基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

關(guān)于基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第二章原核生物基因組第2頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)原核生物基因組的一般特征1.原核生物的基因組為DNA分子只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn).較小，在106-107之間通常為一條環(huán)狀雙鏈DNA分子基因組DNA與支架蛋白和RNA結(jié)合，形成類核.第3頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天大腸桿菌類核結(jié)構(gòu)照片圖第4頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

原核生物類核結(jié)構(gòu)示意圖類核結(jié)構(gòu)由中央和外圍組成第5頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天原核生物的類核結(jié)構(gòu)類核（nucleoid)

原核生物基因組DNA位于細(xì)胞的中央?yún)^(qū)，與支架蛋白和RNA結(jié)合在一起，以復(fù)合體的形式存在，經(jīng)高度盤旋聚集形成一個(gè)較為致密的區(qū)域，稱為類核。第6頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.廣泛存在操縱子結(jié)構(gòu)指數(shù)個(gè)功能上相關(guān)的基因串聯(lián)在一起,連同上游的調(diào)控區(qū)和下游的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)，構(gòu)成一個(gè)基因的表達(dá)單位.

乳糖操縱子

阿拉伯糖操縱子

色氨酸操縱子第7頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA第8頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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)目錄第9頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.原核生物的結(jié)構(gòu)基因.基因是連續(xù)的,無內(nèi)含子編碼區(qū)在基因組中的比例>>真核基因組<<病毒基因組多數(shù)為單拷貝基因基因組中重復(fù)序列很少4.編碼序列一般不重疊.50％第10頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天噬菌體ΦΧ174基因組示意圖第11頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因重疊(geneoverlapping)

指基因組DNA中某些序列被兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因所共用。這些基因序列之間互相有重疊，所以稱基因重疊（也稱重疊基因）。第12頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.具有編碼同工酶的不同基因6.GC含量差異大7.非編碼區(qū)內(nèi)主要是一些調(diào)控序列8.具有可移動(dòng)DNA序列復(fù)制、轉(zhuǎn)錄起始區(qū)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄終止區(qū)插入序列、轉(zhuǎn)座子、質(zhì)粒第13頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天質(zhì)粒的概念質(zhì)粒(plasmid)

是細(xì)菌細(xì)胞染色體以外的能獨(dú)立復(fù)制并能穩(wěn)定遺傳的共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子（covalentlyclosedcircularDNA，cccDNA)。第14頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天原核生物的轉(zhuǎn)座因子★轉(zhuǎn)座子的分類1.插入序列(insertionsequence，IS)

組成:700-2000bp

一個(gè)轉(zhuǎn)位酶基因兩側(cè)的反向重復(fù)序列2.轉(zhuǎn)座子(transposon，Tn)

組成:4500-20000bp

轉(zhuǎn)座酶基因抗性基因3.Mu噬菌體具有轉(zhuǎn)座功能的溫和性噬菌體。能整合到宿主基因組內(nèi)引起突變。第15頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.插入序列(insertionsequence，IS):

750~2500

bp

兩端反向重復(fù)序列，與插入有關(guān)中心序列有轉(zhuǎn)座酶基因第16頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.轉(zhuǎn)座子(transposon，Tn):

2000~25000bp兩端為IS中心序列有與轉(zhuǎn)座無關(guān)基因如：毒素基因、耐藥基因等第17頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)座由插入序列和轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的基因移位或重排稱為轉(zhuǎn)座(transposition)。大多數(shù)基因在基因組內(nèi)的位置是固定的，有些基因可以從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置。

第18頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因轉(zhuǎn)移的方式1.細(xì)菌的接合(conjugation)

又稱“細(xì)菌雜交”，是遺傳物質(zhì)通過細(xì)胞間的直接接觸而進(jìn)行的轉(zhuǎn)移和重組。2.細(xì)菌的轉(zhuǎn)化(transformation)受體菌直接吸收來自供體菌的DNA片段，通過交換將其整合到自身的基因組中，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象。3.轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)是以噬菌體為媒介把細(xì)菌的基因從一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的過程。4.轉(zhuǎn)座(transposition)指遺傳物質(zhì)被轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。第19頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.接合當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過菌毛相互接觸時(shí)，質(zhì)粒DNA從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞（細(xì)菌）的DNA轉(zhuǎn)移稱為接合(conjugation)。第20頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天可接合質(zhì)粒如F因子(Ffactor)第21頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.轉(zhuǎn)化通過自動(dòng)獲取或人為地供給外源DNA，使細(xì)胞或培養(yǎng)的受體細(xì)胞獲得新的遺傳表型，稱為轉(zhuǎn)化

