第二章基因與基因組

GeneandGenome

.1第二章.1第一節(jié)基因的概念與結(jié)構(gòu)一、基因的概念

（一）基因概念的發(fā)展.2第一節(jié)基因的概念與結(jié)構(gòu)一、基因的概念.2（二）基因的概念

側(cè)翼序列：含有調(diào)控序列是編碼RNA或一條多肽鏈的DNA片段，包括：編碼序列：外顯子(exon)插入序列：內(nèi)含子(intron).3（二）基因的概念側(cè)翼序列：含有調(diào)控序列1.原核生物的結(jié)構(gòu)基因是

連續(xù)的（一）結(jié)構(gòu)基因

基因中編碼RNA或蛋白質(zhì)的DNA序列。二、基因的結(jié)構(gòu).41.原核生物的結(jié)構(gòu)基因是

連續(xù)的（一）結(jié)構(gòu)

真核生物結(jié)構(gòu)基因DNAmRNA前體編碼序列不連續(xù)，稱為斷裂基因（interruptedgene）RNA剪接2.由外顯子（編碼序列)和內(nèi)含子（非編碼序列)兩部分組成，intron

exon

成熟mRNA.5

5′

3′exon3exon1exon2GTAGGTAG真核基因中RNA剪接的識別信號內(nèi)含子的5′端以GT開始，

3′端以AG結(jié)束。GT-AG法則intron2intron13..6exon3exon1exon2GTAGG

5′3′exon3exon2exon1

intron1intron2(二)轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列

前導(dǎo)序列尾部序列編碼區(qū)側(cè)翼序列側(cè)翼序列結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)兩側(cè)的一段不被翻譯的DNA片段(側(cè)翼序列)，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控。.73′exon3exon2exon1intron1itayz

opstructural

gene1.原核生物基因的調(diào)控序列

promoter啟動子promoterterminator終止子terminatoroperator操縱元件operator.8tayzopstructuralgene1.原核生物基因2.真核生物基因的調(diào)控序列反式作用因子

trans-actingfactor

能識別和結(jié)合特定的順式作用元件,并影響基因轉(zhuǎn)錄的一類蛋白質(zhì)或RNA順式作用元件

cis-actingelement

能影響基因表達(dá)，但不編碼RNA和蛋白質(zhì)的DNA序列TATAAAATATTT

5′3′3′

5′順式作用元件.92.真核生物基因的調(diào)控序列反式作用因子

trans-actiTATA盒（TATABox）:

位于-25～-30bp，TATAAAA/TATATAT

與TFII結(jié)合，啟動基因轉(zhuǎn)錄。(1)．啟動子和上游啟動子元件-25+1-30（II類）.10TATA盒（TATABox）:

位于-25～-30bp-30-25+1-80-70CAAT盒（CAATBox）位于-70～-80bp，GGC/TCAATCT,與CTF結(jié)合，決定啟動子轉(zhuǎn)錄效率。.11-30+1-80-70CAAT盒（CAATBox）.11GC盒（GCBox）位于-35bp，GGCGG，與轉(zhuǎn)錄因子SP1結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的過程。－35-35+1

.12GC盒（GCBox）－35+1.12(2).增強(qiáng)子（enhancer）

CAATbox與轉(zhuǎn)錄因子特異性結(jié)合，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，在基因任意位置都有效、無方向性。TATAbox

enhancerpromoter

5′3′exonintron.13(2).增強(qiáng)子（enhancer）CAATbox5′--------AATAAA----------GT-------3′

DNA

mRNA

前體5′--------AAUAAA----------GU-------3′5′--------AAUAAA------AAAAAAAA3′多聚腺苷酸化mRNA(3).Poly(A)加尾信號Poly(A)聚合酶5′--------AAUAAA----------GU-------3′特異因子

含有II類啟動子的基因，基因末端保守的AATAAA順序及下游GT或T富含區(qū),被多聚腺苷酸化特異因子識別，在mRNA3′端加約200個(gè)A。.145′--------AATAAA----------GT

CAATboxTATAbox

Enhancerpromoter

調(diào)控序列調(diào)控序列真核生物基因的結(jié)構(gòu)exonexon非翻譯區(qū)：untranslatedregions，UTRUTRUTRPoly(A)加尾信號5′+1Stop3′結(jié)構(gòu)基因intronintronexonTGAATG開放閱讀框：openreadingframe，ORFresponseelement.15CAATboxTATAboxpromoter調(diào)三、中心法則

centraldogmaReplicationReplicationReverse

TranscriptionTranscriptionTranslationDNARNAProtein

.16三、中心法則

centraldogm(一)原核生物的mRNA是多順反子mRNAPromoterGene1Gene2Gene3TerminatorDNATranscriptionmRNA3′1235′TranslationProteins123

多順反子mRNA

(polycistronicmRNA):原核生物的一個(gè)mRNA分子帶有幾個(gè)

結(jié)構(gòu)基因的遺傳信息，利用共同的啟動

子及終止信號，組成操縱子的基因表達(dá)

調(diào)控單元。.17(一)原核生物的mRNA是多順反子mRNAPromoterTranslationTranscriptionmRNADNAProteinPromoterGene3′5′(二)單順反子mRNA(monocistronicmRNA):真核生物的一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mRNA。.18TranslationTranscriptionmRNADN基因組：一個(gè)細(xì)胞或病毒的全部

