第五篇遺傳與進(jìn)化第17章——遺傳物質(zhì)的功能單位制作：呂夢(mèng)春2015年11月25日遺傳學(xué)概述遺傳學(xué)是一門(mén)涉及生命起源和生物進(jìn)化的理論科學(xué)，同時(shí)也是一門(mén)密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)科學(xué)。遺傳學(xué)研究生物遺傳和變異的科學(xué)；是研究生物體遺傳信息和表達(dá)規(guī)律的科學(xué)；是研究和了解遺傳物質(zhì)本質(zhì)的科學(xué)。 緒論

狹義定義

遺傳：子代和親代、子代和子代個(gè)體之間的相似性。變異：子代和親代、子代和子代個(gè)體之間的差異。廣義定義

遺傳：同種個(gè)體之間的相似性。變異：同種個(gè)體之間的差異。遺傳與變異的關(guān)系？2023/2/54/23 遺傳學(xué)研究的任務(wù)a、遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)：b、遺傳物質(zhì)的傳遞：c、遺傳物質(zhì)的表達(dá)：2023/2/55/23遺傳學(xué)：

是研究一切生物遺傳和變異的科學(xué)。闡明生物遺傳和變異的現(xiàn)象及其表現(xiàn)的規(guī)律；自我復(fù)制；能儲(chǔ)存遺傳信息；能表達(dá)遺傳信息；可由突變產(chǎn)生變異。理論上，遺傳物質(zhì)必須具備四個(gè)條件：第一節(jié)、遺傳物質(zhì)是核酸第一節(jié)、遺傳物質(zhì)是核酸間接證據(jù)四個(gè)1）含量：DNA含量相對(duì)恒定。2）代謝：不受生物體的營(yíng)養(yǎng)條件、年齡等因素的影響；3）突變：一些物理和化學(xué)因素可以引起生物體遺傳特性的改變。4）分布：DNA是所有生物染色體所共有：噬菌體、病毒、植物、人類(lèi)等。2023/2/57/23直接證據(jù)1）格里費(fèi)斯肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2）艾弗里體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)3）赫爾斯和蔡森的噬菌體侵染與繁殖實(shí)驗(yàn)

（32P35S）結(jié)論：DNA是絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)。2023/2/58/23RNA病毒：TMV，SARS，HIV，大多數(shù)流感病毒（如禽流感病毒、H5N1等）1956年A.Gierer和G.Schraman發(fā)現(xiàn)：煙草花葉病毒（TMV），其遺傳物質(zhì)是RNA。1957年美國(guó)的HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre用重建實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一結(jié)論。結(jié)論：在不含DNA的某些病毒（TMV）中，RNA就是遺傳物質(zhì)。第一節(jié)遺傳物質(zhì)是核酸一、遺傳物質(zhì)是DNA的直接證據(jù)1928年，Griffith

肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)

二.Hershey-Chase的噬菌體實(shí)驗(yàn)第二節(jié)基因概念的發(fā)展一、孟德?tīng)柕倪z傳因子——現(xiàn)代遺傳學(xué)之父二、薩頓和博偉里建立“遺傳因

子位于染色體上”的假說(shuō)三、約翰遜（Johannsen）稱遺傳因子為基因（gene），此外，還創(chuàng)立了基因型和表型的概念?；蚴沁z傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和重組的單位，一個(gè)基因是不能被分割的最小單位；基因是控制性狀的功能單位，能產(chǎn)生相應(yīng)的表型，基因是突變的單位，他可以通過(guò)突變形成另一個(gè)等位基因；基因位于染色體上，呈線性排列。四、摩爾根創(chuàng)立的“三位一體”的基因假說(shuō)（P752頁(yè)）四、摩爾根創(chuàng)立的“三位一體”的基因假說(shuō)

基因是決定性狀的最小單位、突變的最小單位和重組的最小單位。這種“功能、交換、突變”三位一體的基因假說(shuō)就是經(jīng)典遺傳學(xué)的基因概念。此外他們還得出了連鎖互換定律（詳見(jiàn)18.1），該定律與分離定律、自由組合定律共稱遺傳學(xué)三大基本定律。五、比德?tīng)枺˙eadler）與其同事系統(tǒng)地研究了生化合成與基因的關(guān)系，提出了“一個(gè)基因一個(gè)酶”的理論，證明基因通過(guò)它所控制的酶決定著生物代謝中的生化反應(yīng)步驟，進(jìn)而決定著遺傳性狀。六、艾弗里（Avery）等人的細(xì)菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)有力地證明了遺傳物質(zhì)為DNA，而不是蛋白質(zhì)，基因位于DNA上。七、本澤爾證實(shí)了基因是一個(gè)功能單位，而不是結(jié)構(gòu)上的最小單位，提出了順?lè)醋訉W(xué)說(shuō)：①順?lè)醋樱阂欢蜠NA序列（病毒中為一段RNA序列），能夠編碼一種多肽的所需要的最短的DNA片段，是遺傳的功能單位，即：一個(gè)順?lè)醋泳褪且粋€(gè)基因，②突變子：指基因中發(fā)生突變后能產(chǎn)生表型效應(yīng)的遺傳物質(zhì)的最小單位，它可以是一個(gè)或多個(gè)核苷酸。③重組子：順?lè)醋又心芡ㄟ^(guò)交換重組改變表型的最小單位，它在結(jié)構(gòu)上不能通過(guò)交換而分開(kāi)。一個(gè)基因不是一個(gè)突變單位，也不是一個(gè)重組單位，僅是一個(gè)功能單位，基因內(nèi)部的一個(gè)或者若干個(gè)脫氧核苷酸對(duì)才是重組單位或突變單位。即：一個(gè)順?lè)醋影鄠€(gè)的突變子和重組子。九、超基因、假基因和擬基因的發(fā)現(xiàn)1.超基因：也稱基因簇，作用于一種性狀或一系列相關(guān)性狀的幾個(gè)緊密連鎖在同一條染色體上的一組基因。超基因中不同基因之間沒(méi)有調(diào)控的關(guān)系。分為簡(jiǎn)單多基因家族和復(fù)雜多基因家族。2.假基因：具有與功能基因相似的序列，但由于有許多突變而失去了功能，是沒(méi)有功能的基因。3.擬基因：不包含有用的生物信息的基因。八、雅各布（Jacob）和莫諾建立基因表達(dá)調(diào)控的操縱子（operon）模型超基因如人類(lèi)組織相容性抗原復(fù)合體HLA，稱為人類(lèi)白細(xì)胞抗原（humanleucocyteantigen，HLA）。HLA復(fù)合體位于第6號(hào)染色體短臂上大約4000kb范圍內(nèi)，由一群密切連鎖的基因組成。HLA復(fù)合體是迄今已知的人體最復(fù)雜的基因體系。從著絲點(diǎn)一側(cè)起依次為Ⅱ類(lèi)基因、Ⅲ類(lèi)基因和Ⅰ類(lèi)基因區(qū)域所在。1961年開(kāi)始，美國(guó)生化學(xué)家尼倫伯格（Nirenberg）和馬太破譯了第一個(gè)遺傳密碼。三聯(lián)體密碼的破譯、中心法則的建立以及蛋白質(zhì)和核酸的人工合成，基因內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)的揭示，基因活動(dòng)的調(diào)節(jié)和控制原理的發(fā)現(xiàn)，突變分子基礎(chǔ)的闡明等，使遺傳學(xué)的發(fā)展走在了生物科學(xué)的前列。十、現(xiàn)代基因的概念及特點(diǎn)1.概念：是DNA分子（RNA病毒是RNA）上具有遺傳效應(yīng)的片段和功能單位。2.特點(diǎn)：見(jiàn)“754-755”（1）基因呈雙螺旋結(jié)構(gòu)并隨DNA的復(fù)制而復(fù)制（2）基因間一般不重疊（3）真核基因的主要載體是染色體（4）極少數(shù)基因是可移動(dòng)的——

