第章基因組解剖強伯勤

活體中DNA總是與蛋白質結合在一起，形成染色體高級結構。染色體始終處在動態(tài)的構型變化之中。染色體的微觀結構在基因的表達調控中扮演了重要角色當前第1頁\共有48頁\編于星期三\12點真核生物基因組解剖原核生物基因組解剖轉座因子與分散重復序列人類基因組草圖序列中的編碼基因擬南芥基因組編碼基因當前第2頁\共有48頁\編于星期三\12點一.真核生物基因組解剖真核生物核基因組核型（karyotype）：即細胞分裂中期染色體按照大小與著絲粒的位置依次排列，組成的每種生物特有的染色體組圖像.當前第3頁\共有48頁\編于星期三\12點帶型（bandingpattern）：某些染料與中期染色體特異性結合使染色體不同部位產(chǎn)生著色差異。當前第4頁\共有48頁\編于星期三\12點Q帶：喹丫因染色G帶：溫和蛋白酶處理后吉姆薩染色。R帶：加熱的堿性溶液處理G帶圖顯示，深著色區(qū)與淺著色區(qū)相間分布，表明染色質的組成是非均一性當前第5頁\共有48頁\編于星期三\12點當前第6頁\共有48頁\編于星期三\12點組成型異染色質：所有細胞中均有的一種持久性結構，不含任何基因，總是保持致密的組成狀態(tài)。除復制期以外，在整個細胞周期均處于聚縮狀態(tài)，形成多個染色中心，如著絲粒和端粒、Y染色體大部分區(qū)域兼性異染色質：在某些細胞類型或一定的發(fā)育階段,原來的常染色質聚縮,并喪失基因轉錄活性,變?yōu)楫惾旧|，異染色質化可能是關閉基因活性的一種途徑異染色質結構緊密，使控制基因表達的蛋白無法接近常染色質：指間期核內染色質纖維折疊壓縮程度低,處于伸展狀態(tài),用堿性染料染色時著色淺的那些染色質。常染色質狀態(tài)只是基因轉錄的必要條件而非充分條件當前第7頁\共有48頁\編于星期三\12點異染色質：堿性染料染色時著色較深的染色質組分組成型異染色質：如著絲粒和端粒、Y染色體大部分區(qū)域兼性異染色質：非持久性的異染色質異染色質結構緊密，使控制基因表達的蛋白無法接近當前第8頁\共有48頁\編于星期三\12點常染色質：指間期核內染色質纖維折疊壓縮程度低,處于伸展狀態(tài),用堿性染料染色時著色淺的那些染色質。常染色質狀態(tài)只是基因轉錄的必要條件而非充分條件當前第9頁\共有48頁\編于星期三\12點異常染色體B染色體：是正常染色體的斷片，產(chǎn)生于非正常的細胞核分裂事件，常見于植物中，會降低其存活力；在細胞分裂過程中會逐漸丟失小染色體：染色體體積較小，但富含基因，如雞的基因組有39條染色體，其中33條為小染色體，DNA量1/3，基因數(shù)75%當前第10頁\共有48頁\編于星期三\12點CpG島：基因組中富含GC（60%-70%）的DNA片段，一般長度1-2kb多數(shù)位于管家基因和大部分組織專一性表達基因的5’側翼區(qū)及基因的第一個外顯子區(qū)二氫葉酸還原酶次黃嘌呤轉磷酸核糖基酶核糖體蛋白基因當前第11頁\共有48頁\編于星期三\12點CpG島與基因相連，可作為尋找基因的依據(jù)在染色體上分布很不均勻，但與基因分布頻率一致當前第12頁\共有48頁\編于星期三\12點真核生物細胞器基因組當前第13頁\共有48頁\編于星期三\12點線粒體基因組脊椎動物線粒體基因組的某些特征：基因之間很少有間隔順序；核糖體RNA基因極短；某些基因缺少終止密碼子，需要在RNA編輯時產(chǎn)生大小與生物復雜性無關。