遺傳育種學(xué)課件：遺傳的分子基礎(chǔ)

遺傳的分子基礎(chǔ)1第一節(jié) DNA結(jié)構(gòu)第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列第三節(jié) 基因組的結(jié)構(gòu)解剖第四節(jié) 基因的概念及其發(fā)展第五節(jié) 中心法則2第一節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)一、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)FrancisCrick,MauriceWilkins,JamesWatson,andRosalindFranklin(clockwisefromtop

left)ErwinChagaff’srules3一、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)B-DNA:

右旋，10.4bp/周。正常狀態(tài)DNA分子4二、其它的DNA構(gòu)型A型：右旋；在脫水狀態(tài)、RNA-RNA、DNA-RNA分子；旋轉(zhuǎn)一圈11個(gè)bp，每一螺旋高28.2?；Z型：左旋DNA；高鹽溶液，存在于富含G-C的區(qū)域；直徑18?，旋轉(zhuǎn)一圈12個(gè)bp，每一螺旋44.52?。5第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列6一、基因組的組成真核基因組中編碼蛋白質(zhì)的序列大概只占0.5%~5%。有大量的非編碼序列，這種現(xiàn)象稱DNA冗余現(xiàn)象。非編碼蛋白質(zhì)的序列主要有：重復(fù)序列（repetitive

sequence）核糖體RNA基因（rDNA）,

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA基因（tDNA）假基因（pseudogene）基因間的間隔序列（spacer

sequence）內(nèi)含子（intron）調(diào)控序列第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列二、DNA的變性和復(fù)性變性（

denaturation

）

：

也叫熔解（melting），在溫度、pH等因素作用下，DNA分子的氫鍵受到破壞，雙鏈分開成為單鏈的過程。復(fù)

性

（

renaturation)

：

也

叫

退

火（annealing），是變性的逆過程，DNA互補(bǔ)配對成為雙鏈的過程。7第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列二、DNA的變性和復(fù)性DNA熔解溫度（Tm）：指把DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)降解一半時(shí)的溫度，亦即DNA

變性過程中，紫外吸收值達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度，也稱為

DNA的解鏈溫度。8第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列二、DNA的變性和復(fù)性馬默多蒂（Marmur-Doty）關(guān)系式（GC）%=（Tm–69.3）

x2.449第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列二、DNA的變性和復(fù)性DNA復(fù)性的快慢與DNA重復(fù)次數(shù)成正比，通過DNA復(fù)性動(dòng)力學(xué)的研究可以大致的推測基因組的組成；隨著基因組測序技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)基因組序列數(shù)據(jù)可以直接的得到DNA重復(fù)序列的種類、數(shù)目的相關(guān)數(shù)據(jù)。10第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列11三、DNA的重復(fù)序列

（repetitive

sequence）基因組DNA根據(jù)在基因組中拷貝數(shù)的多寡，可分為：單拷貝序列：1個(gè)拷貝或2～3個(gè)拷貝，約占基因組的40~70%，大部分的基因；中度重復(fù)序列：10～105拷貝，約占基因組的10%~40%，典型的有rDNA，tDNA，β球蛋白基因；Tandem

repeat

sequences（串聯(lián)重復(fù)序列）Interspersed

repeat

sequences（散在重復(fù)序列）SINEs、LINEs高度重復(fù)序列：106拷貝以上，約占基因組的10%~20%，主要是衛(wèi)星DNA。第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列12二、DNA的重復(fù)序列

（repetitive

sequence）Alu序列，也稱Alu家族（family）：中度重復(fù)序列，

長度

300bp

，

屬短散在重復(fù)序列型（10~300bp），散在分布于整個(gè)基因組；在人基因組中占11%，重復(fù)次數(shù)達(dá)>1000k/c；300bp的Alu序列有一個(gè)AluI的酶切位點(diǎn)，被切為130bp及170bp，故名Alu序列；Alu成員有80%~88%序列相同；Alu序列的兩側(cè)有7~10bp的正向重復(fù)序列（DR，directedrepeat），可以轉(zhuǎn)座，是靈長類兩類高拷貝的轉(zhuǎn)座因子之一。第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列13二、DNA的重復(fù)序列

（repetitive

sequence）2.