遺傳信息；

第二節(jié)基因組

一套完整的單倍體的遺傳物質(zhì)的總合；

含有一種生物的一整套遺

傳信息的遺傳物質(zhì)；…….19基因組：一個(gè)細(xì)胞或病毒的全部

C值（C-value）：單倍體基因組中的全部DNA量(bp)

106107108109

10101011顯花植物骨魚類哺乳類甲殼類爬行類鳥類藻類真菌革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌枝原體霉菌蠕蟲類軟體動物棘皮類昆蟲類軟骨魚類兩棲類.20C值（C-value）：單倍體基因組中的全部DNA量(bp)一、病毒基因組DNA病毒

RNA病毒

（一）基本結(jié)構(gòu)多數(shù)為雙鏈(ds)、環(huán)狀或線性多數(shù)為單鏈(ss)、線性.21一、病毒基因組DNA病毒（一）基本結(jié)構(gòu)多數(shù)為雙鏈(ds)（二）RNA病毒基因組類型特點(diǎn)代表種類.22（二）RNA病毒基因組類型.221.單股正鏈RNA病毒SARS冠狀病毒SARScoronavirus

包膜蛋白膜蛋白核衣殼蛋白刺突蛋白

病毒RNA聚合酶.231.單股正鏈RNA病毒SARS冠狀病毒SARScoron單股正鏈RNA、不分節(jié)段，5′端有甲基化帽，3′端有poly(A)結(jié)構(gòu)。脊髓灰質(zhì)炎病毒、鼻病毒、

多數(shù)RNA噬菌體、冠狀病毒.24單股正鏈RNA、不分節(jié)段，脊髓灰質(zhì)炎病毒、鼻病毒、..

禽流感病毒(H5N1)

avianinfluenzaAvirus2.單股負(fù)鏈RNA病毒8節(jié)段-ssRNA血凝素（HA）神經(jīng)氨酸酶（N).25.

禽流感病毒(H5N1)

aviani單股負(fù)鏈RNA、8節(jié)段，均編碼蛋白質(zhì)，

5′端由相同的13個(gè)核苷酸組成，3′端有12個(gè)保守的核苷酸序列。流感病毒、濾泡性口腔炎病毒、

狂犬病毒.26單股負(fù)鏈RNA、8節(jié)段，均編碼蛋白質(zhì)，

5′端由相同呼腸孤病毒reovirus3.雙鏈RNA病毒11節(jié)段dsRNA內(nèi)衣殼蛋白外衣殼蛋白.27呼腸孤病毒reovirus3.雙鏈RNA病毒11節(jié)段dsR正負(fù)雙鏈RNA，10－12節(jié)段、每段編碼一個(gè)蛋白質(zhì)呼腸孤病毒、輪狀病毒、

噬菌體Φ6.28正負(fù)雙鏈RNA，10－12節(jié)段、呼腸孤病毒、輪狀病毒、4.逆轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)核心蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶膜蛋白poly(A)Cap人類免疫缺陷病毒（HIV）.294.逆轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)核心蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶單股正鏈RNA，有三個(gè)基本的結(jié)構(gòu)

基因：gag、pol（逆轉(zhuǎn)錄酶）、env，

白血病病毒、肉瘤病毒、

人類免疫缺陷病毒

5′端有甲基化帽，3′端有poly(A)，

另有多個(gè)基因表達(dá)調(diào)控位點(diǎn)。.30單股正鏈RNA，有三個(gè)基本的結(jié)構(gòu).30（三）DNA病毒基因組類型特點(diǎn)代表種類.31（三）DNA病毒基因組類型.311.線性雙鏈DNA病毒早期蛋白（E）

晚期蛋白（L）

腺病毒adenovirusE1AE1BE3E4E2BE2A0102030405060708090100%L2L3L4L5L1ITRITRITR:反向末端重復(fù)序列.321.線性雙鏈DNA病毒早期蛋白（E）晚期蛋白（反向末端重復(fù)序列（invertedterminalrepeat，ITR）AT豐富區(qū)保守序列：ATAATATACCGC豐富區(qū)保守序列：GGGCGG,TGACGT在病毒復(fù)制過程有重要作用基因組：線性雙鏈DNA，編碼兩大類蛋白早期蛋白（E）、晚期蛋白（L）.33反向末端重復(fù)序列（invertedt乳頭瘤病毒papillomavirusURR2.雙鏈環(huán)狀DNA病毒衣殼蛋白DNA復(fù)制膜信號蛋白組裝與釋放中斷細(xì)胞生長周期上游調(diào)節(jié)區(qū)轉(zhuǎn)錄與復(fù)制.34乳頭瘤病毒papillomavirusURR2.雙鏈環(huán)基因組：雙鏈環(huán)狀DNA，可分為早期區(qū)（E）、晚期區(qū)（L）、上游調(diào)節(jié)區(qū)（upstreamregulatory

region,URR）

調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄與復(fù)制.35基因組：雙鏈環(huán)狀DNA，.353.單鏈環(huán)狀DNA病毒5387nt噬菌體phiX174基因重疊5387nt編碼2500AA1977，Sanger.363.單鏈環(huán)狀DNA病毒噬菌體phiX174基因重疊1977，乙型肝炎病毒（HBV）4.開環(huán)部分雙鏈DNA病毒聚合酶HBsAgHBcAg.37乙型肝炎病毒（HBV）4.開環(huán)部分雙鏈DNA病毒聚合酶H乙型肝炎病毒（HBV）逆轉(zhuǎn)錄酶HBsAgHBcAgHBeAg開環(huán)部分雙鏈DNA病毒.38乙型肝炎病毒（HBV）逆轉(zhuǎn)錄酶HBsAgHBcAgHBeAg二、原核生物基因組細(xì)菌染色體DNA質(zhì)粒DNA以大腸桿菌（Escherichiacoli）為例.39二、原核生物基因組細(xì)菌染色體DNA以大腸桿菌（Escheri類核（nucleoid）：細(xì)菌染色體在

