工學(xué)染色體與基因?qū)W習(xí)教案

1、會計學(xué)1工學(xué)染色體與基因工學(xué)染色體與基因(jyn)第一頁，共113頁。一、基因組大小一、基因組大小(dxio)與與C值矛值矛盾盾基因組（genome） 是單倍體細(xì)胞中的全套染色體為一個基因組，或是(hu sh)單倍體細(xì)胞中的全部基因?yàn)橐粋€基因組。 第1頁/共112頁第二頁，共113頁。人類(rnli)基因組計劃第2頁/共112頁第三頁，共113頁。到目前為止，已經(jīng)完成了酵母、線蟲、果蠅、擬南芥、人類、小鼠和水稻等7個真核生物(shngw)基因組以及大腸桿菌等上百個原核生物(shngw)基因組。第3頁/共112頁第四頁，共113頁。C值矛盾(modn)(C value paradox)大大C值（

2、值（C值）：分子生物學(xué)將某生物單倍體基因組所含的值）：分子生物學(xué)將某生物單倍體基因組所含的DNA總量?？偭俊Ｐ⌒值：將受中心法則限定，編碼結(jié)構(gòu)基因值：將受中心法則限定，編碼結(jié)構(gòu)基因DNA的核苷酸數(shù)。的核苷酸數(shù)。C值矛盾：生物基因組的大小同生物在進(jìn)化上所處地位值矛盾：生物基因組的大小同生物在進(jìn)化上所處地位(dwi)的高低無關(guān)。的高低無關(guān)。第4頁/共112頁第五頁，共113頁。C值矛盾是指真核生物(shngw)中DNA含量的反?，F(xiàn)象。生物細(xì)胞中的C值具有從低等生物向高等生物逐漸增加的趨勢(qsh)。對于高等生物而言，屬于同一門類的生物，它們的基因組變化卻很大。C值矛盾出現(xiàn)的原因：斷裂基因和大量(

3、dling)重復(fù)序列。第5頁/共112頁第六頁，共113頁。親緣關(guān)系十分接近，功能與結(jié)構(gòu)十分相似的同一類群(li qn)生物中，基因組的大C值卻差別較大；有些哺乳動物的基因組較兩棲類的多數(shù)生物還要??；C值矛盾值矛盾(modn)現(xiàn)象：現(xiàn)象：第6頁/共112頁第七頁，共113頁。人類的DNA的C值為30億個核苷酸對，如按一個結(jié)構(gòu)基因有7000 8000 個核苷酸對計算，人類應(yīng)該有40萬50萬個基因，但人類基因組計劃的研究結(jié)果表明，人類每個基因組內(nèi)最高估計也僅有3萬4萬個基因，即人類小c值僅占大C值的10%。低等生物病毒X174，其基因組DNA的C值為5387 bp，但其功能基因有11個，按編碼一個

4、基因的最低核苷酸數(shù)（2000bp）估算( sun)，其c值也超過22000bp。第7頁/共112頁第八頁，共113頁。二、低等生物染色體及其基因二、低等生物染色體及其基因(jyn)原核生物的染色體DNA與稀疏的蛋白質(zhì)聚集在一起，在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)形成一個較為致密的區(qū)域(qy)(compact structure)，稱為類核（nucleoid）。第8頁/共112頁第九頁，共113頁。低等生物基因組的特點(diǎn)(tdin)：基因組很小，大多只有(zhyu)一條染色體，且DNA含量少。 如大腸桿菌DNA的相對分子量僅為4.6106bp，其完全伸展總長約為，含4000多個基因。第9頁/共112頁第十頁，共113頁

5、。第10頁/共112頁第十一頁，共113頁?；蛑饕菃慰截惢?，只有很少數(shù)基因（rRNA基因）以多拷貝形式存在；整個染色體DNA幾乎全部(qunb)由功能基因與調(diào)控序列組成；幾乎每個基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列呈線性對應(yīng)狀態(tài)?；蚪M還有可能由RNA組成，如RNA病毒。第11頁/共112頁第十二頁，共113頁。結(jié)構(gòu)簡煉 DNA分子的絕大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有很小一部分控制基因表達(dá)的序列不轉(zhuǎn)錄。這些(zhxi)不轉(zhuǎn)錄DNA序列通常是控制基因表達(dá)的序列。低等生物DNA的特點(diǎn)(tdin)：promoter第12頁/共112頁第十三頁，共113頁。存在轉(zhuǎn)錄單元(dnyun) DNA序列中功能

6、相關(guān)的RNA和蛋白質(zhì)基因，往往叢集在基因組的一個或幾個特定部位，形成轉(zhuǎn)錄單元(dnyun), 并轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生含多個mRNA的分子，稱為多順反子mRNA。第13頁/共112頁第十四頁，共113頁。操縱元（operon）-功能相關(guān)的幾個結(jié)構(gòu)基因前后相連，再加上一個(y )共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點(diǎn)（啟動子promoter、操縱子operater），在基因轉(zhuǎn)錄時協(xié)同動作。第14頁/共112頁第十五頁，共113頁。第15頁/共112頁第十六頁，共113頁。第16頁/共112頁第十七頁，共113頁。有重疊(chngdi)基因。1977年在測定(cdng)噬菌體174的DNA的全部核苷酸序列時，卻意外