Kpn序列，也稱Kpn家族僅次于Alu的第二大家族，6.4kb，拷貝數(shù)3k~4.8k/c，占基因組的3%~6%

，

屬長散在重復(fù)序列，

可被KpnI

切成四段（1.2，1.5，1.8，1.9kb）；Kpn

序列的兩側(cè)也有正向重復(fù)序列（

DR

，

directedrepeat），可以轉(zhuǎn)座，通過反轉(zhuǎn)錄自我復(fù)制并插入到基因組的其他位置。第二節(jié) 基因組組成與DNA重復(fù)序列二、DNA的重復(fù)序列

（repetitive

sequence）3.

衛(wèi)星（satellite）DNA各種DNA在氯化銫梯度離心中，平衡時(shí)的浮力密度取決于它們的GC含量。真核細(xì)胞DNA中一般含有30%~50%的GC含量，有些DNA片段含有異常高或低的GC含量，密度梯度離心的密度曲線中在主帶DNA的前或后出現(xiàn)，稱衛(wèi)星DNA。衛(wèi)星DNA通常是串聯(lián)重復(fù)序列，按其重復(fù)單元的核苷酸的多少：小衛(wèi)星（minisatellite）DNA：有幾百個(gè)核苷酸對的單元重復(fù)組成；微衛(wèi)星（microsatellite

）DNA：2～20個(gè)左右的核苷酸對的單元重復(fù)衛(wèi)星DNA主要存在于異染色質(zhì)區(qū)，可能在染色體的配對、分離過程中有重要作用。14第三節(jié)

基因（組）的結(jié)構(gòu)解剖15第三節(jié)

基因組的結(jié)構(gòu)解剖16（一）

原核生物的基因組解剖一、操縱子（Operon）二、轉(zhuǎn)座因子（Transposable

Element）三、重疊基因（Overlapping

gene）（一）原核生物的基因組解剖一、操縱子（Operon）1961年由Jacob

&

Monod提出，由操縱基因和啟動(dòng)基因以及緊密連鎖著的若干個(gè)結(jié)構(gòu)基因所組成的功能單位，其中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄為操縱基因所控制。Ｉ：調(diào)節(jié)基因；Ｐ：啟動(dòng)基因；Ｏ：操縱基因；Ｚ：半乳糖苷酶基因；Ｙ：半乳糖苷透性酶基因；Ａ：轉(zhuǎn)乙?；富?。17（一）原核生物的基因組解剖乳糖操縱子18（一）原核生物的基因組解剖乳糖操縱子：19（一）原核生物的基因組解剖20二、轉(zhuǎn)座因子（Transposable Element）可在染色體內(nèi)或染色體間及染色體與質(zhì)粒（plasmid）間，從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一位置的一段脫氧核糖核酸序列。原核生物的轉(zhuǎn)座因子，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和遺傳學(xué)特性分4種：插入序列（insertion

sequence，IS）復(fù)合轉(zhuǎn)座子（Compositetransposons）非復(fù)合轉(zhuǎn)座子（Noncomposite

transposons）轉(zhuǎn)座噬菌體（一）原核生物的基因組解剖1. 插入序列（insertion

sequence，IS）一類比較小的轉(zhuǎn)座因子，除帶有轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外，不帶有任何其它基因；大小在768（IS1）~1531（IS50-R）bp，兩端有9~41bp反向重復(fù)序列（IR）。末端反向重復(fù)序列靶重復(fù)序列21（一）原核生物的基因組解剖1. 插入序列（insertion

sequence，IS）含有插入序列的質(zhì)粒DNA變性后慢慢冷卻，復(fù)性后形成啞鈴狀結(jié)構(gòu)，頸的部分是IS的IR序列，大環(huán)是質(zhì)粒DNA，小環(huán)是IS的中間序列。22（一）原核生物的基因組解剖1. 插入序列（insertion

