分子生物學(xué)-基因與基因組課件

基因與基因組

本章介紹內(nèi)容一、基因二、基因組結(jié)構(gòu)與功能三、DNA的多態(tài)性

第一節(jié)基因基因的基本結(jié)構(gòu)5’、、、AGCCGACTATGTCGAAGCTT、、、、、、GCTTGACTATAAGACA、、、3’3‘、、、TCGGCTGATACAGCTTCTAA、、、、、、CGAACTGATATTCTGT、、、5‘轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)貯存RNA或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)信息區(qū)轉(zhuǎn)錄終止區(qū)原核基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

真核基因的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

二、基因作圖

將基因組中的基因或遺傳標(biāo)記分配在各個(gè)染色體上,并確定基因或標(biāo)記間的距離的線性圖稱為基因組圖譜?；蚪M圖譜包括以染色體重組交換為基礎(chǔ)的遺傳圖譜和以DNA的核苷酸序列為基礎(chǔ)的物理圖譜。

指將基因定位于某一特定的染色體上,以及測定基因在染色體上的線性排列的順序與距離。（一）基因作圖(基因定位)的定義:又稱基因連鎖圖(linkagemap)或染色體圖(chromosomemap),是以多態(tài)性遺傳標(biāo)記為界標(biāo),通過計(jì)算在細(xì)胞減數(shù)分裂過程中,由于同源染色體間交換所導(dǎo)致的遺傳標(biāo)記間發(fā)生重組的頻率,來確定這兩個(gè)標(biāo)記間在染色體上的相對位置的圖譜。1、遺傳圖譜:圖距:在遺傳圖譜上基因(或遺傳標(biāo)記)間的距離稱為圖距。圖距單位以重組值1%去掉%號表示,單位為厘摩爾根(centimorgan,cM),1cM約為106bp（二）基因作圖的方法:以特異DNA序列為界標(biāo)所展示的染色體圖,它能反映生物基因組中基因或標(biāo)記間的實(shí)際距離,圖上界標(biāo)之間的距離是以物理長度即核苷酸對數(shù)如bp、kb、Mb等來表示的。這些特定的DNA序列可以是多態(tài)的,如RFLPs,但主要是非多態(tài)的如STS、STR、EST和特定的基因序列等。2、物理圖譜:作圖的基本方法:自上而下作圖(top-downmapping)自下而上作圖(bottom-upmapping)

自下而上作圖(bottom-upmapping)

三、人類基因定位的基本方法家系分析定位體細(xì)胞雜交定位核酸雜交技術(shù)定位

1、家系分析定位

通過分析、統(tǒng)計(jì)家系中有關(guān)性狀的連鎖情況和重組率而進(jìn)行基因定位的方法。有用的遺傳標(biāo)記:取材方便按孟德爾方式遺傳多態(tài)性標(biāo)記位點(diǎn)多態(tài)性：在一個(gè)群體中，某遺傳特性存在若干種類型。

家系分析定位常染色體基因定位收集家系成員DNA樣品擴(kuò)增每個(gè)成員DNA中的VNTR進(jìn)行“基因組掃描”尋找性狀相關(guān)基因

2、體細(xì)胞雜交定位

運(yùn)用體細(xì)胞遺傳學(xué)原理和體細(xì)胞雜交技術(shù),在離體條件下,把基因定位在染色體上從而制作遺傳圖譜的方法。

細(xì)胞融合技術(shù)是進(jìn)行基因定位的基礎(chǔ)技術(shù)。兩個(gè)親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的動(dòng)物細(xì)胞相互融合后,雜種細(xì)胞往往會排除一種親本細(xì)胞的染色體。雜種細(xì)胞中一個(gè)親本染色體的被排除由不同親本細(xì)胞的相對生長速率來決定。

體細(xì)胞雜交定位鼠細(xì)胞人細(xì)胞含全套鼠染色體,人1號染色體,肽酶C

細(xì)胞融合技術(shù)

(1)克隆基因定位法用已克隆基因的cDNA探針與保留在雜種細(xì)胞內(nèi)的人染色體DNA序列進(jìn)行分子雜交,來確定克隆基因所在的染色體位置的方法。

核酸分子雜交技術(shù)克隆基因定位法HindⅢ酶切人基因組DNA人白蛋白cDNA探針人細(xì)胞人-CHO雜種細(xì)胞HindⅢ酶切人-CHO基因組DNA6.8kb雜交帶3.5kb雜交帶6.8kb雜交帶

以標(biāo)記的待定位基因的特定DNA序列或轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA分子為探針,直接同變性后的中期染色體進(jìn)行原位雜交,通過放射自顯影或顯色技術(shù),就可確定標(biāo)記探針在染色體上的位置,以達(dá)到基因定位的目的。是一種分子水平和染色體水平相結(jié)合,應(yīng)用比較廣泛而直接的基因定位方法。(2)原位雜交法在單細(xì)胞或組織切片上對特異的核苷酸序列進(jìn)行PCR擴(kuò)增,再進(jìn)行DNA分子雜交以進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)基因定位或檢測的技術(shù)。它是原位雜交的細(xì)胞定位技術(shù)與PCR的高靈敏度相結(jié)合的一種技術(shù)。(3)原位PCR法進(jìn)行基因定位