7、地發(fā)現(xiàn)重疊基因。promoter第17頁/共112頁第十八頁，共113頁。原因(yunyn)一是它們采用了不同的讀碼框架?；?ATGAATGCCATAACGTAAB基因ATGCCNNNATAA導(dǎo)致(dozh)重疊基因表達(dá)方式和表達(dá)產(chǎn)物不同的原因第18頁/共112頁第十九頁，共113頁。原因二是對終止密碼(m m)的錯讀1973年A. Weiner 證明QRNA病毒的基因組僅有一條800個堿基的RNA分子，編碼兩個(lin )基因產(chǎn)物：病毒的侵染蛋白IP，相對分子量為38103，翻譯(fny)量少，占總蛋白的3%；病毒的外殼蛋白CP，相對分子量為14103，翻譯(fny)量大，占總蛋白的97%

8、。氨基酸分析發(fā)現(xiàn)兩種蛋白具有完全相同的N端氨基酸組分與排列，說明CP與IP蛋白在以共同的mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時，均從同一起始密碼開始翻譯(fny)。第19頁/共112頁第二十頁，共113頁。在編碼IP和CP的RNA分子的第400402個核苷酸處出現(xiàn)一個終止密碼子UGA，翻譯到此終止，合成出14103的CP蛋白。當(dāng)核糖體對UGA終止密碼子發(fā)生漏讀后，核糖體會繼續(xù)翻譯到終點(diǎn)的UAA終止密碼子出，合成出38103的IP蛋白，由于對基因內(nèi)終止密碼子的漏讀概率較低，所以(suy)IP蛋白的總量僅為3%。IP基因是以“對終止密碼子錯讀”的方式重疊在CP基因內(nèi)。原因(yunyn)：第20頁/共112頁第

9、二十一頁，共113頁。對小基因組的噬菌體與病毒而言，基因的重疊能滿足利用有限的DNA編碼(bin m)更多基因產(chǎn)物的需要，增強(qiáng)對環(huán)境的適應(yīng)性。重疊基因(jyn)的生物學(xué)意義：第21頁/共112頁第二十二頁，共113頁。三、真核生物三、真核生物(shngw)的染色的染色體體染色體遺傳物質(zhì)的主要(zhyo)載體染色體在遺傳上起著主要作用，因?yàn)橛H代能夠(nnggu)將自己的遺傳物質(zhì)以染色體（chromosome）的形式傳給子代，保持了物種的穩(wěn)定性和連續(xù)性。第22頁/共112頁第二十三頁，共113頁。由脫氧核糖核酸、蛋白質(zhì)和少量核糖核酸組成的線狀或棒狀物，是生物主要遺傳物質(zhì)的載體。因是細(xì)胞中可被堿性染

10、料(rnlio)著色的物質(zhì) ，故名。 1.1 染色體的概念(ginin) 細(xì)胞(xbo)間期：染色質(zhì)分裂期：染色體代表著遺傳物質(zhì)的不同壓縮程度第23頁/共112頁第二十四頁，共113頁。1.2 染色質(zhì)常染色質(zhì)：在間期著色較淺的部位，富含單拷貝DNA序列，有轉(zhuǎn)錄活性。異染色質(zhì)：在間期著色較深的部位，富含重復(fù)DNA序列、復(fù)制延遲，多在晚S期復(fù)制。一般(ybn)無轉(zhuǎn)錄活性。 處于常染色質(zhì)狀態(tài)只是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件，而不是充分條件。 第24頁/共112頁第二十五頁，共113頁。第25頁/共112頁第二十六頁，共113頁。1.3 真核生物(shngw)染色體的特征一個特定真核物種的成員都有相同數(shù)目的細(xì)胞

11、核內(nèi)染色體。但細(xì)胞核外的其他染色體，數(shù)量不固定。無性生殖物種的所有(suyu)細(xì)胞中只有一套染色體。有性生殖物種具有體細(xì)胞，體細(xì)胞有兩套染色體，一套來自父方；一套來自母方。生殖細(xì)胞只有一套染色體，這一套染色體來自于具兩套染色體精原細(xì)胞或卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂。 某些生物是多倍體，體細(xì)胞有三套甚至更多套染色體 第26頁/共112頁第二十七頁，共113頁。核小體核小體（Nucleosome）是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位(dnwi)，由200 bp DNA和組蛋白八聚體組成146bp DNA + Histoneoctamer(組蛋白八聚體)核小體核心(Nucleosome core) + H1染色小體(Chr

