遺傳的分子基礎(chǔ)

關(guān)于遺傳的分子基礎(chǔ)楊先泉制作1第1頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)二、DNA的二級結(jié)構(gòu)三、從DNA到染色體四、RNA的分子結(jié)構(gòu)第2頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日兩種核酸的化學(xué)組成

以核苷酸為單元構(gòu)成的多聚體，是一種高分子化合物。五碳糖：脫氧核糖、核糖核苷酸磷酸鳥嘌呤、腺嘌呤環(huán)狀的含氮堿基胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶第3頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第4頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第5頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日核酸的分布：高等植物：DNA存在于染色體，葉綠體、線粒體中；

RNA在核（核仁、染色體）、細胞質(zhì)中。細菌：DNA和RNA。噬菌體：多數(shù)只有DNA。植物病毒：多數(shù)只有RNA。動物病毒：有些含RNA、有些含DNA。第6頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日一、核酸的一級結(jié)構(gòu)(一)、賈格夫準則及其意義；(二)、核苷酸序列及其測定。第7頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(一)、賈格夫準則及其意義E.Chargaff于1946-1950年根據(jù)紙層析、離子交換層析和紫外分光光度試驗結(jié)果提出賈格夫定則：四種堿基的數(shù)量不是等量的；同一物種DNA堿基組成不變，而物種間則有很大不同；嘌呤堿基總量與嘧啶堿基的總量(克分子總量)相等(A+G=T+C)，且A=T、G=C。第8頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第9頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(二)、核苷酸序列及其測定賈格夫準則表明：核酸并不是四核苷酸結(jié)構(gòu)的簡單重復(fù)，核酸的堿基序列信息可能具有重要意義。堿基序列正是核酸生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，是遺傳信息的內(nèi)在形式。第10頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日核苷酸序列測定DNA及RNA分子序列分析技術(shù)也是最重要的分子遺傳學(xué)研究技術(shù)：Sanger雙脫氧法；Maxam&Gillbert化學(xué)法；基于化學(xué)法的DNA序列自動分析儀已成為常規(guī)實驗設(shè)備。第11頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日二、DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型第12頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日右手螺旋反向平行堿基互補，A=T，G=C每螺旋為3.4nm長，含10個堿基，直徑為2nm表面分布有大溝和小溝交替出現(xiàn)。DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點第13頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日三、從DNA到染色體染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)核小體的組成染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)從DNA到染色體第14頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日真核細胞的染色質(zhì)結(jié)構(gòu))

高度有序的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體構(gòu)成真核染色體，其質(zhì)量50%以上為蛋白質(zhì)。 染色體DNA的長度是以cm為單位,而直徑是以mm為單位。 細胞核中DNA溶度大約為200mg/ml

。第15頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日Chromatin染色質(zhì)第16頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日染色質(zhì)結(jié)構(gòu)

染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在細胞周期中隨染色體螺旋化程度發(fā)生改變。 中期-高度濃縮，染色體； 間期-解旋，染色質(zhì)。第17頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日Histones(組蛋白):

帶正電氨基酸核心組蛋白

(H2A,H2B,H3andH4):分子量約為10-20kDa位于nucleosome(核小體)

核心[octamer八聚體core(H2A)2(H2B)2(H3)2(H4)2

同一組蛋白在不同物種之間高度保守第18頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日組蛋白八聚體HistoneoctamerTopviewSideviewNucleosomecore(核小體核心)第19頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日Nucleosomecore146bp,1.8superhelicalturnChromatosome166bp,2superhelicalturnDNAHistoneoctamerHistoneH1第20頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日組蛋白H1：大小為

23kDa位于核小體核心外側(cè),與DNA連接松散，其序列保守性較低組蛋白H1的作用:

在DNA出入核小體核心顆粒處對DNA起穩(wěn)定作用。

染色質(zhì)結(jié)構(gòu)第21頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日核小體是組成染色質(zhì)的最基本的亞結(jié)構(gòu)單元,包含約200bp的DNA和組蛋白八聚體。DNA+Histoneoctamer(組蛋白八聚體)→Nucleosomecore(核小體核心146bp)+H1→>Chromatosome(染色小體166bp)+linkerDNA→Nucleosome(核小體)(~200bp)核小體組成(StepstomakeaNucleosome)第22頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日核小體與微球菌核酸酶

Nucleosomesandmicrococcalnucleasetreatment微球菌核酸酶是一種切割雙鏈DNA的內(nèi)切酶，用微球菌核酸酶處理染色質(zhì)，會分離出長度為200bp不同倍數(shù)的片段。

第23頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日連接DNA10to100bpaverage55bp染色質(zhì)串珠結(jié)構(gòu)核小體組蛋白H1核小體重復(fù)單元核心顆粒+連接DNA=200bp第24頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日

30nm纖絲高度有序左手螺旋6個核小體/圈30nmfiber(30nmindiameter)NucleosomerepeatCore+linkerDNAca200bp第25頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日Nuclearmatrix(核基質(zhì)),蛋白質(zhì)復(fù)合體30nm纖絲300nm

染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)

loopeddomainstructure1個環(huán)約含100kb第26頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日StepsfromDNAtochromosome第27頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日四、RNA的分子結(jié)構(gòu)tRNA結(jié)構(gòu)第28頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日四、RNA的分子結(jié)構(gòu)單鏈U代替T核糖代替脫氧核糖與DNA的區(qū)別第29頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第二節(jié)、DNA的復(fù)制一、DNA復(fù)制的特點；二、復(fù)制的起點與方向；第30頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日一、DNA復(fù)制的一般特點

㈠、半保留復(fù)制1.瓦特森(WatsonJ.D.)等提出

的DNA半保留復(fù)制方式。其方法為：①一端沿氫鍵逐漸斷開；②以單鏈為模板，堿基互補；③氫鍵結(jié)合，聚合酶等連接；④形成新的互補鏈；⑤形成了兩個新DNA分子。

DNA的這種復(fù)制方式對保持生物遺傳的穩(wěn)定性是非常重要的。第31頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日半保留復(fù)制第32頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日㈠、半不連續(xù)復(fù)制∵DNA聚合酶，以5′è3′方向發(fā)揮作用；∴從3′è5′合成方向的一條鏈，就會遇到困難。

Kornberg(1967)提出不連續(xù)復(fù)制假說：在3′è5′方向鏈上，仍按從5′è3′的方向一段段地合成DNA單鏈小片段“岡崎片段”(1000~2000bp)è由連接酶連接這些片段è形成一條連續(xù)的單鏈。第33頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日二、復(fù)制起點和復(fù)制方向1.原核生物﹡絕大多數(shù)細菌和病毒：只有一個復(fù)制起點，控制整個染色體的復(fù)制，且為雙向復(fù)制。﹡噬菌體P2：其DNA的復(fù)制是沿一個方向進行的。﹡復(fù)制子：在同一個復(fù)制起點控制下的一段DNA序列。第34頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日2.真核生物﹡每條染色體的DNA復(fù)制都是多起點，多個復(fù)制起點共同控制整個染色體的復(fù)制；﹡每條染色體有多個復(fù)制子；﹡且為雙向復(fù)制第35頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日三、原核生物DNA合成

㈠、DNA聚合酶種類與特點

DNA聚合酶Ⅰ；Ⅱ；Ⅲ。共性：只有5’3’聚合酶的功能，DNA鏈只能由5’向3’延伸；

DNA合成必須在引物引導(dǎo)下進行；具有外切酶的活性、合成過程中的錯誤校正功能。

第36頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日㈡、DNA復(fù)制過程1．DNA雙螺旋的解鏈*DNA解旋酶：在ATP供能下，每分鐘旋轉(zhuǎn)3000次解開雙螺旋；*單鏈DNA結(jié)合蛋白：以避免產(chǎn)生單鏈內(nèi)配對；*DNA拓撲異構(gòu)酶：釋放超螺旋應(yīng)力。第37頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日2.

