1、 基因与基因组基因与基因组 本 章 介 绍 内 容本 章 介 绍 内 容一、基因一、基因二、基因组结构与功能二、基因组结构与功能三、三、DNA的多态性的多态性 1个遗传基本功能单位个遗传基本功能单位一段一段DNA或或RNA（病毒）顺序（病毒）顺序贮存有功能的蛋白质多肽链或贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息序列信息 及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列一、基因的概念及结构一、基因的概念及结构55、AGCCGACTATGTCGAAGCTTAGCCGACTATGTCGAAGCTT、GCTTGACTATAAGACAGCTTGACTATAAGACA、3333、T
2、CGGCTGATACAGCTTCTAATCGGCTGATACAGCTTCTAA、CGAACTGATATTCTGTCGAACTGATATTCTGT、55转录调控区转录调控区 贮存贮存RNARNA或蛋白质结构信息区或蛋白质结构信息区 转录终止区转录终止区 二二、基因作图、基因作图 将基因组中的基因或遗传标记分配在各个染色体上将基因组中的基因或遗传标记分配在各个染色体上, ,并确定基因或标记间的距离的线性图称为基因组图谱。并确定基因或标记间的距离的线性图称为基因组图谱。基因组图谱包括以染色体重组交换为基础的遗传图谱和基因组图谱包括以染色体重组交换为基础的遗传图谱和以以DNADNA的核苷酸序列为基础的
3、物理图谱。的核苷酸序列为基础的物理图谱。 指将基因定位于某一特定的染色体上指将基因定位于某一特定的染色体上, ,以及测定基以及测定基因在染色体上的线性排列的顺序与距离。因在染色体上的线性排列的顺序与距离。（一）基因作图（一）基因作图(基因定位基因定位)的定义的定义: 又称基因连锁图又称基因连锁图(linkage map)(linkage map)或染色体图或染色体图(chromosome map),(chromosome map),是以多态性遗传标记为界标是以多态性遗传标记为界标, ,通过计通过计算在细胞减数分裂过程中算在细胞减数分裂过程中, ,由于同源染色体间交换所导由于同源染色体间交换所导
4、致的遗传标记间发生重组的频率致的遗传标记间发生重组的频率, ,来确定这两个标记间来确定这两个标记间在染色体上的相对位置的图谱。在染色体上的相对位置的图谱。 1 1、遗传图谱、遗传图谱: :图距图距: :在遗传图谱上基因在遗传图谱上基因( (或遗传标记或遗传标记) )间的距离称为图间的距离称为图距。图距单位以重组值距。图距单位以重组值1%1%去掉去掉% %号表示号表示, ,单位为厘摩尔单位为厘摩尔根根(centimorgan,cM),1cM(centimorgan,cM),1cM约为约为10106 6bpbp（二）基因作图的方法（二）基因作图的方法: 以特异以特异DNADNA序列为界标所展示的染
5、色体图序列为界标所展示的染色体图, ,它能反映生物它能反映生物基因组中基因或标记间的实际距离基因组中基因或标记间的实际距离, ,图上界标之间的距离是图上界标之间的距离是以物理长度即核苷酸对数如以物理长度即核苷酸对数如bpbp、kbkb、MbMb等来表示的。这些特等来表示的。这些特定的定的DNADNA序列可以是多态的序列可以是多态的, ,如如RFLPsRFLPs, ,但主要是非多态的如但主要是非多态的如STSSTS、STRSTR、ESTEST和特定的基因序列等。和特定的基因序列等。2 2、物理图谱、物理图谱: :作图的基本方法作图的基本方法:自上而下作图自上而下作图(top-down mappi
6、ng)(top-down mapping)自下而上作图自下而上作图(bottom-up mapping)(bottom-up mapping) 作图的基本方法作图的基本方法:自上而下作图自上而下作图(top-down mapping)(top-down mapping)Not Hind 自下而上作图自下而上作图(bottom-up mapping)(bottom-up mapping) 三、人类基因定位的基本方法三、人类基因定位的基本方法家系分析定位家系分析定位体细胞杂交定位体细胞杂交定位核酸杂交技术定位核酸杂交技术定位 1、家系分析定位家系分析定位 通过分析、统计家系中有关性状的连锁通过分析
