基因的組織與結構

關于基因的組織與結構一、基因“Particulatefactor”——在孟德爾遺傳學的定律中，孟德爾用于命名從親代傳遞給子代而不發(fā)生改變的遺傳物質；遺傳因子位于染色體上——薩頓假設，1903年W.S.Sutton;Gene——由W.Johannsen于1909年首先使用,但當時對其物質本質尚一無所知；1、基因概念的演化第2頁,共84頁，2024年2月25日，星期天遺傳粒子理論——摩爾根《基因論》，基因是染色體上象念珠一樣線形排列的遺傳物質單位，是突變、重組和功能表達三位一體；基因與性狀的相關性——1940年，G.Beadle和R.Tatum提出“一個基因一個酶”的假設，第一次明確地把基因和蛋白質直接相關聯(lián)；基因物質本質的認識——轉化、轉導、轉染等實驗證實了DNA是遺傳物質，基因的化學本質是脫氧核糖核酸，基因是具有一定的遺傳學功能的DNA片段；第3頁,共84頁，2024年2月25日，星期天DNA雙螺旋結構模型：基因調控模型的建立——Jacob和Monod的操縱子學說。第4頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2、基因的概念

基因是指存在于細胞內有自體繁殖能力的遺傳單位，這種單位在染色體上占有一定位置而作直線排列。

基因是具有特定的核苷酸順序的核酸分子中一個片段，是攜帶有特定遺傳信息的功能單位。在大多數(shù)生物中基因的化學本質是DNA，但在某些病毒中可以是RNA。第5頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3、不連續(xù)基因/斷裂基因StructuralgenecodesforanyRNAorproteinproductotherthanaregulator.

結構基因：RNA或蛋白質的編碼基因，而非調節(jié)基因。ExonisanysegmentofaninterruptedgenethatisrepresentedinthematureRNAproduct.

外顯子：基因中的編碼區(qū)，即在成熟的RNA中出現(xiàn)的基因的片段。IntronisasegmentofDNAthatistranscribed,butremovedfromwithinthetranscriptbysplicingtogetherthesequences(exons)oneithersideofit.

內含子：基因中的非編碼區(qū)，即在成熟的RNA中沒有出現(xiàn)的基因的片段。第6頁,共84頁，2024年2月25日，星期天Transcript

istheRNAproductproducedbycopyingonestrandofDNA.ItmayrequireprocessingtogeneratematureRNAs.

轉錄本：由模版DNA拷貝得到的RNA產物，需進一步加工后才能成為成熟的RNA。RNAsplicingistheprocessofexcisingthesequ-encesinRNAthatcorrespondtointrons,sothatthesequencescorrespondingtoexonsareconnectedintoacontinuousmRNA.

RNA剪接：除去內含子，連接外顯子序列，以產生功能的mRNA、tRNA、rRNA的過程。第7頁,共84頁，2024年2月25日，星期天斷裂基因的轉錄與表達InterruptedgenesareexpressedviaaprecursorRNA.Intronsareremovedwhentheexonsaresplicedtogether.ThemRNAhasonlythesequencesoftheexons.第8頁,共84頁，2024年2月25日，星期天英國科學家，因發(fā)現(xiàn)斷裂基因于1993年獲諾貝爾獎RichardJ.Roberts

從事腺病毒Ad2研究。

1974年，羅伯茨與其同事用限制酶作Ad2DNA限制酶圖譜，并對一些片段進行測序。發(fā)現(xiàn)其中有一個小片段包含Ad2mRNA的末端和一個啟動子。正是對這個包含啟動子片段的搜索，導致斷裂基因的發(fā)現(xiàn)。斷裂基因的發(fā)現(xiàn)是羅伯茨測序研究的意外發(fā)現(xiàn)。1）基因不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)與證實第9頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