細(xì)胞內(nèi)形成的一個(gè)致密區(qū)域大腸桿菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)nucleoid質(zhì)粒plasmid.40類核（nucleoid）：細(xì)菌染色體在

細(xì)胞內(nèi)大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)核心超螺旋DNA環(huán).41大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)核心超螺旋DNA環(huán).41（一）由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，

通常只有一個(gè)DNA復(fù)制起點(diǎn)。C-Value:4.6×106bp大腸桿菌染色體DNA大腸桿菌4000K3000K2000K1000K0OriCTerC.42（一）由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，

(二)結(jié)構(gòu)基因大多組成操縱子乳糖操縱子

lacoperontayz

opstructural

genepromoterterminatoroperator?-galactosidase半乳糖苷酶z?-galactosidepermease透酶y

?-galactosidetransacetylase

半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶a

.43(二)結(jié)構(gòu)基因大多組成操縱子乳糖操縱子lacopero多個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列，與上游共同的調(diào)控區(qū)和下游轉(zhuǎn)錄終止信號組成的基因表達(dá)單位。操縱子operon:.44多個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因操縱子operon:.44（三）其它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

C

值：4,639,221bp基因數(shù)：4288基因大?。?50bp/gene基因間隔：118bp/２gene1.基因密度非常高，編碼區(qū)在

基因組中所占比例大；2.結(jié)構(gòu)基因沒有內(nèi)含子，多為

單拷貝，rRNA基因?yàn)槎嗫截悾?.重復(fù)序列很少，重復(fù)片段為

轉(zhuǎn)座子；

50kb.45（三）其它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)C值：4,639,221bp1.基因4.有編碼同工酶的同基因（isogene）分支酸別構(gòu)酶ilvBNacetolactatesynthaseIilvIHacetolactatesynthaseIII乙酰乳酸合酶

entCisochorismatesynthaseentBisochorismatase.464.有編碼同工酶的同基因（isogene）分支酸別構(gòu)酶il5.不同的原核生物基因組的GC含量

（GCcontent）變化很大(25%-75%)EscherichiacoliMicrococcusluteus藤黃微球菌BacillussubtilisSerratiamarcescens枯草桿菌粘質(zhì)沙雷菌大腸桿菌%GC51

51

52

55

58

52

37

66

61

43

45

33

39

25

75

73

69Shigellaflexnerl志賀氏桿菌（痢疾）Salmonellatyphimurium鼠傷寒沙門菌Klebsiellapneumoniae肺炎克雷伯士氏桿菌Mycopiasmacapricolum支原體.475.不同的原核生物基因組的GC含量

（GCcontent（四）非編碼區(qū)主要是調(diào)控序列：復(fù)制起始區(qū)（OriC）復(fù)制終止區(qū)（TerC）轉(zhuǎn)錄起動區(qū)轉(zhuǎn)錄終止區(qū).48（四）非編碼區(qū)主要是調(diào)控序列：復(fù)制起始區(qū)（OriC）轉(zhuǎn)錄起動復(fù)制起始區(qū)（OriC）.49復(fù)制起始區(qū)（OriC）.49大腸桿菌強(qiáng)啟動子TTGACTATAAT

轉(zhuǎn)錄起始.50大腸桿菌強(qiáng)啟動子TTGACTATAATGA

CCGCCGCU

GGCGGCAUUUU-OH3’5’UUC

G

G5’…GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU…3’RNA5’…GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT…3’DNA終止子：強(qiáng)終止子：有反向重復(fù)順序，可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，其后面為poly(T)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄終止無需ρ因子。GC豐富區(qū)、AT豐富區(qū).51GCAUUUU-OH3’5’UUCGG5（五）具有轉(zhuǎn)座現(xiàn)象

BarbaraMcClintock

1902-1992轉(zhuǎn)座，或稱移位（transposition）：轉(zhuǎn)座因子在基因組不同位置間的移動。.52（五）具有轉(zhuǎn)座現(xiàn)象BarbaraMcClintock

1.轉(zhuǎn)座因子的類別

Is3

轉(zhuǎn)座酶(1)插入序列（insertionsequence,Is）

小于2000bp，只有轉(zhuǎn)座相關(guān)基因2kb.531.轉(zhuǎn)座因子的類別Is3轉(zhuǎn)座酶(1)插入序列Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10

轉(zhuǎn)座酶(2)轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）

2-20kb，常帶有抗性基因等其它基因氨芐青霉素抗性

四環(huán)素抗性2kb.54Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10轉(zhuǎn)座酶(2)轉(zhuǎn)座子（(3)Mu噬菌體（Mu）轉(zhuǎn)座酶頭尾部蛋白轉(zhuǎn)座酶結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)座酶

結(jié)合位點(diǎn)宿主DNA宿主DNA37kbAB.55(3)Mu噬菌體（Mu）轉(zhuǎn)座酶頭尾部蛋白轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)座酶

