1、第三章第三章 染色體和基因染色體和基因 掌握基因組的概念，理解C值矛盾； 掌握低等生物基因組的特點； 掌握真核生物的染色體組成及基因組的特點，重點掌握端粒的組成及生物學意義。第一節(jié)、基因組大小與第一節(jié)、基因組大小與C C值矛盾值矛盾第二節(jié)、低等生物染色體及其基因第二節(jié)、低等生物染色體及其基因第三節(jié)、真核生物的染色體第三節(jié)、真核生物的染色體第四節(jié)、真核生物的基因第四節(jié)、真核生物的基因第一節(jié)、基因組大小與第一節(jié)、基因組大小與C值矛盾值矛盾基因組（基因組（genome） 是單倍體細胞中的全是單倍體細胞中的全套染色體為一個基因組，套染色體為一個基因組，或是單倍體細胞中的全或是單倍體細胞中的全部基因為一

2、個基因組。部基因為一個基因組。 人類基因組計劃人類基因組計劃C值矛盾值矛盾(C value paradox)大大C值（值（C值）：分子生物學將某生物單倍體基值）：分子生物學將某生物單倍體基因組所含的因組所含的DNA總量?？偭俊８拍罡拍钚⌒值：將受中心法則限定，編碼結構基因值：將受中心法則限定，編碼結構基因DNA的核苷酸數(shù)。的核苷酸數(shù)。C值矛盾：生物基因組的大小同生物在進化上所值矛盾：生物基因組的大小同生物在進化上所處地位的高低無關。處地位的高低無關。 C值矛盾是指真核生物中值矛盾是指真核生物中DNA含量的反?，F(xiàn)象。含量的反?，F(xiàn)象。 生物細胞中的生物細胞中的C值具值具有從低等生物向高等有從低等

3、生物向高等生物逐漸增加的趨勢。生物逐漸增加的趨勢。C值矛盾出現(xiàn)的原因：斷裂基因和大量重復序列。值矛盾出現(xiàn)的原因：斷裂基因和大量重復序列。 對于高等生物而言，對于高等生物而言，屬于同一門類的生物，屬于同一門類的生物，它們的基因組變化卻它們的基因組變化卻很大。很大。親緣關系十分接近，功能與結構十分相親緣關系十分接近，功能與結構十分相似的同一類群生物中，基因組的大似的同一類群生物中，基因組的大C C值值卻差別較大；卻差別較大；有些哺乳動物的基因組較兩棲類的多數(shù)有些哺乳動物的基因組較兩棲類的多數(shù)生物還要小；生物還要小； C值矛盾現(xiàn)象：值矛盾現(xiàn)象：人類的人類的DNA的的C值為值為30億個核苷酸對，億個核

4、苷酸對，如按一個結構基因有如按一個結構基因有7000 8000 個核個核苷酸對計算，人類應該有苷酸對計算，人類應該有40萬萬50萬個萬個基因，但人類基因組計劃的研究結果表基因，但人類基因組計劃的研究結果表明，人類每個基因組內最高估計也僅有明，人類每個基因組內最高估計也僅有3萬萬4萬個基因，即人類小萬個基因，即人類小c值僅占大值僅占大C值的值的10%。低等生物病毒低等生物病毒X174X174，其基因組，其基因組DNADNA的的C C值為值為5387 bp5387 bp，但其功能基因有，但其功能基因有1111個，個，按 編 碼 一 個 基 因 的 最 低 核 苷 酸 數(shù)按 編 碼 一 個 基 因

5、的 最 低 核 苷 酸 數(shù)（2000bp2000bp）估算，其）估算，其c c值也超過值也超過22000bp22000bp。第二節(jié)、低等生物染色體及其基因第二節(jié)、低等生物染色體及其基因原核生物的染色體原核生物的染色體DNADNA與稀疏的與稀疏的蛋白質聚集在一起，在細菌細胞蛋白質聚集在一起，在細菌細胞內 形 成 一 個 較 為 致 密 的 區(qū) 域內 形 成 一 個 較 為 致 密 的 區(qū) 域(compact structure)(compact structure)，稱為類，稱為類核（核（nucleoidnucleoid）。）。病毒的結構病毒的結構低等生物基因組的特點：低等生物基因組的特點：基因

6、組很小，大多只有一條染色體，基因組很小，大多只有一條染色體，且且DNADNA含量少。含量少。 如大腸桿菌如大腸桿菌DNADNA的相對分子量僅為的相對分子量僅為4.64.610106 6bpbp，其完全伸展總長約為，其完全伸展總長約為1.3mm1.3mm，含，含40004000多個基因。多個基因。基因主要是單拷貝基因，只有很少數(shù)基基因主要是單拷貝基因，只有很少數(shù)基因（因（rRNArRNA基因）以多拷貝形式存在；基因）以多拷貝形式存在；整個染色體整個染色體DNADNA幾乎全部由功能基因與調幾乎全部由功能基因與調控序列組成；控序列組成；幾乎每個基因序列都與它所編碼的蛋白幾乎每個基因序列都與它所編碼的

7、蛋白質序列呈線性對應狀態(tài)。質序列呈線性對應狀態(tài)?；蚪M還有可能由基因組還有可能由RNARNA組成，如組成，如RNARNA病毒。病毒。 結構簡煉結構簡煉 DNADNA分子的絕大部分是用來編碼蛋白質的，只有很小分子的絕大部分是用來編碼蛋白質的，只有很小一部分控制基因表達的序列不轉錄。這些不轉錄一部分控制基因表達的序列不轉錄。這些不轉錄DNADNA低等生物低等生物DNADNA的特點：的特點：promoter序列通常是控制基因表達序列通常是控制基因表達的序列。的序列。 存在轉錄單元存在轉錄單元 DNADNA序列中功能相關的序列中功能相關的RNARNA和蛋白質基因，往往和蛋白質基因，往往叢集在基因組的一

