第二章 基因的組織與結(jié)構(gòu)

1、1第二章 基因的組織與結(jié)構(gòu)2第三節(jié)第三節(jié) 染色體外遺傳因子染色體外遺傳因子第二章 基因的組織與結(jié)構(gòu)3第一節(jié)第一節(jié) 基因與基因多樣性基因與基因多樣性4“Particulate factor”在在孟德?tīng)柮系聽(tīng)栠z傳學(xué)的定律中，遺傳學(xué)的定律中，孟德?tīng)栍糜诿麖挠H代傳遞給子代而不發(fā)生改變孟德?tīng)栍糜诿麖挠H代傳遞給子代而不發(fā)生改變的遺傳物質(zhì)；的遺傳物質(zhì)；遺傳因子位于染色體上遺傳因子位于染色體上薩頓假設(shè)，薩頓假設(shè)，1903年年W.S.Sutton;Gene由由W. Johannsen于于1909年首先使用年首先使用,但當(dāng)?shù)?dāng)時(shí)對(duì)其物質(zhì)本質(zhì)尚一無(wú)所知；時(shí)對(duì)其物質(zhì)本質(zhì)尚一無(wú)所知；遺傳粒子理論遺傳粒子理論摩爾根摩

2、爾根基因論基因論，基因是染，基因是染色體上象念珠一樣線形排列的遺傳物質(zhì)單位，是色體上象念珠一樣線形排列的遺傳物質(zhì)單位，是突變、重組和功能突變、重組和功能表達(dá)三位一體；表達(dá)三位一體；1、基因概念的演化、基因概念的演化F 基因的染色體遺傳學(xué)階段5基因與性狀的相關(guān)性基因與性狀的相關(guān)性1940年，年，G.Beadle和和R.Tatum提出提出“一個(gè)基因一個(gè)酶一個(gè)基因一個(gè)酶”的假設(shè)，第一的假設(shè)，第一次明確地把基因和蛋白質(zhì)直接相關(guān)聯(lián)；次明確地把基因和蛋白質(zhì)直接相關(guān)聯(lián)；6F基因的分子生物學(xué)階段 基因物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)基因物質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn) 染等實(shí)驗(yàn)證實(shí)了染等實(shí)驗(yàn)證實(shí)了DNADNA是遺傳物

3、質(zhì)，基因的化學(xué)是遺傳物質(zhì)，基因的化學(xué)本質(zhì)是脫氧核糖核酸，基因是具有一定的遺本質(zhì)是脫氧核糖核酸，基因是具有一定的遺傳學(xué)功能的傳學(xué)功能的DNADNA片段；片段；7DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)模型Watson&Crick從從結(jié)構(gòu)上論證了結(jié)構(gòu)上論證了DNA作為遺傳物質(zhì)的可行性；作為遺傳物質(zhì)的可行性；基因調(diào)控模型的建立基因調(diào)控模型的建立Jacob和和Monod的的操縱子學(xué)說(shuō)，基因是在特定遺傳系統(tǒng)調(diào)操縱子學(xué)說(shuō)，基因是在特定遺傳系統(tǒng)調(diào)控下的表達(dá)其功能的遺傳物質(zhì)單位?？叵碌谋磉_(dá)其功能的遺傳物質(zhì)單位。8F基因的反向生物學(xué)階段基因的反向生物學(xué)階段Functional StudiesForward Ge

4、neticsMutant CharacterizationsGenetics ScreensMolecular CharacterizationsReverse GeneticsIdentification of target geneGenerate mutantGenetic analysisBiological assessment表現(xiàn)型表現(xiàn)型(phenotype(phenotype)基因型基因型（genetype)genetype)92、基因的概念、基因的概念 基因是指存在于細(xì)胞內(nèi)有自體繁殖能基因是指存在于細(xì)胞內(nèi)有自體繁殖能力的力的遺傳單位遺傳單位，在染色體上占有一定位置、，在染色體上

5、占有一定位置、呈直線排列。呈直線排列。 基因是具有特定核苷酸順序的核酸分基因是具有特定核苷酸順序的核酸分子中一個(gè)片段，是攜帶有特定遺傳信息的子中一個(gè)片段，是攜帶有特定遺傳信息的功能單位功能單位。 在大多數(shù)生物中基因的化學(xué)本質(zhì)是在大多數(shù)生物中基因的化學(xué)本質(zhì)是DNADNA，但在某些病毒中可以是但在某些病毒中可以是RNARNA。 103、不連續(xù)基因、不連續(xù)基因/斷裂基因斷裂基因lStructural gene codes for any RNA or protein product other than a regulator. 結(jié)構(gòu)基因：結(jié)構(gòu)基因：RNA或蛋白質(zhì)的編碼基因，而非調(diào)節(jié)基或蛋白質(zhì)的編碼

6、基因，而非調(diào)節(jié)基因。因。 lExon is any segment of an interrupted gene that is represented in the mature RNA product. 外顯子：基因中的編碼區(qū)，即表達(dá)產(chǎn)生肽鏈的部分。外顯子：基因中的編碼區(qū)，即表達(dá)產(chǎn)生肽鏈的部分。lIntron is a segment of DNA that is transcribed, but removed from within the transcript by splicing together the sequences (exons) on either side of i

7、t. 內(nèi)含子：基因中的非編碼區(qū)，即基因內(nèi)部不表達(dá)部?jī)?nèi)含子：基因中的非編碼區(qū)，即基因內(nèi)部不表達(dá)部分。分。 11lTranscript is the RNA product produced by copying one strand of DNA. It may require processing to generate mature RNAs. 轉(zhuǎn)錄本：由模板轉(zhuǎn)錄本：由模板DNA轉(zhuǎn)錄得到的轉(zhuǎn)錄得到的RNA產(chǎn)物，需進(jìn)一步加產(chǎn)物，需進(jìn)一步加工后才能成為成熟的工后才能成為成熟的RNA。lRNA splicing is the process of excising the sequ-ences i

8、n RNA that correspond to introns, so that the sequences corresponding to exons are connected into a continuous mRNA. RNA剪接：除去內(nèi)含子，連接外顯子序列，以產(chǎn)生功能剪接：除去內(nèi)含子，連接外顯子序列，以產(chǎn)生功能的的mRNA、tRNA、rRNA的過(guò)程。的過(guò)程。12斷裂基因的轉(zhuǎn)斷裂基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)錄與表達(dá)lInterrupted genes are expressed via a precure or RNA. lIntrons are removed when the exons

9、 are spliced together. lThe mRNA has only the sequences of the exons.13 Phillip A. Sharp Sharp Center for Cancer Research Massachusetts Institute of Technology, USA 1944 - Richard J.Roberts New England Bio-labs Beverly, MA, USA 1943 - The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1993“for their discover

10、y of split genes”1）基因不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)與證實(shí)）基因不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)與證實(shí)14R-loop 法法15R-looping experiments reveal introns in adenovirus16 雞卵清蛋白雞卵清蛋白cDNAcDNA探針和紅細(xì)胞及輸卵管探針和紅細(xì)胞及輸卵管DNADNA Southern Southern雜交的結(jié)果雜交的結(jié)果l1977年，法 Chambon17用DNA-RNADNA-RNA雜交的方法驗(yàn)證雞卵清蛋白基因中存在非編碼的內(nèi)含子區(qū)。a. a. 成熟mRNAmRNA與帶有該基因的互補(bǔ)鏈DNADNA序列雜交示意圖；b. b. 雞卵清蛋白的基因結(jié)構(gòu)示意圖