12、omatosome，166bp) + linker DNA核小體(Nucleosome,200 bp of DNA)第27頁/共112頁第二十八頁，共113頁。核心顆粒包括組蛋白八聚體及與其結(jié)合的146bp DNA，該序列繞在八聚體外面圈，每圈約80bp。由許多核小體構(gòu)成(guchng)了連續(xù)的染色質(zhì)DNA細(xì)絲。第28頁/共112頁第二十九頁，共113頁。組蛋白八聚體（組蛋白八聚體（Histone octamer）第29頁/共112頁第三十頁，共113頁。利用微球菌核酸酶（micrococcal nuclease）輕微消解染色質(zhì)得知：連接DNA (linker DNA) 是最易受到酶的作用(z

13、uyng)，因此得到每個重復(fù)單位的DNA長約200bp，而且是和五種組蛋白相結(jié)合，保持著核小體的結(jié)構(gòu)。 第30頁/共112頁第三十一頁，共113頁。根據(jù)(gnj)對微球菌核酸酶（micrococcal nuclease）的敏感性不同，核小體DNA可以分成兩部分：-核心(hxn)DNA（Core DNA）：長度固定為146bp，對核酸酶的消化相對穩(wěn)定。-連接DNA（Linker DNA）：組成剩余的重復(fù)片段，長度大小不一，每個核小體中有8bp到114bp。不同生物核小體全長的變化由連接DNA長度改變引起。第31頁/共112頁第三十二頁，共113頁。染色體的三個關(guān)鍵因素3.1 自主(zzh)復(fù)制D

14、NA序列（autonomously replicating sequence，ARS ）20世紀(jì)70年代末首次在酵母中發(fā)現(xiàn)。它是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類能啟動DNA復(fù)制的序列，含有(hn yu)一個AT富集區(qū)。具有一個復(fù)制起始點(diǎn)，能確保染色體在細(xì)胞周期中能夠自我復(fù)制，從而保證染色體在世代傳遞中具有穩(wěn)定性和連續(xù)性。第32頁/共112頁第三十三頁，共113頁。3.2 著絲粒DNA序列(xli)（centromere DNA sequence）著絲粒是染色體分離的一種裝置，也是姐妹染色單體在分開前相互聯(lián)結(jié)(linji)的位置，在染色體的形態(tài)上表現(xiàn)為一個縊痕 。第33頁/共112頁第三十四頁，共113頁

15、。著絲粒DNA序列(xli)由三個功能區(qū)組成：第34頁/共112頁第三十五頁，共113頁。為染色體的分離提供為染色體的分離提供(tgng)動力動力 中期兩條染色單體在此處相互中期兩條染色單體在此處相互(xingh)連結(jié)連結(jié) 若著絲粒丟失了，那么染色體就失去了附著到紡錘絲上的能力(nngl)，細(xì)胞分裂時染色體就會隨機(jī)地進(jìn)入子細(xì)胞。 第35頁/共112頁第三十六頁，共113頁。3.3 端粒DNA序列(xli)端粒是存在(cnzi)于真核細(xì)胞線狀染色體末端的一小段DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，它與端粒結(jié)合蛋白一起構(gòu)成了特殊的“帽子”結(jié)構(gòu)，能夠維持染色體的完整。第36頁/共112頁第三十七頁，共113頁。20

16、世紀(jì)30年代，Muller發(fā)現(xiàn)被X射線打斷的果蠅染色體其末端存在一種特殊序列，該序列與常染色體相較極不穩(wěn)定，故根據(jù)希臘文將其命名為端粒（Telomere）。1978年，Blackbum和Greider等克隆出四膜蟲端粒結(jié)構(gòu)，證明( z h n g m n g ) 為 串 聯(lián) 線 性 核 苷 酸 序 列 ， 組 成 為 5 GGGGGTT3。后來實(shí)驗(yàn)又證明(zhngmng)了脊椎動物的端粒均含有豐富的鳥嘌呤重復(fù)序列。 1985年，Greider等發(fā)現(xiàn)端粒酶，可用于給端粒DNA加尾。 端粒的發(fā)現(xiàn)端粒的發(fā)現(xiàn)(fxin)歷史歷史第37頁/共112頁第三十八頁，共113頁。端粒的特點(diǎn)端粒的特點(diǎn)(tdin

17、)含有一系列的短的正向重復(fù)順序。這些(zhxi)順序都可用Cn(A/T)m這一通式來表示，其中n1，而m=14。 端粒的雙鏈部分中含有T2G4的順序在3末端。第38頁/共112頁第三十九頁，共113頁。第39頁/共112頁第四十頁，共113頁。端粒的哪些端粒的哪些(nxi)特征負(fù)責(zé)染色體末端的穩(wěn)定性：特征負(fù)責(zé)染色體末端的穩(wěn)定性：第40頁/共112頁第四十一頁，共113頁。端粒的3末端序列(xli)取代端粒上游區(qū)中的相同序列(xli)而形成一個環(huán)，從而封閉染色體末端。這個反應(yīng)由端粒結(jié)合蛋白（telomere-binding protein，TRE2）催化，該蛋白和另一個蛋白形成的復(fù)合體可使染色體

