第二章基因與基因組.ppt

1、1、第一節(jié)基因概念和結(jié)構(gòu)，1、基因概念(1)基因概念的發(fā)展，2、基因概念的發(fā)展1909年Johannsen提出了“基因”概念代替基因，基因是基因基本單位，基因論年Beadle和Taturm tRNA； 核糖酶； snmRNA (非mRNA的小RNA )，4，基因是在核酸分子中蓄積遺傳信息的基本單元，是核酸分子中特定的核苷酸按一定的堿基順序排列的具有一定功能的片段，是與RNA序列和蛋白質(zhì)多肽鏈的順序相關(guān)的遺傳信息的基本形式和表達(dá)這些信息所必需的基因是基因組序列上的基因單元，包括調(diào)節(jié)區(qū)、轉(zhuǎn)錄區(qū)和其他功能序列區(qū)。(2)在基因概念上，基因是編碼RNA或多肽鏈的DNA片段。 二、基因結(jié)構(gòu)，6，側(cè)翼序列：

2、包含控制序列，編碼序列：外顯子，插入序列：內(nèi)含子，真核生物結(jié)構(gòu)基因，2 .7，DNA，mRNA前體，RNA樣條，8，真核基因中的RNA樣條GT-AG定律、intron2、intron2、3 .9、(2)轉(zhuǎn)錄控制序列、前導(dǎo)碼序列、尾部序列、結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)域兩側(cè)的一部分未被翻譯的DNA片段(側(cè)翼序列)涉及轉(zhuǎn)錄控制。 10，1 .原核生物基因的調(diào)控序列，11，2 .真核生物基因的調(diào)控序列，轉(zhuǎn)譯因子trans-actingfactor識別和結(jié)合了特定的順式作用因子，影響基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)和RNA，順式作用因子cis-actingelement是基因RNA和不編碼蛋白質(zhì)的DNA序列，12 TATA盒：位于

3、-25-30bp上，TATAAAA/TATATAT與TFII結(jié)合，開始基因轉(zhuǎn)錄。 (1) .啟動子和上游啟動子元件- 25，1，-30，13，- 30，- 25，1，-80，-70，CAAT盒(CAATBox )位于-70-80bp，GGC/TCAATCT中，與CTF結(jié)合來決定啟動子轉(zhuǎn)錄效率14、GC盒(GC盒)位于-35bp、GGCGG中，與轉(zhuǎn)錄因子SP1結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過程。- 35，1，15，(2) .增強(qiáng)子(enhancer )，CAATbox與轉(zhuǎn)錄因子特異性結(jié)合，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，在基因的任何地方都有效，沒有方向性。 TATAbox，enhancer，promoter，5 ，3 ，exon

4、intron，16，(3) .沉默器具有抑制基因轉(zhuǎn)錄功能的特定的DNA序列是一個負(fù)調(diào)節(jié)因子，它在結(jié)合特異的反式作用因子時，可以抑制基因轉(zhuǎn)錄，使基因17、(4) .終結(jié)器是結(jié)構(gòu)基因下游約3端的DNA，由AATAAA和回文序列組成，在轉(zhuǎn)錄過程中提供終止信號，終止轉(zhuǎn)錄作用。 18、(5).Poly(A )拖尾的信號，基因末端保守的AATAAA的順序和下游GT或t豐富，被識別為多腺苷化特異因子，mrna 3端加了約200個a。 19，CAATbox，TATAbox，增強(qiáng)器，promoter，真核生物基因的結(jié)構(gòu)，exon，exon，5 ，3 ，intro，intro，exon，openreadingfr

5、ame，ORF，響應(yīng)電子21，(一)原核生物mRNA為多序反子mRNA，多序反子mRNA(polycistronicmRNA):原核生物中的一個m 、22、(二)單順反子mRNA(monocistronicmRNA):真核生物的一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA。23，2，基因功能，1，遺傳信息的積累2，基因復(fù)制(1)半保留復(fù)制(2)雙向復(fù)制(3)不連續(xù)復(fù)制3，基因表達(dá)(1)轉(zhuǎn)錄(2)翻譯(3)基因表達(dá)控制，24，基因表達(dá)控制(1)DNA水平控制：甲基轉(zhuǎn)錄水平的控制：順式元件與反式元件的結(jié)合(3)轉(zhuǎn)錄后水平的控制： mRNA和帽子、尾翼、剪切(4)翻譯水平的控制：翻譯起始區(qū)域(5)翻譯后水平的控

