第三章基因與基因組的結(jié)構(gòu).ppt

1、3 基因與基因組的結(jié)構(gòu),3.1 基因的概念 3.2 基因概念的發(fā)展 3.3 基因的結(jié)構(gòu) 3.4 基因組(genome) 3.5 原核生物基因組 3.6 真核生物基因組,3.1 基因的概念,基因是遺傳的基本單位，是具有遺傳效應(yīng)的核酸片段。,3.1.1 基因概念的發(fā)展,經(jīng)典遺傳學(xué)基因是獨(dú)立的功能單位、重組單位和突變單位。,順反子概念基因是獨(dú)立的功能單位，內(nèi)含許多重組單位和突變單位。,分子遺傳學(xué)基因是一段有遺傳功能的DNA（或RNA）序列。,依其功能分為： 1、結(jié)構(gòu)Gene-編碼蛋白和酶分子結(jié)構(gòu)； 2、調(diào)控Gene-調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)基因表達(dá)； 3、轉(zhuǎn)錄而不翻譯的Gene： rDNA GenerRNA核仁形成

2、區(qū) 核糖體組成 tDNA GenetRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸,3.1.2 Gene類別,3.2 基因的結(jié)構(gòu),3.2.1 結(jié)構(gòu)基因的基本構(gòu)成,3.2.2 真核生物的斷裂基因, Splitting gene 的證實,DNA,mRNA,雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖,真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。,斷裂基因 (splite gene),編碼區(qū) A、B、C、D,外顯子 (exon) 和內(nèi)含子 (intron),外顯子：（基因上的編碼序列） 在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)

3、為成熟RNA的核酸序列。 內(nèi)含子：（基因上的非編碼序列） 在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，而在剪接過程中被除去的核酸序列。,3.3 基因組的大小與C值矛盾,基因組:指一個細(xì)胞中遺傳物質(zhì)的總量。 基因組 的大小一般用堿基對的數(shù)量來表示。 基因組的大小大致上與進(jìn)化的復(fù)雜性有關(guān)。,C值：生物體的單倍體基因組所含DNA總量。 C值矛盾：生物基因組大小同生物在進(jìn)化上所處地位的高低沒有關(guān)系，這種現(xiàn)象稱為。,基因組很小，大多只有一條染色體 結(jié)構(gòu)簡煉 存在轉(zhuǎn)錄單元(trnascriptional operon) 多順反子(polycistron) 有重疊基因,X174 D-E-J-F-G-H mRNA 蛋白

4、J、F、G H D E,3.4 原核生物基因組,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,3.4.1 大腸桿菌基因組,DNA閉合環(huán) 狀，4,639 Kb（1300微米），約4288個基因。 類核（nucleoid），支架（scafford）。 非編碼區(qū)比例較小。 結(jié)構(gòu)基因單拷貝，RNA基因為多拷貝。,類核的結(jié)構(gòu),大腸桿菌基因組,3.4.2 重疊基因(overlapping gene),蓮人在綠楊津 采 一 玉漱聲歌新闕,采蓮人在綠楊津，在綠楊津一闕新； 一闕新歌聲漱玉，歌聲漱玉采蓮人。,1977年Sanger首先發(fā)現(xiàn)重疊基因。 他對單鏈環(huán)狀的噬菌體X174進(jìn)行了測序， 5386Nt ，11 個基因， 3個轉(zhuǎn)錄單位，由3個啟

5、動子（pA,pB,pD）啟動。 X174含有的5386Nt最多能編碼1795個氨基酸，若每個氨基酸的平均分子量為110，則總的蛋白質(zhì)分子量為197,000Da，但實際蛋白質(zhì)總分子量卻為262,000D。 將全部DNA順序和蛋白質(zhì)的氨基酸順序進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了重疊基因。,3.5 真核生物基因組,核基因組 細(xì)胞器基因組 多為環(huán)狀,多拷貝; 均編碼自身所需的蛋白和RNA,真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn),真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 3109bp、染色質(zhì)、核膜 單順反子 基因不連續(xù)性 斷裂基因（interrupted gene）、 內(nèi)含子(intron)、 外顯子(exon) 非編碼區(qū)較多 多于編碼序列(9:1) 含有大

6、量重復(fù)序列,3.6 真核基因組DNA序列的分類,單一序列(Unique sequence ): 包括大多數(shù)編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因和基因間間隔序列。 重復(fù)序列:具有多數(shù)反復(fù)存在的DNA順序。,短片段的重復(fù)序列按不同的排列方式可分為三種類型： （1）正向重復(fù)(direct repeats)又叫順向重復(fù)； 5 CAGGCAGG 3 3 GTCCGTCC 5 （2）鏡向重復(fù)(mirror repeats) ； （3）回文序列 (inverted repeats),反向重復(fù)序列復(fù)性時形成的+字結(jié)構(gòu)若取一半即為發(fā)夾結(jié)構(gòu),書臨漢字翰林書,畫上荷花和尚畫,順反相同,長片段的重復(fù)序列根據(jù)其重復(fù)的頻度分為:,輕度重