切離是轉(zhuǎn)座因子從原來位置上切除并轉(zhuǎn)移到基因組新的位置轉(zhuǎn)座是轉(zhuǎn)座因子復(fù)制出一個(gè)新拷貝轉(zhuǎn)移到基因組新的位置2.轉(zhuǎn)座因子的遺傳效應(yīng)供體DNA轉(zhuǎn)座子受體DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)座新的DNA切除和連接.56切離是轉(zhuǎn)座因子從原來位置上切除并轉(zhuǎn)移到基因組新的位置轉(zhuǎn)座是

transposonHostDNA

TargetsiteTACATGCACAGATGTACGTGTC

transposonTACATGCA

ATG

CAGTACGTGTC

轉(zhuǎn)座的結(jié)果使靶點(diǎn)序列倍增

transposonDirectRepeatsTACATGCA

ATGTACGTATGCACAG

TACGTGTC

促使染色體畸變

.57transposonHostDNA

Target共合體重組解離復(fù)制子1復(fù)制子2轉(zhuǎn)座子可以使供體和受體復(fù)制子融合，形成共合體，解離后釋放出兩個(gè)復(fù)制子，每一個(gè)都帶有一個(gè)轉(zhuǎn)座子?？尚纬晒埠象w轉(zhuǎn)座子融合.58共合體重組解離復(fù)制子1復(fù)制子2轉(zhuǎn)座子可以使供體和受體復(fù)轉(zhuǎn)座子

F

E

A

B

C

D復(fù)制插入轉(zhuǎn)座子新拷貝

F

E

A

B

C

D引起插入突變

基因F被隔斷而失去功能

.59轉(zhuǎn)座子FEABCD復(fù)制轉(zhuǎn)座子新拷貝FE攜帶標(biāo)志基因使受體增添新基因Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10

轉(zhuǎn)座酶氨芐青霉素抗性

四環(huán)素抗性.60攜帶標(biāo)志基因使受體增添新基因Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10（六）質(zhì)粒（plasmid）

質(zhì)粒是存在于細(xì)菌染色體外的，具有自主復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子；大小為2-3kb。.61（六）質(zhì)粒（plasmid）質(zhì)粒是存在于細(xì)菌染色體外的質(zhì)粒的特性在宿主細(xì)胞內(nèi)可自主復(fù)制；所攜帶的遺傳信息能賦予宿主特

定的遺傳性狀；細(xì)胞分裂時(shí)恒定地傳給子代；質(zhì)?？梢赞D(zhuǎn)移。.62質(zhì)粒的特性在宿主細(xì)胞內(nèi)可自主復(fù)制；所攜帶的遺傳信息能賦予三真核生物基因組染色體DNA線粒體DNA.63三真核生物基因組染色體DNA線粒體DNA.63人類基因組染色體（一）染色體DNA的組成核小體.64人類基因組染色體（一）染色體DNA的組成核小體.641.單一序列DNA

（uniquesequenceDNA）單一序列在人類基因組中大于50％。結(jié)構(gòu)基因主要存在于單一序列中。單拷貝DNA(singlecopyDNA).651.單一序列DNA

（uniquesequenceDN2.高度重復(fù)序列DNA（highlyrepetitiveDNA）衛(wèi)星DNA（satelliteDNA）反向重復(fù)序列（invertedrepeats)重復(fù)次數(shù)>106次.662.高度重復(fù)序列DNA衛(wèi)星DNA（satelliteD

（1）

衛(wèi)星DNA存在于非編碼區(qū)的串聯(lián)重復(fù)序列，

在基因組中約占5％。主帶光密度衛(wèi)星DNA.67（1）衛(wèi)星DNA主帶衛(wèi)星DNA.67a.大衛(wèi)星（macro-satellite）DNA：重復(fù)單位5-10bp，其在人群中多態(tài)性不顯著。

光密度260nm果蠅基因組.68a.大衛(wèi)星（macro-satellite）DNA：光密度b.小衛(wèi)星（minisatellite）

DNA：重復(fù)單位9-24bp，呈高度多態(tài)性?？勺償?shù)目串聯(lián)重復(fù)序列（variable

numberoftandemrepeat,VNTR）端粒DNA：（TTAGGG）n，2-20kb，

染色體復(fù)制，末端保護(hù)。核心序列GGGCAGGAXG；.69b.小衛(wèi)星（minisatellite）DNA：可變數(shù)目c.微衛(wèi)星DNA

(macro-satelliteDNA)短串聯(lián)重復(fù)(shorttandemrepeat,STR)重復(fù)單位2-6bp，常見為(AC)n和(TG)n，重復(fù)次數(shù)10-60次，總長度小于150bp，高度多態(tài)性，可作遺傳標(biāo)記。.70c.微衛(wèi)星DNA(macro-satelliteDNA（2）.反向重復(fù)序列5`AAACCACCGCTGGTAGCGGTGGTTT3`

3`TTTGGTGGCGACCATCGCCACCAAA5`5`AAACCACCGCTAGCGGTGGTTT3`3`TTTGGTGGCGATCGCCACCAAA5`回文結(jié)構(gòu)兩個(gè)順序列相同的拷貝在DNA鏈上呈反向排列。在基因組中約占5％，常見于基因調(diào)控區(qū)。.71（2）.反向重復(fù)序列5`AAACCACCGCTGGTAGC3.中度重復(fù)序列:tRNA、rRNA組蛋白、免疫球蛋白可能與基因調(diào)控相關(guān)序列重復(fù)次數(shù)10-105，約占基因組的35％.723.中度重復(fù)序列:tRNA、rRNA可能與基因調(diào)控相關(guān)序列重Alu家族：有AluⅠ酶切位點(diǎn)（AG/CT）而得名。重復(fù)單位約300bp，