sequence，IS）轉(zhuǎn)座與末端靶重復(fù)序列的形成23（一）原核生物的基因組解剖1. 插入序列（insertion

sequence，IS）幾種常見插入序列的結(jié)構(gòu)24（一）原核生物的基因組解剖2. 復(fù)合轉(zhuǎn)座子（Composite

transposons）一類較大的轉(zhuǎn)座因子，大小在2000（Tn1）~205000（Tn4）bp；除帶有轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外，還有其它一些基因，例抗藥性基因；它的兩端就是IS，構(gòu)成左臂和右臂，兩個(gè)臂可以正向重復(fù)，也可以反向重復(fù)。25（一）原核生物的基因組解剖2. 復(fù)合轉(zhuǎn)座子（Composite

transposons）幾種常見復(fù)合轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)氯霉素抗性基因26四環(huán)素抗性基因卡那霉素抗性基因（一）原核生物的基因組解剖3. 非復(fù)合轉(zhuǎn)座子（Noncomposite

transposons）攜帶抗性基因，不含IS；末端含反向重復(fù)序列，如Tn3。Tn3的結(jié)構(gòu)27轉(zhuǎn)座酶解離酶β-內(nèi)酰胺酶（一）原核生物的基因組解剖4. 轉(zhuǎn)座噬菌體大腸桿菌的Mu噬菌體（Mutator

phage）感染大腸桿菌后使大腸桿菌產(chǎn)生約2%的突變而得名。Mu可發(fā)生轉(zhuǎn)座，但結(jié)構(gòu)與IS或Tn有一定區(qū)別，其末端不含有重復(fù)序列而是左端帶有宿主染色體的1500bp，右端帶有100bp。28（一）原核生物的基因組解剖29轉(zhuǎn)座因子的遺傳學(xué)特點(diǎn)：（１）引起插入突變；（２）插入位置上出現(xiàn)新的基因；（３）造成插入位置上出現(xiàn)受體DNA的少數(shù)核苷酸對的重復(fù)；（４）某些轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座后原來位置上保持原有的轉(zhuǎn)座因子，僅是其拷貝的轉(zhuǎn)座；（5）轉(zhuǎn)座排它性：一質(zhì)粒上如有一個(gè)Tn3，能排斥另一Tn3轉(zhuǎn)座到該質(zhì)粒上，可控制一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)座因子總數(shù)；（一）原核生物的基因組解剖30轉(zhuǎn)座因子的遺傳學(xué)特點(diǎn)：插入位點(diǎn)的專一性：Mu可以插入到大腸桿菌染色體的任何位置，但有些轉(zhuǎn)座因子如Tn10則只能在特定的位點(diǎn)（GCTNAGC）插入促使插入位點(diǎn)染色體發(fā)生缺失：缺失發(fā)生率比自發(fā)缺失高102~103倍。打開臨近的沉默基因；切離（Excision）：轉(zhuǎn)座因子可以從原來的位置上消失，這種現(xiàn)象稱為切離。準(zhǔn)確的切離可帶來和回復(fù)突變一樣的遺傳學(xué)效應(yīng)；不準(zhǔn)確切離則會(huì)帶來多種效應(yīng)，包括缺失，倒位，易位等。（一）原核生物的基因組解剖三、重疊基因（Overlapping

gene）重疊基因：具有部分公用核苷酸序列的基因，即同一段DNA攜帶了兩種或兩種以上不同蛋白質(zhì)的編碼信息。ΦX174噬菌體：1977年Sanger等人對ΦX174噬菌體的核苷酸序列進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)了基因重疊現(xiàn)象。31ABCDEJFGHK起始3973506413339056884510012386292351終止13348390845840961227529113903218（一）原核生物的基因組解剖32三、重疊基因（Overlapping

gene）（一）原核生物的基因組解剖33三、重疊基因（Overlapping

gene）3種方式：完全重疊：B基因落在A基因內(nèi)，E基因落在D基因內(nèi)，這種方式的重疊也可稱為套疊基因

nestedgenes；部分重疊：K基因與A及C基因

；少數(shù)核苷酸重疊：A基因與C基因。（一）原核生物的基因組解剖三、重疊基因（Overlapping

gene）34（一）原核生物的基因組解剖三、重疊基因（Overlapping

gene）G4噬菌體：基因Ｋ全長都與其它基因重疊，5’端區(qū)與基因Ａ的最后86個(gè)堿基重疊，3’端與基因Ｃ的開頭89個(gè)堿基重疊，在①和②兩個(gè)位點(diǎn)上，DNA閱讀框的3種方式都得到應(yīng)用終止、起始、編碼。35（一）原核生物的基因組解剖三、重疊基因（Overlapping

