第二章基因概念及結(jié)構(gòu)

1、第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章 基因的概念和結(jié)構(gòu) 一、孟德爾的“遺傳因子”-生物性狀的遺傳符 號。 二、基因-位于染色體上的遺傳功能單位。 1909年，約翰遜首創(chuàng)了“基因”一詞，用來代 替孟德爾的遺傳因子。 1926年，摩爾根提出基因的“三位一體”的概 念， 即基因是決定性狀的最小單位、突變的最小單位、 重組的最小單位。 1、等位基因 一對同源染色體同一基因座上的一對基因稱 為一對等位基因。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 等位基因之間存在著顯隱性關(guān)系。 （1）完全顯性 （2）不完全顯性 （3）共顯性 2、復(fù)等位基因 一個群體中，一對同源染色體的同一基因 座上有2個以上的等位基因。例如： （1）果蠅的眼色

2、基因 用w代表果蠅的眼色基因，則： 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) （2）ABO血型系統(tǒng) 人類的ABO血型是由三個復(fù)等位基因IA 、 IB 、i控制。IA 、IB對i 為顯性， IA 、 IB之間為 共顯性。因此，A型血的個體，基因型可能為 IA IA 、 IA i ；B型血的個體，基因型可能為IB IB 、 IB i；AB型血的個體，基因型只能為IA IB ；O型 血的個體，基因型只能為i i.為顯性。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 人白細(xì)胞抗原（HLA) 主要組織相容性抗原系統(tǒng)。 主要組織相容性復(fù)合體基因(MHC) 人類的MHC又稱HLA，位于第6號染色體短臂 上，長約4000Kb。按

3、結(jié)構(gòu)功能和組織分布情況的 不同可分為三類： a. HLA-類基因 在遠(yuǎn)離著絲粒2000-4000Kb范圍內(nèi)，有A、 B、C、E、F、G、H、J等基因座，每個基因 座又有幾十個以上的等位基因。（P41 表3-3） 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) HLA-類基因 在近著絲粒的1000Kb范圍內(nèi)，主要有 DQ 、DR、DP等基因座，每個基因座又有 幾個、上百個基因。（P41 表3-3） HLA-類基因 在近著絲粒處1000Kb-2000Kb范圍內(nèi)， 位于HLA-和HLA- 基因之間。該區(qū)已發(fā) 現(xiàn)60多個基因座。 HLA是目前已發(fā)現(xiàn)的最復(fù)雜的復(fù)等位基 因系統(tǒng)。對于每一個基因座上的復(fù)等位基

4、因，它們之間均為共顯性。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 對于每一個人的某一條6號染色體， HLA各基因座緊密連鎖，就構(gòu)成了單倍型 或單元型。 HLA是以單倍型方式遺傳給下一代的。 同卵雙生子之間， HLA單倍型完全相 同；兄弟姐妹之間，兩個單倍型可能相同， 也可能不同，通常情況下是一個相同，一 個不同。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 三、 順反子 一個基因一條多肽 1957年，Benzer以大腸桿菌T4噬菌體為材料， 研究了基因內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，提出了順反子、 突變子、重組子的概念。 1、 T4噬菌體簡介 T4噬菌體為T-偶列噬菌體之一，基因組為 165Kb的雙鏈DNA分子，包括160個基因，宿 主為E.col

5、i。 （1）形態(tài)特征 （2）環(huán)狀遺傳學(xué)圖 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 2. 順反子(cistron)、突變子(muton)、重組子(recon) 通過實驗和推導(dǎo)，Benzer提出了順反子、突 變子、重組子的概念。 順反子是一個遺傳功能單位，一個順反子決 定一條多肽鏈，順反子即是基因的同義語。一個 順反子內(nèi)可以包含一系列突變單位-突變子。各 突變子之間可以發(fā)生重組，順反子內(nèi)也有一系列 的重組單位-重組子。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 2、重組（recombination )實驗和 互補(bǔ)(complemetation)實驗 (1)重組實驗 測定兩個突變位點之間的距離

6、關(guān)系的實驗。 重組頻率（%）= 2 野生型噬菌斑數(shù) 100% 噬菌斑總數(shù) （2）互補(bǔ)實驗 確定兩個突變之間的功能關(guān)系，判斷兩個 突變是位于同一基因內(nèi)的突變還是兩個基因內(nèi) 的突變。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 在反式測驗中，如兩個突變之間能互補(bǔ)，則表明兩個突變 是位于兩個基因（順反子）內(nèi)的突變。如兩個突變之間不能互 補(bǔ)，則表明兩個突變是位于同一個基因內(nèi)的突變。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 四、操縱子（operon)-遺傳信息傳遞和表達(dá)調(diào)控 的統(tǒng)一體。 1961,法國科 學(xué)家F.Jacob 和J.Monod 提出了大腸 桿菌乳糖操 縱子模型。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 操縱子模型的提出表明：