美國科學家，因發(fā)現(xiàn)mRNA剪接獲諾貝爾獎PhillipA.Sharp

從事腫瘤病毒的分子生物學和RNA剪接研究。利用DNA和RNA雜交的方法發(fā)現(xiàn)mRNA不能與DNA全部雜交。在電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)有三個環(huán)。這表明mRNA比DNA小了許多；一個連續(xù)的DNA分子包含了沒有反映在mRNA中的信息。夏普提出hnRNA的內含子被切除，而外顯子片斷拼接起來。第10頁,共84頁，2024年2月25日，星期天R-環(huán)腺病毒DNA與其mRNA雜交形成R-環(huán)結構第11頁,共84頁，2024年2月25日，星期天斷裂基因的檢測方法：DNA酶切分析若同一基因的基因組DNA和cDNA的限制性圖譜相同，則一般不含內含子；若基因組DNA的長度大于cDNA則很可能是不連續(xù)基因。第12頁,共84頁，2024年2月25日，星期天斷裂基因現(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；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。斷裂基因存在的范圍：第13頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2）內含子與外顯子特點不同的斷裂基因所含的內含子數(shù)目有很大差別，有些基因只有一個或若干個內含子，而有的基因內含子與外顯子是高度嵌合的；內含子的長度常大于外顯子；在同一基因家族內，斷裂基因的組織結構、外顯子序列及其長度通常比較保守，而內含子變化迅速，不論是序列還是長度差異性很大。第14頁,共84頁，2024年2月25日，星期天哺乳動物二氫葉酸還原酶（DHFR）基因

人類、小鼠和中國倉鼠的DHFR都有6個外顯子，外顯子基本相同，各內含子的相對位置沒有改變，但長度變化很大。第15頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3）基因外顯子與蛋白質結構域的關系外顯子常相當于多肽折疊的結構域；外顯子的邊界非常精確地相當于結構域之間的聯(lián)結處；外顯子與結構域并非在任何情況下都一一對應。4）內含子與外顯子的關系外顯子與內含子聯(lián)結處具有1-4bp的保守的共同序列（GT-AG規(guī)則），可能與剪接反應有關；一個基因的內含子可以是另一基因的外顯子，即內含子和外顯子是相對的。第16頁,共84頁，2024年2月25日，星期天4、基因家族（genefamily）基因家族：來自于一個共同的祖先基因，通過復制和變異形成的結構、功能相似的基因群體；家族成員其外顯子具有相似性。基因家族中的基因常串聯(lián)排列，構成基因簇（genencluster）；但也可以不集中在一起，甚至分布在不同的染色體上。基因家族的類型：1）簡單的多基因家族；2）復雜的多基因家族；3）有時空表達差異的復雜的多基因家族。第17頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1）簡單的多基因家族——rRNA基因家族真核生物rRNA基因包括18-5.8-28S三個基因，構成同一轉錄單元，在染色體上中等重復。重復單元包括轉錄序列和將轉錄序列分隔開的非轉錄區(qū)；rRNA重復單元分布在一條或幾條染色體的核仁區(qū)。

真核生物rDNA重復單元結構第18頁,共84頁，2024年2月25日，星期天rDNA非轉錄間隔區(qū)結構長度固定區(qū)域與可變區(qū)域相間排列；可變區(qū)域由短重復序列組成，重復次數(shù)變化導致非轉錄間隔區(qū)序列長度差異；最前端的固定區(qū)域其序列和長度與其它固定區(qū)域不同；后三個固定區(qū)域稱做BamIsland;第19頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2）復雜的多基因家族——組蛋白基因家族特點：由多個基因構成一個重復單位，重復數(shù)百次；每個基因單獨地按一定方向轉錄；各重復單元含有多個不同的轉錄單元和非轉錄區(qū)；組蛋白基因家族中的5個基因串聯(lián)構成一個重復單元，然后又以多拷貝組織成串聯(lián)的重復基因簇。一個重復單元中含5個不同的轉錄單元和5個短而不同的間隔區(qū)。幾種動物組蛋白基因的拷貝數(shù)：海膽：300-1000；果蠅：100；雞：10小鼠：10-20；人：30-40；酵母：1第20頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3）時空特異性表達的復雜的多基因家族