核酸分子雜交技術(shù)原位PCR定位法固定細(xì)胞蛋白酶消化原位PCR擴(kuò)增產(chǎn)物檢測直接檢測法：放射自顯影、免疫組織化學(xué)、熒光檢測固定細(xì)胞蛋白酶消化原位PCR擴(kuò)增原位雜交間接檢測法：放射自顯影、免疫組織化學(xué)、熒光檢測基因組結(jié)構(gòu)不同的功能區(qū)域在整個(gè)核酸分子中的分布和排列情況

一、病毒基因組一.病毒核酸的主要類型（病毒的Batimore分類）（一）據(jù)核酸性質(zhì)、基因組結(jié)構(gòu)及復(fù)制特點(diǎn)，病毒核酸分為以下6種類型：類別基因組核酸性質(zhì)復(fù)制特點(diǎn)復(fù)制互補(bǔ)鏈性質(zhì)實(shí)例1.ds(±)DNA基因組DNA→DNA復(fù)制→基因組DNA

ds(±)DNA絕大多數(shù)DNA-Vds(±)DNA基因組DNA→轉(zhuǎn)錄→RNA→逆轉(zhuǎn)錄→基因組DNAHBV(乙肝病毒)2.ss(＋)DNA基因組DNA→DNA復(fù)制→基因組DNAds(±)DNA如M13等某些噬菌體3.ds(±)RNA基因組RNA→RNA復(fù)制→基因組RNAds(±)RNAreo-v(呼腸孤病

毒)及所有噬真菌體4.ss(+)RNA基因組RNA→RNA復(fù)制→基因組RNAss(-)RNA脊髓灰白質(zhì)炎病毒5.ss(-)RNA基因組RNA→RNA復(fù)制→基因組RNAss(+)RNAflu-v狂犬病毒6.zss(+RNA)基因組RNA→逆轉(zhuǎn)錄→cDNA→轉(zhuǎn)錄→基因組RNAretro-v二.病毒基因組結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

(一)DNA或RNA1種病毒顆粒只有1種核酸。（二）不同病毒具有不同類型的核酸及結(jié)構(gòu)：可以是ssDNA、dsDNA或RNA分子，可以是環(huán)狀、也可以是線型。以SSDNA,dsRNA最為突出。（三）基因重疊即同一段DNA可以編碼2種或以上的基因產(chǎn)物，這種現(xiàn)象在其它生物細(xì)胞僅見于線粒體和質(zhì)體DNA.所以是病毒核酸較為獨(dú)特結(jié)構(gòu)，能使小病毒攜帶較多的遺傳信息，原因是病毒基因閱讀框可以錯(cuò)位（SV40）。

T-mRNAT-mRNAt-mRNAT-抗原t-抗原（四）連續(xù)的和不連續(xù)的基因病毒基因結(jié)構(gòu)特征往往與其宿主細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)相似。(五)節(jié)段性基因如flu-v由6-7個(gè)片段構(gòu)成，各段在天然狀態(tài)下不連接，而且可以轉(zhuǎn)錄成6-7個(gè)片段相應(yīng)的mRNA。單獨(dú)的片段沒有感染性，感染要一起感染才發(fā)揮作用。(六)單倍體基因組和單拷貝基因

除了retro-v外，所有的病毒基因組都是單倍體，每個(gè)基因在某個(gè)病毒顆粒中只出現(xiàn)一次，即只有1套基因。(七)編碼區(qū)>非編碼區(qū)（95%/5%）。病毒核酸大多數(shù)順序都用來編碼蛋白質(zhì)。(八)基因常常成簇排列，沒有間隔序列或間隔序列很小。功能相關(guān)蛋白質(zhì)基因在基因組的1個(gè)或幾個(gè)特定部位，叢集成簇被轉(zhuǎn)錄成多順反子，然后加工成各種蛋白質(zhì)的mRNA模板。如腺病毒晚期基因。(九)不規(guī)則的結(jié)構(gòu)基因1.幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因的編碼區(qū)無間隔，編碼區(qū)是連續(xù)的,翻譯后切割成幾個(gè)蛋白質(zhì).例如脊髓灰質(zhì)炎病毒基因組.2.有的mRNA（=gene）沒有5′帽子，但有翻譯增強(qiáng)子。如脊髓灰質(zhì)炎病毒RNA5′端沒有帽子結(jié)構(gòu),但5′端有741個(gè)堿基可形成特殊的空間結(jié)構(gòu),稱翻譯增強(qiáng)子,核糖體通過結(jié)合翻譯增強(qiáng)子而開始翻譯。3.有些結(jié)構(gòu)基因無翻譯起始序列。如逆轉(zhuǎn)錄病毒的pol基因.二、原核基因組一、大腸桿菌作為原核基因組研究材料的原因1.構(gòu)造相對簡單，基因結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，取材便利，易于培養(yǎng)，2.與人類有共同的生物學(xué)規(guī)律，如：（1）遺傳物質(zhì)都是DNA；（2）主要的功能分子都是蛋白質(zhì)；（3）基因密碼是通用的，等等。3.基因工程主要的工程菌二、原核生物基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn)1.基因組通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。2.基因組中只有1個(gè)復(fù)制起點(diǎn)。3.具有操縱子結(jié)構(gòu)。操縱子（operon）是指數(shù)個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，構(gòu)成信息區(qū)，連同其上游的調(diào)控區(qū)（包括啟動(dòng)和操縱區(qū)）及其下游的轉(zhuǎn)錄終止信號構(gòu)成的基因表達(dá)單位。