(transformation)。

第22頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天例：溶菌時(shí)，裂解的DNA片段被另一細(xì)菌攝取。第23頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.轉(zhuǎn)導(dǎo)當(dāng)病毒從被感染的（供體）細(xì)胞釋放出來、再次感染另一（供體）細(xì)胞時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞與受體細(xì)胞之間的DNA轉(zhuǎn)移及基因重組即為轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)。第24頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天*轉(zhuǎn)染（transfection）轉(zhuǎn)染是轉(zhuǎn)化的一種特殊形式。由transformation（轉(zhuǎn)化）和infection（感染）兩詞構(gòu)成。通過感染方式將外來DNA引入宿主細(xì)胞，并導(dǎo)致宿主細(xì)胞遺傳性狀改變的過程稱為轉(zhuǎn)染。將任何類型DNA轉(zhuǎn)移至真核細(xì)胞內(nèi)的過程均可叫轉(zhuǎn)染。第25頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天原核生物基因組的結(jié)構(gòu)特征1.基因組DNA分子量較小2.64×109Da位于細(xì)胞中央，形成一個(gè)致密的區(qū)域，稱為類核(nucleoid)。2.存在操縱子(operon)結(jié)構(gòu)。3.結(jié)構(gòu)基因是單拷貝，連續(xù)排列沒有內(nèi)含子成分。4.編碼順序一般不重疊。5.具有編碼同工酶的不同基因。6.基因組編碼區(qū)占50﹪左右。7.存在多種功能的識(shí)別區(qū)，常以反向重復(fù)序列存在。8.存在可移動(dòng)成分。第26頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三章真核生物基因組第27頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)真核生物染色體基因組

一、真核生物染色體基因組的一般特征二、單拷貝基因三、重復(fù)序列四、基因家族五、端粒和端粒酶六、基因移動(dòng)七、果蠅基因組概述第28頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、真核生物染色體基因組的一般特征1.基因組龐大2.線狀雙鏈DNA和二倍體3.非編碼區(qū)遠(yuǎn)多于編碼區(qū)4.斷裂基因（splitgene）5.存在大量重復(fù)序列第29頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、單拷貝基因

單拷貝基因：基因組中僅出現(xiàn)一次的基因特點(diǎn)：（一）單順反子（二）斷裂基因：內(nèi)含子（intron），外顯子（exon）

第30頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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)目錄第31頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、真核生物基因組的重復(fù)序列(一)高度重復(fù)序列(重復(fù)次數(shù)：>1O5)(二)中度重復(fù)序列(重復(fù)次數(shù)：1O－1O5)第32頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天Typesofrepeat第33頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天重復(fù)序列(一)高度重復(fù)序列（重復(fù)次數(shù)>lO5）

約占10-60％，在人基因組中約占20％1.衛(wèi)星DNA(SatelliteDNA)2.反向重復(fù)DNA：回文結(jié)構(gòu)：GGTACC

CCATGG

常見于基因的調(diào)控區(qū)和特異蛋白結(jié)合區(qū)。第34頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天衛(wèi)星DNA(SatelliteDNA)第35頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）1．大衛(wèi)星DNA（macro-satelliteDNA）

重復(fù)單位5－100bp；

2．小衛(wèi)星DNA（mini-satelliteDNA）

重復(fù)單位6－70bp；VNTR3．微衛(wèi)星DNA（micro-satelliteDNA）

重復(fù)單位2－6bp；STR第36頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列Variablenumbertandemrepeat，VNTR．

又稱小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)短重復(fù)單位(6-70bp)串聯(lián)重復(fù)(6-100次以上)VNTR多態(tài)性—分子標(biāo)記—DNA指紋圖（fingerprint）第37頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天微衛(wèi)星DNA（microstalliteDNA）重復(fù)單位：2-6個(gè)核苷酸；串聯(lián)重復(fù)(10-60次)，兩側(cè)為特異的單拷貝序列。短串聯(lián)重復(fù)：Shorttandemrepeat，STR雙核苷酸重復(fù)：（AC）n、（TG）n．新一代遺傳標(biāo)記，人類基因組研究，腫瘤，遺傳?。?8頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天(二)中度重復(fù)序列1．中度重復(fù)序列的特點(diǎn)①重復(fù)單位較大，重復(fù)次數(shù)：1O－1O5②散在分布于基因組中③常與單拷貝基因間隔排列④一般具有種屬特異性，可作DNA標(biāo)記第39頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天(二)中度重復(fù)序列2．中度重復(fù)序列的分類①longinterspersedrepeatedsegments，LINES，長(zhǎng)分散片段長(zhǎng)度>1000bp(可達(dá)7Kb)，拷貝數(shù)104-105，如人KpnI②Shortinterspersedrepeatedsegments，SINES，短分散片段

