第三章基因組的結構與功能PPT課件

1、第三章第三章 基因組的結構與功能基因組的結構與功能基因組（genome）： 細胞或生物體中，一套完整單倍體的遺傳物質的總和。如人：如人： 2222常常+ X+ X， Y Y，+ + 線粒體基因組線粒體基因組基因組的結構：基因組的結構：指不同的基因功能區(qū)域在核酸分子中的分布和排列情況。基因組的功能：貯存和表達遺傳信息。第一節(jié)：第一節(jié)： 病毒基因組病毒基因組一、病毒基因組核酸的主要類型病毒基因組核酸的主要類型雙鏈雙鏈RNARNA單鏈負股單鏈負股RNARNA 單鏈正股單鏈正股RNARNA分類分類DNADNARNARNA 雙鏈雙鏈DNADNA：HBVHBV 單鏈單鏈DNADNA：M13M13噬菌體噬菌

2、體正股(+)：序列與mRNA相同的鏈 負股(-)：序列與mRNA互補的鏈二、病毒基因組的特點二、病毒基因組的特點1 1基因組大小相差很大：基因組大小相差很大：HBVHBV：3.2kb 3.2kb 痘病毒：痘病毒：300 300 kbkb2 2核酸結構多樣性：核酸結構多樣性：DNA DNA 或或RNA RNA 單鏈或雙鏈單鏈或雙鏈 合環(huán)狀分子或線性分子合環(huán)狀分子或線性分子3 3基因組有連續(xù)的，有不連續(xù)的基因組有連續(xù)的，有不連續(xù)的大多數(shù)連續(xù)大多數(shù)連續(xù)流感病毒：流感病毒：8 8條單鏈條單鏈RNARNA4 4編碼序列編碼序列90%(90%(基因組基因組) )5. 5. 多為單拷貝多為單拷貝, ,即每個

3、基因只出現(xiàn)一次即每個基因只出現(xiàn)一次6.基因有連續(xù)的和基因有連續(xù)的和間斷的間斷的 ( (有內含子有內含子) ) 7.7.相關基因叢集相關基因叢集: : 功能上相關的基因排列在一起功能上相關的基因排列在一起8.有重疊基因有重疊基因9.含有不規(guī)則結構基因含有不規(guī)則結構基因基因之間無間隔區(qū)基因之間無間隔區(qū). . mRNAmRNA端無帽子結構端無帽子結構. . 結構基因本身無翻譯起始序列結構基因本身無翻譯起始序列三、典型病毒基因組介紹典型病毒基因組介紹1. SV401. SV40病毒基因組病毒基因組 雙鏈環(huán)狀雙鏈環(huán)狀DNADNA：5243bp5243bp早期轉錄區(qū)：一個基因（早期轉錄區(qū)：一個基因（2 2

4、個蛋白質個蛋白質 t t，T T）調控區(qū)（調控區(qū)（ 400400bpbp）：復制起始點，啟動子，增強子）：復制起始點，啟動子，增強子晚期轉錄區(qū)：先轉錄出一個晚期轉錄區(qū)：先轉錄出一個多順反子多順反子mRNAmRNAVP1 mRNAVP2 mRNAVP3 mRNAVP3比VP2N端少1/3AUG 位于VP2和 VP3內UAA內含子1內含子2前體mRNA剪接方式1：去除內含子1剪接方式2：去除內含子2T-mRNAt -mRNAT- 抗原t-抗原分布于核內：100 KD分布于胞漿內：18 KDT - 抗原和t-抗原mRNA前體的不同剪接方式UAA2 2、逆轉錄病毒、逆轉錄病毒( (retrovirus

5、es)retroviruses)（1 1）一般特征）一般特征 病毒病毒(+)(+)股股RNARNA為為2 2個拷貝個拷貝, ,基本結構為基本結構為: :帽帽R RU5U5PBPBDLSDLS gaggagpolpolenvenv(onc(onc) ) C CPBPBU3U3R Rpolypoly(A)n(A)n病毒顆粒中有兩條相同的正股病毒顆粒中有兩條相同的正股RNA+RNA+兩條來自宿主細胞的兩條來自宿主細胞的tRNAtRNAA A：編碼區(qū)：編碼區(qū): :所有逆轉錄病毒均含有所有逆轉錄病毒均含有3 3個基本結構基因個基本結構基因gag: gag: 病毒衣殼蛋白病毒衣殼蛋白polpol: : 肽

