基因概念的发展

1、基因概念的发展 可动基因( mobile gene)在基因组中可以移动的基因。原始发现：McClintock B ，1951年玉米粒颜色的遗传。正常：有色 有色异常：有色 色斑 有色 无色 玉米色粒调控元件Ac-Ds系统 第9染色体C基因， 色素合成基因。Ac基因，自主移动的调节因子。4.5 kb, 5个exon, 编码转座酶。Ds基因， 非自主移动的受体因子。 0.5-4.0 kb, 与Ac有同源序列。 插入引起色素不能合成。 C Ac 有色 C Ds 无色C Ds Ac色斑 插入序列(insertion sequence, IS) 仅含有转座酶基因的简单转移序列。长度多在7001500bp

2、左右。 由末端反向重复序列(IR)，转座酶基因组成。 插入基因组中时，在靶位上生成正向重复序列(DR) 常见的IS结构IS 长度 末端IR 靶位DR 插入选择IS1 768 23 9 随机IS10 1329 22 9 TNAGCN IS50 1531 9 9 热点转座子(transposon, Tn) 带有转座酶基因等必需基因及抗药性等与转座无关基因的转座因子。结构特征： 两端具有同向或反向插入序列，同时，两端的IS可能相同或不同。常见的转座子：转座子 长度 标记 末端 取向 Tn 5 5700 KanR IS50 反向Tn10 9300 TetR IS10 反向Tn 9 2500 CamR

3、IS 1 正向转座引起的遗传效应 插入突变 插入失活 插入带来新的基因 非精确解离形成突变(缺失，重复，到位) 插入激活果蝇中的P因子 雌M果蝇 X 雄P果蝇 不育 雄M果蝇 X 雌P果蝇 育果蝇P因子不育机理开放阅读框 ORF 0ORF1ORF2ORF3 内含子 1 2 3P因子表达差异：体细胞 ORF 0，1，2 66 KD转座阻遏物生殖细胞 ORF 0，1，2，3 87KD转座酶P型细胞质：含66 KD转座阻遏物M型细胞质：不含66 KD转座阻遏物 P雌 X P雄 含P因子转座阻遏物 不含阻遏物 P因子不能转移 可育 P雌 X M雄 含P因子转座阻遏物 不含阻遏物 P因子不能转移 可育

4、P雄 X M雌不含P因子转座阻遏物 不含阻遏物 P因子能转移 不育 重叠基因（overlapping gene) 1977年 Sanger X 174 Phage 5375bp 实际编码的蛋白质比预期要多 提出了重叠基因概念。 基因转录起始点不同，但是共用同一段DNA序列或几个核苷酸的不同基因。染色体外基因 线粒体基因组 线粒体是真核细胞中的细胞器。每个细胞中含有几十至数千个线粒体。每个线粒体有多个线粒体基因组拷贝。线粒体是非孟德尔式遗传方式，在高等生物中具有母性遗传的特征。mt DNA的遗传特征 母性遗传：mtDNA全部来自母亲，非孟德尔式遗传，线粒体随机分配到子细胞。 mtDNA无内含子，

5、无修复系统。 mtDNA复制，转录，翻译所需的酶由核基因组提供。 mtDNA一般没有蛋白质保护。 mtDNA合成存在与细胞整个周期。 具有突变和缺失热点。mtDNA致病的遗传机制 线粒体基因组本身突变 线粒体基因组突变可以引起视觉神经和心肌性疾病。 点突变：由于mtDNA裸露，易受损伤，且无修复机制。所以突变频率较高。11778密码突变，arg-his 视觉神经性疾病。 缺失：常见5kb, 8470bp-13447bp 缺血性心肌病 7.4kb, 8637bp-16073bp 原发性心肌病 mtDNA插入核基因组溶酶体途径：核酸水解酶下降，mtDNA不能完全消化，片段游离在细胞质中。直接游离：

6、mtDNA复制中同源重组，产生mtDNA断片。线粒体崩解：由于理，化，病等因素，线粒体肿胀破裂，释放出mtDNA.以上DNA片段插入核基因组，造成突变。叶绿体遗传 叶绿体是绿色植物特有的核外遗传结构。 非孟德尔式遗传。 裸露的环状双链DNA分子。 120217kb 一个叶绿体含1数十个叶绿体基因组。 叶绿体DNA不含5-甲基胞嘧啶。染色体结构的畸变 染色体基因组结构大片段的改变。 缺失：染色体片段丢失。 重复：染色体区段增加。 倒位：染色体位置颠倒。 易位：非同源染色体片段位置互换。染色体缺失 中间染色体缺失：ABCDEF ABCD F 端点染色体缺失：ABCDEF ABCDE 缺失纯合体：