gene）Qβ噬菌體：與ΦX174及G4的重疊不同，

其重疊基因按相同閱讀框閱讀，即通讀（read

through）；如外殼蛋白基因完全落在A1基因內(nèi)。36（一）原核生物的基因組解剖37三、重疊基因（Overlapping

gene）果蠅蛹角質(zhì)蛋白基因（pupal

cuticle

protein，PCP）落在參與嘌呤代謝的Gart基因的第一內(nèi)含子內(nèi)；Dopa脫羧酶基因Ddc與臨近基因有一個(gè)88bp的重疊，兩個(gè)重疊基因是以不同的模板鏈反向轉(zhuǎn)錄的。基因重疊的意義：用有限的核苷酸儲(chǔ)存最大的信息量

；與基因的表達(dá)調(diào)控有關(guān)

：重疊基因中不僅有編碼序列也有調(diào)控序列，說明基因的重疊不僅是為了節(jié)約堿基，能經(jīng)濟(jì)和有效地利用DNA遺傳信息量，更重要的可能是參與對基因的調(diào)控；與進(jìn)化相關(guān)。第三節(jié)

基因組的結(jié)構(gòu)解剖38（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)一、斷裂基因二、多基因家族（multigene

family）三、基因復(fù)合體（genecomplex）四、假基因五、轉(zhuǎn)座因子（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)一、斷裂基因：(split

gene)含有可轉(zhuǎn)譯區(qū)段和不轉(zhuǎn)譯區(qū)段的一類結(jié)構(gòu)基因；斷裂基因的發(fā)現(xiàn)：1977年美國生化學(xué)家Sharp和英國生化學(xué)家Roberts以腺病毒為材料，發(fā)現(xiàn)基因在排列上由一些不相關(guān)的片斷隔開，呈現(xiàn)不連續(xù)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了斷裂基因，1993年兩人獲因此諾貝爾獎(jiǎng)金。Crick稱之為分子遺傳學(xué)的一次“微型革命”。39（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)40一、斷裂基因：(split

gene)斷裂基因的發(fā)現(xiàn)：用限制性酶酶切得到含有腺病毒外殼蛋白六聚體基因A的DNA片斷，利用此基因的mRNA與該DNA片斷雜交，在5′端出現(xiàn)出現(xiàn)3個(gè)環(huán)，在3′端則二者互補(bǔ)，沒有出現(xiàn)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此，認(rèn)為該基因存在割裂現(xiàn)象。同時(shí)Berget小組也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)41一、斷裂基因：(split

gene)斷裂基因的發(fā)現(xiàn)：在Sharp和Roberts的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)割裂基因之前法國的Chambon小組已經(jīng)在研究雞卵清蛋白基因的表達(dá)和激素的關(guān)系時(shí)也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。但是，他們不能解釋這種現(xiàn)象。1977年Berget在美國冷泉港作了一個(gè)關(guān)于斷裂基因的報(bào)告，Chambon受到啟發(fā)，對他們的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究，在真核生物發(fā)現(xiàn)了斷裂基因。1978年，Gilbert把出現(xiàn)在成熟的mRNA中的片段叫做外顯子（exon)，把不出現(xiàn)在成熟的

mRNA中的片段叫做內(nèi)含子（intron）。（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)42一、斷裂基因：(split

gene)（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)43二、多基因家族（multigene

family）也稱基因家族（gene

family）：來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的一組基因。家族成員可以排列在一起構(gòu)成所謂的基因簇（gene

cluster)，也可以分散排列?；蚣易蹇煞譃槿N類型：簡單的多基因家族復(fù)雜的多基因家族不同場合表達(dá)的復(fù)雜的多基因家族海膽的組蛋白基因44果蠅的組蛋白基因果蠅的tRNA基因β珠蛋白基因簇二、多基因家族（multigene

