的類型與分布，并將這些不同的單體型標上標簽。單體型〔haplotype〕:位于染色體上某一區(qū)域的一組相關聯(lián)的SNP等位位點被稱作單體型,傾向于以一個整體遺傳給后代。HapMap的科學根底是染色體上的SNP的“板塊〞〔block〕構(gòu)造。SNPs在一段染色體上是成組遺傳的，在DNA上構(gòu)成無形的區(qū)域“板塊〞。每個板塊在進化上非常保守，在多世代的傳送中沒有或極少發(fā)生DNA重組。134135

意義：不同群體的遺傳多態(tài)性研討；疾病和遺傳關聯(lián)分析；致病基因和致病因子確實定；藥效及副作用和疾病風險的分析；人類來源進化遷徙歷史的研討。136水稻基因組方案(RGP)日本水稻基因組方案-1991年中國水稻基因組方案-1992國際水稻基因組測序方案-1997年-中國、日本、美國、韓國

137基因總數(shù)：46,022~55,615，約為人類的2倍；其中10,000個基因的功能已確定；水稻的“渣滓〞序列多位于基因外，人類的“渣滓〞序列多位于基因內(nèi)；水稻的基因平均長度為4,500bp，人類基因平均長度為72,000bp;擬南芥約有25,000個基因，80%在水稻中都存在，二者之間有關信號傳導的基因差別最大。138139TheHybridRiceGenomeProject(HRGP)StartedinMay,2000140Green(2001)NatureReviewsGenetics2:573-583分級鳥槍法全基因組鳥槍法141Doyouknow“nextgenerationsequencing〞,〞deepsequencingtechnique〞or“highthroughoutsequencing〞?Ifyoudon’tknow,pleaseconsulttheliteraturesandshowusakindoftechniqueontheclassinsomeday.142第三節(jié)染色體外遺傳因子第二章基因的組織與構(gòu)造143細胞質(zhì)遺傳(cytoplasmicinheritance)：細胞質(zhì)內(nèi)遺傳物質(zhì)所決議的遺傳景象。由于細胞質(zhì)遺傳的表現(xiàn)不同于核基因所決議的遺傳景象，所以又稱為核外遺傳、非孟德爾遺傳或染色體外遺傳。線粒體或葉綠體基因的遺傳特性。1441909，CarlCorrans，非孟德爾遺傳發(fā)現(xiàn)者，紫茉莉花斑枝條145縞藝君子蘭146一、質(zhì)?！瞤lasmid〕質(zhì)?！瞤lasmid〕質(zhì)粒是細菌染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。帶有遺傳信息，能自行復制，隨細菌分裂轉(zhuǎn)移到子代細胞，并非細菌生長所必需。附加體〔episome〕能可逆地整合入細菌宿主染色體的染色體外遺傳因子，可作為附件基因與細菌染色體一同復制，也可作為常規(guī)的質(zhì)粒獨立于染色體外進展復制。如噬菌體及F因子。147以納米管為探頭的原子力顯微鏡〔AFM〕察看到的運動中的質(zhì)粒DNA分辨率達2-3nm148質(zhì)粒的分布