6、鏈內切酶肽鏈內切酶, ,一個逆轉錄酶一個逆轉錄酶, ,一個與前病毒整一個與前病毒整 合相關的酶合相關的酶envenv: : 包膜蛋白包膜蛋白B B：非編碼區(qū)：非編碼區(qū): : 與基因組復制和基因表達有關與基因組復制和基因表達有關A: RA: R區(qū)區(qū): : 兩端的重復序列兩端的重復序列, ,與與cDNAcDNA合成有關合成有關B: B: 引物結合區(qū)引物結合區(qū)( (primer binding site, PB)primer binding site, PB)C: UC: U區(qū)區(qū): U3 : U3 含強啟動子含強啟動子, ,起始轉錄起始轉錄RNA.RNA. U5 U5 與轉錄終止和加與轉錄終止和加p

7、olyApolyA有關有關D: DLS-D: DLS- -C-C區(qū)區(qū): : DLS:DLS:兩條病毒兩條病毒(+)(+)RNARNA鏈結合位點鏈結合位點 : : 包裝信號包裝信號: :RNARNA裝入病毒顆粒裝入病毒顆粒 C: C: 調控區(qū)調控區(qū). .（2 2）前病毒基因組的轉錄和翻譯）前病毒基因組的轉錄和翻譯A A：逆轉錄病毒基因組的復制和轉錄都需要經(jīng)：逆轉錄病毒基因組的復制和轉錄都需要經(jīng)過過DNADNA中間體才能完成中間體才能完成. .RNARNA病毒病毒DNADNA前病毒前病毒RNARNA病毒病毒(cDNA(cDNA) )末端形成新的重復序列末端形成新的重復序列( (U3-R-U5U3-

8、R-U5) )稱長末端重復序列稱長末端重復序列( (LTR) LTR) long terminal repeatlong terminal repeatB B：翻譯：翻譯多順反子多順反子mRNAmRNA gag-pol gag-pol( (無起始密碼子無起始密碼子) )90% 90% 形成形成gaggag蛋白蛋白 10%10%形成形成gag- pol gag- pol 蛋白蛋白 剪接后形成剪接后形成env mRNAenv mRNA第二節(jié)第二節(jié) 原核生物基因組原核生物基因組一、原核生物基因組結構的特點一、原核生物基因組結構的特點：1 1、基因組為環(huán)狀雙鏈、基因組為環(huán)狀雙鏈DNADNA分子分子2

9、2、只有一個復制起始點、只有一個復制起始點. .3 3、具有、具有操縱子操縱子結構結構指數(shù)個功能上相關的基因串聯(lián)在一起,連同上游的調控區(qū)和 下游的轉錄終止信號構成基因的表達單位. .4 4、一般無重疊基因、一般無重疊基因. .5 5、基因是連續(xù)的、基因是連續(xù)的, ,無內含子無內含子6 6、編碼區(qū)在基因組中的比例、編碼區(qū)在基因組中的比例 真核基因組真核基因組 病毒基因組病毒基因組7 7、基因組中重復序列很少、基因組中重復序列很少8、具有編碼同工酶的基因具有編碼同工酶的基因( (isogeneisogene) )9、存在可移動存在可移動DNADNA序列序列1010、分子中有多功能識別區(qū)域、分子中有

10、多功能識別區(qū)域復制、轉錄起始區(qū)復制、轉錄起始區(qū) 復制、轉錄終止區(qū)復制、轉錄終止區(qū)二、質粒（二、質粒（plasmidplasmid）是細菌內攜帶的染色體以外的是細菌內攜帶的染色體以外的DNADNA分子分子是共價閉合環(huán)狀是共價閉合環(huán)狀DNADNA（covalent closed circular covalent closed circular DNADNA， cccDNAcccDNA）1、最大特點最大特點: : 可獨立復制可獨立復制2 2、質粒的遺傳控制、質粒的遺傳控制(1).(1).復制控制系統(tǒng)復制控制系統(tǒng): : 控制質粒的拷貝數(shù)控制質粒的拷貝數(shù) 復制起始點復制起始點( (oriori) )

11、Rep Rep基因基因: Rep: Rep蛋白結合于蛋白結合于oriori, , 促進復制促進復制 過量可抑制復制過量可抑制復制 CopCop基因基因: : 抑制復制抑制復制(2).(2).分配系統(tǒng)分配系統(tǒng): : 使質粒在細菌分裂時精確分配到子細胞中使質粒在細菌分裂時精確分配到子細胞中. .(3). (3). 細胞分裂抑制系統(tǒng)細胞分裂抑制系統(tǒng): : 控制細胞分裂控制細胞分裂, ,使細胞分裂與質粒使細胞分裂與質粒 復制協(xié)調復制協(xié)調(4).(4).位點特異重組系統(tǒng)位點特異重組系統(tǒng): : 多聚體多聚體 單體單體 ( (細菌內細菌內) () (分裂時分裂時) )(5) (5) 質粒的不相容性質粒的不相