18、末端穩(wěn)定。第41頁/共112頁第四十二頁，共113頁。保護(hù)染色體不被核酸酶降解；防止染色體相互融合；為端粒酶提供底物，解決(jiju)DNA復(fù)制的末端隱縮，保證染色體的完全復(fù)制。端粒端粒DNA主要主要(zhyo)功能功能第42頁/共112頁第四十三頁，共113頁。對胎兒、嬰兒、青年和老年細(xì)胞株端粒DNA長度比較發(fā)現(xiàn)，染色體DNA的端粒隨著年齡的增大，逐漸變短。早衰性侏儒癥的端粒明顯較正常人短。小麥不同組織細(xì)胞中染色體DNA端粒的長度差異 成熟的穗狀花序(su zhun hu x)-20kb 葉-23kb 較老的胚-30kb 幼嫩的穗狀花序(su zhun hu x)-45kb 未成熟的胚-80

19、kb端粒端粒DNA的變化的變化(binhu)第43頁/共112頁第四十四頁，共113頁。正常細(xì)胞由于(yuy)線性DNA復(fù)制5末端消失，隨體細(xì)胞不斷增殖，端粒逐漸縮短，當(dāng)細(xì)胞端?？s至一定程度，細(xì)胞停止分裂，處于靜止?fàn)顟B(tài)。故有人稱端粒為正常細(xì)胞的“分裂鐘” (Mistosis clock) ，端粒長短和穩(wěn)定性決定了細(xì)胞壽命，并與細(xì)胞衰老和癌變密切相關(guān)。 第44頁/共112頁第四十五頁，共113頁?？茖W(xué)家指端粒的長度會隨著人類進(jìn)化而愈來愈短，令到染色體不穩(wěn)定。當(dāng)短到一定程度，人類就會受到與年紀(jì)有關(guān)的疾病打擊，如癌癥、老人癡呆(chdi)、心臟病、中風(fēng)等。 第45頁/共112頁第四十六頁，共113頁

20、。端粒酶的發(fā)現(xiàn)端粒酶的發(fā)現(xiàn)(fxin)第46頁/共112頁第四十七頁，共113頁。端粒酶可以作為腫瘤基因診斷的指標(biāo)和基因治療的新靶點(diǎn)。 端粒酶活性的高低與腫瘤分化的程度也具相關(guān)性。端粒酶活性的再活化，可以維持端粒的長度，而延緩(ynhun)細(xì)胞進(jìn)入克隆性的老化。但致癌風(fēng)險相對也提高了，因?yàn)榧?xì)胞不受控制地分裂對個體而言極具侵略和破壞性。端粒酶對細(xì)胞而言，猶如刀的雙刃，是好是壞完全取決于用什么樣的角度來衡量端粒酶的價值。 端粒酶的兩面性：端粒酶的兩面性：第47頁/共112頁第四十八頁，共113頁。四、真核生物四、真核生物(shngw)的基因組和基因的基因組和基因真核生物(shngw)基因組的特點(diǎn)：

21、真核生物基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成(xngchng)染色體，儲存于細(xì)胞核內(nèi)，除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞內(nèi)的基因的基因組是雙份的（即雙倍體，diploid），即有兩份同源的基因組。第48頁/共112頁第四十九頁，共113頁。真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子。一個結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯(fny)生成一個mRNA分子和一條多肽鏈。第49頁/共112頁第五十頁，共113頁。存在重復(fù)序列(xli)，重復(fù)次數(shù)可達(dá)百萬次以上。高度(god)重復(fù)序列中度重復(fù)序列單拷貝序列基因組中不編碼的區(qū)域(qy)多于編碼區(qū)域(qy)。第50頁/共112頁第五十一頁，共113頁。大部分基因含有內(nèi)含子，因此(ync)，基因是不連續(xù)的

22、。第51頁/共112頁第五十二頁，共113頁?；蚪M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核(yun h)生物的基因組，具有許多復(fù)制起點(diǎn)，而每個復(fù)制子的長度較小。 生物種類 基因組大?。ò偃f堿基對） 基因總數(shù) 染色體數(shù) 平均基因密度（堿基對/基因） 大腸桿菌 4.7 3,000 1 1,500 線蟲 100 20,0006 5,000 擬南芥菜 125 29,00010 5,000 河豚 365 38,00044 10,000 家鼠 3,000 34,00040 80,000 人類 3,000 34,00046 80,000 第52頁/共112頁第五十三頁，共113頁。真核生物(shngw)DNA的特點(diǎn)：非重復(fù)序列（no