由兩個(gè)130bp重復(fù)序列及31bp間隔序

列組成；重復(fù)30-50萬次，散在分布；

靈長類特有。.73Alu家族：有AluⅠ酶切位點(diǎn)（AG/CT）而得名。等位型1等位型2（二）基因組序列多態(tài)性兩個(gè)同源DNA序列中同一堿基位置含有不同的核苷酸。1.單核苷酸多態(tài)性（single

nucleotidepolymorphism,SNP）.74等位型1等位型2（二）基因組序列多態(tài)性兩個(gè)同源DNA2.限制性片段長度多態(tài)性

（restrictionfragmentlength

polymorphism）↓↓DNA1-1↓DNA1-2用一種限制性內(nèi)切酶消化不同個(gè)體的同一段DNA時(shí)，由于堿基組成的變化而改變限制性內(nèi)切酶識別位點(diǎn)，從而會產(chǎn)生長度不同的DNA片段。.752.限制性片段長度多態(tài)性

（restriction(三)多基因家族（multigenefamily）

1.基因超家族（supergenefamily）由多基因家族及單基因組成，成員間有不同程度的同源，但它們的功能不一定相同。是指一組有類似功能，核苷酸序列又有同源性的基因。.76(三)多基因家族（multigenefamily）2.核酸序列相同：組蛋白基因家族多拷貝基因形成的基因簇，

rRNA、tRNA、組蛋白基因家族。非洲爪蟾的5SRNA基因結(jié)構(gòu)5SRNA基因非轉(zhuǎn)錄空隔區(qū).772.核酸序列相同：組蛋白基因家族3.核酸序列高度同源生長激素（GH）與絨毛膜生長催乳激素（CS）

氨基酸序列比對217.783.核酸序列高度同源生長激素（GH）與絨毛膜生長催乳激素（C4.編碼產(chǎn)物的功能或功能區(qū)相同.794.編碼產(chǎn)物的功能或功能區(qū)相同.79(四)假基因（pseudogene,Ψ）GA21Alu10kb珠蛋白基因簇中的假基因

與有功能的基因相似，不表達(dá)基因產(chǎn)物的基因。.80(四)假基因（pseudogene,Ψ）.81.81.82.82

第二章基因與基因組

GeneandGenome

.83第二章.1第一節(jié)基因的概念與結(jié)構(gòu)一、基因的概念

（一）基因概念的發(fā)展.84第一節(jié)基因的概念與結(jié)構(gòu)一、基因的概念.2（二）基因的概念

側(cè)翼序列：含有調(diào)控序列是編碼RNA或一條多肽鏈的DNA片段，包括：編碼序列：外顯子(exon)插入序列：內(nèi)含子(intron).85（二）基因的概念側(cè)翼序列：含有調(diào)控序列1.原核生物的結(jié)構(gòu)基因是

連續(xù)的（一）結(jié)構(gòu)基因

基因中編碼RNA或蛋白質(zhì)的DNA序列。二、基因的結(jié)構(gòu).861.原核生物的結(jié)構(gòu)基因是

連續(xù)的（一）結(jié)構(gòu)

真核生物結(jié)構(gòu)基因DNAmRNA前體編碼序列不連續(xù)，稱為斷裂基因（interruptedgene）RNA剪接2.由外顯子（編碼序列)和內(nèi)含子（非編碼序列)兩部分組成，intron

exon

成熟mRNA.87

5′

3′exon3exon1exon2GTAGGTAG真核基因中RNA剪接的識別信號內(nèi)含子的5′端以GT開始，

3′端以AG結(jié)束。GT-AG法則intron2intron13..88exon3exon1exon2GTAGG

5′3′exon3exon2exon1

intron1intron2(二)轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列

前導(dǎo)序列尾部序列編碼區(qū)側(cè)翼序列側(cè)翼序列結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)兩側(cè)的一段不被翻譯的DNA片段(側(cè)翼序列)，參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控。.893′exon3exon2exon1intron1itayz

opstructural

gene1.原核生物基因的調(diào)控序列

promoter啟動子promoterterminator終止子terminatoroperator操縱元件operator.90tayzopstructuralgene1.原核生物基因2.真核生物基因的調(diào)控序列反式作用因子

trans-actingfactor

能識別和結(jié)合特定的順式作用元件,并影響基因轉(zhuǎn)錄的一類蛋白質(zhì)或RNA順式作用元件

cis-actingelement

能影響基因表達(dá)，但不編碼RNA和蛋白質(zhì)的DNA序列TATAAAATATTT

5′3′3′

5′順式作用元件.912.真核生物基因的調(diào)控序列反式作用因子

trans-actiTATA盒（TATABox）:

位于-25～-30bp，TATAAAA/TATATAT

與TFII結(jié)合，啟動基因轉(zhuǎn)錄。(1)．啟動子和上游啟動子元件-25+1-30（II類）.92TATA盒（TATABox）:

位于-25～-30bp-30-25+1-80-70CAAT盒（CAATBox）位于-70～-80bp，GGC/TCAATCT,與CTF結(jié)合，決定啟動子轉(zhuǎn)錄效率。.93-30+1-80-70CAAT盒（CAATBox）.11GC盒（GCBox）位于-35bp，GGCGG，與轉(zhuǎn)錄因子SP1結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的過程。－35-35+1