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：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA4.結(jié)構(gòu)基因無重疊現(xiàn)象，基因組中任何一段DNA不會用于編碼2種蛋白質(zhì)。5.基因序列是連續(xù)的，無內(nèi)含子結(jié)構(gòu)。6.編碼區(qū)和非編碼區(qū)（主要是調(diào)控序列）在基因組中約各占50%。7.基因組中的重復(fù)序列很少。編碼蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝，但編碼rRNA的基因往往是多拷貝的，8.具有編碼同工酶的基因（isogene）這是一類結(jié)構(gòu)不完全相同，而功能相同的基因。如E.coli含有2個(gè)編碼乙酸乳酸合成酶的基因和2個(gè)編碼分支酸變位酶同工酶的基因。9.細(xì)菌基因組中存在可移動(dòng)的DNA序列，包括插入序列和轉(zhuǎn)座子。10.具有多種功能的識別區(qū)域如：復(fù)制起始區(qū)、復(fù)制終止區(qū)、轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)和終止區(qū)。三、染色體外的遺傳物質(zhì)———質(zhì)粒（一）概念

質(zhì)粒（plasmid）是獨(dú)立于許多細(xì)菌及某些真核細(xì)胞染色體外共價(jià)閉合環(huán)狀的DNA分子（covalantclosedcircular,cccDNA），能獨(dú)立復(fù)制的最小遺傳單位。

（二）質(zhì)粒與宿主細(xì)胞的關(guān)系（1）質(zhì)粒對宿主的生存不是必需的，只是“友好”的“借居”宿主細(xì)胞中，（2）質(zhì)粒離開宿主就無法生存，只有依賴宿主細(xì)胞的幫助，才能完成自身的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄。（3）質(zhì)粒賦于宿主各種有利的表型（質(zhì)粒編碼蛋白質(zhì)或酶）。（三）質(zhì)粒的分類

1.按質(zhì)粒的復(fù)制機(jī)理，分為2類：1）嚴(yán)謹(jǐn)控制型（stringentcontrdtype）2）松弛控制型（relaxedcontroltype）2.按分子量大小，分為2類1）小型質(zhì)粒，<15kb2)大型質(zhì)粒>15kb3.按質(zhì)粒轉(zhuǎn)移方式，分為3類1）接合型質(zhì)粒2）可移動(dòng)質(zhì)粒3)自傳遞質(zhì)粒（四）質(zhì)粒的功能質(zhì)粒的功能主要通過質(zhì)粒本身攜帶的基因編碼蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來。攜帶質(zhì)粒的宿主細(xì)胞可表現(xiàn)出相應(yīng)表型。1.性質(zhì)粒即雄性細(xì)菌F質(zhì)粒，它本身轉(zhuǎn)到F-宿主細(xì)胞時(shí)，使后者變成F+，改變宿主細(xì)菌性別。2.抗生素抗性

抗藥性（R）質(zhì)粒使細(xì)菌產(chǎn)生抗生素抗性，這種抗藥性抗性基因也可以轉(zhuǎn)移到缺乏這種抗藥基因的細(xì)菌體內(nèi)，使之產(chǎn)生抗藥性。3.產(chǎn)生毒素的質(zhì)粒如col質(zhì)粒能產(chǎn)生大腸桿菌毒素因子（colicin），殺死不含該毒素的親緣細(xì)菌。4.降解復(fù)雜的有機(jī)化合物作為能源質(zhì)粒。5.產(chǎn)生限制和修飾酶。（五）質(zhì)粒的基本特性

1.自主復(fù)制質(zhì)粒的復(fù)制是自主調(diào)節(jié)的，不受染色體復(fù)制調(diào)節(jié)因素的影響。2.質(zhì)粒的不相容性利用相同復(fù)制系統(tǒng)的質(zhì)粒不能共存于同一個(gè)細(xì)胞內(nèi)。

