chapter2基因概念

1、2.7 基因概念的多樣性基因概念的多樣性一、一、C C值矛盾值矛盾 （C-value paradox C-value paradox ）在每一種生物中其單倍體基因組的在每一種生物中其單倍體基因組的DNADNA總量是特總量是特異的，被稱為異的，被稱為C C值值 (C Value)(C Value)。 DNADNA的長(zhǎng)度是根據(jù)堿基對(duì)的多少推算出來的。的長(zhǎng)度是根據(jù)堿基對(duì)的多少推算出來的。各門生物存在著一個(gè)各門生物存在著一個(gè)C C值范圍，在每一門中隨著值范圍，在每一門中隨著生物復(fù)雜性的增加，其基因組大小的最低程度也生物復(fù)雜性的增加，其基因組大小的最低程度也隨之增加。隨之增加。 2.7 基因概念的多樣性

2、基因概念的多樣性一、一、C C值矛盾值矛盾 （C-value paradox C-value paradox ） 基因組的概念基因組的概念Genome （Winkler, 1920）Genome = Gene + Chromosome一個(gè)生物物種單倍型的所有染色體數(shù)目總和一個(gè)生物物種單倍型的所有染色體數(shù)目總和一個(gè)生物物種所有基因的總和一個(gè)生物物種所有基因的總和2.7 基因概念的多樣性基因概念的多樣性一、一、C C值矛盾值矛盾 （C-value paradox C-value paradox ）n 基因組基因組（genome） 核基因組（核基因組（nucleic genome）核外基因組（核外基

3、因組（ extranucleic genome） 線粒體基因組（線粒體基因組（mitochondrial genome） 葉綠體基因組（葉綠體基因組（chloroplast genome）2.7 基因概念的多樣性基因概念的多樣性一、一、C C值矛盾值矛盾 （C-value paradox C-value paradox ）n 基因組基因組（genome） 基因數(shù)目的多少大致上與物種進(jìn)基因數(shù)目的多少大致上與物種進(jìn)化的復(fù)雜性相關(guān)；化的復(fù)雜性相關(guān)； 在高等動(dòng)植物中，巨大的基因組在高等動(dòng)植物中，巨大的基因組并不意味著有巨量的基因數(shù)目。并不意味著有巨量的基因數(shù)目。 人類究竟有多少個(gè)基因？人類究竟有多少個(gè)

4、基因？ 理論上：根據(jù)基因組的大小，理論上：根據(jù)基因組的大小，可具有可具有10萬個(gè)基因，萬個(gè)基因， 實(shí)際上：大約實(shí)際上：大約34萬個(gè)。萬個(gè)。 “生物體的復(fù)雜性并不是簡(jiǎn)單生物體的復(fù)雜性并不是簡(jiǎn)單地與基因數(shù)量相關(guān)聯(lián)的。地與基因數(shù)量相關(guān)聯(lián)的。”(G. Rubin) 人類基因組人類基因組線粒體基因組線粒體基因組(16.6kb)核基因組核基因組(3200Mb)基因外序列基因外序列基因和基因有關(guān)序列基因和基因有關(guān)序列約約10%約約90%專一或中等重復(fù)序列專一或中等重復(fù)序列Non-coding DNA假基因假基因內(nèi)含子內(nèi)含子基因片段基因片段90%專一的或低專一的或低拷貝數(shù)序列拷貝數(shù)序列中度至中度至高度重復(fù)序列

5、高度重復(fù)序列2030%7080%分散重復(fù)序列分散重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列串聯(lián)重復(fù)序列/成簇重復(fù)序列成簇重復(fù)序列約約60%約約40%蛋白編碼蛋白編碼基因基因rRNA基因基因tRNA基因基因Coding DNAC值的資料表明，在不同的門中值的資料表明，在不同的門中C值的變化是很大的。值的變化是很大的。相對(duì)比較簡(jiǎn)單的單細(xì)胞真核生物象啤酒酵母，其基相對(duì)比較簡(jiǎn)單的單細(xì)胞真核生物象啤酒酵母，其基因組就有因組就有1.75107bp大約是細(xì)菌（大約是細(xì)菌（E.Coli）基因組）基因組的的3-4倍。倍。最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞生物秀麗隱桿線蟲其基因組有最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞生物秀麗隱桿線蟲其基因組有8107bp，大約是酵母的，大約是

6、酵母的4倍。倍。生物的復(fù)雜性和其生物的復(fù)雜性和其DNA含量之間有較好的相含量之間有較好的相關(guān)性關(guān)性但在其它的一些門中，這種相關(guān)性有的并不存在但在其它的一些門中，這種相關(guān)性有的并不存在實(shí)際上一個(gè)門中的實(shí)際上一個(gè)門中的C值變化并沒有一定的規(guī)律。值變化并沒有一定的規(guī)律。例如在哺乳類、鳥類和爬行類的例如在哺乳類、鳥類和爬行類的C值變化范圍都很小，值變化范圍都很小，而在兩棲類中這種變化范圍增大，而植物的而在兩棲類中這種變化范圍增大，而植物的C值變化值變化范圍更為寬廣，常成倍成倍地增加。范圍更為寬廣，常成倍成倍地增加。 C值和生物結(jié)構(gòu)或組成的復(fù)雜性不一致的現(xiàn)象稱為值和生物結(jié)構(gòu)或組成的復(fù)雜性不一致的現(xiàn)象稱為

7、C值矛盾值矛盾(C-value paradox)。The C-value paradox describes the lack of relationship between the DNA content (C-value) of an organism and its coding potential.目前還不能完全解釋這種矛盾：目前還不能完全解釋這種矛盾： 在一定意義上說，生物類群中在一定意義上說，生物類群中C C值變化范圍寬值變化范圍寬就意味著在某些生物中有些就意味著在某些生物中有些DNADNA是冗余的，不是冗余的，不能編碼有功能的活性物質(zhì)。能編碼有功能的活性物質(zhì)。DNADNA總量變化

8、范圍的產(chǎn)生至少有一個(gè)原因，即總量變化范圍的產(chǎn)生至少有一個(gè)原因，即在染色體上存在著不同數(shù)目的重復(fù)順序，這在染色體上存在著不同數(shù)目的重復(fù)順序，這些重復(fù)順序是不表達(dá)的。些重復(fù)順序是不表達(dá)的。 二、細(xì)菌的基因組及特點(diǎn)二、細(xì)菌的基因組及特點(diǎn)（一）組成：細(xì)菌染色體和質(zhì)粒（一）組成：細(xì)菌染色體和質(zhì)粒（二）細(xì)菌基因組的特征（二）細(xì)菌基因組的特征 1. 基因組相對(duì)較小（如基因組相對(duì)較?。ㄈ鏓coli,4.6106bp，4000個(gè)個(gè)基因），只有一個(gè)復(fù)制啟始位點(diǎn)?；颍挥幸粋€(gè)復(fù)制啟始位點(diǎn)。 2. 具有操縱子結(jié)構(gòu)：功能上相關(guān)的幾個(gè)基因往往具有操縱子結(jié)構(gòu)：功能上相關(guān)的幾個(gè)基因往往在一起組成操縱子結(jié)構(gòu)，即幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因

