功能基因組研究課件

1、功能基因組研究課件 基基 因因 克隆克隆 (GENE CLONING) ZHANG ZHAO-SONG ( Department of Pathogenic Biology Nanjing Medical University Tel: 86862909 E-mail: 功能基因組研究課件 基因基因,在希臘語(yǔ)中是在希臘語(yǔ)中是“給予生命給予生命”之意，之意，1909年，年， 丹麥生物學(xué)家丹麥生物學(xué)家 W.Johannsen首先使用名詞首先使用名詞“基因基因” 代替代替“遺傳因子遺傳因子” 這個(gè)術(shù)語(yǔ)。隨著遺傳學(xué)、分子這個(gè)術(shù)語(yǔ)。隨著遺傳學(xué)、分子 生物學(xué)、生物化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展

2、，人們對(duì)基因本性的生物學(xué)、生物化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，人們對(duì)基因本性的 認(rèn)識(shí)逐漸深入，基因的概念和涵義也不斷地發(fā)展和認(rèn)識(shí)逐漸深入，基因的概念和涵義也不斷地發(fā)展和 豐富。豐富。 基基 因因 功能基因組研究課件 1926年，年，Morgan發(fā)表了發(fā)表了“基因論基因論”，指出基因，指出基因 是在特定的染色體上，而且是呈直線排列在染色體是在特定的染色體上，而且是呈直線排列在染色體 上的遺傳顆粒上的遺傳顆粒，位于同源染色體的同一位置上的相位于同源染色體的同一位置上的相 對(duì)基因叫做對(duì)基因叫做等位基因等位基因?；蚴鞘来鄠鞯模??；蚴鞘来鄠鞯?，基因決基因決 定遺傳性狀的表達(dá)定遺傳性狀的表達(dá)。 功能基因組研究課件

3、 1941年，年，Beade和和Tatum用用X射線照射射線照射鏈孢鏈孢 霉菌使其產(chǎn)生不同的突變株霉菌使其產(chǎn)生不同的突變株，他們發(fā)現(xiàn)突變可，他們發(fā)現(xiàn)突變可 致催化代謝的酶發(fā)生變化，因而提出了致催化代謝的酶發(fā)生變化，因而提出了“一個(gè)一個(gè) 基因一個(gè)酶基因一個(gè)酶”的假說(shuō)的假說(shuō)。基因中的突變可導(dǎo)致它基因中的突變可導(dǎo)致它 所負(fù)責(zé)的酶活性的改變所負(fù)責(zé)的酶活性的改變。 。 功能基因組研究課件 直到直到1957年，科學(xué)家找到了證明該假說(shuō)的年，科學(xué)家找到了證明該假說(shuō)的 證據(jù)。證據(jù)。Ingram 通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，鐮狀細(xì)胞貧通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，鐮狀細(xì)胞貧 血（血（sickle cell anemia）的病因是編碼血紅）的病

4、因是編碼血紅 蛋白的基因發(fā)生了突變，從而改變了血紅蛋蛋白的基因發(fā)生了突變，從而改變了血紅蛋 白的氨基酸組成白的氨基酸組成。 功能基因組研究課件 基因的生物學(xué)概念闡述了基因的功能基因的生物學(xué)概念闡述了基因的功能，如如 基因是可遺傳的、基因型決定表型、基因呈直基因是可遺傳的、基因型決定表型、基因呈直 線排列在染色體上、基因在世代相傳的行為和線排列在染色體上、基因在世代相傳的行為和 功能表達(dá)上具有相對(duì)的獨(dú)立性等，功能表達(dá)上具有相對(duì)的獨(dú)立性等，但尚未闡明但尚未闡明 基因究竟是什么？它的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？基因究竟是什么？它的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？ 功能基因組研究課件 隨著科學(xué)的進(jìn)步，今天已清楚地知道，隨著科學(xué)的

