基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1、關(guān)于基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第1頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四第二章 原核生物基因組第2頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四第一節(jié) 原核生物基因組的一般特征1. 原核生物的基因組為DNA分子只有一個復(fù)制起始點(diǎn).較小，在106-107之間通常為一條環(huán)狀雙鏈DNA分子 基因組DNA與支架蛋白和RNA結(jié)合，形成類核.第3頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四大腸桿菌類核結(jié)構(gòu)照片圖第4頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四 原核生物類核結(jié)構(gòu)示意圖類核結(jié)構(gòu)由中央和外圍組成第5頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四

2、原核生物的類核結(jié)構(gòu)類核（nucleoid) 原核生物基因組DNA位于細(xì)胞的中央?yún)^(qū)，與支架蛋白和RNA結(jié)合在一起，以復(fù)合體的形式存在，經(jīng)高度盤旋聚集形成一個較為致密的區(qū)域，稱為類核。第6頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四2. 廣泛存在操縱子結(jié)構(gòu)指數(shù)個功能上相關(guān)的基因串聯(lián)在一起,連同上游的調(diào)控區(qū)和 下游的轉(zhuǎn)錄終止信號，構(gòu)成一個基因的表達(dá)單位. 乳糖操縱子 阿拉伯糖操縱子 色氨酸操縱子第7頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四乳糖操縱子(lac operon)的結(jié)構(gòu) 調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動序列操縱序列 結(jié)構(gòu)基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZY

3、AOPDNA第8頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質(zhì)PPPmG -53蛋白質(zhì)目 錄第9頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四3. 原核生物的結(jié)構(gòu)基因.基因是連續(xù)的,無內(nèi)含子編碼區(qū)在基因組中的比例 真核基因組 1O5)(二) 中度重復(fù)序列(重復(fù)次數(shù)： 1O 1O5)第32頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四Types of repeat第33頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四重復(fù)序列(一)高度重復(fù)序列（重復(fù)次數(shù)l

4、O5） 約占10-60，在人基因組中約占20 1. 衛(wèi)星DNA (Satellite DNA) 2. 反向重復(fù)DNA： 回文結(jié)構(gòu)： GGTACC CCATGG 常見于基因的調(diào)控區(qū)和特異蛋白結(jié)合區(qū)。第34頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四衛(wèi)星DNA (Satellite DNA)第35頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四衛(wèi)星DNA（satellite DNA） 1大衛(wèi)星DNA（macro-satellite DNA） 重復(fù)單位5100bp； 2小衛(wèi)星DNA（mini-satellite DNA） 重復(fù)單位670bp；VNTR 3微衛(wèi)星DNA（micro-

5、satellite DNA） 重復(fù)單位26bp； STR第36頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列Variable number tandem repeat， VNTR 又稱小衛(wèi)星DNA (minisatellite DNA)短重復(fù)單位(6-70bp)串聯(lián)重復(fù)(6-100次以上) VNTR多態(tài)性分子標(biāo)記DNA指紋圖（fingerprint）第37頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四微衛(wèi)星DNA（microstallite DNA）重復(fù)單位：2-6個核苷酸；串聯(lián)重復(fù)(10-60次)，兩側(cè)為特異的單拷貝序列。短串聯(lián)重復(fù)：Short tan

6、dem repeat ， STR雙核苷酸重復(fù)：（AC）n、（TG）n新一代遺傳標(biāo)記，人類基因組研究，腫瘤，遺傳病 第38頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四 (二)中度重復(fù)序列 1中度重復(fù)序列的特點(diǎn) 重復(fù)單位較大，重復(fù)次數(shù)： 1O 1O5 散在分布于基因組中 常與單拷貝基因間隔排列 一般具有種屬特異性，可作DNA標(biāo)記 第39頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四(二)中度重復(fù)序列 2中度重復(fù)序列的分類 long interspersed repeated segments，LINES，長分散片段 長度1000bp(可達(dá)7Kb)，拷貝數(shù)104-105，如人K

7、pn I Short interspersed repeated segments， SINES，短分散片段 長度l00copyrRNA基因簇(重復(fù)單元18S - 5.8S - 28S RNA）第43頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四四、基因家族(gene family)一組功能相似、核苷酸序列具有同源性的基因可能由某一共同祖先基因經(jīng)重復(fù)和突變產(chǎn)生。第44頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四基因家族的特點(diǎn)： 基因家族的成員可以串聯(lián)排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串聯(lián)重復(fù)基因，如組蛋白的基因；有些基因家族的成員也可位于不同的染色體上，