8、個或幾個特定部位，形成轉叢集在基因組的一個或幾個特定部位，形成轉錄單元錄單元, , 并轉錄產生含多個并轉錄產生含多個mRNAmRNA的分子，稱為的分子，稱為多順反子多順反子mRNAmRNA。操縱元（操縱元（operon）-功能相關的幾個結構基因前后相功能相關的幾個結構基因前后相連，再加上一個共同的調節(jié)基因和一組共同的控制連，再加上一個共同的調節(jié)基因和一組共同的控制位點（啟動子位點（啟動子promoter、操縱子、操縱子operater），在），在基因轉錄時協(xié)同動作?；蜣D錄時協(xié)同動作。有重疊基因。有重疊基因。19771977年年F.SangerF.Sanger在測定噬菌體在測定噬菌體17417

9、4的的DNADNA的全的全部核苷酸序列時，部核苷酸序列時，卻意外地發(fā)現(xiàn)重卻意外地發(fā)現(xiàn)重疊基因。疊基因。promoter 原因一是它們采用了不同的讀碼框架。原因一是它們采用了不同的讀碼框架?；蚧?ATGAATGCCATAACGTAAB基因基因ATGCCNNNATAA導致重疊基因表達方式和表達產物不同的原因導致重疊基因表達方式和表達產物不同的原因 原因二是對終止密碼的錯讀原因二是對終止密碼的錯讀1973年年A. Weiner 證明證明QRNA病毒的基因組僅有一條病毒的基因組僅有一條800個堿基的個堿基的RNA分子，編碼兩個基因產物：分子，編碼兩個基因產物：病毒的侵染蛋白病毒的侵染蛋白IPIP，

10、相對分子量為，相對分子量為383810103 3，翻譯量少，占，翻譯量少，占總蛋白的總蛋白的3%3%；病毒的外殼蛋白病毒的外殼蛋白CPCP，相對分子量為，相對分子量為141410103 3，翻譯量大，占，翻譯量大，占總蛋白的總蛋白的97%97%。氨基酸分析發(fā)現(xiàn)兩種蛋白具有完全相同的氨基酸分析發(fā)現(xiàn)兩種蛋白具有完全相同的N N端氨基酸組分與端氨基酸組分與排列，說明排列，說明CPCP與與IPIP蛋白在以共同的蛋白在以共同的mRNAmRNA為模板合成蛋白質時，為模板合成蛋白質時，均從同一起始密碼開始翻譯。均從同一起始密碼開始翻譯。在編碼在編碼IP和和CP的的RNA分子的第分子的第400402個核苷酸個

11、核苷酸處出現(xiàn)一個終止密碼子處出現(xiàn)一個終止密碼子UGA，翻譯到此終止，合，翻譯到此終止，合成出成出14103的的CP蛋白。當核糖體對蛋白。當核糖體對UGA終止密終止密碼子發(fā)生漏讀后，核糖體會繼續(xù)翻譯到終點的碼子發(fā)生漏讀后，核糖體會繼續(xù)翻譯到終點的UAA終止密碼子出，合成出終止密碼子出，合成出38103的的IP蛋白，由蛋白，由于對基因內終止密碼子的漏讀概率較低，所以于對基因內終止密碼子的漏讀概率較低，所以IP蛋白的總量僅為蛋白的總量僅為3%。IP基因是以基因是以“對終止密碼子對終止密碼子錯讀錯讀”的方式重疊在的方式重疊在CP基因內?；騼取π』蚪M的噬菌體與病毒而言，基對小基因組的噬菌體與病毒而

12、言，基因的重疊能滿足利用有限的因的重疊能滿足利用有限的DNADNA編碼編碼更多基因產物的需要，增強對環(huán)境的更多基因產物的需要，增強對環(huán)境的適應性。適應性。重疊基因的生物學意義：重疊基因的生物學意義：第三節(jié)、真核生物的染色體第三節(jié)、真核生物的染色體染色體染色體-遺傳物質的主要載體遺傳物質的主要載體染色體在遺傳上起著主要作染色體在遺傳上起著主要作用，因為親代能夠將自己的用，因為親代能夠將自己的遺傳物質以染色體的形式傳遺傳物質以染色體的形式傳給子代，保持了物種的穩(wěn)定給子代，保持了物種的穩(wěn)定性和連續(xù)性。性和連續(xù)性。由脫氧核糖核酸、蛋白質和少量核糖核酸組成的線狀或棒狀物，是生物主要遺傳物質的載體。因是細

13、胞中可被堿性染料著色的物質 ，故名。 染色體的概念染色體的概念 細胞間期：染色質分裂期：染色體代表著遺傳物質的不同壓縮程度染色質染色質常染色質：在間期著色較淺的部位，富含單常染色質：在間期著色較淺的部位，富含單拷貝拷貝DNADNA序列，有轉錄活性。序列，有轉錄活性。異染色質：在間期著色較深的部位，富含重異染色質：在間期著色較深的部位，富含重復復DNADNA序列、復制延遲，多在晚序列、復制延遲，多在晚S S期復制。一期復制。一般無轉錄活性。般無轉錄活性。 處于常染色質狀態(tài)只是基因轉錄的必要條件，處于常染色質狀態(tài)只是基因轉錄的必要條件，而不是充分條件。而不是充分條件。真核生物染色體的特征真核生物染

14、色體的特征 一個特定真核物種的成員都有相同數(shù)目的細胞核內染一個特定真核物種的成員都有相同數(shù)目的細胞核內染色體。但細胞核外的其他染色體，數(shù)量不固定。色體。但細胞核外的其他染色體，數(shù)量不固定。 無性生殖物種的所有細胞中只有一套染色體。無性生殖物種的所有細胞中只有一套染色體。 有性生殖物種具有體細胞，體細胞有兩套染色體，一有性生殖物種具有體細胞，體細胞有兩套染色體，一套來自父方；一套來自母方。生殖細胞只有一套染色套來自父方；一套來自母方。生殖細胞只有一套染色體，這一套染色體來自于具兩套染色體精原細胞或卵體，這一套染色體來自于具兩套染色體精原細胞或卵母細胞的減數(shù)分裂。母細胞的減數(shù)分裂。 某些生物是多倍

