第二章基因與基因組演示文稿當前1頁，總共89頁。1優選第二章基因與基因組當前2頁，總共89頁。2第一節基因的概念與結構一、基因的概念

（一）基因概念的發展當前3頁，總共89頁。3基因概念的發展1909年Johannsen提出了“基因”概念取代了遺傳因子Morgan提出染色體學說，基因是遺傳基本單位，《基因論》1936年Beadle和Taturm提出一個基因決定一種酶，之后延伸到決定一個蛋白質，多肽鏈當前4頁，總共89頁。4基因的分類編碼蛋白質的基因編碼RNA的基因：編碼rRNA;tRNA;核酶；snmRNA（非mRNA的小RNA）當前5頁，總共89頁。5（二）基因的概念

側翼序列：含有調控序列是編碼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：內含子(intron)當前6頁，總共89頁。61.原核生物的結構基因是

連續的（一）結構基因

基因中編碼RNA或蛋白質的DNA序列。二、基因的結構當前7頁，總共89頁。7

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

exon

成熟mRNA當前8頁，總共89頁。8

5′

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

3′端以AG結束。GT-AG法則intron2intron13.當前9頁，總共89頁。9

5′3′exon3exon2exon1

intron1intron2(二)轉錄調控序列

前導序列尾部序列編碼區側翼序列側翼序列結構基因編碼區兩側的一段不被翻譯的DNA片段(側翼序列)，參與轉錄調控。當前10頁，總共89頁。10tayz

opstructural

gene1.原核生物基因的調控序列

promoter啟動子promoterterminator終止子terminatoroperator操縱元件operator當前11頁，總共89頁。112.真核生物基因的調控序列反式作用因子

trans-actingfactor

能識別和結合特定的順式作用元件,并影響基因轉錄的一類蛋白質或RNA順式作用元件

cis-actingelement

能影響基因表達，但不編碼RNA和蛋白質的DNA序列TATAAAATATTT

5′3′3′

5′順式作用元件當前12頁，總共89頁。12TATA盒（TATABox）:

位于-25～-30bp，TATAAAA/TATATAT

與TFII結合，啟動基因轉錄。(1)．啟動子和上游啟動子元件-25+1-30（II類）當前13頁，總共89頁。13-30-25+1-80-70CAAT盒（CAATBox）位于-70～-80bp，GGC/TCAATCT,與CTF結合，決定啟動子轉錄效率。當前14頁，總共89頁。14GC盒（GCBox）位于-35bp，GGCGG，與轉錄因子SP1結合，促進轉錄的過程。－35-35+1

當前15頁，總共89頁。15(2).增強子（enhancer）

CAATbox與轉錄因子特異性結合，增強轉錄活性，在基因任意位置都有效、無方向性。TATAbox

enhancerpromoter

5′3′exonintron當前16頁，總共89頁。16(3).沉默子（silencer)具有抑制基因轉錄功能的特定DNA序列，為負性調節元件，當其結合一些特異反式作用因子時，對基因轉錄起阻遏作用，使基因沉默。當前17頁，總共89頁。17(4).終止子（terminaor)是結構基因下游近3’端的一段DNA,由AATAAA和一段回文序列組成，在轉錄中提供終止信號，使轉錄作用終止。當前18頁，總共89頁。185′--------AATAAA----------GT-------3′

DNA

mRNA

前體5′--------AAUAAA----------GU-------3′5′--------AAUAAA------AAAAAAAA3′多聚腺苷酸化mRNA(5).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,被多聚腺苷酸化特異因子識別，在mRNA3′端加約200個A。當前19頁，總共89頁。19

