斷裂基因與重疊基因

1、第五節(jié) 斷裂基因與重疊基因一、外顯子與內(nèi)含子1、基本概念斷裂基因：一個(gè)基因往往由幾個(gè)互不相鄰的段落組成，它們內(nèi)部被長達(dá)數(shù)百個(gè)乃至上千個(gè)核苷酸對的間隔序列所隔開。外顯子：將DNA序列中被轉(zhuǎn)錄成為mRNA的片段稱為外顯子（exon或extron）。內(nèi)含子：而在成熟mRNA上未反應(yīng)出的DNA區(qū)段稱為內(nèi)含子（intron）。2、斷裂基因的結(jié)構(gòu)自從1977年開始在猴類病毒SV40和腺病毒（adenovirus）中發(fā)現(xiàn)斷裂基因以后，目前在珠蛋白基因、卵清蛋白基因、免疫球蛋白基因、tRNA基因、rRNA基因均是具有這種間隔順序的斷裂基因。在一個(gè)DNA片段中，往往由數(shù)個(gè)外顯子和內(nèi)含子組成，在轉(zhuǎn)錄時(shí)，外顯子轉(zhuǎn)錄

2、成為mRNA，而內(nèi)含子不進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。例如卵清蛋白基因含有7個(gè)內(nèi)含子，從而將基因分隔為7個(gè)外顯子，此外還有一個(gè)前導(dǎo)序列（圖4-8）。Gilbert認(rèn)為基因是由被表達(dá)的外顯子鑲嵌在沉默的內(nèi)含子中的一種嵌合體，而且內(nèi)含子的核苷酸數(shù)量可比外顯子多510倍。高等真核生物的基因多數(shù)都有內(nèi)含子，只有少數(shù)基因沒有內(nèi)含子。原核生物的基因一般沒有內(nèi)含子。二、斷裂基因的意義有利于儲(chǔ)存較多的信息，增加信息量：一般說，一個(gè)基因只轉(zhuǎn)錄出一種mRNA，但是一些斷裂基因以不同的剪接方式可以產(chǎn)生兩種以至多種mRNA，于是編碼不同功能的多肽。有利于變異和進(jìn)化：雖然單個(gè)堿基的改變有時(shí)可以引起氨基酸的變更而造成蛋白質(zhì)的變化，但是很難產(chǎn)

3、生重大改變而形成新的蛋白質(zhì)。更何況如這些單個(gè)堿基突變發(fā)生在密碼子第三位上往往是沉默的，于是大大地降低了突變的效應(yīng)。而在斷裂基因中如果突變發(fā)生在內(nèi)含子與外顯子結(jié)合部位，那么就會(huì)造成剪接方式的改變，結(jié)果使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生大幅度的變化，從而加速進(jìn)化。增加重組機(jī)率：內(nèi)含子有可能不斷地增減造成新的剪接方式，一方面形成新的基因，另一方面在剪接過程中無疑地會(huì)增加重組頻率；同時(shí)在斷裂基因中，由于內(nèi)含子的存在，基因長度增加，于是也增加了重組頻率?？赡苁腔蛘{(diào)控裝置：內(nèi)含子可能在基因表達(dá)中有一定的調(diào)控作用，在基因轉(zhuǎn)錄水平上以及在合成了mRNA以后的加工過程中起著調(diào)控基因表達(dá)的作用。三、重疊基因的發(fā)現(xiàn)與重疊方式1、重

4、疊基因的概念重疊基因是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成為兩個(gè)或兩個(gè)以上基因的組成部分。這是英國劍橋分子生物學(xué)家Sanger（1978）分析了X174DNA全序列后，發(fā)現(xiàn)它只有5386個(gè)核苷酸卻組成了9個(gè)基因，而這9個(gè)基因編碼了2000個(gè)氨基酸，按三聯(lián)體密碼子的原則應(yīng)有6000個(gè)核苷酸，而實(shí)際數(shù)和理論數(shù)卻相差614個(gè)核苷酸，這是什么原因呢？還是Sanger實(shí)驗(yàn)室的Barrell等發(fā)現(xiàn)X174基因組中有些密碼是重讀的，也就是重疊密碼，從而形成重疊基因（表4-2）。2、重疊方式大基因之內(nèi)包含小基因 例如X174的B基因完全包含在A基因之內(nèi)；E基因完全在D基因之內(nèi)，由于它們密碼讀框不同而得到不同的蛋白質(zhì)（圖4-9）。前后兩個(gè)基因首尾重疊 例如D基因的終止密碼子最后一個(gè)核苷酸是下一個(gè)J基因起始密碼子的第一個(gè)核苷酸；還有前后重疊兩個(gè)核苷酸的，如A基因與C基因之間就重疊了兩個(gè)核苷酸。3個(gè)基因之間三重重疊 上面兩種重疊方式都只涉及2個(gè)基因之間的二重重疊。Shaw（1978）對噬菌體G4核苷酸序列分析時(shí)發(fā)現(xiàn)3個(gè)基因間的三重重疊。反向重疊 DNA雙鏈都轉(zhuǎn)錄，密碼讀框相同，但方向不同，所以形成不同的蛋白質(zhì)。不過這兩者的轉(zhuǎn)錄是相互干擾的，因此其表達(dá)往往是一強(qiáng)一弱。重疊