7、、统计家系中有关性状的连锁情况和重组率而进行基因定位的方法情况和重组率而进行基因定位的方法。有用的遗传标记有用的遗传标记: :取材方便取材方便按孟德尔方式遗传按孟德尔方式遗传多态性标记位点多态性标记位点多态性：在一个群体中，某遗传特性存在若干种类型。多态性：在一个群体中，某遗传特性存在若干种类型。 家系分析定位家系分析定位深绿代表红绿色盲患者深绿代表红绿色盲患者,浅绿代表红浅绿代表红绿色盲基因携带者绿色盲基因携带者,黄色代表正常黄色代表正常外祖父法外祖父法性连锁分析性连锁分析 家系分析定位家系分析定位常染色体基因定位常染色体基因定位收集家系成员收集家系成员DNADNA样品样品扩增每个成员扩增每
8、个成员DNADNA中的中的VNTRVNTR进行进行“基因组扫描基因组扫描”寻找性状相关基因寻找性状相关基因 2、体细胞杂交定位体细胞杂交定位 运用体细胞遗传学原理和体细胞杂交技术运用体细胞遗传学原理和体细胞杂交技术, ,在离在离体条件下体条件下, ,把基因定位在染色体上从而制作遗传图把基因定位在染色体上从而制作遗传图谱的方法。谱的方法。 细胞融合技术是进行基因定位的基础技术。两细胞融合技术是进行基因定位的基础技术。两个亲缘关系较远的动物细胞相互融合后个亲缘关系较远的动物细胞相互融合后, ,杂种细胞杂种细胞往往会排除一种亲本细胞的染色体。往往会排除一种亲本细胞的染色体。杂种细胞中杂种细胞中一个亲
9、本染色体的被排除由不同亲本细胞的相对一个亲本染色体的被排除由不同亲本细胞的相对生长速率来决定生长速率来决定。 体细胞杂交定位体细胞杂交定位鼠细胞鼠细胞人细胞人细胞含全套鼠染色体含全套鼠染色体 , , 人人1 1号染色体号染色体, ,肽酶肽酶C C 细 胞 融 合 技 术细 胞 融 合 技 术 应用已知的核酸探针与待定位的应用已知的核酸探针与待定位的DNADNA序列进行杂交序列进行杂交对基因进行定位的方法对基因进行定位的方法 具有互补序列两条单链核酸分子在一定条件下具有互补序列两条单链核酸分子在一定条件下 按碱基互补配对原则退火形成双链的过程。按碱基互补配对原则退火形成双链的过程。 杂交的双方是
10、待定位的核酸和已知核酸序列，已杂交的双方是待定位的核酸和已知核酸序列，已知核酸序列称探针。知核酸序列称探针。3、核酸分子杂交定位核酸分子杂交定位 (1) (1) 克隆基因定位法克隆基因定位法用已克隆基因的用已克隆基因的cDNAcDNA探针与保留在杂种细胞探针与保留在杂种细胞内的人染色体内的人染色体DNADNA序列进行分子杂交序列进行分子杂交, ,来确定来确定克隆基因所在的染色体位置的方法。克隆基因所在的染色体位置的方法。 核酸分子杂交技术核酸分子杂交技术克 隆 基 因 定 位 法克 隆 基 因 定 位 法Hind酶酶切切人基因人基因组组DNA人白蛋白人白蛋白cDNA探针探针人细胞人细胞人人-C
11、HO杂种细胞杂种细胞Hind酶切酶切人人-CHO基因基因组组DNA6.8kb杂交带杂交带3.5kb杂交带杂交带6.8kb杂交带杂交带 以标记的待定位基因的特定以标记的待定位基因的特定DNADNA序列或转录产物序列或转录产物RNARNA分子为探针分子为探针, ,直接同变性后的中期染色体进行原位直接同变性后的中期染色体进行原位杂交杂交, ,通过放射自显影或显色技术通过放射自显影或显色技术, ,就可确定标记探针就可确定标记探针在染色体上的位置在染色体上的位置, ,以达到基因定位的目的以达到基因定位的目的。是一种是一种分子水平和染色体水平相结合分子水平和染色体水平相结合, ,应用比较广泛而直接应用比较
12、广泛而直接的基因定位方法。的基因定位方法。(2)(2) 原位杂交法原位杂交法 核酸分子杂交技术核酸分子杂交技术原 位 杂 交 定 位 法原 位 杂 交 定 位 法标记待定位基因的特定标记待定位基因的特定DNA或或RNA探针探针变性中期染色变性中期染色体的制备体的制备原位杂交原位杂交放射自显影放射自显影或显色反应或显色反应确定基因在染确定基因在染色体的位置色体的位置 在单细胞或组织切片上对特异的核苷酸序列进行在单细胞或组织切片上对特异的核苷酸序列进行PCRPCR扩增扩增, ,再进行再进行DNADNA分子杂交以进行细胞内基因定位或检分子杂交以进行细胞内基因定位或检测的技术测的技术。它是原位杂交的细
13、胞定位技术与它是原位杂交的细胞定位技术与PCRPCR的高的高灵敏度相结合的一种技术。灵敏度相结合的一种技术。(3)(3)原位原位PCRPCR法进行基因定法进行基因定位位 核酸分子杂交技术核酸分子杂交技术原 位原 位 P C R 定 位 法定 位 法固定细胞固定细胞蛋白酶消化蛋白酶消化原 位原 位 P C R 扩 增扩 增产物检测产物检测直接检测法：直接检测法： 放射自显影、免疫组放射自显影、免疫组织化学、荧光检测织化学、荧光检测固定细胞固定细胞蛋白酶消化蛋白酶消化原 位原 位 P C R 扩 增扩 增原位杂交原位杂交间接检测法：间接检测法： 放射自显影、免疫组放射自显影、免疫组织化学、荧光检测