15、體，體細胞有三套甚至更多套染色體某些生物是多倍體，體細胞有三套甚至更多套染色體 核小體核小體核小體（核小體（Nucleosome）是染色質的基本結）是染色質的基本結構單位，由構單位，由200 bp DNA和組蛋白八聚體組和組蛋白八聚體組成成146bp DNA + Histoneoctamer(組蛋白八聚體)核小體核心(Nucleosome core) + H1染色小體(Chromatosome，166bp) + linker DNA核小體(Nucleosome,200 bp of DNA)核心顆粒包括組蛋白八聚體及與其結合的核心顆粒包括組蛋白八聚體及與其結合的146bp DNA146bp DN

16、A，該序列繞在八聚體外面該序列繞在八聚體外面1.651.65圈，每圈約圈，每圈約80bp80bp。由許多核小體構成了連續(xù)的染色質由許多核小體構成了連續(xù)的染色質DNADNA細絲。細絲。組蛋白八聚體（組蛋白八聚體（Histone octamer）利用微球菌核酸酶（利用微球菌核酸酶（micrococcal nuclease）輕微消解染色質）輕微消解染色質得知：連接得知：連接DNA (linker DNA) 是最易受到酶的作用，因此得到是最易受到酶的作用，因此得到每個重復單位的每個重復單位的DNA長約長約200bp，而且是和五種組蛋白相結合，而且是和五種組蛋白相結合，保持著核小體的結構。保持著核小體的

17、結構。 根據(jù)對微球菌核酸酶的敏感性不同，核小體根據(jù)對微球菌核酸酶的敏感性不同，核小體DNADNA可可以分成兩部分：以分成兩部分：-核心核心DNADNA（Core DNACore DNA）：長度固定為）：長度固定為146bp146bp，對核，對核酸酶的消化相對穩(wěn)定。酸酶的消化相對穩(wěn)定。-連接連接DNADNA（Linker DNALinker DNA）：組成剩余的重復片段，）：組成剩余的重復片段，長度大小不一，每個核小體中有長度大小不一，每個核小體中有8bp8bp到到114bp114bp。不同生物核小體全長的變化由連接不同生物核小體全長的變化由連接DNADNA長度改變引起。長度改變引起。染色體的三

18、個關鍵因素染色體的三個關鍵因素自主復制自主復制DNADNA序列序列（autonomously replicating sequenceautonomously replicating sequence，ARS ARS ）2020世紀世紀7070年代末首次在酵母中發(fā)現(xiàn)。它是在年代末首次在酵母中發(fā)現(xiàn)。它是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類能啟動真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類能啟動DNADNA復制的序列，復制的序列，含有一個含有一個ATAT富集區(qū)。具有一個復制起始點，富集區(qū)。具有一個復制起始點，能確保染色體在細胞周期中能夠自我復制，能確保染色體在細胞周期中能夠自我復制，從而保證染色體在世代傳遞中具有穩(wěn)定性和從而保證染色體

19、在世代傳遞中具有穩(wěn)定性和連續(xù)性。連續(xù)性。 著絲粒著絲粒DNADNA序列（序列（centromere DNA sequencecentromere DNA sequence）著絲粒是染色體分離的一種裝置，也是姐妹染色著絲粒是染色體分離的一種裝置，也是姐妹染色單體在分開前相互聯(lián)結的位置，在染色體的形態(tài)單體在分開前相互聯(lián)結的位置，在染色體的形態(tài)上表現(xiàn)為一個縊痕上表現(xiàn)為一個縊痕 。著絲粒著絲粒DNADNA序列由三個功能區(qū)組成：序列由三個功能區(qū)組成：為染色體的分離提供動力為染色體的分離提供動力 中期兩條染色單體在此處相互連結中期兩條染色單體在此處相互連結 若著絲粒丟失了，那么染色體就失去了附著若著絲粒丟

20、失了，那么染色體就失去了附著到紡錘絲上的能力，細胞分裂時染色體就會到紡錘絲上的能力，細胞分裂時染色體就會隨機地進入子細胞。隨機地進入子細胞。 端粒端粒DNADNA序列序列端粒是存在于真核細胞線狀染色體末端的一小段端粒是存在于真核細胞線狀染色體末端的一小段DNA-DNA-蛋白質復合體，它與端粒結合蛋白一起構成蛋白質復合體，它與端粒結合蛋白一起構成了特殊的了特殊的“帽子帽子”結構，能夠維持染色體的完整。結構，能夠維持染色體的完整。2020世紀世紀3030年代，年代，MullerMuller發(fā)現(xiàn)被發(fā)現(xiàn)被X X射線打射線打斷的果蠅染色體其末端存在一種特殊序斷的果蠅染色體其末端存在一種特殊序列，該序列與

21、常染色體相較極不穩(wěn)定，列，該序列與常染色體相較極不穩(wěn)定，根 據(jù) 希 臘 文 將 其 命 名 為 端 粒根 據(jù) 希 臘 文 將 其 命 名 為 端 粒（TelomereTelomere）。）。 端粒的發(fā)現(xiàn)歷史端粒的發(fā)現(xiàn)歷史19781978年，年，BlackbumBlackbum和和GreiderGreider等克隆出四等克隆出四膜蟲端粒結構，證明為串聯(lián)線性核苷酸序膜蟲端粒結構，證明為串聯(lián)線性核苷酸序列，組成為列，組成為5GGGGGTT35GGGGGTT3。后來實。后來實驗又證明了脊椎動物的端粒均含有豐富的驗又證明了脊椎動物的端粒均含有豐富的鳥嘌呤重復序列。鳥嘌呤重復序列。 19851985年，年

22、，GreiderGreider等發(fā)現(xiàn)端粒酶，可用于等發(fā)現(xiàn)端粒酶，可用于給端粒給端粒DNADNA加尾。加尾。 端粒的特點端粒的特點含有一系列的短的正向重復順序。這含有一系列的短的正向重復順序。這些順序都可用些順序都可用Cn(A/T)m這一通式來這一通式來表示，其中表示，其中n1，而，而m=14。端粒的雙鏈部分中含有端粒的雙鏈部分中含有T2G4的順序的順序在在3末端。末端。端粒的哪些特征負責染色體末端的穩(wěn)定性：端粒的哪些特征負責染色體末端的穩(wěn)定性：端粒的端粒的3末端序列取代端粒上游區(qū)末端序列取代端粒上游區(qū)中的相同序列而形成一個環(huán)，從中的相同序列而形成一個環(huán)，從而封閉染色體末端。這個反應由而封閉染色

