基因的概念及結構

基因的概念及結構第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月等位基因之間存在著顯隱性關系。（1）完全顯性（2）不完全顯性（3）共顯性

2、復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）果蠅的眼色基因用w代表果蠅的眼色基因，則：第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）ABO血型系統(tǒng)人類的ABO血型是由三個復等位基因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IAIA

、IAi

；B型血的個體，基因型可能為IBIB

、

IBi；AB型血的個體，基因型只能為IAIB

；O型血的個體，基因型只能為ii.為顯性。第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月人白細胞抗原（HLA)

主要組織相容性抗原系統(tǒng)。主要組織相容性復合體基因(MHC)

人類的MHC又稱HLA，位于第6號染色體短臂上，長約4000Kb。按結構功能和組織分布情況的不同可分為三類：

a.HLA-Ⅰ類基因在遠離著絲粒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5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月HLA-Ⅱ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-Ⅲ類基因在近著絲粒處1000Kb-2000Kb范圍內(nèi)，位于HLA-Ⅰ和HLA-Ⅱ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)的最復雜的復等位基因系統(tǒng)。對于每一個基因座上的復等位基因，它們之間均為共顯性。第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月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8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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)部的精細結構，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.coli。（1）形態(tài)特征（2）環(huán)狀遺傳學圖第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.順反子(cistron)、突變子(muton)、重組子(recon)

通過實驗和推導，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12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、重組（recombination)實驗和互補(complemetation)實驗(1)重組實驗測定兩個突變位點之間的距離關系的實驗。重組頻率（%）=2×野生型噬菌斑數(shù)×100%

噬菌斑總數(shù)（2）互補實驗確定兩個突變之間的功能關系，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13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月基因的順反子測試示意圖在反式測驗中，如兩個突變之間能互補，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，則表明兩個突變是位于同一個基因內(nèi)的突變。第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月四、操縱子（operon)---遺傳信息傳遞和表達調(diào)控的統(tǒng)一體。1961,法國科學家F.Jacob和J.Monod提出了大腸桿菌乳糖操縱子模型。第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月操縱子模型的提出表明：基因不僅是傳遞遺傳信息的載體，同時又具有調(diào)節(jié)其它基因表達活性的功能?；虿粌H在結構上可分，功能上也可分。操縱子(operon)：指幾個功能上相近或相關的結構基因排列在一起，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。包括這些結構基因和控制區(qū)的整個核苷酸序列就稱為操縱子。第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1、乳糖操縱子（lac-operon)第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月乳糖操縱子的研究進展：（1）調(diào)控區(qū)的DNA序列第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月啟動子（promoter)

位于調(diào)節(jié)基因LacI末端與結構基因LacZYAmRNA轉(zhuǎn)錄起始位點之間，長度約為82bp的一段DNA序列。

a)RNA聚合酶識別和結合部位：

-10區(qū)：序列特征5’-TATGTT-3’-35區(qū)：序列特征5’-TTTACA-3’b)CAP結合位點：

-70

至-50

區(qū)

CAP(cataboliteactivatorprotein,分解代謝物激活蛋白）。正調(diào)控蛋白、cAMP-CAP復合物

第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月CAP-cAMP復合物激活Lac啟動子的機制第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌的葡萄糖效應：第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月b.操縱子（operator)-5--+28區(qū)。與啟動子重疊。2、基因家族（genefamily)、基因簇(genecluster)、假基因(pseudsgene)

真核生物基因組中來源相同、結構相似、功能相關的一組基因稱為基因家族。例如：（1）5sRNA基因家族由結構相同的數(shù)個基因以串聯(lián)方式重復排列，基因與基因間由中度重復序列間隔開來。第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）血紅蛋白基因家族

血紅蛋白基因家族由ξαεγδβ等基因組成。

類α鏈基因簇：由ξ、α成串排列在一起構成，位于11號染色體上。其表達時間順序為ξα。類β鏈基因簇：由εγδβ成串排列在一起構成，位于16號染色體上。其表達時間順序為εγδβ。

假基因：來源于相應的有功能的基因，由于某種突變而失去原有的功能的基因。用Ψ

表示。第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月五、外顯子和內(nèi)含子---基因的結構是斷裂的（斷裂基因interruptedgene)

原核生物的結構基因絕大多數(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β珠蛋白基因的mRNAcDNA同位數(shù)標記cDNA與β珠蛋白基因雜交。結果：

β珠蛋白基因片段>cDNA片段

Chambon雞卵清蛋白mRNAcDNA卵清蛋白基因雜交電鏡觀察異源雙鏈體第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月(cDNA)第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月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29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3、RNA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（alternativesplicing)

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30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月六、重疊基因（overlappinggene）

1977，Sanger,噬菌體φx174各基因的功能：A，DNA單鏈合成和雙鏈的復制；B、C、D，單鏈的合成和（或）包裝；F、G、H，噬菌體衣殼的結構蛋白；J，參與病毒顆粒構成的一種小的堿性蛋白；K，產(chǎn)物未知；E，細胞裂解

第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月重疊方式：（1）基因套基因如φx174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┌──┐

φx174DNA序列—T--A--A--T--G└──┘

基因J起始第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月基因A終止┌──┐

φx174DNA序列—A--T---G--A└──┘

基因C起始(3)三個基因重疊

1978，Shaw,噬菌體G4.

G4DNA序列--T—T—C—T—G—A—T—G—A—A—A--基因B基因A基因K第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月七、轉(zhuǎn)座元件---基因并不全是固定在染色體的一個位置上（1）DNADNA的轉(zhuǎn)座元件1、玉米的Ac-Ds系統(tǒng)

1950，B.McClintock第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

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的反向重復序列（IR）。

第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月Ac-Ds系統(tǒng)產(chǎn)生的遺傳學效應第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、插入序列（Insertionsequence，IS）（1）插入序列的結構（2）IS插入靶位點的示意圖（3）一些IS的類型與結構（4）IS的遺傳學特征（P59）第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3、轉(zhuǎn)座子（Transposon，Tn）（1）Tn的結構第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)轉(zhuǎn)座模型

a、剪-粘型轉(zhuǎn)座（cut-and-pastetransposition）

又叫簡單插入轉(zhuǎn)座，是一種非復制轉(zhuǎn)座。Tn5、Tn10均以此方式轉(zhuǎn)座。第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月b.保守型轉(zhuǎn)座(conservationtransposition)

非復制轉(zhuǎn)座的一種。第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月c.復制型轉(zhuǎn)座（replicativetransposition）

在復制轉(zhuǎn)座的過程中，轉(zhuǎn)座子被復制，一個拷貝留在供體原位，另一個拷貝插入受體新位點。第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）轉(zhuǎn)座的遺傳效應

a，插入突變

b，基因重排第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4、果蠅的P因子(Pelement)

（1）果蠅中P品系與M品系雜交中，雜種劣育現(xiàn)象。（2）P因子的結構與細菌的轉(zhuǎn)座子（Tn）非常相似。第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月P因子全2907bp兩端具有33bp的反向重復序列。（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49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（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50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)RNA介導的轉(zhuǎn)座元件---反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座（retroposon

存在于真核生物中，種類復雜。根據(jù)其結構和組成，可分為兩類：病毒超家族（viralsuperfamily）能編碼轉(zhuǎn)座酶或整合酶，能自主地進行轉(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