14、织化学、荧光检测 生物体生物体C值：基因组的大小通常以一个基因组的值：基因组的大小通常以一个基因组的DNA含量来表示。每种生物各有特定的含量来表示。每种生物各有特定的C值。值。结构结构不同的功能区域在整个核酸分子中的分布和排列情况不同的功能区域在整个核酸分子中的分布和排列情况 （一）据核酸性质、基因组结构及复制特点，病毒核酸分为以下（一）据核酸性质、基因组结构及复制特点，病毒核酸分为以下6 6种类型：种类型：类别类别 基因组核酸性质基因组核酸性质 复制特点复制特点 复制互补链性质复制互补链性质 实例实例1. ds(1. ds()DNA)DNA 基因组基因组DNADNADNADNA复制复制基因组
15、基因组DNADNA ds(ds()DNA)DNA 绝大多数绝大多数DNA-VDNA-V ds( ds()DNA)DNA 基因组基因组DNADNA转录转录RNARNA逆转录逆转录基因组基因组DNA DNA HBV(HBV(乙肝病毒乙肝病毒) )2. ss2. ss( ()DNA )DNA 基因组基因组DNADNADNADNA复制复制基因组基因组DNA DNA ds(ds()DNA)DNA 如如M13M13等某些噬菌体等某些噬菌体3. ds(3. ds()RNA)RNA 基因组基因组RNARNARNARNA复制复制基因组基因组RNA RNA ds(ds()RNA)RNA reo-v(reo-v(呼
16、肠孤病呼肠孤病 毒毒) )及所有噬真菌体及所有噬真菌体4. ss(+)RNA4. ss(+)RNA 基因组基因组RNARNARNARNA复制复制基因组基因组RNA RNA ssss(-)RNA (-)RNA 脊髓灰白质炎病毒脊髓灰白质炎病毒5. ss5. ss(-)RNA (-)RNA 基因组基因组RNARNARNARNA复制复制基因组基因组RNA RNA ss(+)RNAss(+)RNA flu-v flu-v 狂犬病毒狂犬病毒6. zss(+RNA6. zss(+RNA) ) 基因组基因组RNARNA逆转录逆转录cDNAcDNA转录转录基因组基因组RNA RNA retro-vretro-
17、v，可以是环状、也可以是线型。，可以是环状、也可以是线型。以以SSDNA,dsRNASSDNA,dsRNA最为突出。最为突出。这种现象在其它生物细胞仅见于线粒体和质体这种现象在其它生物细胞仅见于线粒体和质体DNA.DNA.所以是病毒所以是病毒核酸较为独特结构，能使小病毒携带较多的遗传信息，原因是核酸较为独特结构，能使小病毒携带较多的遗传信息，原因是病毒基因阅读框可以错位（病毒基因阅读框可以错位（SV40SV40）。）。 T-mRNAT-mRNAt-mRNAT-抗原抗原t-抗原抗原（四）（四） 如如flu-vflu-v由由6-76-7个片段构成，各段在天然个片段构成，各段在天然状态下不连接，而且
18、可以转录成状态下不连接，而且可以转录成6-76-7个片段相应的个片段相应的 mRNAmRNA。单。单独的片段没有感染性，感染要一起感染才发挥作用。独的片段没有感染性，感染要一起感染才发挥作用。在某个病毒颗粒中只出现一在某个病毒颗粒中只出现一次，即只有次，即只有1 1套基因。套基因。病毒核酸大多数顺序都用病毒核酸大多数顺序都用来编码蛋白质。来编码蛋白质。没有间隔序列或间隔序列很小。功没有间隔序列或间隔序列很小。功能相关蛋白质基因在基因组的能相关蛋白质基因在基因组的1 1个或几个特定部位，丛集成个或几个特定部位，丛集成簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白
19、质的mRNAmRNA模板。模板。如腺病毒晚期基因。如腺病毒晚期基因。1.1.几个结构基因的编码区无间隔几个结构基因的编码区无间隔，编码区是连续的编码区是连续的, ,翻译后翻译后切割成几个蛋白质切割成几个蛋白质. .例如脊髓灰质炎病毒基因组例如脊髓灰质炎病毒基因组. .2.2.有的有的mRNAmRNA（=gene=gene）没有）没有55帽子，但有翻译增强子帽子，但有翻译增强子。如脊。如脊髓灰质炎病毒髓灰质炎病毒RNA 5RNA 5端没有帽子结构端没有帽子结构, ,但但55端有端有741741个碱基个碱基可形成特殊的空间结构可形成特殊的空间结构, ,称翻译增强子称翻译增强子, ,核糖体通过结合翻
20、译核糖体通过结合翻译增强子而开始翻译。增强子而开始翻译。3.3.有些结构基因无翻译起始序列。如逆转录病毒的有些结构基因无翻译起始序列。如逆转录病毒的polpol基因基因. .一、大肠杆菌作为原核基因组研究材料的原因一、大肠杆菌作为原核基因组研究材料的原因， （1 1）遗传物质都是）遗传物质都是DNADNA； （2 2）主要的功能分子都是蛋白质；）主要的功能分子都是蛋白质； （3 3）基因密码是通用的，等等。）基因密码是通用的，等等。1.1.基因组通常仅由基因组通常仅由2.2.基因组中基因组中。3 3. . 操纵子（操纵子（operonoperon） 是指数个功能相关的结构基因串联在一起，构成是