9、串聯(lián)在在一起組成操縱子結(jié)構(gòu)，即幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受它們上游的共同調(diào)控區(qū)控制。當(dāng)基因開一起，受它們上游的共同調(diào)控區(qū)控制。當(dāng)基因開放時(shí)，這幾個(gè)基因轉(zhuǎn)錄在一條放時(shí)，這幾個(gè)基因轉(zhuǎn)錄在一條mRNA鏈上，然后鏈上，然后分別翻譯合成各自的蛋白肽鏈。操縱子的末端具分別翻譯合成各自的蛋白肽鏈。操縱子的末端具有特殊的終止序列。有特殊的終止序列。3. 3. 基因是連續(xù)的：結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子（基因是連續(xù)的：結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子（intronintron）成分，在轉(zhuǎn)錄后不需剪接加工，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的壽命較短。成分，在轉(zhuǎn)錄后不需剪接加工，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的壽命較短。4. 4. 大部分大部分DNADNA是用于編碼蛋白質(zhì)的，只有一

10、小部分是是用于編碼蛋白質(zhì)的，只有一小部分是不翻譯的。不翻譯區(qū)中含有間隔區(qū)（不翻譯的。不翻譯區(qū)中含有間隔區(qū)（SpacerSpacer）和基因）和基因表達(dá)的調(diào)控序列。表達(dá)的調(diào)控序列。 5. 5. 基因組中僅有少數(shù)基因存在基因重疊現(xiàn)象?；蚪M中僅有少數(shù)基因存在基因重疊現(xiàn)象。 6. 6. 結(jié)構(gòu)基因是單拷貝，結(jié)構(gòu)基因是單拷貝，rRNArRNA基因是多拷貝?；蚴嵌嗫截?。（三）質(zhì)粒（三）質(zhì)粒(plasmid)質(zhì)粒質(zhì)粒: 是細(xì)菌染色體外能夠進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳單位是細(xì)菌染色體外能夠進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳單位 ，是環(huán)狀閉合的雙鏈?zhǔn)黔h(huán)狀閉合的雙鏈DNA。緊密控制型（緊密控制型（stringent control）質(zhì)粒

11、）質(zhì)粒:只在細(xì)胞周期只在細(xì)胞周期的一定階段進(jìn)行復(fù)制，通常每個(gè)細(xì)胞內(nèi)只含有一個(gè)或的一定階段進(jìn)行復(fù)制，通常每個(gè)細(xì)胞內(nèi)只含有一個(gè)或幾個(gè)質(zhì)粒分子幾個(gè)質(zhì)粒分子松弛控制型（松弛控制型（relaxed control）質(zhì)粒）質(zhì)粒:在整個(gè)細(xì)胞周期在整個(gè)細(xì)胞周期中隨時(shí)可以復(fù)制，在每個(gè)細(xì)胞中有許多拷貝，一般在中隨時(shí)可以復(fù)制，在每個(gè)細(xì)胞中有許多拷貝，一般在20個(gè)以上。在細(xì)胞培養(yǎng)過程中，加適當(dāng)氯霉素可使個(gè)以上。在細(xì)胞培養(yǎng)過程中，加適當(dāng)氯霉素可使松弛型質(zhì)粒的拷貝數(shù)由原來的松弛型質(zhì)粒的拷貝數(shù)由原來的20多個(gè)擴(kuò)增至多個(gè)擴(kuò)增至1000-3000個(gè)。個(gè)。 （三）質(zhì)粒（三）質(zhì)粒(plasmid)質(zhì)粒基因可編碼多種重要的生物學(xué)性狀

12、：質(zhì)?；蚩删幋a多種重要的生物學(xué)性狀：1)致育質(zhì)粒（致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）與有性生殖功能關(guān)聯(lián)質(zhì)粒）與有性生殖功能關(guān)聯(lián)2)耐藥性質(zhì)粒耐藥性質(zhì)粒 編碼細(xì)菌對(duì)抗菌藥物或重金屬鹽類的耐編碼細(xì)菌對(duì)抗菌藥物或重金屬鹽類的耐藥性。分兩類，一是接合性耐藥質(zhì)粒（藥性。分兩類，一是接合性耐藥質(zhì)粒（R質(zhì)粒），另質(zhì)粒），另一是非接合耐藥性質(zhì)粒一是非接合耐藥性質(zhì)粒 3)毒力質(zhì)粒（毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）質(zhì)粒） 編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子因子4)細(xì)菌素質(zhì)粒細(xì)菌素質(zhì)粒 編碼細(xì)菌產(chǎn)生細(xì)菌素編碼細(xì)菌產(chǎn)生細(xì)菌素5)代謝質(zhì)粒代謝質(zhì)粒 編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶。編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶。 質(zhì)粒具有自我復(fù)制的能力質(zhì)粒具有

13、自我復(fù)制的能力質(zhì)粒質(zhì)粒DNA所編碼的基因產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征所編碼的基因產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征質(zhì)?？勺孕衼G失與消除質(zhì)粒可自行丟失與消除質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性質(zhì)?？煞譃橄嗳菪耘c不相容性兩種質(zhì)粒可分為相容性與不相容性兩種質(zhì)粒質(zhì)粒DNA的特征的特征四、病毒基因組的特點(diǎn)四、病毒基因組的特點(diǎn)1 1每種病毒只有一種核酸，或者每種病毒只有一種核酸，或者DNADNA，或者，或者RNARNA2 2病毒核酸大小差別很大，病毒核酸大小差別很大，3X103X103 3一一3X103X106 6bpbp如：如： 最小的最小的3kb3kb（乙肝），僅編碼（乙肝），僅編碼4 4種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)最大的可達(dá)最大的可達(dá)3