6、制：二硫化物鍵的形成、糖基化、c末端酰胺化等，25個基因突變和疾病2、異質(zhì)性3、多基因疾病由多對微效基因和環(huán)境因子的雙重影響引起的疾病稱為多基因疾病，26、基因診斷和治療，1、基因診斷：分析DNA或RNA水平的疾病相關(guān)基因，診斷疾病。 2、基因治療：應(yīng)用重組DNA技術(shù)，將正?；?qū)肴毕莼蚧颊叩募?xì)胞中，抑制缺陷基因的替代和補(bǔ)償，抑制基因的過度表達(dá)，使細(xì)胞恢復(fù)正常功能，達(dá)到治療目的。 27，基因組：一個細(xì)胞或病毒的所有遺傳信息第二節(jié)基因組，完整的單倍體遺傳物質(zhì)綜合包含一種生物遺傳信息的遺傳物質(zhì)，28，c值(c-value ) :單倍體基因組中的所有DNA量(bp )，29，1，病毒基因組，1，

7、1 由于RNARNA病毒基因組存在由多個RNA組成的重復(fù)基因，多順逆子噬菌體基因連續(xù)，真核細(xì)胞的病毒基因不連續(xù)，30、DNA病毒RNA病毒，(2)基本結(jié)構(gòu)多為雙鏈(ds )，環(huán)狀或線性，多為一條RNA病毒基因組，類型特征為種類32，1 .單鏈正鏈RNA病毒，SARS冠狀病毒SARScoronavirus，33，單鏈正鏈RNA，無節(jié)，5端有甲基化帽，3端有poly(A )結(jié)構(gòu)。 脊髓灰質(zhì)炎病毒，鼻病毒，多數(shù)RNA噬菌體，冠狀病毒，34，禽流感病毒(H5N1)avianinfluenzaAvirus，2 .單鏈負(fù)鏈RNA病毒，35，單鏈負(fù)鏈RNA，8節(jié)流感病毒，濾泡性口內(nèi)炎病毒，狂犬病病毒，36，

8、3 .雙鏈RNA病毒，內(nèi)衣殼蛋白，包衣殼蛋白，37，正負(fù)雙鏈RNA，10-12節(jié)，各段一個蛋白，呼吸腸孤病毒，環(huán)狀病毒，細(xì)菌4 .逆轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus )、核心蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶膜蛋白、poly(A )、Cap人免疫缺陷病毒(HIV )、39，一條正鏈RNA上含有g(shù)ag、pol (逆轉(zhuǎn)錄酶)、env、白血病病毒、肉瘤病毒、人免疫缺陷病毒40，(4) DNA病毒基因組，類型特征為種類41，1 .線性雙鏈DNA病毒，早期蛋白(e )晚期蛋白(l )，42，反向末端重復(fù)序列(invertedterminalrepeat，ITR)AT豐富區(qū)保守序列： atataccgc豐富區(qū)保守TGACGT在病

9、毒復(fù)制過程中發(fā)揮著重要的作用：線性雙鏈DNA，編碼兩種蛋白的早期蛋白(e )，晚期蛋白(l )，43，2 .雙鏈環(huán)狀DNA病毒，衣原體，DNA復(fù)制，膜信號蛋白，組裝和釋放，細(xì)胞生長周期的中斷，上游調(diào)節(jié)區(qū)轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，44 基因組分雙鏈環(huán)狀DNA早期區(qū)(e )、晚期區(qū)(l )、上游調(diào)節(jié)區(qū)(upsreamgularratyregeon，URR )調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，45，3 .單鏈環(huán)狀DNA病毒，46，乙型肝炎病毒(HBV )，4 .開環(huán)部分雙鏈DNA病毒， 開環(huán)部分雙鏈DNA病毒，48，二，原核生物基因組大腸菌為例，49，原核基因組特征： 1，僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA組成的2，結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控序列以操縱子

10、的形式出現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄的RNA為多順逆子3，geg 結(jié)構(gòu)基因多單拷貝5，基因連續(xù)6，編碼序列一般不重疊，50類核(nucleoid ) :細(xì)菌染色體在細(xì)胞內(nèi)形成的一個致密區(qū)域，大腸菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)，C-Value:4.6106bp，大腸菌染色體DNA，52，(二)結(jié)構(gòu)基因的多乳糖操縱子lacoperon，-galactosidase半乳糖苷酶z，-galactosidepermease轉(zhuǎn)移酶y，-galactosidetransacetylase半半乳糖乙酰轉(zhuǎn)移酶a，53，涉及多種功能(3)其他結(jié)構(gòu)特征，c值： 4、639、221bp基因數(shù)： 4288基因大?。?950bp/gene基因間隔： 118bp

