基因組的特征和分類講解

1、基因組的特征和分類講解基因組的特征和分類講解 原核生物基因組 真核生物基因組 病毒基因組基因組的特征和分類講解第二章 原核生物基因組基因組的特征和分類講解第一節(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.基因組的特征和分類講解大腸桿菌類核結(jié)構(gòu)照片圖基因組的特征和分類講解 原核生物類核結(jié)構(gòu)示意圖類核結(jié)構(gòu)由中央和外圍組成基因組的特征和分類講解原核生物的類核結(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

2、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?；蚪M的特征和分類講解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 色氨酸操縱子基因組的特征和分類講解乳糖操縱子(lac operon)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： -半乳糖苷酶Y： 透酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA基因組的特征和分類講解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PPP53蛋白質(zhì)PPPmG -53蛋白質(zhì)目 錄基因組的特征和分類講解3.

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 1O5)(二) 中度重復(fù)序列(重復(fù)次數(shù)： 1O 1O5)基因組的特征和分類講解Types of repeat基因組的特征和分類講解重復(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 (Satellite DNA) 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)?；蚪M的特征和分類講解衛(wèi)星DNA (Satellite DNA)基因組的特征和分類講解衛(wèi)星DNA（satellite DNA） 1大衛(wèi)星DNA（macro-s

4、atellite DNA） 重復(fù)單位5100bp； 2小衛(wèi)星DNA（mini-satellite DNA） 重復(fù)單位670bp；VNTR 3微衛(wèi)星DNA（micro-satellite DNA） 重復(fù)單位26bp； STR基因組的特征和分類講解可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列Variable number tandem repeat， VNTR 又稱小衛(wèi)星DNA (minisatellite DNA)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）基因組的特征和分類講解微衛(wèi)星DNA（microstallite DNA）重復(fù)單位：2-6個(gè)核

5、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)：Short tandem repeat ， 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，遺傳病 基因組的特征和分類講解 (二)中度重復(fù)序列 1中度重復(fù)序列的特點(diǎn) 重復(fù)單位較大，重復(fù)次數(shù)： 1O 1O5 散在分布于基因組中 常與單拷貝基因間隔排列 一般具有種屬特異性，可作DNA標(biāo)記 基因組的特征和分類講解(二)中度重復(fù)序列 2中度重復(fù)序列的分類 long interspersed repeated segments，LINES，長(zhǎng)分散片段 長(zhǎng)度1000bp(可達(dá)7Kb)，拷貝數(shù)104-105，

6、如人Kpn I Short interspersed repeated segments， SINES，短分散片段 長(zhǎng)度l00copyrRNA基因簇(重復(fù)單元18S - 5.8S - 28S RNA）基因組的特征和分類講解四、基因家族(gene family)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?；蚪M的特征和分類講解基因家族的特點(diǎn)： 基因家族的成員可以串聯(lián)排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串聯(lián)重復(fù)基因，如組蛋白的基因；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；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

7、因稱為假基因 (Pseudogene) a1表示與a1相似的假基因基因組的特征和分類講解組蛋白基因家族 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基因組的特征和分類講解線粒體DNA的結(jié)構(gòu) 人線粒體DNA模式圖基因組的特征和分類講解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為母系遺傳基因組的特征和分類講解線粒體基因組的特點(diǎn)3. 結(jié)構(gòu)基因不含內(nèi)含子

8、，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?；蚪M的特征和分類講解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

9、，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)。基因組的特征和分類講解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?；蚪M的特征和分類講解第四章 病毒基因組 Viral genome 基因組的特征和分類講解病毒（virus）的概念比較

10、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、最微小的生命形式基因組的特征和分類講解病毒的四種基本結(jié)構(gòu)成份病毒基因組衣殼包膜其它內(nèi)容物：酶、核酸結(jié)合蛋白及金屬離子等。 基因組的特征和分類講解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)狀分子基因組的特征和分類講解SARS冠狀病毒的基因組結(jié)構(gòu)線狀單鏈（+）RNA基因組的特征和分類講解病毒分類: 根據(jù)基因組組成及復(fù)制方式D