3.質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性四.轉(zhuǎn)位因子

轉(zhuǎn)位因子（transposableelement）

即可移動(dòng)的基因成分（可移動(dòng)基因，movablegenemob），是指能夠在一個(gè)DNA分子內(nèi)部或兩上DNA分子之間移動(dòng)的DNA片段。轉(zhuǎn)位也是DNA重組的一種形式。

移動(dòng)基因最早由美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室（coldspringHarborLaboratory）的女科學(xué)家B.Mclintock于上個(gè)世紀(jì)40年代晚期在玉米中首次發(fā)現(xiàn)的。60年代，為J.A.Shapirc研究大腸桿菌高效突變實(shí)驗(yàn)證實(shí)。1983年榮獲諾貝爾生物學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

ColdSpringHarborLaboratoryArchives

BARBARAMcCLINTOCK:ABriefBiographicalSketch（一）轉(zhuǎn)位因子的種類及特征細(xì)菌的轉(zhuǎn)位因子包括插入序列，轉(zhuǎn)座子及可轉(zhuǎn)座的噬菌體。1.插入序列（insertionsequence,IS）IS的形體圖TSTranspcsasegeneTSIRIRTStargetsite靶位點(diǎn)Transposasegene轉(zhuǎn)位酶基因IRinvertedrepeated反向（倒轉(zhuǎn)重復(fù)順序）轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）(1)Tn是一類較大的可移動(dòng)成分，除mobgene外，尚含有其它基因，如抗藥基因等。(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)特征的不同，Tn可以分為2個(gè)亞類：

①復(fù)合型Tn:轉(zhuǎn)座酶由IS編碼，IS可以是反向（或正向）重復(fù)構(gòu)型。②TnA:數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因（mob、mdr等）十IR組成。

StructuralgenesIRIRStructuralgeneIS1IS13.可轉(zhuǎn)座的噬菌體（transposablephage）(1)包括Mu和D108兩種噬菌體，是一類溫和噬菌體。(2)感染細(xì)菌后，可以整合到細(xì)菌染色體中，插入位點(diǎn)是隨機(jī)的（而入phage插入位點(diǎn)是專一的），可以插到結(jié)構(gòu)基因內(nèi)部，引起突變，Mu即Mutator(突變子)因此得名。(二)轉(zhuǎn)位作用的機(jī)理1.復(fù)制性轉(zhuǎn)位機(jī)理共聯(lián)體生成和解離，轉(zhuǎn)位因子和靶序列的切割與復(fù)制。2.非復(fù)制型轉(zhuǎn)位作用轉(zhuǎn)位將供體DNA轉(zhuǎn)座因子兩側(cè)各切斷一條單鏈并與靶序列的兩個(gè)游離末端連接，隨后并沒有復(fù)制過程，而是由轉(zhuǎn)座酶將供體DNA轉(zhuǎn)座因子的另一端也切斷，因此在供體DNA留下一個(gè)致死性缺口。轉(zhuǎn)座子的兩條游離單鏈在靶位點(diǎn)退火接合，DNA聚合酶填平缺口。

3、復(fù)制性轉(zhuǎn)座：轉(zhuǎn)位酶分別將供體DNA和受體DNA靶位點(diǎn)的兩條鏈錯(cuò)位切斷，轉(zhuǎn)位因子的游離端與受體DNA錯(cuò)位切開的突出端分別連接，在DNA聚合酶催化下以任意一條鏈為模板進(jìn)行復(fù)制，完成新的轉(zhuǎn)座成分的復(fù)制并伴有兩個(gè)復(fù)制子的融合，形成共聯(lián)體。由轉(zhuǎn)座子編碼的解離酶作用于共聯(lián)體的內(nèi)解離區(qū)，產(chǎn)生各帶有一個(gè)轉(zhuǎn)位因子的供體DNA分子和受體DNA分子。（三）轉(zhuǎn)位的遺傳效應(yīng)1.基因重排基因重排是進(jìn)化的動(dòng)力。2.基因突變插入失活極性突變?nèi)笔Ш偷刮?.引入新的基因如引進(jìn)抗藥基因。五、細(xì)菌的限制—修飾系統(tǒng)細(xì)菌的限制—修飾系統(tǒng)是分別由特定的基因編碼的限制酶和修飾酶組成的二元系統(tǒng)。1.防御外源性DNA入侵。2.構(gòu)成細(xì)菌種屬和菌株之間交叉繁殖屏障，但又允許外源DNA有某些遺漏，利于物種進(jìn)化。3.基因工程重要的工具酶。（350/400）甲基化酶1.保護(hù)自身DNA不受限制酶切割（限制）。2.影響DNA分子構(gòu)象，利于基因表達(dá)調(diào)控。甲基化酶:DAMmethylase(DNAadeninemethylase)isanenzymethataddsamethylgrouptotheadenineofthesequence5'-GATC-3'innewlysynthesizedDNAdcm