7、A B C D F A B C D F 缺失杂合体： A B C D E F A B C D F 细胞学效应： 同源染色体减数分裂配对 时形成弧状结构。 遗传学效应： 生物体表型突变或死亡。 缺失可产生拟显性现象 玉米 ：紫色基因A 对绿色基因a显性。绿色植株 a a X 紫色植株 AA 紫色 Aa UVAA花粉 X a a F1 绿色 紫色 花粉：正 常 _A 缺失A基因 _ 由于染色体显性基因的缺失使得同源染色体上的隐性基因表达出性状，这种现象称拟显性。染色体重复 重复： ABCDEF ABCDCDEF 重复纯合体：ABCDCDEF ABCDCDEF 重复杂合体：ABCDEF ABCDCD

8、EF 细胞学效应： 同源染色体减数分裂配对 时形成弧状结构。 遗传学效应： 生物体表型突变或死亡。动态突变(dynamic mutation)三核苷酸重复 由于三个核苷酸重复拷贝数目增加引起的突变，可引起人类多种遗传性疾病。疾 病 密码子 正常 有病亨亭顿舞蹈症 CAG 1134 42100脆性X染色体综合症 CGG 654 250以上 强直性肌营养不良 CTG 530 50以上Fragile X syndrome Xq27.3上的CGG重复250拷贝以上，形成染色体缢痕，患者智力低下。DNA指纹 基因组中存在着多种重复序列，拷贝数从几个到数十万个，可分为串联重复序列和分散重复序列。根据个体重

9、复序列拷贝的位置和数目的差异，使用限制性内切酶，获得具有个体特异性的DNA片段。可以作为亲缘关系或个人身份的鉴定。 父亲 母亲 子1 子2 8kb 7kb 6kb 5kb 2kb 染色体倒位 倒位： ABCDEF。GH ABEDCF。GH 倒位纯合体：ABEDCF。GH ABEDCF。GH 倒位杂合体：ABEDCF。GH ABCDEF。GH 细胞学效应： 同源染色体减数分裂配对 时形成倒位环结构。 遗传学效应： 抑制重组。平衡致死系 显性性状，隐性致死基因 Dd (展翅) X Dd(展翅) DD Dd d d 致死 展翅 野生型 保存致死基因 Cy + X Cy + + 1 + 1 Cy +

10、Cy + + 1 Cy + + 1 + 1 致死 杂合 致死染色体易位 易位： ABCDEF ABCDMN GHMN GHEF 重复杂合体：ABCDEF ABCDMN GHMN GHEF细胞学效应： 同源染色体减数分裂配对 时形成十字状结构。 遗传学效应： 半不育。易位杂合体同源染色体配对 十字型配对图：染色体数量的改变类 型 染色体组 整倍体单倍体(n) (ABCD)二倍体(2n) (ABCD) (ABCD)三倍体(3n) (ABCD)(ABCD)(ABCD)异源四倍体(4n) (ABCD)(ABCD)(EFGH)(EFGH)类型 染色体组 非整倍体单体 (2n-1) (ABCD)(ABC)

11、 缺体(2n-2) (ABC)(ABC) 三体(2n+1) (ABCD)(ABCD)(A)四体(2n+2) (ABCD)(ABCD)(A)(A)双三体(2n+1+1) (ABCD)(ABCD)(A)(B)小麦的染色体组成 一粒小麦 (2n=14) 二粒小麦 (2n=28) 山羊草 (2n=14) 普通小麦(2n=42) 杂交类型 二粒(n=14) 普通(n=21) 一粒(n=7) 7 II+7 I 7 II+14 I 二粒(n=14) 14 II 14 II+ 7 I 山羊草(n=7) 21 I 7 II +14 I 分析出：普通小麦染色体组成AABBDD 异源六倍体 无籽西瓜之中制种： 2n

12、(无条纹) 4n(无条纹) X 2n(有条纹) 有条纹 无条纹 无籽 有籽 3n 4n 例题：同源四倍体植株Aaaa自交，预期产生的基因型和表型。(提示：四倍体染色体减数分裂时一般是2：2的均衡分离) 配 子 1/6 AA 4/6 Aa 1/6 aa 1/6AA 1/36AAAA 4/36AAAa 1/36AAaa 4/6Aa 4/36AAAa 16/36AAaa 4/36Aaaa 1/6aa 1/36AAaa 4/35Aaaa 1/36aaaa 基因型： AAAA AAAa AAaa Aaaa aaaa 1/36 8/36 18/36 8/36 1/36表型： 35 ： 1 单体基因定位无眼果蝇基因型 ey/e