21、指数个功能相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的转录终止信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的转录终止信号构成的基因表达单位。信号构成的基因表达单位。 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA4.4.基因组中任何一段基因组中任何一段DNADNA不会用于不会用于编码编码2 2种蛋白质。种蛋白质。5.5.6.6.（主要是调控序列）（主要是调控序列）7.7.基因组中的基因组中的重复序列重复序列很少。很少。
22、编码蛋白质结构基因多为编码蛋白质结构基因多为单拷贝，但编码单拷贝，但编码rRNArRNA的基因往往是多拷贝的的基因往往是多拷贝的，8.8. 这是一类结构不完这是一类结构不完全相同，而功能相同的基因。如全相同，而功能相同的基因。如E.coliE.coli含有含有2 2个编码乙酸乳个编码乙酸乳酸合成酶的基因和酸合成酶的基因和2 2个编码分支酸变位酶同工酶的基因。个编码分支酸变位酶同工酶的基因。10.10. 如：复制起始区、复制终止区、转录启动区和终止区。如：复制起始区、复制终止区、转录启动区和终止区。（一）概念（一）概念 是独立于许多细菌及某些真核是独立于许多细菌及某些真核细胞染色体外共价闭合环状
23、的细胞染色体外共价闭合环状的DNADNA分子（分子（covalant covalant closed circular,cccDNAclosed circular,cccDNA），能独立复制的最小遗传），能独立复制的最小遗传单位。单位。 （二）质粒与宿主细胞的关系（二）质粒与宿主细胞的关系（1 1）质粒对宿主的生存不是必需的，只是）质粒对宿主的生存不是必需的，只是“友友好好”的的“借居借居”宿主细胞中，宿主细胞中，帮助，才能完成自身的复制、转录。帮助，才能完成自身的复制、转录。（三）质粒的分类（三）质粒的分类 （四）质粒的功能（四）质粒的功能 质粒的功能主要通过质粒本身携带的基因编码蛋白质表现
24、出质粒的功能主要通过质粒本身携带的基因编码蛋白质表现出来。携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型。来。携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型。 即雄性细菌即雄性细菌F F质粒，它本身转到质粒，它本身转到F F- -宿主细胞时，使后宿主细胞时，使后者变成者变成F F+ +，改变宿主细菌性别。，改变宿主细菌性别。 抗药性（抗药性（R R）质粒使细菌产生抗生素抗性，这种抗药性抗）质粒使细菌产生抗生素抗性，这种抗药性抗性基因也可以转移到缺乏这种抗药基因的细菌体内，使之产生抗药性。性基因也可以转移到缺乏这种抗药基因的细菌体内，使之产生抗药性。 如如colcol质粒能产生大肠杆菌质粒能产生大肠杆菌毒素因子（毒素因
25、子（colicincolicin），杀死不含该毒素的亲缘），杀死不含该毒素的亲缘细菌。细菌。（五）质粒的基本特性（五）质粒的基本特性 。 。 即可移动的即可移动的基因成分（可移动基因，基因成分（可移动基因，movable gene mobmovable gene mob），是指能够），是指能够在一个在一个DNADNA分子内部或两上分子内部或两上DNADNA分子之间移动的分子之间移动的DNADNA片段。片段。转转位也是位也是DNADNA重组的一种形式。重组的一种形式。 移动基因最早由美国冷泉港实验室（移动基因最早由美国冷泉港实验室（cold spring Harbor cold spring H
26、arbor LaboratoryLaboratory）的女科学家）的女科学家B.MclintockB.Mclintock于上个世纪于上个世纪4040年代晚期年代晚期在玉米中首次发现的。在玉米中首次发现的。6060年代，为年代，为J.A.ShapircJ.A.Shapirc研究大肠杆菌研究大肠杆菌高效突变实验证实。高效突变实验证实。19831983年荣获诺贝尔生物学医学奖。年荣获诺贝尔生物学医学奖。（一）转位因子的种类及特征（一）转位因子的种类及特征 细菌的转位因子包括插入序列，转座子及可转座的噬菌体。细菌的转位因子包括插入序列，转座子及可转座的噬菌体。 1.1.插入序列（插入序列（insert
