第二章基因與基因組演示文稿

第二章基因與基因組演示文稿目前一頁\總數(shù)八十九頁\編于七點1優(yōu)選第二章基因與基因組目前二頁\總數(shù)八十九頁\編于七點2第一節(jié)基因的概念與結(jié)構(gòu)一、基因的概念

（一）基因概念的發(fā)展目前三頁\總數(shù)八十九頁\編于七點3基因概念的發(fā)展1909年Johannsen提出了“基因”概念取代了遺傳因子Morgan提出染色體學(xué)說，基因是遺傳基本單位，《基因論》1936年Beadle和Taturm提出一個基因決定一種酶，之后延伸到?jīng)Q定一個蛋白質(zhì)，多肽鏈目前四頁\總數(shù)八十九頁\編于七點4基因的分類編碼蛋白質(zhì)的基因編碼RNA的基因：編碼rRNA;tRNA;核酶；snmRNA（非mRNA的小RNA）目前五頁\總數(shù)八十九頁\編于七點5（二）基因的概念

側(cè)翼序列：含有調(diào)控序列是編碼RNA或一條多肽鏈的DNA片段，包括：編碼序列：外顯子(exon)插入序列：內(nèi)含子(intron)目前六頁\總數(shù)八十九頁\編于七點61.原核生物的結(jié)構(gòu)基因是

連續(xù)的（一）結(jié)構(gòu)基因

基因中編碼RNA或蛋白質(zhì)的DNA序列。二、基因的結(jié)構(gòu)目前七頁\總數(shù)八十九頁\編于七點7

真核生物結(jié)構(gòu)基因DNAmRNA前體編碼序列不連續(xù)，稱為斷裂基因（interruptedgene）RNA剪接2.由外顯子（編碼序列)和內(nèi)含子（非編碼序列)兩部分組成，intron

exon

成熟mRNA目前八頁\總數(shù)八十九頁\編于七點8

5′

3′exon3exon1exon2GTAGGTAG真核基因中RNA剪接的識別信號內(nèi)含子的5′端以GT開始，

3′端以AG結(jié)束。GT-AG法則intron2intron13.目前九頁\總數(shù)八十九頁\編于七點9

5′3′exon3exon2exon1

intron1intron2(二)轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列

前導(dǎo)序列尾部序列編碼區(qū)側(cè)翼序列側(cè)翼序列結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)兩側(cè)的一段不被翻譯的DNA片段(側(cè)翼序列)，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控。目前十頁\總數(shù)八十九頁\編于七點10tayz

opstructural

gene1.原核生物基因的調(diào)控序列

promoter啟動子promoterterminator終止子terminatoroperator操縱元件operator目前十一頁\總數(shù)八十九頁\編于七點112.真核生物基因的調(diào)控序列反式作用因子

trans-actingfactor

能識別和結(jié)合特定的順式作用元件,并影響基因轉(zhuǎn)錄的一類蛋白質(zhì)或RNA順式作用元件

cis-actingelement

能影響基因表達，但不編碼RNA和蛋白質(zhì)的DNA序列TATAAAATATTT

5′3′3′

5′順式作用元件目前十二頁\總數(shù)八十九頁\編于七點12TATA盒（TATABox）:

位于-25～-30bp，TATAAAA/TATATAT

與TFII結(jié)合，啟動基因轉(zhuǎn)錄。(1)．啟動子和上游啟動子元件-25+1-30（II類）目前十三頁\總數(shù)八十九頁\編于七點13-30-25+1-80-70CAAT盒（CAATBox）位于-70～-80bp，GGC/TCAATCT,與CTF結(jié)合，決定啟動子轉(zhuǎn)錄效率。目前十四頁\總數(shù)八十九頁\編于七點14GC盒（GCBox）位于-35bp，GGCGG，與轉(zhuǎn)錄因子SP1結(jié)合，促進轉(zhuǎn)錄的過程。－35-35+1