14、00kb300kb以上（以上（痘病毒痘病毒 ），有幾百個(gè)基因。），有幾百個(gè)基因。一般一般DNADNA病毒較大，病毒較大，RNARNA病毒較小。病毒較小。3 3除了反轉(zhuǎn)錄病毒以外，一切病毒基因組都除了反轉(zhuǎn)錄病毒以外，一切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。是單倍體，每個(gè)基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝。反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝。 4 4大部份病毒核酸是由一條雙鏈或單鏈分子大部份病毒核酸是由一條雙鏈或單鏈分子(RNA(RNA或或DNA)DNA)，僅少數(shù)，僅少數(shù)RNARNA病毒由幾個(gè)核酸片段組成病毒由幾個(gè)核酸片段組成5 5噬菌體（細(xì)胞病毒）的基因是連續(xù)的；噬

15、菌體（細(xì)胞病毒）的基因是連續(xù)的； 而真核細(xì)胞病毒的基因是不連續(xù)的，具有內(nèi)而真核細(xì)胞病毒的基因是不連續(xù)的，具有內(nèi)含子，除了正鏈含子，除了正鏈RNA病毒之外，真核細(xì)胞病毒病毒之外，真核細(xì)胞病毒的基因都是先轉(zhuǎn)錄成的基因都是先轉(zhuǎn)錄成mRNA前體，再經(jīng)加工才前體，再經(jīng)加工才能切除內(nèi)含子成為成熟的能切除內(nèi)含子成為成熟的mRNA。噬菌體基因組中無內(nèi)含子，但感染真核細(xì)胞的病毒基噬菌體基因組中無內(nèi)含子，但感染真核細(xì)胞的病毒基因組中具有內(nèi)含子（因組中具有內(nèi)含子（SV40SV40早期基因早期基因T T和和t t） 6 6有重疊基因有重疊基因 （同（同ORFORF重疊、異重疊、異ORFORF重疊和反重疊和反ORFOR

16、F重重疊）疊）7.大部分大部分DNA用于編碼蛋白質(zhì)，只有一小部分是不翻用于編碼蛋白質(zhì)，只有一小部分是不翻譯的。不翻譯區(qū)通常是基因表達(dá)的調(diào)控序列譯的。不翻譯區(qū)通常是基因表達(dá)的調(diào)控序列8. 調(diào)控序列可以被宿主細(xì)胞所識(shí)別，其遺傳密碼和基調(diào)控序列可以被宿主細(xì)胞所識(shí)別，其遺傳密碼和基因組的結(jié)構(gòu)必須與宿主體系相匹配因組的結(jié)構(gòu)必須與宿主體系相匹配五、真核生物基因組的特點(diǎn)五、真核生物基因組的特點(diǎn)1. 基因組含有更大的基因組含有更大的DNA分子，以染色體形式儲(chǔ)存分子，以染色體形式儲(chǔ)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。因組是雙份的。但應(yīng)注意：但應(yīng)

17、注意：（1）并非生物越高等，基因組越大。即并非進(jìn)化的復(fù)雜程）并非生物越高等，基因組越大。即并非進(jìn)化的復(fù)雜程度與度與DNA含量成正比。如某些植物和兩棲類的含量成正比。如某些植物和兩棲類的DNA含量是含量是人的幾十乃至上百倍。人的幾十乃至上百倍。（2）同一類復(fù)雜性差不多，形態(tài)也相似的生物，理論上其）同一類復(fù)雜性差不多，形態(tài)也相似的生物，理論上其基因組也應(yīng)比較接近，其實(shí)不然。如同是兩棲類可相差十倍基因組也應(yīng)比較接近，其實(shí)不然。如同是兩棲類可相差十倍以上。以上。（3）基因組中）基因組中DNA的量遠(yuǎn)大于編碼蛋白質(zhì)所需要的量。的量遠(yuǎn)大于編碼蛋白質(zhì)所需要的量。2. 基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多個(gè)復(fù)制啟始位點(diǎn)，但基因

18、組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多個(gè)復(fù)制啟始位點(diǎn)，但每個(gè)復(fù)制子的長(zhǎng)度較小。每個(gè)復(fù)制子的長(zhǎng)度較小。3. 基因是不連續(xù)的?；蚴遣贿B續(xù)的。4. 轉(zhuǎn)錄單位一般是單順反子的。即一個(gè)基因一轉(zhuǎn)錄單位一般是單順反子的。即一個(gè)基因一種種mRNA一種蛋白質(zhì)，但蛋白質(zhì)的最終產(chǎn)物可一種蛋白質(zhì)，但蛋白質(zhì)的最終產(chǎn)物可因剪接方式的不同而有差異因剪接方式的不同而有差異6. 存在多基因家族和超基因家族存在多基因家族和超基因家族 7. 基因類型多樣基因類型多樣8. DNA序列組織的可變性：序列組織的可變性：DNA序列從胚胎到成人序列從胚胎到成人并非一成不變。如并非一成不變。如B細(xì)胞成熟過程中細(xì)胞成熟過程中Ig基因結(jié)構(gòu)的重基因結(jié)構(gòu)的重排及排及TC

19、R基因在分化過程中的重排基因在分化過程中的重排5. 存在重復(fù)序列存在重復(fù)序列(repetitive sequence) 五、真核生物基因組的特點(diǎn)五、真核生物基因組的特點(diǎn)Genetics與與 Genomics水生動(dòng)物基因組水生動(dòng)物基因組: :對(duì)對(duì)16001600多種魚類及其他少數(shù)水產(chǎn)動(dòng)物研究表明多種魚類及其他少數(shù)水產(chǎn)動(dòng)物研究表明: :水生動(dòng)物基因組大小差異很大水生動(dòng)物基因組大小差異很大: : 多數(shù)魚類多數(shù)魚類/ /甲殼類單倍甲殼類單倍體染色體數(shù)為體染色體數(shù)為2025, 2025, 相當(dāng)于人類基因組大小的相當(dāng)于人類基因組大小的50%-50%-70%70%鯉科和鮭科某些魚類達(dá)鯉科和鮭科某些魚類達(dá)10

20、0100條染色體條染色體( (四倍體化四倍體化) )斑馬魚的基因組研究中斑馬魚的基因組研究中, ,構(gòu)建了多個(gè)基因圖譜構(gòu)建了多個(gè)基因圖譜斑馬魚的基因組測(cè)序已經(jīng)完成斑馬魚的基因組測(cè)序已經(jīng)完成水生動(dòng)物基因組水生動(dòng)物基因組: :水生動(dòng)物基因組水生動(dòng)物基因組: :Zebrafish The Zebrafish Information NetworkWell conceived, easily navigated trove of zebrafish info The Interactive Atlas of Zebrafish Vascular AnatomyExtraordinary developm