轉(zhuǎn)座子（5）基因是一個(gè)功能單位，但不是結(jié)構(gòu)單位（6）割裂基因和連續(xù)基因是否含內(nèi)含子？（7）基因轉(zhuǎn)錄的mRNA具有相同的起始密碼和終止密碼一、原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游啟動(dòng)子終止子非編碼區(qū)不能轉(zhuǎn)錄為信使RNA，不能編碼蛋白質(zhì);但有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列,最重要的位于編碼區(qū)上游的RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn).第三節(jié)基因的結(jié)構(gòu)一、原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游與RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)子終止子RNA聚合酶能夠識(shí)別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn)，并與其結(jié)合。轉(zhuǎn)錄開(kāi)始后，RNA聚合酶沿DNA分子移動(dòng)，并與DNA分子的一條鏈為模板合成RNA。轉(zhuǎn)錄完畢后，RNA鏈釋放出來(lái)，緊接著RNA聚合酶也從DNA模板鏈上脫落下來(lái)。接一、原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)上游編碼區(qū)下游啟動(dòng)子終止子編碼區(qū)能夠轉(zhuǎn)錄為相應(yīng)的信使RNA，進(jìn)而指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，也就是說(shuō)能夠編碼蛋白質(zhì)二、真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)非編碼區(qū)非編碼區(qū)與RNA聚酶結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)含子外顯子能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子，內(nèi)含子能轉(zhuǎn)錄為信使RNA

啟動(dòng)子終止子編碼區(qū)上游編碼區(qū)上游內(nèi)含子外顯子不同的基因外顯子和內(nèi)含子的數(shù)目是不同的如：人的血紅蛋白中，有一種蛋白質(zhì)叫做β－珠蛋白，它的基因有1700個(gè)堿基對(duì)，其中有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子，能夠編碼146個(gè)氨基酸人的一種凝血因子的基因，在它的186000個(gè)堿基對(duì)中，有26個(gè)外顯子和25個(gè)內(nèi)含子，能夠編碼2552個(gè)氨基酸5’3’增強(qiáng)子CAAT框TATA框轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)外顯子1外顯子2外顯子3內(nèi)含子1內(nèi)含子2AATAAA轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)示意圖啟動(dòng)子：主要包括兩個(gè)序列（1）在5’端轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約20~30個(gè)核苷酸處有TATA框，它是一個(gè)短的核苷酸序列，是啟動(dòng)子中的一個(gè)順序，它是RNA聚合酶的重要接觸點(diǎn)，能使酶準(zhǔn)確識(shí)別轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)并開(kāi)始轉(zhuǎn)錄。當(dāng)TATA框中的堿基順序有所改變時(shí)，mRNA的轉(zhuǎn)錄就會(huì)從不正常的位置開(kāi)始。5’3’增強(qiáng)子CAAT框TATA框轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)外顯子1外顯子2外顯子3內(nèi)含子1內(nèi)含子2AATAAA轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)示意圖啟動(dòng)子：主要包括兩個(gè)序列（2）在5’端轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約70~80個(gè)核苷酸的地方，有CAAT框，是啟動(dòng)子中另一個(gè)短的核苷酸序列，是RNA聚合酶的另一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，它的作用還不肯定，一般認(rèn)為它控制著轉(zhuǎn)錄的起始頻率，而不影響轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)。當(dāng)框中的堿基順序改變后，mRNA的形成量會(huì)明顯減少。5’3’增強(qiáng)子CAAT框TATA框轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)外顯子1外顯子2外顯子3內(nèi)含子1內(nèi)含子2AATAAA轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)真核細(xì)胞基因結(jié)構(gòu)示意圖增強(qiáng)子：在5’端轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游約100個(gè)核苷酸以遠(yuǎn)處的位置，能使轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)上百倍。終止子：在3’端終止密碼的下游有一個(gè)核苷酸順序?yàn)锳ATAAA，AATAAA順序和下游的反向重復(fù)順序合稱為終止子，是轉(zhuǎn)錄終止的信號(hào)。終止子的特殊堿基排列順序能夠阻礙RNA聚合酶的移動(dòng)，并使其從DNA模板鏈上脫離下來(lái)。原核基因組的特點(diǎn)：1、基因組小2、利用率高，表現(xiàn)：1）全是編碼基因，極少數(shù)不轉(zhuǎn)錄；2）基因不重疊3）連續(xù)（結(jié)構(gòu)基因中沒(méi)有內(nèi)含子，）3、操縱子結(jié)構(gòu)原核生物基因組真核生物基因組真核生物基因組的特點(diǎn)：

