A第章基因組相同和基因章.ppt

第一節(jié)同一機(jī)體不同組織細(xì)胞基因相同一.遺傳學(xué)證據(jù)同一個(gè)體細(xì)胞的染色體和基因組相同果蠅幼蟲細(xì)胞的多線染色體上有許多特征性的條帶，其單倍體基因組約有5150個(gè)不同的條帶，在整個(gè)幼蟲和成體不同組織細(xì)胞中染色體數(shù)目是相同的，染色體上條帶的圖型也保持不變，條帶的數(shù)目與基因的數(shù)目有明顯的相關(guān)性.,唾液腺、馬氏管、直腸和消化道中的染色體,二.胚胎學(xué)證據(jù)已分化細(xì)胞仍然具有發(fā)育成為其它細(xì)胞的潛能分離的海膽的2-16細(xì)胞期胚胎卵裂球，每個(gè)都能發(fā)育為正常的胚胎表明早期胚胎卵裂球是全能的蠑螈16-細(xì)胞期胚胎卵裂球具有發(fā)育為完整個(gè)體的潛能,已決定或已分化的細(xì)胞仍然具有發(fā)育為其它細(xì)胞的能力轉(zhuǎn)決定(transdetermination)：果蠅幼蟲成蟲盤(imaginaldiscs，圖)細(xì)胞，分化為確定命運(yùn)的成蟲細(xì)胞。這種決定是穩(wěn)定的;但在一定條件下其命運(yùn)也會(huì)改變，如觸角盤經(jīng)過多次移植將分化形成成蟲的腿、翅或嘴。成蟲盤細(xì)胞這種不按已決定的命運(yùn)分化為一定類型器官，而是分化為成體其它器官的現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)決定,果蠅成蟲盤對(duì)應(yīng)成體的器官,轉(zhuǎn)分化或組織變形(metaplasia)，指由已分化的細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為其它細(xì)胞類型的現(xiàn)象。如蠑螈的晶狀體再生(下圖)。除去晶狀體原基，其腹側(cè)虹膜可再生新的晶狀體；除去視網(wǎng)膜原基，色素視網(wǎng)膜便可再生新視網(wǎng)膜。,三.分子生物學(xué)的證據(jù)不同組織的細(xì)胞具有完全相同的核基因組DNA核酸分子雜交(nucleicacidhybridi-zation)證明有機(jī)體不同組織細(xì)胞具有量和序列完全相同的核基因組DNA。原位雜交(insituhybrization)進(jìn)一步顯示已分化細(xì)胞仍然含有不表達(dá)的其它組織專一性基因。,第二節(jié)核潛能的限制一.在發(fā)育中核潛能被限定Briggs和King(1952,1960)用核移植技術(shù)(下圖)在豹蛙中所得結(jié)果顯示：發(fā)育時(shí)期愈晚，體細(xì)胞核指導(dǎo)發(fā)育為蝌蚪的百分率愈小.許多實(shí)驗(yàn)證明，隨著個(gè)體發(fā)育的進(jìn)行，體細(xì)胞核指導(dǎo)發(fā)育的潛能越來越限定，似乎喪失了指導(dǎo)完全發(fā)育的能力。核潛能限定是穩(wěn)定的和具有一定的組織特異性。,二.細(xì)胞核潛在全能性的研究為真正研究核潛能采用了核克隆(nuclearcloning，下左圖)，每個(gè)核克隆有其特征性的表現(xiàn)型，同一克隆的核不僅指導(dǎo)發(fā)育的能力基本一致，而且發(fā)育被阻斷的階段也一致。經(jīng)過幾代克隆這些特征保持不變。通過核克隆可大大提高指導(dǎo)發(fā)育的能力。,通過低溫處理受體卵降低其分裂速度和通過精胺處理供體核提高其分裂速度，使二者分裂速度匹配，同樣提高核移植后指導(dǎo)發(fā)育的能力。由于核移植技術(shù)不斷改進(jìn)，1966年Gurdon將爪蟾蝌蚪腸細(xì)胞核移植到去核卵，得到有生殖能力的成體。證明已分化的腸細(xì)胞的細(xì)胞核能指導(dǎo)完全的發(fā)育過程，產(chǎn)生不同類型的體細(xì)胞，說明了細(xì)胞核的全能性。蝌蚪紅細(xì)胞DNA停止復(fù)制，不合成RNA，將其核移入去核卵恢復(fù)DNA復(fù)制并發(fā)育出游泳蝌蚪。,從兩棲類克隆實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析可歸納出以下結(jié)論：伴隨發(fā)育的進(jìn)行有機(jī)體的體細(xì)胞存在著普遍的核潛能限定的現(xiàn)象，這種限定是確定的，而且具有供體核的特異性。其次，分化細(xì)胞核基因組具有產(chǎn)生蝌蚪全部細(xì)胞類型的潛能。后來核移植技術(shù)也用于哺乳動(dòng)物(下圖)。,克隆羊Dolly的誕生(1997)亦說明體細(xì)胞核發(fā)育的全能性。這是人類首次成功的用哺乳動(dòng)物體細(xì)胞成年母羊乳腺上皮細(xì)胞核為供體，經(jīng)過多次核移植而獲得的后代.隨后克隆猴、克隆牛、克隆羊等一系列克隆動(dòng)物的研究也獲得了成功。獲得克隆哺乳動(dòng)物的技術(shù)路線如圖，移植的供體核都來源于成體動(dòng)物的體細(xì)胞。這說明，絕大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞的核都具有潛在的全能性.,第三節(jié)基因組相同的例外基因組改變一、染色質(zhì)消減(chrompsonediminution)：如馬蛔蟲體細(xì)胞的前體細(xì)胞在卵裂期間約80%的DNA丟失。