21、ental-biology site, featured in Sciences NetWatch column, offering views of the complete vascular anatomy of the developing zebrafish. WashU-Zebrafish Genome Resources Project水生動(dòng)物基因組水生動(dòng)物基因組: :美國農(nóng)業(yè)部在上世紀(jì)美國農(nóng)業(yè)部在上世紀(jì) 90 90 年代初已開始資助年代初已開始資助個(gè)別個(gè)別水產(chǎn)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的基因組研究養(yǎng)殖動(dòng)物的基因組研究并在并在1997 1997 年年9 9 月正式啟動(dòng)了較為全面的水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物月正

22、式啟動(dòng)了較為全面的水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的基因組計(jì)劃的基因組計(jì)劃選選5 5 種水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物種水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物斑點(diǎn)叉尾斑點(diǎn)叉尾( ( IctalurusIctalurus punctatuspunctatus) ) 虹鱒虹鱒( ( OnchorhynchusOnchorhynchus mykissmykiss) ) 羅非魚羅非魚( ( OreochromisOreochromis niloticusniloticus) ) 太平洋對(duì)蝦太平洋對(duì)蝦( ( PenaeusPenaeus vannameivannamei ) ) 牡蠣牡蠣( ( CrassostreaCrassostrea gigasgigas) )

23、水生動(dòng)物基因組水生動(dòng)物基因組: :我國特有的養(yǎng)殖對(duì)象如我國特有的養(yǎng)殖對(duì)象如鯉、草魚鯉、草魚( Ctenopharyngodon idellus ) 鰱和鳙鰱和鳙( Aristichthysnobilis) 等的基因組要由中國自等的基因組要由中國自己來完成己來完成我國水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的基因組研究對(duì)象多數(shù)將是我國特我國水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的基因組研究對(duì)象多數(shù)將是我國特有的養(yǎng)殖種類有的養(yǎng)殖種類,難以直接從發(fā)達(dá)國家的同類研究中獲得難以直接從發(fā)達(dá)國家的同類研究中獲得可借鑒的資源可借鑒的資源水生動(dòng)物基因組水生動(dòng)物基因組: :鯉魚鯉魚:100條染色體條染色體我國學(xué)者已經(jīng)建立了我國學(xué)者已經(jīng)建立了5050多個(gè)連鎖群多個(gè)連鎖

24、群, ,覆蓋覆蓋5789cM 5789cM 基因基因組組水生動(dòng)物基因組水生動(dòng)物基因組: :對(duì)羽管狀海洋生物佛羅里達(dá)文昌魚對(duì)羽管狀海洋生物佛羅里達(dá)文昌魚（Branchiostomafloridae）基因組的最新分析表）基因組的最新分析表明，明，5.5億年以來進(jìn)化進(jìn)程中脊椎動(dòng)物比原始祖先億年以來進(jìn)化進(jìn)程中脊椎動(dòng)物比原始祖先的基因組多出四倍的拷貝量，對(duì)文昌魚的基因組分的基因組多出四倍的拷貝量，對(duì)文昌魚的基因組分析為此結(jié)論提供了證據(jù)。析為此結(jié)論提供了證據(jù)。 2008年年6月月19日日, Nature 上發(fā)表了上發(fā)表了文昌魚的基因組序列文昌魚的基因組序列線蟲基因組線蟲基因組果蠅基因組果蠅基因組小鼠基因組

25、小鼠基因組大鼠基因組大鼠基因組人類基因組人類基因組?；蚪M?；蚪M豬基因組豬基因組綿羊基因組綿羊基因組家蠶基因組家蠶基因組家雞基因組家雞基因組狗基因組狗基因組/ 結(jié)構(gòu)基因組學(xué)結(jié)構(gòu)基因組學(xué) 基因組研究的第一階段工作，功能基因組學(xué)的基礎(chǔ)基因組研究的第一階段工作，功能基因組學(xué)的基礎(chǔ)；其主要目標(biāo)是繪制生物的遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖其主要目標(biāo)是繪制生物的遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖和序列圖。和序列圖。 各基因或各基因或DNA標(biāo)記之間標(biāo)記之間精確距離的圖譜；精確距離的圖譜； 反映的是反映的是DNA序列上兩序列上兩點(diǎn)之間的實(shí)際距離點(diǎn)之間的實(shí)際距離 物理圖譜（物理圖

26、譜（physical map） 繪制繪制物理圖譜方法物理圖譜方法：原位雜交（原位雜交（In situ hybridization） 原理：原理： DNA標(biāo)記探針與染色體同源位置雜交結(jié)合，經(jīng)同標(biāo)記探針與染色體同源位置雜交結(jié)合，經(jīng)同位素自顯影或熒光顯微鏡可顯示出相應(yīng)雜交部位。位素自顯影或熒光顯微鏡可顯示出相應(yīng)雜交部位。 遺傳圖譜（遺傳圖譜（genetic map） 繪制繪制 稱連鎖圖譜（稱連鎖圖譜（linkage map），），基因或基因或DNA標(biāo)記之間連鎖關(guān)系標(biāo)記之間連鎖關(guān)系和染色體定位圖譜；和染色體定位圖譜； 利用兩點(diǎn)的重組程度，反映利用兩點(diǎn)的重組程度，反映兩點(diǎn)之間連鎖關(guān)系。兩點(diǎn)之間連鎖關(guān)系。

27、豬豬12號(hào)染色體的物理圖譜號(hào)染色體的物理圖譜遺傳圖譜與物理圖譜的區(qū)別遺傳圖譜與物理圖譜的區(qū)別基因排列順序一致基因排列順序一致位置并不一一對(duì)應(yīng)位置并不一一對(duì)應(yīng) 基因表達(dá)譜（基因表達(dá)譜（gene expression profile） 處于某一特定狀態(tài)下的細(xì)胞或組織處于某一特定狀態(tài)下的細(xì)胞或組織cDNA文庫，收集文庫，收集cDNA序列片段，定性、定量分析其序列片段，定性、定量分析其mRNA群體組成，描群體組成，描繪出該特定細(xì)胞或組織在特定狀態(tài)下基因表達(dá)種類繪出該特定細(xì)胞或組織在特定狀態(tài)下基因表達(dá)種類（ESTs）和豐度信息。由此編制成的數(shù)據(jù)表稱為基因表）和豐度信息。由此編制成的數(shù)據(jù)表稱為基因表達(dá)譜。