1.基因組分布在多個(gè)染色體上。

2.基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組，具有多復(fù)制起點(diǎn)。

3.轉(zhuǎn)錄后前體RNA必須經(jīng)過(guò)剪接過(guò)程才能形成成熟的mRNA4.大部分基因含有內(nèi)含子，因此，基因是不連續(xù)的（斷裂基因）。

5.真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋印Ｒ粋€(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯生成一個(gè)mRNA分子和一條多肽鏈。

6.單一序列為主，存在大量重復(fù)序列。三、真核生物基因組與原核生物基因組的主要區(qū)別：（1）真核生物基因組DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲(chǔ)存于細(xì)胞核內(nèi)，除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞內(nèi)的基因組是雙份的（即雙倍體）。細(xì)菌染色體基因組通常由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，染色體形成擬核，無(wú)核膜與胞漿分開(kāi)。（2）基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組，具有多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)，而每個(gè)復(fù)制子的長(zhǎng)度較小。（3）真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順?lè)醋?。一個(gè)結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯生成一個(gè)mRNA分子和一條肽鏈。

原核生物基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順?lè)醋?，功能上相關(guān)的幾個(gè)基因往往在一起組成操縱子結(jié)構(gòu)。E.Coli中乳糖操縱子結(jié)構(gòu)模型

Ｒ

Ｐ

Ｏ

lacZlacY

lacA調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱基因結(jié)構(gòu)基因RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄半乳糖苷酶透過(guò)酶轉(zhuǎn)乙酰酶原核生物的基因簇中，結(jié)構(gòu)基因受一個(gè)啟動(dòng)子調(diào)控。這全部基因要么一起表達(dá)，要么不表達(dá)，而且轉(zhuǎn)錄生成單一的mRNA分子，然后再分別翻譯成幾個(gè)不同的多肽分子。（4）真核基因組大部分基因含有內(nèi)含子，因此，基因是不連續(xù)的，稱為斷裂基因，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后加工；原核基因組沒(méi)有內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，不需進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后剪接加工。（5）真核基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。原核基因組大部分為編碼序列，不編碼區(qū)域僅占一小部分。（6）真核生物基因組存在重復(fù)序列，重復(fù)次數(shù)可達(dá)百萬(wàn)次以上基因組遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原核生物的基因組。（7）真核生物基因組存在多基因家族、超基因家族和假基因。三、真核生物基因組與原核生物基因組的主要區(qū)別：第四節(jié)基因的表達(dá)調(diào)控2023/2/539/23基因表達(dá)(geneexpression)--基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過(guò)程。rRNA、tRNA的合成屬于基因表達(dá)。中心法則(thecentraldogma)：I順式作用與反式作用順式作用：順式作用元件與靶基因位于同一條染色體上的DNA序列發(fā)揮調(diào)控作用的方式。反式作用：基因編碼產(chǎn)物，RNA或protein調(diào)控另一簇基因的表達(dá)的方式。順式作用元件：與基因連鎖的具有調(diào)控作用的DNA序列。如啟動(dòng)子，終止子。反式作用因子：某些基因編碼的產(chǎn)物如蛋白質(zhì)或RNA，能調(diào)控另一個(gè)基因的表達(dá)。如RNA聚合酶基因表達(dá)的方式2023/2/540/23II正調(diào)控和負(fù)調(diào)控正調(diào)控：激活基因表達(dá)的過(guò)程，基因表達(dá)的活化物（activators）結(jié)合在受控基因上時(shí)，激活基因表達(dá)，不結(jié)合時(shí)就不表達(dá)的形式。真核生物常見(jiàn)負(fù)調(diào)控：抑制基因表達(dá)的過(guò)程，阻遏蛋白（repressorprotein）結(jié)合在受控基因上時(shí)不表達(dá)，不結(jié)合時(shí)就表達(dá)的形式。原核生物常見(jiàn)

正調(diào)控與負(fù)調(diào)控模式的比較

2023/2/542/23

2、誘導(dǎo)和阻遏表達(dá)

誘導(dǎo)（induction）--可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境信號(hào)刺激下表達(dá)增強(qiáng)的過(guò)程。乳糖→利用乳糖的三種酶表達(dá)

阻遏（repression）--可阻遏基因表達(dá)產(chǎn)物水平降低的過(guò)程色氨酸—色氨酸合成酶系2023/2/543/23基因表達(dá)調(diào)控的水平染色體和DNA水平上；轉(zhuǎn)錄水平上（最主要的方式）；轉(zhuǎn)錄后水平（RNA加工、成熟水平上）——真核生物；翻譯水平上；蛋白質(zhì)加工水平上；2023/2/544/23無(wú)論是真核細(xì)胞還是原核細(xì)胞都有一套準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)合成的機(jī)制，使得細(xì)胞在需要的時(shí)間和地點(diǎn)產(chǎn)生相應(yīng)的特異性的蛋白質(zhì)成為可能。

某一個(gè)體系在需要時(shí)被打開(kāi)，不需要時(shí)被關(guān)閉。這種開(kāi)關(guān)的活性是通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄來(lái)實(shí)現(xiàn)的。基因表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控和翻譯水平上的調(diào)控?；虻倪x擇性表達(dá)是細(xì)胞特異性的基礎(chǔ)原核基因的表達(dá)特點(diǎn)：1、較真核生物簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)錄和翻譯相偶聯(lián)；基因組?。蝗旧w簡(jiǎn)單2、營(yíng)養(yǎng)狀況和環(huán)境因素起著重要作用。3、轉(zhuǎn)錄水平上常以操縱子模式進(jìn)行負(fù)調(diào)控。2023/2/546/23真核基因的表達(dá)特點(diǎn)：1.與原核生物相比要復(fù)雜得多（轉(zhuǎn)錄與翻譯發(fā)生在不同的場(chǎng)所；基因數(shù)目多；含大量不編碼序列；染色體中包括大量的組蛋白和非組蛋白）2.染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、發(fā)育階段、激素水平起重要作用，營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境為次要因素。3.調(diào)控可以發(fā)生在多個(gè)不同水平上。多為正調(diào)控2023/2/547/23組蛋白（histones）：是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，是一類(lèi)小分子堿性蛋白質(zhì)，含帶正電的精氨酸和賴氨酸等堿性氨基酸特別多。與DNA鏈中帶負(fù)電的磷酸基團(tuán)結(jié)合。六種類(lèi)型：H1、H2A、H2B、H3、H4及古細(xì)菌組蛋白非組蛋白是高等動(dòng)植物的核蛋白質(zhì)中，除組蛋白之外的其他蛋白質(zhì)的總稱。非組蛋白主要是指與特異DNA序列相結(jié)合的蛋白質(zhì)，2023/2/548/23組蛋白和非組蛋白真核基因的表達(dá)特點(diǎn)：1.與原核生物相比要復(fù)雜得多（轉(zhuǎn)錄與翻譯發(fā)生在不同的場(chǎng)所；基因數(shù)目多；含大量不編碼序列；染色體中包括大量的組蛋白和非組蛋白）2.染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、發(fā)育階段、激素水平起重要作用，營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境為次要因素。3.調(diào)控可以發(fā)生在多個(gè)不同水平上。多為正調(diào)控2023/2/549/23PS1S2S3啟動(dòng)子OPromoter調(diào)控序列結(jié)構(gòu)基因