27、ion sequence,ISinsertion sequence,IS） ISIS的形体图的形体图TSTranspcsase geneTSIRIRTS target site靶位点靶位点Transposase gene 转位酶基因转位酶基因IR inverted repeated 反向（倒反向（倒转重复顺序）转重复顺序）转座子（转座子（transposon,Tntransposon,Tn）(1)Tn(1)Tn是一类较大的可移动成分，除是一类较大的可移动成分，除mob genemob gene外，尚含有其它基因，外，尚含有其它基因，如抗药基因等。如抗药基因等。 (2)(2)根据结构特征的不同，
28、根据结构特征的不同，TnTn可以分为可以分为2 2个亚类：个亚类： 复合型复合型TnTn: :转座酶由转座酶由ISIS编码，编码，ISIS可以是可以是反向（或正向）重复构型。反向（或正向）重复构型。 TnA TnA: :数个结构基因（数个结构基因（mobmob、mdrmdr等）十等）十IRIR组成。组成。 Structural genesIRIRStructural geneIS1IS13.3.可转座的噬菌体（可转座的噬菌体（transposable phagetransposable phage）(1)(1)两种噬菌体，是一类温和噬菌体。两种噬菌体，是一类温和噬菌体。(2)(2)感染细菌后，
29、可以整合到细菌染色体中，插入位点感染细菌后，可以整合到细菌染色体中，插入位点是随机的（而入是随机的（而入phagephage插入位点是专一的），可以插到插入位点是专一的），可以插到结构基因内部，引起突变，结构基因内部，引起突变，MuMu即即MutatorMutator( (突变子突变子) )因此因此得名。得名。( (二二) )转位作用的机理转位作用的机理1.1.复制性转位机理复制性转位机理共联体生成和解离，转位因子和靶序列的切割与复制。共联体生成和解离，转位因子和靶序列的切割与复制。2.2.非复制型转位作用非复制型转位作用转位将供体转位将供体DNADNA转座因子两侧各切断一条单链并与靶序列的两
30、个游转座因子两侧各切断一条单链并与靶序列的两个游离末端连接，离末端连接，随后并没有复制过程，而是由转座酶将供体随后并没有复制过程，而是由转座酶将供体DNADNA转座因子的另一端转座因子的另一端也切断，因此在供体也切断，因此在供体DNADNA留下一个致死性缺口。留下一个致死性缺口。转座子的两条游离单链在靶位点退火接合，转座子的两条游离单链在靶位点退火接合，DNADNA聚合酶填平缺口。聚合酶填平缺口。 3 3、复制性转座：转位酶分别将供体、复制性转座：转位酶分别将供体DNADNA和受体和受体DNADNA靶靶位点的两条链错位切断，转位因子的游离端与受体位点的两条链错位切断，转位因子的游离端与受体DN
31、ADNA错位切开的突出端分别连接，在错位切开的突出端分别连接，在DNADNA聚合酶催化下聚合酶催化下以任意一条链为模板进行复制，完成新的转座成分的以任意一条链为模板进行复制，完成新的转座成分的复制并伴有两个复制子的融合，形成共联体。由转座复制并伴有两个复制子的融合，形成共联体。由转座子编码的解离酶作用于共联体的内解离区，产生各带子编码的解离酶作用于共联体的内解离区，产生各带有一个转位因子的供体有一个转位因子的供体DNADNA分子和受体分子和受体DNADNA分子。分子。（三）转位的遗传效应（三）转位的遗传效应1.1.基因重排基因重排 基因重排是进化的动力。基因重排是进化的动力。2.2.基因突变基
32、因突变 插入失活插入失活 极性突变极性突变 缺失和倒位缺失和倒位3.3.引入新的基因引入新的基因 如引进抗药基因。如引进抗药基因。五五、细菌的限制细菌的限制修饰系统修饰系统 细菌的限制细菌的限制修饰系统是分别由特定的基因编码的限制修饰系统是分别由特定的基因编码的限制酶和修饰酶组成的二元系统。酶和修饰酶组成的二元系统。 1.1.防御外源性防御外源性DNADNA入侵。入侵。 2.2.构成细菌种属和菌株之间交叉繁殖屏障，但又允许外构成细菌种属和菌株之间交叉繁殖屏障，但又允许外源源DNADNA有某些遗漏，利于物种进化。有某些遗漏，利于物种进化。 3.3.基因工程重要的工具酶。（基因工程重要的工具酶。（
33、350/400350/400）甲基化酶甲基化酶 1.1.保护自身保护自身DNADNA不受限制酶切割（限制）。不受限制酶切割（限制）。 2.2.影响影响DNADNA分子构象，利于基因表达调控。分子构象，利于基因表达调控。甲基化酶甲基化酶: :DAM methylase (DNA adenine methylase) is an enzyme that adds a methyl group to the adenine of the sequence 5-GATC-3 in newly synthesized DNAdcm - DNA cytosine methylase1.1.真核生物真核生物