11、/2gene，1 .基因密度非常高，編碼區(qū)域占基因組多為單拷貝，rRNA基因?yàn)槎嗫截悾? .重復(fù)序列少，重復(fù)片段為轉(zhuǎn)座子，55，4 .編碼同工酶的同基因(isogene )、支鏈酸異構(gòu)酶、ilvbnacetolactatesynthaseilvi 乙酰乳酸合酶、entiscochorismatesynthaseetbisochorismatase，56 5 .不同原核生物基因組的GC含量(GCcontent )變化大(25%-75% )，支原體，57，(4)非編碼復(fù)制結(jié)束區(qū)(TerC )、轉(zhuǎn)錄開始區(qū)轉(zhuǎn)錄結(jié)束區(qū)、58、復(fù)制開始區(qū)(OriC )、59、大腸桿菌強(qiáng)啟動子、TTGACTATAAT轉(zhuǎn)錄開

12、始、60、終止子：強(qiáng)終止子：有反向的反復(fù)順序，可以形成莖輪結(jié)構(gòu)，然后形成poly(T )結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄結(jié)束用因子GC豐富區(qū)，AT豐富區(qū)，61，(5)易位現(xiàn)象，BarbaraMcClintock1902-1992，易位或轉(zhuǎn)座子：易位因子的基因組在不同位置間移動。 62，1 .轉(zhuǎn)錄因子的種類，轉(zhuǎn)錄酶，(1)插入序列小于2000bp，僅轉(zhuǎn)錄相關(guān)基因，63，(2)轉(zhuǎn)錄因子(transposon，Tn)2-20kb，總是抗性基因等其他基因Mu噬菌體(Mu )，65切斷是轉(zhuǎn)錄因子從原來的位置被切除并轉(zhuǎn)移到基因組的新位置，轉(zhuǎn)錄座是轉(zhuǎn)錄因子復(fù)制新的拷貝并轉(zhuǎn)移到基因組的新位置，2 .轉(zhuǎn)錄座因子的遺傳效應(yīng)、施主DNA

13、、轉(zhuǎn)錄座、受體DNA、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄座轉(zhuǎn)錄座結(jié)果使靶序列倍增，促進(jìn)染色體畸變，67，引起插入突變，具有68標(biāo)記基因的受體有新基因，氨芐西林抗性，四環(huán)素抗性，69，(6)質(zhì)粒(plasmid )，質(zhì)粒存在于細(xì)菌染色體外，自主復(fù)制70、質(zhì)粒的特性可以在宿主細(xì)胞內(nèi)自主復(fù)制，具有的遺傳信息可以給宿主賦予特定的遺傳性狀，在細(xì)胞分裂時經(jīng)常傳遞給后代的質(zhì)粒可以轉(zhuǎn)移。71，三真核生物基因組，72，(一)真核基因組特征為1，雙鏈狀且一條以上2，結(jié)構(gòu)基因?yàn)閿嗔鸦?，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順逆子4，非編碼序列遠(yuǎn)多于編碼區(qū)5，大量重復(fù)序列和基因家族6，DNA末端為端粒結(jié)構(gòu)7，細(xì)胞人基因組染色體，(二)染色體DNA的組成，核小體，

14、74，1 .單序列DNA(uniquesequenceDNA )，單序列在人基因組中超過50%。 結(jié)構(gòu)基因主要存在于單一序列中。 單復(fù)制DNA (單復(fù)制DNA )、75，2 .高重復(fù)序列DNA (高重復(fù)序列DNA )、重復(fù)次數(shù)106、76和(1)衛(wèi)星DNA存在于非碼區(qū)域的串聯(lián)重復(fù)序列中，基因組約占5%。 77、a .大衛(wèi)星DNA :重復(fù)單位為5-10bp，在人群中多態(tài)性不明顯。 78，b .小衛(wèi)星DNA :重復(fù)單位為9-24bp，呈高度多態(tài)性。 可變串聯(lián)重復(fù)序列、VNTR、端粒DNA:(TTAGGG)n、2-20kb、染色體復(fù)制、末端保護(hù)。 核心序列g(shù)ggcagagagaxg； 79，c .微

15、衛(wèi)星DNA (微衛(wèi)星DNA )，短串行重復(fù)，STR，重復(fù)單元2-6bp，常見的是(AC)n和(TG)n，重復(fù)次數(shù)10-60次，總長度小于150bp 80、(2) .反過來重復(fù)排列，5 aacccgctggtagcgtgtgtgtgtgtgttttt33 tttgggggcgaccaaa5，5 aaccccgctaggtgtgtgtgtttttt33 ttgggtgtggtgggcgat 基因組中約占5%，常見于基因調(diào)控區(qū)。 81，3 .中度重復(fù)序列：重復(fù)次數(shù)10-105，約基因組的35%，82，Alu家族：重復(fù)單位約為300bp，由兩個130bp的重復(fù)序列和31bp的間隔序列構(gòu)成，重復(fù)30-50萬次，分散在分布中的靈長類特有。 (83 )基因組序列多態(tài)性，兩個相同DNA序列的同一堿基位置含有不同的核苷酸。 1 .單核苷酸多態(tài)性(SNP