操縱子（operon）

結(jié)合RNA聚合酶表達(dá)功能蛋白?操縱子（operon）:原核生物的基因表達(dá)調(diào)控的功能單位操縱基因Operator2023/2/550/23原核生物的基因表達(dá)調(diào)控乳糖操縱子模型操縱子(operon):

調(diào)節(jié)基因(I)（產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白）、啟動(dòng)子(P)、操縱基因(O)、結(jié)構(gòu)基因(Z、Y、A)、終止子2023/2/551/23（調(diào)節(jié)基因）①結(jié)構(gòu)基因群2023/2/552/23

操縱子中被調(diào)控的編碼蛋白質(zhì)的基因可稱為結(jié)構(gòu)基因(structuralgene,SG)。一個(gè)操縱子中含有2個(gè)以上的結(jié)構(gòu)基因，多的可達(dá)十幾個(gè)。乳糖操縱子含有Z、Y和A3個(gè)結(jié)構(gòu)基因。分別編碼β-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶透性酶、β-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶②啟動(dòng)子2023/2/553/23

啟動(dòng)子(promoter,

P)是指能被RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。操縱子至少有一個(gè)啟動(dòng)子，一般在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因5＇側(cè)上游，控制整個(gè)結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。

③操縱區(qū)2023/2/554/23

操縱區(qū)——operator（操作基因）是指能被調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段DNA序列，常與啟動(dòng)子鄰近或與啟動(dòng)子序列重疊，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在操縱子序列上，會(huì)影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)弱。④調(diào)控基因——i

2023/2/555/23

調(diào)控基因(regulatorygene)是編碼能與操縱基因結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因。調(diào)控蛋白有：激活蛋白(activatingprotein)：與操縱區(qū)結(jié)合后能增強(qiáng)或起動(dòng)其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，所介導(dǎo)的調(diào)控方式為正調(diào)控

阻遏蛋白(repressiveprotein)：與操縱區(qū)結(jié)合后能減弱或阻止其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，其介導(dǎo)的調(diào)控方式為負(fù)調(diào)控

⑤終止子

2023/2/556/23

終止子（terminator，T）是給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列。在一個(gè)操縱子中至少在結(jié)構(gòu)基因群最后一個(gè)基因的后面有一個(gè)終止子。

以上5種元件是每一個(gè)操縱子必定含有的。其中啟動(dòng)子、操縱區(qū)位于緊鄰結(jié)構(gòu)基因群的上游，終止子在結(jié)構(gòu)基因群之后。2023/2/557/23調(diào)節(jié)基因操縱子Lac阻遏物β－半乳糖苷酶β－半乳糖苷透性酶β－半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶E.Coli誘導(dǎo)型Lac操縱子結(jié)構(gòu)模型基因長(zhǎng)度結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱基因是一類(lèi)編碼蛋白質(zhì)或RNA的基因，有l(wèi)acZlacY,lacA三個(gè)基因彼此緊密連鎖，按Z、Y、A順序排列。調(diào)節(jié)基因編碼的調(diào)節(jié)物通過(guò)與DNA上的特定位點(diǎn)結(jié)合來(lái)控制轉(zhuǎn)錄，是調(diào)控的關(guān)鍵。作用是標(biāo)志轉(zhuǎn)錄起始的位點(diǎn)，RNA聚合酶在這一位點(diǎn)與DNA接觸，并開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。是調(diào)節(jié)基因所編碼的阻遏蛋白的結(jié)合部位，決定了RNA聚合酶是否能夠與DNA序列上的啟動(dòng)子接觸。原核生物的基因表達(dá)調(diào)控mRNA阻遏蛋白IDNAZYAOPpol沒(méi)有乳糖存在時(shí)①阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控阻遏基因乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)制mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)IDNAZYAOPpol啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖別乳糖β-半乳糖苷酶②、乳糖存在時(shí)的誘導(dǎo)調(diào)控發(fā)現(xiàn)：葡萄糖關(guān)閉乳糖操縱子的表達(dá)（葡萄糖效應(yīng)或降解物抑制效應(yīng)）cAMP：環(huán)腺苷酸，濃度受葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)；當(dāng)葡萄糖可供分解利用時(shí)，cAMPCRP：cAMP受體蛋白，又稱分解代謝物激活蛋白CAP，CAP可增強(qiáng)RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性，使轉(zhuǎn)錄提高50倍。（2）乳糖操縱子的CAP正調(diào)控生化里cAMP普遍稱為環(huán)腺苷酸,在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中是重要的第二信使（包括：環(huán)磷腺苷（cAMP），環(huán)磷鳥(niǎo)苷(cGMP)，肌醇磷脂，鈣離子，廿碳烯酸類(lèi)，一氧化氮等。）.（2）乳糖操縱子的CAP正調(diào)控

代謝調(diào)節(jié)基因表達(dá)CRP(環(huán)腺苷酸受體蛋白)或

CAP(降解物基因活化蛋白)cAMP-CAP

被激活：CRP(環(huán)腺苷酸受體蛋白)或

CAP(降解物基因活化蛋白)

促進(jìn)代謝操縱子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄引發(fā)物質(zhì)進(jìn)行代謝2023/2/563/23cAMPcAMP-CAP結(jié)合到代謝操縱子的一定部位葡萄糖分解代謝的降解物腺苷酸環(huán)化酶活性抑制磷酸二酯酶