——珠蛋白基因家族人血紅蛋白是四聚體，分別由家族（16號染色體）和家族（11號染色體）的基因編碼。在個體發(fā)育過程中，血紅蛋白的亞基組成不同，基因的表達具有時序性。基因排列方式與基因在發(fā)育階段的表達順序一致第21頁,共84頁，2024年2月25日，星期天5、假基因假基因（pseudogene）：核苷酸序列同相應的正常功能基因基本相同，但不能合成功能蛋白質的失活基因。重復的假基因：與“親本基因”連鎖，通過含“親本基因”的染色體區(qū)段重復而成。珠蛋白基因家族中的假基因就屬于此類型。加工的假基因（processedpseudogene）：不與“親本基因”連鎖，其結構與親本基因的轉錄本類似，如沒有啟動子和內含子，3‘末端有延伸的腺嘌呤短序列。因此很可能來自加工的親本RNA之DNA拷貝。第22頁,共84頁，2024年2月25日，星期天重復的假基因

基因簇中的假基因

1同功能的1珠蛋白基因密切相關，1與

1的編碼和間隔序列同源性達73%，因此可能由后者重復而來；假基因并非起初就失活，而是隨著進化產生許多突變慢慢失活的。

第23頁,共84頁，2024年2月25日，星期天加工的假基因（processedpseudogene）第24頁,共84頁，2024年2月25日，星期天6、重疊基因定義：兩個基因共同使用同一DNA序列，卻編碼兩種不同的蛋白質。存在范圍：僅見于病毒、線粒體和質粒DNA。

X174的遺傳圖第25頁,共84頁，2024年2月25日，星期天重疊基因的類型全重疊：一個基因完全在另一個基因序列內，如基因B在基因A內，基因E在基因D內。部分重疊：K基因與C基因在一段序列內重疊。1-2個堿基的重疊：大多數(shù)發(fā)生在一個基因的終止密碼子與下一個基因的起始密碼子之間。如D基因終止密碼子TAA與J基因起始密碼子ATG間“A”的重疊。

5‘…GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU…3’φX174mRNA的一段序列

5‘…GAAGGAGUGAUGUAA…3’基因DmRNA3’端序列

GluGlyValMetStop5‘…AUGUCUAAA…3’基因JmRNA5’端序列

MetSerLys5‘…GAAGGAGUGA…3’基因EmRNA3’端序列

LysGlyStopφX174mRNA內基因D、J、E的部分重疊序列第26頁,共84頁，2024年2月25日，星期天7、轉位因子（transposableelements）Transposon

isaDNAsequenceabletoinsertitselfatanewlocationinthegenome(withoutanysequencerelationshipwiththetargetlocus).

Directrepeats

areidentical(orrelated)sequencespresentintwoormorecopiesinthesameorientationinthesamemoleculeofDNA.

Invertedterminalrepeats

aretheshortrelatedoridenticalsequencespresentinreverseorientationattheendsofsometransposons.

Transposase

istheenzymeactivityinvolvedininsertionoftransposonatanewsite.第27頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1）轉位因子的發(fā)現(xiàn)BarbaraMcClintock第28頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2）玉米中的轉位因子的分類自主性轉位因子：具有自主剪接和轉座的功能；非自主性轉位因子：單獨存在時是穩(wěn)定的，不轉座，當基因組中存在與非自主性因子同家族的自主性因子時，它才具備轉座功能，成為與自主性因子相同的轉座子。同一家族的自主性轉座因子為非自主性因子提供轉座酶，不同家族間無此反應。第29頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