34、有一定的染色体数目，配子为单倍体，体细胞一般有一定的染色体数目，配子为单倍体，体细胞一般为双倍体。原核生物的染色体由一条环状双链的为双倍体。原核生物的染色体由一条环状双链的DNADNA组成，组成，为单配体。为单配体。2.2.真核基因组大于原核基因组，结构复杂，基因数多，有多个真核基因组大于原核基因组，结构复杂，基因数多，有多个复制起始点，每个复制子大小不一。原核生物只有一个复复制起始点，每个复制子大小不一。原核生物只有一个复制起始点。制起始点。3.3.真核基因为单基因结构，转录产物为单顺反子。原核功能相真核基因为单基因结构，转录产物为单顺反子。原核功能相关的基因串联在一起组成操纵子，转录产物为
35、多顺反子。关的基因串联在一起组成操纵子，转录产物为多顺反子。4.4.真核基因组含有大量重复序列，原核基因组重复序列较少。真核基因组含有大量重复序列，原核基因组重复序列较少。5.5.真核基因是真核基因是 即由外显子和内含即由外显子和内含子相间排列组成的具有镶嵌结构的基因。原核基因是连续子相间排列组成的具有镶嵌结构的基因。原核基因是连续的。的。6.6.真核基因组非编码序列真核基因组非编码序列90%90%。原核基因组约为。原核基因组约为50%50%7.7.功能相关的基因构成各种基因家族。功能相关的基因构成各种基因家族。8.8.存在可移动的遗传因素。存在可移动的遗传因素。( (一一) )真核基因的基本
36、结构真核基因的基本结构1.1.结构基因、内含结构基因、内含子子和外显子、断裂基因和外显子、断裂基因的定义的定义（1 1）指能转录成为指能转录成为mRNAmRNA、rRNArRNA或或tRNAtRNA的的DNADNA顺序。顺序。（2 2） 真核生物的结构基因是不连续的，编码序列被真核生物的结构基因是不连续的，编码序列被非编码序列打断，在编码序列之间的非编码序列打断，在编码序列之间的非编码非编码序列称为内含子序列称为内含子（intronintron），编码序列称为外显子（），编码序列称为外显子（exonexon）。）。（3 3） 在真核类结构基因组中，编码顺序被许在真核类结构基因组中，编码顺序被许
37、多称为内含子的非编码区分割成几段称之。多称为内含子的非编码区分割成几段称之。即由外显子和内含子相即由外显子和内含子相间排列组成的具有镶嵌结构的基因。间排列组成的具有镶嵌结构的基因。2.2.顺式调控元件顺式调控元件 指那些对结指那些对结构基因表达具有调控作用的构基因表达具有调控作用的DNADNA序列。是能够被基因调控蛋序列。是能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的白特异性识别和结合的DNADNA序列。顺式调控元件有：启动子、序列。顺式调控元件有：启动子、反应元件、增强子反应元件、增强子、沉默子、沉默子和加尾信号等。和加尾信号等。( (二二) )基因家族基因家族(gene family)(gene
38、family) 基因家族基因家族 是指核苷酸序列或编码产物具有一定程度同是指核苷酸序列或编码产物具有一定程度同源性的基因源性的基因. . 基因家族中各个基因或表达产物之间同源性的程度基因家族中各个基因或表达产物之间同源性的程度: : 1. 1.家族中各家族中各这些基因族也被称为这些基因族也被称为( (如如rRNA,tRNArRNA,tRNA家族家族) )和复合多基因家族和复合多基因家族( (如如组蛋白基因家族组蛋白基因家族).). 2.2.家族中各基因家族中各基因（1 1）人类生长激素基因家族）人类生长激素基因家族 包括人生长激素（包括人生长激素（hGHhGH）、人胎盘促乳素）、人胎盘促乳素(
39、hCS(hCS) )和催乳和催乳素（素（prolactinprolactin）。它们之间的同源性很高，尤其是）。它们之间的同源性很高，尤其是hGHhGH和和hCShCS之间，蛋白质氨基酸序列有之间，蛋白质氨基酸序列有85%85%的同源性，的同源性，mRNAmRNA上序列上序列上有上有92%92%的同源性的同源性. .（2 2）-珠蛋白和珠蛋白和-珠蛋白基因家族珠蛋白基因家族 这些基因家族的各个成员在这些基因家族的各个成员在DNADNA分子上的排列顺序按照分子上的排列顺序按照发育的不同阶段先后次序排列，发育的不同阶段先后次序排列，故也称故也称“发育控制复合多发育控制复合多基因家族基因家族”。3.