28、達(dá)譜。從分子水平反映細(xì)胞或組織特異性表型和表達(dá)模式從分子水平反映細(xì)胞或組織特異性表型和表達(dá)模式 序列圖（序列圖（Sequence map）通過基因組測(cè)序得到的堿基排列次序。通過基因組測(cè)序得到的堿基排列次序?；蚪M計(jì)劃的最終目標(biāo)?；蚪M計(jì)劃的最終目標(biāo)。六、基因類型的多樣性六、基因類型的多樣性(一一) 重疊基因重疊基因 (overlapping gene)A gene whose sequence overlaps that of another gene in the same or a different reading frame. 指在同一段指在同一段DNADNA順序上，由于閱讀框架不同或

29、終止早晚順序上，由于閱讀框架不同或終止早晚不同，同時(shí)編碼兩個(gè)以上基因的現(xiàn)象不同，同時(shí)編碼兩個(gè)以上基因的現(xiàn)象重疊基因的發(fā)現(xiàn)重疊基因的發(fā)現(xiàn)重疊基因是重疊基因是1977年年Sanger在研究在研究X174時(shí)發(fā)時(shí)發(fā)現(xiàn)的?，F(xiàn)的。X174是一種單鏈?zhǔn)且环N單鏈DNA病病毒，宿主為大腸桿菌，因毒，宿主為大腸桿菌，因此，又是噬菌體。此，又是噬菌體。X174感染大腸桿菌后共合成感染大腸桿菌后共合成11個(gè)蛋白質(zhì)分子，個(gè)蛋白質(zhì)分子，總分子量為總分子量為25萬左右，相當(dāng)于萬左右，相當(dāng)于6078個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸所容納的信息量。所容納的信息量。而該病毒而該病毒DNA本身只有本身只有5375個(gè)核苷酸，最多個(gè)核苷酸，最多能編碼

30、總分子量為能編碼總分子量為20萬的蛋白質(zhì)分子，萬的蛋白質(zhì)分子，Sanger在弄清在弄清X174的的11個(gè)基因中有些是重個(gè)基因中有些是重疊的之前疊的之前,這樣一個(gè)矛盾長(zhǎng)時(shí)間無法解決。這樣一個(gè)矛盾長(zhǎng)時(shí)間無法解決。 重疊重疊方式方式: : （1 1）一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因里面。如基因和）一個(gè)基因完全在另一個(gè)基因里面。如基因和是兩個(gè)不同基因，而包含在基因內(nèi)。同樣，基因是兩個(gè)不同基因，而包含在基因內(nèi)。同樣，基因在基因內(nèi)。在基因內(nèi)。（2 2）部分重疊。）部分重疊。這些重疊的基因具有不同的讀碼這些重疊的基因具有不同的讀碼框架框架 （3 3）兩個(gè)基因只有一個(gè)堿基重疊。如基因的終止密）兩個(gè)基因只有一個(gè)堿基重疊

31、。如基因的終止密碼子的最后一個(gè)堿基是基因起始密碼子的第一個(gè)堿基碼子的最后一個(gè)堿基是基因起始密碼子的第一個(gè)堿基 ( (如如TAATG)TAATG)。How overlapping genes can operate: a.Transcriptase looks for any AUG start codons: b. It begins reading there and in triplet reading frames from thereafter until it reaches one of the stop codons. 這些重疊基因盡管它們的這些重疊基因盡管它們的DNADNA大部

32、分相同，大部分相同，但是由于將但是由于將mRNAmRNA翻譯成蛋白質(zhì)時(shí)的讀框不一樣翻譯成蛋白質(zhì)時(shí)的讀框不一樣產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子往往并不相同產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子往往并不相同。有些重疊基因讀框相同，只是起始部位不同有些重疊基因讀框相同，只是起始部位不同如如SV40DNASV40DNA基因組中，編碼三個(gè)外殼蛋白基因組中，編碼三個(gè)外殼蛋白VP1VP1、VP2VP2、VP3VP3基因之間有基因之間有122122個(gè)堿基的重疊個(gè)堿基的重疊但密碼子的讀框不一樣但密碼子的讀框不一樣而小而小t t抗原完全在大抗原完全在大T T抗原基因里面，它們有共抗原基因里面，它們有共同的起始密碼子同的起始密碼子。同向重疊基因同向重疊

33、基因 : 重疊基因分布在同一重疊基因分布在同一DNA區(qū)域的同區(qū)域的同一單鏈上一單鏈上AB重疊基因種類重疊基因種類反向重疊基因反向重疊基因: 重疊基因分布在同一重疊基因分布在同一DNA區(qū)域區(qū)域的不同單鏈上的不同單鏈上 ABOverlapping gene structure of human VLCAD and DLG4 Gene Vol 305, 2, 2003, Pages 161-166 During analysis of the VLCAD promoter, we discovered that another gene, discs-large-related 4 (DLG4),

34、overlaps VLCAD and is transcribed in the opposite direction. A high frequency of overlapping gene expressionin compacted eukaryotic genomesPNAS , August 2, 2005 vol. 102 no. 31:10936-41真核生物中的重疊基因真核生物中的重疊基因Makalowska I, Lin CF, Hernandez K. Birth and death of gene overlaps in vertebrates.BMC Evol Bio

35、l. 2007 Oct 16;7(1):193重疊基因的生物學(xué)意義重疊基因的生物學(xué)意義基因的重疊性使有限的基因的重疊性使有限的DNA序列包含了更多序列包含了更多的遺傳信息，是生物對(duì)它的遺傳物質(zhì)經(jīng)濟(jì)而的遺傳信息，是生物對(duì)它的遺傳物質(zhì)經(jīng)濟(jì)而合理的利用。合理的利用。豐富和發(fā)展了基因的概念豐富和發(fā)展了基因的概念重復(fù)基因重復(fù)基因即在基因組中有多個(gè)拷貝的基因即在基因組中有多個(gè)拷貝的基因在真核生物基因組中發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，真核生物中的在真核生物基因組中發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，真核生物中的重復(fù)基因可以達(dá)到重復(fù)基因可以達(dá)到30%30%重復(fù)基因主要是為了滿足生物體快速發(fā)育的需要重復(fù)基因主要是為了滿足生物體快速發(fā)育的需要。當(dāng)基因

36、產(chǎn)物的需求量很大時(shí)，一個(gè)基因可以產(chǎn)生大當(dāng)基因產(chǎn)物的需求量很大時(shí)，一個(gè)基因可以產(chǎn)生大量的串聯(lián)重復(fù)量的串聯(lián)重復(fù) If eukaryotic DNA is melted and allowed to re-anneal, it does so in 3 distinct phasesThe explanation is that there is highly repetitive DNA (which re-anneals quickly)moderately repetitive DNA (intermediate) and unique or single copy DNA (re-annea

