Chap07基因概念

1、 由于科学研究水平的不断提高,从浅入深,由宏观到微观,基因的概念在不断的修正和发展。从遗传学史的角度看,基因概念大致分以下几个阶段: 孟德尔的遗传因子阶段; 摩尔根的基因阶段; 顺反子阶段； 现代基因阶段。第七章 基因的概念1、孟德尔所说的“遗传因子”只是代表决定某个性状遗传的抽象符号；2、1909年丹麦科学家约翰逊创造了“基因”这个词, 但也只是提出了遗传因子的符号, 而无其物质概念；摩尔根的研究表明基因线性排列在染色体上，基因有了物质的内涵；美国微生物学家Beadle和Tatum提出“一个基因一个酶”的假说。 一、早期基因的概念 1 1）生物合成过程生物合成过程 基因基因： a b c d

2、 酶酶： A B C D 代谢物代谢物：1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 检测的物质检测的物质 A B C D E GA B C D E G突突 1 1 + + + + 2 2 + + + + + +变变 3 3 + + 4 4 + + + + + + + +体体 5 + + + + 5 + + + + + + 突突 变变 型型: 5 4 2 1 3 代谢过程代谢过程: E A C B D G2 2）突变型与合成缺陷）突变型与合成缺陷3)粗糙链孢霉生化突变型的鉴定 添加的氨基酸 菌株 鸟氨酸瓜氨酸精氨酸I（arg3突变）生长（arg2突变）生长生长（arg1突变）生长生长生长 粗糙链孢霉

3、精氨酸依赖型的不同菌株对添加的氨基酸的反应 一个基因一种酶的假说对基因功能的实质奠定了基础。确认(1)基因的功能是通过酶控制的生化反应，而达到控制生物的性状，(2)生物的性状往往是一系列基因所控制，绝不是“一个基因一个性状”。 arg1arg2arg3 一个基因一种酶的局限性: (1) 并非所有的基因都编码蛋白质； (2) 有的酶由多个基因编码； (3) 有的一个基因可合成多种蛋白； (4) 有的RNA具有催化活性。4)人的先天代谢缺陷 1902年英国医生Garrod提出了“一个突变一种代谢障碍”。 先天性代谢缺陷：指由基因突变引起酶活性异常，从而导致代谢紊乱的机体功能障碍性疾病。 尿黑酸尿症

4、（尿黑酸尿症（AR）体内没有尿黑酸氧化酶，不能把尿黑酸变成乙酰醋酸，而是随尿液直接排出，在空气中放置一段时间后，由于尿黑酸氧化而变黑。Garrod 苯丙酮尿症尿黑酸尿症3,4-二羟苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙酮酸酪氨酸黑色素白化病甲状腺素膳食蛋白乙酰乙酸 尿黑酸对羟苯丙酮酸羟苯丙酮酸 早期基因的概念“ 三位一体”, 认为基因是功能、突变、重组的最小单位。五十年代中期，本泽（Benzer）通过T4噬菌体重组和互补测验，研究基因的精细结构，提出“顺反子” （Cistron）的概念，一个顺反子决定一条多肽。二、二、基因的精细结构 噬菌体T4感染大肠杆菌，能引起溶菌。Benzer于1953年发现T4噬菌体rI

5、I快速溶菌(rapid lysis)突变型。 1 重组试验重组试验 在 B 菌株中 在 K 菌株() 的噬菌斑 中的噬菌斑 r- (大,边缘清晰) r+ (小,边缘模糊) (小,边缘模糊) RF (2 r+ 噬菌体)噬菌体总数100 2 K 菌株平板上的噬菌斑数 B 菌株平板上的噬菌斑数 利用上述特点利用上述特点: : 让两个r突变型杂交，即对B株进行混合感染，再让释放的子代噬菌体侵染K()株，结果出现了野生型噬菌体（重组体r+r+）。 把成对的r突变型对E.coli B共感染，形成噬菌斑后，收集溶菌液，然后把一部分溶菌液接种在E.coli B上，把另一部分溶菌液接种在E. coli K()上

6、。 一部分溶菌液接种在E.coli B上，估计溶菌液中的病毒数，两种突变型及重组子都能生长；把另一部分溶菌液接种在E. coli K()上，只有r+r+重组子能够生长，可估计野生型重组子数。重组率 100%2(r+r+噬菌体数)总噬菌体数 100%2(K()株上生长的噬菌斑数)在B株上生长的噬菌斑数 举例：两突变型rx与ry杂交，将溶菌液稀释为10-6 ，取其0.1毫升，涂布在B株上，生成的噬菌斑是525，又将溶菌液稀释为10-2，取其0.1毫升，接种在K()株上，得噬菌斑数为370，则这两突变位点间的重组率为 0.01410.0141370102 2 100 525106 应用这种方法，重组

7、率低到应用这种方法，重组率低到0.0001%也能也能检测出来，但实际检测的重组率均不低于检测出来，但实际检测的重组率均不低于0.01%。 r 47 r47 r47 + + r104 精细作图 r47 + + r106 r47 + + r102 BKT4的rII突变位点间距离的测定 此法实际上是两点测验法，根据许多次两点此法实际上是两点测验法，根据许多次两点测验的结果，可以作出测验的结果，可以作出rr区不同位点间微细区不同位点间微细遗传图。这与二倍体生物通过一系列两点测遗传图。这与二倍体生物通过一系列两点测交法绘制的连锁图是相同的。交法绘制的连锁图是相同的。2 互补试验互补试验 根据功能确定等位