活化

降低cAMP濃度降低cAMP濃度降解物阻遏機(jī)制：

由于乳糖操縱子的啟動(dòng)子是弱啟動(dòng)子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使lac操縱子轉(zhuǎn)錄開(kāi)放，還不能使細(xì)菌很好利用乳糖，必需同時(shí)有CAP來(lái)加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，細(xì)菌才能合成足夠的酶來(lái)利用乳糖。lac操縱子的強(qiáng)誘導(dǎo)既需要有乳糖的存在又需要沒(méi)有葡萄糖可供利用。通過(guò)這機(jī)制，細(xì)菌是優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，只有無(wú)葡萄糖而又有乳糖時(shí)，細(xì)菌才去充分利用乳糖。2023/2/564/23結(jié)構(gòu)基因：trpE，trpD，trpC，trpB，trpA，分別編碼色氨酸合成過(guò)程中的五個(gè)酶。調(diào)控區(qū):啟動(dòng)子Promoter、操縱基因operator、前導(dǎo)序列（Leadersequenceofaprotein）和衰減子(attenuator)trp操縱子的結(jié)構(gòu)(1)色氨酸操縱子：2023/2/565/23色氨酸（Tryptophan），β-吲哚基丙氨酸，為白色或微黃色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末；無(wú)臭，味微苦。水中微溶，在乙醇中極微溶解，在氯仿中不溶，在甲酸中易溶，在氫氧化鈉試液或稀鹽酸中溶解。色氨酸是植物體內(nèi)生長(zhǎng)素生物合成重要的前體物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與IAA相似，在高等植物中普遍存在。色氨酸操縱子的阻遏調(diào)控

2023/2/567/23真核生物基因表達(dá)與調(diào)控①轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控——組蛋白轉(zhuǎn)位模型：DNA的一個(gè)特定位置上的一種特異性的非組蛋白磷酸化以后，磷酸基帶負(fù)電荷，于是非組蛋白與帶負(fù)電荷的DNA相斥，并與帶正電荷的組蛋白強(qiáng)烈地結(jié)合在一起。組蛋白和非組蛋白復(fù)合體從DNA上脫離開(kāi)來(lái)，使這部分DNA裸露出來(lái)，不再受組蛋白的抑制而開(kāi)始轉(zhuǎn)錄真核生物基因表達(dá)與調(diào)控②轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控RNA聚合酶I催化rRNA的轉(zhuǎn)錄，RNA聚合酶Ⅱ催化mRNA的轉(zhuǎn)錄，RNA聚合酶Ⅲ催化tRNA和5sRNA的轉(zhuǎn)錄。③轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控對(duì)初產(chǎn)生的RNA加工剪接，去掉內(nèi)含子和非編碼區(qū)順序，把幾個(gè)外顯子連接起來(lái)，成為成熟的mRNA。④翻譯水平的調(diào)控，mRNA的戴帽與核糖體小亞基識(shí)別并與之結(jié)合，是開(kāi)始翻譯的條件。⑤翻譯后的調(diào)控翻譯的最初產(chǎn)物是一個(gè)大的蛋白質(zhì)分子。有時(shí)，必須經(jīng)酶切成更小的分子才能有生物活性。如胰島素原→胰島素。真核生物基因表達(dá)與調(diào)控點(diǎn)突變2023/2/571/23無(wú)義突變置換突變移碼突變：DNA堿基中一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)鄰近的核苷酸的增加或減少錯(cuò)義突變中性突變同義突變非功能性突變不改變功能的突變第五節(jié)

基因突變轉(zhuǎn)換：嘌呤被另一個(gè)嘌呤取代或嘧啶被另一個(gè)嘧啶取代；顛換：嘌呤被嘧啶取代或嘧啶被嘌呤取代點(diǎn)突變：一般是在染色體上一個(gè)位點(diǎn)內(nèi)遺傳物質(zhì)的化學(xué)變化，即堿基對(duì)的變化引起的突變。數(shù)目改變種類(lèi)改變?nèi)笔蛔儾迦胪蛔冎亟M突變2023/2/573/23大片段突變基因的自由組合（發(fā)生在減數(shù)第一次分裂后期）、基因的交叉與互換（發(fā)生在減數(shù)第一次分裂前期，四分體時(shí)期，同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生交換）基因工程和細(xì)菌轉(zhuǎn)化（如肺炎雙球菌由R型轉(zhuǎn)化為S型）.

前兩種是狹義的基因重組,后兩種是廣義的基因重組.突變的誘發(fā)因素⑴自發(fā)突變：由DNA復(fù)制，DNA損傷修復(fù)等導(dǎo)致的基因突變⑵誘發(fā)突變：由于環(huán)境因素引起的突變，引起突變的因子稱為誘變劑：①物理性：紫外線和電離輻射——X射線，γ射線，中子流等，2023/2/574/23突變的誘變劑②化學(xué)性：改變DNA結(jié)構(gòu)的化學(xué)試劑：亞硝酸鹽，烷化劑等；堿基類(lèi)似物：5—尿嘧啶（BU）是T類(lèi)似物。結(jié)合到DNA分子上的化合物：丫啶類(lèi)造成移碼突變；③生物性：某些病毒的DNA或RNA逆轉(zhuǎn)錄成的cDNA的整個(gè)或片段整合到寄主的DNA中，可引起寄主基因突變。2023/2/575/23基因突變的特性：

隨機(jī)性（任何時(shí)期，任意部位）多向性（相對(duì)地，指一定范圍內(nèi)的）稀有性（自然狀態(tài)下突變頻率低）可逆性（正向突變和回復(fù)突變）多有害性平行性2023/2/578/23201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)

1、基因：DNA分子上具有特定遺傳效應(yīng)的一段特定的核苷酸序列。遺傳效應(yīng)：有蛋白質(zhì)產(chǎn)物或RNA產(chǎn)物或?qū)ζ渌蚱鹫{(diào)節(jié)效應(yīng)的功能。

2、基因組：一個(gè)單倍體染色體組中所包含的全部遺傳物質(zhì)。有核基因組和質(zhì)基因組之分。圖4-1

基因組大小

種類(lèi)Mb大腸桿菌4.64啤酒酵母12.1線蟲(chóng)100果蠅140蝗蟲(chóng)5000小鼠3300豌豆4800玉米5000小麥17000人3000