23、nrepetitive DNA）：在基因組中只有110個拷貝，多為結(jié)構(gòu)基因。中度重復(fù)序列（moderately repetitive DNA）：重復(fù)次數(shù)為10102。一般(ybn)是不編碼的序列，在基因調(diào)控中起重要作用。高度重復(fù)序列（highly repetitive DNA）：重復(fù)次數(shù)為幾百到幾百萬。散布于非重復(fù)序列間，由一些完全相同或相似的短重復(fù)序列構(gòu)成。一般(ybn)不轉(zhuǎn)錄。根據(jù)復(fù)興(fxng)動力學(xué)，DNA序列可以分為3種類型：第53頁/共112頁第五十四頁，共113頁。第54頁/共112頁第五十五頁，共113頁。復(fù)性動力學(xué)是檢測基因組DNA序列(xli)復(fù)雜性（DNA序列(xli)重

24、復(fù)性高低）的一種方法。在相同DNA濃度下：重復(fù)序列復(fù)雜程度復(fù)性速度多低快少高慢因此可以(ky)根據(jù)復(fù)性的快慢判斷DNA序列的復(fù)雜程度。第55頁/共112頁第五十六頁，共113頁。造成(zo chn)上述現(xiàn)象的原因：具有高度重復(fù)序列的DNA分子在復(fù)性反應(yīng)中，由于在各重復(fù)單位間發(fā)生了各種非準(zhǔn)確的，不完全的配對復(fù)性，從而導(dǎo)致它們在進(jìn)一步變性時Tm值較低，這種重復(fù)序列復(fù)性的相對性現(xiàn)象(xinxing)會因重復(fù)單位的大小，串聯(lián)重復(fù)次數(shù)的多少而有所不同。天然DNA與復(fù)性DNA之間比較，復(fù)性DNA分子中有1%的堿基發(fā)生錯配時，Tm就會相差11.5 .第56頁/共112頁第五十七頁，共113頁。復(fù)性動力學(xué)的復(fù)

25、雜性（kinetic complexity）：最長的沒有重復(fù)(chngf)序列的核苷酸序列數(shù)。如poly(A)的復(fù)雜性為1，重復(fù)(chngf)的(ATGC)n組成的多聚體的復(fù)雜性為4，分子長度是105核苷對的非重復(fù)(chngf)DNA的復(fù)雜性為105。第57頁/共112頁第五十八頁，共113頁。2.1 非重復(fù)序列（nonrepetitive DNA）：亦稱單拷貝序列（unique sequence），在一個基因組中只有一個拷貝或2-3個拷貝。真核生物(shngw)的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷貝的。不同生物(shngw)基因組中單拷貝序列所占的比例是不同的。 真核生物(shngw)中單一序列編

26、碼的基因在表達(dá)時常有兩步放大作用：轉(zhuǎn)錄和翻譯。第58頁/共112頁第五十九頁，共113頁。2.2 中度重復(fù)(chngf)序列（moderately repetitive sequence）Alu家族：Alu家族是哺乳動物包括(boku)人基因組中含量最豐富的一種中度重復(fù)順序家族，在單倍體人基因組中重復(fù)達(dá)30萬-50萬次，約占人基因組的3-6。Alu家族每個成員的長度約300bp，由于每個單位長度中有一個限制性內(nèi)切酶Alu的切點(diǎn)（AGCT）從而將其切成長130和170bp的兩段，因而定名為Alu序列（或Alu家族）。第59頁/共112頁第六十頁，共113頁。lAlu順序具有種的特異性，可作為物種

27、DNA片段的特異標(biāo)記；l不同的Alu成員的側(cè)翼(cy)重復(fù)順序也各不相同；lAlu序列的5端比較保守，但富含脫氧腺苷酸殘基的3端在不同的Alu成員中是有變化的。lAlu家族的廣泛存在意味著它具有某種功能。 第60頁/共112頁第六十一頁，共113頁。Alu序列的形成(xngchng)原因Alu序列(xli)是以7SL RNA的基因的啟動子啟動轉(zhuǎn)錄，以RNA為中間體，以3末端回折形成引物，反轉(zhuǎn)錄成cDNA，再以轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座方式插入到基因組內(nèi)，形成序列(xli)的重復(fù)。 53RNAcDNA53以轉(zhuǎn)座子方式(fngsh)插入基因組內(nèi)第61頁/共112頁第六十二頁，共113頁。rRNA基因：在原核生物(

28、shngw)如大腸桿菌基因組中，rRNA基因一共是七套；在真核生物(shngw)中rRNA基因的重復(fù)次數(shù)更多。 第62頁/共112頁第六十三頁，共113頁。第63頁/共112頁第六十四頁，共113頁。組蛋白基因(jyn)：組蛋白基因(jyn)在各種生物體內(nèi)重復(fù)的次數(shù)不一樣，但都在中度重復(fù)的范圍內(nèi)。 第64頁/共112頁第六十五頁，共113頁。2.3 高度(god)重復(fù)序列（highly repetitive DNA）衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)是一類高度重復(fù)序列DNA。在氯化銫梯度離心中，DNA分子將按其大小分布在離心管內(nèi)不同密度的氯化 銫介質(zhì)中，不同層面的DNA形成了不同的條帶。根