二、基因重排(generearrangement):如淋巴細(xì)胞在分化過程中免疫球蛋白基因重排，其基因組發(fā)生改變。B淋巴細(xì)胞是受到抗原刺激后產(chǎn)生抗體的細(xì)胞。這種抗體對(duì)特異性抗原的選擇涉及B淋巴細(xì)胞分化過程中新基因的產(chǎn)生.,抗體分子由兩對(duì)多肽亞基組成，含有兩條完全相同的重鏈和兩條完全相同的輕鏈(下圖)?？贵w分子每條肽鏈分為變區(qū)和恒區(qū)：變區(qū)由氨基端組成，其結(jié)構(gòu)決定抗體分子的特異性；恒區(qū)由羧基端組成，它決定抗體分子的其它性質(zhì)。編碼抗體分子四條肽鏈的基因由DNA片段組成。,編碼輕鏈的基因含三種DNA片段：V片段負(fù)責(zé)編碼輕鏈變區(qū)的97個(gè)氨基酸，大約有300種不同序列的V片段；J片段負(fù)責(zé)編碼輕鏈變區(qū)最后15-17個(gè)氨基酸，有4-5個(gè)不同序列的J片段；C片段負(fù)責(zé)編碼輕鏈恒區(qū).在B細(xì)胞分化過程中，一個(gè)V片段和一個(gè)J片段經(jīng)過移動(dòng)和剪接形成輕鏈變區(qū)基因，即經(jīng)過基因重排，其結(jié)果丟失了一些DNA片段（下圖）。,三.基因擴(kuò)增(geneamplification):最早對(duì)爪蟾卵母細(xì)胞核糖體RNA(rRNA)進(jìn)行研究。卵母細(xì)胞的基因擴(kuò)增從蝌蚪變態(tài)期開始，一直到卵母細(xì)胞成熟之前。經(jīng)過基因擴(kuò)增卵母細(xì)胞中rDNA已達(dá)到體細(xì)胞的2X105倍，這些擴(kuò)增基因都位于染色體之外形成許多小顆粒，從電鏡下觀察到核仁增加(下圖),兩棲類核糖體RNA基因位于核仁組織區(qū)的核糖體DNA以成串重復(fù)的形式排列(下圖)。18S，5.8S和28S三種rRNA基因連接在一起，構(gòu)成一個(gè)大的核糖體RNA基因轉(zhuǎn)錄單位。這些單位在DNA鏈上串聯(lián)重復(fù)約5000次。每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位具有一個(gè)5的前導(dǎo)序列，以后依次是18SrRNA基因的編碼序列、轉(zhuǎn)錄間隔、5.8SrRNA基因、轉(zhuǎn)錄間隔、28SrRNA基因。這些基因之間沒有內(nèi)含子，以整個(gè)轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄成一個(gè)40SrRNA前體，再由后者產(chǎn)生三種rRNA。,染色體上rRNA基因轉(zhuǎn)錄單位一樣，非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)的長(zhǎng)短不一樣.通過基因擴(kuò)增可轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大量的RNA，但基因擴(kuò)增并不是普遍現(xiàn)象，其機(jī)制尚不完全清楚。,第十三章染色質(zhì)水平基因活性的調(diào)控,真核生物的DNA主要集中在細(xì)胞核內(nèi)并與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成以核小體為基本單位的染色質(zhì)(chromatin)結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)根據(jù)在細(xì)胞分裂期間折疊壓縮的狀況分為異染色質(zhì)(heterochromatin)和常染色質(zhì)(euchromatin)。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化是基因轉(zhuǎn)錄的前提。,第一節(jié)異染色質(zhì)異染色質(zhì)存在結(jié)構(gòu)型和機(jī)動(dòng)型，前者不變形，不轉(zhuǎn)錄；后者變形后具轉(zhuǎn)錄活性。如雌性哺乳動(dòng)物兩個(gè)X染色體中一個(gè)隨機(jī)失活一.X染色體失活1949年Barr和Bertram發(fā)現(xiàn)雌貓細(xì)胞核核膜附近有染色較深的顆粒，命名為巴氏小體(Barrbody)，以后認(rèn)識(shí)到是一個(gè)失活的X染色體。它廣泛存在于雌性哺乳動(dòng)物中。MaryLeon(1961)認(rèn)為兩個(gè)X染色體在發(fā)育某一階段必然有一個(gè)發(fā)生隨機(jī)失活(randominactivation)。這種失活不可逆，其后代亦然,在卵子減數(shù)分裂時(shí)失活的X染色體可恢復(fù)活性，保證完整遺傳信息，但其機(jī)制不清(右圖),二.水蠟蟲的染色體失活水蠟蟲雌性個(gè)體細(xì)胞中不具有兼性染色質(zhì)，但是雄性個(gè)體細(xì)胞一整套單倍體父源性染色體經(jīng)歷異染色質(zhì)化而失去轉(zhuǎn)錄活性，甚至本來在雄性親代細(xì)胞中具有轉(zhuǎn)錄活性的常染色質(zhì)在傳遞給雄性子代時(shí)也轉(zhuǎn)變成異染色質(zhì)。(這樣)在雄性動(dòng)物的細(xì)胞核中存在一套單倍體母源性常染色質(zhì)和一套單倍體父