2023/2/580/23Bp——basepair,1Mb=1000Kb1Kb=1000bpC值1、在每一種生物中其單倍體基因組的DNA總量是特異的，被稱為C值2、每個(gè)物種C值相對(duì)恒定，不同物種C值差異極大。相對(duì)比較簡(jiǎn)單的單細(xì)胞真核生物象啤酒酵母，其基因組就有1.75×10^7bp大約是細(xì)菌基因組的3-4倍。最簡(jiǎn)單的多細(xì)胞生物隱桿線蟲(chóng)其基因組有8×10^7bp，大約是酵母的4倍?？磥?lái)生物的復(fù)雜性和其DNA含量之間有較好的相關(guān)C值悖論高等生物具有比低等生物更復(fù)雜的生命活動(dòng)，所以，理論上應(yīng)該是它們的C值也應(yīng)該更高。但是事實(shí)上高等生物的C值不一定高于比它低等的生物。這種生物學(xué)現(xiàn)象稱為C值悖論。2023/2/582/23分類(lèi)最小基因組支原體0.58X106細(xì)菌2.8X106酵母3.0X107霉菌5.5X107蠕蟲(chóng)1.1X108昆蟲(chóng)0.5X109鳥(niǎo)類(lèi)0.2X1010兩棲類(lèi)0.1X1010哺乳類(lèi)2.8X1010

2023/2/583/23

進(jìn)化地位高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物的同類(lèi)生物最小基因組比較，符合進(jìn)化程度越高，生物基因組越大的規(guī)律。

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)二、人類(lèi)基因組結(jié)構(gòu)

人類(lèi)基因組結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜：基因組DNA總長(zhǎng)度為30億個(gè)bp，3-4萬(wàn)個(gè)基因分布在24條染色體上，非編碼區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于編碼區(qū)，占90%以上，結(jié)構(gòu)基因占3%，以單拷貝形式存在。

1、DNA序列中的組成結(jié)構(gòu)

可分為3種類(lèi)型：

（1）單一序列(非重復(fù)序列、單拷貝序列）

占60-65%，在編碼DNA中絕大多數(shù)為結(jié)構(gòu)基因201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)（2）中度重復(fù)序列：占20-30%，拷貝數(shù)為104-105，

包括組蛋白基因、免疫球蛋白基因及RNA基因，絕大多數(shù)中度重復(fù)序列為不編碼序列，成為間隔區(qū)，如人類(lèi)Alu序列家族。

（3）高度重復(fù)序列：又稱為衛(wèi)星DNA

通常是小于10bp的短小序列組成基本單元，重復(fù)達(dá)105以上，占基因組的10%，不能轉(zhuǎn)錄，組成異染色質(zhì)。

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)2、結(jié)構(gòu)基因

（1）概念：為蛋白質(zhì)編碼的基因叫-。其DNA序列大多數(shù)是不連續(xù)的，編碼序列之中往往還插入有非編碼序列。

（2）結(jié)構(gòu)：

內(nèi)含子：非編碼的序列叫—。

外顯子：編碼序列的片段叫—。

一個(gè)結(jié)構(gòu)基因常常是由多個(gè)內(nèi)含子和多個(gè)外顯子相間排列組成的。圖4-2，n個(gè)內(nèi)含子嵌合排列在n+1外顯子之間，故有內(nèi)外之分。

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)（3）功能：內(nèi)含子的長(zhǎng)度比外顯子的大好幾倍，一起轉(zhuǎn)錄成RNA以后，必須經(jīng)過(guò)剪接加工過(guò)程，將內(nèi)含子部分切除，使外顯子連接起來(lái)，才能形成成熟的mRNA，成為翻譯蛋白質(zhì)的模板。內(nèi)含子，含而不顯的片段對(duì)基因的表達(dá)有重要的調(diào)控作用。圖4-3。

3、多基因家族和基因簇：

（1）多基因家族：真核生物的基因組中有許多來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，這樣的一組基因稱為基因家族

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)（2）基因簇或超基因：同一基因家族中，一些結(jié)構(gòu)和功能更為相似的基因彼此靠近成串地排列在一起，形成一個(gè)基因簇。如人類(lèi)類(lèi)α珠蛋白基因族、類(lèi)β珠蛋白基因族。

在人類(lèi)基因組中，有中等重復(fù)序列構(gòu)成的大的基因群，包含有幾百個(gè)功能相關(guān)的基因，緊密成簇狀排列，稱為超基因。如人類(lèi)組織相容性抗原復(fù)合體HLA，及免疫球蛋白的重鏈和輕鏈基因。

HGP的研究?jī)?nèi)容總體目標(biāo)：15年內(nèi)投入30億美元，完成人類(lèi)24條染色體的30億個(gè)核苷酸序列分析主要內(nèi)容：

1.基因組制圖（遺傳圖譜、物理圖譜、序列圖譜、基因圖譜）

2.基因的定位與分析

3.基因組研究技術(shù)的建立、改進(jìn)

4.

模式生物基因組的圖譜繪制及測(cè)序

5.相關(guān)課題的研究二十世紀(jì)的三大計(jì)劃ManhatonApolloHGP201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)

（1）遺傳圖（geneticmap）或稱為遺傳連鎖圖：是根據(jù)基因或者遺傳標(biāo)記之間的交換（重組）值來(lái)確定基因在染色體上的相對(duì)距離、位置的圖譜。其距離單位是厘摩（centimorgan，cM），以此紀(jì)念現(xiàn)代遺傳學(xué)奠基人摩爾根，1cM相當(dāng)于1%的交換值，大約相當(dāng)于1000kb。

（2）物理圖（physicalmap）：是應(yīng)用物理或化學(xué)技術(shù)直接確定基因或遺傳標(biāo)記在染色體上或DNA上的具體位置。其距離是以具體的物理長(zhǎng)度為單位的（核苷酸對(duì)的數(shù)目、染色體顯帶的標(biāo)號(hào)）。物理圖以一個(gè)"物理標(biāo)記"作為路標(biāo)，以Mb、Kb、bP作為圖距的基因組圖。