40、3.家族中各基因编码的家族中各基因编码的蛋蛋白质有同源功能区白质有同源功能区如如srcsrc癌基因家族癌基因家族 src,abl,fes,fgr,fps,fym,kck,lyn,ros,tkl,yessrc,abl,fes,fgr,fps,fym,kck,lyn,ros,tkl,yes此家族中各基因的此家族中各基因的DNADNA序列没有明显的同源性。序列没有明显的同源性。但每个基因产物都含有但每个基因产物都含有250250个氨基酸顺序的同源蛋白激酶结构域。个氨基酸顺序的同源蛋白激酶结构域。4.4.家族各基因编码的家族各基因编码的（conserved conserved motif)motif)
41、。如如DEAD boxDEAD box基因家族。基因家族。DEAD boxDEAD box：Asp-GluAsp-Glu-Ala-Asp.-Ala-Asp.此家族中各基因的此家族中各基因的DNADNA序列没有明显的同源性，但所有的表达产物序列没有明显的同源性，但所有的表达产物都具有解旋酶的功能，都具有同样的保守基序（都具有解旋酶的功能，都具有同样的保守基序（DEADDEAD盒），盒），DEADDEAD是酶活性的关键结构。是酶活性的关键结构。5.5.基因超家族（基因超家族（gene superfamilygene superfamily） 基因超家族基因超家族 如：如： 表达产物都有免疫球蛋白样
42、表达产物都有免疫球蛋白样的结构域结构。有的结构域结构。有2 2个微球蛋白、个微球蛋白、MHCIMHCI类抗原的类抗原的链链,类抗类抗原的原的链和链和链链,Thy1,Thy1、CD4CD4、CD8CD8等与免疫有关的分子。等与免疫有关的分子。在后又陆续发现了许多免疫系统内以及与免疫无关的家族成在后又陆续发现了许多免疫系统内以及与免疫无关的家族成员。员。 其基因产物都有一个特殊其基因产物都有一个特殊的功能区，具有酶的功能。功能区中丝氨酸是活性中心的关的功能区，具有酶的功能。功能区中丝氨酸是活性中心的关键氨基酸残基。键氨基酸残基。 现有很多新成员加进去，如载脂蛋白现有很多新成员加进去，如载脂蛋白（a
43、polipoproteinapolipoprotein），它们只是转移胆因醇蛋白颗粒中的成），它们只是转移胆因醇蛋白颗粒中的成分，而不具备任何水解蛋白质的酶功能。分，而不具备任何水解蛋白质的酶功能。（3 3）信号传递途径中的小）信号传递途径中的小GTPGTP结合蛋白，现在称为结合蛋白，现在称为rasras超家族，超家族，包括包括rasras家族、家族、rhorho家族、家族、rabrab家族，大约已有家族，大约已有3030个蛋白质基因个蛋白质基因被确定为该家族成员。被确定为该家族成员。（三）假基因（三）假基因（pseudogenepseudogene) ) （四）编码序列（四）编码序列 真核生
44、物基因组编码序列只真核生物基因组编码序列只占占DNADNA总量的总量的5%5%，但由于其基因组非常大，故其，但由于其基因组非常大，故其基因数量比原核生物基因组要大得多（几十倍）。基因数量比原核生物基因组要大得多（几十倍）。（五）真核基因组中的转座子（五）真核基因组中的转座子有些可移动成分的结构与原核基因组的转位因有些可移动成分的结构与原核基因组的转位因子相似，子相似，一）研究方法一）研究方法重复序列是通过复性动力学测定发现的，即指变性的重复序列是通过复性动力学测定发现的，即指变性的DNADNA两两条链在一定条件下可以重新结合成双螺旋结构条链在一定条件下可以重新结合成双螺旋结构双链双链DNA变性