8、如珠蛋白基因；與具正常功能的基因序列相似，但無轉(zhuǎn)錄功能或轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物無功能的基因稱為假基因 (Pseudogene) a1表示與a1相似的假基因第45頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四組蛋白基因家族 5個成員: H1, H2A, H2B, H3, H45個基因串聯(lián)排列形成一個重復(fù)單位,但不同生物中排列不同第46頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四線粒體DNA的結(jié)構(gòu) 人線粒體DNA模式圖第47頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四線粒體基因組的特點(diǎn)1.人線粒體基因組為16，569bp的雙鏈閉環(huán)分子，一條鏈為重鏈(H鏈)，一條鏈為輕鏈(L鏈)

9、，兩條鏈均有編碼功能，每個mtDNA分于編碼13種蛋白質(zhì)和24種結(jié)構(gòu)RNA (22rRNA，2tRNA)2.線粒體DNA為母系遺傳第48頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四線粒體基因組的特點(diǎn)3. 結(jié)構(gòu)基因不含內(nèi)含子，部分區(qū)域有基因重疊，因此病理性mtDNA突變更易發(fā)生4. mtDNA突變頻率更高5. 線粒體DNA突變的表型表達(dá)與核DNA不同。第49頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四真核生物基因組與原核生物基因組的主要區(qū)別（1）真核生物基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲存于細(xì)胞核內(nèi)，除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞內(nèi)的基因組是雙份的（即雙倍體）。細(xì)菌染色體基因組

10、通常由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，染色體形成類核，無核膜與胞漿分開。（2）基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組，具有許多復(fù)制起點(diǎn)，而每個復(fù)制子的長度較小。（3）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)錄和翻譯生成一個mRNA分子和一條肽鏈。原核生物基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順反子，功能上相關(guān)的幾個基因往往在一起組成操縱子結(jié)構(gòu)。第50頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四真核生物基因組與原核生物基因組的主要區(qū)別（4）真核基因組大部分基因含有內(nèi)含子，因此，基因是不連續(xù)的，稱為斷裂基因，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工；原核基因組沒有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，不需進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后剪接加工。（5）真核基因組中不編碼的區(qū)域多

11、于編碼區(qū)域。原核基因組大部分為編碼序列，不編碼區(qū)域僅占一小部分。（6）真核生物基因組存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)百萬次以上基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組。 （7）真核生物基因組存在基因家族和假基因。第51頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四第四章 病毒基因組 Viral genome 第52頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四病毒（virus）的概念比較原始的、有生命特征的能夠自我復(fù)制的嚴(yán)格細(xì)胞內(nèi)寄生的非細(xì)胞生物是結(jié)構(gòu)最簡單、最微小的生命形式第53頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四病毒的四種基本結(jié)構(gòu)成份病毒基因組衣殼包膜其它內(nèi)容物：酶

12、、核酸結(jié)合蛋白及金屬離子等。 第54頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四病毒基因組的一般特征一、病毒基因組的組成和分類雙鏈RNA單鏈RNA：正鏈：序列與mRNA相同 負(fù)鏈：序列與mRNA互補(bǔ)DNARNA 雙鏈DNA：HBV 單鏈DNA：M13噬菌體病毒基因組核酸的類型一個核酸分子; 數(shù)個核酸分子（分段基因組）線狀和環(huán)狀分子第55頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四SARS冠狀病毒的基因組結(jié)構(gòu)線狀單鏈（+）RNA第56頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四病毒分類: 根據(jù)基因組組成及復(fù)制方式DNA病毒（DNA Viruses） 第一組：雙

13、鏈DNA病毒（dsDNA Viruses） 第二組：單鏈DNA病毒（ssDNA Viruses）RNA病毒（RNA virus） 第三組：雙鏈RNA病毒（dsRNA Viruses） 第四組：正鏈RNA病毒（ (+)ssRNA Viruses） 第五組：負(fù)鏈RNA病毒（ (-)ssRNA Viruses） 第57頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四DNA與RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒（DNA and RNA Reverse Transcribing Viruses） 第六組：RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒（RNA Reverse Transcribing Viruses） 第七組：DNA逆轉(zhuǎn)錄病毒（