5、進(jìn)步，今天已清楚地知道，基因基因（gene）是）是 DNA分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是遺傳分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是遺傳 物質(zhì)的基本單位。物質(zhì)的基本單位。 DNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，基因位于染色體上基因位于染色體上, 實(shí)際上是位于實(shí)際上是位于 染色體的染色體的DNA上。上?；蚴腔蚴荄NA大分子的一個(gè)個(gè)片段，有復(fù)大分子的一個(gè)個(gè)片段，有復(fù) 制、轉(zhuǎn)錄等主要的生物學(xué)功能，是生物遺傳繁殖的物質(zhì)基制、轉(zhuǎn)錄等主要的生物學(xué)功能，是生物遺傳繁殖的物質(zhì)基 礎(chǔ)礎(chǔ)。 功能基因組研究課件 生物體的生物體的表型表型是通過(guò)產(chǎn)生許多特殊的是通過(guò)產(chǎn)生許多特殊的蛋蛋 白質(zhì)白質(zhì)來(lái)實(shí)

6、現(xiàn)的，而蛋白質(zhì)由一系列的氨基酸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而蛋白質(zhì)由一系列的氨基酸 組成，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和活性由其氨基酸的排組成，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和活性由其氨基酸的排 列順序來(lái)決定。而列順序來(lái)決定。而DNA的核苷酸序列能決定的核苷酸序列能決定 組成它所對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)的氨基酸序列。這種關(guān)組成它所對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)的氨基酸序列。這種關(guān) 系叫做系叫做遺傳密碼遺傳密碼。 功能基因組研究課件 遺傳密碼是以三個(gè)核苷酸為一組翻譯的，遺傳密碼是以三個(gè)核苷酸為一組翻譯的， 每個(gè)三核苷酸叫做一個(gè)密碼子每個(gè)三核苷酸叫做一個(gè)密碼子（codon），）， 編碼一個(gè)氨基酸編碼一個(gè)氨基酸。一個(gè)基因包括一系列從。一個(gè)基因包括一系列從 固定的起始位點(diǎn)讀起并在固定的

7、位點(diǎn)終止固定的起始位點(diǎn)讀起并在固定的位點(diǎn)終止 的密碼子。的密碼子。通常按通常按53方向書寫方向書寫，對(duì)應(yīng)其，對(duì)應(yīng)其 蛋白質(zhì)產(chǎn)物的蛋白質(zhì)產(chǎn)物的N末端到末端到C末端。在任何確定末端。在任何確定 的區(qū)域，的區(qū)域，DNA只有其中的一條鏈編碼蛋白只有其中的一條鏈編碼蛋白 質(zhì)質(zhì)。 功能基因組研究課件 隨著分子生物學(xué)研究的進(jìn)展，隨著分子生物學(xué)研究的進(jìn)展，基因不是用一段基因不是用一段 DNA就可以概括的。就可以概括的。 在原核生物中，常見(jiàn)幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因組成一個(gè)操在原核生物中，常見(jiàn)幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因組成一個(gè)操 縱子，發(fā)生在結(jié)構(gòu)基因區(qū)域的突變可把它們區(qū)別縱子，發(fā)生在結(jié)構(gòu)基因區(qū)域的突變可把它們區(qū)別 開(kāi)來(lái)。但當(dāng)突變發(fā)生在操縱

8、子的啟動(dòng)子區(qū)域或調(diào)開(kāi)來(lái)。但當(dāng)突變發(fā)生在操縱子的啟動(dòng)子區(qū)域或調(diào) 控區(qū)，則操縱子所控制的所有結(jié)構(gòu)基因都會(huì)受到控區(qū)，則操縱子所控制的所有結(jié)構(gòu)基因都會(huì)受到 影響。影響。 功能基因組研究課件 在真核細(xì)胞中，首先轉(zhuǎn)錄出的核不均一在真核細(xì)胞中，首先轉(zhuǎn)錄出的核不均一RNA （heterogeneous nuclear RNA, hnRNA）有不同）有不同 的內(nèi)含子剪接位點(diǎn)，可通過(guò)不同的剪接修飾，產(chǎn)的內(nèi)含子剪接位點(diǎn)，可通過(guò)不同的剪接修飾，產(chǎn) 生兩種以上的不同的生兩種以上的不同的mRNA，進(jìn)而編碼不同的蛋，進(jìn)而編碼不同的蛋 白質(zhì)。由于分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如白質(zhì)。由于分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如DNA分子分子 克隆、