7、復(fù)序列 中度重復(fù)序列 高度重復(fù)序列,輕度重復(fù)序列 在基因組中含有2-10拷貝，酵母tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。,中度重復(fù)序列 長約300bp 基因組中約有10-幾百個拷貝的順序 如rRNA和tRNA基因。,Types of repeat, long interspersed repeated segments，LINES， 長散在重復(fù)序列 長度1000bp(可達(dá)7Kb)，拷貝數(shù)104-105，如人LINES LINE是可以自主轉(zhuǎn)座的一類反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，來源于RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物 Short interspersed repeated segments，SINES， 短散在重復(fù)序列 長

8、度105如人Alu序列 SINE則是非自主轉(zhuǎn)座的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，來源于RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄物。,依據(jù)重復(fù)序列的長度，中度重復(fù)序列可分為兩種類型：,A1u序列 (人類基因組中最常見的短散在的重復(fù)DNA序列,含有Alu酶切位點(diǎn)（AGCT） 重復(fù)單位長300bp 通過RNA，再反轉(zhuǎn)錄成cDNA，插入人類基因組 可轉(zhuǎn)錄成hnRNA，但在mRNA成熟過程中被切除。 Alu序列具有種的特異性,高度重復(fù)序列 重復(fù)幾百萬次，一般是少于10個核苷酸殘基組成的短片段。如異染色質(zhì)上的衛(wèi)星DNA。它們是不翻譯的片段。在小鼠中約占基因組的10。,高度重復(fù)序列包括：,衛(wèi)星DNA (satellite DNA) 小衛(wèi)星DNA(

9、minisatellite DNA) 微衛(wèi)星DNA (microsatellite DNA),衛(wèi)星DNA (Satellite DNA),衛(wèi)星DNA（Satellite DNA）:大多數(shù)位于著絲粒區(qū) 小衛(wèi)星DNA (Minisatellite DNA) ：如位于端粒處的DNA，由幾個核苷酸對的單元重復(fù)組成。 微衛(wèi)星DNA (Microsatellite DNA)：由14個左右的核苷酸對的單元重復(fù)若干次組成。,小衛(wèi)星DNA 端粒DNA VNTR序列(variable number of tandem repeats， 可變數(shù)目的串聯(lián)重復(fù)序列),人類VNTRs的第一個探針,1985年由Alec J

10、effries制備 在肌紅蛋白基因的第一個內(nèi)含子中 分離出132bp的重復(fù)順序 內(nèi)含4個長33bp的重復(fù)單位 內(nèi)有13bp為核心順序 （GGAGGTGGGCAGG）,DNA指紋 ( DNA fingerprints),把小衛(wèi)星DNA(VNTR)核心序列串聯(lián)起來作為分子探針，與不同個體的DNA進(jìn)行分子雜交，就會呈現(xiàn)出各自特有的雜交圖譜，它們與人的指紋一樣，具有專一性和特征性，因人而異，因此被稱作“DNA指紋” 。,用小衛(wèi)星DNA(VNTR)產(chǎn)生DNA片段組，以電泳分離時，提供的任何個體的獨(dú)特模式- (DNA fingerprint),DNA可以從犯罪現(xiàn)場的組織和體液中提取(經(jīng)常是血液、 精液或毛

11、發(fā))，然后與懷疑對象取得的對照樣品比較。,DNA指紋的特點(diǎn)：,1、多位點(diǎn)性,2、簡單的遺傳方式,3、高度變異性,應(yīng)用 :,1 可應(yīng)用在犯罪研究中。,VNTR,2 幫助確立親子關(guān)系，證實家譜或顯示個體的相關(guān)性。,用 DNA 指 紋 判 定 血 緣 關(guān) 系 。 A 和 C 的 條 紋 皆 來 自 于 這 對 夫 妻 ， 因 此 是 他 們 的 親 生 兒 女 。 B 的 條 紋 有 一 部 分 與 妻 子 相 同 ， 所 以 是 她 與 前 夫 所 生 。 D 的 條 紋 與 這 對 夫 妻 不 同 ， 可 以 斷 定 與 他 們 無 血 緣 關(guān)系 。,出現(xiàn)在更小的基因簇(200bp)中，以非常短

12、的重復(fù)單位(14bp)為特征。它們有高度的多態(tài)性，分布在整個基因組中，所以它們是理想的遺傳標(biāo)記(simple sequence repeats, SSR)。,微衛(wèi)星DNA,DNA分類,3.7 基因家族與基因簇,基因家族(gene family)：由同一個祖先基因經(jīng)過重復(fù)(duplication)與變異進(jìn)化而形成結(jié)構(gòu)與功能相似的一組基因，組成了一個基因家族。,基因簇(gene cluster):由功能相同或相關(guān)的鄰近基因組成的一個基因群或一組基因。,多基因家族經(jīng)常包含結(jié)構(gòu)保守的基因，它們是通過積累突變產(chǎn)生，來滿足不同的功能需要。如果突變使基因功能完全喪失，這樣的無功能的基因拷貝稱為假基因，經(jīng)常用希臘字母表示。,根據(jù)起源和結(jié)構(gòu)的不同，假基因分為兩類： 未加工的假基因 加工的假基因,3.8 假基因(pseudogene),未加工的假基因(nonprocess pseu