DNA合成的開始合成DNA片段之前，先由RNA聚合酶合成一小段RNA引物(約有20個堿基對)，DNA聚合酶才開始起作用合成DNA片段。第38頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日復(fù)制叉的結(jié)構(gòu)第39頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第40頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第三節(jié)遺傳信息的表達與調(diào)控一、遺傳信息的轉(zhuǎn)錄(RNA的合成)

與RNA的加工二、遺傳密碼及其特性三、遺傳信息的翻譯四、中心法則及其發(fā)展第41頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日一、RNA的轉(zhuǎn)錄及加工第42頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日

以DNA為模板合成RNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄是生物界RNA合成的主要方式，是遺傳信息從DNA向RNA傳遞過程，也是基因表達的開始。轉(zhuǎn)錄也是一種酶促的核苷酸聚合過程，所需的酶叫做依賴DNA的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolymerase,DDRP）。（與RNA復(fù)制比較）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級轉(zhuǎn)錄物為RNA前體（RNAprecursor），它們必須經(jīng)過加工過程變?yōu)槌墒斓腞NA（maturedRNA），才能表現(xiàn)其生物活性。轉(zhuǎn)錄Transcription第43頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日轉(zhuǎn)錄TranscriptionThesynthesisofasingle-strandedRNAfromadouble-strandedDNAtemplate.RNAsynthesisoccursinthe5’3’directionanditssequencecorrespondstothatoftheDNAstrandwhichisknownasthesensestrand(有義鏈).ThetemplateofRNAsynthesisistheantisensestrand(反義鏈).

Necessarycomponents:promoter/template,RNApolymerase,NTPs,terminator/template第44頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(-)strandisantisensestrand.(+)strandissensestrand有義鏈

(sensestrand)與反義鏈

(antisensestrand)第45頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日相同點：合成方向都是以5’→3’的方向，在3’-OH末端加入核苷酸。不同點：（1）對于一個基因組來說，轉(zhuǎn)錄只發(fā)生在一部分基因，而且每個基因的轉(zhuǎn)錄都受到相對獨立的控制；（2）轉(zhuǎn)錄是不對稱的；僅以DNA的一條鏈為模板而進行。（3）轉(zhuǎn)錄時不需要引物，而且RNA鏈的合成是連續(xù)的。轉(zhuǎn)錄的特點（與DNA復(fù)制比較）第46頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日三種RNA分子

信使RNA(mRNA)

轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)

核糖體RNA(rRNA)第47頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日ATACGTATGC+1promoterterminatorTranscribedregionRNADNATranscriptionAntisensestrandAUACG轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)Structureofatranscriptionunit第48頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日Whatisapromoter(啟動子)?ThesequenceofDNAneededforRNApolymerasetobindtothetemplateandaccomplishtheinitiationreaction第49頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日轉(zhuǎn)錄起始Initiation

RNApolymerase與dsDNA結(jié)合；在鏈上滑動尋找啟動子；DNAhelix解螺旋；在起始位點startsite(initiationsite)合成RNA鏈,該位點稱為+1。第50頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日轉(zhuǎn)錄泡Transcriptionbubble第51頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日延伸ElongationAddribonucleotidestothe3’-endTheRNApolymeraseextendthegrowingRNAchaininthedirectionof5’3’Theenzymeitselfmovesin3’to5’alongtheantisenseDNAstrand.第52頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日延伸Elongation第53頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日終止Termination轉(zhuǎn)錄復(fù)合體transcriptioncomplex從模板鏈解離，RNA鏈與DNA分離；發(fā)生在終止子terminator部位(通常為頸環(huán)/發(fā)卡結(jié)構(gòu)stem-looporhairpinstructure),有些需要輔助蛋白ρ.第54頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日RNAhairpin(發(fā)卡)structure5‘NNNNAAGCGCCGNNNNCCGGCGCUUUUUU-OHNNNNCG?CC?GC?GG?CC?GG?CA?UA?U…NNNNUUUU-OH第55頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第56頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日mRNA轉(zhuǎn)錄后加工?5`端戴帽；?3`端加尾；?內(nèi)含子剪切；?堿基修飾第57頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日1)Additionofnucleotidesto5’-or3’-endsoftheprimarytranscriptsortheircleavageproducts.Addacapto5’endandapoly(A)tailto3’endofpre-mRNAAAAAAA７－甲基鳥嘌呤核苷