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DNAcytosinemethylase三、真核基因組1.真核生物有一定的染色體數(shù)目，配子為單倍體，體細(xì)胞一般為雙倍體。原核生物的染色體由一條環(huán)狀雙鏈的DNA組成，為單配體。2.真核基因組大于原核基因組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基因數(shù)多，有多個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，每個(gè)復(fù)制子大小不一。原核生物只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)。3.真核基因?yàn)閱位蚪Y(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子。原核功能相關(guān)的基因串聯(lián)在一起組成操縱子，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順反子。4.真核基因組含有大量重復(fù)序列，原核基因組重復(fù)序列較少。一.真核基因組結(jié)構(gòu)與原核基因組結(jié)構(gòu)的比較5.真核基因是斷裂基因（splitgene）即由外顯子和內(nèi)含子相間排列組成的具有鑲嵌結(jié)構(gòu)的基因。原核基因是連續(xù)的。6.真核基因組非編碼序列>90%。原核基因組約為50%7.功能相關(guān)的基因構(gòu)成各種基因家族。8.存在可移動(dòng)的遺傳因素。二.真核生物基因與基因組的結(jié)構(gòu)(一)真核基因的基本結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)基因、內(nèi)含子和外顯子、斷裂基因的定義（1）結(jié)構(gòu)基因（structuralgene）指能轉(zhuǎn)錄成為mRNA、rRNA或tRNA的DNA順序。（2）內(nèi)含子和外顯子真核生物的結(jié)構(gòu)基因是不連續(xù)的，編碼序列被非編碼序列打斷，在編碼序列之間的非編碼序列稱為內(nèi)含子（intron），編碼序列稱為外顯子（exon）。（3）斷裂基因（splitgene）在真核類結(jié)構(gòu)基因組中，編碼順序被許多稱為內(nèi)含子的非編碼區(qū)分割成幾段稱之。即由外顯子和內(nèi)含子相間排列組成的具有鑲嵌結(jié)構(gòu)的基因。2.順式調(diào)控元件

順式調(diào)控元件（cis—actingelements）指那些對結(jié)構(gòu)基因表達(dá)具有調(diào)控作用的DNA序列。是能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識別和結(jié)合的DNA序列。順式調(diào)控元件有：啟動(dòng)子、反應(yīng)元件、增強(qiáng)子、沉默子和加尾信號等。(二)基因家族(genefamily)基因家族

是指核苷酸序列或編碼產(chǎn)物具有一定程度同源性的基因.基因家族中各個(gè)基因或表達(dá)產(chǎn)物之間同源性的程度:1.家族中各基因的核苷酸序列相同這些基因族也被稱為單純多基因家庭(如rRNA,tRNA家族)和復(fù)合多基因家族(如組蛋白基因家族).

2.家族中各基因核苷酸序列高度同源（1）人類生長激素基因家族包括人生長激素（hGH）、人胎盤促乳素(hCS)和催乳素（prolactin）。它們之間的同源性很高，尤其是hGH和hCS之間，蛋白質(zhì)氨基酸序列有85%的同源性，mRNA上序列上有92%的同源性.（2）α-珠蛋白和β-珠蛋白基因家族這些基因家族的各個(gè)成員在DNA分子上的排列順序按照發(fā)育的不同階段先后次序排列，故也稱“發(fā)育控制復(fù)合多基因家族”。3.家族中各基因編碼的蛋白質(zhì)有同源功能區(qū)，但基因的核苷酸序列可能不同。如src癌基因家族src,abl,fes,fgr,fps,fym,kck,lyn,ros,tkl,yes此家族中各基因的DNA序列沒有明顯的同源性。但每個(gè)基因產(chǎn)物都含有250個(gè)氨基酸順序的同源蛋白激酶結(jié)構(gòu)域。4.家族各基因編碼的蛋白質(zhì)中具有很小的保守基序（conservedmotif)。如DEADbox基因家族。DEADbox：Asp-Glu-Ala-Asp.此家族中各基因的DNA序列沒有明顯的同源性，但所有的表達(dá)產(chǎn)物都具有解旋酶的功能，都具有同樣的保守基序（DEAD盒），DEAD是酶活性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。5.基因超家族（genesuperfamily）基因超家族是指一組由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。如：（1）免疫球蛋白超基因家族表達(dá)產(chǎn)物都有免疫球蛋白樣的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)。有2個(gè)微球蛋白、MHCI類抗原的α鏈,Ⅱ類抗原的α鏈和β鏈,Thy1、CD4、CD8等與免疫有關(guān)的分子。在后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多免疫系統(tǒng)內(nèi)以及與免疫無關(guān)的家族成員。（2）絲氨酸蛋白酶基因超家族其基因產(chǎn)物都有一個(gè)特殊的功能區(qū)，具有酶的功能。功能區(qū)中絲氨酸是活性中心的關(guān)鍵氨基酸殘基?，F(xiàn)有很多新成員加進(jìn)去，如載脂蛋白（apolipoprotein），它們只是轉(zhuǎn)移膽因醇蛋白顆粒中的成分，而不具備任何水解蛋白質(zhì)的酶功能。（3）信號傳遞途徑中的小GTP結(jié)合蛋白，現(xiàn)在稱為ras超家族，包括ras家族、rho家族、rab家族，大約已有30個(gè)蛋白質(zhì)基因被確定為該家族成員。（三）假基因（pseudogene)在核苷酸序列上與正常功能基因相似，但不能轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后生成無功能基因產(chǎn)物的DNA序列，被稱為假基因。