23、體末端。這個反應由端粒結合蛋白（端粒結合蛋白（telomere-binding protein，TRE2）催化，該蛋白和）催化，該蛋白和另一個蛋白形成的復合體可使染另一個蛋白形成的復合體可使染色體末端穩(wěn)定。色體末端穩(wěn)定。 保護染色體不被核酸酶降解；保護染色體不被核酸酶降解； 防止染色體相互融合；防止染色體相互融合； 為端粒酶提供底物，解決為端粒酶提供底物，解決DNADNA復制的末端復制的末端隱縮，保證染色體的完全復制。隱縮，保證染色體的完全復制。 端粒端粒DNADNA主要功能主要功能對胎兒、嬰兒、青年和老年細胞株對胎兒、嬰兒、青年和老年細胞株端粒端粒DNADNA長度比較發(fā)現(xiàn)，染色體長度比較發(fā)現(xiàn)

24、，染色體DNADNA的端粒隨著年齡的增大，逐漸變短。的端粒隨著年齡的增大，逐漸變短。早衰性侏儒癥的端粒明顯較正常人早衰性侏儒癥的端粒明顯較正常人短。短。 端粒端粒DNADNA的變化的變化小麥不同組織細胞中染色體小麥不同組織細胞中染色體DNADNA端粒的長度差異端粒的長度差異 成熟的穗狀花序成熟的穗狀花序-20kb-20kb 葉葉-23kb-23kb 較老的胚較老的胚-30kb-30kb 幼嫩的穗狀花序幼嫩的穗狀花序-45kb -45kb 未成熟的胚未成熟的胚-80kb-80kb正常細胞由于線性正常細胞由于線性DNADNA復制復制55末端消失，末端消失，隨體細胞不斷增殖，端粒逐漸縮短，當細隨體細

25、胞不斷增殖，端粒逐漸縮短，當細胞端粒縮至一定程度，細胞停止分裂，處胞端粒縮至一定程度，細胞停止分裂，處于靜止狀態(tài)。故有人稱端粒為正常細胞的于靜止狀態(tài)。故有人稱端粒為正常細胞的“分裂鐘分裂鐘” ” (Mistosis clock) (Mistosis clock) ，端粒長，端粒長短和穩(wěn)定性決定了細胞壽命，并與細胞衰短和穩(wěn)定性決定了細胞壽命，并與細胞衰老和癌變密切相關。老和癌變密切相關。 科學家指端粒的長度會隨著人科學家指端粒的長度會隨著人類進化而愈來愈短，令到染色類進化而愈來愈短，令到染色體不穩(wěn)定。當短到一定程度，體不穩(wěn)定。當短到一定程度，人類就會受到與年紀有關的疾人類就會受到與年紀有關的疾病

26、打擊，如癌癥、老人癡呆、病打擊，如癌癥、老人癡呆、心臟病、中風等。心臟病、中風等。 端粒酶的發(fā)現(xiàn)端粒酶的發(fā)現(xiàn) 端粒酶可以作為腫瘤基因診斷的指標和基因治療的新靶點。 端粒酶活性的高低與腫瘤分化的程度也具相關性。 端粒酶活性的再活化，可以維持端粒的長度，而延緩細胞進入克隆性的老化。但致癌風險相對也提高了，因為細胞不受控制地分裂對個體而言極具侵略和破壞性。端粒酶對細胞而言，猶如刀的雙刃，是好是壞完全取決于用什么樣的角度來衡量端粒酶的價值。 端粒酶的兩面性：端粒酶的兩面性：第四節(jié)、真核生物的基因組和基因第四節(jié)、真核生物的基因組和基因真核生物基因組和基因的特點： 真核生物基因組DNA與蛋白質結合形成染色

27、體，儲存于細胞核內，除配子細胞外，體細胞內的基因的基因組是雙份的（即雙倍體，diploid），即有兩份同源的基因組。真核細胞基因轉錄產物為單順反子。一個真核細胞基因轉錄產物為單順反子。一個結構基因經過轉錄和翻譯生成一個結構基因經過轉錄和翻譯生成一個mRNAmRNA分分子和一條多肽鏈。子和一條多肽鏈。 存在重復序列，重復次數(shù)可達百萬次以上。存在重復序列，重復次數(shù)可達百萬次以上。高度重復序列高度重復序列中度重復序列中度重復序列單拷貝序列單拷貝序列 基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域?；蚪M中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。大部分基因含有內含子，因此，基因是不連續(xù)的。大部分基因含有內含子，因此，基因是不連續(xù)

28、的。基因組遠遠大于原核生物的基因組，具有基因組遠遠大于原核生物的基因組，具有許多復制起點，而每個復制子的長度較小。許多復制起點，而每個復制子的長度較小。 真核生物真核生物DNADNA的特點：的特點：非重復序列（非重復序列（nonrepetitive DNA）：在基因組中只有）：在基因組中只有110個拷貝，多為結構基因。個拷貝，多為結構基因。中度重復序列（中度重復序列（moderately repetitive DNA）：重復次數(shù)為）：重復次數(shù)為10102。一般是不編碼的序列，在基因調控中起重要作用。一般是不編碼的序列，在基因調控中起重要作用。高度重復序列（高度重復序列（highly repet

29、itive DNA）：重復次數(shù)為幾百）：重復次數(shù)為幾百到幾百萬。散布于非重復序列間，由一些完全相同或相似到幾百萬。散布于非重復序列間，由一些完全相同或相似的短重復序列構成。一般不轉錄。的短重復序列構成。一般不轉錄。根據(jù)復興動力學，根據(jù)復興動力學，DNADNA序列可以分為序列可以分為3 3種類型：種類型：復性動力學是檢測基因組復性動力學是檢測基因組DNADNA序列復雜性（序列復雜性（DNADNA序列重復性高低）的一種方法。序列重復性高低）的一種方法。在相同在相同DNADNA濃度下：濃度下：因此可以根據(jù)復性的快慢判斷因此可以根據(jù)復性的快慢判斷DNADNA序列的復雜程度。序列的復雜程度。造成上述現(xiàn)象

30、的原因：造成上述現(xiàn)象的原因：具有高度重復序列的具有高度重復序列的DNA分子在復性反應中，由于分子在復性反應中，由于在各重復單位間發(fā)生了各種非準確的，不完全的配在各重復單位間發(fā)生了各種非準確的，不完全的配對復性，從而導致它們在進一步變性時對復性，從而導致它們在進一步變性時Tm值較低，值較低，這種重復序列復性的相對性現(xiàn)象會因重復單位的大這種重復序列復性的相對性現(xiàn)象會因重復單位的大小，串聯(lián)重復次數(shù)的多少而有所不同。小，串聯(lián)重復次數(shù)的多少而有所不同。天然天然DNA與復性與復性DNA之間比較，復性之間比較，復性DNA分子中分子中有有1%的堿基發(fā)生錯配時，的堿基發(fā)生錯配時，Tm就會相差就會相差11.5 .