11、18DNA酶切分析酶切分析l若同一基因的基因組若同一基因的基因組DNA和和cDNA的限制性圖譜相的限制性圖譜相同，則一般不含內(nèi)含子；同，則一般不含內(nèi)含子；l若基因組若基因組DNA的長(zhǎng)度大于的長(zhǎng)度大于cDNA則很可能是不連續(xù)則很可能是不連續(xù)基因?；?。19l斷裂基因現(xiàn)象廣泛存在于真核生物中，甚至斷裂基因現(xiàn)象廣泛存在于真核生物中，甚至在少數(shù)原核生物中也存在；在少數(shù)原核生物中也存在；l并非所有的真核生物基因都是斷裂基因，如并非所有的真核生物基因都是斷裂基因，如組蛋白基因和干擾素基因。組蛋白基因和干擾素基因。202）內(nèi)含子與外顯子特點(diǎn)比較）內(nèi)含子與外顯子特點(diǎn)比較l不同的斷裂基因所含的內(nèi)含子數(shù)目有很大差

12、別，不同的斷裂基因所含的內(nèi)含子數(shù)目有很大差別，有些基因只有一個(gè)或若干個(gè)內(nèi)含子，而有的基因有些基因只有一個(gè)或若干個(gè)內(nèi)含子，而有的基因內(nèi)含子與外顯子是高度嵌合的；內(nèi)含子與外顯子是高度嵌合的；l內(nèi)含子的長(zhǎng)度常大于外顯子；內(nèi)含子的長(zhǎng)度常大于外顯子；l在同一基因家族內(nèi)，斷裂基因的組織結(jié)構(gòu)、外顯在同一基因家族內(nèi)，斷裂基因的組織結(jié)構(gòu)、外顯子序列及其長(zhǎng)度通常比較保守，而內(nèi)含子變化迅子序列及其長(zhǎng)度通常比較保守，而內(nèi)含子變化迅速，不論是序列還是長(zhǎng)度差異性很大。速，不論是序列還是長(zhǎng)度差異性很大。21連續(xù)基因與斷裂基因外顯子數(shù)目的分布連續(xù)基因與斷裂基因外顯子數(shù)目的分布Most genes are uninterrup

13、ted in yeast, but most genes are interrupted in flies and mammals. (Uninterrupted genes have only 1 exon, and are totaled in the leftmost column.) 22外顯子與內(nèi)含子的長(zhǎng)度變化外顯子與內(nèi)含子的長(zhǎng)度變化Introns are longer than exons. The size distribution extends from approximately the same size as the exons (200 bp) to 50-60 kb

14、 in extreme cases. 23哺乳動(dòng)物二氫葉酸還原酶（哺乳動(dòng)物二氫葉酸還原酶（DHFR）基因）基因 人類(lèi)、小鼠和中國(guó)倉(cāng)鼠的人類(lèi)、小鼠和中國(guó)倉(cāng)鼠的DHFR都有都有6個(gè)外顯子，外顯個(gè)外顯子，外顯子基本相同，各內(nèi)含子的相對(duì)子基本相同，各內(nèi)含子的相對(duì)位置沒(méi)有改變，但長(zhǎng)度變化很位置沒(méi)有改變，但長(zhǎng)度變化很大。大。244）基因外顯子與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的關(guān)系）基因外顯子與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的關(guān)系l外顯子常相當(dāng)于多肽折疊的結(jié)構(gòu)域；l外顯子的邊界非常精確地相當(dāng)于結(jié)構(gòu)域之間的聯(lián)結(jié)處；l外顯子與結(jié)構(gòu)域并非在任何情況下都一一對(duì)應(yīng)。5）內(nèi)含子與外顯子的關(guān)系）內(nèi)含子與外顯子的關(guān)系l外顯子與內(nèi)含子聯(lián)結(jié)處具有1-4bp的保守

15、的共同序列（GT-AG規(guī)則），與剪接反應(yīng)有關(guān)；l一個(gè)基因的內(nèi)含子可以是另一基因的外顯子。256）內(nèi)含子可能的功能）內(nèi)含子可能的功能l具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用：內(nèi)含子通過(guò)與啟動(dòng)子、起始具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用：內(nèi)含子通過(guò)與啟動(dòng)子、起始位點(diǎn)的精確堿基配對(duì)來(lái)阻止或增強(qiáng)位點(diǎn)的精確堿基配對(duì)來(lái)阻止或增強(qiáng)RNA聚合酶的聚合酶的作用；作用；l內(nèi)含子具有各種剪接信號(hào)，不同細(xì)胞能選擇不同內(nèi)含子具有各種剪接信號(hào)，不同細(xì)胞能選擇不同的拼接點(diǎn)，將初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行不同的加工，對(duì)的拼接點(diǎn)，將初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行不同的加工，對(duì)外顯子進(jìn)行選擇地拼接，形成不同的成熟外顯子進(jìn)行選擇地拼接，形成不同的成熟mRNA；l有的內(nèi)含子有自己特定的蛋白編碼序列。

16、有的內(nèi)含子有自己特定的蛋白編碼序列。26斷裂基因斷裂基因 Split Genes有些基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄本，可以按照不同的途徑剪輯形成不同的RNA分子，編碼不同的蛋白質(zhì) 27 164 199 229 242 259aa 型型 W X Z W X Z 型型 W X Z 164 199 229 242 259aa 圖 10-42 肌鈣蛋白基因內(nèi)含子的交替剪接， 產(chǎn)生和兩種類(lèi)型的蛋白肌鈣蛋白基因內(nèi)含子的交替剪接，產(chǎn)生和兩種類(lèi)型的蛋白28 外顯子 1 內(nèi)含子 1 外顯子 2 內(nèi)含子 2 外顯子 3 417bp 765bp 14bp 1240bp 100bp 139aa 280aa(840bp) 翻譯 剪接

17、RNA 成熟酶(423aa) 成熟的 mRNA 翻譯 細(xì)胞色素 b 144aa+279aa 圖 13-20 酵母 cob 基因的內(nèi)含子的 2 的剪接。內(nèi)含子 2 前部 840bp 的開(kāi)放讀框 參與編碼 RNA 成熟酶。RNA 成熟酶反過(guò)來(lái)又將內(nèi)含子 2 剪切酵母酵母cobcob基因的內(nèi)含子基因的內(nèi)含子2 2的剪接。的剪接。內(nèi)含子內(nèi)含子2 2前部前部840bp840bp的開(kāi)放閱讀框參與編碼的開(kāi)放閱讀框參與編碼RNARNA成熟酶，成熟酶， RNARNA成熟酶又反過(guò)來(lái)將內(nèi)含子成熟酶又反過(guò)來(lái)將內(nèi)含子2 2剪接剪接29exon trapping(外顯子捕捉技術(shù)）外顯子捕捉技術(shù)）Exons isolati