玉米中的轉位因子的結構特征在轉座子的兩個末端具有反向重復序列。例如在AC轉座子的兩端具有11bp的反向重復序列。

玉米中轉位因子轉位時，轉位因子的靶序列發(fā)生倍增，使插入序列的兩端各有一段同向重復序。第30頁,共84頁，2024年2月25日，星期天玉米中的轉位因子——Ac/Ds組C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，如果它失去正常功能，糊粉層無色。Ac因子(activator)：Ac是自主因子，與Ds有同源性，Ds因子(dissociator)：與染色體的斷裂有關，它可以從一個座位跳到另一個座位，但是它的移動必須在另一個基因Ac存在時才能進行，Ds是非自主因子。第31頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3）細菌的轉位因子：（I）：插入序列（IS）IS是一類自主單位，除自身轉位作用的基因外不含其它基因；IS兩端具有對稱的反向重復序列；轉位因子轉位時，基因組上的靶序列發(fā)生倍增，使插入序列的兩端各有一段同向重復序列。第32頁,共84頁，2024年2月25日，星期天插入序列長度反向重復長度靶DNA的長度編碼蛋白數(shù)目轉座所需蛋白靶點選擇IS1IS2IS3

IS4IS10RIS50RIS903768bp13271428119513291531105723bp411816229189511或12499922243322111111區(qū)域優(yōu)先熱點熱點熱點熱點熱點不詳5‘GGTGATGCTGCCAACTTACTGAT…………….ATCAATAAGTTGGACTCATTACC3’CCACTACGACGGTTGAATGACTA…722bp…..TAGTTATTCAACCTGAGTAATGGIS1分子末端反向重復序列細菌的插入序列（IS）第33頁,共84頁，2024年2月25日，星期天（II）細菌轉座子(Transposon)轉座子常帶有多個基因，除轉位相關的酶基因外，往往還帶有抗性基因。轉座子可分為兩個亞類：亞類I轉座子兩末端由IS構成，亞類II末端由反向重復序列構成第34頁,共84頁，2024年2月25日，星期天4）總結：轉位因子的結構特點在轉位因子的兩端存在末端反向重復序列（TIR），它們在轉位過程中至關重要；絕大多數(shù)轉位因子含有開放讀框（ORF），可能編碼一種酶，其功能促進轉位因子的轉位；受體DNA上很短的一段靶序列，由于轉位因子的插入，在轉位因子的兩側形成正向重復序列，靶序列的長短對每類轉位因子都是特異的。第35頁,共84頁，2024年2月25日，星期天5）轉位作用的類型：轉位作用有兩種類型：一種是保留型轉位(conservativetransposition)，另一種是復制型轉位(replicativetransposition)；保留型轉位：在轉位酶的作用下，轉位因子從原來位點上刪除下來，再轉移插入到另一個位點，如復合轉座子Tn10；復制型轉座：轉位因子的一個拷貝插入到靶子位點，而另一拷貝則仍然保留在給體原來的位置上，如Tn3。第36頁,共84頁，2024年2月25日，星期天二、基因組的結構與功能Genome：isthecompletesetofsequencesinthegeneticmaterialofanorganism.ItincludesthesequenceofeachchromosomeplusanyDNAinorganelles（細胞器）.基因組：一個細胞中含有的一整套完整遺傳信息即基因組(genome)。第37頁,共84頁，2024年2月25日，星期天基因組結構：不同功能區(qū)域在整個DNA分子中的分布情況。基因組不同區(qū)域有不同的功能,有些是編碼蛋白質的結構基因,有些是復制及轉錄的調控序列,有些區(qū)域的功能尚不清楚；C值：一個單倍體基因組的DNA含量即該物種DNA的C值，某一特定物種其C值是恒定的；C值矛盾：一般而言，隨著進化，生物體的結構與功能趨于復雜，其C值增大。但某些生物其基因組的大小與基因組的復雜度缺乏相關性，即C值矛盾。第38頁,共84頁，2024年2月25日，星期天代表性生物體基因組大小

千堿基對/

染色體長度

(cm）染色體數(shù)