.94GC盒（GCBox）－35+1.12(2).增強(qiáng)子（enhancer）

CAATbox與轉(zhuǎn)錄因子特異性結(jié)合，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，在基因任意位置都有效、無方向性。TATAbox

enhancerpromoter

5′3′exonintron.95(2).增強(qiáng)子（enhancer）CAATbox5′--------AATAAA----------GT-------3′

DNA

mRNA

前體5′--------AAUAAA----------GU-------3′5′--------AAUAAA------AAAAAAAA3′多聚腺苷酸化mRNA(3).Poly(A)加尾信號Poly(A)聚合酶5′--------AAUAAA----------GU-------3′特異因子

含有II類啟動子的基因，基因末端保守的AATAAA順序及下游GT或T富含區(qū),被多聚腺苷酸化特異因子識別，在mRNA3′端加約200個(gè)A。.965′--------AATAAA----------GT

CAATboxTATAbox

Enhancerpromoter

調(diào)控序列調(diào)控序列真核生物基因的結(jié)構(gòu)exonexon非翻譯區(qū)：untranslatedregions，UTRUTRUTRPoly(A)加尾信號5′+1Stop3′結(jié)構(gòu)基因intronintronexonTGAATG開放閱讀框：openreadingframe，ORFresponseelement.97CAATboxTATAboxpromoter調(diào)三、中心法則

centraldogmaReplicationReplicationReverse

TranscriptionTranscriptionTranslationDNARNAProtein

.98三、中心法則

centraldogm(一)原核生物的mRNA是多順反子mRNAPromoterGene1Gene2Gene3TerminatorDNATranscriptionmRNA3′1235′TranslationProteins123

多順反子mRNA

(polycistronicmRNA):原核生物的一個(gè)mRNA分子帶有幾個(gè)

結(jié)構(gòu)基因的遺傳信息，利用共同的啟動

子及終止信號，組成操縱子的基因表達(dá)

調(diào)控單元。.99(一)原核生物的mRNA是多順反子mRNAPromoterTranslationTranscriptionmRNADNAProteinPromoterGene3′5′(二)單順反子mRNA(monocistronicmRNA):真核生物的一個(gè)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個(gè)mRNA。.100TranslationTranscriptionmRNADN基因組：一個(gè)細(xì)胞或病毒的全部

遺傳信息；

第二節(jié)基因組

一套完整的單倍體的遺傳物質(zhì)的總合；

含有一種生物的一整套遺

傳信息的遺傳物質(zhì)；…….101基因組：一個(gè)細(xì)胞或病毒的全部

C值（C-value）：單倍體基因組中的全部DNA量(bp)

106107108109

10101011顯花植物骨魚類哺乳類甲殼類爬行類鳥類藻類真菌革蘭氏陽性菌革蘭氏陰性菌枝原體霉菌蠕蟲類軟體動物棘皮類昆蟲類軟骨魚類兩棲類.102C值（C-value）：單倍體基因組中的全部DNA量(bp)一、病毒基因組DNA病毒

RNA病毒

（一）基本結(jié)構(gòu)多數(shù)為雙鏈(ds)、環(huán)狀或線性多數(shù)為單鏈(ss)、線性.103一、病毒基因組DNA病毒（一）基本結(jié)構(gòu)多數(shù)為雙鏈(ds)（二）RNA病毒基因組類型特點(diǎn)代表種類.104（二）RNA病毒基因組類型.221.單股正鏈RNA病毒SARS冠狀病毒SARScoronavirus

包膜蛋白膜蛋白核衣殼蛋白刺突蛋白

病毒RNA聚合酶.1051.單股正鏈RNA病毒SARS冠狀病毒SARScoron單股正鏈RNA、不分節(jié)段，5′端有甲基化帽，3′端有poly(A)結(jié)構(gòu)。脊髓灰質(zhì)炎病毒、鼻病毒、

多數(shù)RNA噬菌體、冠狀病毒.106單股正鏈RNA、不分節(jié)段，脊髓灰質(zhì)炎病毒、鼻病毒、..

禽流感病毒(H5N1)

avianinfluenzaAvirus2.單股負(fù)鏈RNA病毒8節(jié)段-ssRNA血凝素（HA）神經(jīng)氨酸酶（N).107.

禽流感病毒(H5N1)

aviani單股負(fù)鏈RNA、8節(jié)段，均編碼蛋白質(zhì)，

5′端由相同的13個(gè)核苷酸組成，3′端有12個(gè)保守的核苷酸序列。流感病毒、濾泡性口腔炎病毒、

狂犬病毒.108單股負(fù)鏈RNA、8節(jié)段，均編碼蛋白質(zhì)，

5′端由相同呼腸孤病毒reovirus3.雙鏈RNA病毒11節(jié)段dsRNA內(nèi)衣殼蛋白外衣殼蛋白.109呼腸孤病毒reovirus3.雙鏈RNA病毒11節(jié)段dsR正負(fù)雙鏈RNA，10－12節(jié)段、每段編碼一個(gè)蛋白質(zhì)呼腸孤病毒、輪狀病毒、

噬菌體Φ6.110正負(fù)雙鏈RNA，10－12節(jié)段、呼腸孤病毒、輪狀病毒、4.逆轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)核心蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶膜蛋白poly(A)Cap人類免疫缺陷病毒（HIV）.1114.逆轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)核心蛋白逆轉(zhuǎn)錄酶單股正鏈RNA，有三個(gè)基本的結(jié)構(gòu)