18、on30u 外顯子組u 外顯子組測(cè)序（測(cè)序原理及應(yīng)用）Homework31思考如何獲得基因的全長(zhǎng)（包括基因的DNA結(jié)構(gòu)和cDNA結(jié)構(gòu)）324、基因家族（、基因家族（gene family）l基因家族（基因家族（gene family） 來(lái)自于一個(gè)共同的來(lái)自于一個(gè)共同的祖先基因，通過(guò)復(fù)制和變異形成的結(jié)構(gòu)、功能相祖先基因，通過(guò)復(fù)制和變異形成的結(jié)構(gòu)、功能相似的基因群體；家族成員其外顯子具有相似性。似的基因群體；家族成員其外顯子具有相似性。l基因簇（基因簇（genen cluster）:位于同一染色體上彼位于同一染色體上彼此相鄰近的一組相同或相關(guān)基因稱(chēng)為基因簇。此相鄰近的一組相同或相關(guān)基因稱(chēng)為基因簇。

19、 基因家族中的成員常集串聯(lián)排列構(gòu)成基因簇；但也基因家族中的成員常集串聯(lián)排列構(gòu)成基因簇；但也可以不集中在一起，也分布在不同的染色體上?？梢圆患性谝黄?，也分布在不同的染色體上。33l基因家族的類(lèi)型：基因家族的類(lèi)型： 1 1）簡(jiǎn)單的多基因家族；）簡(jiǎn)單的多基因家族； 2 2）復(fù)雜的多基因家族；）復(fù)雜的多基因家族； 3 3）時(shí)空表達(dá)差異的復(fù)雜多基因家族。）時(shí)空表達(dá)差異的復(fù)雜多基因家族。341 1）簡(jiǎn)單的多基因家族）簡(jiǎn)單的多基因家族rRNArRNA基因家族基因家族l特點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄單元結(jié)構(gòu)相似，特點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄單元結(jié)構(gòu)相似，中度重復(fù)，在基因組內(nèi)分中度重復(fù)，在基因組內(nèi)分散成若干個(gè)基因簇。各重散成若干個(gè)基因簇。各重復(fù)單

20、位含有單一的轉(zhuǎn)錄單復(fù)單位含有單一的轉(zhuǎn)錄單元和非轉(zhuǎn)錄區(qū)；元和非轉(zhuǎn)錄區(qū)；l真核生物真核生物rRNA基因通過(guò)基因通過(guò)重復(fù)單元構(gòu)成基因簇，重復(fù)單元構(gòu)成基因簇，18-5.8-28S為同一轉(zhuǎn)錄單為同一轉(zhuǎn)錄單元，重復(fù)單元包括轉(zhuǎn)錄序元，重復(fù)單元包括轉(zhuǎn)錄序列和將轉(zhuǎn)錄序列分隔開(kāi)的列和將轉(zhuǎn)錄序列分隔開(kāi)的轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)；轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)；lrRNA重復(fù)單元分布在一重復(fù)單元分布在一條或幾條染色體的核仁區(qū)。條或幾條染色體的核仁區(qū)。 真核生物真核生物rDNA重復(fù)單元結(jié)構(gòu)重復(fù)單元結(jié)構(gòu)35rRNA基因家族比較簡(jiǎn)單的基因家族中轉(zhuǎn)錄單元保守性很高；轉(zhuǎn)錄單元內(nèi)基因間隔區(qū)序列變化大；非轉(zhuǎn)錄區(qū)在不同生物中，甚至在同種生物中變化也很大。幾種真核生物

21、幾種真核生物rRNA基因基因 重復(fù)單元的排列方式重復(fù)單元的排列方式轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄單位14kbp36rDNA非轉(zhuǎn)錄間非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)結(jié)構(gòu)隔區(qū)結(jié)構(gòu)l長(zhǎng)度固定區(qū)域與可變區(qū)域相間排列；長(zhǎng)度固定區(qū)域與可變區(qū)域相間排列；l可變區(qū)域由短重復(fù)序列組成，重復(fù)次數(shù)變化導(dǎo)致非轉(zhuǎn)可變區(qū)域由短重復(fù)序列組成，重復(fù)次數(shù)變化導(dǎo)致非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列長(zhǎng)度差異；錄間隔區(qū)序列長(zhǎng)度差異；l最前端的固定區(qū)域其序列和長(zhǎng)度與其它固定區(qū)域不同；最前端的固定區(qū)域其序列和長(zhǎng)度與其它固定區(qū)域不同；l后三個(gè)固定區(qū)域稱(chēng)做后三個(gè)固定區(qū)域稱(chēng)做Bam Island;l每個(gè)重復(fù)固定區(qū)域都含有啟動(dòng)子序列，這有利于每個(gè)重復(fù)固定區(qū)域都含有啟動(dòng)子序列，這有利于rDNA在需要時(shí)

22、高效表達(dá)。在需要時(shí)高效表達(dá)。37rRNA基因簇轉(zhuǎn)錄過(guò)程電鏡觀察此圖為蠑螈此圖為蠑螈rRNA基因簇轉(zhuǎn)錄時(shí)的電鏡觀察。轉(zhuǎn)錄時(shí)基因簇轉(zhuǎn)錄時(shí)的電鏡觀察。轉(zhuǎn)錄時(shí)RNA聚合酶大聚合酶大量聚集于量聚集于rDNA轉(zhuǎn)錄單元，而在非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)數(shù)量很少。顯示轉(zhuǎn)錄單元，而在非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)數(shù)量很少。顯示rRNA基因的重復(fù)單元結(jié)構(gòu)?；虻闹貜?fù)單元結(jié)構(gòu)。382）復(fù)雜的）復(fù)雜的多基因家族多基因家族組蛋白基因家族組蛋白基因家族l由多個(gè)基因構(gòu)成一個(gè)單位重復(fù)由多個(gè)基因構(gòu)成一個(gè)單位重復(fù)數(shù)百次；每個(gè)基因單獨(dú)地按一數(shù)百次；每個(gè)基因單獨(dú)地按一定方向轉(zhuǎn)錄；各重復(fù)單元含有定方向轉(zhuǎn)錄；各重復(fù)單元含有多個(gè)不同的轉(zhuǎn)錄單元和非轉(zhuǎn)錄多個(gè)不同的轉(zhuǎn)錄單元和非

23、轉(zhuǎn)錄區(qū)；區(qū)；l組蛋白基因家族中的組蛋白基因家族中的5個(gè)基因串個(gè)基因串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)單元，然后又以多聯(lián)構(gòu)成一個(gè)單元，然后又以多拷貝組織成串聯(lián)的重復(fù)基因簇，拷貝組織成串聯(lián)的重復(fù)基因簇，基因與基因之間是非轉(zhuǎn)錄的間基因與基因之間是非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)。一個(gè)重復(fù)單元中隔區(qū)。一個(gè)重復(fù)單元中5個(gè)間隔個(gè)間隔區(qū)短而且互不相同。區(qū)短而且互不相同。幾種動(dòng)物組蛋白基因的拷貝數(shù)：幾種動(dòng)物組蛋白基因的拷貝數(shù)：海膽：海膽：300-1000；果蠅：；果蠅：100；雞：；雞：10小鼠：小鼠：10-20； 人：人：30-40； 酵母：酵母：139組蛋白基因家族比較組蛋白基因家族比較l三種海膽的組蛋白基因的組織結(jié)構(gòu)完全一致，不僅基因數(shù)三種海