9、核苷酸序列測(cè)定、核酸分子雜交等實(shí)驗(yàn)手克隆、核苷酸序列測(cè)定、核酸分子雜交等實(shí)驗(yàn)手 段的不斷出現(xiàn)，可從分子水平上研究基因的結(jié)構(gòu)段的不斷出現(xiàn)，可從分子水平上研究基因的結(jié)構(gòu) 和功能，豐富并深化了對(duì)基因本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。和功能，豐富并深化了對(duì)基因本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。 功能基因組研究課件 還有一大類還有一大類RNA基因基因，如，如rRNA、tRNA、 snRNA ( small nuclear RNA )基因等，基因等，它們它們 只轉(zhuǎn)錄生成只轉(zhuǎn)錄生成RNA，并不翻譯蛋白質(zhì)，并不翻譯蛋白質(zhì)，就無(wú)，就無(wú) 法從遺傳性狀來(lái)分析它們了。因此，法從遺傳性狀來(lái)分析它們了。因此，現(xiàn)代現(xiàn)代 分子生物學(xué)的基因概念應(yīng)該是分子生物學(xué)的基因概念

10、應(yīng)該是：合成有功合成有功 能的蛋白質(zhì)或能的蛋白質(zhì)或RNA所必需的全部所必需的全部DNA序列序列 （除部分病毒（除部分病毒RNA），即一個(gè)基因不僅包），即一個(gè)基因不僅包 括編碼蛋白質(zhì)或括編碼蛋白質(zhì)或RNA的核苷酸序列，還包的核苷酸序列，還包 括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。括為保證轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)控序列。 功能基因組研究課件 從分子水平來(lái)說(shuō)，基因有從分子水平來(lái)說(shuō)，基因有 三個(gè)基本特性。三個(gè)基本特性。 功能基因組研究課件 基因可自體復(fù)制基因可自體復(fù)制 1953年年Watson-Crick 提出了提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。說(shuō)明了半雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。說(shuō)明了半 保留復(fù)制機(jī)制，兩股保留復(fù)制機(jī)制，兩股DNA彼此

11、分開(kāi)，以彼此分開(kāi)，以 每一股為模板，按堿基配對(duì)的規(guī)則，各自每一股為模板，按堿基配對(duì)的規(guī)則，各自 配上一股新的配上一股新的DNA，復(fù)制便告完成。，復(fù)制便告完成。 功能基因組研究課件 基 因 決 定 性 狀基 因 決 定 性 狀 生 物 體 的 表 （ 現(xiàn) ） 型生 物 體 的 表 （ 現(xiàn) ） 型 （phenotype）是指有機(jī)體可見(jiàn)的或可計(jì)算的外在性）是指有機(jī)體可見(jiàn)的或可計(jì)算的外在性 質(zhì)，而質(zhì)，而基因型基因型（genotype）是指控制這些表型的遺傳是指控制這些表型的遺傳 因子因子。生物體的表型是通過(guò)產(chǎn)生許多特殊的蛋白質(zhì)。生物體的表型是通過(guò)產(chǎn)生許多特殊的蛋白質(zhì) 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而DNA的核

12、苷酸序列能決定組成它所對(duì)的核苷酸序列能決定組成它所對(duì) 應(yīng)蛋白質(zhì)的氨基酸序列。應(yīng)蛋白質(zhì)的氨基酸序列。這種關(guān)系叫做遺傳密碼。這種關(guān)系叫做遺傳密碼。 功能基因組研究課件 基因突變基因突變 基因通常是一個(gè)基因通常是一個(gè)穩(wěn)定的遺傳單位穩(wěn)定的遺傳單位， 但它也可能發(fā)生可但它也可能發(fā)生可遺傳的變異遺傳的變異，這種變異叫，這種變異叫基因突基因突 變變（mutation）。突變以后的基因以新的形式穩(wěn)定）。突變以后的基因以新的形式穩(wěn)定 遺傳。遺傳。攜帶突變基因的生物體叫突變體（攜帶突變基因的生物體叫突變體（mutant），）， 攜帶正?；虻纳矬w叫攜帶正?；虻纳矬w叫野生型野生型（wild type)。 功能