12、容性: : 具有相同復制起始點和分配區(qū)的兩種具有相同復制起始點和分配區(qū)的兩種質粒不能共質粒不能共 存于一個宿主存于一個宿主, ,這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象稱 . . 共存一宿主共存一宿主 兩種質粒兩種質粒 不共存一宿主不共存一宿主另另: :凡經(jīng)改建作為基因克隆載體的質粒必須包括三種共同的凡經(jīng)改建作為基因克隆載體的質粒必須包括三種共同的組成成分組成成分: : 復制基因復制基因( (replicatorreplicator) ) 選擇性標記選擇性標記 克隆位點克隆位點三、轉位因子轉位因子( (transposable element)transposable element)指可指可移動的移動的DNADN

13、A 或跳躍基因或跳躍基因( (jumping jumping gene)gene)分子內分子內 分子間分子間1940s, 1940s, 美國冷泉港實驗室美國冷泉港實驗室( (Cold Spring HarberCold Spring Harber Lab) Lab) 的女科學家的女科學家B.McClintockB.McClintock( (榮獲榮獲19831983年若貝爾生物醫(yī)學獎年若貝爾生物醫(yī)學獎) )在玉米中首次發(fā)現(xiàn)在玉米中首次發(fā)現(xiàn). .1.1.分類及特征分類及特征插入序列插入序列( (insertion sequence, IS):insertion sequence, IS):轉位轉位

14、( (座座) )子子( (transposon, Tntransposon, Tn) ) 噬菌體噬菌體Mu Mu 和和 D108D108(1)(1)插入序列插入序列: :較小較小, ,分子量分子量 2000 2000 2000 bpbp 含轉座基因含轉座基因( (轉座酶轉座酶) ) 決定宿主遺傳性狀的基因決定宿主遺傳性狀的基因特征特征: :A:A:復合型復合型: : 一個基因一個基因 + + 兩側臂兩側臂( (ISIS 或或類類ISIS序列序列) () (圖圖3-5)3-5)方向可相同方向可相同可相反可相反不可單獨不可單獨存在存在B: TnAB: TnA族兩側無族兩側無IS.(IS.(如如(T

15、n3) ).(Tn3) ).反向重復反向重復轉座酶（TnpA）阻遏和解離蛋白（TnpR）-內酰胺酶內解離區(qū)Tn3 Tn3 的分子結構的分子結構C C：接合型：接合型: G(+) : G(+) 球菌中發(fā)現(xiàn)球菌中發(fā)現(xiàn), ,可在不同細菌間移動可在不同細菌間移動. .無末無末 端反向重復序列端反向重復序列2 2、轉位作用的機制、轉位作用的機制( (圖圖3-7)3-7)單純轉座單純轉座( (簡單轉座簡單轉座) )復制型轉座復制型轉座第三節(jié) 真核生物基因組一一 、特點、特點1、. 體細胞: 兩套基因組 性細胞: 一套基因組2、基因組結構復雜,數(shù)目龐大, 多個復制起始點3、mRNA為單順反子.4、含大量重復

16、序列.5、非編碼序列占90%以上.6、基因間有間隔區(qū)(spacer DNA),基因為斷裂基因(split gene) 即內含子,外顯子.7、功能相關的基因串聯(lián)在一起形成基因家族8、存在可移動成分.類似細菌的類似細菌的: :如玉米中發(fā)現(xiàn)的如玉米中發(fā)現(xiàn)的. .類似逆轉錄病毒的類似逆轉錄病毒的: : 轉位機制需轉位機制需RNARNA介導介導( (圖圖3-8)3-8)二、基因家族（基因家族（gene familygene family）或）或 多基因家族多基因家族指結構相似，功能相關的一組基因, 由同一祖先進化而來。假基因: 進化中死亡的基因(無功能),用 表示如:組蛋白基因家族:5個成員: H1, H2A, H2B, H3, H45個基因串聯(lián)排列形成一個重復單位,但不同生物中排列不同海膽: H1-H4-H2B-H3-H2A果蠅: H2B- H2A- H4- H3- H1水螈: H1-H3-H2B-H2A-H4三、基因超家族（基因超家族（gene superfamilygene superfamily） 或或 超基因家超基因家族族在結構上有不同程度的同源