family）（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)45三、基因復(fù)合體（gene

complex），也稱超基因（supergene）：緊密連鎖在一起的共同決定某一性狀的一組基因。有人認(rèn)為超基因就是一個(gè)大的基因簇，其成員可達(dá)幾百個(gè)。人類的主要基因復(fù)合體有：免疫球蛋白基因復(fù)合體主要組織相容性復(fù)合體（major

histocompatibilitycomplex，MHC）次要組織相容性復(fù)合體（minor

histocompatibility

complex）（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)46三、基因復(fù)合體（genecomplex）在人類中，MHC是一組決定體細(xì)胞表面抗原的基因，這些抗原稱為同源白細(xì)胞抗原（homologousleucocytic

antigen HLA）。HLA復(fù)合體位于6p21~6pter，長度約4000kb，已知有35個(gè)基因座位，有幾百個(gè)基因。決定了3類抗原。（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)三、基因復(fù)合體（genecomplex）單倍型（haplotype）：若干個(gè)決定同一性狀的緊密連鎖的基因構(gòu)成的基因型。47（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)48四、假基因（pseudogene）多基因家族中，與編碼某一蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因在結(jié)構(gòu)上相似、并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物----假基因。2類假基因：由正?；虻耐蛔?、缺失、重復(fù)等原因?qū)е禄虿荒苷１磉_(dá)。缺少正常基因的部分元件、內(nèi)含子等，更象正?；蚪?jīng)反轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生的，有人稱其為加工基因(processed

gene)、反轉(zhuǎn)錄基因（retrogene）及反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（retrotrsansposon）四、假基因（pseudogene）人類類α、β珠蛋白基因家族分別組成基因簇，每個(gè)基因簇都包括有功能的基因和假基因（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)49（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)五、轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子最早在真核生物中發(fā)現(xiàn)：30年代，McClintock發(fā)現(xiàn)玉米籽粒顏色不穩(wěn)定，有時(shí)出現(xiàn)斑點(diǎn)。而且與色素合成有關(guān)的基因突變和回復(fù)突變的頻率很高。這些突變與染色體內(nèi)一些位置不確定的因子有關(guān)。由此提出了轉(zhuǎn)座因子的概念。50（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)五、轉(zhuǎn)座因子真核生物中研究得最清楚的是玉米的激活——解離系統(tǒng)（Activator-Dissociator,

Ac-Ds）：在Ac-Ds系統(tǒng)中，

包括兩個(gè)位點(diǎn)，一是激活位點(diǎn)（Ac），一是解離位點(diǎn)（Ds）。Ac和Ds都可轉(zhuǎn)座，但Ds在轉(zhuǎn)座有賴于Ac的存在，而Ac則可自主轉(zhuǎn)座。51（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)五、轉(zhuǎn)座因子Ac全長4500bp，末端有11bp的IR，有兩個(gè)基因，即轉(zhuǎn)座酶基因和阻遏物基因，因此可以自主轉(zhuǎn)座。Ds是Ac的缺失類型，缺失范圍可以從0.4kb~4kb，甚至只剩下IR也可以在轉(zhuǎn)座酶作用下發(fā)生轉(zhuǎn)座52玉米的激活——解離系統(tǒng)53（二）

真核生物的基因組結(jié)構(gòu)六、原核基因組與真核基因組的比較真核生物基因組比較大。真核生物的一個(gè)基因組包括若干個(gè)染色體，一般不呈環(huán)狀。真核生物的DNA全長都與蛋白質(zhì)穩(wěn)定地結(jié)合，構(gòu)成染色體。原核生物的DNA并不是全長與蛋白質(zhì)穩(wěn)定地結(jié)合。真核生物DNA上有大量的重復(fù)序列。編碼序列僅占基因組的0.5-5%,