13、基因組研究課件 （1）原核生物）原核生物 : 一般只有一個(gè)染色體，即一般只有一個(gè)染色體，即 核酸分子核酸分子，大多數(shù)為雙螺旋結(jié)構(gòu)，少數(shù)以單鏈，大多數(shù)為雙螺旋結(jié)構(gòu)，少數(shù)以單鏈 形式存在。原核生物基因組較小，如大腸桿菌形式存在。原核生物基因組較小，如大腸桿菌 為為4.2106 bp，。因細(xì)菌生長(zhǎng)迅速，生長(zhǎng)條件，。因細(xì)菌生長(zhǎng)迅速，生長(zhǎng)條件 易被人為控制，取材方便，故易被人為控制，取材方便，故原核生物是從分原核生物是從分 子水平研究生物的遺傳特性及信息傳遞的好素子水平研究生物的遺傳特性及信息傳遞的好素 材材。 功能基因組研究課件 功能基因組研究課件 （2）真核生物真核生物 真核生物基因組比原核生物要復(fù)

14、雜真核生物基因組比原核生物要復(fù)雜 得多。其基本特點(diǎn)如下：得多。其基本特點(diǎn)如下：基因組中有大量低度、中基因組中有大量低度、中 度、高度重復(fù)序列；基因大多數(shù)是不連續(xù)的，由編度、高度重復(fù)序列；基因大多數(shù)是不連續(xù)的，由編 碼的外顯子與不編碼的內(nèi)含子鑲嵌排列而成，非編碼的外顯子與不編碼的內(nèi)含子鑲嵌排列而成，非編 碼區(qū)多于編碼區(qū)，約占碼區(qū)多于編碼區(qū)，約占90%以上的以上的DNA序列；基因序列；基因 不存在操縱子結(jié)構(gòu)不存在操縱子結(jié)構(gòu)，功能相關(guān)的基因也大多分散在，功能相關(guān)的基因也大多分散在 不同的染色體上，即使空間位置相近，也分別轉(zhuǎn)錄。不同的染色體上，即使空間位置相近，也分別轉(zhuǎn)錄。 功能基因組研究課件 真核生

15、物基因組真核生物基因組DNA大多與蛋白質(zhì)結(jié)大多與蛋白質(zhì)結(jié) 合形成染色質(zhì)，合形成染色質(zhì)，染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單 位為核小體，其中位為核小體，其中DNA約占約占35%， RNA約占約占5%，其余約，其余約60%為組蛋白和為組蛋白和 非組蛋白。非組蛋白。 功能基因組研究課件 功能基因組研究課件 病毒病毒既不屬原核生物，也不是真核生物，既不屬原核生物，也不是真核生物， 它們是一種超分子的亞細(xì)胞生命形式，僅由它們是一種超分子的亞細(xì)胞生命形式，僅由 核酸（核酸（DNA或或RNA）和蛋白質(zhì)外殼組成，其）和蛋白質(zhì)外殼組成，其 繁殖要在寄生細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，其遺傳機(jī)制與寄繁殖要在寄生細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，其遺傳機(jī)

16、制與寄 主密切相關(guān)。主密切相關(guān)。 功能基因組研究課件 基因根據(jù)其產(chǎn)物分為三類基因根據(jù)其產(chǎn)物分為三類 第一類第一類 蛋白質(zhì)基因蛋白質(zhì)基因 它的最終產(chǎn)物是它的最終產(chǎn)物是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)； 第二類第二類 RNA基因基因 它的最終產(chǎn)物是它的最終產(chǎn)物是tRNA和和rRNA。 第三類第三類 不轉(zhuǎn)錄的基因不轉(zhuǎn)錄的基因 它不產(chǎn)生任何產(chǎn)物，而對(duì)基因表它不產(chǎn)生任何產(chǎn)物，而對(duì)基因表 達(dá)起調(diào)節(jié)控制作用。達(dá)起調(diào)節(jié)控制作用。 功能基因組研究課件 基因根據(jù)其功能可以分為兩類基因根據(jù)其功能可以分為兩類 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因（structural gene） 是指某些能決定某種多肽鏈?zhǔn)侵改承┠軟Q定某種多肽鏈 （蛋白質(zhì)）或酶分子結(jié)構(gòu)的基