24、膽的組蛋白基因的組織結(jié)構(gòu)完全一致，不僅基因數(shù)目、排列順序相同，轉(zhuǎn)錄方向也一樣；目、排列順序相同，轉(zhuǎn)錄方向也一樣；l果蠅和蠑螈的果蠅和蠑螈的5種組蛋白在排列順序和轉(zhuǎn)錄方向上有所不種組蛋白在排列順序和轉(zhuǎn)錄方向上有所不同。同。403）時(shí)空特異性表達(dá)的復(fù)雜多基因家族 珠蛋白基因家族l人血紅蛋白是珠蛋白的人血紅蛋白是珠蛋白的四聚體，分別由四聚體，分別由 家族家族（16號(hào)染色體）和號(hào)染色體）和 家族家族（11號(hào)染色體）的基因號(hào)染色體）的基因編碼。編碼。l在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，血在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，血紅蛋白的亞基組成不同，紅蛋白的亞基組成不同，基因的表達(dá)具有時(shí)序性?；虻谋磉_(dá)具有時(shí)序性?；蚺帕蟹绞脚c基因在發(fā)育階

25、段基因排列方式與基因在發(fā)育階段的表達(dá)順序一致的表達(dá)順序一致41425、假基因、假基因l假基因（假基因（pseudogene）：核苷酸序列同相應(yīng)的）：核苷酸序列同相應(yīng)的正常功能基因基本相同，但不能合成功能蛋白正常功能基因基本相同，但不能合成功能蛋白質(zhì)的失活基因。質(zhì)的失活基因。l未加工的的假基因未加工的的假基因：是通過(guò)基因組是通過(guò)基因組DNADNA復(fù)制產(chǎn)生，復(fù)制產(chǎn)生，與與“親本基因親本基因”結(jié)構(gòu)相似，與結(jié)構(gòu)相似，與“親本基因親本基因” 串串聯(lián)重復(fù)。珠蛋白基因家族中的假基因就屬于此聯(lián)重復(fù)。珠蛋白基因家族中的假基因就屬于此類(lèi)型。類(lèi)型。l加工的假基因加工的假基因（processed pseudogene

26、）：）：不與不與“親本基因親本基因”連鎖，其結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄本類(lèi)似，連鎖，其結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄本類(lèi)似，如沒(méi)有啟動(dòng)子和內(nèi)含子，如沒(méi)有啟動(dòng)子和內(nèi)含子，3末端有延伸的腺嘌呤末端有延伸的腺嘌呤短序列，短序列，兩側(cè)有順向重復(fù)序列的存在。因此很因此很可能來(lái)自加工的可能來(lái)自加工的RNA之之DNA拷貝?？截?。43重復(fù)的假基因重復(fù)的假基因l 基因簇中的假基因基因簇中的假基因1同功能的同功能的 珠蛋白基因密切相關(guān)，珠蛋白基因密切相關(guān)， 1與與 1的編碼和間隔序列同源性達(dá)的編碼和間隔序列同源性達(dá)73%，因此可能由后，因此可能由后者重復(fù)而來(lái)；者重復(fù)而來(lái)；l假基因并非起初就失活，而是隨著進(jìn)化產(chǎn)生許多突變慢慢假基因并非起初就失活，而是

27、隨著進(jìn)化產(chǎn)生許多突變慢慢失活的。失活的。 44加工的假基因（加工的假基因（processed pseudogene）Pseudogenes could arise by reverse transcription of RNA to give duplex DNAs that become integrated into the genome.456、重疊基因（overlapping gene) 蓮人在綠楊津 采 一 玉漱聲歌新闕采蓮人在綠楊津，在綠楊津一闕新,一闕新歌聲漱玉，歌聲漱玉采蓮人。461976年Burrell B. G., Air G. M. 和Hutchison C. A.首先報(bào)

28、告X174噬菌體含有重疊基因。1977年Sanger證實(shí)了重疊基因l對(duì)單鏈環(huán)狀的噬菌體X174X174進(jìn)行了測(cè)序，共5386 nt5386 nt。lX174X174含有的5386nt5386nt最多能編碼17951795個(gè)氨基酸，若每 個(gè)氨基酸的平均分子量為110Da110Da，則總的蛋白質(zhì)分子量 為197KD197KD，但實(shí)際蛋白質(zhì)總分子量卻為262KD262KD。l 將全部DNA順序和蛋白質(zhì)的氨基酸順序進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn) 共編碼了11個(gè)基因，存在基因重疊的現(xiàn)象。4748l重疊基因重疊基因：同一：同一DNA序列有兩種不同閱讀框架，序列有兩種不同閱讀框架，得到不同肽鏈，即兩個(gè)基因共同使用同一得到不

29、同肽鏈，即兩個(gè)基因共同使用同一DNA序列，卻編碼兩種不同的蛋白質(zhì)。序列，卻編碼兩種不同的蛋白質(zhì)。l基因重疊現(xiàn)象的發(fā)生是由于讀碼框架基因重疊現(xiàn)象的發(fā)生是由于讀碼框架“偏移偏移”所致。所致。l見(jiàn)于病毒、線粒體和質(zhì)粒見(jiàn)于病毒、線粒體和質(zhì)粒DNA 。49重疊基因的類(lèi)型重疊基因的類(lèi)型l全重疊：全重疊：一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因序列內(nèi)，如基因一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因序列內(nèi)，如基因B B在基因在基因A A內(nèi)，基因內(nèi)，基因E E在基因在基因D D內(nèi)。內(nèi)。l部分重疊部分重疊：K K基因與基因與C C基因在一段序列內(nèi)重疊?；蛟谝欢涡蛄袃?nèi)重疊。l1-21-2個(gè)堿基的重疊個(gè)堿基的重疊：大多數(shù)發(fā)生在一個(gè)基因的終止密碼子

30、與下：大多數(shù)發(fā)生在一個(gè)基因的終止密碼子與下一個(gè)基因的起始密碼子之間。如一個(gè)基因的起始密碼子之間。如D D基因終止密碼子基因終止密碼子TAATAA與與J J基因基因起始密碼子起始密碼子ATGATG間間“A A”的重疊。的重疊。 5GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU3 X174 mRNA的一段序列的一段序列 5GAAGGAGUGAUGUAA 3 基因基因D mRNA 3端序列端序列 Glu Gly Val Met Stop 5AUGUCUAAA3 基因基因J mRNA 5端序列端序列 Met Ser Lys 5GAAGGAGUGA 3 基因基因E mRNA 3端序列端序列 Lys

31、 Gly StopX174 mRNA內(nèi)基因內(nèi)基因D、J、E的部分重疊序列的部分重疊序列50517、轉(zhuǎn)位因子（、轉(zhuǎn)位因子（transposable elements）Transposon is a DNA sequence able to insert itself at a new location in the genome (without any sequence relationship with the target locus).Direct repeats are identical (or related) sequences present in two or more co

32、pies in the same orientation in the same molecular of DNA.Inverted terminal repeats are the short related or identical sequences present in reverse orientation at the ends of some transposons.IS is an abbreviation for insertion sequenceTransposase is the enzyme activity involved in insertion of tran

