基因和基因組

1、第 三 章 基因與基因組 提 綱 基因概念的演變 操縱子遺傳信息傳遞和表達(dá)的統(tǒng)一體 外顯子和內(nèi)含子基因結(jié)構(gòu)是斷裂的 重疊基因 轉(zhuǎn)座元件基因并不全是固定在染色體一個(gè)位 置上 基因家族 基因組與基因組研究 1. 基因概念的演變 1.1 基因的傳統(tǒng)概念： Bead Theory “三位一體” p基因是一個(gè)結(jié)構(gòu)單位，不能由交換分開； p基因是突變單位，可以從一個(gè)等位形式變?yōu)榱硪恍问剑?p基因是功能單位，能產(chǎn)生一種特定的表型效應(yīng)； p染色體是基因的載體。 基因的現(xiàn)代概念: 基因是一個(gè)功能單位，基因內(nèi)部可突變和重組。 一個(gè)基因就是一個(gè)順反子（可分的）。 基因是一段包含生物信息的DNA片段，能編碼一 個(gè)RN

2、A或/和多肽分子。 2. 操縱子遺傳信息傳遞和表達(dá)的統(tǒng)一體 1961年 法國人 FJacob （雅各布） many with poultry exposure N o s u s t a i n e d o r c o m m u n i t y transmission Electron micrograph of Influenza A H7N9 抗原性轉(zhuǎn)變（antigenic shift） 變異幅度大，屬于質(zhì)變，即病毒株表面抗原結(jié)構(gòu)一種或兩種發(fā)生變異，與前次流行 株抗原相異，形成新亞型（如H1N1H2N2、H2N2H3N2），由于人群缺 少對變異病毒株的免疫力，從而引起流感大流行。如果兩

3、種不同病毒同時(shí)感染 同一細(xì)胞，則可發(fā)生基因重組形成新亞型。 抗原性漂移（antigenic drift） 變異幅度小或連續(xù)變異，屬于量變，即亞型內(nèi)變異。一般認(rèn)為這種變異是 由病毒基因點(diǎn)突變和人群免疫力選擇所造成的，所引起的流行是小規(guī) 模的。 流感病毒基因組 變異 Antigenic drift creates influenza viruses with slightly modified antigens, while antigenic shift generates viruses with entirely novel antigens. Antigenic shift, or rea

4、ssortment, can result in novel and highly pathogenic s t r a i n s o f h u m a n influenza 禽鳥 人類 流感病毒基因組測序 2009年3月起源于墨西哥和美國 的甲型H1N1 流感，為A型流感 病毒，屬于H1N1亞型流感病毒 毒株。 H1N1為單股RNA病毒，基因組 13.6 kb，含8個(gè)獨(dú)立的基因片段， 分別編碼RNA聚合酶PB1，聚合 酶PA，PB1-F2和PB2，基質(zhì)蛋 白M1和M2，非結(jié)構(gòu)蛋白NS1和 2，核衣殼蛋白NP，凝血酶素 HA和神經(jīng)氨酸NA。 PB1來自 人的H3N2 PB2和PA來自于禽

5、的H5N1 HA,NP和NS來自北美豬的H1N1； NA和MP來自歐洲豬的H1N1 新H1N1毒株 基因重組 2013年4月初，中國科學(xué)院病原微生物與免疫學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對H7N9 禽流感病毒進(jìn)行基因溯源研究顯示，H7N9禽流感病毒基因來自于東 亞地區(qū)野鳥和中國上海、浙江、江蘇雞群的基因重組。而病毒自身基 因變異可能是H7N9型禽流感病毒感染人并導(dǎo)致高死亡率的原因。 H9N2禽流感病毒來源于中國上海、浙江、江蘇等地的雞群。 基因重組的發(fā)生地很有可能在中國的長三角地區(qū)，過程可能是亞歐大 陸遷徙的野鳥（攜帶病毒）在自然遷徙過程中（經(jīng)由韓國等東亞地區(qū)） 和中國長三角地區(qū)的鴨群、雞群攜帶的禽流感病毒進(jìn)行基

6、因重配而產(chǎn) 生。 2013年月日，一項(xiàng)關(guān)于H7N9禽流感的重大研究在世界著名醫(yī)學(xué)期刊柳葉刀的 官方網(wǎng)站在線發(fā)表。這篇由中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)完成的研究論文首次在國際上警示，H7N9 病毒正在向適合感染哺乳動物方向發(fā)展，這使病毒更容易感染到人。 Human infections with the emerging avian influenza A H7N9 virus from wet market poultry: clinical analysis and characterisation of viral genome 認(rèn)識病毒基因組的 重大意義 臨床疫情診斷 分子流行病學(xué)研究 合理科學(xué)的防治監(jiān)

7、控 制備有效的抗病毒疫苗 原核生物基因組組裝方式 單條染色體，共價(jià)閉 合 集中在類核體上 基因組較小 結(jié)構(gòu)和組成較簡單 真核生物基因組組裝方式 3,000,000,000bp （30 億個(gè)堿基對） 588,000pages， A4 3bp/s 自己的基因組天書，要讀 50年 7.4 認(rèn)識人類基因組 人類基因組計(jì)劃 HGP 10年完成草圖（1990-2000） 14年完成全部測序 （1990-2003） 美國，英國，德國，法國，日本和 中國六個(gè)國家的科研機(jī)構(gòu)參與其中。 美國地區(qū)的總開銷為3,452.9百萬 美元。 遺傳圖譜基因圖譜 序列圖譜物理圖譜 人類基因組的四張圖 還包括對五種生物基因組 的

8、研究：大腸桿菌、酵母、 線蟲、果蠅和小鼠，稱之 為人類的五種“模式生 物”。 HGP的主要任務(wù) 人類基因組的測序路線 基因組測序 基因組計(jì)劃的最后一關(guān)， 也是最終目標(biāo)。 DNA測序方法發(fā)明于 上世紀(jì)70年代。鏈終 止法是現(xiàn)在常用的大規(guī) 模基因組測序方法，利 于實(shí)現(xiàn)自動化。 雙脫氧核苷酸 世界上第一份“個(gè)人版”基因 組圖譜 u“DNA之父” 詹姆斯沃森于2007年5月31日得到了一份特殊的禮物： 載有他本人的完整基因組圖譜的一張DVD光盤，這也是世界上破譯出的 第一份“個(gè)人版”基因組圖譜。 u為了科研需要，沃森準(zhǔn)備公開自己的個(gè)人基因圖譜?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)沃森 的基因組中包含很多變異的染色體，其中有的染色體組與癌變有直接關(guān) 聯(lián)（從20多歲開始，沃森就患有皮膚癌）。 人類基因組 3000Mb 基因外序列 2100Mb 基因和基因相關(guān)序列 900Mb 編碼序列 90Mb 非編碼序列 810Mb 假基因內(nèi)含子 前導(dǎo)區(qū)，尾區(qū) 重復(fù)序列 420Mb 單拷貝和低拷貝 序列 1680Mb 串聯(lián)重復(fù) 散在重復(fù) 衛(wèi)星DNA微衛(wèi)星DNA 小衛(wèi)星D