17、因。結(jié)構(gòu)基因的突變可導(dǎo)致特（蛋白質(zhì)）或酶分子結(jié)構(gòu)的基因。結(jié)構(gòu)基因的突變可導(dǎo)致特 定蛋白質(zhì)（或酶）一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變或影響蛋白質(zhì)（或酶）量定蛋白質(zhì)（或酶）一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變或影響蛋白質(zhì)（或酶）量 的改變。的改變。 調(diào)控基因調(diào)控基因（regulator and control gene） 是指某些可調(diào)是指某些可調(diào) 節(jié)控制結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因。調(diào)控基因的突變可以影響節(jié)控制結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的基因。調(diào)控基因的突變可以影響 一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)基因的功能，或?qū)е乱粋€(gè)或多個(gè)蛋白質(zhì)一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)基因的功能，或?qū)е乱粋€(gè)或多個(gè)蛋白質(zhì) （或酶）量的改變。（或酶）量的改變。 功能基因組研究課件 人類基因包括人類基因包括4個(gè)區(qū)域個(gè)區(qū)域 編

18、碼區(qū)編碼區(qū)，包括外顯子與內(nèi)含子，包括外顯子與內(nèi)含子 前導(dǎo)區(qū)前導(dǎo)區(qū)，位于編碼區(qū)上游，相當(dāng)于，位于編碼區(qū)上游，相當(dāng)于mRNA 5末端非編碼區(qū)（非翻譯區(qū)）；末端非編碼區(qū)（非翻譯區(qū)）； 尾部區(qū)尾部區(qū)，位于，位于mRNA 3編碼區(qū)下游，相當(dāng)編碼區(qū)下游，相當(dāng) 于于3末端非編碼區(qū)（非翻譯區(qū)）；末端非編碼區(qū)（非翻譯區(qū)）； 調(diào)控區(qū)調(diào)控區(qū)，包括啟動(dòng)子和增強(qiáng)子等。基因編，包括啟動(dòng)子和增強(qiáng)子等?；蚓?碼區(qū)的兩側(cè)也稱為側(cè)翼序列（碼區(qū)的兩側(cè)也稱為側(cè)翼序列（flanking sequence）。）。 功能基因組研究課件 1外顯子（外顯子（exon）和內(nèi)含子）和內(nèi)含子（intron） 大多數(shù)真大多數(shù)真 核生物的基因?yàn)椴贿B續(xù)

19、基因（核生物的基因?yàn)椴贿B續(xù)基因（interrupted或或 discontinuous gene）或割裂基因（）或割裂基因（split gene）。所謂）。所謂 割裂基因是指基因的編碼序列在割裂基因是指基因的編碼序列在DNA分子上是不連續(xù)分子上是不連續(xù) 排列的，而是被不編碼的序列所隔開(kāi)。編碼的序列稱排列的，而是被不編碼的序列所隔開(kāi)。編碼的序列稱 為外顯子，對(duì)應(yīng)于為外顯子，對(duì)應(yīng)于mRNA序列的區(qū)域，是一個(gè)基因表序列的區(qū)域，是一個(gè)基因表 達(dá)為多肽鏈的部分。達(dá)為多肽鏈的部分。 功能基因組研究課件 不編碼的間隔序列稱為內(nèi)含子，內(nèi)含子只轉(zhuǎn)錄，不編碼的間隔序列稱為內(nèi)含子，內(nèi)含子只轉(zhuǎn)錄， 在前在前mRNA（

20、premRNA）時(shí)被剪切掉。）時(shí)被剪切掉。如果如果 一個(gè)基因有一個(gè)基因有n個(gè)內(nèi)含子，一般總是把基因的外顯個(gè)內(nèi)含子，一般總是把基因的外顯 子分隔成子分隔成n+1部分。部分。 外顯子外顯子 內(nèi)含子內(nèi)含子 外顯子外顯子 內(nèi)含子內(nèi)含子 外顯子外顯子 外顯子外顯子 內(nèi)含子內(nèi)含子 功能基因組研究課件 真核生物中有的結(jié)構(gòu)基因不含有內(nèi)含子，真核生物中有的結(jié)構(gòu)基因不含有內(nèi)含子，如組蛋如組蛋 白基因、干擾素基因等，它們大多數(shù)以基因簇的白基因、干擾素基因等，它們大多數(shù)以基因簇的 形式出現(xiàn)，大多數(shù)的酵母結(jié)構(gòu)基因也沒(méi)有內(nèi)含子。形式出現(xiàn)，大多數(shù)的酵母結(jié)構(gòu)基因也沒(méi)有內(nèi)含子。 功能基因組研究課件 2 外顯子和內(nèi)含子外顯子和內(nèi)

