1、 第十章第十章 基因组和染色体基因组和染色体n基因组基因组(genome)是指一个细胞中遗传物质的总量。n核型核型（Karyotype）nC值值（C value）n原核基因组含有大量单一顺序单一顺序（unique-sequences），仅有少量的重复顺序。真核基因组含少量单一顺序和大量重复顺序。n原核生物的细胞中除了主染色体以外，还含有各种质粒和转座因子。n真核生物除了核染色体以外，还存在细胞器DNA。第一节第一节 原核生物基因组的结构特原核生物基因组的结构特点点nE.coli 2.4109 Da，42000 Kb（1300微米），闭合环 状，约编码2000个基因。n类核类核（nucleoid
2、）。支架支架(scafford）100个DNA环组成，每个环长40Kb，13微米。每200bp就有一个负超螺旋（=0.05）,即基因组中含 5%的负超螺旋。n超螺旋以两种状态存在：（1）自由状态的超螺旋，可在环内传递张力。（2）超螺旋受到束缚，不能传递张力。一一类核的结构表10-1 E.coli含有的各种DNA结合蛋白蛋白结构功能含量/每细胞相当于其核蛋白基因HU和亚基，每个9KD使DNA压缩、类核凝聚，刺激复制，和1HF有关4万个二聚体H2Bh u pA.BH两 个 相 同亚 基，各28KD促使双链的互补、复性3万个二聚体H2A？IHF：10.5KD；：9.5KD有助于att位点配对重组？h
3、 i mA.D.H1(H-NS)15KD亚基和DNA结合，与DNA拓扑结构有关1万？osZbglYpilGHLP117KD单体？2万？firAP3KD亚基？鱼 精 蛋 白(DNA结合蛋白)？二二 重叠基因(overlapping gene)n 莲人在绿杨津 采 一 玉漱声歌新阙 n采莲人在绿杨津，在绿杨津一阙新；一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人。n1977年Sanger首先发现重叠基因n他对单链环状的噬菌体X174进行了测序。5386Nt 11 基因，3个转录单位，由3个启动子（pA,pB,pD）启动。nX174含有的5386Nt最多能编码1795个氨基酸，若每个氨基酸的平均分子量为110，则总
4、的蛋白质分子量为197,000Da，但实际蛋白质总分子量却为262,000D。n将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行比较，发现了重叠基因重复基因重复基因 Overlapping Genes三质粒三质粒(plasmid)1抗性质粒抗性质粒（Resistance（R）plasmids）:2.致育因子致育因子（Fertility（F）plasmids）3.Col质粒质粒：有编码大肠杆菌素（colicins）基因。4.降解质粒降解质粒(degradative plasmids)。这种质粒编 码一种特殊蛋白，可使宿主菌代谢特殊的分子，如甲苯或水杨酸。5.侵入性质粒侵入性质粒(virulence pl
5、asmids)。这些质。如Ti 质粒，此是在根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)中发现的 第二节第二节 真核基因组的复杂性真核基因组的复杂性 n分子量约为31012道尔顿n长度为2106Kb，n形态为线状，n约编码10万个以下的基因。n人类细胞在二倍体的核中DNA长约30亿个碱基对n估计编码3万个基因，n每条染色体含碱基8千万至3亿不等。n现已有5千个基因被编目，1900个基因已进行了染色体定位，600个已被克隆分离出来。n若将一个细胞中每条染色体的DNA首尾彼此相接，全长约200cm。nRenato Dulbecco于1986年首先提出了“人类基因组计划人类基因组
6、计划”，原计划约10-15年完成，耗资30亿美元，其宏伟的程度堪与Manhatto原子弹计划和Appolo登月计划相提并论。1990年开始实施n1999 破译出人类第22号染色体的遗传密码。n2000 完成了人类第21号染色体的测序。n预计从原定的2003年6月提前到2001年6月完成。n2000年6月26日美，英,日，德，法，中六国共同宣布人类基因组工作草图绘制成功。n2000年 n3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因组测序。n12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。这是人类首次全部破译一种植物的基因序列。n2001年:1、2月，HGP和美国塞莱拉（Sequencing）公司
7、将各自测定的人类基因组工作框架图分别发表在Nature和 Science 上，这表明人类基因组计划（HGP）进入了一个展新的阶段。n2000,4,5:以杨焕明为首的中国科学家在Science发表了水稻全基因组框架序列图。n基因总数：4602255615，约为人类的2倍；n其中10000个基因的功能已确定；n水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人类的“垃圾”序列多位于基因内；n水稻的基因平均长度为4500bp,人类基因平均长度为72000bp,n拟南芥约有25000个基因，80%在水稻中都存在，二者之间有关信号传导的基因差别最大 一一 组蛋白组蛋白组蛋白类型碱性氨基酸氨基酸数分子量（Da）LysAr
8、gH129%1%21523,000H2A11%9%12913,960H2B16%6%12513,775H310%13%13515,340H411%14%10211,280表122 小牛胸腺DNA的组蛋白的特点二二 核小体核小体（nucliesome）n1956年Wilkins和Vittorio Luzzati对染色质进行了X衍射研究，发现染色质具有间隔为100埃的重复性结构。这意味着甚麽？nClark和Felsenfeld于1971年首先用葡萄球菌核酸酶(Staphylococcal nuclease)来作用染色质，不敏感的区域比较均一。这暗示甚麽？n接着Hewish和Burgoyun（197
9、3年）用内源核酸酶消化细胞核，再从核中分离出DNA，结果发现一系列DNA片段，它们相当于长约200bp的一种基本单位的多聚体。表明甚麽？nM.Noll（1974年）用外源核酸酶处理染色质，然后进行电泳，测得前三个片段的长度分别为205，405，605bp长，表明甚麽？nOlins夫妇（1974）和Pierre Chambon等（1975）在电镜下观察到染色质的“绳珠”状结构，小球的直径为100埃,Olins并把这种小球称为 小体小体。nX衍射图表明组蛋白的多聚体是紧密相联，并无可容纳像DNA分子那样大小的孔洞，表明甚麽？n1974年Kornberg和Thomas 先用小球菌核酸酶稍稍消化一下染色质，切断一部分200核苷酸对单位之间的DNA，使其中含有单体、二聚体、三聚体和四聚体等。然后经离心将它们分开。每一组再通过凝胶电泳证明其分子大小及纯度。然后分别用电镜来观察各组的材料；结果单体均为一个100埃的小体，二聚体则是两个相联的小体，同样三聚体和四聚体分别由三个小体和四个小体组成，表明甚麽？n1984年Klug和Butler进行了修正核小体模型核小体模型。核小体的梯度离心和电泳