31、復性動力學的復雜性（復性動力學的復雜性（kinetic complexity）：最）：最長的沒有重復序列的核苷酸序列數(shù)。長的沒有重復序列的核苷酸序列數(shù)。如如poly(A)的復雜性為的復雜性為1，重復的重復的(ATGC)n組成的多聚體的復雜性為組成的多聚體的復雜性為4，分子長度是分子長度是105核苷對的非重復核苷對的非重復DNA的復雜性為的復雜性為105。 非重復序列（非重復序列（nonrepetitive DNA）：亦稱單）：亦稱單拷貝序列，在一個基因組中只有一個拷貝或拷貝序列，在一個基因組中只有一個拷貝或2-3個拷貝。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體個拷貝。真核生物的大多數(shù)基因在單倍體中都是單拷

32、貝的。不同生物基因組中單拷貝中都是單拷貝的。不同生物基因組中單拷貝序列所占的比例是不同的。序列所占的比例是不同的。 真核生物中單一序列編碼的基因在表達時常真核生物中單一序列編碼的基因在表達時常有兩步放大作用：轉錄和翻譯。有兩步放大作用：轉錄和翻譯。 中度重復序列（中度重復序列（moderately repetitive sequence） Alu家族：家族：Alu家族是哺乳動物包括人基因組家族是哺乳動物包括人基因組中含量最豐富的一種中度重復順序家族，在中含量最豐富的一種中度重復順序家族，在單倍體人基因組中重復達單倍體人基因組中重復達30萬萬-50萬次，約占萬次，約占人基因組的人基因組的3-6。

33、Alu家族每個成員的長度約家族每個成員的長度約300bp，由于每個單位長度中有一個限制性內，由于每個單位長度中有一個限制性內切酶切酶Alu的切點（的切點（AGCT）從而將其切成長）從而將其切成長130和和170bp的兩段，因而定名為的兩段，因而定名為Alu序列（或序列（或Alu家族）。家族）。l Alu序列具有種的特異性，可作為物種序列具有種的特異性，可作為物種DNA片片段的特異標記；段的特異標記；l 不同的不同的Alu成員的側翼重復順序也各不相同；成員的側翼重復順序也各不相同；l Alu序列的序列的5端比較保守，但富含脫氧腺苷酸殘端比較保守，但富含脫氧腺苷酸殘基的基的3端在不同的端在不同的A

34、lu成員中是有變化的。成員中是有變化的。l Alu家族的廣泛存在意味著它具有某種功能。家族的廣泛存在意味著它具有某種功能。 l Alu序列的特點：序列的特點： Alu序列的形成原因序列的形成原因Alu序列是以序列是以7SL RNA的基因的啟動子啟動轉錄，的基因的啟動子啟動轉錄，以以RNA為中間體，以為中間體，以3末端回折形成引物，反轉末端回折形成引物，反轉錄成錄成cDNA，再以轉座子轉座方式插入到基因組，再以轉座子轉座方式插入到基因組內，形成序列的重復。內，形成序列的重復。 53RNAcDNA53以轉座子方式插入基因組內 rRNArRNA基因：在原核生物如大腸桿菌基因組中，基因：在原核生物如大

35、腸桿菌基因組中，rRNArRNA基因一共是七套；在真核生物中基因一共是七套；在真核生物中rRNArRNA基基因的重復次數(shù)更多。因的重復次數(shù)更多。 組蛋白基因：組蛋白基因在各種生物體內重復的組蛋白基因：組蛋白基因在各種生物體內重復的次數(shù)不一樣，但都在中度重復的范圍內。次數(shù)不一樣，但都在中度重復的范圍內。 高度重復序列（高度重復序列（highly repetitive DNA） 衛(wèi)星衛(wèi)星DNA(satellite DNA)DNA(satellite DNA)是一類高度重復序列是一類高度重復序列DNADNA。在氯化銫梯。在氯化銫梯度離心中，度離心中，DNADNA分子將按其大小分布在離心管內不同密度的

36、氯化分子將按其大小分布在離心管內不同密度的氯化 銫介質中，不同層面的銫介質中，不同層面的DNADNA形成形成了不同的條帶。根據(jù)熒光強度了不同的條帶。根據(jù)熒光強度的分析，可以看到在一條主帶的分析，可以看到在一條主帶以外還有一個或多個小的衛(wèi)星以外還有一個或多個小的衛(wèi)星帶。這些在衛(wèi)星帶中的帶。這些在衛(wèi)星帶中的DNADNA即被即被稱為衛(wèi)星稱為衛(wèi)星DNADNA，這種，這種DNADNA的的GCGC含含量一般少于主帶中的量一般少于主帶中的DNADNA，浮力，浮力密度也低。密度也低。原位雜交顯示著絲粒衛(wèi)星DNA衛(wèi)星DNA位于有重要功能的真核染色體的著絲粒和端粒上 衛(wèi)星衛(wèi)星DNADNA按其重復單元的核苷酸的多少