21、含子接頭接頭 每個(gè)外顯子和內(nèi)含子每個(gè)外顯子和內(nèi)含子 接頭區(qū)都有一段高度保守的一致序列（接頭區(qū)都有一段高度保守的一致序列（consensus sequence），即內(nèi)含子），即內(nèi)含子5末端大多數(shù)是末端大多數(shù)是GT開(kāi)始，開(kāi)始，3 末端大多數(shù)是末端大多數(shù)是AG結(jié)束，稱為結(jié)束，稱為GT-AG法則法則，是普，是普 遍存在于真核基因中。遍存在于真核基因中。 功能基因組研究課件 3側(cè)翼序列側(cè)翼序列 在第一個(gè)外顯子和最末一個(gè)外顯子在第一個(gè)外顯子和最末一個(gè)外顯子 的外側(cè)是一段不被翻譯的非編碼區(qū)，稱為側(cè)翼序的外側(cè)是一段不被翻譯的非編碼區(qū)，稱為側(cè)翼序 列。側(cè)翼序列中存在基因調(diào)控序列，對(duì)基因的活列。側(cè)翼序列中存在基因

22、調(diào)控序列，對(duì)基因的活 性有重要影響。性有重要影響。 功能基因組研究課件 4啟動(dòng)子啟動(dòng)子 啟動(dòng)子（啟動(dòng)子（promoter）是基因中是基因中 一段能結(jié)合一段能結(jié)合RNA聚合酶的聚合酶的DNA序列序列，由于，由于 它與它與RNA聚合酶的結(jié)合，由此開(kāi)始聚合酶的結(jié)合，由此開(kāi)始轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄。 功能基因組研究課件 (1) TATA框框（TATA box）：其一致序列為）：其一致序列為 TATATAA。它約在基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約。它約在基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約- 3050bp處，基本上由處，基本上由A-T堿基對(duì)組成，是決定基堿基對(duì)組成，是決定基 因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的選擇，為因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的選擇，為RNA聚合酶的結(jié)合處之聚合

23、酶的結(jié)合處之 一，一，RNA聚合酶與聚合酶與TATA框結(jié)合才能開(kāi)始轉(zhuǎn)錄?？蚪Y(jié)合才能開(kāi)始轉(zhuǎn)錄。 功能基因組研究課件 （2）CAAT框框（CAAT box）：其一致序列為）：其一致序列為 GGTCAATCT，是真核生物常有的調(diào)節(jié)區(qū)，位于，是真核生物常有的調(diào)節(jié)區(qū)，位于 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-80100bp處，可能也是處，可能也是RNA聚合聚合 酶的一個(gè)結(jié)合處，控制著轉(zhuǎn)錄起始的頻率。酶的一個(gè)結(jié)合處，控制著轉(zhuǎn)錄起始的頻率。 （3）GC框框（GC box）：有兩個(gè)拷貝，位于）：有兩個(gè)拷貝，位于 CAAT框的兩側(cè)，由框的兩側(cè)，由GGCGGG組成，是一個(gè)轉(zhuǎn)錄組成，是一個(gè)轉(zhuǎn)錄 調(diào)控區(qū)，有激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控的功

24、能調(diào)控區(qū)，有激活轉(zhuǎn)錄調(diào)控的功能。 功能基因組研究課件 5增強(qiáng)子增強(qiáng)子 增強(qiáng)子（增強(qiáng)子（enhancer）也是一段）也是一段DNA序列，序列， 該序列能提高該基因分子存在的某段該序列能提高該基因分子存在的某段DNA的轉(zhuǎn)錄活的轉(zhuǎn)錄活 性性。在真核基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游或下游一般都有增在真核基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游或下游一般都有增 強(qiáng)子，增強(qiáng)子可與特異性細(xì)胞因子結(jié)合而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)子，增強(qiáng)子可與特異性細(xì)胞因子結(jié)合而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的 進(jìn)行。研究表明，增強(qiáng)子通常有組織特異性，這是因進(jìn)行。研究表明，增強(qiáng)子通常有組織特異性，這是因 為不同的細(xì)胞核有不同的特異性因子與增強(qiáng)子結(jié)合，為不同的細(xì)胞核有不同的特異性因子與增強(qiáng)子結(jié)合