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)1995年，第一張以稱為序列標(biāo)簽位點(diǎn)STS為物理標(biāo)記的物理圖譜問(wèn)世，它包括了94％的基因組和1500多個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)，平均間距為200Kb（這就是所謂的分辨率）。這樣，物理圖就把人類(lèi)龐大基因組分成具有界標(biāo)的1500個(gè)小區(qū)域。人類(lèi)基因組物理圖的問(wèn)世是基因組計(jì)劃中的一個(gè)重要里程碑，被遺傳學(xué)家譽(yù)為20世紀(jì)的"生命（生物學(xué)）周期表"。第三張圖是序列圖，指遺傳物質(zhì)上核苷酸序列物理圖的簡(jiǎn)稱?？梢哉f(shuō)它是人類(lèi)基因組在分子水平上最高層次、最為詳盡的物理圖。測(cè)定總長(zhǎng)為1米、由30億對(duì)核昔酸組成的基因組全部DNA序列，是基因組計(jì)劃中最為明確、最為艱巨的定時(shí)、定量、定質(zhì)的硬任務(wù)。第四張圖是轉(zhuǎn)錄圖。是以基因的外顯子序列為標(biāo)記，精確地表明這些標(biāo)記在基因組或染色體位置的物理圖物理圖包括序列圖和轉(zhuǎn)錄圖在人體某一特定的組織中僅有10％的基因被表達(dá)。也就是說(shuō)，只有不足1萬(wàn)個(gè)基因被表達(dá)。如果將這些mRNA通過(guò)一種反轉(zhuǎn)錄的過(guò)程構(gòu)建成CDNA文庫(kù)，然后再測(cè)定這些DNA的序列，最終繪制成一張可表達(dá)基因圖--轉(zhuǎn)錄圖。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)遺傳圖制作它是以在某個(gè)遺傳位點(diǎn)上具有多個(gè)等位基因的遺傳標(biāo)記作為"路標(biāo)"，以遺傳學(xué)上的距離即兩個(gè)遺傳位點(diǎn)之間進(jìn)行交換、重組的百分率cM作為"圖距"，反映基因遺傳效應(yīng)的基因組圖。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)DNA多態(tài)性DNA的多態(tài)性指正常人群中，DNA分子或基因的某些位點(diǎn)可以發(fā)生中性改變，使DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)各不相同，但并不影響基因的表達(dá)，形成多態(tài)；DNA的多態(tài)性可以看作是在分子水平上的個(gè)體區(qū)別的遺傳標(biāo)志。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)第一代的DNA標(biāo)記——RFLPrestrictfragmentlengthpolymorphism（限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性）分析。這些RFLP片斷可被某些限制性內(nèi)切酶特異識(shí)別并切割。DNA序列的改變甚至是一個(gè)堿基的改變，將會(huì)改變限制性內(nèi)切酶酶切片段的長(zhǎng)度變化，并可通過(guò)一種稱為凝膠電泳的方法來(lái)方便地顯示這種長(zhǎng)度的"多態(tài)性"。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)第二代遺傳標(biāo)記——STR在檢測(cè)RFLP的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)有一種類(lèi)型是由于DNA重復(fù)序列造成的。這些DNA重復(fù)序列在人類(lèi)基因組中有很多拷貝，它們可以頭對(duì)頭或頭對(duì)尾地串聯(lián)成一簇，分布于基因組的各個(gè)位點(diǎn)。在某一位點(diǎn)上，數(shù)目可變的串聯(lián)重復(fù)多態(tài)性（VNTR）也可以提供不同的長(zhǎng)度片斷。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)第二代遺傳標(biāo)記——STR=SSR有的VNTR重復(fù)單位長(zhǎng)度為6－12個(gè)堿基，稱為小衛(wèi)星minisatellite；有的VNTR重復(fù)單位為2－7個(gè)堿基，稱為微衛(wèi)星或簡(jiǎn)短串聯(lián)重復(fù)（STR——icrosatellite,）。STR具有高度多態(tài)性，同一遺傳位點(diǎn)數(shù)目變化很大，在群體中也可形成多達(dá)幾十種的等位基因，這是其他遺傳標(biāo)記所不能比擬的；201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)第三代DNA遺傳標(biāo)記——SNPSNP是從分子水平上對(duì)單個(gè)核苷酸的差異進(jìn)行檢測(cè)，SNP標(biāo)記可幫助區(qū)分兩個(gè)個(gè)體遺傳物質(zhì)的差異。人類(lèi)基因組大約每1250bpSNP出現(xiàn)一次，已有2000多個(gè)標(biāo)記定位于人類(lèi)染色體，對(duì)人類(lèi)基因組學(xué)研究具有重要意義。SNP是人類(lèi)基因組DNA序列變異的主要形式，是決定人類(lèi)疾病的重要遺傳基礎(chǔ)。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)熒光原位雜交fluorescenceinsituhybridazation,主要用于基因變異和染色體定位研究。FISH進(jìn)行基因定位：將DNA探針用同位素或熒光染料標(biāo)記，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，與固定在玻片上的中期染色體雜交后，在熒光顯微鏡下呈現(xiàn)不同顏色的熒光。FISH是一項(xiàng)十分靈敏的技術(shù)，可以檢測(cè)出非整倍體，基因擴(kuò)增，微小的染色體重排或易位等染色體變異201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)Sequence

