遗传学经典课件-第04章-基因精细结构的遗传分析培训资料

1、遗传学经典课件-第04章-基因精细结构的遗传分析基因概念的发展基因概念的发展l遗传因子遗传因子l基因基因l基因的本质是核酸基因的本质是核酸l一基因一酶、一基因一多肽一基因一酶、一基因一多肽l顺反子顺反子l操纵子操纵子l隔裂基因（断裂基因）隔裂基因（断裂基因）l重叠基因重叠基因l跳跃基因（可动基因）跳跃基因（可动基因）lMendel用用A、B、C等符号代表某个性状，等符号代表某个性状，表明生物的性状是由颗粒性的遗传因子表明生物的性状是由颗粒性的遗传因子负责传递的。负责传递的。l遗传因子在体细胞中成对存在，在生殖遗传因子在体细胞中成对存在，在生殖细胞中单个存在。细胞中单个存在。?l1909年，用年

2、，用“gene”表述表述Mendel的遗传因的遗传因子，但没有提出概念。子，但没有提出概念。l1910年年Morgan等证明基因位于染色体上；等证明基因位于染色体上；l1926年发表年发表基因论基因论，建立了遗传的，建立了遗传的染色体学说。提出基因是个功能、突变染色体学说。提出基因是个功能、突变和交换和交换“三位一体三位一体”的概念。的概念。l1928年Griffithl1944年Avery等l1952年Hershey和Chasel1956年Conratl1941年Beadle和Tatuml1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋模型假说l1957年Crick提出中心法则l1961

3、年Crick又提出三联体遗传密码顺反子顺反子l1957年Benzer分析了基因内部的精细结构，提出顺反子概念。l打破了“三位一体”的基因概念，把基因具体化为DNA分子上特定的一段顺序。顺反子顺反子l顺反子cistron：指不同突变之间没有互补的功能区域。一个顺反子就是一个功能水平上的基因。操纵子操纵子operonl1961，Jacob和Monod提出大肠杆菌乳糖操纵子模型。包括一个操纵基因operator，一个调节基因regulatory gene和三个结构基因structure gene。l超基因（super gene）指作用于一种性状或作用于一系列相关性状的几个紧密连锁的基因。基因家族（g

4、ene family）l假基因（pseudo gene）指具有与功能基因相似的序列，但由于有许多突变以致失去了原有的功能。隔裂基因（断裂基因）隔裂基因（断裂基因）split genel1977年年Sharp和和Roberts等等报道基因内部报道基因内部有间隔顺序有间隔顺序（spacer sequence）隔裂基因（断裂基因）隔裂基因（断裂基因）split genel1978年年Gilbort创用了内含子创用了内含子 (intron) 和外和外显子显子 (exon) 两个名词，内含子是指在成熟两个名词，内含子是指在成熟的的mRNA中不出现的顺序中不出现的顺序, ,Exon是指在成是指在成熟的熟的

5、mRNA中出现的编码顺序。中出现的编码顺序。 l内含子片段可以转录，但在内含子片段可以转录，但在RNA加工时被加工时被剪切掉。剪切掉。内含子是相对的，一个基因的内内含子是相对的，一个基因的内含子可能是另一个基因的外显子。含子可能是另一个基因的外显子。 断裂基因的意义断裂基因的意义l有利于储存更多信息l有利于变异和进化l增加重组几率l可能的基因调控作用Richard J. RobertsPhillip A. Sharp1993年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖重叠基因重叠基因 overlapping genel传统的基因概念是互不沾染、单个分离的。l1973，Weiner等研究噬菌体时

6、发现，有两个基因在编码生成蛋白质时是从同一个起点开始的。即两个基因序列可能部分重叠。l1978年，Sanger分析了phagex174的序列，发现有些密码是重读的，即存在重叠基因。噬菌体X174的重叠基因?重叠基因重叠基因 overlapping genel增加编码效率，贮存更多的遗传信息；l调控作用跳跃基因跳跃基因 jumping genelMcClintock在玉米中发现可转移位置的遗传因子,1951年在冷泉港的学术研讨会上，以染色体结构与基因表达为题，公开了她六年辛勤努力的研究成果跳跃基因学说。 l1983年，麦克林托克获得了诺贝尔生理学及医学奖 跳跃基因跳跃基因 jumping gen

7、el1960在大肠杆菌中发现可移动位置的插在大肠杆菌中发现可移动位置的插入序列（入序列（Insert Sequence）l可动基因（可动基因（mobile gene）l转座因子转座因子Transposable element,指细胞中可以改变自身位置的一段指细胞中可以改变自身位置的一段DNA顺顺序。序。 The fundamental physical and functional unit of heredity which carries information from one generation to the next; a segment of DNA, composed of a

8、 transcribed region and a regulatory sequence that makes possible transcription.基因（Gene） 一个基本的遗传结构和一个基本的遗传结构和功能单位，可以从亲代传给功能单位，可以从亲代传给子代；它是一段包含了使转子代；它是一段包含了使转录进行必需的调控顺序和可录进行必需的调控顺序和可转录区域的转录区域的DNA。？基因的类别基因的类别l结构基因和调节基因l核糖体RNA基因和转移RNA基因l启动子和操纵子结构基因和调节基因结构基因和调节基因l结构基因structural genel调节基因regulatory genes

9、l可以转录并且能翻译成多肽链，分别构成结构蛋白、酶和阻遏蛋白或激活蛋白核糖体核糖体RNA基因和转移基因和转移RNA基因基因lrDNA和和tDNAl只转录成相应的只转录成相应的RNA不翻译成多肽链。不翻译成多肽链。lrRNA构成核糖体；构成核糖体；tRNA激活氨基酸激活氨基酸l这类基因都是这类基因都是多拷贝基因多拷贝基因启动子和操纵子启动子和操纵子l启动子启动子promotor和操纵子和操纵子operator都是不都是不转录的转录的DNA区段。严格地说不是基因。区段。严格地说不是基因。 ？lPromotor是转录时是转录时RNA聚合酶与聚合酶与DNA的的结合位点结合位点l operator是调节