mG7多聚腺感苷化第58頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日2)Removalofnucleotidesendonucleasestocutatspecificsites

within

aprecursorRNA(前體RNA)exonucleasestotrimtheendsofaprecursorRNABothinprokaryotesandineukaryotes;andforalltypesofRNA內(nèi)含子intron剪切與外顯子exon拼接第59頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日3)ModificationofcertainnucleotidesAddamethylgroupto2’-OHofriboseinmRNA(A)andrRNAExtensivechangesofbasesintRNA第60頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日primarytranscriptmatureRNA

NucleusorNucleolusCytoplasmRNAprocessingRomovalofnucleotidesadditionofnucleotidestothe5’-or3’-endsmodificationofcertainnucleotides第61頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日二、遺傳密碼及其特性（一）遺傳密碼的來歷；（二）遺傳密碼字典；（三）遺傳密碼的特點；第62頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日（一）遺傳密碼

DNA分子堿基只有4種，而蛋白質(zhì)氨基酸有20種。∴堿基與氨基酸之間不可能一一對應(yīng)。1．41=4種：缺16種氨基酸；2．42=16種：比現(xiàn)存的20種氨基酸還缺4種；3．43=64種：由三個堿基一起組成的密碼子能夠形成64種組合，20種氨基酸多出44種。簡并：一個氨基酸由二個或二個以上的三聯(lián)體密碼所決定的現(xiàn)象。三聯(lián)體或密碼子：代表一個氨基酸的三個一組的核苷酸。第63頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日

（二）遺傳密碼字典每一個三聯(lián)體密碼所翻譯的氨基酸是什么呢?

從1961年開始，在大量試驗的基礎(chǔ)上，分別利用64個已知三聯(lián)體密碼，找到了相對應(yīng)的氨基酸。

1966~1967年，完成了全部遺傳密碼表，如UGG為色氨酸。第64頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第65頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日（三）遺傳密碼的基本特征1．遺傳密碼為三聯(lián)體：三個堿基決定一種氨基酸；

61個為有意密碼，起始密碼為GUG、AUG(甲硫氨酸)；3個為無意密碼，UAA、UAG、UGA為蛋白質(zhì)合成終止信號。2.遺傳密碼間不能重復(fù):

在一個mRNA上每個堿基只屬于一個密碼子；均以3個一組形成氨基酸密碼。第66頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日3.遺傳密碼間無逗號：

AUGGUACUGUCALL甲硫氨酸纈氨酸亮氨酸絲氨酸①密碼子與密碼子之間無逗號，按三個三個的順序一直閱讀下去，不漏讀不重復(fù)。②如果中間某個堿基增加或缺失后，閱讀就會按新的順序進行下去，最終形成的多肽鏈就與原先的完全不一樣(稱為移碼突變)。AUGUACUGUCA甲硫氨酸酪氨酸半胱氨酸第67頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日4．簡并性：①

簡并現(xiàn)象：

色氨酸(UGG)和甲硫氨酸(AUG)例外，僅一個三聯(lián)體密碼；其余氨基酸都有一種以上的密碼子。②

61個為有義密碼，起始密碼為GUG、AUG(甲硫氨酸)。

3個為無意密碼，UAA、UAG、UGA為蛋白質(zhì)合成終止信號。③

簡并現(xiàn)象的意義：

同義的密碼子越多，生物遺傳的穩(wěn)定性也越大。如：UCUúUCC或UCA或UCG，均為絲氨酸第68頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日5．遺傳密碼的有序性：

