第三章基因组的结构与功能PPT课件

1、第三章第三章 基因组的结构与功能基因组的结构与功能基因组（genome）： 细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总和。如人：如人： 2222常常+ X+ X， Y Y，+ + 线粒体基因组线粒体基因组基因组的结构：基因组的结构：指不同的基因功能区域在核酸分子中的分布和排列情况。基因组的功能：贮存和表达遗传信息。第一节：第一节： 病毒基因组病毒基因组一、病毒基因组核酸的主要类型病毒基因组核酸的主要类型双链双链RNARNA单链负股单链负股RNARNA 单链正股单链正股RNARNA分类分类DNADNARNARNA 双链双链DNADNA：HBVHBV 单链单链DNADNA：M13M13噬菌体噬菌

2、体正股(+)：序列与mRNA相同的链 负股(-)：序列与mRNA互补的链二、病毒基因组的特点二、病毒基因组的特点1 1基因组大小相差很大：基因组大小相差很大：HBVHBV：3.2kb 3.2kb 痘病毒：痘病毒：300 300 kbkb2 2核酸结构多样性：核酸结构多样性：DNA DNA 或或RNA RNA 单链或双链单链或双链 合环状分子或线性分子合环状分子或线性分子3 3基因组有连续的，有不连续的基因组有连续的，有不连续的大多数连续大多数连续流感病毒：流感病毒：8 8条单链条单链RNARNA4 4编码序列编码序列90%(90%(基因组基因组) )5. 5. 多为单拷贝多为单拷贝, ,即每个

3、基因只出现一次即每个基因只出现一次6.基因有连续的和基因有连续的和间断的间断的 ( (有内含子有内含子) ) 7.7.相关基因丛集相关基因丛集: : 功能上相关的基因排列在一起功能上相关的基因排列在一起8.有重叠基因有重叠基因9.含有不规则结构基因含有不规则结构基因基因之间无间隔区基因之间无间隔区. . mRNAmRNA端无帽子结构端无帽子结构. . 结构基因本身无翻译起始序列结构基因本身无翻译起始序列三、典型病毒基因组介绍典型病毒基因组介绍1. SV401. SV40病毒基因组病毒基因组 双链环状双链环状DNADNA：5243bp5243bp早期转录区：一个基因（早期转录区：一个基因（2 2

4、个蛋白质个蛋白质 t t，T T）调控区（调控区（ 400400bpbp）：复制起始点，启动子，增强子）：复制起始点，启动子，增强子晚期转录区：先转录出一个晚期转录区：先转录出一个多顺反子多顺反子mRNAmRNAVP1 mRNAVP2 mRNAVP3 mRNAVP3比VP2N端少1/3AUG 位于VP2和 VP3内UAA内含子1内含子2前体mRNA剪接方式1：去除内含子1剪接方式2：去除内含子2T-mRNAt -mRNAT- 抗原t-抗原分布于核内：100 KD分布于胞浆内：18 KDT - 抗原和t-抗原mRNA前体的不同剪接方式UAA2 2、逆转录病毒、逆转录病毒( (retrovirus

5、es)retroviruses)（1 1）一般特征）一般特征 病毒病毒(+)(+)股股RNARNA为为2 2个拷贝个拷贝, ,基本结构为基本结构为: :帽帽R RU5U5PBPBDLSDLS gaggagpolpolenvenv(onc(onc) ) C CPBPBU3U3R Rpolypoly(A)n(A)n病毒颗粒中有两条相同的正股病毒颗粒中有两条相同的正股RNA+RNA+两条来自宿主细胞的两条来自宿主细胞的tRNAtRNAA A：编码区：编码区: :所有逆转录病毒均含有所有逆转录病毒均含有3 3个基本结构基因个基本结构基因gag: gag: 病毒衣壳蛋白病毒衣壳蛋白polpol: : 肽