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SiteSTS序列位置標(biāo)簽：一段短的DNA序列（200－500個(gè)堿基對(duì)），這種序列在染色體上只出現(xiàn)一次，其位置和堿基順序都是已知的。在PCR反應(yīng)中可以檢測(cè)處STS來(lái)，STS適宜于作為人類(lèi)基因組的一種地標(biāo)，據(jù)此可以判定DNA的方向和特定序列的相對(duì)位置。ETS是cDNA上的STS?！锢韴D譜（序列圖、轉(zhuǎn)錄圖）201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)SNPsinglenucleotidepolymorphism單核苷酸多態(tài)性，是指在基因組內(nèi)特定核苷酸位置上存在兩種不同堿基，其中最少一種在群體中的頻率不小于1％。SNP是人類(lèi)基因組DNA序列變異的主要形式，是決定人類(lèi)疾病的重要遺傳基礎(chǔ)。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)PCR擴(kuò)增技術(shù)是一種體外DNA擴(kuò)增技術(shù)，是在模板DNA、引物和4種脫氧核苷酸存在的條件下，依賴于DNA聚合酶的酶促合反應(yīng)，將待擴(kuò)增的DNA片段與其兩側(cè)互補(bǔ)的寡核苷酸鏈引物經(jīng)“高溫變性——低溫退火——引物延伸”三步反應(yīng)的多次循環(huán)，使DNA片段在數(shù)量上呈指數(shù)增加，從而在短時(shí)間內(nèi)獲得我們所需的大量的特定基因片段。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)凝膠電泳技術(shù)DNA和RNA多核苷酸鏈可叫做多聚陰離子。因此,當(dāng)核酸分子被放置在電場(chǎng)中時(shí),它們就會(huì)向正電極的方向遷移。由于糖-磷酸骨架結(jié)構(gòu)上的重復(fù)性質(zhì),相同數(shù)量的雙鏈DNA幾乎具有等量的凈電荷,因而它們能以同樣的速度向正電極方向遷移。在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度下,DNA分子的這種遷移速度,亦即電泳的遷移率,取決于核酸分子本身的大小和構(gòu)型,分子量較小的DNA分子比分子量較大的DNA分子遷移要快些。這就是應(yīng)用凝膠電泳技術(shù)分離DNA片段的基本原理。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)SDS凝膠電泳201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)（六）HGP的結(jié)果1、全部人類(lèi)基因組約有2.91Gbp，約有39000多個(gè)基因；平均的基因大小有27kb；其中G+C含量偏低，僅占38%，而2號(hào)染色體中G+C的含量最多；到目前仍有9%的堿基對(duì)序列未被確定；美國(guó)和英國(guó)科學(xué)家2006年5月18日在英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表了人類(lèi)最后一個(gè)染色體——1號(hào)染色體的基因測(cè)序。在人體全部22對(duì)常染色體中，1號(hào)染色體包含基因數(shù)量最多，達(dá)3141個(gè)，是平均水平的兩倍，共有超過(guò)2.23億個(gè)堿基對(duì)，破譯難度也最大。一個(gè)由150名英國(guó)和美國(guó)科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10年，才完成了1號(hào)染色體的測(cè)序工作。而13號(hào)染色體含基因量最少；

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)2、目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和定位了26000多個(gè)功能基因，其中尚有42%的基因尚不知道功能，在已知基因中酶占10.28%，核酸酶占7.5%，信號(hào)傳導(dǎo)占12.2%，轉(zhuǎn)錄因子占6.0%，信號(hào)分子占1.2%，受體分子占5.3%，選擇性調(diào)節(jié)分子占3.2%，等。發(fā)現(xiàn)并了解這些功能基因的作用對(duì)于基因功能和新藥的篩選都具有重要的意義

3、基因數(shù)量少得驚人：一些研究人員曾經(jīng)預(yù)測(cè)人類(lèi)約有14萬(wàn)個(gè)基因，但Celera公司將人類(lèi)基因總數(shù)定在2.6383萬(wàn)到3.9114萬(wàn)個(gè)之間，不超過(guò)40,000，只是線蟲(chóng)或果蠅基因數(shù)量的兩倍，人有而鼠沒(méi)有的基因只有300個(gè)。

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)4、人類(lèi)單核苷酸多態(tài)性的比例約為1/1250bp，不同人群僅有140萬(wàn)個(gè)核苷酸差異，人與人之間99.99％的基因密碼是相同的。并且發(fā)現(xiàn)，來(lái)自不同人種的人比來(lái)自同一人種的人在基因上更為相似。在整個(gè)基因組序列中，人與人之間的變異僅為萬(wàn)分之一，從而說(shuō)明人類(lèi)不同“種屬”之間并沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別；

5、人類(lèi)基因組中存在“熱點(diǎn)”和大片“荒漠”。在染色體上有基因成簇密集分布的區(qū)域，也有大片的區(qū)域只有“無(wú)用DNA”—不包含或含有極少基因的成分。基因組上大約有1／4的區(qū)域沒(méi)有基因的片段。在所有的DNA中,只有1%-1.5%DNA能編碼蛋白，在人類(lèi)基因組中98%以上序列都是所謂的“無(wú)用DNA”,分布著300多萬(wàn)個(gè)長(zhǎng)片斷重復(fù)序列。201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)6、男性的基因突變率是女性的兩倍，而且大部分人類(lèi)遺傳疾病是在Y染色體上進(jìn)行的。所以，可能男性在人類(lèi)的遺傳中起著更重要的作用；

7、人類(lèi)基因組中大約有200多個(gè)基因是來(lái)自于插入人類(lèi)祖先基因組的細(xì)菌基因。這種插入基因在無(wú)脊椎動(dòng)物是很罕見(jiàn)的，說(shuō)明是在人類(lèi)進(jìn)化晚期才插入我們基因組的。可能是在我們?nèi)祟?lèi)的免疫防御系統(tǒng)建立起來(lái)前，寄生于機(jī)體中的細(xì)菌在共生過(guò)程中發(fā)生了與人類(lèi)基因組的基因交換；

201103青島農(nóng)業(yè)大學(xué)8、發(fā)現(xiàn)了大約一百四十萬(wàn)個(gè)單核苷酸多態(tài)性，并進(jìn)行了精確的定位，初步確定了30多種致病基因。隨著進(jìn)一步分析，我們不僅可以確定遺傳病、腫瘤、心血管病、糖尿病等危害人類(lèi)生命健康最嚴(yán)重疾病的致病基因，尋找出個(gè)體化的防治藥物和方法，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步了解人類(lèi)的進(jìn)化產(chǎn)生重大的作用；9、人類(lèi)基因組編碼的全套蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)組)比無(wú)脊椎動(dòng)物編碼的蛋白質(zhì)組更復(fù)雜。人類(lèi)和其他脊椎動(dòng)物重排了已有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域，形成了新的結(jié)構(gòu).也就是說(shuō)人類(lèi)的進(jìn)化和特征不僅靠產(chǎn)生全新的蛋白質(zhì)，更重要的是要靠重排和擴(kuò)展已有的蛋白質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)種類(lèi)和功能的多樣性。有人推測(cè)一個(gè)基因平均可以編碼2-10種蛋白質(zhì)，以適應(yīng)人類(lèi)復(fù)雜的功能。模式生物人類(lèi)基因組計(jì)劃還包括對(duì)下列五種模式生物的研究：大腸桿菌、酵母、線蟲(chóng)、果蠅和小鼠2023/2/5116/23謝謝12年遺傳進(jìn)