1、真核基因與基因組,第十三章,Eukaryote Gene and Genome,基因包括編碼序列（外顯子）、調(diào)控序列和間隔序列（內(nèi)含子）。,基因（gene）：編碼蛋白質或RNA等具有特定功能產(chǎn)物的、負載遺傳信息的基本單位。除了某些以RNA為基因組的RNA病毒外，基因通常是指染色體或基因組的一段DNA序列。,基因組（genome）：一個生物體內(nèi)所有遺傳信息的總和。,人類基因組包含了細胞核染色體DNA（常染色體和性染色體）及線粒體DNA所攜帶的所有遺傳物質。,真核基因的結構與功能,第一節(jié),The Structure and Function of Eukaryote Gene,利用堿基的不同排列荷

2、載遺傳信息。 復制并傳遞遺傳信息給子代細胞，在這一過程中為適應環(huán)境變化，可能會發(fā)生基因突變。 作為基因表達的模板，使其所攜帶的遺傳信息通過各種RNA和蛋白質在細胞內(nèi)有序合成而表現(xiàn)出來。,基因的功能,與基因功能相關的結構,編碼區(qū)序列（coding region sequence ）,非編碼序列（non-coding sequence）,基因表達需要的調(diào)控區(qū)（regulatory region）序列，包括啟動子（promoter）、增強子（enhancer）等。,在細胞內(nèi)表達為蛋白質或功能RNA的DNA序列,一、真核基因的基本結構,編碼蛋白質或RNA的編碼序列。,非編碼序列，包括編碼區(qū)兩側的調(diào)控序

3、列和編碼序列間的間隔序列。,真核基因結構不連續(xù)，為斷裂基因（split gene）。,真核基因結構,外顯子（exon）；在基因序列中，出現(xiàn)在成熟mRNA分子上的序列。 內(nèi)含子（intron）：外顯子之間、與mRNA剪接過程中被刪除部分相對應的間隔序列。,真核生物絕大部分編碼蛋白質的基因都有內(nèi)含子。編碼rRNA和一些tRNA的基因也都有內(nèi)含子。 外顯子與內(nèi)含子接頭處有一段高度保守的序列，這一共有序列是真核基因中RNA剪接的識別信號。,基因的5端稱之為上游，3端稱為下游 基因序列中開始RNA鏈合成的第一個核苷酸所對應的堿基記為+1，此堿基上游的序列記為負數(shù)，下游的序列記為正數(shù)。,二、基因編碼區(qū)編碼

4、多肽鏈和特定的RNA分子,基因編碼區(qū)中的DNA堿基序列決定特定的成熟RNA分子的序列，即DNA的一級結構決定著其轉錄產(chǎn)物RNA分子的一級結構。,三、調(diào)控序列參與真核基因表達調(diào)控,位于基因轉錄區(qū)前后，對基因表達起調(diào)控作用的區(qū)域，因其是緊鄰的DNA序列，又稱旁側序列。,基因的調(diào)控區(qū)（順式作用元件）,轉錄起始點,TATA盒,CAAT盒,GC盒,增強子,AATAAA,剪接加尾,轉錄終止點,修飾點,外顯子,翻譯起始點,內(nèi)含子,OCT-1,OCT-1：ATTTGCAT八聚體,+1,結構基因,啟動子,上游啟動子元件,啟動子 上游調(diào)控元件 增強子 加尾信號 細胞信號反應元件,順式作用元件,1. 啟動子提供轉錄

5、起始信號,啟動子是DNA分子上能夠介導RNA聚合酶結合并形成轉錄起始復合體的序列。,多數(shù)啟動子位于真核細胞基因轉錄起點的上游，啟動子本身通常不被轉錄。 少數(shù)啟動子（如編碼tRNA基因的啟動子）位于轉錄起始點的下游，這些DNA序列可以被轉錄。,真核生物有3類啟動子，分別對應于細胞內(nèi)存在的三種不同的RNA聚合酶和相關蛋白質。,2. 增強子增強鄰近基因的轉錄,增強子是增強真核基因啟動子工作效率的順式作用元件，是真核基因中最重要的調(diào)控序列，決定著每一個基因在細胞內(nèi)的表達水平。,沉默子（silencer）是抑制基因轉錄的特定DNA序列，當其結合一些反式作用因子時對基因的轉錄起阻遏作用，使基因沉默。,3.