（四）編碼序列真核生物基因組編碼序列只占DNA總量的5%，但由于其基因組非常大，故其基因數(shù)量比原核生物基因組要大得多（幾十倍）。（五）真核基因組中的轉(zhuǎn)座子有些可移動(dòng)成分的結(jié)構(gòu)與原核基因組的轉(zhuǎn)位因子相似，是通過DNA介導(dǎo)的。

而另外一些中度重復(fù)序列的轉(zhuǎn)移成分，要先轉(zhuǎn)錄成RNA，再逆轉(zhuǎn)錄生成cDNA,然后重新整合到基因組中，這種逆轉(zhuǎn)錄旁路的轉(zhuǎn)移成分稱為逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retroposon），是RNA介導(dǎo)的。一）研究方法重復(fù)序列是通過復(fù)性動(dòng)力學(xué)測定發(fā)現(xiàn)的，即指變性的DNA兩條鏈在一定條件下可以重新結(jié)合成雙螺旋結(jié)構(gòu)雙鏈DNA變性復(fù)性單鏈DNA復(fù)性速度用Cot值衡量，Co為變性DNA的起始濃度，以mol/L表示，t為時(shí)間，以秒表示，Cot（克分子×秒/L）。(六)重復(fù)序列（repeatsequence）根據(jù)出現(xiàn)的頻率不同可將DNA序列分為3類：1.高度重復(fù)序列在基因組中的重復(fù)次數(shù)>1062.中度重復(fù)序列在基因組中的重復(fù)次數(shù)為101-1053.單拷貝序列在整個(gè)基因組中出現(xiàn)1次或少數(shù)幾次（100-101）。二）分類根據(jù)組織結(jié)構(gòu)分布特點(diǎn)分為二類：1、散在重復(fù)序列：以其單體形式散在分布于整個(gè)基因組中。2、串聯(lián)重復(fù)序列：各重復(fù)單位以頭尾相連的形式串聯(lián)重復(fù)存在于基因組中。三）各類重復(fù)序列的結(jié)構(gòu)特征與功能1、高度重復(fù)序列高度重復(fù)序列中比較清楚的有兩類，即衛(wèi)星DNA和反向重復(fù)序列。⑴衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)DNA的浮力密度與它的G-C堿基對含量有關(guān)，G-C含量高，浮力密度大，反之亦然。原核生物DNA中G-C含量較均勻，只顯示一個(gè)峰；真核生物DNA中G-C含量不均勻，經(jīng)超離心后，除了主峰外，還有小峰，這些小峰在主峰邊上就像衛(wèi)星一樣，故名衛(wèi)星DNA。作用：與細(xì)胞有絲分裂有關(guān)。

大腸桿菌DNA剪切成若干片段后離心只得到1個(gè)峰，而蟹DNA在主峰旁邊還有1個(gè)小峰，其中所含DNA稱Sat-DNA.Sat-DNA的A+T/G+C比值不同于主峰DNA的比值，因而其密度也不同于主峰DNA。比值改變原因是它們含有大量的重復(fù)順序而使某段DNA分子（A+T）或（G+C）偏低或偏高。（下圖因比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主峰DNA，導(dǎo)致密度較低所致）。⑵反向重復(fù)序列存在兩種形式：A.兩互補(bǔ)拷貝間無間隔序列如GGTACCCCATGGB.兩互補(bǔ)拷貝間有間隔序列如GGTNNNNACCCCANNNNTGG

電鏡下，兩種形式都呈十字形結(jié)構(gòu)，有間隔的反向重復(fù)序列，在十字型結(jié)構(gòu)兩頭形成兩個(gè)小環(huán)。作用：常見于基因組的調(diào)控區(qū)內(nèi)，可能與復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的調(diào)控有關(guān)。

2、中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列是復(fù)性速度介于單拷貝序列和高度重復(fù)序列之間的那部分DNA,重復(fù)頻率101～105。根據(jù)排列形式可分為短片段間隔型和長片段間隔型兩種。作用：中度重復(fù)序列約占基因組的35%，有一部分是編碼rRNA、tRNA、組蛋白及免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)基因，另一些可能與基因的調(diào)控有關(guān)。（七）端粒（telomere）