6、链内切酶肽链内切酶, ,一个逆转录酶一个逆转录酶, ,一个与前病毒整一个与前病毒整 合相关的酶合相关的酶envenv: : 包膜蛋白包膜蛋白B B：非编码区：非编码区: : 与基因组复制和基因表达有关与基因组复制和基因表达有关A: RA: R区区: : 两端的重复序列两端的重复序列, ,与与cDNAcDNA合成有关合成有关B: B: 引物结合区引物结合区( (primer binding site, PB)primer binding site, PB)C: UC: U区区: U3 : U3 含强启动子含强启动子, ,起始转录起始转录RNA.RNA. U5 U5 与转录终止和加与转录终止和加p

7、olyApolyA有关有关D: DLS-D: DLS- -C-C区区: : DLS:DLS:两条病毒两条病毒(+)(+)RNARNA链结合位点链结合位点 : : 包装信号包装信号: :RNARNA装入病毒颗粒装入病毒颗粒 C: C: 调控区调控区. .（2 2）前病毒基因组的转录和翻译）前病毒基因组的转录和翻译A A：逆转录病毒基因组的复制和转录都需要经：逆转录病毒基因组的复制和转录都需要经过过DNADNA中间体才能完成中间体才能完成. .RNARNA病毒病毒DNADNA前病毒前病毒RNARNA病毒病毒(cDNA(cDNA) )末端形成新的重复序列末端形成新的重复序列( (U3-R-U5U3-

8、R-U5) )称长末端重复序列称长末端重复序列( (LTR) LTR) long terminal repeatlong terminal repeatB B：翻译：翻译多顺反子多顺反子mRNAmRNA gag-pol gag-pol( (无起始密码子无起始密码子) )90% 90% 形成形成gaggag蛋白蛋白 10%10%形成形成gag- pol gag- pol 蛋白蛋白 剪接后形成剪接后形成env mRNAenv mRNA第二节第二节 原核生物基因组原核生物基因组一、原核生物基因组结构的特点一、原核生物基因组结构的特点：1 1、基因组为环状双链、基因组为环状双链DNADNA分子分子2

9、2、只有一个复制起始点、只有一个复制起始点. .3 3、具有、具有操纵子操纵子结构结构指数个功能上相关的基因串联在一起,连同上游的调控区和 下游的转录终止信号构成基因的表达单位. .4 4、一般无重叠基因、一般无重叠基因. .5 5、基因是连续的、基因是连续的, ,无内含子无内含子6 6、编码区在基因组中的比例、编码区在基因组中的比例 真核基因组真核基因组 病毒基因组病毒基因组7 7、基因组中重复序列很少、基因组中重复序列很少8、具有编码同工酶的基因具有编码同工酶的基因( (isogeneisogene) )9、存在可移动存在可移动DNADNA序列序列1010、分子中有多功能识别区域、分子中有

10、多功能识别区域复制、转录起始区复制、转录起始区 复制、转录终止区复制、转录终止区二、质粒（二、质粒（plasmidplasmid）是细菌内携带的染色体以外的是细菌内携带的染色体以外的DNADNA分子分子是共价闭合环状是共价闭合环状DNADNA（covalent closed circular covalent closed circular DNADNA， cccDNAcccDNA）1、最大特点最大特点: : 可独立复制可独立复制2 2、质粒的遗传控制、质粒的遗传控制(1).(1).复制控制系统复制控制系统: : 控制质粒的拷贝数控制质粒的拷贝数 复制起始点复制起始点( (oriori) )

11、Rep Rep基因基因: Rep: Rep蛋白结合于蛋白结合于oriori, , 促进复制促进复制 过量可抑制复制过量可抑制复制 CopCop基因基因: : 抑制复制抑制复制(2).(2).分配系统分配系统: : 使质粒在细菌分裂时精确分配到子细胞中使质粒在细菌分裂时精确分配到子细胞中. .(3). (3). 细胞分裂抑制系统细胞分裂抑制系统: : 控制细胞分裂控制细胞分裂, ,使细胞分裂与质粒使细胞分裂与质粒 复制协调复制协调(4).(4).位点特异重组系统位点特异重组系统: : 多聚体多聚体 单体单体 ( (细菌内细菌内) () (分裂时分裂时) )(5) (5) 质粒的不相容性质粒的不相