目前十五頁\總數(shù)八十九頁\編于七點15(2).增強子（enhancer）

CAATbox與轉(zhuǎn)錄因子特異性結(jié)合，增強轉(zhuǎn)錄活性，在基因任意位置都有效、無方向性。TATAbox

enhancerpromoter

5′3′exonintron目前十六頁\總數(shù)八十九頁\編于七點16(3).沉默子（silencer)具有抑制基因轉(zhuǎn)錄功能的特定DNA序列，為負性調(diào)節(jié)元件，當其結(jié)合一些特異反式作用因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用，使基因沉默。目前十七頁\總數(shù)八十九頁\編于七點17(4).終止子（terminaor)是結(jié)構(gòu)基因下游近3’端的一段DNA,由AATAAA和一段回文序列組成，在轉(zhuǎn)錄中提供終止信號，使轉(zhuǎn)錄作用終止。目前十八頁\總數(shù)八十九頁\編于七點185′--------AATAAA----------GT-------3′

DNA

mRNA

前體5′--------AAUAAA----------GU-------3′5′--------AAUAAA------AAAAAAAA3′多聚腺苷酸化mRNA(5).Poly(A)加尾信號Poly(A)聚合酶5′--------AAUAAA----------GU-------3′特異因子

含有II類啟動子的基因，基因末端保守的AATAAA順序及下游GT或T富含區(qū),被多聚腺苷酸化特異因子識別，在mRNA3′端加約200個A。目前十九頁\總數(shù)八十九頁\編于七點19

CAATboxTATAbox

Enhancerpromoter

調(diào)控序列調(diào)控序列真核生物基因的結(jié)構(gòu)exonexon非翻譯區(qū)：untranslatedregions，UTRUTRUTRPoly(A)加尾信號5′+1Stop3′結(jié)構(gòu)基因intronintronexonTGAATG開放閱讀框：openreadingframe，ORFresponseelement目前二十頁\總數(shù)八十九頁\編于七點20三、中心法則

centraldogmaReplicationReplicationReverse

TranscriptionTranscriptionTranslationDNARNAProtein

目前二十一頁\總數(shù)八十九頁\編于七點21(一)原核生物的mRNA是多順反子mRNAPromoterGene1Gene2Gene3TerminatorDNATranscriptionmRNA3′1235′TranslationProteins123

多順反子mRNA

(polycistronicmRNA):原核生物的一個mRNA分子帶有幾個

結(jié)構(gòu)基因的遺傳信息，利用共同的啟動

子及終止信號，組成操縱子的基因表達

調(diào)控單元。目前二十二頁\總數(shù)八十九頁\編于七點22TranslationTranscriptionmRNADNAProteinPromoterGene3′5′(二)單順反子mRNA(monocistronicmRNA):真核生物的一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA。目前二十三頁\總數(shù)八十九頁\編于七點23二、基因的功能1、遺傳信息的儲存2、基因復(fù)制（1）半保留復(fù)制；（2）雙向復(fù)制；（3）不連續(xù)復(fù)制3、基因表達（1）轉(zhuǎn)錄；（2）翻譯；（3）基因表達的調(diào)控目前二十四頁\總數(shù)八十九頁\編于七點24基因表達的調(diào)控（1）DNA水平的調(diào)控：甲基化、與組蛋白結(jié)合、染色質(zhì)濃縮（2）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控：順式元件與反式元件的結(jié)合（3）轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控：mRNA加帽子、加尾、剪接（4）翻譯水平的調(diào)控：翻譯起始區(qū)域（5）翻譯后水平的調(diào)控：二硫鍵的形成、糖基化、C-末端酰胺化等目前二十五頁\總數(shù)八十九頁\編于七點25基因突變與疾病1、單基因疾病常染色體顯性遺傳常染色體隱形遺傳X連鎖顯性遺傳Y連鎖隱性遺傳Y隱性遺傳2、線粒體遺傳病（如Leber遺傳性視神經(jīng)?。┨攸c：1、母系遺傳；2、異質(zhì)性3、多基因疾病由多對微效基因和環(huán)境因素雙重影響所引起的一類疾病稱為多基因疾病目前二十六頁\總數(shù)八十九頁\編于七點26基因診斷與治療1、基因診斷：在DNA或RNA水平對某些疾病相關(guān)基因進行分析，從而對疾病進行診斷。2、基因治療：運用重組DNA技術(shù)，將正?；?qū)胗腥毕莼蚧颊叩募毎校蕴娲蜓a償缺陷基因，或抑制基因的過度表達，使細胞恢復(fù)正常功能，達到治療目的。目前二十七頁\總數(shù)八十九頁\編于七點27基因組：一個細胞或病毒的全部