33、sposon at a new site.521）轉(zhuǎn)位因子的發(fā)現(xiàn)）轉(zhuǎn)位因子的發(fā)現(xiàn)Barbara McClintock532）玉米中的轉(zhuǎn)位因子）玉米中的轉(zhuǎn)位因子 (I) Ds/Ac組組C基因：位于第基因：位于第9染色體上，是合成紫糊粉層色素所必須的基因，如果染色體上，是合成紫糊粉層色素所必須的基因，如果它失去正常功能，糊粉層無(wú)色。它失去正常功能，糊粉層無(wú)色。Ds因子因子(dissociator)：可以從一個(gè)座位跳到另一個(gè)座位，在基因組內(nèi)：可以從一個(gè)座位跳到另一個(gè)座位，在基因組內(nèi)轉(zhuǎn)座；也可使染色體斷裂，引起缺失或重組。但是它的移動(dòng)必須轉(zhuǎn)座；也可使染色體斷裂，引起缺失或重組。但是它的移動(dòng)必須在另一個(gè)

34、基因在另一個(gè)基因Ac存在時(shí)才能進(jìn)行，存在時(shí)才能進(jìn)行，Ds是非自主因子。是非自主因子。Ac因子因子(activator)：與：與Ds有同源性，當(dāng)有同源性，當(dāng)Ac因子存在時(shí)，因子存在時(shí)，Ds因子才能轉(zhuǎn)因子才能轉(zhuǎn)移，移，Ac是自主因子。是自主因子。 54玉米中的轉(zhuǎn)位因子玉米中的轉(zhuǎn)位因子 Ac因子的分離及其分子結(jié)因子的分離及其分子結(jié)構(gòu)構(gòu)蠟質(zhì)基因同源部分序列互補(bǔ)，蠟質(zhì)基因同源部分序列互補(bǔ)，形成形成DNA雙鏈，在電鏡照片中雙鏈，在電鏡照片中可見(jiàn)為較粗的線；插入的可見(jiàn)為較粗的線；插入的Ac因子沒(méi)有互補(bǔ)序列，形成單鏈因子沒(méi)有互補(bǔ)序列，形成單鏈環(huán)，即環(huán)，即Ac因子。進(jìn)一步測(cè)定因子。進(jìn)一步測(cè)定序列，分析分子結(jié)構(gòu)。

35、序列，分析分子結(jié)構(gòu)。 55Ac/DS分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)lAC有兩個(gè)基因，轉(zhuǎn)位酶基因編碼轉(zhuǎn)位酶，另一個(gè)基因可能是編碼定位酶;lAc因子和 Ds因子序列相似性很高， 區(qū)別在于Ds因子發(fā)生轉(zhuǎn)位酶基因缺失；lAC和DS兩端有反向重復(fù) ( inverted repeats)，是轉(zhuǎn)位酶的識(shí)別標(biāo)志，因此均可發(fā)生轉(zhuǎn)位。56lA基因基因：合成糊粉層所必須的基因，正常表達(dá)：合成糊粉層所必須的基因，正常表達(dá)時(shí)糊粉層呈紫色；時(shí)糊粉層呈紫色；l正常的正常的Spm因子因子：類(lèi)似于：類(lèi)似于Ac因子，它能起抑因子，它能起抑制子（制子（suppressor）和誘變子（）和誘變子（mutator）的）的雙重作用。雙重作用。l有缺陷

36、的有缺陷的Spm因子因子：抑制功能不完全，糊粉層：抑制功能不完全，糊粉層呈淡紫色，正常呈淡紫色，正常Spm可幫助其實(shí)現(xiàn)完全抑制；可幫助其實(shí)現(xiàn)完全抑制；不能轉(zhuǎn)位，但在正常的不能轉(zhuǎn)位，但在正常的Spm因子存在時(shí)能夠轉(zhuǎn)因子存在時(shí)能夠轉(zhuǎn)位。位。l轉(zhuǎn)位有缺陷的轉(zhuǎn)位有缺陷的Spm因子因子：無(wú)抑制功能，但在：無(wú)抑制功能，但在Spm因子幫助下能起抑制作用；轉(zhuǎn)位功能缺陷，因子幫助下能起抑制作用；轉(zhuǎn)位功能缺陷，即便是在即便是在Spm因子存在時(shí)也不能轉(zhuǎn)位。因子存在時(shí)也不能轉(zhuǎn)位。l周期性的周期性的Spm因子因子：其抑制功能交替：其抑制功能交替（II）Spm因子組因子組57A基因基因：合成糊粉層所必須的基因。：合成糊粉

37、層所必須的基因。有缺陷的有缺陷的Spm因子因子：抑制功能不完全，也不能轉(zhuǎn)位，但在正：抑制功能不完全，也不能轉(zhuǎn)位，但在正常的常的Spm因子存在時(shí)能夠轉(zhuǎn)位。因子存在時(shí)能夠轉(zhuǎn)位。正 常 的正 常 的 S p m 因 子因 子 ： 類(lèi) 似 于： 類(lèi) 似 于 A c 因 子 ， 它 能 起 抑 制 子因 子 ， 它 能 起 抑 制 子（suppressor）和誘變子（）和誘變子（mutator）的作用。前者指的是）的作用。前者指的是幫助幫助“有缺陷的有缺陷的Spm因子因子”起到完全的抑制作用，后者起到完全的抑制作用，后者是指提供轉(zhuǎn)位酶使是指提供轉(zhuǎn)位酶使“缺陷的缺陷的Spm因子因子”轉(zhuǎn)位。轉(zhuǎn)位。淡紫色花瓣

38、色58l轉(zhuǎn)位有缺陷的轉(zhuǎn)位有缺陷的Spm因子：本身無(wú)抑制功能，但在因子：本身無(wú)抑制功能，但在Spm因子幫助下能起抑制作用；轉(zhuǎn)位功能缺陷，即便是在因子幫助下能起抑制作用；轉(zhuǎn)位功能缺陷，即便是在Spm因子存在時(shí)也不能轉(zhuǎn)位。因子存在時(shí)也不能轉(zhuǎn)位。l周期性的周期性的Spm因子：其抑制功能交替開(kāi)關(guān)。因子：其抑制功能交替開(kāi)關(guān)。593）細(xì)菌的轉(zhuǎn)位因子）細(xì)菌的轉(zhuǎn)位因子 （I）插入序列（IS）lIS是一類(lèi)自主單位，除是一類(lèi)自主單位，除含自身轉(zhuǎn)位作用的基因含自身轉(zhuǎn)位作用的基因外不含其它基因；外不含其它基因；lIS兩端具有對(duì)稱(chēng)的反向兩端具有對(duì)稱(chēng)的反向重復(fù)序列；重復(fù)序列；l轉(zhuǎn)位因子轉(zhuǎn)位時(shí)，基因轉(zhuǎn)位因子轉(zhuǎn)位時(shí)，基因組上的

39、靶序列發(fā)生倍生，組上的靶序列發(fā)生倍生，使插入序列的兩端各有使插入序列的兩端各有一段同向重復(fù)序列。一段同向重復(fù)序列。60插入序列插入序列 長(zhǎng)度長(zhǎng)度反向重反向重復(fù)長(zhǎng)度復(fù)長(zhǎng)度靶靶DNA的的長(zhǎng)度長(zhǎng)度編碼蛋編碼蛋白數(shù)目白數(shù)目轉(zhuǎn)座所轉(zhuǎn)座所需蛋白需蛋白靶點(diǎn)選擇靶點(diǎn)選擇IS1IS2 IS3IS4IS10RIS50RIS903768bp 1327 14281195132915311057 23bp41181622918 9511或124999 22243322111111區(qū)域優(yōu)先熱點(diǎn)熱點(diǎn)熱點(diǎn)熱點(diǎn)熱點(diǎn)不詳5 GGTGATGCTGCCAACTTACTGAT.ATCAATAAGTTGGACTCATTACC 3 CCA