決定同一個氨基酸或性質(zhì)相近的不同氨基酸的多個密碼子中，第1個和第2個堿基的重要性大于第3個堿基，往往只是最后一個堿基發(fā)生變化。

例如：脯氨酸（pro）：CCU、CCA、CCC、CCG。第69頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日6．通用性：在整個生物界中，從病毒到人類，遺傳密碼通用。

4個基本堿基符號所有氨基酸所有蛋白質(zhì)生物種類、生物體性狀。第70頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日通用性的例外1980年以后發(fā)現(xiàn)：具有自我復(fù)制能力的線粒體tRNA(轉(zhuǎn)移核糖核酸)在閱讀個別密碼子時有不同的翻譯方式。如：酵母、鏈孢霉與哺乳動物的線粒體第71頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日三、遺傳信息的翻譯（蛋白質(zhì)合成）1.核糖體的組成第72頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的工廠，其上有兩個與tRNA結(jié)合的位點，各占一個密碼子空間。A位（acceptersite）:氨?！猼RNA結(jié)合位點P位（peptinesite）:肽酰—tRNA結(jié)合位點功能：①小亞基單獨或與大亞基一起與mRNA結(jié)合②大亞基單獨不能與mRNA結(jié)合，但可與tRNA非專一結(jié)合③大、小亞基共有P、A位④大、小亞基組成核糖體與mRNA結(jié)合，并按5’→3’方向沿mRNA移動，每次移動一個密碼子距離。1.2

核糖體第73頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日

每個核糖體獨立完成一條多肽鏈的合成，多個核糖體可以同時在一個mRNA分子上進行多條多肽鏈的合成，大大提高了翻譯效率。由一個mRNA分子與一定數(shù)目的單核糖體形成的念珠狀結(jié)構(gòu)稱為多核糖體。

Multipleribosomescannotbepositionedcloserthan80nt.

多核糖體處于工作狀態(tài)，游離的單個核糖體則是貯備狀態(tài)，核糖體亞基無疑是剛從mRNA上釋放的，它們通常很快結(jié)合成非活性狀態(tài)單體或很快參與下一輪蛋白質(zhì)合成。核糖體在這三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換稱為核糖體循環(huán)。多核糖體Polysomes第74頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日Polysomes第75頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日

Electronmicrographsofribosomesactivelyengagedinproteinsynthesisrevealedby"beadsonastring"appearance.第76頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日2、在核糖體中合成蛋白質(zhì)①多肽鏈的起始：②多肽鏈的延伸；③多肽鏈的終止：④多聚核糖體提高蛋白質(zhì)的合成效率：第77頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第78頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日蛋白質(zhì)合成(動畫)第79頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日四、中心法則及其發(fā)展中心法則(centraldogma)闡述生物世代、個體以及從遺傳物質(zhì)到性狀的遺傳信息流向，即遺傳信息在遺傳物質(zhì)復(fù)制、性狀表現(xiàn)過程中的信息流向。最初由Crick提出，并經(jīng)過了多次修正。第80頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日⑴.RNA的反轉(zhuǎn)錄

RNA腫瘤病毒：反轉(zhuǎn)錄酶，以RNA為模板來合成DNA。如：HIV病毒RNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄成DNA，然后整合到人類染色體中。對于遺傳工程上基因的酶促合成、致癌機理研究有重要作用。增加中心法則中遺傳信息的流向，豐富了中心法則內(nèi)容。⑵.RNA的自我復(fù)制：

大部分RNA病毒還可以把RNA直接復(fù)制成RNA。⑶.DNA指導(dǎo)的蛋白質(zhì)合成：

60年代中期，麥克斯（McCarthy）和荷勒（Holland）：試驗體系中加入抗生素等，變性的單鏈DNA在離體條件下可以直接與核糖體結(jié)合，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。中心法則的發(fā)展第81頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日中心法則的發(fā)展反轉(zhuǎn)錄(逆轉(zhuǎn)錄)：反轉(zhuǎn)錄酶；cDNA。RNA的自我復(fù)制。DNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。第82頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第四節(jié)基因的表達調(diào)控一、經(jīng)典遺傳學(xué)中基因的概念二、現(xiàn)代遺傳學(xué)基因的概念三、分子遺傳學(xué)對基因概念的新發(fā)展四、基因的作用與性狀表達五、基因表達調(diào)控第83頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日一、經(jīng)典遺傳學(xué)基因的概念①．孟德爾：