11、NA病毒（DNA Viruses） 第一組：雙鏈DNA病毒（dsDNA Viruses） 第二組：?jiǎn)捂淒NA病毒（ssDNA Viruses）RNA病毒（RNA virus） 第三組：雙鏈RNA病毒（dsRNA Viruses） 第四組：正鏈RNA病毒（ (+)ssRNA Viruses） 第五組：負(fù)鏈RNA病毒（ (-)ssRNA Viruses） 基因組的特征和分類講解DNA與RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒（DNA and RNA Reverse Transcribing Viruses） 第六組：RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒（RNA Reverse Transcribing Viruses） 第七組：DNA逆轉(zhuǎn)錄

12、病毒（DNA Reverse Transcribing Viruses）亞病毒因子（Subviral Agents） 衛(wèi)星（Satellites）類病毒（Viroids）朊病毒（Prions）基因組的特征和分類講解二、病毒基因組的大小基因組大?。?.5103 3.6106 bp（nt）編碼基因：5 數(shù)百個(gè)最大基因組：痘苗病毒科，dsDNA病毒， 3.6106 bp，編碼數(shù)百個(gè)蛋白質(zhì)；乙型肝炎病毒：僅3.2 Kb，編碼6個(gè)蛋白質(zhì) 基因組的特征和分類講解 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?；蚪M的特征和分類講解（一）帽子和poly（

13、A）尾結(jié)構(gòu)與真核mRNA 5帽和3poly(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) 基因組的特征和分類講解圖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) 基因組的特征和分類講解（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 ?；蚪M的特征和分類講解2. 末端正向重復(fù)序列又稱末端冗余（terminal redundancy

14、）；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。基因組的特征和分類講解圖 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)+基因組的特征和分類講解3. 末端反向重復(fù)序列 （inverted terminal repeat，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)。 基因組的特征和分類講解4.

15、長(zhǎng)末端重復(fù)序列（long terminal repeat，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?；蚪M的特征和分類講解 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9749 bp； 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；基因組的特征和分類講解病毒

16、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基因組的特征和分類講解（三）高效基因組1.重疊基因（overlapping gene）：病毒基因組的一段DNA序列有兩個(gè)或兩個(gè)以上的開放讀碼框架，可以編碼兩種或兩種以上的多肽鏈，稱為重疊基因。病毒的重疊基因符合遺傳節(jié)約的原則，使病毒利用有限的基因組序列編碼較多的蛋白質(zhì)。2.很少間隔區(qū)：病毒基因組的非編碼序列及基因間隔區(qū)很少少數(shù)真核生物病毒如腺病毒、細(xì)小病毒及逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組也存在內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，因此這些病毒的mRNA也涉及轉(zhuǎn)錄后加工過程?；蚪M的特征和分類講解（四）分段基因組（segmented genome） 是指病毒基因組由數(shù)條不同的核酸分子組成。多見于RNA病毒分段基因組有的包裝在同一病毒顆粒中，有的包裝在不同的病毒顆粒中，后者見于植物病毒有分段基因組的病毒一般感染效率較低，只有全部基因組核酸片段存在時(shí)，病毒才具有感染能力。由于分段基因組易發(fā)生重組，故病毒容易變異?；蚪M的特征和分類講解流感病毒的基因組結(jié)構(gòu)特征分節(jié)段單鏈 (-)RNA甲型、乙型：8個(gè)片段丙型：7個(gè)片段組成。血凝素（HA，H1H15）； 神經(jīng)酰胺酶（NA，N1N9）(-)RNA： 轉(zhuǎn)錄合成mRNA的模板； 合成正鏈RNA的模板每個(gè)節(jié)段RNA編碼12個(gè)蛋白 甲型：8個(gè)片段