1、真核生物基因组结构2022-9-27真核生物基因组结构2 0 2 2/9/2 4 1真核生物基因组真核生物基因组 大，线状大，线状 与组蛋白结合与组蛋白结合 线粒体线粒体/叶绿体叶绿体 单顺反子单顺反子 断裂基因断裂基因 split gene 无重叠基因无重叠基因 含大量非编码含大量非编码 DNA 大量重复序列大量重复序列 原核生物基因组原核生物基因组 小小,环状环状 裸露裸露DNA 质粒质粒 plasmid 操纵子操纵子 operon，多顺反子，多顺反子 基因是连续的基因是连续的 有重叠基因有重叠基因 大部分序列都为编码大部分序列都为编码序列序列 重复序列不多重复序列不多（单拷贝）（单拷贝）
2、真核生物基因组 原核生物基因组2 0 2 2/9/2 4 2细胞核 DNA重复序重复序列多，列多，单一序单一序列少。列少。基因家族、假基因核染色核染色体和细体和细胞器基胞器基因组因组类核DNA和和RNA重复序重复序列少，列少，单一序单一序列多列多。重叠基因、操纵子主染色主染色体和质体和质粒粒存在方式组成序列特点基因特点遗传物质的组成真核生物细胞核D N一、真核基因组结构特点 真核基因组结构庞大真核基因组结构庞大 3109bp、染色质、核膜、染色质、核膜 单顺反子单顺反子 基因不连续性基因不连续性 断裂基因（断裂基因（interrupted gene）、内含子）、内含子(intron)、外显子外
3、显子(exon)非编码区较多非编码区较多 多于编码序列多于编码序列(9:1)含有大量重复序列含有大量重复序列第一节真核基因组的组成2022-9-27一、真核基因组结构特点真核基因组结构庞大 3 1 0 9二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间结构方面存在以下几个方面的差异 2022-9-27二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及D N A 的空间结构方面 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。2022-9-27 在真核细胞中，一条成熟的m R N
4、A 链只能翻译出一条多肽链，高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。2022-9-27 高等真核细胞D N A 中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因改变整个所控制基因5上游区上游区DNA构型来影响它与构型来影响它与RNA聚合酶
5、的结合能力。聚合酶的结合能力。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。聚合酶与它的结合。2022-9-27 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利地翻译成蛋白质。2022-9-27 真核生物的R N A 在细胞核中合成，只有经转
6、运穿过核膜，到达三 基因组与C 值 基因组(g e n o m e )：一个物种单倍基因组是指遗传物质的总量，可以用C 值表示。2 0 2 2/9/2 4C 值矛盾(C-v a l u e p a r a d o x)具体表现：2 0 2四 基因的数量差别很大2 0 2 2/9/2 4 1 3真核生物序列特征（一）单一顺序(n o n r e p e t i t i v e短片段的重复序列按重复方式不同可分为三种类型：2 0 2 2/9/按重复程度不同可分为三种类型：轻度重复序列（l i g h t r e高度重复序列 卫星D N A (s a t e l l i t e D N A利用复性动
7、力学鉴定基因组序列零时复性序列2 0 2 2/9/2 4 1细胞器基因组线粒体2 0 2 2/9/2 4 1 9第二节 断裂基因在真核生物基因组中，一个基因的编码序列在D NGCGC框：调节转录活动。框：调节转录活动。CAATCAAT框框增强子增强子尾部区尾部区结结构构基基因因转录单位转录单位非编码区非编码区调控调控 区区外显子外显子：具有编码意义：具有编码意义内含子：无编码意义（内含子：无编码意义（55GTGT、33AGAG；GT-AGGT-AG法则）法则）前导区前导区启动子启动子终止子终止子TATATATA框框mRNAmRNA裂解信号裂解信号回文结构回文结构2022-9-27G C 框：调