29、據(jù)熒光強(qiáng)度的分析，可以看到在一條主帶以外還有一個或多個小的衛(wèi)星帶。這些在衛(wèi)星帶中的DNA即被稱為衛(wèi)星DNA，這種DNA的GC含量一般少于主帶中的DNA，浮力密度也低。第65頁/共112頁第六十六頁，共113頁。第66頁/共112頁第六十七頁，共113頁。原位雜交顯示著絲粒衛(wèi)星DNA衛(wèi)星DNA位于(wiy)有重要功能的真核染色體的著絲粒和端粒上 第67頁/共112頁第六十八頁，共113頁。衛(wèi)星DNA按其重復(fù)單元的核苷酸的多少(dusho)可以分成：小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)： 由幾百個核苷酸對的單元重復(fù)組成(z chn)。微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)：

30、 由2個到20個左右的核苷酸對的單元重復(fù)成百上千次所組成(z chn) 第68頁/共112頁第六十九頁，共113頁。微衛(wèi)星DNA和小衛(wèi)星DNA具有高度的可變性，不同個體彼此不同。但它們中有一小段序列則在所有個體中都一樣(yyng)，稱為“核心序列”。如果把核心序列串聯(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(yyng)，具有專一性和特征性，因人而異，因此被稱作“DNA指紋”(DNA fingerprint)。 第69頁/共112頁第七十頁，共113頁。DNA指紋分析：將個體的染色體DNA用限制性內(nèi)切酶消化(xiohu)，再以重復(fù)序列中的

31、共有序列作為核酸探針進(jìn)行雜交，對所得到不同生物個體相似DNA片段的帶型圖譜（即DNA指紋圖譜，對每一個體都是獨(dú)特的）進(jìn)行分析的方法。 第70頁/共112頁第七十一頁，共113頁。法醫(yī)鑒定第71頁/共112頁第七十二頁，共113頁。親子鑒定(qn z jin dn)第72頁/共112頁第七十三頁，共113頁。遇難者辨識空難事故受難者殘骸鑒定 通常(tngchng)在空難受害者殘骸的鑒定過程中，單純依靠法醫(yī)學(xué)和常規(guī)法血清學(xué)檢驗(yàn)，是很難對所有遇難人員的殘骸加以區(qū)分的。因此，在常規(guī)手段行不通時，再采用DNA 指紋術(shù)實(shí)為一種最佳選擇。第73頁/共112頁第七十四頁，共113頁。人種、性別鑒定人種、性別鑒

32、定 英國內(nèi)政部中央研究局研究表明，DNA 指紋術(shù)可在相當(dāng)大程度上用于人種鑒定，并測出白種人和非洲黑人的DNA多態(tài)片段及它在特定范圍內(nèi)的出現(xiàn)頻率，具有種屬代表性。有人對長達(dá)20年的陳舊(chnji)血跡中的降解DNA進(jìn)行了性別鑒定，并在人、獸的區(qū)分鑒定中取得成功。第74頁/共112頁第七十五頁，共113頁。其它方面(fngmin)的應(yīng)用l鑒別雙胞胎是異卵雙生還是同卵雙生。l可用于器官移植的配型試驗(yàn)，以便篩選(shixun)出最佳供體。l腫瘤細(xì)胞DNA指紋，因其染色體丟失或異常的擴(kuò)增而與正常體細(xì)胞不同。腫瘤DNA 指紋的改變可用作腫瘤發(fā)生和發(fā)展的標(biāo)志。 l在盜殺和偷捕野生動物的案件中，可對被盜殺的

33、動物進(jìn)行鑒定。第75頁/共112頁第七十六頁，共113頁。真核生物(shngw)基因的特點(diǎn)：3.1 斷裂基因（splite gene）/間隔(jin g)基因（interrupted gene） 概念：真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)（外顯子）和非編碼區(qū)（內(nèi)含子）互相(h xing)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。第76頁/共112頁第七十七頁，共113頁。斷裂基因的發(fā)現(xiàn)(fxin)與證實(shí)1977年以前(yqin)法國科學(xué)家Pierre Chambon發(fā)現(xiàn)：雞的管狀細(xì)胞(xbo)DNA與紅細(xì)胞(xbo)DNAHind I

34、II和EcoR I以雞卵清蛋白cDNA為探針Southern 雜交分析出現(xiàn)三條雜交條帶？mRNADNA第77頁/共112頁第七十八頁，共113頁。實(shí)例(shl)：雞卵清蛋白基因的大小和結(jié)構(gòu)如下lA、B、C、D、E、F、G的序列不能轉(zhuǎn)錄(zhun l)，約占75.2%(5641bp)lL、1、2、3、4、5、6、7的序列能夠轉(zhuǎn)錄(zhun l)，約占24.8%(1859bp)第78頁/共112頁第七十九頁，共113頁。雞卵清蛋白mRNA與DNA雜交(zjio)實(shí)驗(yàn) 電子顯微鏡照片(zhopin)第79頁/共112頁第八十頁，共113頁。第80頁/共112頁第八十一頁，共113頁。RNA剪接（RN