37、可以分成：按其重復單元的核苷酸的多少可以分成：小衛(wèi)星小衛(wèi)星DNA(minisatelliteDNA)： 由幾百個核苷酸對的單元重復組成。由幾百個核苷酸對的單元重復組成。微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA(microsatelliteDNA)： 由由2個到個到20個左右的核苷酸對的單元重復個左右的核苷酸對的單元重復 成百上千次所組成成百上千次所組成 微衛(wèi)星微衛(wèi)星DNA和小衛(wèi)星和小衛(wèi)星DNA具有高度的可變性，具有高度的可變性，不同個體彼此不同。但它們中有一小段序列則不同個體彼此不同。但它們中有一小段序列則在所有個體中都一樣，稱為在所有個體中都一樣，稱為“核心序列核心序列”。如。如果把核心序列串聯(lián)起來作為分子探針，

38、與不同果把核心序列串聯(lián)起來作為分子探針，與不同個體的個體的DNA進行分子雜交，就會呈現(xiàn)出各自特進行分子雜交，就會呈現(xiàn)出各自特有的雜交圖譜，它們與人的指紋一樣，具有專有的雜交圖譜，它們與人的指紋一樣，具有專一性和特征性，因人而異，因此被稱作一性和特征性，因人而異，因此被稱作“DNA指紋指紋”(DNA fingerprint)。 DNADNA指紋分析：將個體的染色體指紋分析：將個體的染色體DNADNA用限制性內切酶用限制性內切酶消化，再以重復序列中的共有序列作為核酸探針進消化，再以重復序列中的共有序列作為核酸探針進行雜交，對所得到不同生物個體相似行雜交，對所得到不同生物個體相似DNADNA片段的帶

39、片段的帶型圖譜（即型圖譜（即DNADNA指紋圖譜，對每一個體都是獨特的）指紋圖譜，對每一個體都是獨特的）進行分析的方法。進行分析的方法。 法醫(yī)鑒定法醫(yī)鑒定 應用應用親子鑒定親子鑒定遇難者辨識遇難者辨識空難事故受難者殘骸鑒定空難事故受難者殘骸鑒定 通常在空難受害者通常在空難受害者殘骸的鑒定過程中，單純依靠法醫(yī)學和常規(guī)殘骸的鑒定過程中，單純依靠法醫(yī)學和常規(guī)法血清學檢驗，是很難對所有遇難人員的殘法血清學檢驗，是很難對所有遇難人員的殘骸加以區(qū)分的。因此，在常規(guī)手段行不通時，骸加以區(qū)分的。因此，在常規(guī)手段行不通時，再采用再采用DNADNA指紋術實為一種最佳選擇。指紋術實為一種最佳選擇。人種、性別鑒定人種

40、、性別鑒定人種、性別鑒定人種、性別鑒定 英國內政部中央研究局研究英國內政部中央研究局研究表明，表明，DNA指紋術可在相當大程度上用于人指紋術可在相當大程度上用于人種鑒定，并測出白種人和非洲黑人的種鑒定，并測出白種人和非洲黑人的DNA多多態(tài)片段及它在特定范圍內的出現(xiàn)頻率，具有態(tài)片段及它在特定范圍內的出現(xiàn)頻率，具有種屬代表性。有人對長達種屬代表性。有人對長達20年的陳舊血跡中年的陳舊血跡中的降解的降解DNA進行了性別鑒定，并在人、獸的進行了性別鑒定，并在人、獸的區(qū)分鑒定中取得成功。區(qū)分鑒定中取得成功。其它方面的應用其它方面的應用l 鑒別雙胞胎是異卵雙生還是同卵雙生。鑒別雙胞胎是異卵雙生還是同卵雙生

41、。l 可用于器官移植的配型試驗，以便篩選出最佳供體。可用于器官移植的配型試驗，以便篩選出最佳供體。l 腫瘤細胞腫瘤細胞DNA指紋，因其染色體丟失或異常的擴增指紋，因其染色體丟失或異常的擴增而與正常體細胞不同。腫瘤而與正常體細胞不同。腫瘤DNA 指紋的改變可用指紋的改變可用作腫瘤發(fā)生和發(fā)展的標志。作腫瘤發(fā)生和發(fā)展的標志。 l 在盜殺和偷捕野生動物的案件中，可對被盜殺的動在盜殺和偷捕野生動物的案件中，可對被盜殺的動物進行鑒定。物進行鑒定。真核生物基因的特點：真核生物基因的特點： 斷裂基因（斷裂基因（splite gene）/間隔基因（間隔基因（interrupted gene） 概念：真核生物結構

42、基因，由若干個編碼區(qū)（外概念：真核生物結構基因，由若干個編碼區(qū)（外顯子）和非編碼區(qū)（內含子）互相間隔開但又連顯子）和非編碼區(qū)（內含子）互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質，這些基因稱為由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質，這些基因稱為斷裂基因。斷裂基因。 斷裂基因的發(fā)現(xiàn)與證實斷裂基因的發(fā)現(xiàn)與證實1977年以前法國科學家年以前法國科學家Pierre Chambon發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)：雞的管狀細胞雞的管狀細胞DNA與紅細胞與紅細胞DNAHind III和和EcoR I以雞卵清蛋白以雞卵清蛋白cDNA為探針為探針Southe

43、rn 雜交分析雜交分析出現(xiàn)三條雜交條帶出現(xiàn)三條雜交條帶？mRNADNA實例：雞卵清蛋白基因的大小和結構如下實例：雞卵清蛋白基因的大小和結構如下l A、B、C、D、E、F、G的序列不能轉錄，約占的序列不能轉錄，約占75.2%(5641bp)l L、1、2、3、4、5、6、7的序列能夠轉錄，約占的序列能夠轉錄，約占24.8%(1859bp)雞卵清蛋白雞卵清蛋白mRNA與與DNA雜交實驗雜交實驗 電子顯微鏡照片電子顯微鏡照片 RNA剪接（剪接（RNA splicing）：內含子中初始轉錄）：內含子中初始轉錄物（物（RNA precursor）中去除，以及將外顯子連）中去除，以及將外顯子連接起來的過程

44、。接起來的過程。5 Cap3 Poly(A) tailExonExonExonIntronIntronIntron were removed Exons jioned together5 Cap3 Poly(A) tailExonExonExon 斷裂基因的共性：斷裂基因的共性： 間隔基因的外顯子在基因中的排列順序間隔基因的外顯子在基因中的排列順序和它在成熟和它在成熟mRNA產物中的排列順序是產物中的排列順序是相同的。相同的。 某種間隔基因在所有組織中都具有相同某種間隔基因在所有組織中都具有相同的內含子成分。的內含子成分。 核基因的內含子通常在所有的可讀框中都核基因的內含子通常在所有的可讀框中