(單倍體）形狀病毒SV405.20.000171環(huán)狀噬菌體φX1745.40.000181線狀單鏈噬菌體λ460.00151線狀大腸桿菌40000.131環(huán)狀酵母10000.03317

果蠅410001.44

人1250004.123

第39頁,共84頁，2024年2月25日，星期天一）、病毒基因組1、病毒基因組的結構特點

1）基因組大小相差較大

乙肝病毒DNA只有3kb，編碼4種蛋白質；痘病毒基因組有300kb，編碼幾百種蛋白質；2）基因組可以是DNA組成，也可以是RNA，但只含一種；病毒基因組DNA和RNA可以是單鏈，也可以是雙鏈的，可以是閉環(huán)分子，也可以是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,脊髓灰質炎病毒單鏈RNA，而呼腸孤病毒的基因組雙鏈RNA分子；φX174

是單鏈DNA嗜菌體病毒第40頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3）多數(shù)RNA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RNA由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成

流感病毒的基因組RNA分子是節(jié)段性的，由八條RNA分子構成，每條RNA分子都含有編碼蛋白質分子的信息；4）基因重疊：即同一段DNA片段能夠編碼兩種甚至三種蛋白質分子5）基因組的大部分是用來編碼蛋白質，只有非常小的一份不被翻譯

在ΦX174中不翻譯的部份只占217/5375，G4DNA中占282/5577，都不到5％；不翻譯的DNA順序通常是基因表達的控制序列。第41頁,共84頁，2024年2月25日，星期天6）功能上相關的基因常叢集形成一個功能單位或轉錄單元，一起轉錄成多順反子mRNA，然后再加工成各種蛋白質的模板mRNA

如腺病毒晚期基因編碼病毒的12種外殼蛋白，在晚期基因轉錄時是在一個啟動子的作用下生成多順反子mRNA，然后再加工成各種mRNA。編碼病毒的各種外殼蛋白，它們在功能上都是相關的；7）除反轉錄病毒外，所有病毒基因組都是單倍體，每個基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。反轉錄病毒基因組有兩個拷貝第42頁,共84頁，2024年2月25日，星期天8）噬菌體的基因是連續(xù)的；而真核細胞病毒的基因是不連續(xù)的，具有內含子。除正鏈RNA病毒外，真核細胞病毒基因都是先轉錄成mRNA前體，再切除內含子成為成熟mRNA。有些真核病毒的內含子或其中的一部分，對某一個基因來說是內含子，而對另一個基因卻是外顯子。

SV40的早期基因從4555到4900之間一段346bp的片段是大T抗原基因的內含子，而該內含子中從4624-4900之間的DNA序列則是小t抗原的編碼基因。第43頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2、乙肝病毒基因組的結構特點和功能

HBV是目前已知感染人類最小的雙鏈DNA病毒，基因組結構高度緊湊。長約3.2kb。部分雙鏈環(huán)狀結構，雙鏈不等長，1/3為單鏈。長鏈5‘端與3’端未共價連接，而是與一種蛋白質共價相連；重疊的基因序列比較多；調節(jié)序列位于基因內部；與HBV基因表達有關的調節(jié)序列有4種：啟動子、增強子、polyA附加信號、糖皮質激素敏感因子（GRE）；第44頁,共84頁，2024年2月25日，星期天二）、原核生物染色體基因組

1、細菌染色體基因組結構的一般特點1）無細胞核，染色體聚集形成較為致密的類核(nucleoid)類核中央部分是RNA和支架蛋白，外圍是DNA雙鏈超螺旋；染色體DNA與細胞膜多點相連，起固定作用。與DNA復制、轉錄有關的信號區(qū)域優(yōu)先與膜結合。2）基因組小，基因數(shù)目少，大多只含有一條環(huán)狀染色體，只有一個復制起點；第45頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3）基因結構緊湊，大部分序列用來編碼蛋白質，重復序列和不編碼序列少；且編碼序列一般不會重疊；4）具操縱子結構，即數(shù)個功能相關的結構基因串聯(lián)在一起，受一個調節(jié)區(qū)調節(jié)；數(shù)個操縱子還可以由一個共同調節(jié)基因（regulatorygene）調控；5）結構基因大都是單拷貝，但rRNA的基因（rrn）往往是多拷貝；第46頁,共84頁，2024年2月25日，星期天6）DNA分子中具有各種功能的識別區(qū)域