遺傳信息；

第二節(jié)基因組

一套完整的單倍體的遺傳物質(zhì)的總合；

含有一種生物的一整套遺

傳信息的遺傳物質(zhì)；……目前二十八頁\總數(shù)八十九頁\編于七點28C值（C-value）：單倍體基因組中的全部DNA量(bp)

106107108109

10101011顯花植物骨魚類哺乳類甲殼類爬行類鳥類藻類真菌革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌枝原體霉菌蠕蟲類軟體動物棘皮類昆蟲類軟骨魚類兩棲類目前二十九頁\總數(shù)八十九頁\編于七點29一、病毒基因組一、特點：基因組小有的是DNA,有的是RNARNA病毒基因組可由數(shù)條RNA組成存在重疊基因可形成多順反子噬菌體基因是連續(xù)的，而真核細胞的病毒基因是不連續(xù)的目前三十頁\總數(shù)八十九頁\編于七點30DNA病毒

RNA病毒

（二）基本結(jié)構(gòu)多數(shù)為雙鏈(ds)、環(huán)狀或線性多數(shù)為單鏈(ss)、線性目前三十一頁\總數(shù)八十九頁\編于七點31（三）RNA病毒基因組類型特點代表種類目前三十二頁\總數(shù)八十九頁\編于七點321.單股正鏈RNA病毒SARS冠狀病毒SARScoronavirus

包膜蛋白膜蛋白核衣殼蛋白刺突蛋白

病毒RNA聚合酶目前三十三頁\總數(shù)八十九頁\編于七點33單股正鏈RNA、不分節(jié)段，5′端有甲基化帽，3′端有poly(A)結(jié)構(gòu)。脊髓灰質(zhì)炎病毒、鼻病毒、

多數(shù)RNA噬菌體、冠狀病毒目前三十四頁\總數(shù)八十九頁\編于七點34.

禽流感病毒(H5N1)

avianinfluenzaAvirus2.單股負鏈RNA病毒8節(jié)段-ssRNA血凝素（HA）神經(jīng)氨酸酶（N)目前三十五頁\總數(shù)八十九頁\編于七點35單股負鏈RNA、8節(jié)段，均編碼蛋白質(zhì)，

5′端由相同的13個核苷酸組成，3′端有12個保守的核苷酸序列。流感病毒、濾泡性口腔炎病毒、

狂犬病毒目前三十六頁\總數(shù)八十九頁\編于七點36呼腸孤病毒reovirus3.雙鏈RNA病毒11節(jié)段dsRNA內(nèi)衣殼蛋白外衣殼蛋白目前三十七頁\總數(shù)八十九頁\編于七點37正負雙鏈RNA，10－12節(jié)段、每段編碼一個蛋白質(zhì)呼腸孤病毒、輪狀病毒、

噬菌體Φ6目前三十八頁\總數(shù)八十九頁\編于七點384.逆轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)核心蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶膜蛋白poly(A)Cap人類免疫缺陷病毒（HIV）目前三十九頁\總數(shù)八十九頁\編于七點39單股正鏈RNA，有三個基本的結(jié)構(gòu)