8、基因的测验称为根据功能确定等位基因的测验称为互补测互补测验验（complementary test）或）或顺反测验顺反测验（cis-trans test）, ,通过互补试验可以确定突变位点间的功能关系功能关系, 即有同一表型效应的两个突变位点是等位的, 还是非等位的. 测定方法：测定方法： 建立一个双突变的杂合体，即建立一个双突变的杂合体，即a a1 1和和a a2 2的双的双突变杂合体。突变杂合体。测定这两个突变间有无互补作用。 双突变杂合体可能有二种存在形式：双突变杂合体可能有二种存在形式：顺式顺式排列（排列（cis）和和反式排列反式排列（trans ）反式（反式（trans)-trans

9、)-两个突变分两个突变分属同源染色体的两个染色体属同源染色体的两个染色体顺式（顺式（cis)-cis)-即两个突变即两个突变座位位于同一条染色体。座位位于同一条染色体。 互补测验的过程： 用r突变型成对组合同时感染E.coliK()株，若被双重感染的细菌中产生两种亲代基因型的子代噬菌体（也有少量重组型），必定是一个突变型补偿了另一个突变型所不具有的功能，这两个突变型就称为彼此互补。若不产生子代噬菌体，这两种突变型一定有一个相同功能受到损伤。 若是因为重组才复制，那混合感染中能否若是因为重组才复制，那混合感染中能否得到子代噬菌体应和两个突变位点的距离得到子代噬菌体应和两个突变位点的距离有关。事实

10、上无关。有关。事实上无关。 r106 r51 + + r106 + + r51 顺反测验 r47 106 + + r47 + + r106 K菌株 B菌株大：大：rII噬菌斑噬菌斑小：野生型噬菌斑小：野生型噬菌斑互补测验结果发现： r 突变型可分成A和B两个互补群。所有A突变型的突变位点都在r 区的一边，所有B突变型的突变位点都在r 区的另一边，分别是一个独立的功能单位。 Benzer共分析了r区域的大约2000个突变型，了解到这些突变分布在308个位点上，分属两个不同的功能单位（顺反子）。 顺式测验 反式测验 突 变 位 点在 同 一 顺反子内 A B + A B 突 变 位 点在 不 同

11、的顺反子内 + A B + A B 图 5-20 顺反测验结果的图解。当顺式有功能，而反式没有功能时，突变 位点突变位点在同一顺反子内；当顺式有功能，而反式也有功能时，突变 位点突变位点在不同顺反子内。 顺反子顺反子(cistron): 就是功能意义上的基因。一个顺反子内的不同位点可以发生突变, 不同位点间可以发生重组，顺反子有功能上的完整性，又有结构上的可分性。 遗传上的突变单位和重组单位是突变子和重组子。突变子突变子是基因内改变后可以产生突变表型的最小单位。可小到一个核苷酸对。重组子重组子是基因内不能由重组分开的遗传单位。最小也相当于一个核苷酸对。三、现代基因的概念 基因基因就是DNA分子

12、上的携带有特殊遗传信息的一段序列，包括编码多肽链或转录RNA分子的结构基因和参与调控结构基因表达的调控基因。 v调控基因（regulator gene）： 参与调控结构基因表达的基因，包括控制结构基因转录起始和产物合成速率的基因，能影响其他基因活性的一类基因。v不连续基因（split gene）： 在真核生物中，一个基因的编码序列是不连续的，被若干个非编码序列分割，这类结构断裂的基因称为不连续基因，又称断裂基因（interrupted gene）。原核生物基因的结构绝大多数是连续的。 基因转录后不被切除的部分叫外显子(exon)，被切除的部分称为内含子(intron)。RNA剪接:经过删除和连

13、接，除去无关的DNA间序（即内含子），便形成了成熟的mRNA分子 。可变剪接：有些基因的初级转录本，可按不同的途径剪接成不同的RNA分子，编码不同的蛋白质。 (1) 有利于储存较多的信息(2) 有利于变异和进化 (3) 增加重组机会 (4) 可能是基因调控装置断裂基因的意义v 重叠基因（overlapping gene）： 同一个DNA序列可以参与编码两个以上的RNA或多肽链。两个或两个以上的基因共有一段核苷酸序列。 Sanger(1977)在噬菌体X 174中发现了重叠基因。DNA全长5386bp,将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行比较，实际编码的蛋白质比预期要多，发现了重叠基因。 1

14、1个基因中，E和D重叠，A、B、K、C也彼此重叠.重叠基因的几种重叠方式：1、大基因内包含小基因2、前后两个基因首尾重叠3、三个基因之间三重重叠4、反向重叠5、重叠操纵子v跳跃基因（jumping gene，mobile gene）：可以在基因组内移动位置的基因，也可称为转座元件或转座因子(transposable element)。基因的跳跃能够产生突变和染色体重排，进而影响其他基因的表达。跳跃基因的发现动摇了基因在染色体上有一固定位置的传统观念。v 假基因（pseudogene）：不产生有功能产物的基因。大多真核生物都存在假基因。本章小结1重点掌握基因的概念及其发展状况 2具体掌握“三位一体”、结构基因、调控基因、启动子与操纵基因；顺反子、重组子、突变子；断裂基因、外显子与内含子；重叠基因；基