45、都含有無義密碼子含有無義密碼子(nonsense codon) - 終止終止密碼子密碼子 ，因此一般沒有編碼功能。，因此一般沒有編碼功能。 大多數(shù)內含子上發(fā)生的突變不影響蛋白質大多數(shù)內含子上發(fā)生的突變不影響蛋白質的結構，但一些內含子上的突變可通過抑的結構，但一些內含子上的突變可通過抑制外顯子的相互剪接阻止信使制外顯子的相互剪接阻止信使RNA的產生。的產生。只有外顯子突變才會影響蛋白質的序列，但只有外顯子突變才會影響蛋白質的序列，但內含子的突變會影響內含子的突變會影響RNA的剪接而抑制蛋的剪接而抑制蛋白質的產生。白質的產生。 斷裂基因的相對性：斷裂基因的相對性： 內含子并非內含子并非“含而不露含

46、而不露”，例如酵母細胞，例如酵母細胞色素色素b b基因的內含子基因的內含子IIII也編碼一個成熟酶。也編碼一個成熟酶。 外顯子并非外顯子并非“表里如一表里如一”，人類尿激酶基，人類尿激酶基因外顯子因外顯子I I不編碼氨基酸序列。不編碼氨基酸序列。 并非真核生物所有的結構基因都是間隔基并非真核生物所有的結構基因都是間隔基因。因。 斷裂基因形成的假說斷裂基因形成的假說 內含子先存論（內含子先存論（intron earlyintron early）- - 認為具有認為具有內含子的基因是古老的基因，內含子也是基因內含子的基因是古老的基因，內含子也是基因的一個部分。所有基因均起源于原本就具有間的一個部分

47、。所有基因均起源于原本就具有間隔結構的隔結構的DNADNA分子，由于原核生物基因組小，分子，由于原核生物基因組小，“無功能無功能”的內含子成為快速復制的包袱，因的內含子成為快速復制的包袱，因而在進化過程中逐漸被丟失。而在進化過程中逐漸被丟失。支持內含子先存論的證據(jù)：支持內含子先存論的證據(jù)：進化程度愈高的生物保留內含子區(qū)域更多。曲霉菌玉米雞13 38 78 107 152 180/183 210 237 241磷酸丙糖異構酶基因中的內含子的位置在玉磷酸丙糖異構酶基因中的內含子的位置在玉米和雞之間很保守，但是與曲霉菌不同。米和雞之間很保守，但是與曲霉菌不同。 內含子后生論（內含子后生論（intro

48、n lateintron late）- - 認為原始基因認為原始基因的編碼區(qū)是無間隔區(qū)的的編碼區(qū)是無間隔區(qū)的DNA DNA 序列，內含子是在后期序列，內含子是在后期進化的過程中隨機插入到基因組中，進而形成間隔進化的過程中隨機插入到基因組中，進而形成間隔基因?；?。EEEII血紅素結合域珠蛋白EEEIIIE增加的內含子豆血紅蛋白結合域被分開支持內含子后生論的證據(jù)：支持內含子后生論的證據(jù)：果蠅細胞色素果蠅細胞色素c c的基因內無內含子，而人的細胞的基因內無內含子，而人的細胞色素色素c c的基因內有內含子，分布位置完全符合隨的基因內有內含子，分布位置完全符合隨機插入的理論原則。有內含子的基因是進化的

49、機插入的理論原則。有內含子的基因是進化的高級形式。高級形式。 斷裂基因在進化中的意義斷裂基因在進化中的意義 有利于生物遺傳的相對穩(wěn)定。有利于生物遺傳的相對穩(wěn)定。 間隔基因的內含子突變不會承受自然選擇的壓力。間隔基因的內含子突變不會承受自然選擇的壓力。 增加變異概率，有利于生物的進化。增加變異概率，有利于生物的進化。 間隔基因內含子的核苷酸序列往往是外顯子的間隔基因內含子的核苷酸序列往往是外顯子的23倍，遺傳重組較易發(fā)生在內含子中，間隔基因長倍，遺傳重組較易發(fā)生在內含子中，間隔基因長度的增加在某種程度上也增加了基因內的重組交度的增加在某種程度上也增加了基因內的重組交換概率，形成蛋白結構域的重新組

50、合。換概率，形成蛋白結構域的重新組合。 擴大生物體的遺傳信息儲量。擴大生物體的遺傳信息儲量。通過內含子的相對性，即一個基因的內含子可以是另一個基因的外顯子，可使相同的一段DNA編碼不同的蛋白，起到了調控的作用，并增加了遺傳信息的貯存。通過改變讀碼框架或利用內含子編碼基因，從而擴大了生物體遺傳信息的儲量。 利用內含子進行代謝調節(jié)。利用內含子進行代謝調節(jié)。 基因家族（基因家族（gene familygene family）和基因簇（）和基因簇（gene gene clustercluster）基因家族：基因組中存在的許多來源于基因家族：基因組中存在的許多來源于同一個祖先，結構和功能相似的一組基同一

51、個祖先，結構和功能相似的一組基因。同一家族的這些基因的外顯子具有因。同一家族的這些基因的外顯子具有相關性，可在基因組內集中或分散分布。相關性，可在基因組內集中或分散分布。 基因簇：指基因家族中的各成員緊密成簇基因簇：指基因家族中的各成員緊密成簇排列成大串的重復單位，定于染色體的的排列成大串的重復單位，定于染色體的的特殊區(qū)域。特殊區(qū)域。l 可以是由重復產生的兩個相鄰相關基因所可以是由重復產生的兩個相鄰相關基因所組成。組成。l 可以幾百個相同基因串聯(lián)排列而成?？梢詭装賯€相同基因串聯(lián)排列而成。l 屬于同一個祖先的基因擴增產物。屬于同一個祖先的基因擴增產物。l 常常包括一些沒有生物功能的假基因。常常包