長(zhǎng)度<500bp，拷貝數(shù)可達(dá)105．如人Alu序列第40頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天A1u序列重復(fù)單位長(zhǎng)300bp：

130bp

+31bp+130bp含有Alu酶切位點(diǎn)：AGCT具有種屬特異性可能與hnRNA的加工成熟、DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)第41頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第42頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天rRNA基因>l00copy．rRNA基因簇(重復(fù)單元18S-5.8S-28SRNA）第43頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、基因家族(genefamily)一組功能相似、核苷酸序列具有同源性的基因．可能由某一共同祖先基因經(jīng)重復(fù)和突變產(chǎn)生。第44頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天基因家族的特點(diǎn)：①基因家族的成員可以串聯(lián)排列在一起，形成基因簇(genecluster)或串聯(lián)重復(fù)基因，如組蛋白的基因；②有些基因家族的成員也可位于不同的染色體上，如珠蛋白基因；③與具正常功能的基因序列相似，但無轉(zhuǎn)錄功能或轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物無功能的基因稱為假基因(Pseudogene)．

Ψa1表示與a1相似的假基因．第45頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天組蛋白基因家族

5個(gè)成員:H1,H2A,H2B,H3,H45個(gè)基因串聯(lián)排列形成一個(gè)重復(fù)單位,但不同生物中排列不同第46頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天線粒體DNA的結(jié)構(gòu)

人線粒體DNA模式圖第47頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天線粒體基因組的特點(diǎn)1.人線粒體基因組為16，569bp的雙鏈閉環(huán)分子，一條鏈為重鏈(H鏈)，一條鏈為輕鏈(L鏈)，兩條鏈均有編碼功能，每個(gè)mtDNA分于編碼13種蛋白質(zhì)和24種結(jié)構(gòu)RNA(22rRNA，2tRNA)．2.線粒體DNA為母系遺傳．第48頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天線粒體基因組的特點(diǎn)3.結(jié)構(gòu)基因不含內(nèi)含子，部分區(qū)域有基因重疊，因此病理性mtDNA突變更易發(fā)生．4.mtDNA突變頻率更高．5.線粒體DNA突變的表型表達(dá)與核DNA不同。第49頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物基因組與原核生物基因組的

主要區(qū)別（1）真核生物基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲(chǔ)存于細(xì)胞核內(nèi)，除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞內(nèi)的基因組是雙份的（即雙倍體）。細(xì)菌染色體基因組通常由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，染色體形成類核，無核膜與胞漿分開。（2）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(diǎn)，而每個(gè)復(fù)制子的長(zhǎng)度較小。（3）真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子。一個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯生成一個(gè)mRNA分子和一條肽鏈。原核生物基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順反子，功能上相關(guān)的幾個(gè)基因往往在一起組成操縱子結(jié)構(gòu)。第50頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天真核生物基因組與原核生物基因組的

主要區(qū)別（4）真核基因組大部分基因含有內(nèi)含子，因此，基因是不連續(xù)的，稱為斷裂基因，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工；原核基因組沒有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，不需進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后剪接加工。（5）真核基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。原核基因組大部分為編碼序列，不編碼區(qū)域僅占一小部分。（6）真核生物基因組存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)百萬次以上基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組。（7）真核生物基因組存在基因家族和假基因。第51頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四章

病毒基因組

Viralgenome

第52頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天病毒（virus）的概念比較原始的、有生命特征的能夠自我復(fù)制的嚴(yán)格細(xì)胞內(nèi)寄生的非細(xì)胞生物是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、最微小的生命形式第53頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天病毒的四種基本結(jié)構(gòu)成份①病毒基因組②衣殼③包膜④其它內(nèi)容物：酶、核酸結(jié)合蛋白及金屬離子等。第54頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天病毒基因組的一般特征一、病毒基因組的組成和分類雙鏈RNA單鏈RNA：正鏈：序列與mRNA相同