8、节转录活动。C A A T 框增强子尾部区结构基因转录单位用以描述DNA的浓缩程度，即DNA的原始长度除以包装后的长度。一般是启动子出现问题。卫星DNA 小卫星DNA：由中等大小的串联重复序列组成，裸露DNA基因组测序不同基因存在相关的外显子不同基因存在相关的外显子核型分析第四节 真核基因组的包装小,环状5GTAG 3二、染色质的高级结构模型（间期纤丝的包装密度度比分裂期染色体的要小很多）C值矛盾(C-value paradox)组成型异染色质的普遍特征基因组作图基因组作图Interrupted geneInterrupted gene2022-9-27用以描述D N A 的浓缩程度，即D N
9、 A 的原始长度除以包装后的长度外显子外显子(Exon)(Exon)：真核细胞基因：真核细胞基因DNADNA中的编码序中的编码序 列，列，这些序列被转录成这些序列被转录成RNARNA并进而翻译为蛋白质。并进而翻译为蛋白质。内含子内含子(Intron)(Intron)：真核细胞基因：真核细胞基因DNADNA中的间插序中的间插序列，这些序列被转录成列，这些序列被转录成RNARNA，但随即被剪除而不翻，但随即被剪除而不翻译。译。外显子(E x o n)：真核细胞基因D N A 中的编码序 列，这些真核生物染色体DNA组装不同层次的结构位于靠近染色体末端的区域。是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产
10、物。端粒（telomere）的功能 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。只有在细胞分裂中才可见的形态单位。基本功能：携带遗传信息，控制遗传性状与预期的编码蛋白质的基因数量相比，基因组的含量过多，为什么？内含子(Intron)第一节真核基因组的组成不同基因存在相关的外显子也许由于它的压缩状态造成了在S期的晚期才被复制，并且具有相对较低的遗传重组频率。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。染色质(chromatin)：是指细胞周期间期细胞核内由DNA、组蛋白、非
11、组蛋白和少量RNA组成的复合结构，因其易被碱性染料染色而得名。5 GTGAGCTCAC 32022-9-27真核生物染色体D N A 组装不同层次的结构2 0 2 2/9/2 4 2 4外显子(E x o n)具有保守序列2 0 2 2/9/2 4 2 5内含子(I n t r o n)相位2 0 2 2/9/2 4 2 6外显子与内含子的连接区序列很短，高度保守，是R N A 剪接的信号特点内含子(I n t r o n)2 0 2 2/9/2 4 2 8选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同m R PS 外显子 S PL 外显子 L 外显子 2 外显子 3 DNA 50b
12、 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始转录本：在唾腺中转录 成熟 mRNA：1663nt 初始转录本：在肝中转录 成熟 mRNA：1773nt 图 18-57 小鼠淀粉酶(amy)基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA2022-9-272 0 2 2/9/2 4 3 0起源内含子(I n t r o n)2 0 2 2/9/2 4 3 1是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产物。一般是启动子出现问题。假基因第三节基因家族和基因簇是基因组中因突变而失活的基因，无 基因家族和基因簇 基因家族（g e n e f a m i l y）：是如如血红蛋白基因家族血红
13、蛋白基因家族。基因家族经过重复和变异所产生的一组基因。如血红蛋白基因家族基因簇（g e n e c l u s t e r）：基因家族的各成员紧密成簇高度重复序列 卫星D N A (s a t e l l i t e D N A第四节 真核基因组的包装包装比(p a c k i n g r a t i o)真核生物基因组的包装D N A 2 0 2 2/9/2 4 3 8一、染色质的结构单位一、染色质的结构单位染色体一、染色质的结构单位2 0 2 2/9/2 4 3 9组蛋白：H1 H2A H2B H3H4非组蛋白核小体DNA蛋白质染色体真核生物染色体的组成2022-9-27 组蛋白：H 1