40、CTACGACGGTTGAATGACTA722bp.TAGTTATTCAACCTGAGTAATGGIS 1分子末端反向重復(fù)序列分子末端反向重復(fù)序列細(xì)菌的插入序列（細(xì)菌的插入序列（IS）61（II）轉(zhuǎn)座子）轉(zhuǎn)座子Transposon（Tn)l轉(zhuǎn)座子常帶有多個(gè)轉(zhuǎn)座子常帶有多個(gè)基因，除轉(zhuǎn)位相關(guān)基因，除轉(zhuǎn)位相關(guān)的酶基因外，往往的酶基因外，往往還帶有抗性基因。還帶有抗性基因。l轉(zhuǎn)座子可分為兩個(gè)轉(zhuǎn)座子可分為兩個(gè)亞類(lèi)：亞類(lèi)：I 型轉(zhuǎn)座子型轉(zhuǎn)座子兩末端由兩末端由IS構(gòu)成；構(gòu)成；II型轉(zhuǎn)座子末端型轉(zhuǎn)座子末端由由反向重復(fù)序列構(gòu)成。反向重復(fù)序列構(gòu)成。62某些轉(zhuǎn)座子的基因特征某些轉(zhuǎn)座子的基因特征轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)度長(zhǎng)度遺

41、傳標(biāo)遺傳標(biāo)記記末端末端組件組件組件方向組件方向組件間關(guān)組件間關(guān)系系組件功能組件功能Tn10Tn5Tn903Tn9Tn16819300bp 5700 310026382088TetRKanRKanRCanREntRIS10RIS10LIS50RIS50LIS903IS1IS1倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)同向同向倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn)2.5%序列序列差異差異1bp差異差異相同相同相同相同相同相同完整功能完整功能功能減弱功能減弱完整功能完整功能無(wú)功能無(wú)功能兩者都具功能兩者都具功能兩者都具功能兩者都具功能兩者都具功能兩者都具功能 細(xì)菌轉(zhuǎn)座子細(xì)菌轉(zhuǎn)座子Tn 3結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 634）轉(zhuǎn)位因子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）轉(zhuǎn)位因子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)l

42、在轉(zhuǎn)位因子的兩端存在在轉(zhuǎn)位因子的兩端存在末端反向重復(fù)序列末端反向重復(fù)序列（TIR），它們?cè)谵D(zhuǎn)位過(guò)程中至關(guān)重要；），它們?cè)谵D(zhuǎn)位過(guò)程中至關(guān)重要；l絕大多數(shù)轉(zhuǎn)位因子含有開(kāi)放讀框（絕大多數(shù)轉(zhuǎn)位因子含有開(kāi)放讀框（ORF），），可能編碼一種酶，其功能促進(jìn)轉(zhuǎn)位因子的轉(zhuǎn)可能編碼一種酶，其功能促進(jìn)轉(zhuǎn)位因子的轉(zhuǎn)位；位；l受體受體DNA上存在很短的一段靶序列，由于轉(zhuǎn)上存在很短的一段靶序列，由于轉(zhuǎn)位因子的插入，在轉(zhuǎn)位因子的兩側(cè)形成正向位因子的插入，在轉(zhuǎn)位因子的兩側(cè)形成正向重復(fù)序列，靶序列的長(zhǎng)短對(duì)每類(lèi)轉(zhuǎn)位因子都重復(fù)序列，靶序列的長(zhǎng)短對(duì)每類(lèi)轉(zhuǎn)位因子都是特異的。是特異的。645）轉(zhuǎn)位機(jī)制）轉(zhuǎn)位機(jī)制 l 復(fù)制型轉(zhuǎn)座復(fù)制型轉(zhuǎn)座

43、(replicative transposition) ：轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)位因子的一個(gè)拷貝插入到靶位點(diǎn)，而另一拷貝位因子的一個(gè)拷貝插入到靶位點(diǎn)，而另一拷貝則仍然保留在給體原來(lái)的位置上，如則仍然保留在給體原來(lái)的位置上，如Tn3。l非復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座(conservative transposition) ：在轉(zhuǎn)位酶的作用下，轉(zhuǎn)位因子從原來(lái)位點(diǎn)上在轉(zhuǎn)位酶的作用下，轉(zhuǎn)位因子從原來(lái)位點(diǎn)上刪除下來(lái)，再轉(zhuǎn)移插入到另一個(gè)位點(diǎn)，如刪除下來(lái)，再轉(zhuǎn)移插入到另一個(gè)位點(diǎn)，如Tn10；65復(fù)制型轉(zhuǎn)座復(fù)制型轉(zhuǎn)座1、轉(zhuǎn)位酶識(shí)別轉(zhuǎn)位酶識(shí)別“靶序列靶序列”。2、Tn3轉(zhuǎn)座子及受體轉(zhuǎn)座子及受體“靶序列靶序列”的單鏈交錯(cuò)切割，形成單鏈

44、的單鏈交錯(cuò)切割，形成單鏈末端。末端。3、突出的單鏈連結(jié)起來(lái)，、突出的單鏈連結(jié)起來(lái)，a和和f連結(jié)起來(lái)，連結(jié)起來(lái)，g和和d連接起來(lái)，連接起來(lái)，形成一個(gè)形的交叉結(jié)構(gòu)。形成一個(gè)形的交叉結(jié)構(gòu)。 4、通過(guò)半保留復(fù)制產(chǎn)生兩個(gè)、通過(guò)半保留復(fù)制產(chǎn)生兩個(gè)Tn3轉(zhuǎn)座子及兩個(gè)靶序列，轉(zhuǎn)座子及兩個(gè)靶序列，5、在、在res處發(fā)生重組，通過(guò)互換處發(fā)生重組，通過(guò)互換產(chǎn)生兩個(gè)雙鏈環(huán)狀產(chǎn)生兩個(gè)雙鏈環(huán)狀DNA分子，分子，注意轉(zhuǎn)入靶序列的轉(zhuǎn)座子的注意轉(zhuǎn)入靶序列的轉(zhuǎn)座子的兩側(cè)有兩個(gè)同向重復(fù)，其實(shí)兩側(cè)有兩個(gè)同向重復(fù)，其實(shí)就是兩個(gè)靶序列。就是兩個(gè)靶序列。 Tn3Tn3的重組轉(zhuǎn)座的重組轉(zhuǎn)座66 供體上最終產(chǎn)生雙鏈斷裂供體上最終產(chǎn)生雙鏈斷裂

45、供體位點(diǎn)如不能被修復(fù)則有供體位點(diǎn)如不能被修復(fù)則有 致死效應(yīng)致死效應(yīng)非復(fù)制型轉(zhuǎn)座非復(fù)制型轉(zhuǎn)座67轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座的特征1 轉(zhuǎn)座不依賴(lài)于靶序列的同源性；2 轉(zhuǎn)座后靶序列重復(fù)；3 轉(zhuǎn)座子的插入具有專(zhuān)一性；4 轉(zhuǎn)座具有排他性-轉(zhuǎn)座免疫；5 轉(zhuǎn)座具有極性效應(yīng)；6 活化鄰近的沉默基因；7 區(qū)域性?xún)?yōu)先68轉(zhuǎn)座作用的遺傳學(xué)效應(yīng)轉(zhuǎn)座引起插入突變，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因失活；轉(zhuǎn)座產(chǎn)生新的基因；轉(zhuǎn)座產(chǎn)生的染色體畸變；轉(zhuǎn)座引起生物進(jìn)化。由于轉(zhuǎn)座作用，使某些原來(lái)在染色體上相距甚遠(yuǎn)的基因組合到一起，構(gòu)建成新的表達(dá)單元，產(chǎn)生新的基因和蛋白質(zhì)分子。696）逆轉(zhuǎn)座子（）逆轉(zhuǎn)座子（retroposons）人類(lèi)免疫系統(tǒng)缺陷病毒人類(lèi)免疫系統(tǒng)缺陷病毒