把控制性狀的因子稱為遺傳因子。

如：豌豆紅花(C)、白花(c)、植株高(H)、矮(h)。②．約翰生：

提出基因(gene)取代遺傳因子。③．摩爾根：

對果蠅、玉米等的大量遺傳研究，建立了以基因和染色體為主體的經(jīng)典遺傳學(xué)。

基因是化學(xué)實體，以念珠狀直線排列在染色體上。第84頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日基因共性（按照經(jīng)典遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念）：

基因具有染色體的主要特性：自我復(fù)制和相對穩(wěn)定性，在分裂時有規(guī)律地進行分配。

交換單位：基因間能重組，而且是交換的最小單位。

突變單位：一個基因能突變?yōu)榱硪粋€基因。

功能單位：控制有機體的性狀。

經(jīng)典遺傳學(xué)認為：基因是一個最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。第85頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日

二、現(xiàn)代遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念(一)、現(xiàn)代基因概念基因是DNA分子上帶有遺傳信息的特定核苷酸序列區(qū)段?；蛴芍亟M子、突變子序列構(gòu)成的。重組子是DNA重組的最小可交換單位；突變子是產(chǎn)生突變的最小單位；重組子和突變子都可以是一個核苷酸對或堿基對(bp)?；蚩梢园鄠€功能單位(順反子)。第86頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日

①突變子(muton)：性狀突變時產(chǎn)生突變的最小單位。一個突變子可以小到只有一個堿基對；如移碼突變。

②重組子(recon)：性狀重組時，可交換的最小單位。一個交換子可以只包含一個堿基對。

③順反子(cistron)：表示一個作用的單位，基本符合通常所述基因的大小或略小。所包括的一段DNA與一個多肽鏈合成相對應(yīng)；平均為500~1500個堿基對。第87頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日三、分子遺傳學(xué)對基因概念的新發(fā)展

⑴．結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)：

指可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。第88頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日⑵．調(diào)控基因(regulatorgene)：

指其表達產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達的基因。第89頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日⑶．重疊基因(overlappinggene)：

指在同一段DNA順序上，由于閱讀框架不同或終止早晚不同，同時編碼兩個以上基因的現(xiàn)象。第90頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日⑷．隔裂基因(splitgene)：

指基因內(nèi)部被一個或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。

內(nèi)含子(intron)：DNA序列中不出現(xiàn)在成熟mRNA的片段；

外顯子(extron)：DNA序列中出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段。外顯子：參加蛋白質(zhì)編碼的DNA片段；內(nèi)含子：不參加蛋白質(zhì)編碼的DNA片段。第91頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日⑸．跳躍基因(jumpinggene)：

即轉(zhuǎn)座因子，指染色體組上可以轉(zhuǎn)移的基因。實質(zhì)：能夠轉(zhuǎn)移位置的DNA片斷。

功能：在同一染色體內(nèi)或不同染色體之間移動è

引起插入突變、DNA結(jié)構(gòu)變異（如重復(fù)、缺失、畸變）è通過表現(xiàn)型變異得到鑒別。遺傳工程：轉(zhuǎn)座子標簽法。第92頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日⑹.假基因(pseudogene):