而原核生物基因則大多是編碼序列。真核生物基因組存在無功能的假基因。原核生物的基因組中功能相關(guān)的基因常聚集在一起構(gòu)成操縱子。真核生物的基因組雖然作用上密切相關(guān)的基因聚集在一起的情況也并不少見，但關(guān)于操縱子的確切報(bào)道還絕無僅有。54(三) tRNA基因與rRNA基因一、tRNA基因（tDNA）１．原核生物tDNA：（１）以基因簇形式組成多順反子轉(zhuǎn)錄單位：在E.coli中以基因簇形式組成的多順反子已測定了約60個(gè)。例如1981年鑒定的一個(gè)操縱子含7個(gè)tRNA基因：Met-Leu-Gln-Gln-Met-Glu-Glu，它們可以轉(zhuǎn)錄出一條RNA，經(jīng)剪切后形成7個(gè)tRNA。（２）tDNA有些與rRNA基因（rDNA）連接在一起，隨rRNA轉(zhuǎn)錄。2．真核生物tDNA：真核生物tDNA一般是多拷貝，成簇地排列在一起的，與原核生物不同（單順反子轉(zhuǎn)錄的并且具有內(nèi)含子）。55(三) tRNA基因與rRNA基因二、rRNA基因（rDNA）背景知識：核糖體組成56(三) tRNA基因與rRNA基因二、rRNA基因（rDNA）１．原核生物rDNA：存在16S，23S和5S三種rRNA基因，它們串聯(lián)在一起，在其間又插入一些tRNA組成一個(gè)操縱子，轉(zhuǎn)錄出一條30S

rRNA的前體（多順反子轉(zhuǎn)錄），經(jīng)剪切加工后形成3種rRNA。57(三) tRNA基因與rRNA基因58二、rRNA基因（rDNA）2.

真核生物rDNA：有18S，28S，5.8S和5S四種；18S，28S和5.8S

rDNA串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)基因簇，這一基因復(fù)合體位于核仁組織者區(qū)。轉(zhuǎn)錄時(shí)18S，28S，5.8S

rDNA一起轉(zhuǎn)錄（即多順反子轉(zhuǎn)錄）出一條45SrRNA前體，經(jīng)剪切加工后形成3種rRNA。位于核仁組織者區(qū)的rRNA，由RNA

pol

I轉(zhuǎn)錄；5S

rRNA位于核仁組織者區(qū)之外，是多拷貝重復(fù)的，由RNApol

III轉(zhuǎn)錄。(三) tRNA基因與rRNA基因59二、rRNA基因（rDNA）幾種生物的rRNA基因數(shù)目生物種類18S/28S(16S/23S)5S大腸桿菌77酵母140140果蠅150~1500165人2802000非洲爪蟾450*24000第四節(jié)

基因的概念及其發(fā)展60一、經(jīng)典遺傳學(xué)中基因的概念1866年，G.

J.孟德爾提出了遺傳因子的概念。1909年，丹麥遺傳學(xué)家約翰遜提出基因，并提出了基因型和表現(xiàn)型這個(gè)術(shù)語。1910年，美國遺傳兼胚胎學(xué)家T.H.摩爾根：(1)基因可以發(fā)生突變；(2)證實(shí)基因位于染色體上，呈直線排列；(3)非等位基因間可以發(fā)生交換。提出基因是一個(gè)功能單位，也是一個(gè)突變和交換單位的“三位一體”的概念；并把基因看成是不可分割的最小的遺傳單位。61一、經(jīng)典遺傳學(xué)中基因的概念按照經(jīng)典遺傳學(xué)對基因的概念，基因具有下列共性：基因可自我復(fù)制并具有相對穩(wěn)定性，在減數(shù)分裂和有絲分裂中有規(guī)律地進(jìn)行分配——這是染色體的主要特征之一；基因在染色體上占有一定的位置（位點(diǎn)），并且是交換的最小單位，即在重組時(shí)不能再分割的單位（即基因是一個(gè)重組單位）；基因是一個(gè)突變單位，是以整體進(jìn)行突變的；基因是一個(gè)功能單位，它控制著有機(jī)體生長和發(fā)育中的一個(gè)或某些性狀，如紅花、白花等。62二、順反子1955年Benzer以T4噬菌體為材料，在T4噬菌體rⅡ基因研究中發(fā)現(xiàn)基因不是最小的不可分割的單位，其內(nèi)部還有精細(xì)結(jié)構(gòu)，提出順反子（cistron）的概念。r，快速溶菌突變型（rapid