負(fù)鏈：序列與mRNA互補(bǔ)DNARNA

雙鏈DNA：HBV

單鏈DNA：M13噬菌體病毒基因組核酸的類型一個(gè)核酸分子;數(shù)個(gè)核酸分子（分段基因組）線狀和環(huán)狀分子第55頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天SARS冠狀病毒的基因組結(jié)構(gòu)線狀單鏈（+）RNA第56頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天病毒分類:根據(jù)基因組組成及復(fù)制方式DNA病毒（DNAViruses）

第一組：雙鏈DNA病毒（dsDNAViruses）

第二組：?jiǎn)捂淒NA病毒（ssDNAViruses）RNA病毒（RNAvirus）

第三組：雙鏈RNA病毒（dsRNAViruses）

第四組：正鏈RNA病毒（(+)ssRNAViruses）

第五組：負(fù)鏈RNA病毒（(-)ssRNAViruses）

第57頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA與RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒（DNAandRNAReverseTranscribingViruses）

第六組：RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒（RNAReverseTranscribingViruses）

第七組：DNA逆轉(zhuǎn)錄病毒（DNAReverseTranscribingViruses）亞病毒因子（SubviralAgents）衛(wèi)星（Satellites）類病毒（Viroids）朊病毒（Prions）第58頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、病毒基因組的大小基因組大?。?.5×103

～3.6×106bp（nt）編碼基因：5~數(shù)百個(gè)最大基因組：痘苗病毒科，dsDNA病毒，

3.6×106bp，編碼數(shù)百個(gè)蛋白質(zhì)；乙型肝炎病毒：僅3.2Kb，編碼6個(gè)蛋白質(zhì)第59頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

HBV基因組的不完全雙鏈環(huán)狀結(jié)構(gòu)

是已知可感染人類又能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的雙鏈DNA病毒中最小和最高效的。第60頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）帽子和poly（A）尾結(jié)構(gòu)與真核mRNA5′帽和3′poly(A)尾相似作用：對(duì)RNA有保護(hù)作用參與蛋白質(zhì)的翻譯過程與病毒的感染性有關(guān)常見于：大多數(shù)真核病毒的正鏈RNA基因組雙鏈RNA基因組的正鏈RNA

病毒mRNA三、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

第61頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖4-1帶粘性末端的病毒雙鏈DNA基因組形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)或二聚體環(huán)化聚合（二）末端序列結(jié)構(gòu)

第62頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）末端序列結(jié)構(gòu)1.粘性末端指病毒基因組雙鏈DNA分子兩端具有能夠互補(bǔ)的單鏈DNA部分。作用：形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)或連接成二聯(lián)體或多聯(lián)體。第63頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.末端正向重復(fù)序列又稱末端冗余（terminalredundancy）；是指雙鏈DNA分子兩端有一段相同的核苷酸序列；皰疹病毒、T4及T7噬菌體基因組；經(jīng)外切核酸酶切割產(chǎn)生粘性末端，也可使病毒基因組環(huán)化或形成多聯(lián)體。第64頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

圖4-2含末端反向重復(fù)序列的病毒基因組形成的鍋柄樣環(huán)狀結(jié)構(gòu)+第65頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.末端反向重復(fù)序列

（invertedterminalrepeat，ITR）

是指病毒基因組兩端的反向互補(bǔ)重復(fù)序列。單鏈DNA或RNA分子能夠通過其ITR互補(bǔ)配對(duì)形成鍋柄樣（panhandle）環(huán)狀結(jié)構(gòu)。腺病毒、痘病毒、細(xì)小病毒及布尼亞病毒等的基因組均含ITR序列。ITR可能與病毒的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及整合有關(guān)。

第66頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.

長(zhǎng)末端重復(fù)序列

（longterminalrepeat，LTR）

包括重復(fù)序列、單一序列5′端：包含許多特定的基因表達(dá)調(diào)控區(qū)域，是一組真核生物增強(qiáng)子和啟動(dòng)子。3′端：具有轉(zhuǎn)錄終止的作用。逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組利用LTR中的重復(fù)序列形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在整合酶作用下整合入宿主細(xì)胞基因組。第67頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天HIV-1病毒的基因組結(jié)構(gòu)

雙拷貝的單鏈（+）RNA：兩條單鏈RNA通過5′端的氫鍵結(jié)合在一起，每條RNA的長(zhǎng)度為9749bp；帽子和poly(A)尾，兩端各有一個(gè)LTR；

結(jié)構(gòu)基因：gag、pol及env；

多種附加基因和調(diào)節(jié)基因：vif、vpr、nef、tat及rev等；第68頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天病毒基因組重疊基因ORF1ORF2ORF3ORF4重疊基因圖4-3病毒基因組的重疊基因第69頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星