14、H 2 A H 2 B H 3 H 4 非组蛋白 核小体染色体染色体D N A（2 8%）染色体染色体的化学组成2 0 2 2/9/2 4 4 1 核小体的概念核小体(n u c l e o s o m e)：染色质的基本结当分裂间期的细胞核悬浮于低离子强度的溶液中时，当分裂间期的细胞核悬浮于低离子强度的溶液中时，它们膨胀破裂，释放出染色质纤维（电镜图）它们膨胀破裂，释放出染色质纤维（电镜图）染色质是一串核小体染色质是一串核小体当分裂间期的细胞核悬浮于低离子强度的溶液中时，它们膨胀破裂，核小体的结构组成每个核小体含有约2 0 0 b p 的D N A，核心组 H32-H42 八聚体 2H2A-
15、H2B 核心颗粒 染色质小体 (166bp)146bp 核小体 DNA 166bp (200bp)H1 20bp DNA 连接区 (常为3234bp)图10-10 核小体的组成2 0 2 2/9/2 4 4 52 0 2 2/9/2 4 4 62 0 2 2/9/2 4 4 7二、染色质的高级结构模型D N A 链（缩短7 倍）核小体（缩短6染色体的四级结构染色体的四级结构染色体的四级结构串珠模型螺线管超螺线管染色体从染色质到染色体2 0 2 2/9/2 4 5 0 真核生物染色体真核生物染色体DNA组装组装不同层次的结构不同层次的结构DNA（2nm）核小体链（核小体链（10nm，每个核小体，
16、每个核小体200bp）纤丝（纤丝（30nm，每圈，每圈6个核小体）个核小体）突环（突环（150nm，每个突环大约，每个突环大约75000bp）玫瑰花结（玫瑰花结（300nm，6个突环）个突环）螺旋圈（螺旋圈（700nm，每圈，每圈30个玫瑰花结）个玫瑰花结）染色体（染色体（1400nm，2个染色单体，个染色单体，每个染色体每个染色体单体含单体含10个螺旋圈）个螺旋圈）2022-9-27 真核生物染色体D N A 组装不同层次的结构D N A 核小体链（1染色质和染色体的概念染色质和染色体的概念染色质(c h r o m a t i n)：是指细胞周期间期细胞核内由D N 三、染色质的分类常染色
17、质(e u c h r o m a t i n)2 0 2 2组成型异染色质的普遍特征它是持久压缩的；2 0 2 2/9/2 4 5核骨架四、核骨架与核骨架结合元件2 0 2 2/9/2 4 5 5着丝点染色单体短臂长臂随体亚中着丝粒染色体中着丝粒染色体近端着丝粒染色体端着丝粒染色体染色体结构与类型：染色体结构与类型：五、染色体五、染色体着丝点染色单体短臂长臂随体亚中着丝粒中着丝粒近端着丝粒端着丝着丝粒（又叫主缢痕）是染色体最显著的特征，碱性染料着色浅，且次缢痕和随体和N O R 除主缢痕外，在染色体上还有其端粒（t e l o m e r e）的功能保持染色体的稳定2 0 2 2/9/人类人
18、类基因基因组的组的23对对染色染色体体)人类基因组的2 3 对染色体2 0 2 2/9/2 4 6 0核型分析与染色体显带核型分析与染色体显带核型分析与染色体显带 核型（k a r y o t y p e染色体显带技术（1 9 7 0 年发现）特殊染色体灯刷染色体2 0 2 2/9/2 4 6 3第五节重要模式生物的基因组计划酿酒酵母基因组结构2 0 2 2/9第六节 人类基因组结构H G P 2 0 2 2/9/2 4 6 5染色体显带技术（1970年发现）组成型异染色质的普遍特征大量重复序列真核基因组含少量单一顺序和大量重复顺序 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少
19、存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。外显子与内含子的连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列卫星DNA 小卫星DNA：由中等大小的串联重复序列组成，真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。存在的意义与进化的关系基因组注释微球菌核酸酶(micrococcal nuclease)处理染色体可得到单个核小体。非编码区较多 多于编码序列(9:1)（间期纤丝的包装密度度比分裂期染色体的要小很多）染色体显带技术（1 9 7 0 年发现）基因组作图遗传图谱2 0 2 2/人类基因组的特点基本数据2 0 2 2/9/2 4 6 7后基因组时代2 0 2 2/9/2 4 6 82022-9-27谢谢大家！2 0 2 2/9/2 4 6 9单倍体含有配子染色体数的生物。它们的体细胞和性细胞中染色