以線性染色體形式存在的真核基因組DNA的末端都有一種特化的結(jié)構(gòu)，稱為端粒。（形式上膨大成粒狀而得名）。結(jié)構(gòu)是染色體末端DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成復(fù)合體。僅在真核細(xì)胞染色體末端存在。功能1.保護(hù)線性DNA的完整復(fù)制2.維持染色體結(jié)構(gòu)的完整性3.控制細(xì)胞壽命（一）反向重復(fù)順序（invertedrepeats,IR）

DNA的某些部位具有方向相反，但序列相同的區(qū)域ATTAGCGCTAATATTAGCGGATGCTAATTAATCGCGATTATAATCGCCTACGATTA1.連續(xù)的反向重復(fù)順序，這種結(jié)構(gòu)又稱回文結(jié)構(gòu)（palindrome)，是指一段DNA順序，在兩條鏈上，正讀與反讀意義相同。2.不連續(xù)的反向重復(fù)順序之間含有間隔順序。反向重復(fù)序列占人類基因組5%?？赡芘c復(fù)制、轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)。三.人類基因組中的重復(fù)順序（二）串聯(lián)重復(fù)順序（tandemrepeats）1.編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序如組蛋白基因、5srRNA基因等。其意義在于快速大量合成相應(yīng)基因的mRNA.2.非編碼區(qū)串聯(lián)重復(fù)順序通常存在于間隔DNA和內(nèi)含子內(nèi)，是組成衛(wèi)星DNA的基礎(chǔ)。衛(wèi)星DNA可分為三類，大衛(wèi)星DNA、小衛(wèi)星DNA和微衛(wèi)星DNA。

人類DNA非編碼區(qū)主要串聯(lián)重復(fù)序列的類別類別重復(fù)單位大小（bp）主要的染色體分布與功能大衛(wèi)星DNA(纏繞無活性控制染色體的運(yùn)動(dòng))（區(qū)塊長度常為100kb～幾個(gè)Mb）衛(wèi)星序列2和35幾乎所有染色體衛(wèi)星序列1 25-48大多數(shù)染色體著絲粒區(qū)異染色質(zhì)和其它異染區(qū)αDNA171所有染色體著絲粒區(qū)異染色質(zhì)β(Sau3A家族)68主要在1、9、13、14、15、21、22和Y的著絲粒區(qū)異染色質(zhì)小衛(wèi)星DNA(區(qū)塊長度常常為0.1kb～20kb)端粒家族6所有端粒（端粒的功能、前述）高度可變家族9-24所有染色體，?？拷肆Ｎ⑿l(wèi)星DNA1-4所有染色體，功能不清楚(區(qū)塊長度小于150bp)（三）散在重復(fù)順序（intersprersedrepeats）散在重復(fù)順序是人類基因組中非串聯(lián)非反向的重復(fù)順序，包括少數(shù)活躍的轉(zhuǎn)位因子，根據(jù)重復(fù)序列的長度可將該家族分為2個(gè)主要類型，短散在核元件和長散在核元件。1.SINEs(shatinterspersednuclearelements)2.LINES(longinterspersednuclearelements)

代表Alu家族(逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子)

KpnI家族（1）序列中含Alu限制酶位點(diǎn)（1）序列中含KpnⅠ限制酶位點(diǎn)（2）基因組中重復(fù)數(shù)3-5×105（2）全長6-7kb（3）Alu順序之間間隔:3-5kb（3）KnpⅠ消化后可見4條帶（4）相對集中在染色體R帶（4）集中分布在染色體G或Q帶

逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子RNA介導(dǎo)轉(zhuǎn)座,合成cDNA→基因組原核基因組、真核基因組、病毒基因組比較（供參考）

原核基因組真核基因組病毒基因組1.生物學(xué)特征類核、無核膜、轉(zhuǎn)錄、翻譯有核膜,錄在核,譯在漿DNA或RNA不共存1個(gè)V顆粒(一

同一個(gè)compt進(jìn)行 般利用宿主機(jī)制轉(zhuǎn)錄、翻譯)2.染色體數(shù)目單倍體配子為單倍體、體細(xì)胞雙倍體單倍體、逆轉(zhuǎn)錄病毒除外3.核酸分子結(jié)構(gòu)雙鏈環(huán)狀DNA分子雙鏈線型以ssDNA，dsRNA突出4.基因數(shù)目4000多個(gè)基因（E.coli）4萬3~幾百個(gè)5.核酸類型DNA DNA DNA或RNA6.核酸數(shù)目少（）多（）少（）7.結(jié)構(gòu)基因連續(xù)性無內(nèi)含子，連續(xù)基因有內(nèi)含子、斷裂基因真核病毒不連續(xù)、原核連續(xù)8.重疊基因無 無 有9.操縱子結(jié)構(gòu)有，多順反子無操縱子結(jié)構(gòu)、單順反子無操縱子結(jié)構(gòu)10.重復(fù)順序有，少大量重復(fù)順序有、少11.編碼區(qū)/非編碼區(qū)50%，50%5%、95%95%、5%12.基因家簇（） √ （）13.假基因（） √ （）14.可移動(dòng)基因√√ （）15.端?！? √ （） 16.復(fù)制方式半保留 半保留 多樣第三節(jié)DNA多態(tài)性人類個(gè)體之間所以表現(xiàn)為千差萬別,其物質(zhì)基礎(chǔ)在于基因組DNA的差異。DNA序列的多態(tài)性就是這些差異中十分重要的1種,DNA序列多態(tài)性可分為基因多態(tài)性和重復(fù)順序多態(tài)性和單核苷酸多態(tài)性,前者又可造成限制性長段長度多態(tài)性。一、基因多態(tài)性又稱DNA位點(diǎn)多態(tài)性(DNAsitepolymorphism)