CAATboxTATAbox

Enhancerpromoter

調控序列調控序列真核生物基因的結構exonexon非翻譯區：untranslatedregions，UTRUTRUTRPoly(A)加尾信號5′+1Stop3′結構基因intronintronexonTGAATG開放閱讀框：openreadingframe，ORFresponseelement當前20頁，總共89頁。20三、中心法則

centraldogmaReplicationReplicationReverse

TranscriptionTranscriptionTranslationDNARNAProtein

當前21頁，總共89頁。21(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mRNA分子帶有幾個

結構基因的遺傳信息，利用共同的啟動

子及終止信號，組成操縱子的基因表達

調控單元。當前22頁，總共89頁。22TranslationTranscriptionmRNADNAProteinPromoterGene3′5′(二)單順反子mRNA(monocistronicmRNA):真核生物的一個編碼基因轉錄生成一個mRNA。當前23頁，總共89頁。23二、基因的功能1、遺傳信息的儲存2、基因復制（1）半保留復制；（2）雙向復制；（3）不連續復制3、基因表達（1）轉錄；（2）翻譯；（3）基因表達的調控當前24頁，總共89頁。24基因表達的調控（1）DNA水平的調控：甲基化、與組蛋白結合、染色質濃縮（2）轉錄水平的調控：順式元件與反式元件的結合（3）轉錄后水平的調控：mRNA加帽子、加尾、剪接（4）翻譯水平的調控：翻譯起始區域（5）翻譯后水平的調控：二硫鍵的形成、糖基化、C-末端酰胺化等當前25頁，總共89頁。25基因突變與疾病1、單基因疾病常染色體顯性遺傳常染色體隱形遺傳X連鎖顯性遺傳Y連鎖隱性遺傳Y隱性遺傳2、線粒體遺傳病（如Leber遺傳性視神經病）特點：1、母系遺傳；2、異質性3、多基因疾病由多對微效基因和環境因素雙重影響所引起的一類疾病稱為多基因疾病當前26頁，總共89頁。26基因診斷與治療1、基因診斷：在DNA或RNA水平對某些疾病相關基因進行分析，從而對疾病進行診斷。2、基因治療：運用重組DNA技術，將正常基因導入有缺陷基因患者的細胞中，以替代或補償缺陷基因，或抑制基因的過度表達，使細胞恢復正常功能，達到治療目的。當前27頁，總共89頁。27基因組：一個細胞或病毒的全部

遺傳信息；

第二節基因組

一套完整的單倍體的遺傳物質的總合；

含有一種生物的一整套遺

傳信息的遺傳物質；……當前28頁，總共89頁。28C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當前29頁，總共89頁。29一、病毒基因組一、特點：基因組小有的是DNA,有的是RNARNA病毒基因組可由數條RNA組成存在重疊基因可形成多順反子噬菌體基因是連續的，而真核細胞的病毒基因是不連續的當前30頁，總共89頁。30DNA病毒

RNA病毒

（二）基本結構多數為雙鏈(ds)、環狀或線性多數為單鏈(ss)、線性當前31頁，總共89頁。31（三）RNA病毒基因組類型特點代表種類當前32頁，總共89頁。321.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聚合酶當前33頁，總共89頁。33單股正鏈RNA、不分節段，5′端有甲基化帽，3′端有poly(A)結構。脊髓灰質炎病毒、鼻病毒、

多數RNA噬菌體、冠狀病毒當前34頁，總共89頁。34.

禽流感病毒(H5N1)

avianinfluenzaAvirus2.單股負鏈RNA病毒8節段-ssRNA血凝素（HA）神經氨酸酶（N)當前35頁，總共89頁。35單股負鏈RNA、8節段，均編碼蛋白質，

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

狂犬病毒當前36頁，總共89頁。36呼腸孤病毒reovirus3.雙鏈RNA病毒11節段dsRNA內衣殼蛋白外衣殼蛋白當前37頁，總共89頁。37正負雙鏈RNA，10－12節段、每段編碼一個蛋白質呼腸孤病毒、輪狀病毒、

噬菌體Φ6當前38頁，總共89頁。384.逆轉錄病毒(retrovirus)核心蛋白逆轉錄酶膜蛋白poly(A)Cap人類免疫缺陷病毒（HIV）當前39頁，總共89頁。39單股正鏈RNA，有三個基本的結構