10、基因产物与是调节基因产物与DNA的的结结合位点合位点重组测验重组测验l果蝇眼色：杏色眼wa白色wl wa/wa与wY杂交，F2代应有2种表型。？ ？l拟等位基因pseudoallele紧密连锁的功能性等位基因lwa+/+w和+/waw基因型相同都为+wa+w，但两个突变基因在染色体上的位置不同。 wa+/+w为反式排列表现为杏色眼； +/waw为顺式排列表现为红色眼。顺反位置效应顺反位置效应l顺反位置效应cis-trans position effects由于排列方式不同而表型不同的现象顺式排列：2个突变位点在同一染色体上反式排列： 2个突变位点在不同染色体上噬菌体突变型噬菌体突变型l噬菌体突

11、变类型噬菌体突变类型噬菌斑大小清晰度寄主范围条件致死突变类型类型不同大肠杆菌菌斑平板上表型不同大肠杆菌菌斑平板上表型BK（ ）S野生型野生型小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rI大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑rII大噬菌斑大噬菌斑 无（致死）无（致死） 小噬菌斑小噬菌斑rIII大噬菌斑大噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑Benzer 重组实验示意图重组实验示意图E.coli Br47+和+r104同时感染E.coliB感染E.coli B感染E.coli K()全部子代r47+,+r104,+,r47r104只有+E.coli BE.coli K()双重感染

12、双重感染 在在E.coli K() 中只有中只有 + +重组子才能生长重组子才能生长,而同样的而同样的交互重组子交互重组子r47r104 不能生长不能生长,无法检出无法检出,但其重组率但其重组率和和+相同相同, 估算重组频率时需将估算重组频率时需将+ 数乘以数乘以2。重组频率重组频率 =2* rII + 噬菌斑数噬菌斑数噬菌斑总数噬菌斑总数X 100 =2*E.coli K() 菌株的噬菌斑数菌株的噬菌斑数E.coli B菌株上噬菌斑数菌株上噬菌斑数X 100这种方法称为重组测验这种方法称为重组测验, ,可确定突变子间的空间关系可确定突变子间的空间关系. .根据这种方法可证明基因邻近核苷酸位置

13、上的突变也可能发根据这种方法可证明基因邻近核苷酸位置上的突变也可能发生重组生重组. .重组测验重组测验phage重组测验重组测验l以遗传图的方式确定突变子之间的位置关系。l可以计算的最小重组率为0.02%，即0.02个图距单位，大约相当于2个核苷酸对。互补试验互补试验lrII区有3000多个突变型，有相同的表型，是否属于一个基因还是几个基因？l重组测验是以遗传图距的方式确定突变的空间关系；互补测验则是确定突变的功能关系。l Benzer斑点测试法（spot test）互补试验互补试验lBenzer，T4噬菌体的不同突变型。 K B互互补补试试验验l互补互补complementation：反式排

14、列时，两个隐：反式排列时，两个隐性突变能表现为野生型的能力称为互补。性突变能表现为野生型的能力称为互补。顺反子顺反子cistron不同突变之间没有互补的功能区，一个顺反子就是一个不同突变之间没有互补的功能区，一个顺反子就是一个功能水平上的基因。功能水平上的基因。互补实验互补实验示意图示意图基因内互补基因内互补lIntragenic complementationl两条不同位点发生突变的多肽链，构成两条不同位点发生突变的多肽链，构成双重杂合子，有可能表现出恢复不同程双重杂合子，有可能表现出恢复不同程度的酶活性部位。度的酶活性部位。l可以与互补作用区分开可以与互补作用区分开基因间互补普遍存在，基因

15、内互补少见基因间互补普遍存在，基因内互补少见基因内互补属于错义突变基因内互补属于错义突变基因内互补的酶活明显低于正常水平基因内互补的酶活明显低于正常水平缺失作图缺失作图原理原理l点突变和缺失突变点突变和缺失突变点突变是单个位点突变，缺失突变是多个位点突变是单个位点突变，缺失突变是多个位点突变点突变点突变可以回复，缺失突变不能点突变可以回复，缺失突变不能点突变可以与其他点突变发生重组，缺失突点突变可以与其他点突变发生重组，缺失突变不能与缺失区的其他点突变互补变不能与缺失区的其他点突变互补l可以建立一组重叠缺失突变型，用欲测可以建立一组重叠缺失突变型，用欲测定的突变与其分别进行重组测验定的突变与其

16、分别进行重组测验缺失作图缺失作图原理原理1.将缺失型和待测突变混合与将缺失型和待测突变混合与E.coli B菌株菌株培养培养2.取取1滴加在滴加在E.coli K() 菌株平板上菌株平板上3.有噬菌斑表明发生重组有噬菌斑表明发生重组缺失作图缺失作图lrII突变区划分为突变区划分为47个片段（图）个片段（图）l与与7个缺失大片段突变型杂交，确定大范围个缺失大片段突变型杂交，确定大范围l进一步与有关的缺失小片段杂交，确定小进一步与有关的缺失小片段杂交，确定小范围范围l进一步杂交确定具体的位置。进一步杂交确定具体的位置。基因的功能基因的功能一、已知基因决定表型，即基因是一个独立的控制生物体的性状的功能单位，那么，基因又如何实现其功能？l例：苯丙酮尿症，由常染色体隐性基因决定，不能产生相应的酶。Garrod提出基因和