如復制起始區(qū)OriC，復制終止區(qū)TerC。這些區(qū)域往往有特殊的順序。

在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止順序，它可使轉錄終止。第47頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2、大腸桿菌染色體基因組TheodorvonEscherich(1857-1911)Austriandoctor第48頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1）基因組：大腸桿菌K-12基因組全長4,639,221bp，含4283個結構基因或ORF；E.coliK12物理圖譜第49頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2）染色體結構DNA為雙鏈閉合環(huán)狀，對數(shù)生長期類核有2-4個DNA分子；DNA結合蛋白：形成腳手架結構。DNA小結構域與超螺旋：50-100個長度50-100kb的超螺旋結構染色體局部與細胞膜結合，穩(wěn)定染色體結構。大腸桿菌染色體的腳手架結構第50頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3）基因排列方式基因內部連續(xù)，一般不存在非編碼序列；基因間排列緊密；形成多順反子mRNA。4）DNA兩條鏈作為模板指導mRNA合成的機率幾乎相等；5）基因拷貝數(shù)大腸桿菌蛋白質編碼基因基本為單拷貝；少量基因為多拷貝，如核糖體rrn操縱子有7個拷貝。第51頁,共84頁，2024年2月25日，星期天三）、真核生物染色體基因組1、真核生物基因組的結構特點

遠大于原核生物基因組，多復制起點，復制子較短；DNA與蛋白質結合形成染色體，一般為多條；基因轉錄產物為單順反子。存在重復序列，重復次數(shù)可達百萬次以上?；蚪M中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域，如在人基因組中編碼序列只占2~3%。大部分基因含有內含子，基因是不連續(xù)的。第52頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2、真核生物基因組的重復序列重復序列：核苷酸排列順序基本相同并多次重復出現(xiàn)的DNA序列。重復序列類型單一拷貝（低度重復）順序：單拷貝順序在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次；中度重復順序：重復數(shù)十至數(shù)萬（<105）次的重復順序。高度重復順序：重復頻率高，可達百萬以上。所占比例隨種屬而異，約占10-60％，在人基因組中約占20％。第53頁,共84頁，2024年2月25日，星期天1）高度重復序列

反向（倒位）重復序列

1、定義：由兩個相同順序的核苷酸片段在同一DNA分子上反向排列而成。兩個互補拷貝間可有一到幾個核苷酸的間隔，也可以沒有間隔。沒有間隔的又稱回文（palimdrome）。

反向重復序列約占人基因組的5％。第54頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

衛(wèi)星DNA衛(wèi)星DNA(satelliteDNA)

由2-10bp的重復單位成串排列組成的一類高度重復序列。由于這類序列的GC含量不同于其他部份，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開,因而稱為衛(wèi)星DNA或隨體DNA。隱蔽衛(wèi)星DNA

若高度重復序列GC含量與總體的堿基組成相似，密度梯度離心后將觀察不到衛(wèi)星峰，這類高度重復序列就是隱蔽衛(wèi)星DNA。小鼠DNA在CsCl密度梯度離心中分成主峰和衛(wèi)星峰第55頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

衛(wèi)星DNA往往集中于異染色質，如著絲點部位；CytologicalhybridizationshowsthatmousesatelliteDNAislocatedatthecentromeres.第56頁,共84頁，2024年2月25日，星期天人基因組中衛(wèi)星DNA約占5-6％，按照浮力密度不同可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四種；果蠅衛(wèi)星DNA按順序分為四類，均為7堿基重復；在蟹發(fā)現(xiàn)有AT2堿基高度重復的衛(wèi)星DNA；衛(wèi)星DNA的產生推測是由于DNA復制過程中突變的積累及DNA不均等交換引起的。果蠅（Drosophilavirilis