基因：gag、pol（逆轉錄酶）、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)，

另有多個基因表達調控位點。當前40頁，總共89頁。40（四）DNA病毒基因組類型特點代表種類當前41頁，總共89頁。411.線性雙鏈DNA病毒早期蛋白（E）

晚期蛋白（L）

腺病毒adenovirusE1AE1BE3E4E2BE2A0102030405060708090100%L2L3L4L5L1ITRITRITR:反向末端重復序列當前42頁，總共89頁。42反向末端重復序列（invertedterminalrepeat，ITR）AT豐富區保守序列：ATAATATACCGC豐富區保守序列：GGGCGG,TGACGT在病毒復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）當前43頁，總共89頁。43乳頭瘤病毒papillomavirusURR2.雙鏈環狀DNA病毒衣殼蛋白DNA復制膜信號蛋白組裝與釋放中斷細胞生長周期上游調節區轉錄與復制當前44頁，總共89頁。44基因組：雙鏈環狀DNA，可分為早期區（E）、晚期區（L）、上游調節區（upstreamregulatory

region,URR）

調節轉錄與復制當前45頁，總共89頁。453.單鏈環狀DNA病毒5387nt噬菌體phiX174基因重疊5387nt編碼2500AA1977，Sanger當前46頁，總共89頁。46乙型肝炎病毒（HBV）4.開環部分雙鏈DNA病毒聚合酶HBsAgHBcAg當前47頁，總共89頁。47乙型肝炎病毒（HBV）逆轉錄酶HBsAgHBcAgHBeAg開環部分雙鏈DNA病毒當前48頁，總共89頁。48二、原核生物基因組細菌染色體DNA質粒DNA以大腸桿菌（Escherichiacoli）為例當前49頁，總共89頁。49原核基因組特點：1、僅由一條環狀雙鏈DNA組成2、結構基因與調控序列以操縱子形式出現，所轉錄的RNA為多順反子3、基因組中重復序列少4、結構基因多為單拷貝5、基因是連續的6、編碼序列一般不會重疊當前50頁，總共89頁。50類核（nucleoid）：細菌染色體在

細胞內形成的一個致密區域大腸桿菌細胞結構nucleoid質粒plasmid當前51頁，總共89頁。51（一）由一條環狀雙鏈DNA分子組成，

通常只有一個DNA復制起點。C-Value:4.6×106bp大腸桿菌染色體DNA大腸桿菌4000K3000K2000K1000K0OriCTerC當前52頁，總共89頁。52(二)結構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

半乳糖苷乙酰轉移酶a

當前53頁，總共89頁。53多個功能相關的結構基因成簇串聯排列，與上游共同的調控區和下游轉錄終止信號組成的基因表達單位。操縱子operon:當前54頁，總共89頁。54（三）其它結構特點

C

值：4,639,221bp基因數：4288基因大小：950bp/gene基因間隔：118bp/２gene1.基因密度非常高，編碼區在

基因組中所占比例大；2.結構基因沒有內含子，多為

單拷貝，rRNA基因為多拷貝；3.重復序列很少，重復片段為

轉座子；

50kb當前55頁，總共89頁。554.有編碼同工酶的同基因（isogene）分支酸別構酶ilvBNacetolactatesynthaseIilvIHacetolactatesynthaseIII乙酰乳酸合酶

entCisochorismatesynthaseentBisochorismatase當前56頁，總共89頁。565.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支原體當前57頁，總共89頁。57（四）非編碼區主要是調控序列：復制起始區（OriC）復制終止區（TerC）轉錄起動區轉錄終止區當前58頁，總共89頁。58復制起始區（OriC）當前59頁，總共89頁。59大腸桿菌強啟動子TTGACTATAAT

轉錄起始當前60頁，總共89頁。60GA

CCGCCGCU

GGCGGCAUUUU-OH3’5’UUC

G

G5’…GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU…3’RNA5’…GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT…3’DNA終止子：強終止子：有反向重復順序，可形成莖環結構，其后面為poly(T)結構，轉錄終止無需ρ因子。GC豐富區、AT豐富區當前61頁，總共89頁。61（五）具有轉座現象