基因：gag、pol（逆轉(zhuǎn)錄酶）、env，

白血病病毒、肉瘤病毒、

人類免疫缺陷病毒

5′端有甲基化帽，3′端有poly(A)，

另有多個基因表達調(diào)控位點。目前四十頁\總數(shù)八十九頁\編于七點40（四）DNA病毒基因組類型特點代表種類目前四十一頁\總數(shù)八十九頁\編于七點411.線性雙鏈DNA病毒早期蛋白（E）

晚期蛋白（L）

腺病毒adenovirusE1AE1BE3E4E2BE2A0102030405060708090100%L2L3L4L5L1ITRITRITR:反向末端重復(fù)序列目前四十二頁\總數(shù)八十九頁\編于七點42反向末端重復(fù)序列（invertedterminalrepeat，ITR）AT豐富區(qū)保守序列：ATAATATACCGC豐富區(qū)保守序列：GGGCGG,TGACGT在病毒復(fù)制過程有重要作用基因組：線性雙鏈DNA，編碼兩大類蛋白早期蛋白（E）、晚期蛋白（L）目前四十三頁\總數(shù)八十九頁\編于七點43乳頭瘤病毒papillomavirusURR2.雙鏈環(huán)狀DNA病毒衣殼蛋白DNA復(fù)制膜信號蛋白組裝與釋放中斷細胞生長周期上游調(diào)節(jié)區(qū)轉(zhuǎn)錄與復(fù)制目前四十四頁\總數(shù)八十九頁\編于七點44基因組：雙鏈環(huán)狀DNA，可分為早期區(qū)（E）、晚期區(qū)（L）、上游調(diào)節(jié)區(qū)（upstreamregulatory

region,URR）

調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄與復(fù)制目前四十五頁\總數(shù)八十九頁\編于七點453.單鏈環(huán)狀DNA病毒5387nt噬菌體phiX174基因重疊5387nt編碼2500AA1977，Sanger目前四十六頁\總數(shù)八十九頁\編于七點46乙型肝炎病毒（HBV）4.開環(huán)部分雙鏈DNA病毒聚合酶HBsAgHBcAg目前四十七頁\總數(shù)八十九頁\編于七點47乙型肝炎病毒（HBV）逆轉(zhuǎn)錄酶HBsAgHBcAgHBeAg開環(huán)部分雙鏈DNA病毒目前四十八頁\總數(shù)八十九頁\編于七點48二、原核生物基因組細菌染色體DNA質(zhì)粒DNA以大腸桿菌（Escherichiacoli）為例目前四十九頁\總數(shù)八十九頁\編于七點49原核基因組特點：1、僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA組成2、結(jié)構(gòu)基因與調(diào)控序列以操縱子形式出現(xiàn)，所轉(zhuǎn)錄的RNA為多順反子3、基因組中重復(fù)序列少4、結(jié)構(gòu)基因多為單拷貝5、基因是連續(xù)的6、編碼序列一般不會重疊目前五十頁\總數(shù)八十九頁\編于七點50類核（nucleoid）：細菌染色體在

細胞內(nèi)形成的一個致密區(qū)域大腸桿菌細胞結(jié)構(gòu)nucleoid質(zhì)粒plasmid目前五十一頁\總數(shù)八十九頁\編于七點51（一）由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，

通常只有一個DNA復(fù)制起點。C-Value:4.6×106bp大腸桿菌染色體DNA大腸桿菌4000K3000K2000K1000K0OriCTerC目前五十二頁\總數(shù)八十九頁\編于七點52(二)結(jié)構(gòu)基因大多組成操縱子乳糖操縱子

lacoperontayz

opstructural

genepromoterterminatoroperator?-galactosidase半乳糖苷酶z?-galactosidepermease透酶y

?-galactosidetransacetylase

半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶a

目前五十三頁\總數(shù)八十九頁\編于七點53多個功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列，與上游共同的調(diào)控區(qū)和下游轉(zhuǎn)錄終止信號組成的基因表達單位。操縱子operon:目前五十四頁\總數(shù)八十九頁\編于七點54（三）其它結(jié)構(gòu)特點