基因：gag、pol（逆轉(zhuǎn)錄酶）、env，

白血病病毒、肉瘤病毒、

人類免疫缺陷病毒

5′端有甲基化帽，3′端有poly(A)，

另有多個(gè)基因表達(dá)調(diào)控位點(diǎn)。.112單股正鏈RNA，有三個(gè)基本的結(jié)構(gòu).30（三）DNA病毒基因組類型特點(diǎn)代表種類.113（三）DNA病毒基因組類型.311.線性雙鏈DNA病毒早期蛋白（E）

晚期蛋白（L）

腺病毒adenovirusE1AE1BE3E4E2BE2A0102030405060708090100%L2L3L4L5L1ITRITRITR:反向末端重復(fù)序列.1141.線性雙鏈DNA病毒早期蛋白（E）晚期蛋白（反向末端重復(fù)序列（invertedterminalrepeat，ITR）AT豐富區(qū)保守序列：ATAATATACCGC豐富區(qū)保守序列：GGGCGG,TGACGT在病毒復(fù)制過程有重要作用基因組：線性雙鏈DNA，編碼兩大類蛋白早期蛋白（E）、晚期蛋白（L）.115反向末端重復(fù)序列（invertedt乳頭瘤病毒papillomavirusURR2.雙鏈環(huán)狀DNA病毒衣殼蛋白DNA復(fù)制膜信號蛋白組裝與釋放中斷細(xì)胞生長周期上游調(diào)節(jié)區(qū)轉(zhuǎn)錄與復(fù)制.116乳頭瘤病毒papillomavirusURR2.雙鏈環(huán)基因組：雙鏈環(huán)狀DNA，可分為早期區(qū)（E）、晚期區(qū)（L）、上游調(diào)節(jié)區(qū)（upstreamregulatory

region,URR）

調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄與復(fù)制.117基因組：雙鏈環(huán)狀DNA，.353.單鏈環(huán)狀DNA病毒5387nt噬菌體phiX174基因重疊5387nt編碼2500AA1977，Sanger.1183.單鏈環(huán)狀DNA病毒噬菌體phiX174基因重疊1977，乙型肝炎病毒（HBV）4.開環(huán)部分雙鏈DNA病毒聚合酶HBsAgHBcAg.119乙型肝炎病毒（HBV）4.開環(huán)部分雙鏈DNA病毒聚合酶H乙型肝炎病毒（HBV）逆轉(zhuǎn)錄酶HBsAgHBcAgHBeAg開環(huán)部分雙鏈DNA病毒.120乙型肝炎病毒（HBV）逆轉(zhuǎn)錄酶HBsAgHBcAgHBeAg二、原核生物基因組細(xì)菌染色體DNA質(zhì)粒DNA以大腸桿菌（Escherichiacoli）為例.121二、原核生物基因組細(xì)菌染色體DNA以大腸桿菌（Escheri類核（nucleoid）：細(xì)菌染色體在

細(xì)胞內(nèi)形成的一個(gè)致密區(qū)域大腸桿菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)nucleoid質(zhì)粒plasmid.122類核（nucleoid）：細(xì)菌染色體在

細(xì)胞內(nèi)大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)核心超螺旋DNA環(huán).123大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)核心超螺旋DNA環(huán).41（一）由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，

通常只有一個(gè)DNA復(fù)制起點(diǎn)。C-Value:4.6×106bp大腸桿菌染色體DNA大腸桿菌4000K3000K2000K1000K0OriCTerC.124（一）由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，

(二)結(jié)構(gòu)基因大多組成操縱子乳糖操縱子

lacoperontayz

opstructural

genepromoterterminatoroperator?-galactosidase半乳糖苷酶z?-galactosidepermease透酶y

?-galactosidetransacetylase

半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶a

.125(二)結(jié)構(gòu)基因大多組成操縱子乳糖操縱子lacopero多個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列，與上游共同的調(diào)控區(qū)和下游轉(zhuǎn)錄終止信號組成的基因表達(dá)單位。操縱子operon:.126多個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因操縱子operon:.44（三）其它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

C

值：4,639,221bp基因數(shù)：4288基因大?。?50bp/gene基因間隔：118bp/２gene1.基因密度非常高，編碼區(qū)在

基因組中所占比例大；2.結(jié)構(gòu)基因沒有內(nèi)含子，多為

單拷貝，rRNA基因?yàn)槎嗫截悾?.重復(fù)序列很少，重復(fù)片段為

轉(zhuǎn)座子；

50kb.127（三）其它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)C值：4,639,221bp1.基因4.有編碼同工酶的同基因（isogene）分支酸別構(gòu)酶ilvBNacetolactatesynthaseIilvIHacetolactatesynthaseIII乙酰乳酸合酶

entCisochorismatesynthaseentBisochorismatase.1284.有編碼同工酶的同基因（isogene）分支酸別構(gòu)酶il5.不同的原核生物基因組的GC含量

（GCcontent）變化很大(25%-75%)EscherichiacoliMicrococcusluteus藤黃微球菌BacillussubtilisSerratiamarcescens枯草桿菌粘質(zhì)沙雷菌大腸桿菌%GC51

51

52

55

58

52

37

66

61

43

45

33

39

25

75

73

69Shigellaflexnerl志賀氏桿菌（痢疾）Salmonellatyphimurium鼠傷寒沙門菌Klebsiellapneumoniae肺炎克雷伯士氏桿菌Mycopiasmacapricolum支原體.1295.不同的原核生物基因組的GC含量