37、ls slowly)Unique and repeated DNADNA melting第一部分：快速復(fù)性部分，占基因組第一部分：快速復(fù)性部分，占基因組DNA摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)的的25，在，在Cot值值10-4-210-2范圍內(nèi)復(fù)性范圍內(nèi)復(fù)性第二部分：中速復(fù)性部分，占基因組第二部分：中速復(fù)性部分，占基因組DNA摩爾分摩爾分?jǐn)?shù)的數(shù)的30，在，在Cot值值0.2-102范圍內(nèi)復(fù)性范圍內(nèi)復(fù)性第三部分：慢速復(fù)性部分，占基因組第三部分：慢速復(fù)性部分，占基因組DNA摩爾分摩爾分?jǐn)?shù)的數(shù)的45，在，在Cot值值80-104范圍內(nèi)復(fù)性范圍內(nèi)復(fù)性C0t1/2（任何基因組（任何基因組DNA） 任何基因組任何基因組DN

38、A的復(fù)雜性的復(fù)雜性- = - C0t1/2（大腸桿菌（大腸桿菌DNA） 4.2X106bp 任何基因組任何基因組DNA的復(fù)雜性的復(fù)雜性 4.2X106bp C0t1/2（任何基因組（任何基因組DNA）= - C0t1/2（大腸桿菌（大腸桿菌DNA） 重復(fù)序列分類重復(fù)序列分類1 1）高度重復(fù)序列（）高度重復(fù)序列（10105 5次）次） （1 1）衛(wèi)星）衛(wèi)星DNADNA： 根據(jù)長(zhǎng)度可將其分為根據(jù)長(zhǎng)度可將其分為3 3類類 衛(wèi)星（衛(wèi)星（satellitesatellite）DNADNA： 重復(fù)長(zhǎng)度重復(fù)長(zhǎng)度5-10bp5-10bp，其在人群中多態(tài)性不強(qiáng)。其在人群中多態(tài)性不強(qiáng)。 重復(fù)序列分類重復(fù)序列分類

39、衛(wèi)星衛(wèi)星DNA(Satellite)CsCl超高速離心超高速離心小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA (minisatellite)或不同數(shù)目的串聯(lián)重復(fù)或不同數(shù)目的串聯(lián)重復(fù) (VNTR,variable number of tandem repeats) ：重復(fù)長(zhǎng)度重復(fù)長(zhǎng)度15-70bp15-70bp，其在人群中有高度的特異性。，其在人群中有高度的特異性。 DNA指紋指紋 DNA fingerprintingAn application of repeated DNA sequences found in mammalian genomesHighly variable between individualsN

40、o 2 people are the same, except identical twins微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA（簡(jiǎn)單串聯(lián)重復(fù)序列）：（簡(jiǎn)單串聯(lián)重復(fù)序列）：（ microsatellite DNA，又稱為，又稱為STR short tandem repeat 短串聯(lián)重復(fù)序列）短串聯(lián)重復(fù)序列） Microsatellite DNA2-10 bp / copy105-106 copies / genomeC0t(1/2) 0.001 多為串聯(lián)重復(fù)排列多為串聯(lián)重復(fù)排列分布于著絲點(diǎn)分布于著絲點(diǎn), 端粒區(qū)端粒區(qū), 結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)結(jié)構(gòu)基因兩側(cè) heterochromatin微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA由于核心序列重復(fù)

41、數(shù)目的變化而在群體中呈現(xiàn)出遺傳由于核心序列重復(fù)數(shù)目的變化而在群體中呈現(xiàn)出遺傳多態(tài)性多態(tài)性但在同一家系內(nèi)具有高度的遺傳保守性，以孟德爾方但在同一家系內(nèi)具有高度的遺傳保守性，以孟德爾方式遺傳式遺傳散布于整個(gè)基因組中。散布于整個(gè)基因組中。微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNASequence in satellite DNASea crab2ATATAT.Drosophila5ATAATATAAT.Mouse9GAAAAATGAGAAAAATGAbpbp of repeat unit of repeat unit sequence sequence 高度重復(fù)順序的功能高度重復(fù)順序的功能: a.參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)。參與復(fù)

42、制水平的調(diào)節(jié)。 b.參與基因表達(dá)的調(diào)控參與基因表達(dá)的調(diào)控 c.參與轉(zhuǎn)位作用參與轉(zhuǎn)位作用 d.與進(jìn)化有關(guān)與進(jìn)化有關(guān) e. DNA指紋指紋 f.衛(wèi)星衛(wèi)星DNA成簇的分布在染色體著絲粒附近，成簇的分布在染色體著絲粒附近，可能與染色體減數(shù)分裂時(shí)染色體配對(duì)有關(guān)可能與染色體減數(shù)分裂時(shí)染色體配對(duì)有關(guān)微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA的應(yīng)用的應(yīng)用遺傳作圖遺傳作圖:例如例如: 魚類微衛(wèi)星魚類微衛(wèi)星DNA 的分離在過去幾年中進(jìn)展很的分離在過去幾年中進(jìn)展很快快,在羅非魚的人工雌核發(fā)育個(gè)體中在羅非魚的人工雌核發(fā)育個(gè)體中,已用微衛(wèi)星已用微衛(wèi)星DNA 標(biāo)記檢測(cè)到父本精子小片段遺傳物質(zhì)整合的影響標(biāo)記檢測(cè)到父本精子小片段遺傳物質(zhì)整合的影響應(yīng)

43、用微衛(wèi)星和應(yīng)用微衛(wèi)星和AFLP 指紋技術(shù)構(gòu)建了尼羅羅非魚包指紋技術(shù)構(gòu)建了尼羅羅非魚包含全部含全部22 條染色體的遺傳連鎖圖條染色體的遺傳連鎖圖(Kocher 等,1998)系譜確證系譜確證遺傳多樣性估計(jì)遺傳多樣性估計(jì)標(biāo)記輔助選擇標(biāo)記輔助選擇 2) 中度重復(fù)序列中度重復(fù)序列 ( middle repetitive sequence middle repetitive sequence )0.1-1 Kb / copy10-104 copies / genomeC0t(1/2) 0.001 - 0.1rDNA tDNAAlu family Histone gene cluster多基因家族（多基因