52、括一些沒有生物功能的假基因。 人血紅蛋白人血紅蛋白鏈基因簇：鏈基因簇：1 1個個基因，基因，2 2個個基因，一基因，一個個假基因和假基因和2 2個個假基因。假基因。鏈基因簇：有鏈基因簇：有5 5個功能性基因（個功能性基因（11，22，11和和11），），2 2個個假基因。假基因。 串聯(lián)重復基因簇串聯(lián)重復基因簇串聯(lián)重復基因出現(xiàn)在其產物被極度需要的情況下，串聯(lián)重復基因出現(xiàn)在其產物被極度需要的情況下，如組蛋白基因，如組蛋白基因，rRNArRNA基因和基因和tRNAtRNA基因?；?。 組蛋白基因組蛋白基因 編碼編碼H1/H2A/H2b/H3/H4五種組蛋白的基因彼此五種組蛋白的基因彼此靠近構成一個重

53、復單位，這樣的重復單位串聯(lián)在靠近構成一個重復單位，這樣的重復單位串聯(lián)在一起。一起。H1H4H2BH2AH3H1H4H2BH2AH3H1H4H2BH2AH3H1H4H2BH2AH3海膽海膽果蠅果蠅rRNA基因基因原核生物如大腸桿菌基因組中，原核生物如大腸桿菌基因組中，rRNArRNA基因一共是七基因一共是七套；在真核生物中套；在真核生物中rRNArRNA基因的重復次數(shù)更多。間隔基因的重復次數(shù)更多。間隔區(qū)由區(qū)由21-100bp21-100bp片段組成的類似衛(wèi)星片段組成的類似衛(wèi)星DNADNA的串聯(lián)重復的串聯(lián)重復順序。不同生物及同種生物的不同順序。不同生物及同種生物的不同rDNArDNA重復單位之重復

54、單位之間間隔區(qū)的長短相差甚大。間間隔區(qū)的長短相差甚大。 rRNA基因的排布具有成簇的特征；這種成簇有兩基因的排布具有成簇的特征；這種成簇有兩個層次：個層次：-在真核生物基因組中在真核生物基因組中18S和和28S以及以及5.8S是在是在同一轉錄單位中，同一轉錄單位中，5SrRNA是單獨轉錄的；低等是單獨轉錄的；低等的真核生物如酵母中，的真核生物如酵母中，5SrRNA也和也和16S，23SrRNA在同一轉錄單位中；在同一轉錄單位中； 在真核中，在真核中，rRNA的轉錄單位成簇排列，把這樣的轉錄單位成簇排列，把這樣的區(qū)域稱為的區(qū)域稱為rDNA，如染色體的核仁組織區(qū)，如染色體的核仁組織區(qū)（nucleo

55、lus organizer region）即為）即為rDNA區(qū)。區(qū)。 tRNA基因基因 tRNA基因也是串聯(lián)重復排列，但各重復單基因也是串聯(lián)重復排列，但各重復單位中的各位中的各tRNA可以不同?？梢圆煌?。 目前對于目前對于tRNA基因簇中各個基因是單獨轉基因簇中各個基因是單獨轉錄還是整個重復單位一起轉錄尚不清楚。錄還是整個重復單位一起轉錄尚不清楚。 假基因（假基因（pseudogene）：具有與功能基因相）：具有與功能基因相似的序列，但由于有許多突變以致失去了原似的序列，但由于有許多突變以致失去了原有的功能，所以假基因是沒有功能的基因，有的功能，所以假基因是沒有功能的基因，常用常用表示。表示。

56、 假基因的分類假基因的分類 功能基因累積突變型功能基因累積突變型 加工假基因加工假基因-基因組中與基因組中與RNA轉錄物相轉錄物相似的失活基因。最初是由似的失活基因。最初是由RNA的反轉錄的反轉錄物以某種隨機方式插入基因組中產生的。物以某種隨機方式插入基因組中產生的。 在假基因中完全缺少在相應的正?；蛑写嬖诩倩蛑型耆鄙僭谙鄳恼；蛑写嬖诘膬群禹樞?；在的內含子順序； 在假基因的在假基因的5末端有一段連貫的脫氧腺嘌呤末端有一段連貫的脫氧腺嘌呤核苷酸核苷酸; 有些假基因與相應的正常基因在順序組成上有些假基因與相應的正?；蛟陧樞蚪M成上的相似性只限于相應的的相似性只限于相應的mRNA的的3

57、末端之前末端之前的部分。的部分。 假基因的特點假基因的特點 假基因的來源假基因的來源 一般認為是由一般認為是由mRNA反轉錄成反轉錄成cDNA，然后整合在基因組中。假基，然后整合在基因組中。假基因同因同cDNA一樣沒有內含子序列，也沒有啟動基因轉錄的啟動子序列，一樣沒有內含子序列，也沒有啟動基因轉錄的啟動子序列，而在而在3端都有端都有mRNA分子特有的多聚腺苷分子特有的多聚腺苷poly(A)序列。序列。 由于假基因沒有生物學功能，所以不再受到進化的選擇壓力，因此由于假基因沒有生物學功能，所以不再受到進化的選擇壓力，因此在假基因中可以積累許多突變，并常常同時存在三種終止密碼子序列。在假基因中可以

58、積累許多突變，并常常同時存在三種終止密碼子序列。假基因是由功能基因演變而來，可以看作是進化的一種遺跡。但既然假假基因是由功能基因演變而來，可以看作是進化的一種遺跡。但既然假基因是沒有功能的，為什么仍然存在于基因組中呢基因是沒有功能的，為什么仍然存在于基因組中呢?而且有證據(jù)表明，而且有證據(jù)表明，有的假基因還會重復形成，如山羊的類有的假基因還會重復形成，如山羊的類-白基因的假基因白基因的假基因g#x和和gpz。這。這些都是有待深入研究的進化問題些都是有待深入研究的進化問題 A pseudogene is a gene copy that does not produce a functional,

59、 full-length protein. The human genome is estimated to contain up to 20,000 pseudogenes. Although much effort has been devoted to understanding the function of pseudogenes, their biological roles remain largely unknown. Here we report the role of an expressed pseudogene-regulation of messenger-RNA stability-in a transgene-insertion mouse mutant ex