35、A splicing）：內(nèi)含子中初始(ch sh)轉(zhuǎn)錄物（RNA precursor）中去除，以及將外顯子連接起來的過程。5 Cap3 Poly(A) tailExonExonExonIntronIntronIntron were removed Exons jioned together5 Cap3 Poly(A) tailExonExonExon第81頁/共112頁第八十二頁，共113頁。斷裂基因的共性(gngxng)：間隔基因的外顯子在基因中的排列順序和它在成熟mRNA產(chǎn)物中的排列順序是相同的。某種間隔基因在所有組織中都具有相同的內(nèi)含子成分。核基因的內(nèi)含子通常在所有的可讀框中都含有無義密

36、碼子(nonsense codon) - 終止密碼子 ，因此一般(ybn)沒有編碼功能。大多數(shù)內(nèi)含子上發(fā)生的突變不影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，但一些內(nèi)含子上的突變可通過抑制外顯子的相互剪接阻止信使RNA的產(chǎn)生。第82頁/共112頁第八十三頁，共113頁。只有(zhyu)外顯子突變才會影響蛋白質(zhì)的序列，但內(nèi)含子的突變會影響RNA的剪接而抑制蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。第83頁/共112頁第八十四頁，共113頁。斷裂基因的相對性：內(nèi)含子并非“含而不露”，例如酵母細(xì)胞色素b基因的內(nèi)含子II也編碼一個成熟酶。外顯子并非“表里如一(bio l r y)”，人類尿激酶基因外顯子I不編碼氨基酸序列。并非真核生物所有的結(jié)構(gòu)基因都是間

37、隔基因。第84頁/共112頁第八十五頁，共113頁。斷裂基因形成(xngchng)的假說內(nèi)含子先存論（intron early）- 認(rèn)為具有內(nèi)含子的基因是古老的基因，內(nèi)含子也是基因的一個部分。所有(suyu)基因均起源于原本就具有間隔結(jié)構(gòu)的DNA分子，由于原核生物基因組小，“無功能”的內(nèi)含子成為快速復(fù)制的包袱，因而在進(jìn)化過程中逐漸被丟失。第85頁/共112頁第八十六頁，共113頁。支持(zhch)內(nèi)含子先存論的證據(jù)：曲霉菌玉米雞13 38 78 107 152 180/183 210 237 241磷酸丙糖異構(gòu)酶基因中的內(nèi)含子的位置(wi zhi)在玉米和雞之間很保守，但是與曲霉菌不同。進(jìn)化程

38、度(chngd)愈高的生物保留內(nèi)含子區(qū)域更多。第86頁/共112頁第八十七頁，共113頁。內(nèi)含子后生論（intron late）- 認(rèn)為原始基因的編碼區(qū)是無間隔區(qū)的DNA 序列，內(nèi)含子是在后期進(jìn)化(jnhu)的過程中隨機(jī)插入到基因組中，進(jìn)而形成間隔基因。EEEII血紅素結(jié)合域珠蛋白EEEIIIE增加的內(nèi)含子豆血紅蛋白結(jié)合域被分開第87頁/共112頁第八十八頁，共113頁。支持內(nèi)含子后生論的證據(jù)(zhngj)：果蠅細(xì)胞色素c的基因內(nèi)無內(nèi)含子，而人的細(xì)胞色素c的基因內(nèi)有內(nèi)含子，分布位置完全符合隨機(jī)插入的理論原則。有內(nèi)含子的基因是進(jìn)化的高級形式。第88頁/共112頁第八十九頁，共113頁。斷裂基因在

39、進(jìn)化(jnhu)中的意義有利于生物遺傳的相對穩(wěn)定。 間隔(jin g)基因的內(nèi)含子突變不會承受自然選擇的壓力。增加變異概率，有利于生物的進(jìn)化。 間隔(jin g)基因內(nèi)含子的核苷酸序列往往是外顯子的23倍，遺傳重組較易發(fā)生在內(nèi)含子中，間隔(jin g)基因長度的增加在某種程度上也增加了基因內(nèi)的重組交換概率，形成蛋白結(jié)構(gòu)域的重新組合。第89頁/共112頁第九十頁，共113頁。擴(kuò)大(kud)生物體的遺傳信息儲量。通過內(nèi)含子的相對性，即一個基因的內(nèi)含子可以是另一個基因的外顯子，可使相同的一段DNA編碼不同(b tn)的蛋白，起到了調(diào)控的作用，并增加了遺傳信息的貯存。通過改變讀碼框架或利用內(nèi)含子編碼基