7、 基因不僅是傳遞遺傳信息的載體，同時又 具有調(diào)節(jié)其它基因表達(dá)活性的功能?；虿粌H 在結(jié)構(gòu)上可分，功能上也可分。 操縱子(operon)：指幾個功能上相近或相 關(guān)的結(jié)構(gòu)基因排列在一起，由一個共同的啟動 子、操縱子或其它調(diào)控序列來調(diào)控這些基因的 轉(zhuǎn)錄。包括這些結(jié)構(gòu)基因和控制區(qū)的整個核苷 酸序列就稱為操縱子。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 1、乳糖操縱子（lac-operon) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 乳糖操縱子的研究進(jìn)展： （1）調(diào)控區(qū)的DNA序列 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 啟動子（promoter) 位于調(diào)節(jié)基因 LacI 末端與結(jié)構(gòu)基因 LacZYA mRNA轉(zhuǎn)錄起始位點之間，長度約為 82bp的一段DNA

8、序列。 a) RNA聚合酶識別和結(jié)合部位： -10區(qū)： 序列特征 5-TATGTT-3 -35區(qū)： 序列特征 5-TTTACA -3 b)CAP結(jié)合位點： -70 至 -50 區(qū) CAP(catabolite activator protein,分解代謝物激活 蛋白）。正調(diào)控蛋白、cAMP-CAP復(fù)合物 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) CAP-cAMP復(fù)合物激活Lac啟動子的機(jī)制 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 大腸桿菌的葡萄糖效應(yīng)： 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) b. 操縱子（operator) -5-+28區(qū)。與啟動子重疊。 2、基因家族（gene family)、基因簇(gene cluste

9、r)、假基因(pseuds gene) 真核生物基因組中來源相同、結(jié)構(gòu)相似、 功能相關(guān)的一組基因稱為基因家族。例如： （1）5sRNA基因家族 由結(jié)構(gòu)相同的數(shù)個基因以串聯(lián)方式重復(fù)排列， 基因與基因間由中度重復(fù)序列間隔開來。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) （2）血紅蛋白基因家族 血紅蛋白基因家族由等基因 組成。 類鏈基因簇：由、成串排列在一起構(gòu)成， 位于11號染色體上。其表達(dá)時間順序為 。 類鏈基因簇：由成串排列在一起構(gòu) 成，位于16號染色體上。其表達(dá)時間順序為 。 假基因：來源于相應(yīng)的有功能的基因，由于 某種突變而失去原有的功能的基因。用 表示。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 五、外顯子和內(nèi)含子-基因的結(jié)構(gòu)是

10、斷裂的 （斷裂基因 interrupted gene) 原核生物的結(jié)構(gòu)基因絕大多數(shù)是連續(xù)的， 而真核生物的編碼序列是不連續(xù)的。 1、實驗證明非編碼序列的存在 1977，F(xiàn)lavell和Jeffreys 兔珠蛋白基因的mRNA cDNA 同位數(shù)標(biāo) 記cDNA 與珠蛋白基因雜交。 結(jié)果： 珠蛋白基因片段 cDNA 片段 Chambon雞卵清蛋白mRNA cDNA 卵清蛋白基因雜交 電鏡觀察 異源雙鏈體 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) (cDNA) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 2、斷裂基因中外顯子保守，內(nèi)含子可變。 DHRF基因在哺乳類不同物種中外顯子和內(nèi)含子情況 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 3、R

11、NA剪接 （1）直接切割連接 pre-tRNA 內(nèi)含子 （2）通過轉(zhuǎn)酯作用實現(xiàn)剪接 P49 圖3-9 （mov) （3）可變剪接（alternative splicing) 一個基因產(chǎn)生不止一種類型的mRNA，稱 為可變剪接。例如：與果蠅性別有關(guān)的基因 dsx, 其mRNA在雌蠅和雄蠅中剪接方式不同。 （4）內(nèi)含子的類型 P53 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 六、重疊基因（overlapping gene） 1977，Sanger , 噬菌體x174各基因的功能：各基因的功能：A，DNA單鏈合成和雙單鏈合成和雙 鏈的復(fù)制；鏈的復(fù)制；B、C、D，單鏈的合成和（或）包裝；單鏈的合成和（或）包裝；F、G、H