44、家族（multigene family）：亦稱基因家族。是）：亦稱基因家族。是指一組具有類似功能，核苷酸序列又有同源性的基因。指一組具有類似功能，核苷酸序列又有同源性的基因。 分類：分類： 按基因的終產(chǎn)物分為兩類：一類編碼按基因的終產(chǎn)物分為兩類：一類編碼RNA，另，另一類編碼蛋白質(zhì)。一類編碼蛋白質(zhì)。 按在基因組中的分布分為兩類：一類串聯(lián)排列在按在基因組中的分布分為兩類：一類串聯(lián)排列在一起，形成基因簇，亦稱串聯(lián)重復(fù)基因。另一類家族成一起，形成基因簇，亦稱串聯(lián)重復(fù)基因。另一類家族成員則可以分散在不同的部位上。員則可以分散在不同的部位上。 （2）超基因家族（）超基因家族（supergene fami

45、ly）：由多基因家）：由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。成員間有不同程度族及單基因組成的更大的基因家族。成員間有不同程度的同源，但它們的功能并不相似，這是與多基因家族的的同源，但它們的功能并不相似，這是與多基因家族的差別所在。如差別所在。如Ig超家族。超家族。 rDNArDNA gene family gene familySea urchin450copiesTobacco750 copiesDrosophila100 copiesHistoneHistone gene family gene familyH1H4H2BH3H2AT 18s T 5.8s T 28s NT 18s T

46、 5.8s T28s5.8sAluAlu家族：平均每家族：平均每6kb6kb就有一個(gè)，就有一個(gè)，AluAlu家族是哺乳動(dòng)物包括人基因組中含量最豐富的一種家族是哺乳動(dòng)物包括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)中度重復(fù)順序家族，在單倍體人基因組中重復(fù)達(dá)3030萬萬- -5050萬次，約占人基因組的萬次，約占人基因組的3-63-6。AluAlu家族每個(gè)成員的長(zhǎng)度約家族每個(gè)成員的長(zhǎng)度約300bp300bp，由于每個(gè)單位長(zhǎng)度中，由于每個(gè)單位長(zhǎng)度中有一個(gè)限制性內(nèi)切酶有一個(gè)限制性內(nèi)切酶AluAlu的切點(diǎn)（的切點(diǎn)（AGCTAGCT）從而將其切）從而將其切成長(zhǎng)成長(zhǎng)130130和和

47、170bp170bp的兩段，因而定名為的兩段，因而定名為AluAlu序列（或序列（或AluAlu家家族）族） 真核生物的真核生物的 Alu family30,0000 copies 廣泛分布于非重復(fù)序列間廣泛分布于非重復(fù)序列間300bp300bp300bp6000bp6000bp6000bp6000bpAlu家族：家族： Alu順序具有種的特異性，功能尚不清楚。順序具有種的特異性，功能尚不清楚。可能在可能在hnRNA轉(zhuǎn)錄和加工中起作用轉(zhuǎn)錄和加工中起作用遺傳重組及染色體不穩(wěn)定性有關(guān)遺傳重組及染色體不穩(wěn)定性有關(guān)人類質(zhì)粒（人類質(zhì)粒（human plasmid）:最近發(fā)現(xiàn)在人的組織細(xì)胞中最近發(fā)現(xiàn)在人的

48、組織細(xì)胞中存在自然發(fā)生的染色體外雙鏈環(huán)狀存在自然發(fā)生的染色體外雙鏈環(huán)狀DAN，被稱為人類質(zhì)粒，而這，被稱為人類質(zhì)粒，而這些質(zhì)粒又毫無例外地含有些質(zhì)粒又毫無例外地含有Alu順序順序 形成形成Z-DNAheterogeneous nuclear RNA ,核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA hnRNA是是mRNA的未成熟前體的未成熟前體 Kpn家族：人類和靈長(zhǎng)類家族：人類和靈長(zhǎng)類DNA經(jīng)經(jīng)Kpn酶解酶解后，產(chǎn)生后，產(chǎn)生4個(gè)片段（個(gè)片段（1.2、1.5、1.8、1.9kb），），這些這些就被命名為就被命名為Kpn家族。人類基因組中的家族。人類基因組中的Kpn序序列約在列約在3-6%，也是散在分布的。功能尚不

49、清楚。，也是散在分布的。功能尚不清楚。 組蛋白基因組蛋白基因在各種生物體內(nèi)重復(fù)的次數(shù)不一樣，但都在中度重在各種生物體內(nèi)重復(fù)的次數(shù)不一樣，但都在中度重復(fù)的范圍內(nèi)復(fù)的范圍內(nèi)。通常每種組蛋白的基因在同一種生物中拷貝數(shù)是相通常每種組蛋白的基因在同一種生物中拷貝數(shù)是相同的同的。雞的基因組中組蛋白基因有雞的基因組中組蛋白基因有1010個(gè)拷貝，在哺乳動(dòng)物個(gè)拷貝，在哺乳動(dòng)物中為中為2020拷貝，非洲爪蟾為拷貝，非洲爪蟾為4040拷貝，而海膽的每種組拷貝，而海膽的每種組蛋白的基因達(dá)蛋白的基因達(dá)300-600300-600拷貝?？截悺?組蛋白基因組蛋白基因組蛋白基因組蛋白基因 不同物種中，不同物種中，基因的排列次

50、基因的排列次序、轉(zhuǎn)錄方向序、轉(zhuǎn)錄方向和間隔區(qū)都不和間隔區(qū)都不同。同。倒位（反向）重復(fù)序列倒位（反向）重復(fù)序列 又稱零時(shí)復(fù)性部分，重復(fù)單位約長(zhǎng)又稱零時(shí)復(fù)性部分，重復(fù)單位約長(zhǎng)300bp，兩個(gè)兩個(gè)單位之間有一平均單位之間有一平均1.6kb的片段相隔，多數(shù)散布于的片段相隔，多數(shù)散布于基因組中?；蚪M中。較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序 靈長(zhǎng)類所獨(dú)有，用靈長(zhǎng)類所獨(dú)有，用Hind消化非洲綠猴消化非洲綠猴DNA，可以得到重復(fù)單位為可以得到重復(fù)單位為172bp的高度重復(fù)順序，這種的高度重復(fù)順序，這種順序大部份由交替變化的嘌呤和嘧啶組成，又稱為順序大部份由交替變化的嘌呤和嘧啶組成，又

51、稱為衛(wèi)星衛(wèi)星DNA。Structure of repetitive sequence of DNADR direct repeatsIR Inverted repeatsATCGGCTATAGCCGATBilateral symmetryATCGNNNNNGCTATAGCNNNNNCGATBilateral symmetryATCGATCGATCGTAGCTAGCTAGCTandem direct repeats ATCGNNNATCGNNNNNNATCGTAGCNNNTAGCNNNNNNTAGCDispersed direct repeatsATCGNNNNNCGATTAGCNNNNNGCT