C

值：4,639,221bp基因數(shù)：4288基因大?。?50bp/gene基因間隔：118bp/２gene1.基因密度非常高，編碼區(qū)在

基因組中所占比例大；2.結(jié)構(gòu)基因沒有內(nèi)含子，多為

單拷貝，rRNA基因為多拷貝；3.重復(fù)序列很少，重復(fù)片段為

轉(zhuǎn)座子；

50kb目前五十五頁\總數(shù)八十九頁\編于七點554.有編碼同工酶的同基因（isogene）分支酸別構(gòu)酶ilvBNacetolactatesynthaseIilvIHacetolactatesynthaseIII乙酰乳酸合酶

entCisochorismatesynthaseentBisochorismatase目前五十六頁\總數(shù)八十九頁\編于七點565.不同的原核生物基因組的GC含量

（GCcontent）變化很大(25%-75%)EscherichiacoliMicrococcusluteus藤黃微球菌BacillussubtilisSerratiamarcescens枯草桿菌粘質(zhì)沙雷菌大腸桿菌%GC51

51

52

55

58

52

37

66

61

43

45

33

39

25

75

73

69Shigellaflexnerl志賀氏桿菌（痢疾）Salmonellatyphimurium鼠傷寒沙門菌Klebsiellapneumoniae肺炎克雷伯士氏桿菌Mycopiasmacapricolum支原體目前五十七頁\總數(shù)八十九頁\編于七點57（四）非編碼區(qū)主要是調(diào)控序列：復(fù)制起始區(qū)（OriC）復(fù)制終止區(qū)（TerC）轉(zhuǎn)錄起動區(qū)轉(zhuǎn)錄終止區(qū)目前五十八頁\總數(shù)八十九頁\編于七點58復(fù)制起始區(qū)（OriC）目前五十九頁\總數(shù)八十九頁\編于七點59大腸桿菌強啟動子TTGACTATAAT

轉(zhuǎn)錄起始目前六十頁\總數(shù)八十九頁\編于七點60GA

CCGCCGCU

GGCGGCAUUUU-OH3’5’UUC

G

G5’…GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU…3’RNA5’…GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT…3’DNA終止子：強終止子：有反向重復(fù)順序，可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，其后面為poly(T)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄終止無需ρ因子。GC豐富區(qū)、AT豐富區(qū)目前六十一頁\總數(shù)八十九頁\編于七點61（五）具有轉(zhuǎn)座現(xiàn)象

BarbaraMcClintock

1902-1992轉(zhuǎn)座，或稱移位（transposition）：轉(zhuǎn)座因子在基因組不同位置間的移動。目前六十二頁\總數(shù)八十九頁\編于七點62

1.轉(zhuǎn)座因子的類別

Is3

轉(zhuǎn)座酶(1)插入序列（insertionsequence,Is）

小于2000bp，只有轉(zhuǎn)座相關(guān)基因2kb目前六十三頁\總數(shù)八十九頁\編于七點63Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10

轉(zhuǎn)座酶(2)轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）

2-20kb，常帶有抗性基因等其它基因氨芐青霉素抗性

四環(huán)素抗性2kb目前六十四頁\總數(shù)八十九頁\編于七點64(3)Mu噬菌體（Mu）轉(zhuǎn)座酶頭尾部蛋白轉(zhuǎn)座酶結(jié)合位點轉(zhuǎn)座酶