46、(HIV)(HIV)反轉(zhuǎn)錄病毒：能夠?qū)⒒蚪MRNA反轉(zhuǎn)錄成DNA拷貝（原病毒），再將其插入到宿主細(xì)胞的染色體中的病毒。反轉(zhuǎn)座子：反轉(zhuǎn)座子：基因結(jié)構(gòu)與逆轉(zhuǎn)錄病毒的原病毒類(lèi)似，指通過(guò)RNA為中介，反轉(zhuǎn)錄成DNA后進(jìn)行轉(zhuǎn)座的可動(dòng)元件，其最大的特點(diǎn)是編碼的多肽具有逆轉(zhuǎn)錄酶的活性。70反轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制循環(huán)反轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制循環(huán)71反轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)72反轉(zhuǎn)座子的分類(lèi)Mammalian genomes have three thpes of retroposonsViral SuperfamilyLINESNonviral SuperfamilyCommon typesTy(S. cerevisiae)Copi

47、a(D. melanogaster)L1(huaman)B1,B2,1D,B4(mouse)SINES(mammals)Pseudogenes of pol III transcriptsTerminiLong terminal repeatsNo repeatsNo repeatsTarget repeats4-6bp7-21bp7-21bpEnzyme activitiesReverse transcriptase and/or intergraseReverse transcriptase and/or intergraseNone(or none coding for transpos

48、on products)7374第二節(jié)第二節(jié) 基因組的結(jié)構(gòu)與功能基因組的結(jié)構(gòu)與功能l基因組基因組：是指細(xì)胞或生物體的全套（單倍是指細(xì)胞或生物體的全套（單倍體）遺傳物質(zhì)的總和體）遺傳物質(zhì)的總和即基因組即基因組(genome)。lGenome is the complete set of sequences in the genetic material of an organism. It includes the sequence of each chromosome plus any DNA in organelles.75代表性生物體基因組大小代表性生物體基因組大小 76lC值值一個(gè)單倍體

49、基因組的一個(gè)單倍體基因組的DNA含量即該物種含量即該物種DNA的的C值，某一特定物種其值，某一特定物種其C值是恒定的；值是恒定的；lC值矛盾值矛盾（C value paradox)：一般而言，隨：一般而言，隨著進(jìn)化，生物體的結(jié)構(gòu)與功能趨于復(fù)雜，其著進(jìn)化，生物體的結(jié)構(gòu)與功能趨于復(fù)雜，其C值增大。但某些生物其基因組的大小與基因組值增大。但某些生物其基因組的大小與基因組的復(fù)雜度缺乏相關(guān)性，即的復(fù)雜度缺乏相關(guān)性，即C值矛盾。值矛盾。77不同進(jìn)化地位生物的不同進(jìn)化地位生物的C值值DNA content of the haploid genome is related to the morphologic

50、al complexity of lower eukaryotes, but varies extensively among the higher eukaryotes. The range of DNA values within a phylum is indicated by the shaded area. 78C值矛盾表現(xiàn)為：uC值不隨生物的進(jìn)化程度和復(fù)雜性而增加；u關(guān)系密切的生物C值相差很大；u真核生物DNA的含量遠(yuǎn)大于編碼蛋白質(zhì)等物質(zhì)所需的量。79一、病毒基因組一、病毒基因組1、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）基因組小，但相差較大。）基因組小，但相差較大。 乙肝

51、病毒DNA只有3kb，編碼4種蛋白質(zhì)；痘病毒基因組有300kb，編碼幾百種蛋白質(zhì) ；2）基因組可以是）基因組可以是DNA組成，也可以是組成，也可以是RNA，但只，但只含一種；病毒基因組含一種；病毒基因組DNA和和RNA可以是單鏈，可以是單鏈，也可以是雙鏈的，可以是閉環(huán)分子，也可以是也可以是雙鏈的，可以是閉環(huán)分子，也可以是線性分子。線性分子。 如乳頭瘤病毒是閉環(huán)雙鏈DNA，腺病毒則是線性雙鏈DNA，脊髓灰質(zhì)炎病毒是單鏈RNA，而呼腸孤病毒的基因組是雙鏈RNA分子；803）多數(shù)）多數(shù)RNA病毒基因組由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，病毒基因組由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但也有些病毒的基因組但也有些病毒的基因組R

52、NA由不連續(xù)的幾條核酸由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成。鏈組成。 流感病毒的基因組由八條RNA分子構(gòu)成，每條RNA分子都含有編碼蛋白質(zhì)分子的信息；4）基因重疊：即同一段）基因重疊：即同一段DNA片段能夠編碼兩種甚至片段能夠編碼兩種甚至三種蛋白質(zhì)分子。三種蛋白質(zhì)分子。5）基因組大部分是用來(lái)編碼蛋白質(zhì)，只有非常小的）基因組大部分是用來(lái)編碼蛋白質(zhì)，只有非常小的一份不被翻譯。一份不被翻譯。 在X174中不翻譯的部份只占217/5375，G4 DNA中占282/5577，都不到5；不翻譯的DNA順序通常是基因表達(dá)的控制序列。 816）功能相關(guān)的基因常叢集形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄功能相關(guān)的基因常叢集形成一個(gè)功能單位

53、或轉(zhuǎn)錄單元，一起轉(zhuǎn)錄成多順?lè)醋訂卧?，一起轉(zhuǎn)錄成多順?lè)醋觤RNA，然后再加工，然后再加工成各種蛋白質(zhì)的模板成各種蛋白質(zhì)的模板mRNA 腺病毒晚期基因在一個(gè)啟動(dòng)子作用下生成多順?lè)醋觤RNA，再加工成外殼蛋白mRNA，編碼病毒的12種外殼蛋白。7）除反轉(zhuǎn)錄病毒外，所有病毒基因組都是單倍體，除反轉(zhuǎn)錄病毒外，所有病毒基因組都是單倍體，每個(gè)基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。反轉(zhuǎn)錄病毒每個(gè)基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝?；蚪M有兩個(gè)拷貝。8）噬菌體基因是連續(xù)的，真核細(xì)胞病毒的基因是不噬菌體基因是連續(xù)的，真核細(xì)胞病毒的基因是不連續(xù)的，具有內(nèi)含子。有些真核病毒的內(nèi)含子或連續(xù)的，具有內(nèi)含子。有些