但均比核基因組小很多。當前第14頁\共有48頁\編于星期三\12點細胞器基因組多拷貝，但遺傳行為為單一基因型。疑問？如何保持基因型的一致？不同細胞、世代之間？疑問？不同拷貝中發(fā)生中性突變能否保留？當前第15頁\共有48頁\編于星期三\12點植物細胞葉綠體基因組為5000個/細胞。葉綠體基因組：在物種間變化不大；高等植物中有2段反向重復區(qū)段，可阻止基因組內部重組，使其更穩(wěn)定當前第16頁\共有48頁\編于星期三\12點線粒體基因組均含rRNA和某些呼吸鏈成分的基因，或含tRNA基因及核糖體蛋白基因等；特別是胞質蛋白進入線粒體的蛋白基因；遺傳內容：葉綠體基因組均含rRNA和tRNA基因、與光合作用有關的蛋白質及核糖體蛋白基因等當前第17頁\共有48頁\編于星期三\12點其他蛋白基因由核基因編碼為何不能所有基因全部細胞核編碼？鞭毛蟲當前第18頁\共有48頁\編于星期三\12點起源：內共生理論，即線粒體和葉綠體是游離細菌與遠古真核細胞結合形成的。依據(jù)：細胞器基因與細菌基因順序相似性高于同源的核基因，且基因表達過程與細菌很相似。疑問：哺乳動物染色體中含有線粒體DNA，但細胞器基因組很少含有核基因成分？當前第19頁\共有48頁\編于星期三\12點2002年初，世界上第一只體細胞克隆貓誕生了，名為CC克隆動物當前第20頁\共有48頁\編于星期三\12點真核生物基因組解剖原核生物基因組解剖轉座因子與分散重復序列人類基因組草圖序列中的編碼基因擬南芥基因組編碼基因當前第21頁\共有48頁\編于星期三\12點大腸桿菌染色體二.原核生物基因組解剖細菌染色體：一般為許多30-100kb的獨立超螺旋環(huán)組成DNA包裝方式：大腸桿菌有與DNA結合的HU蛋白，古細菌有類似組蛋白的組分當前第22頁\共有48頁\編于星期三\12點操縱子：含一組彼此鄰接的結構基因，基因間隔僅1-2bp，是細菌基因存在的常見形式當前第23頁\共有48頁\編于星期三\12點與能量代謝有關的基因生物大腸桿菌流感嗜血桿菌生殖道支原體數(shù)目24311231滿足單細胞存活所必需的最少基因數(shù)是多少？300？最小基因組生物，生殖道支原體及其親緣種分別含有470和679個基因生殖道支原體的470個基因中僅120個是該物種獨有的當前第24頁\共有48頁\編于星期三\12點真核生物基因組解剖原核生物基因組解剖轉座因子與分散重復序列人類基因組草圖序列中的編碼基因擬南芥基因組編碼基因當前第25頁\共有48頁\編于星期三\12點三.轉座因子與分散重復序列轉座因子：在原核生物與真核生物基因組中存在著可從一個染色體位點轉移到另一位點的一些DNA序列。轉座子是基因組突變的主要因素之一。當前第26頁\共有48頁\編于星期三\12點DNA的直接轉座插入序列IS（原核）P因子（果蠅）Ac-Ds（玉米）以RNA為中介進行轉座（逆轉座因子）