普遍存在于細菌中，如G+、G、藍細菌、放線菌；在真菌、藻類等真核生物中也存在。質(zhì)粒的運用：構(gòu)建基因工程載體。149150〔一〕質(zhì)粒的普通分子特性可穩(wěn)定地游離于染色體外，但一定條件下可整合到染色體上；質(zhì)粒DNA三種構(gòu)型：共價閉合環(huán)狀(cccDNA)、開環(huán)構(gòu)造(ocDNA)和線性分子(LDNA)。分子量差別顯著，小質(zhì)粒僅編碼2-3種蛋白質(zhì)，分子量大小為103bp，而宏大質(zhì)粒分子量可達106bp。雙鏈環(huán)狀DNA分子，但也存在線形DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)?！步湍笟|(zhì)?！常?51特征自我復制才干編碼產(chǎn)物賦予細菌某些性狀特征可自行喪失與消除轉(zhuǎn)移性相容性和不相容性1521、質(zhì)粒DNA的分子構(gòu)型質(zhì)粒DNA的構(gòu)型質(zhì)粒電泳方式圖1532、質(zhì)粒的功能質(zhì)粒賦予寄主細胞額外的生物學特性抗性特征代謝特征修飾寄主生活方式的特征其它特征隱蔽質(zhì)粒(crypticplasmid)功能尚不明了的質(zhì)粒154質(zhì)粒編碼基因表達的某些表型特征抗性特征代謝特征抗菌素抗性細菌素抗性重金屬抗性毒性陰離子抗性噬菌體抗性輻射損傷抗性嵌入試劑抗性抗菌素合成細菌素合成碳水化合物代謝鹵代化合物代謝蛋白質(zhì)代謝冠癭堿代謝固氮作用H2S的合成檸檬酸的利用硫胺素的合成反硝化作用155修飾寄主生活方式的因子其它特征毒素的合成：大腸桿菌腸毒素金黃色葡萄球菌剝脫性毒素炭疽桿菌外毒素蘇云金桿菌-內(nèi)毒素破傷風桿菌神經(jīng)毒素耶爾森菌的毒力大腸桿菌及鏈球菌溶血素合成腸道細菌的血清抗性大腸桿菌的定居抗原的合成炭疽芽孢桿菌莢膜的合成植物之冠癭病和發(fā)根病鹽桿菌中氣泡的形成鏈霉菌之痘皰的形成葡萄球菌內(nèi)肽酶活性土壤桿菌對細菌素的敏感性156接合型質(zhì)粒和非接合型質(zhì)粒。一樣點：都有自我復制基因；異點：但前者帶有控制細菌配對和質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移的基因，后者那么缺。質(zhì)粒的類型：3、質(zhì)粒DNA的轉(zhuǎn)移1571〕接合型質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移細菌交配對的構(gòu)成F性須的構(gòu)成與裝配、和維持交配期間細胞對的穩(wěn)定均依賴于tra基因群。158質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移TraY和TraI分別有單鏈切割和解旋酶的活性，以oriT為轉(zhuǎn)移起點，在兩種酶的作用下，一條鏈從給體細胞進入受體細胞并按照滾環(huán)復制的機理完成新鏈的合成。ThetraregionoftheFplasmidcontainthegenesneededforbacterialconjugation1592〕質(zhì)粒DNA的遷移作用〔mobilization〕由共存的接合型質(zhì)粒引發(fā)的非接合型質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移過程，即質(zhì)粒的遷移作用。ColE1質(zhì)粒是一種可以遷移但屬于非接合型的質(zhì)粒；其遷移作用需求ColE1質(zhì)粒上具有特異位點bom和編碼核酸酶的mob基因。1604、質(zhì)粒的復制類型兩種復制型嚴緊型(stringent)質(zhì)粒：拷貝數(shù)低，每細胞1-3拷貝；松弛型(relaxed)質(zhì)粒：高拷貝數(shù)，每個寄主細胞中可高達10-60份拷貝；普通來講，接合型質(zhì)粒分子量較大，每個細胞拷貝數(shù)少，屬嚴緊型；非接合型質(zhì)粒分子量較低，細胞中拷貝數(shù)較多，屬松弛型。松弛型與嚴緊型質(zhì)粒并非絕對，常與寄主情況有關。1615、質(zhì)粒不親和性〔plasmidincompatibility〕無選擇壓力情況下，親緣關系親密的質(zhì)粒不能在同一細胞中穩(wěn)定共存的景象。不親和群(incompatiblegroups)：兩種質(zhì)粒被導入同一細胞，假設一種被另一種排斥，那么二者是不相容的，屬于同一不親和群；假設它們可以一同復制并共存，那么它們是相容的，屬于不同的不親和群或不相容群。質(zhì)粒不親和性的分子根底主要是由于不親和質(zhì)粒在復制功能之間的相互關擾。162質(zhì)粒不親和景象A&B：雙抗菌落不斷減少，闡明質(zhì)粒不相容；C：雙抗菌落總是不減少，兩種質(zhì)粒是相容的。163質(zhì)粒不親和景象的分子根底質(zhì)粒產(chǎn)生阻遏蛋白與靶序列作用。拷貝數(shù)少時，阻遏蛋白濃度低。靶序列在酶的作用下一條鏈斷裂啟動復制；隨著拷貝數(shù)添加，阻遏蛋白濃度上升，與靶序列結(jié)合阻止酶對DNA鏈的切割，從而停頓質(zhì)粒的復制；相容質(zhì)粒產(chǎn)生的阻遏蛋白不會影響彼此的復制，因此相容質(zhì)粒都堅持其正?？截悢?shù)；不相容質(zhì)粒的復制速率和拷貝數(shù)的控制由阻遏蛋白的總濃度結(jié)合調(diào)控的，交叉抑制的結(jié)果使細胞中質(zhì)粒拷貝數(shù)比其單獨感染形狀下的正?？截悢?shù)減少許多；不相容質(zhì)粒的分別是由于質(zhì)粒間的復制差呵斥的。164〔二〕大腸桿菌中的幾種主要質(zhì)粒F質(zhì)粒——F因子(Ffactor)、性質(zhì)粒(sexplasmid)R質(zhì)?！剐砸蜃?resistancefactor)Col質(zhì)?！竽c桿菌素因子(colicinfactor)1651、F因子/F質(zhì)粒/性因子F質(zhì)粒：一種感染性質(zhì)粒，不僅本身能轉(zhuǎn)移，而且能挪動部分染色體。首先發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌。相關名詞F+和F：分別指帶有和不帶有F質(zhì)粒的大腸桿菌；Hfr：F質(zhì)粒整合進宿主染色體，那么大腸桿菌從F+轉(zhuǎn)變?yōu)镠fr〔高頻重組〕形狀；F’質(zhì)粒：獲得宿主部分染色體的F質(zhì)粒。F質(zhì)粒的運用：構(gòu)建細菌人工染色〔BacterialArtificialChromosome,BAC〕。166F質(zhì)粒的構(gòu)造F因子的大小為94.5kb;轉(zhuǎn)移區(qū)復制區(qū)插入?yún)^(qū)假單胞桿菌屬、嗜血桿菌屬、耐氏菌屬、鏈球菌屬167BAC載體——pBeloBAC11細菌人工染色體是以F因子的復制子為根底構(gòu)建成的一種大片段DNA克隆載體。在重組缺陷型〔rec〕宿主菌中只需一個拷貝，插入片段大