12、，噬菌體噬菌體 衣殼的結(jié)構(gòu)蛋白；衣殼的結(jié)構(gòu)蛋白；J，參與病毒顆粒構(gòu)成的一種小的堿性蛋白；參與病毒顆粒構(gòu)成的一種小的堿性蛋白；K，產(chǎn)產(chǎn) 物未知；物未知；E，細(xì)胞裂解細(xì)胞裂解 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 重疊方式： （1）基因套基因 如x174基因組中，B基因含在A基因中, E基因含在D基因中。但起始密碼子不同，密碼 的閱讀框不同。 （2）部分重疊 上游基因的終止密碼子和下游基因的起始 密碼子重疊。 如： 基因D終止 x174 DNA序列T-A-A-T-G 基因J 起始 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 基因A終止 x174 DNA序列 A-T-G-A 基因C起始 (3)三個基因重疊 1978，Shaw ,噬菌體

13、G4 . G4 DNA序列 -TTCTGATGAAA- 基因B 基因A 基因K 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 七、轉(zhuǎn)座元件-基因并不全是固定在染色體的一 個位置上 （1）DNA DNA的轉(zhuǎn)座元件 1、玉米的Ac-Ds系統(tǒng) 1950，B.McClintock 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) Ac：為可自主移動的調(diào)節(jié)因子，全長4.5Kb, 含有 5個外顯子，編碼轉(zhuǎn)座酶，兩端具有11bp 的反向重復(fù)序列（IR）。 Ds：來源于Ac，由Ac轉(zhuǎn)座酶基因缺失形成。 Ds不能自主轉(zhuǎn)座。只有在Ac存在時，Ds才能 轉(zhuǎn)座。 Ds全長0.4-4Kb,兩端同樣具有11bp的反 向重復(fù)序列（IR）。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概

14、念及結(jié)構(gòu) Ac-Ds系統(tǒng)產(chǎn)生的遺傳學(xué)效應(yīng) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 2、插入序列（Insertion sequence，IS） （1）插入序列的結(jié)構(gòu) （2）IS插入靶位點的示意圖 （3）一些IS的類型與結(jié)構(gòu) （4）IS的遺傳學(xué)特征（P59） 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 3、轉(zhuǎn)座子（Transposon，Tn） （1）Tn的結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) (2)轉(zhuǎn)座模型 a、剪-粘型轉(zhuǎn)座（cut-and-paste transposition） 又叫簡單插入轉(zhuǎn)座，是一種非復(fù)制轉(zhuǎn)座。 Tn5、Tn10均以此方式轉(zhuǎn)座。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) b.

15、保守型轉(zhuǎn)座(conservation transposition) 非復(fù)制轉(zhuǎn)座的一種。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) c.復(fù)制型轉(zhuǎn)座（replicative transposition） 在復(fù)制轉(zhuǎn)座的過程中，轉(zhuǎn)座子被復(fù)制， 一個拷貝留在供體原位，另一個拷貝插入 受體新位點。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) （3）轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng) a，插入突變 b，基因重排 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 4、果蠅的P因子(P element) （1）果蠅中P品系與M品系雜交中，雜種劣 育現(xiàn)象。 （2）P因子的結(jié)構(gòu) 與細(xì)菌的轉(zhuǎn)座子（Tn）非常相似。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) P因子全2907bp 兩端具有33bp的 反向重

16、復(fù)序列。 （IR) b. P因子有4個編區(qū) （外顯子0.1.2.3）, 3個內(nèi)含子（1.2.3） 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) （3）P因子與雜種劣育 無轉(zhuǎn)座，可育 轉(zhuǎn)座，不育 無轉(zhuǎn)座，可育 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) (二) RNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)座元件-反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座（retroposon 存在于真核生物中，種類復(fù)雜。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和 組成，可分為兩類： 病毒超家族（viral super family） 能編碼轉(zhuǎn)座酶或整合酶，能自主地進(jìn)行轉(zhuǎn)座。 如：酵母Ty轉(zhuǎn)座成分、果蠅copia因子、哺乳動物， LINE1以及所有的還原病毒。 非病毒超家族（nonviral super family） 自身沒有轉(zhuǎn)座酶或整合酶的編碼能力，依靠細(xì) 胞內(nèi)的酶系統(tǒng)作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)座。如：SINE等。 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 1、Ty（transposon in yeast）轉(zhuǎn)座元件 （1）Ty的分子結(jié)構(gòu) LTR LTR 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) （2）果蠅的copia因子（P75） 反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子 轉(zhuǎn)座子 轉(zhuǎn)座子 第二章基因概念及結(jié)構(gòu) 3、L