逆轉錄轉座子逆轉錄病毒（一）DNA轉座子當前第27頁\共有48頁\編于星期三\12點變性前的雙鏈形式,插入序列的方向相反變性后經(jīng)鏈內退火形成的棒糖結構

轉座子結構示意圖當前第28頁\共有48頁\編于星期三\12點原核生物轉座子的類型：1、插入序列（insertionsequences，IS）———最簡單的轉座子。①二個分離的反向末端重復序列

(invertedterminalrepeats,ITR)②一個轉座酶（transposase)編碼基因

IRTransposaseGeneIR當前第29頁\共有48頁\編于星期三\12點2、復合轉座子——Ⅰ類轉座子——由IS類轉座組件構成的復合體。組成：兩端為IS中間編碼抗生素物質ISIS抗生素抗性基因當前第30頁\共有48頁\編于星期三\12點IRIRTransposaseGene有用基因3、復雜轉座子——Ⅱ類轉座子（TnA家族）

——攜帶轉座和耐藥等基因的獨立體家族。組成：兩端為ITR，而不是IS中間編碼區(qū)含轉座酶編碼基因，及抗生素抗性和解離酶等編碼基因。當前第31頁\共有48頁\編于星期三\12點當前第32頁\共有48頁\編于星期三\12點果蠅中的P因子“雜種不育”（hybriddysgenesis）。P型（父本貢獻的，paternalcontributing）M型（母本貢獻的，maternalcontributing）M（♂）×P（♀）后代不育P（♂）×M（♀）后代可育。當前第33頁\共有48頁\編于星期三\12點當前第34頁\共有48頁\編于星期三\12點

有P因子轉座阻遏物抑制所

ORF0ORF1ORF2ORF3

87K

阻遏物的相互作用。

P因

子合成轉座

酶雜種不育

阻遏物抑制所有P因子轉座

P品系(P♂×P♀)

雄性染色體

雌性染色體P細胞型

P因子P因子66KD阻遏物

ORF0ORF1ORF2ORF3ORF0ORF1ORF2ORF366K

P♂×M♀

雄性染色體

雌性染色體P細胞型P因子

M♂×P♀

雄性染色體

雌性染色體P細胞型

無P因子P因子66KD阻遏物ORF0ORF1ORF2ORF366K

圖23-57雜種不育取決于基因組中P因子和不同類型細胞中66KD(仿B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997,Fig.18.27)當前第35頁\共有48頁\編于星期三\12點（二）逆轉錄轉座子以RNA介導的轉座與逆轉錄病毒有關，被轉移的因子稱為逆轉錄轉座子。逆轉錄轉座子是真核生物轉座子的重要類型。當前第36頁\共有48頁\編于星期三\12點艾滋病毒的基因結構

LTR長末端重復序列

gag核心蛋白，反轉錄酶

pol蛋白酶

vif

感染因子

vpr,vpu復制因子

tat反式激活因子rev(art抗阻遏翻譯基因活化,trs

transregulatorofsplicing

)調節(jié)因子env衣殼蛋白

nef(3’orf)negativefactor抑制復制模板

vprrevrev

gagviftatvputatnefLTRpol

envLTR當前第37頁\共有48頁\編于星期三\12點逆轉錄病毒的生活史：RNA，DNA，整合當前第38頁\共有48頁\編于星期三\12點內源逆轉錄病毒（ERVs）：是已經(jīng)整合到脊椎動物染色體中的逆轉錄病毒基因組，一般無活性，不能擴增逆轉錄因子分類LTRgagpolLTR內源逆轉錄病毒LTR因子：內部含與轉座相關的基因gag基因：編碼病毒顆粒內部的蛋白質Pol基因：編碼逆轉錄酶和其他與復制有關的酶env基因:衣殼蛋白

env當前第39頁\共有48頁\編于星期三\12點

LTRgagpolLTR逆轉錄轉座子LTR因子：內部含與轉座相關的基因gag基因：編碼病毒顆粒內部的蛋白質pol基因：編碼逆轉錄酶和其他與復制有關的酶

逆轉錄轉座子：主要存在于植物、無脊椎動物和微生物等中，如玉米中的多數(shù)的分散重復序列當前第40頁\共有48頁\編于星期三\12點gag?LINE，（長散在元件）Longinterspersedneuclearelement人類基因組中l(wèi)ine1，6.1kb，3500個拷貝polpoly(A)~6Kb當前第41頁\共有48頁\編于星期三\12點poly(A)~0.3KbSINE：借用寄主的逆轉座酶實現(xiàn)轉座如人類Alu家族重復序列，百萬拷貝，含有內啟動子，具有轉錄活性，大量擴增。MIR,mammalianwideinterspersedrepeat:只分布在哺乳動物中，起源于tRNA，含有內啟動子當前第42頁\共有48頁\編于星期三\12點人類基因組中2