25、， 從而對(duì)基因表達(dá)有組織、器官、時(shí)間不同的調(diào)節(jié)作用。從而對(duì)基因表達(dá)有組織、器官、時(shí)間不同的調(diào)節(jié)作用。 功能基因組研究課件 6終止子終止子 在一個(gè)基因的末端往往有一段特在一個(gè)基因的末端往往有一段特 定順序，它定順序，它具有轉(zhuǎn)錄終止的功能，這段終止具有轉(zhuǎn)錄終止的功能，這段終止 信號(hào)的順序信號(hào)的順序稱為終止子（稱為終止子（terminator）。終）。終 止子的共同順序特征是在轉(zhuǎn)錄終止之前有一止子的共同順序特征是在轉(zhuǎn)錄終止之前有一 段回文順序，約有段回文順序，約有720核苷酸對(duì)。核苷酸對(duì)。 功能基因組研究課件 在回文序列的下游有在回文序列的下游有68個(gè)個(gè)A-T對(duì)，因此，這段對(duì)，因此，這段 終止子轉(zhuǎn)錄

26、后形成的終止子轉(zhuǎn)錄后形成的RNA具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)，并具有具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)，并具有 與與A互補(bǔ)的一串互補(bǔ)的一串U，因?yàn)?，因?yàn)锳-U之間氫鍵結(jié)合較弱，之間氫鍵結(jié)合較弱， 因而因而RNA/DNA雜交部分易于拆開(kāi)，這樣的轉(zhuǎn)錄物雜交部分易于拆開(kāi)，這樣的轉(zhuǎn)錄物 從從DNA模板上釋放出來(lái)是有利的，模板上釋放出來(lái)是有利的，也可使也可使RNA聚聚 合酶從合酶從DNA上解離下來(lái)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄的終止上解離下來(lái)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄的終止。 功能基因組研究課件 基基 因因 克克 隆隆 功能基因組研究課件 基因克隆基因克隆 人類基因組人類基因組全序列的闡明將繪出一篇密碼圖全序列的闡明將繪出一篇密碼圖 譜，隨后需要了解的是：哪一段序列編碼哪一譜

27、，隨后需要了解的是：哪一段序列編碼哪一 個(gè)基因？這一基因在體內(nèi)功能是什么？一個(gè)生個(gè)基因？這一基因在體內(nèi)功能是什么？一個(gè)生 物學(xué)功能需要哪幾個(gè)基因的協(xié)同作用？它們又物學(xué)功能需要哪幾個(gè)基因的協(xié)同作用？它們又 是如何協(xié)調(diào)控制著生命的正?；顒?dòng)的？以及哪是如何協(xié)調(diào)控制著生命的正?；顒?dòng)的？以及哪 些錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致各種病理現(xiàn)象的產(chǎn)生？。些錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致各種病理現(xiàn)象的產(chǎn)生？。 功能基因組研究課件 基因克隆基因克隆 這一系列艱巨的、極富挑戰(zhàn)性的解碼工這一系列艱巨的、極富挑戰(zhàn)性的解碼工 作促使我們進(jìn)入了作促使我們進(jìn)入了功能基因組功能基因組研究時(shí)代。研究時(shí)代。 這中間最基礎(chǔ)的工作是這中間最基礎(chǔ)的工作是基因克隆基因克隆。 功

28、能基因組研究課件 基因克隆基因克隆 1972年年,美國(guó)學(xué)者美國(guó)學(xué)者 Berg P等人首次在體外進(jìn)等人首次在體外進(jìn) 行行 DNA的重組研究的重組研究,成功地構(gòu)建成第一個(gè)成功地構(gòu)建成第一個(gè) 人工人工 DNA分子。分子。 1973 年年, Cohen S等人將等人將 帶有四環(huán)素抗性表型的質(zhì)粒帶有四環(huán)素抗性表型的質(zhì)粒 pSC101 和帶有和帶有 新霉素抗性的質(zhì)粒新霉素抗性的質(zhì)粒R6-3 分別用分別用 Eco RI 酶切酶切 后后,在體外將兩者連接起來(lái)在體外將兩者連接起來(lái),然后將連接產(chǎn)物然后將連接產(chǎn)物 導(dǎo)入大腸桿菌導(dǎo)入大腸桿菌,成功地進(jìn)行了無(wú)性繁殖成功地進(jìn)行了無(wú)性繁殖,并得并得 到了既抗四環(huán)素又抗新霉素