12、容性: : 具有相同复制起始点和分配区的两种具有相同复制起始点和分配区的两种质粒不能共质粒不能共 存于一个宿主存于一个宿主, ,这种现象称这种现象称 . . 共存一宿主共存一宿主 两种质粒两种质粒 不共存一宿主不共存一宿主另另: :凡经改建作为基因克隆载体的质粒必须包括三种共同的凡经改建作为基因克隆载体的质粒必须包括三种共同的组成成分组成成分: : 复制基因复制基因( (replicatorreplicator) ) 选择性标记选择性标记 克隆位点克隆位点三、转位因子转位因子( (transposable element)transposable element)指可指可移动的移动的DNADN

13、A 或跳跃基因或跳跃基因( (jumping jumping gene)gene)分子内分子内 分子间分子间1940s, 1940s, 美国冷泉港实验室美国冷泉港实验室( (Cold Spring HarberCold Spring Harber Lab) Lab) 的女科学家的女科学家B.McClintockB.McClintock( (荣获荣获19831983年若贝尔生物医学奖年若贝尔生物医学奖) )在玉米中首次发现在玉米中首次发现. .1.1.分类及特征分类及特征插入序列插入序列( (insertion sequence, IS):insertion sequence, IS):转位转位

14、( (座座) )子子( (transposon, Tntransposon, Tn) ) 噬菌体噬菌体Mu Mu 和和 D108D108(1)(1)插入序列插入序列: :较小较小, ,分子量分子量 2000 2000 2000 bpbp 含转座基因含转座基因( (转座酶转座酶) ) 决定宿主遗传性状的基因决定宿主遗传性状的基因特征特征: :A:A:复合型复合型: : 一个基因一个基因 + + 两侧臂两侧臂( (ISIS 或或类类ISIS序列序列) () (图图3-5)3-5)方向可相同方向可相同可相反可相反不可单独不可单独存在存在B: TnAB: TnA族两侧无族两侧无IS.(IS.(如如(T

15、n3) ).(Tn3) ).反向重复反向重复转座酶（TnpA）阻遏和解离蛋白（TnpR）-内酰胺酶内解离区Tn3 Tn3 的分子结构的分子结构C C：接合型：接合型: G(+) : G(+) 球菌中发现球菌中发现, ,可在不同细菌间移动可在不同细菌间移动. .无末无末 端反向重复序列端反向重复序列2 2、转位作用的机制、转位作用的机制( (图图3-7)3-7)单纯转座单纯转座( (简单转座简单转座) )复制型转座复制型转座第三节 真核生物基因组一一 、特点、特点1、. 体细胞: 两套基因组 性细胞: 一套基因组2、基因组结构复杂,数目庞大, 多个复制起始点3、mRNA为单顺反子.4、含大量重复

16、序列.5、非编码序列占90%以上.6、基因间有间隔区(spacer DNA),基因为断裂基因(split gene) 即内含子,外显子.7、功能相关的基因串联在一起形成基因家族8、存在可移动成分.类似细菌的类似细菌的: :如玉米中发现的如玉米中发现的. .类似逆转录病毒的类似逆转录病毒的: : 转位机制需转位机制需RNARNA介导介导( (图图3-8)3-8)二、基因家族（基因家族（gene familygene family）或）或 多基因家族多基因家族指结构相似，功能相关的一组基因, 由同一祖先进化而来。假基因: 进化中死亡的基因(无功能),用 表示如:组蛋白基因家族:5个成员: H1, H2A, H2B, H3, H45个基因串联排列形成一个重复单位,但不同生物中排列不同海胆: H1-H4-H2B-H3-H2A果蝇: H2B- H2A- H4- H3- H1水螈: H1-H3-H2B-H2A-H4三、基因超家族（基因超家族（gene superfamilygene superfamily） 或或 超基因家超基因家族族在结构上有不同程度的同源