54、真核病毒的內(nèi)含子或其中的一部分，對(duì)某一個(gè)基因來(lái)說(shuō)是內(nèi)含子，而其中的一部分，對(duì)某一個(gè)基因來(lái)說(shuō)是內(nèi)含子，而對(duì)另一個(gè)基因卻是外顯子。對(duì)另一個(gè)基因卻是外顯子。 SV40的早期基因從4900到4555之間一段346bp的片段是大T抗原基因的內(nèi)含子，而該內(nèi)含子中從4900-4624之間的DNA序列則是小t抗原的編碼基因。822、RNA噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能噬菌體的基因組結(jié)構(gòu)和功能 1）MS2基因組：基因組：4個(gè)基因個(gè)基因lA蛋白(成熟蛋白)基因：使噬菌體識(shí)別宿主，使RNA基因組進(jìn)入宿主菌；l外殼蛋白基因：編碼外殼蛋白以構(gòu)成病毒顆粒；lRNA復(fù)制酶基因；l溶解蛋白基因：與外殼蛋白和復(fù)制酶基因部分重疊，但讀

55、框不同。2）Q基因組：基因組：l沒(méi)有獨(dú)立的溶解蛋白基因，但結(jié)構(gòu)蛋白A2（或稱(chēng)成熟蛋白）具有溶解蛋白的功能；l另一種外殼蛋白A1編碼基因。 833、乙肝病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能、乙肝病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能 lHBV是目前已知感染人類(lèi)最小的雙鏈DNA病毒，基因組結(jié)構(gòu)高度緊湊。長(zhǎng)約3.2kb 。l部分雙鏈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，雙鏈不等長(zhǎng)，1/3為單鏈。l長(zhǎng)鏈5端與3端未共價(jià)連接，而是與一種蛋白質(zhì)共價(jià)相連；l重疊的基因序列比較多 ；l調(diào)節(jié)序列位于基因內(nèi)部 ；l與HBV基因表達(dá)有關(guān)的信號(hào)序列有4種：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、polyA附加信號(hào)、糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件（GRE）； lGRE有增強(qiáng)子的特征：起順式作用、在轉(zhuǎn)錄的

56、兩個(gè)方向均有作用、在距其調(diào)節(jié)的基因不同距離處均可起作用。84補(bǔ)充資料：補(bǔ)充資料：HBV的結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征l重疊基因序列較多：已確定的開(kāi)放讀框有4個(gè)，分別編碼病毒核殼（C）和包膜（S）蛋白，病毒復(fù)制酶（聚合酶)及一種似乎與病毒基因表達(dá)有關(guān)的蛋白質(zhì)X。在S基因前面的兩個(gè)小ORFs與S基因ORF屬于同一個(gè)讀框，可以將ORFS通讀下去，編碼兩種S蛋白相關(guān)的抗原，這兩種抗原也存在于病毒顆粒的表面，這兩個(gè)抗原分別稱(chēng)為前-S1(pre-S1)和前-S2(pre-S2)。同樣，在ORFC前面也有一短的ORF，稱(chēng)為前-C(pre-C)，編碼一較大的C蛋白相關(guān)抗原。所有這些ORF都在負(fù)鏈（長(zhǎng)鏈）上，其中S基因完

57、全重疊于聚合酶基因中，X基因與聚合酶基因、C基因重疊，C基因與聚合酶也有重疊。最近，Miller等人在HBV基因組中又發(fā)現(xiàn)兩個(gè)ORF，即ORF-5和ORF-6，這兩個(gè)ORFs與X基因重疊，其中ORF6不是由負(fù)鏈DNA編碼，而是由正鏈DNA編碼。這兩個(gè)ORF的功能目前尚不清楚。l調(diào)節(jié)序列位于基因內(nèi)部，這也是HBV節(jié)約使用遺傳物質(zhì)的一種方式。與HBV基團(tuán)組復(fù)制有關(guān)的序列有：短鏈順向復(fù)制序列（DR1和DR2）和U5樣序列（因與反轉(zhuǎn)錄病毒末端的U5序列類(lèi)似面得名）。DR1和U5位于前-CORF中，是合成DNA長(zhǎng)鏈的起始部位，DR2位于聚合酶基因與X基因重疊處，是DNA短鏈合成的起始部位。l與HBV基因

58、表達(dá)有關(guān)的信號(hào)序列有4種：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、polyA附加信號(hào)、糖皮質(zhì)激素敏感因子（GRE）。由于HBV基因組中的基因分別轉(zhuǎn)錄于3種HBV mRNA轉(zhuǎn)錄本上，因此，相應(yīng)地在病毒基因組中每一轉(zhuǎn)錄本近5端也至少應(yīng)有3種RNA聚合酶啟動(dòng)子，雖然這些啟動(dòng)子的基因序列尚不知，但這些啟動(dòng)子顯然存在于編碼蛋白質(zhì)序列內(nèi)。增強(qiáng)子（ENH）位于聚合酶基因中；polyA附加信號(hào)位于CORF中；而GRE位于SORF和聚合酶基因中。GRE是與激素受體結(jié)構(gòu)的DNA片段，結(jié)合后能使某一已知基因轉(zhuǎn)錄水平增加。lGRE有許多增強(qiáng)子的特征：起順式作用的，在轉(zhuǎn)錄的兩個(gè)方向均有作用，在距其調(diào)節(jié)的基因不同距離處均可起作用。8586二、原

59、核生物染色體基因組二、原核生物染色體基因組 1、細(xì)菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)、細(xì)菌染色體基因組結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)1）無(wú)細(xì)胞核，染色體聚集形成較）無(wú)細(xì)胞核，染色體聚集形成較為致密的類(lèi)核為致密的類(lèi)核(nucleoid)l類(lèi)核中央部分是類(lèi)核中央部分是RNA和支架蛋和支架蛋白，外圍是白，外圍是DNA雙鏈超螺旋；雙鏈超螺旋；l染色體染色體DNA與細(xì)胞膜多點(diǎn)相連，與細(xì)胞膜多點(diǎn)相連，起固定作用，與起固定作用，與DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄有關(guān)的信號(hào)區(qū)域優(yōu)先結(jié)合。錄有關(guān)的信號(hào)區(qū)域優(yōu)先結(jié)合。連接點(diǎn)的數(shù)量隨生長(zhǎng)狀況和生連接點(diǎn)的數(shù)量隨生長(zhǎng)狀況和生活周期而異；活周期而異；2）基因組較小，基因數(shù)目少，大基因組較小，基因數(shù)目少

60、，大多只含有一條環(huán)狀染色體，只多只含有一條環(huán)狀染色體，只有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)；有一個(gè)復(fù)制起點(diǎn)；873）基因結(jié)構(gòu)緊湊，大部分序列用來(lái)編碼蛋白質(zhì)，重復(fù)序列和基因結(jié)構(gòu)緊湊，大部分序列用來(lái)編碼蛋白質(zhì)，重復(fù)序列和不編碼序列少；但不編碼序列少；但編碼順序一般不會(huì)重疊，即不會(huì)出現(xiàn)編碼順序一般不會(huì)重疊，即不會(huì)出現(xiàn)基因重疊現(xiàn)象；基因重疊現(xiàn)象；4）具操縱子結(jié)構(gòu)，即數(shù)個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，）具操縱子結(jié)構(gòu)，即數(shù)個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受一個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)；數(shù)個(gè)操縱子還可以由一個(gè)共同調(diào)節(jié)受一個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)；數(shù)個(gè)操縱子還可以由一個(gè)共同調(diào)節(jié)基因（基因（regulatory gene）即調(diào)節(jié)子（）即調(diào)節(jié)子（regulon）調(diào)控