45、变性复性复性单链单链DNA复性速度用复性速度用CotCot值衡量，值衡量，CoCo为变性为变性DNADNA的起始浓度，以的起始浓度，以mol/Lmol/L表示，表示，t t为时间，以秒表示，为时间，以秒表示，CotCot（克分子（克分子秒秒/L/L）。）。( (六六) )重复序列（重复序列（repeat sequencerepeat sequence）根据出现的频率不同可将根据出现的频率不同可将DNADNA序列分为序列分为3 3类：类： 1.1.高度重复序列高度重复序列 在基因组中的重复次数在基因组中的重复次数 10106 6 2. 2.中度重复序列中度重复序列 在基因组中的重复次数为在基因组
46、中的重复次数为 10101 1-10-105 5 3. 3.单拷贝序列单拷贝序列 在整个基因组中出现在整个基因组中出现1 1次或少数几次次或少数几次（10100 0-10-101 1）。）。二）分类二）分类根据组织结构分布特点分为二类：根据组织结构分布特点分为二类：1 1、散在重复序列：以其单体形式散在分布于整、散在重复序列：以其单体形式散在分布于整个基因组中。个基因组中。2 2、串联重复序列：各重复单位以头尾相连的形、串联重复序列：各重复单位以头尾相连的形式串联重复存在于基因组中。式串联重复存在于基因组中。三）各类重复序列的结构特征与功能三）各类重复序列的结构特征与功能1 1、高度重复序列、
47、高度重复序列 高度重复序列中比较清楚的有两类，即卫星高度重复序列中比较清楚的有两类，即卫星DNADNA和反向重和反向重复序列。复序列。卫星卫星DNA(satellite DNA)DNA(satellite DNA) DNA DNA的浮力密度与它的的浮力密度与它的G-CG-C碱基对含量有关，碱基对含量有关，G-CG-C含量高，含量高，浮力密度大，反之亦然。原核生物浮力密度大，反之亦然。原核生物DNADNA中中G-CG-C含量较均匀，只显含量较均匀，只显示一个峰；真核生物示一个峰；真核生物DNADNA中中G-CG-C含量不均匀，经超离心后，除了含量不均匀，经超离心后，除了主峰外，还有小峰，这些小峰
48、在主峰边上就像卫星一样，故名主峰外，还有小峰，这些小峰在主峰边上就像卫星一样，故名卫星卫星DNADNA。作用：与细胞有丝分裂有关。作用：与细胞有丝分裂有关。 大肠杆菌大肠杆菌DNADNA剪切成若干片段后离心只得到剪切成若干片段后离心只得到1 1个峰，而个峰，而蟹蟹DNADNA在主峰旁边还有在主峰旁边还有1 1个小峰，其中所含个小峰，其中所含DNADNA称称Sat-DNA.Sat-DNA.Sat-DNASat-DNA的的A+T/G+CA+T/G+C比值不同于主峰比值不同于主峰DNADNA的比值，因而其密的比值，因而其密度也不同于主峰度也不同于主峰DNADNA。比值改变原因是它们含有大量的重。比值
49、改变原因是它们含有大量的重复顺序而使某段复顺序而使某段DNADNA分子（分子（A+TA+T）或（）或（G+CG+C） 偏低或偏高。偏低或偏高。（下图因比值远远大于主峰（下图因比值远远大于主峰DNADNA，导致密度较低所致）。，导致密度较低所致）。反向重复序列反向重复序列 存在两种形式：存在两种形式：A.A.两互补拷贝间无间隔序列两互补拷贝间无间隔序列如如GGTACCCCATGGB.B.两互补拷贝间有间隔序列两互补拷贝间有间隔序列如如GGTNNNNACCCCANNNNTGG 电镜下，两种形式都呈十字形结构，有间隔的反向重电镜下，两种形式都呈十字形结构，有间隔的反向重复序列，在十字型结构两头形成两
50、个小环。复序列，在十字型结构两头形成两个小环。作用：常见于基因组的调控区内，可能与复制和转录的作用：常见于基因组的调控区内，可能与复制和转录的调控有关。调控有关。 2 2、中度重复序列、中度重复序列 中度重复序列是复性速度介于单拷贝序列和高度中度重复序列是复性速度介于单拷贝序列和高度重复序列之间的那部分重复序列之间的那部分DNA,DNA,重复频率重复频率10101 110105 5 。根据排。根据排列形式可分为短片段间隔型和长片段间隔型两种。列形式可分为短片段间隔型和长片段间隔型两种。作用：中度重复序列约占基因组的作用：中度重复序列约占基因组的35%35%，有一部分是编，有一部分是编码码rRN