14、DNA Reverse Transcribing Viruses）亞病毒因子（Subviral Agents） 衛(wèi)星（Satellites）類病毒（Viroids）朊病毒（Prions）第58頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四二、病毒基因組的大小基因組大?。?.5103 3.6106 bp（nt）編碼基因：5 數(shù)百個最大基因組：痘苗病毒科，dsDNA病毒， 3.6106 bp，編碼數(shù)百個蛋白質(zhì)；乙型肝炎病毒：僅3.2 Kb，編碼6個蛋白質(zhì) 第59頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四 HBV基因組的不完全雙鏈環(huán)狀結(jié)構(gòu) 是已知可感染人類又能獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制的雙

15、鏈DNA病毒中最小和最高效的。第60頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四（一）帽子和poly（A）尾結(jié)構(gòu)與真核mRNA 5帽和3poly(A)尾相似作用：對RNA有保護(hù)作用 參與蛋白質(zhì)的翻譯過程與病毒的感染性有關(guān) 常見于：大多數(shù)真核病毒的正鏈RNA基因組 雙鏈RNA基因組的正鏈RNA 病毒mRNA三、病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 第61頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四圖4-1 帶粘性末端的病毒雙鏈DNA基因組形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)或二聚體環(huán)化聚合（二）末端序列結(jié)構(gòu) 第62頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四（二）末端序列結(jié)構(gòu) 1. 粘性末端指病毒基

16、因組雙鏈DNA分子兩端具有能夠互補(bǔ)的單鏈DNA部分。作用： 形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)或連接成二聯(lián)體或多聯(lián)體 。第63頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四2. 末端正向重復(fù)序列又稱末端冗余（terminal redundancy）；是指雙鏈DNA分子兩端有一段相同的核苷酸序列；皰疹病毒、T4及T7噬菌體基因組；經(jīng)外切核酸酶切割產(chǎn)生粘性末端，也可使病毒基因組環(huán)化或形成多聯(lián)體。第64頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四圖 4-2 含末端反向重復(fù)序列的病毒基因組形成的鍋柄樣環(huán)狀結(jié)構(gòu)+第65頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四3. 末端反向重復(fù)序列 （in

17、verted terminal repeat，ITR） 是指病毒基因組兩端的反向互補(bǔ)重復(fù)序列。單鏈DNA或RNA分子能夠通過其ITR互補(bǔ)配對形成鍋柄樣（panhandle）環(huán)狀結(jié)構(gòu)。腺病毒、痘病毒、細(xì)小病毒及布尼亞病毒等的基因組均含ITR序列。ITR可能與病毒的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄及整合有關(guān)。 第66頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四4. 長末端重復(fù)序列（long terminal repeat，LTR） 包括重復(fù)序列、單一序列5端：包含許多特定的基因表達(dá)調(diào)控區(qū)域，是一組真核生物增強(qiáng)子和啟動子。3端：具有轉(zhuǎn)錄終止的作用。逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組利用LTR中的重復(fù)序列形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在整合酶作

18、用下整合入宿主細(xì)胞基因組。第67頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四 HIV-1病毒的基因組結(jié)構(gòu) 雙拷貝的單鏈（+）RNA：兩條單鏈RNA通過5端的氫鍵結(jié)合在一起，每條RNA的長度為9749 bp； 帽子和poly(A)尾，兩端各有一個LTR； 結(jié)構(gòu)基因：gag、pol及env； 多種附加基因和調(diào)節(jié)基因：vif、vpr、nef、tat及rev等；第68頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四病毒基因組重疊基因ORF1ORF2ORF3ORF4重疊基因圖 4-3 病毒基因組的重疊基因第69頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四（三）高效基因組1.重疊基因（overlapping gene）：病毒基因組的一段DNA序列有兩個或兩個以上的開放讀碼框架，可以編碼兩種或兩種以上的多肽鏈，稱為重疊基因。病毒的重疊基因符合遺傳節(jié)約的原則，使病毒利用有限的基因組序列編碼較多的蛋白質(zhì)。2.很少間隔區(qū)：病毒基因組的非編碼序列及基因間隔區(qū)很少少數(shù)真核生物病毒如腺病毒、細(xì)小病毒及逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組也存在內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，因此這些病毒的mRNA也涉及轉(zhuǎn)錄后加工過程。第70頁，共75頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)19分，星期四（四）分段基因組（segmented genome） 是指病毒基因組由數(shù)條不同的核酸分子組成。多