40、因，從而擴(kuò)大了生物體遺傳信息的儲量。第90頁/共112頁第九十一頁，共113頁。第91頁/共112頁第九十二頁，共113頁。利用(lyng)內(nèi)含子進(jìn)行代謝調(diào)節(jié)。第92頁/共112頁第九十三頁，共113頁。3.2 基因(jyn)家族（gene family）和基因(jyn)簇（gene cluster）基因家族(jiz)：基因組中存在的許多來源于同一個祖先，結(jié)構(gòu)和功能相似的一組基因。同一家族(jiz)的這些基因的外顯子具有相關(guān)性，可在基因組內(nèi)集中或分散分布。 第93頁/共112頁第九十四頁，共113頁?；虼兀褐富蚣易逯械母鞒蓡T緊密成簇排列成大串的重復(fù)單位(dnwi)，定于染色體的的特殊區(qū)域。

41、l可以是由重復(fù)產(chǎn)生的兩個相鄰相關(guān)基因所組成。l可以幾百個相同基因串聯(lián)排列而成。l屬于同一個祖先的基因擴(kuò)增產(chǎn)物。l常常包括一些沒有(mi yu)生物功能的假基因。 第94頁/共112頁第九十五頁，共113頁。人血紅蛋白(xuhng dnbi)鏈基因簇：1個基因，2個基因，一個假基因和2個假基因。鏈基因簇：有5個功能性基因（1，2，1和1），1個假基因。第95頁/共112頁第九十六頁，共113頁。3.3 串聯(lián)(chunlin)重復(fù)基因簇串聯(lián)重復(fù)基因(jyn)出現(xiàn)在其產(chǎn)物被極度需要的情況下，如組蛋白基因(jyn)，rRNA基因(jyn)和tRNA基因(jyn)。組蛋白基因 編碼H1/H2A/H2b/

42、H3/H4五種組蛋白的基因彼此靠近構(gòu)成一個重復(fù)單位，這樣的重復(fù)單位串聯(lián)(chunlin)在一起。H1H4H2BH2AH3H1H4H2BH2AH3H1H4H2BH2AH3H1H4H2BH2AH3海膽果蠅第96頁/共112頁第九十七頁，共113頁。rRNA基因(jyn)原核生物如大腸桿菌(d chn n jn)基因組中，rRNA基因一共是七套；在真核生物中rRNA基因的重復(fù)次數(shù)更多。間隔區(qū)由21-100bp片段組成的類似衛(wèi)星DNA的串聯(lián)重復(fù)順序。不同生物及同種生物的不同rDNA重復(fù)單位之間間隔區(qū)的長短相差甚大。 第97頁/共112頁第九十八頁，共113頁。rRNA基因的排布具有(jyu)成簇的特征

43、；這種成簇有兩個層次：-在真核生物基因組中18S和28S以及是在同一轉(zhuǎn)錄單位中，5SrRNA是單獨(dú)轉(zhuǎn)錄的；低等的真核生物如酵母中，5SrRNA也和16S，23SrRNA在同一轉(zhuǎn)錄單位中；第98頁/共112頁第九十九頁，共113頁。 -在真核中，rRNA的轉(zhuǎn)錄單位成簇排列，把這樣(zhyng)的區(qū)域稱為rDNA，如染色體的核仁組織區(qū)（nucleolus organizer region）即為rDNA區(qū)。 第99頁/共112頁第一百頁，共113頁。tRNA基因 tRNA基因也是串聯(lián)(chunlin)重復(fù)排列，但各重復(fù)單位中的各tRNA可以不同。 目前對于tRNA基因簇中各個基因是單獨(dú)轉(zhuǎn)錄還是整個重

44、復(fù)單位一起轉(zhuǎn)錄尚不清楚。第100頁/共112頁第一百零一頁，共113頁。3.4 假基因（pseudogene）：具有(jyu)與功能基因相似的序列，但由于有許多突變以致失去了原有的功能，所以假基因是沒有功能的基因，常用表示。 第101頁/共112頁第一百零二頁，共113頁。假基因的分類(fn li)功能基因累積突變型加工假基因-基因組中與RNA轉(zhuǎn)錄物相似的失活基因。最初(zuch)是由RNA的反轉(zhuǎn)錄物以某種隨機(jī)方式插入基因組中產(chǎn)生的。第102頁/共112頁第一百零三頁，共113頁。在假基因中完全缺少在相應(yīng)的正?；蛑写嬖诘膬?nèi)含子順序；在假基因的5末端有一段連貫(lingun)的脫氧腺嘌呤核苷酸;有些假基因與相應(yīng)的正?；蛟陧樞蚪M成上的相似性只限于相應(yīng)的mRNA的3末端之前的部分。假基因的特點(diǎn)(tdin)第103頁/共112頁第一百零四頁，共113頁。假基因的來源(liyun)一般認(rèn)為是由mRNA反