lysismutant）。決定這個(gè)突變的DNA區(qū)域有3個(gè)不同區(qū)段，其中研究的比較多的是II區(qū)，我們簡稱為rII區(qū)。63二、順反子64二、順反子互補(bǔ)測驗(yàn)方法：觀察處于反式結(jié)構(gòu)的兩個(gè)突變之間是否可以互補(bǔ)：互補(bǔ)，兩個(gè)突變處于不同的功能單位；反之，突變處于相同的功能單位。反式（trans）排列：兩個(gè)突變分別在兩條染色體上；順式（cis）排列：兩個(gè)突變同時(shí)排在一條染色體上，另一條染色體上兩個(gè)位點(diǎn)均正常。65二、順反子Benzer將順式、反式結(jié)構(gòu)的遺傳學(xué)效應(yīng)不同的現(xiàn)象稱為順反位置效應(yīng)；將具有順反位置效應(yīng)的功能單位稱為順反子（cistron，或在反式構(gòu)型中不能互補(bǔ)的各個(gè)突變型在染色體上所占的一個(gè)區(qū)域）。66按照現(xiàn)代遺傳學(xué)的概念，

基因的突變、重組，功能三個(gè)單位應(yīng)分別是：1、突變子（muton）一個(gè)順反子內(nèi)部能發(fā)生突變的最小單位，一個(gè)突變子可以小到只有一對堿基。2、重組子（recon）基因內(nèi)不能由重組分開的遺傳單位，即基因內(nèi)出現(xiàn)重組的最小區(qū)間。重組子的單位可以小到核苷酸對3、順反子（cistron）Benzer把在反式構(gòu)型中不能互補(bǔ)的各個(gè)突變型在染色體上所占的一個(gè)區(qū)域稱為一個(gè)順反子。三、分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念基因是DNA（RNA）分子上一段特定的核苷酸序列，它具有突變、重組、轉(zhuǎn)錄并產(chǎn)生基因產(chǎn)物（RNA或蛋白質(zhì)）的遺傳學(xué)功能單位。67第五節(jié) 中心法則68一、中心法則（central

dogma）的提出：1953年Watson

&

Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)后，1958年Crick在此基礎(chǔ)上對細(xì)胞內(nèi)遺傳信息流向進(jìn)行了總結(jié)，提出了中心法則：信息流向是單向的，不可逆的。69二、中心法則的修正1961年Temin等人發(fā)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)錄酶，1970年又為MIT的Baltimore獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，以及隨后的RNA復(fù)制酶的發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室中DNA的翻譯，Crick將中心法則修改為：70三、對中心法則的挑戰(zhàn)中心法則明確指出遺傳信息流只能從核酸到核酸，從核酸到蛋白質(zhì)。那么能不能從蛋白質(zhì)到核酸，能不能從蛋白質(zhì)到蛋白質(zhì)呢？DNA71RNAProtein三、對中心法則的挑戰(zhàn)朊病毒（Prion）：感染性蛋白質(zhì)粒子Theword"prion"fromacombinationofthewords"proteinaceousinfectiousparticle".Prionswerefirsthypothesizedin

1982

by

StanleyB.

Prusiner

ofUCSF,whowasawardedthe

NobelPrizein

physiologyormedicine

in

1997

forthe

discovery.引起人類Kuru病，克雅氏(CJD)病；動(dòng)物的瘋牛病（mad

cow

disease)

，羊瘙癢病72三、對中心法則的挑戰(zhàn)朊病毒（Prion）特點(diǎn)是一類非正常病毒，不含核酸，僅有蛋白質(zhì)的蛋白感染因子。主成份是蛋白酶抗性蛋白。對蛋白酶具有抗性。強(qiáng)致病力和不誘發(fā)抗體強(qiáng)傳染性（從一類動(dòng)物傳染給另一類動(dòng)物后，即這種病毒跨物種傳播后，其毒性更強(qiáng)，潛伏期更短）73三、對中心法則的挑戰(zhàn)人類Kuru病Creutzfeldt–JakobdiseaseBovineS