同已知的基因相似，處于不同的位點，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒有功能的基因。真核生物中的血紅素蛋白基因家族中就存在假基因現(xiàn)象。第93頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日四、基因的作用與性狀的表現(xiàn)

rRNA如發(fā)生致死突變，不能形成核糖體，易死亡。DNAtRNA發(fā)生突變后，多肽鏈改變。

mRNA

翻譯蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白直接性狀表達生物酶間接第94頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日五基因表達調(diào)控基因組(genome)：一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因?；虮磉_(geneexpression)：在一定調(diào)節(jié)機制控制下，基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄及翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過程。rRNAtRNA的合成也屬于基因表達。第95頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日時間特異性(temporalspecificity)空間特異性(spatialspecificity)基因表達特性第96頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日基因表達的方式組成性表達誘導(dǎo)和阻遏表達第97頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日

基因表達的多級調(diào)控

基因激活 轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工及轉(zhuǎn)運 翻譯 翻譯后加工第98頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第五節(jié)遺傳工程一、遺傳工程的含義二、染色體工程三、細胞工程四、基因工程第99頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日一、遺傳工程的含義生物技術(shù)生物工程：遺傳工程；蛋白質(zhì)工程、酶工程；微生物工程；……遺傳工程：在分子遺傳理論、技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過工程設(shè)計與施工方式，從細胞、分子水平改造生物遺傳特性。作為一個綜合性的技術(shù)群體系，廣義的遺傳工程包含許多相關(guān)的組成部分，其主要的部分有三個：1.染色體工程；2.細胞工程；3.基因工程。狹義的遺傳工程指的是基因工程。第100頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日二、染色體工程染色體工程是物種間遺傳轉(zhuǎn)移的最傳統(tǒng)的方式，也是目前廣泛進入生產(chǎn)應(yīng)用的遺傳工程。第101頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(一)、種間有性雜交生殖隔離是物種形成的原因之一，也是染色體工程面臨的第一個難題，獲得種間有性雜種的難易直接影響外源基因?qū)朐耘嘧魑?。種間雜交障礙的機制可能截然不同，其表現(xiàn)階段也各不相同。目前認為，種間雜交產(chǎn)生雜種的障礙可能表現(xiàn)在以下幾個階段：受精前柱頭和花柱中的障礙；受精過程中的障礙；受精后胚與種子發(fā)育過程中的障礙。第102頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日受精前障礙與克服障礙機制：物種間花粉管與雌蕊不親和，在花粉管到達胚珠之前，停止伸長而不能受精。主要克服辦法：主要是選擇適當?shù)氖诜蹠r期，采用正反雜交、蒙導(dǎo)授粉、植物生長調(diào)節(jié)劑等。另外，有明確試驗證據(jù)表明，栽培物種和野生種內(nèi)均存在可雜交性遺傳變異，并受簡單遺傳控制。利用可雜交性基因，能提高種間雜交的效率。第103頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日受精過程的障礙與克服被子植物受精過程屬于雙受精，對種間雜交受精過程的生殖生物學(xué)研究表明：種間雜交的失敗往往是由于雙受精之一失敗引起的。訖今為止，人們對受精的控制機制知之甚少，所以這一領(lǐng)域明顯是一個有風(fēng)險，但又極可能富有成效的研究領(lǐng)域。第104頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日受精后發(fā)育障礙與克服受精過程的障礙機制：受精胚珠發(fā)育過程中也經(jīng)常由于胚、胚乳和母本組織發(fā)育異?