（GCcontent（四）非編碼區(qū)主要是調(diào)控序列：復(fù)制起始區(qū)（OriC）復(fù)制終止區(qū)（TerC）轉(zhuǎn)錄起動區(qū)轉(zhuǎn)錄終止區(qū).130（四）非編碼區(qū)主要是調(diào)控序列：復(fù)制起始區(qū)（OriC）轉(zhuǎn)錄起動復(fù)制起始區(qū)（OriC）.131復(fù)制起始區(qū)（OriC）.49大腸桿菌強(qiáng)啟動子TTGACTATAAT

轉(zhuǎn)錄起始.132大腸桿菌強(qiáng)啟動子TTGACTATAATGA

CCGCCGCU

GGCGGCAUUUU-OH3’5’UUC

G

G5’…GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU…3’RNA5’…GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT…3’DNA終止子：強(qiáng)終止子：有反向重復(fù)順序，可形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，其后面為poly(T)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄終止無需ρ因子。GC豐富區(qū)、AT豐富區(qū).133GCAUUUU-OH3’5’UUCGG5（五）具有轉(zhuǎn)座現(xiàn)象

BarbaraMcClintock

1902-1992轉(zhuǎn)座，或稱移位（transposition）：轉(zhuǎn)座因子在基因組不同位置間的移動。.134（五）具有轉(zhuǎn)座現(xiàn)象BarbaraMcClintock

1.轉(zhuǎn)座因子的類別

Is3

轉(zhuǎn)座酶(1)插入序列（insertionsequence,Is）

小于2000bp，只有轉(zhuǎn)座相關(guān)基因2kb.1351.轉(zhuǎn)座因子的類別Is3轉(zhuǎn)座酶(1)插入序列Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10

轉(zhuǎn)座酶(2)轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）

2-20kb，常帶有抗性基因等其它基因氨芐青霉素抗性

四環(huán)素抗性2kb.136Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10轉(zhuǎn)座酶(2)轉(zhuǎn)座子（(3)Mu噬菌體（Mu）轉(zhuǎn)座酶頭尾部蛋白轉(zhuǎn)座酶結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)座酶

結(jié)合位點(diǎn)宿主DNA宿主DNA37kbAB.137(3)Mu噬菌體（Mu）轉(zhuǎn)座酶頭尾部蛋白轉(zhuǎn)座酶轉(zhuǎn)座酶

切離是轉(zhuǎn)座因子從原來位置上切除并轉(zhuǎn)移到基因組新的位置轉(zhuǎn)座是轉(zhuǎn)座因子復(fù)制出一個(gè)新拷貝轉(zhuǎn)移到基因組新的位置2.轉(zhuǎn)座因子的遺傳效應(yīng)供體DNA轉(zhuǎn)座子受體DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)座新的DNA切除和連接.138切離是轉(zhuǎn)座因子從原來位置上切除并轉(zhuǎn)移到基因組新的位置轉(zhuǎn)座是

transposonHostDNA

TargetsiteTACATGCACAGATGTACGTGTC

transposonTACATGCA

ATG

CAGTACGTGTC

轉(zhuǎn)座的結(jié)果使靶點(diǎn)序列倍增

transposonDirectRepeatsTACATGCA

ATGTACGTATGCACAG

TACGTGTC

促使染色體畸變

.139transposonHostDNA

Target共合體重組解離復(fù)制子1復(fù)制子2轉(zhuǎn)座子可以使供體和受體復(fù)制子融合，形成共合體，解離后釋放出兩個(gè)復(fù)制子，每一個(gè)都帶有一個(gè)轉(zhuǎn)座子?？尚纬晒埠象w轉(zhuǎn)座子融合.140共合體重組解離復(fù)制子1復(fù)制子2轉(zhuǎn)座子可以使供體和受體復(fù)轉(zhuǎn)座子

F

E

A

B

C

D復(fù)制插入轉(zhuǎn)座子新拷貝

F

E

A

B

C

D引起插入突變

基因F被隔斷而失去功能

.141轉(zhuǎn)座子FEABCD復(fù)制轉(zhuǎn)座子新拷貝FE攜帶標(biāo)志基因使受體增添新基因Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10

轉(zhuǎn)座酶氨芐青霉素抗性

四環(huán)素抗性.142攜帶標(biāo)志基因使受體增添新基因Tn3轉(zhuǎn)座酶Tn10（六）質(zhì)粒（plasmid）

質(zhì)粒是存在于細(xì)菌染色體外的，具有自主復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子；大小為2-3kb。.143（六）質(zhì)粒（plasmid）質(zhì)粒是存在于細(xì)菌染色體外的質(zhì)粒的特性在宿主細(xì)胞內(nèi)可自主復(fù)制；所攜帶的遺傳信息能賦予宿主特

定的遺傳性狀；細(xì)胞分裂時(shí)恒定地傳給子代；質(zhì)粒可以轉(zhuǎn)移。.144質(zhì)粒的特性在宿主細(xì)胞內(nèi)可自主復(fù)制；所攜帶的遺傳信息能賦予三真核生物基因組染色體DNA線粒體DNA.145三真核生物基因組染色體DNA線粒體DNA.63人類基因組染色體（一）染色體DNA的組成核小體.146人類基因組染色體（一）染色體DNA的組成核小體.641.單一序列DNA

（uniquesequenceDNA）單一序列在人類基因組中大于50％。結(jié)構(gòu)基因主