基因多態(tài)性是由于等位基因間在特定位點(diǎn)上DNA序列存在差異造成的.在各種基因多態(tài)性系統(tǒng)中,HLA(人類白細(xì)胞抗原)是最復(fù)雜的一種.其中HLA-DR抗原的編碼位點(diǎn)就有HLA-DRA,HLA-DRB1-9等10個(gè)座位超過200個(gè)等位基因。就其表型而言,從理論上來說,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有地球人口,人類為遠(yuǎn)交群體,因此要在無血緣關(guān)系人群找到HLA表型完全相同的個(gè)體幾乎是不可能的。

二、限制性片段長度多態(tài)性(restictionfragmentlengthpolymorplism,RFLP)DNA位點(diǎn)的多態(tài)性可影響限制酶的切割位點(diǎn)，造成限制片段長度多態(tài)性，即用同一種限制酶消化不同個(gè)體DNA時(shí)，會得到長度各不相同的限制性片段類型。

RLFP分析法三、串聯(lián)重復(fù)序列多態(tài)性這類重復(fù)序列的特點(diǎn)是以相同的核心序列按首尾相接的方式串聯(lián)排列在一起形成一段特殊的序列。由于不同個(gè)體間核心序列的重復(fù)次數(shù)不同,因而形成不同長度的DNA片段,這類多態(tài)性被稱為數(shù)目可變的串聯(lián)重復(fù)序列(variablenumberoftandomrepeats,VNTR)。包括小衛(wèi)星和微衛(wèi)星DNA串聯(lián)重復(fù)序列。

（一）單核苷酸多態(tài)性的定義：

SNP是指基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性,即在某一個(gè)位點(diǎn)上,可有兩種或兩種以上的不同核苷酸。在群體中的發(fā)生頻率不小于1%。包括單個(gè)堿基的轉(zhuǎn)換、顛換、插入和缺失等。四、單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)

（二）SNPs的特性：(1)廣泛性:SNPs是目前為止分布最為廣泛、存在數(shù)量最多的一種遺傳多態(tài)性,占人類基因組全部變異的90%。在全部世界人口中,任意兩個(gè)無關(guān)個(gè)體的SNPs差異約每1000個(gè)堿基就出現(xiàn)1個(gè),而整個(gè)人群約每300個(gè)就出現(xiàn)1個(gè),全部人類基因組約1千萬個(gè)SNPs位點(diǎn)。(2)代表性:按SNPs在基因組中的位置可以分為氨基酸編碼區(qū)SNPs(coding-regionsSNPs,cSNPs)和非氨基酸編碼區(qū)SNPs。cSNPs包括引起氨基酸殘基改變的SNPs(又分為保守區(qū)的非同義突變和非保守區(qū)的非同義突變)和不引起氨基酸殘基改變的SNPs(即編碼區(qū)的同義突變)。非氨基酸編碼區(qū)的SNPs分為5′非編碼區(qū)SNPs、3′非編碼區(qū)SNPs和其它非編碼區(qū)SNPs(包括內(nèi)含子和基因之間連接區(qū))。SNPs的位置分類有助于理解SNPs的功能。某些SNPs有可能直接影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或表達(dá)水平,因此它們可能代表疾病遺傳機(jī)制中的某些作用因素。(3)穩(wěn)定性:對個(gè)體而言,進(jìn)化過程中各種原因引起染色體DNA中核苷酸排序變化,即產(chǎn)生的DNA片段和DNA序列在個(gè)體內(nèi)的差異,在個(gè)體保持終生不變。由于每一代中每一核苷酸的變異頻率極低(1×10-8)以及堿基變化的隨機(jī)性,使得單堿基等位基因十分穩(wěn)定。所以,SNPs的突變率低,尤其處于編碼區(qū)的SNPs(cSNPs)是高度穩(wěn)定的,因而具有重要的遺傳學(xué)意義。(4)二態(tài)性:理論上,SNPs可以為二、三、四等位基因,但實(shí)際上人類一般為二等位基因(allele),故也稱為雙等位標(biāo)記(bi-allelicmar