52、AStem-loop palindrome-AAGCTT-TTCGAA-HindIII RE重復(fù)序列形成的原因重復(fù)序列形成的原因1.1.不均等交換不均等交換(unequal crossover):(unequal crossover):考慮一個(gè)具有末端考慮一個(gè)具有末端“X”和和“Y”的由重復(fù)單位的由重復(fù)單位“ab”組成的序組成的序列。這兩個(gè)列。這兩個(gè)“等位等位”序列之間的準(zhǔn)確排列將是序列之間的準(zhǔn)確排列將是:xababababababababababababababababyxababababababababababababababababy但是在一條染色體上的任何但是在一條染色體上的任何ab很

53、可能會(huì)與另一條染色體上的很可能會(huì)與另一條染色體上的任何任何ab 序列配對(duì)，從而產(chǎn)生錯(cuò)排，如：序列配對(duì)，從而產(chǎn)生錯(cuò)排，如：xababababababababababababababababy xababababababababababababababababy2. 跳躍復(fù)制跳躍復(fù)制 saltatorysaltatory replication replication產(chǎn)生某些序列大量拷貝的偶然單向擴(kuò)增產(chǎn)生某些序列大量拷貝的偶然單向擴(kuò)增原理原理: : 在某一特定時(shí)刻可能由于某種原因使一個(gè)在某一特定時(shí)刻可能由于某種原因使一個(gè)DNADNA序列突然橫向擴(kuò)增序列突然橫向擴(kuò)增隨后隨后, ,由于突變的積累由于突

54、變的積累, ,使個(gè)重復(fù)單位失去了同一性使個(gè)重復(fù)單位失去了同一性, , 然然后再經(jīng)歷一次后再經(jīng)歷一次跳躍復(fù)制跳躍復(fù)制,出現(xiàn)更長(zhǎng)的重復(fù)單位出現(xiàn)更長(zhǎng)的重復(fù)單位, .2. 跳躍復(fù)制跳躍復(fù)制 saltatorysaltatory replication replicationCAACMutation in 4 siteInsert C Insert triplemutationSaltatory replication9 bp repeat27 bp repeat58 bp repeat58 bp repeat116 bp repeat3) 滾環(huán)擴(kuò)增滾環(huán)擴(kuò)增突變突變 ( Amplification-(

55、Amplification-Mutation )Mutation ) Mutation insertion Mutation insertion cycling amplificationcycling amplification5切離切離 環(huán)化環(huán)化333滾滾環(huán)環(huán) 復(fù)制復(fù)制4) 4) 反轉(zhuǎn)座插入反轉(zhuǎn)座插入3. 3. 不連續(xù)基因不連續(xù)基因(interrupted or (interrupted or discontinousdiscontinous genes) genes)斷裂基因斷裂基因(Split gene)(Split gene)在基因編碼蛋白質(zhì)的序列中插入與蛋白質(zhì)編碼無關(guān)的在基因編碼蛋

56、白質(zhì)的序列中插入與蛋白質(zhì)編碼無關(guān)的DNA間隔區(qū)，使一個(gè)基因分隔成不連續(xù)的若干區(qū)段。間隔區(qū)，使一個(gè)基因分隔成不連續(xù)的若干區(qū)段。Richard J. Roberts Phillip A. Sharp Nobel Prize 199319771977年美國的年美國的SharpSharp和和RobertsRoberts兩組兩組科學(xué)家分別同時(shí)發(fā)現(xiàn)了斷裂基因科學(xué)家分別同時(shí)發(fā)現(xiàn)了斷裂基因(split gene), (split gene), Crick稱此為分子遺稱此為分子遺傳學(xué)上的一次微型革命，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)傳學(xué)上的一次微型革命，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)與與1993年榮獲了諾貝爾獎(jiǎng)。年榮獲了諾貝爾獎(jiǎng)。 a) a) E.coli

57、E.coli restriction alien DNA restriction alien DNA with restriction with restriction endonucleaseendonuclease (RE) (RE)b)b) Modification enzyme in hostModification enzyme in hostc)c) Alien DNA fate of be restricted or be Alien DNA fate of be restricted or be modifiedmodifiedd) There are different RE

58、 in different host d) There are different RE in different host of bacterialof bacterial Werner Arber Nobel Prize 1978限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn) 1965 限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶在在SharpSharp和和RobertsRoberts發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子之前發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子之前 法國的科學(xué)家法國的科學(xué)家 ChambonChambon 也率領(lǐng)一個(gè)小組進(jìn)行了有關(guān)實(shí)也率領(lǐng)一個(gè)小組進(jìn)行了有關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn): : 雞的輸卵管分泌卵清蛋白、卵粘蛋白和伴清蛋白，雞的輸卵管分泌卵清蛋白、卵粘

59、蛋白和伴清蛋白，而其紅細(xì)胞（鳥類的紅細(xì)胞上有核的）只合成血紅蛋而其紅細(xì)胞（鳥類的紅細(xì)胞上有核的）只合成血紅蛋白，那么兩種組織之間白，那么兩種組織之間DNADNA有什么不同呢？有什么不同呢？于是他們提取兩種組織的于是他們提取兩種組織的DNADNA，分別用酶（，分別用酶（EcoR1EcoR1和和HindIIIHindIII）切成幾段，走電泳，再用卵清蛋白）切成幾段，走電泳，再用卵清蛋白mRNAmRNA來制來制備備cDNAcDNA探針和以上兩片進(jìn)行探針和以上兩片進(jìn)行southernsouthern雜交雜交結(jié)果兩種組織中的結(jié)果兩種組織中的DNADNA不論用哪一種酶來切，都出現(xiàn)了不論用哪一種酶來切，都出

60、現(xiàn)了相同的多條陽性雜交帶。相同的多條陽性雜交帶。 cDNAcDNA順序內(nèi)并順序內(nèi)并沒有沒有EcoRIEcoRI和和HindHind = 3 = 3 * * ROMAN IIIROMAN III的的切點(diǎn)，為什么切點(diǎn)，為什么會(huì)出現(xiàn)多條陽會(huì)出現(xiàn)多條陽性帶性帶 BergetBerget，SharpSharp小組和小組和RobertsRoberts小組同時(shí)發(fā)現(xiàn)了腺病毒小組同時(shí)發(fā)現(xiàn)了腺病毒外殼蛋白六聚體基因（外殼蛋白六聚體基因（HexonHexon gene gene ） 前導(dǎo)區(qū)有斷裂前導(dǎo)區(qū)有斷裂現(xiàn)象。他們用限制性內(nèi)切酶現(xiàn)象。他們用限制性內(nèi)切酶EcoRIEcoRI和和HindHind = 3 = 3 *