6、 沉默子是負調(diào)節(jié)元件,真核基因組的結構與功能,第二節(jié),The Structure and Function of Eukaryote Genome,基因組：細胞或生物體的一套完整單倍體遺傳物質的總和。,一、真核基因組具有獨特的結構,基因的編碼序列所占比例遠小于非編碼序列。 高等真核生物基因組含有大量的重復序列， 真核基因組中存在多基因家族和假基因。 大多基因具有可變剪接，80%的可變剪接會使蛋白質的序列發(fā)生改變。,結構特點：,高度重復序列（highly repetitive sequence） 中度重復序列（moderately repetitive sequence） 單拷貝序列（singl

7、e copy sequence）或低度重復序列,二、真核基因組中存在大量重復序列,（一）高度重復序列,主要存在于染色體的著絲粒區(qū)域，重復單位一般由210 bp組成，成串排列，在人基因組中約占5%6%。,重復頻率可達106以上，不編碼蛋白質或RNA。,反向重復序列（inverted repeat sequence）,衛(wèi)星DNA（satellite DNA）,兩個相同順序的互補拷貝在同一DNA鏈上反向排列而成，重復單位長度約300 bp，多數(shù)散在于基因組中，總長度約占人基因組的5 。,分類：,參與復制水平的調(diào)節(jié) 存在于DNA復制起點區(qū)的附近，是一些蛋白質（包括酶）的結合位點。 參與基因表達的調(diào)控

8、可以轉錄到核內(nèi)不均一RNA分子中，有些反向重復序列可以形成發(fā)夾結構，有助于穩(wěn)定RNA分子。 參與染色體配對 如衛(wèi)星DNA成簇樣分布在染色體著絲粒附近，可能與染色體減數(shù)分裂時染色體配對有關。,功能：,（二）中度重復序列,重復數(shù)十至數(shù)千次,大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列。,短分散重復片段,長分散重復片段,平均長度約300 bp500 bp，與長度約為1000 bp的單拷貝序列間隔排列?？截悢?shù)可達數(shù)十萬。如Alu家族、KpnI家族、Hinf家族。,平均長度為3500 bp5000bp，與長度約為13000bp的單拷貝序列間隔排列。,重復達3050萬次，每個成員的長度約300 bp。 每個單位長度中一個限

9、制性內(nèi)切酶Alu的切點（AGCT），將其切成長130bp和170bp的兩段。,Alu家族,僅次于Alu家族的第二大家族， 重復序列中含有限制性內(nèi)切酶Kpn的位點 呈散在分布，拷貝數(shù)約為30004800個,KpnI家族,以319bp長度的串聯(lián)重復存在于人基因組中 重復序列中含有限制性內(nèi)切酶Hinf I的位點。,Hinf家族,rRNA基因重復序列屬于中度重復序列,各重復單位中的rRNA基因都是相同的。 rRNA基因集中成簇存在，這樣的區(qū)域稱為rDNA區(qū)。 人類的rRNA基因位于13、14、15、21和22號染色體的核仁組織區(qū)，每個核仁組織區(qū)平均含有50個rRNA基因的重復單位。 5SrRNA基因似

10、乎全部位于1號染色體，每個單倍體基因組約有1000個5SrRNA基因。,在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，大多數(shù)為蛋白質編碼的基因。,（三）單拷貝序列（低度重復序列）,三、真核基因組中存在大量的多基因家族與假基因,多基因家族是指由某一祖先基因經(jīng)過重復和變異所產(chǎn)生的一組在結構上相似、功能相關的基因。,基因家族成簇地分布在某一條染色體上，同時發(fā)揮作用，合成某些蛋白質。如組蛋白基因家族。 基因家族的不同成員成簇地分布于不同染色體上，編碼一組功能上緊密相關的蛋白質。如球蛋白基因家族。,DNA序列相似，但功能不一定相關的若干個單拷貝基因或若干組基因家族總稱。,超家族基因 （superfamily gen

11、e）,基因組中存在的一段與正常基因非常相似但不能表達的DNA序列。以來表示。,假基因（psuedogene）,四、線粒體DNA結構有別于染色體DNA,線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）是核外遺傳物質，能獨立編碼線粒體中的一些蛋白質。 mtDNA的結構為環(huán)狀分子，與原核生物的DNA類似，結構特點也與原核生物相似。,人的線粒體基因組,線粒體基因組編碼37個基因，包括13個編碼呼吸鏈多酶體系的一些多肽的基因、22個編碼mt-tRNA的基因、2個編碼mt-rRNA（16S和12S）的基因。,不同生物體基因組的比較,五、人基因組中有兩萬多個基因,基因組大小和基因數(shù)量在生物進化中可能并不具有特別重