）衛(wèi)星DNA有四類序列，合計占其基因組的40%。其中第一類衛(wèi)星DNA可能為原始類型，先于物種的形成。第57頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

較復雜的重復單位組成的重復序列（

衛(wèi)星DNA）

特點：為哺乳動物所特有；多層次大的重復單位由若干小重復單位組成，小重復單位又由若干更小的重復單位串聯(lián)而成；相似性各層次重復單位之間彼此有很高的序列相似性；短基序高度重復的序列是由一個或數(shù)個很短的祖先序列（如小鼠為9bps）演化而來。第58頁,共84頁，2024年2月25日，星期天小鼠

衛(wèi)星DNA解剖：1/2亞單位小鼠

衛(wèi)星DNA用限制性內切酶EcoRII酶切可出現(xiàn)一234bp主帶，即其基本重復單位；234bp基本重復單位可一分為二，序列匹配排列可發(fā)現(xiàn)其高度一致性；有22個差異位點，分歧率為19%。234bp基本重復單位是在進化過程中由117bp重復單位復制加倍而成，差異位點是加倍后突變積累的結果。第59頁,共84頁，2024年2月25日，星期天小鼠

衛(wèi)星DNA解剖：1/4亞單位117bp亞單位可再一分為二，圖中前2個序列為第一個1/2亞單位，后2個序列為第二個1/2亞單位；4個序列的匹配排列顯示在58個位點中有23個差異位點，分歧率為40%；前三個序列相似性較高，分歧率主要由第4個序列造成。第60頁,共84頁，2024年2月25日，星期天高度重復順序的功能

參與復制的調節(jié)：DNA復制起點區(qū)附近常存在反向序列。許多反向重復序列還是一些調節(jié)蛋白質（包括酶）的結合位點。參與基因表達調控：DNA反向重復順序能轉錄到核不均一RNA分子中，可以形成發(fā)夾結構，穩(wěn)定RNA分子。參與轉位作用：轉位因子末端大都包括反向重復順序。在轉位作用中，可以被參與轉位的特異酶所識別。與進化有關：不同種屬的高度重復順序的核苷酸序列不同，具有種屬特異性，但相近種屬又有相似性；與細胞減數(shù)分裂時染色體配對有關：α衛(wèi)星DNA成簇分布于染色體著絲粒附近，同源染色體之間的聯(lián)會可能依賴于具有染色體專一性的特定衛(wèi)星DNA序列。第61頁,共84頁，2024年2月25日，星期天衛(wèi)星DNA的應用——DNA指紋同一種屬中不同個體的高度重復順序的重復次數(shù)不一樣，這可以作為每一個體的特征，即DNA指紋。第62頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2）中度重復序列短分散片段(shortinterspersedrepeatedsegments,SINES):平均長度約300bp(<500bp)，拷貝距離為1000bp?？截悢?shù)達10萬左右。如Alu家族,Hinf家族。長分散片段(longinterspersedrepeatedsegments,LINES):平均長度為3500-5000bp，它們與平均距離為13000bp（個別長幾萬bp）。也有實驗顯示人基因組中所有LINES之間的平均距離為2.2kb，拷貝數(shù)一般在1萬左右，如KpnⅠ家族等。中度重復順序在基因組中所占比例在不同種屬之間差異很大，一般約占10-40％，在人約為12％。第63頁,共84頁，2024年2月25日，星期天單拷貝順序在基因組中占50-80％，如人基因組中，大約有60-65％的順序屬于這一類；單拷貝順序中儲存了巨大的遺傳信息，但只有一小部分編碼各種不同功能的蛋白質；但單拷貝順序中其他部份的功能尚不清楚。3）單一序列及低度重復序列第64頁,共84頁，2024年2月25日，星期天自私DNA(selfishDNA)定義：在哺乳動物包括人類基因組中，存在著大量的非編碼序列，如前述的高度重復順序，內含子，間隔DNA等。這些順序中，只有很小一部份具有重要的調節(jié)功能，絕大部部分都沒有特殊功能。在這些DNA序列中雖然積累了大量缺失，重復或其他突變，但對生物并沒有影響，它們的功能似乎只是自身復制，所以稱為自私DNA或寄生DNA(parasiteDNA)。自私DNA也許有重要功能，但目前還不了解。第65頁,共84頁，2024年2月25日，星期天三、染色體外遺傳因子第66頁,共84頁，2024年2月25日，星期天