29、的大腸桿菌到了既抗四環(huán)素又抗新霉素的大腸桿菌,從而從而 完成了完成了DNA體外重組和擴(kuò)增體外重組和擴(kuò)增,基因工程這門基因工程這門 新興學(xué)科也就應(yīng)運(yùn)而生。新興學(xué)科也就應(yīng)運(yùn)而生。 功能基因組研究課件 基因克隆基因克隆 基因工程所采用的基本技術(shù)被稱為基因工程所采用的基本技術(shù)被稱為 DNA體外體外 重組技術(shù)重組技術(shù),也被稱為基因克隆或分子克隆技術(shù)。也被稱為基因克隆或分子克隆技術(shù)。 基因工程是指在體外條件下基因工程是指在體外條件下,人工將人工將DNA分子分子“剪切剪切 “并重新并重新“拼接拼接”,形成一個(gè)新的雜合形成一個(gè)新的雜合DNA分子分子,然后然后 將它導(dǎo)入微生物或真核細(xì)胞內(nèi)將它導(dǎo)入微生物或真核細(xì)胞

30、內(nèi),使該分子得到無(wú)限繁使該分子得到無(wú)限繁 殖殖,并可使該基因在細(xì)胞中表達(dá)并可使該基因在細(xì)胞中表達(dá),產(chǎn)生出人類所需要的產(chǎn)生出人類所需要的 基因產(chǎn)物或改造、創(chuàng)造新的生物類型?；虍a(chǎn)物或改造、創(chuàng)造新的生物類型。 功能基因組研究課件 基因克隆基因克隆 一、一、克隆概念克隆概念：克?。ㄔ敢粋€(gè)親本細(xì)胞產(chǎn)生成千：克?。ㄔ敢粋€(gè)親本細(xì)胞產(chǎn)生成千 上萬(wàn)個(gè)相同細(xì)胞組成群體的過(guò)程上萬(wàn)個(gè)相同細(xì)胞組成群體的過(guò)程, clone），也就是），也就是 細(xì)胞的無(wú)性繁殖。細(xì)胞的無(wú)性繁殖。 二、分子克隆的關(guān)鍵技術(shù)：二、分子克隆的關(guān)鍵技術(shù)：DNA重組技術(shù)。該技術(shù)重組技術(shù)。該技術(shù) 是基因工程技術(shù)的核心。基本操作步驟如圖是基因工程技術(shù)

31、的核心?；静僮鞑襟E如圖1所示所示。 功能基因組研究課件 目的基因目的基因克隆載體克隆載體 連連 接接 DNA重組體形成重組體形成 含重組子的克隆菌含重組子的克隆菌 表達(dá)產(chǎn)物表達(dá)產(chǎn)物 RE消化消化RE消化消化 T4 DNA連接酶連接酶 轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)染）宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)染）宿主細(xì)胞 誘導(dǎo)表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá) 1、獲得某一基因或、獲得某一基因或DNA片片 段，將其插入載體段，將其插入載體DNA分分 子中，形成一個(gè)新的重組子中，形成一個(gè)新的重組 DNA分子。分子。 2、將、將DNA重組體導(dǎo)入受體重組體導(dǎo)入受體 細(xì)胞（宿主細(xì)胞），并在細(xì)胞（宿主細(xì)胞），并在 其中復(fù)制保存。其中復(fù)制保存。 3、陽(yáng)性重組體細(xì)胞的篩選、陽(yáng)性重組體細(xì)胞的篩選 和鑒定。和鑒定。 功能基因組研究課件 功能基因組研究課件 T-vector or T-easy vector Expression vector 外源基因經(jīng)酶外源基因經(jīng)酶 切插入特定的切插入特定的 表達(dá)載體表達(dá)載體 用通用引物測(cè)定基因核用通用引物測(cè)定基因核 苷酸序列苷酸序列