結(jié)合位點宿主DNA宿主DNA37kbAB目前六十五頁\總數(shù)八十九頁\編于七點65切離是轉(zhuǎn)座因子從原來位置上切除并轉(zhuǎn)移到基因組新的位置轉(zhuǎn)座是轉(zhuǎn)座因子復(fù)制出一個新拷貝轉(zhuǎn)移到基因組新的位置2.轉(zhuǎn)座因子的遺傳效應(yīng)供體DNA轉(zhuǎn)座子受體DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)座新的DNA切除和連接目前六十六頁\總數(shù)八十九頁\編于七點66

transposonHostDNA

TargetsiteTACATGCACAGATGTACGTGTC

transposonTACATGCA

ATG

CAGTACGTGTC

轉(zhuǎn)座的結(jié)果使靶點序列倍增

transposonDirectRepeatsTACATGCA

ATGTACGTATGCACAG

TACGTGTC

促使染色體畸變

目前六十七頁\總數(shù)八十九頁\編于七點67轉(zhuǎn)座子

F

E

A

B

C

D復(fù)制插入轉(zhuǎn)座子新拷貝

F

E

A

B

C

D引起插入突變

基因F被隔斷而失去功能

目前六十八頁\總數(shù)八十九頁\編于七點68攜帶標志基因使受體增添新基因Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10

轉(zhuǎn)座酶氨芐青霉素抗性

四環(huán)素抗性目前六十九頁\總數(shù)八十九頁\編于七點69（六）質(zhì)粒（plasmid）

質(zhì)粒是存在于細菌染色體外的，具有自主復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子；大小為2-3kb。目前七十頁\總數(shù)八十九頁\編于七點70質(zhì)粒的特性在宿主細胞內(nèi)可自主復(fù)制；所攜帶的遺傳信息能賦予宿主特

定的遺傳性狀；細胞分裂時恒定地傳給子代；質(zhì)?？梢赞D(zhuǎn)移。目前七十一頁\總數(shù)八十九頁\編于七點71三真核生物基因組染色體DNA線粒體DNA目前七十二頁\總數(shù)八十九頁\編于七點72（一）真核基因組特點1、雙鏈線狀，且不止一條2、結(jié)構(gòu)基因為斷裂基因3、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子4、非編碼序列遠遠多于編碼區(qū)5、含大量重復(fù)序列和基因家族6、DNA末端有端粒結(jié)構(gòu)7、有細胞器基因組（線粒體、葉綠體）目前七十三頁\總數(shù)八十九頁\編于七點73人類基因組染色體（二）染色體DNA的組成核小體目前七十四頁\總數(shù)八十九頁\編于七點741.單一序列DNA

（uniquesequenceDNA）單一序列在人類基因組中大于50％。結(jié)構(gòu)基因主要存在于單一序列中。單拷貝DNA(singlecopyDNA)目前七十五頁\總數(shù)八十九頁\編于七點752.高度重復(fù)序列DNA（highlyrepetitiveDNA）衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）反向重復(fù)序列（invertedrepeats)重復(fù)次數(shù)>106次目前七十六頁\總數(shù)八十九頁\編于七點76

（1）

衛(wèi)星DNA存在于非編碼區(qū)的串聯(lián)重復(fù)序列，

在基因組中約占5％。主帶光密度衛(wèi)星DNA目前七十七頁\總數(shù)八十九頁\編于七點77a.大衛(wèi)星（macro-satellite）DNA：重復(fù)單位5-10bp，其在人群中多態(tài)性不顯著。

光密度260nm果蠅基因組目前七十八頁\總數(shù)八十九頁\編于七點78b.小衛(wèi)星（minisatellite）

DNA：重復(fù)單位9-24bp，呈高度多態(tài)性?？勺償?shù)目串聯(lián)重復(fù)序列（variable

numberoftandemrepeat,VNTR）端粒DNA：（TTAGGG）n，2-20kb，

染色體復(fù)制，末端保護。核心序列GGGCAGGAXG；目前七十九頁\總數(shù)八十九頁\編于七點79c.微衛(wèi)星DNA

(macro-satelliteDNA)短串聯(lián)重復(fù)(shorttandemrepeat,STR)重復(fù)單位2-6bp，常見為(AC)n和(TG)n，重復(fù)次數(shù)10-60次，總長度小于150bp，高度多態(tài)性，可作遺傳標記。目前八十頁\總數(shù)八十九頁\編于七點80（2）.