相關概念質粒(plasmid)：可自我復制并遺傳的染色體外DNA

分子，細菌和某些低等真核生物中常見，可被用做基因工程載體。細胞質遺傳(cytoplasmicinheritance)：線粒體或葉綠體基因的遺傳特性。第67頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3.1質粒(plasmid)質粒的存在：普遍存在于細菌中，如G+、G

、藍細菌、放線菌；在真菌、藻類等真核生物中也存在。質粒的應用：基因工程載體。第68頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3.1.1質粒的一般生物學特性1、質粒的一般特性絕大多數(shù)為雙鏈環(huán)狀DNA分子，但也存在線形DNA質粒和RNA質粒（酵母殺傷質粒）；質?？煞€(wěn)定持續(xù)地游離于染色體外，但一定條件下可整合到染色體上；環(huán)形雙鏈DNA三種構型：共價閉合環(huán)狀、開環(huán)結構和線性分子。分子量差異顯著，最小的質粒僅編碼2-3種中等大小的蛋白質，其分子量大小為1-2

103bp，而巨大質粒（megaplasmid）分子量可達1-2

106bp。第69頁,共84頁，2024年2月25日，星期天2、質粒的功能質粒賦予寄主細胞一些額外特性，如編碼抗菌素和重金屬抗性基因、產生抗菌素和細菌素的基因、芳香族化合物降解基因、誘發(fā)植物腫瘤基因，以及寄主控制的限制和修飾系統(tǒng)的基因等數(shù)十余種；隱蔽質粒(crypticplasmid)：是指其功能尚不明了的質粒。第70頁,共84頁，2024年2月25日，星期天3、質粒DNA的轉移1）質粒的類型：根據(jù)是否可以轉移，質?？煞譃榻雍闲唾|粒和非接合型質粒。二者都有自我復制基因；但前者帶有控制細菌配對和質粒接合轉移的基因，后者則缺。2）質粒接合轉移細菌配對的形成：F-性須的形成與裝配和維持交配期間細胞對的穩(wěn)定均依賴于tra基因群；質粒的轉移：TraY和TraI分別有單鏈切割和解旋酶的活性，以oriT為轉移起點，在兩種酶的作用下，一條鏈從給體細胞進入受體細胞,并進行新鏈的合成。第71頁,共84頁，2024年2月25日，星期天質粒DNA的接合轉移與復制TraY和TraI分別具有單鏈切割和解旋酶的活性，以oriT為轉移起點，在兩種酶作用下，一條鏈從給體細胞進入受體細胞經滾環(huán)復制合成新鏈。第72頁,共84頁，2024年2月25日，星期天4、質粒DNA的復制類型按拷貝數(shù)的多少，質?？煞殖蓛煞N復制型

嚴緊型(stringent)質粒：拷貝數(shù)低，每細胞1-3拷貝；

松弛型(relaxed)質粒：高拷貝數(shù)，每個寄主細胞中可高達10-60份拷貝一般來講，接合型質粒分子量較大，每個細胞拷貝數(shù)少，屬嚴緊型；非接合型質粒分子量較低，細胞中拷貝數(shù)較多，屬松弛型。例外，接合型質粒R6K的分子量較小，為松弛型質粒。松弛型與嚴緊型質粒并非絕對，常與寄主狀況有關。第73頁,共84頁，2024年2月