；虬l(fā)育不平衡而最終不能產(chǎn)生種間雜種種子?？朔椒ǎ撼Ｓ眉夹g(shù)是從生理角度進行調(diào)節(jié)，如：采用植物生長調(diào)節(jié)劑或去除母本植株的營養(yǎng)生長中心。近年研究表明：提高親本倍性水平，可能有利于胚珠發(fā)育。通過離體培養(yǎng)方法可以挽救可能(即將)敗育的雜種胚。一般而言，達到心形期或以后的胚更易于培養(yǎng)成功。第105頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(二)、染色體操作染色體微切割；染色體置換。第106頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日三、細胞工程細胞工程的主要技術(shù)和研究領(lǐng)域包括：細胞、原生質(zhì)體的分離、培養(yǎng)；細胞、原生質(zhì)體植株再生；體細胞無性系變異的誘導(dǎo)、篩選與應(yīng)用；以細胞、原生質(zhì)體作為基因工程受體；細胞、原生質(zhì)體融合、雜種細胞篩選、鑒定與應(yīng)用。第107頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(一)、細胞、原生質(zhì)體植株再生采用體細胞雜交在物種間進行遺傳轉(zhuǎn)移與應(yīng)用的必要條件是：細胞、原生質(zhì)體遺傳全能性能充分實現(xiàn)，再生成新的生物個體。對植物而言，細胞和原生質(zhì)體再生技術(shù)已經(jīng)比較成熟。對動物而言，克隆羊“多利”的誕生表明：動物細胞(包括人體細胞)再生成為個體都是可能，其技術(shù)實現(xiàn)需要的僅僅是時間。第108頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(二)、植物原生質(zhì)體作為基因工程的受體最初常用的轉(zhuǎn)基因受體有葉圓片、幼胚、愈傷組織等植物組織器官。在這些組織、器官中：細胞壁的存在會增加操作的難度；產(chǎn)生細胞嵌合體現(xiàn)象，難以篩選轉(zhuǎn)化子。因此原生質(zhì)體是最具潛力的植物基因工程受體，轉(zhuǎn)化效率高、篩選方便。第109頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(三)、細胞、原生質(zhì)體融合采用細胞、原生質(zhì)體融合產(chǎn)生雜種細胞，通過誘導(dǎo)再生獲得雜種個體(雙二倍體)，可避免有性雜交障礙。植物細胞融合由于細胞壁的存在而受到極大的限制。因此，去除細胞壁分離原生質(zhì)體的技術(shù)是植物細胞雜交的基礎(chǔ)。獲得雜種細胞及其再生植株后，即可進行物種間細胞核、染色體以及細胞器的轉(zhuǎn)移。第110頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日四、基因工程基因工程的基本步驟可以概括為：目的基因的獲得(基因克隆)；目的基因與載體連接(DNA分子重組)；重組DNA分子導(dǎo)入受體；轉(zhuǎn)化子的篩選、鑒定。第111頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日限制性內(nèi)切酶與DNA連接酶細菌細胞內(nèi)特異性降解外源(異源)核酸分子的核酸酶。其作用特點是：特異性降解異源DNA分子(甲基化修飾差異)；I類限制酶隨機切割雙鏈DNA分子，II類限制酶識別、切割特殊的回文(對稱)序列；II類限制酶交錯切割DNA雙鏈，產(chǎn)生粘性單鏈末端。來源不同、具有相同粘性末端DNA片段在DNA連接酶的作用下可準確連接形成重組DNA分子。通常使用來自T4噬菌體DNA連接酶。重組DNA技術(shù)是基因工程最核心的技術(shù)，貫穿于整個基因工程各個步驟中。第112頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日載體(vector)用于承載、克隆、轉(zhuǎn)移目的基因(DNA片段)，能自我復(fù)制的DNA分子。在基因克隆時：將目的片段轉(zhuǎn)移到宿主細胞中進行復(fù)制克隆——克隆載體；在基因?qū)胧荏w時：將目的片段轉(zhuǎn)移到受體細胞中并進行使之表達——轉(zhuǎn)化載體或表達載體。常用基因工程載體有：細菌質(zhì)粒(克隆)；λ噬菌體(克隆)；柯斯質(zhì)粒(克隆)；穿梭質(zhì)粒(克隆/表達)；細菌人工染色體(克隆/表達)；酵母人工染色體(克隆/表達)；Ti質(zhì)粒及其衍生載體(轉(zhuǎn)化)。第113頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日第114頁，共125頁，2023年，2月20日，星期日(一)、目的基因的獲得基因工程最主要的特點是其定向性，也就是對特定的基因進行操作。因此分離目的基因并獲得足夠的拷貝數(shù)(基因克隆)是基因工程及相關(guān)研究工作的前提。1.基因庫構(gòu)建與目的基因分離；2.PCR擴增、克隆基因