BarbaraMcClintock

1902-1992轉座，或稱移位（transposition）：轉座因子在基因組不同位置間的移動。當前62頁，總共89頁。62

1.轉座因子的類別

Is3

轉座酶(1)插入序列（insertionsequence,Is）

小于2000bp，只有轉座相關基因2kb當前63頁，總共89頁。63Tn3轉座酶Tn10

轉座酶(2)轉座子（transposon，Tn）

2-20kb，常帶有抗性基因等其它基因氨芐青霉素抗性

四環素抗性2kb當前64頁，總共89頁。64(3)Mu噬菌體（Mu）轉座酶頭尾部蛋白轉座酶結合位點轉座酶

結合位點宿主DNA宿主DNA37kbAB當前65頁，總共89頁。65切離是轉座因子從原來位置上切除并轉移到基因組新的位置轉座是轉座因子復制出一個新拷貝轉移到基因組新的位置2.轉座因子的遺傳效應供體DNA轉座子受體DNA復制和轉座新的DNA切除和連接當前66頁，總共89頁。66

transposonHostDNA

TargetsiteTACATGCACAGATGTACGTGTC

transposonTACATGCA

ATG

CAGTACGTGTC

轉座的結果使靶點序列倍增

transposonDirectRepeatsTACATGCA

ATGTACGTATGCACAG

TACGTGTC

促使染色體畸變

當前67頁，總共89頁。67轉座子

F

E

A

B

C

D復制插入轉座子新拷貝

F

E

A

B

C

D引起插入突變

基因F被隔斷而失去功能

當前68頁，總共89頁。68攜帶標志基因使受體增添新基因Tn3轉座酶Tn10

轉座酶氨芐青霉素抗性

四環素抗性當前69頁，總共89頁。69（六）質粒（plasmid）

質粒是存在于細菌染色體外的，具有自主復制能力的環狀雙鏈DNA分子；大小為2-3kb。當前70頁，總共89頁。70質粒的特性在宿主細胞內可自主復制；所攜帶的遺傳信息能賦予宿主特

定的遺傳性狀；細胞分裂時恒定地傳給子代；質粒可以轉移。當前71頁，總共89頁。71三真核生物基因組染色體DNA線粒體DNA當前72頁，總共89頁。72（一）真核基因組特點1、雙鏈線狀，且不止一條2、結構基因為斷裂基因3、轉錄產物為單順反子4、非編碼序列遠遠多于編碼區5、含大量重復序列和基因家族6、DNA末端有端粒結構7、有細胞器基因組（線粒體、葉綠體）當前73頁，總共89頁。73人類基因組染色體（二）染色體DNA的組成核小體當前74頁，總共89頁。741.單一序列DNA

（uniquesequenceDNA）單一序列在人類基因組中大于50％。結構基因主要存在于單一序列中。單拷貝DNA(singlecopyDNA)當前75頁，總共89頁。752.高度重復序列DNA（highlyrepetitiveDNA）衛星DNA（satelliteDNA）反向重復序列（invertedrepeats)重復次數>106次當前76頁，總共89頁。76

（1）

衛星DNA存在于非編碼區的串聯重復序列，

在基因組中約占5％。主帶光密度衛星DNA當前77頁，總共89頁。77a.大衛星（macro-satellite）DNA：重復單位5-10bp，其在人群中多態性不顯著。

光密度260nm果蠅基因組當前78頁，總共89頁。78b.小衛星（minisatellite）

DNA：重復單位9-24bp，呈高度多態性。可變數目串聯重復序列（variable

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

染色體復制，末端保護。核心序列GGGCAGGAXG；當前79頁，總共89頁。79c.微衛星DNA

(macro-satelliteDNA)短串聯重復(shorttandemrepeat,STR)重復單位2-6bp，常見為(AC)n和(TG)n，重復次數10-60次，總長度小于150bp，高度多態性，可作遺傳標記。當前80頁，總共89頁。80（2）