基因与基因组课件

第二章基因与基因组Beadle

Tatum

MendelBenzerMogen基因是一段有功能的DNA序列，是遗传的功能单位。朱玉贤：基因是表达一种蛋白质或功能RNA的基本单位。一、基因和基因组的概念近代基因（gene）的概念基因组指一个物种单倍体的染色体所携带的一整套基因。基因组（genome）的概念所有的基因都能为蛋白质编码吗？★可转录、可翻译的（结构基因：能够编码多肽链的基因)

★可转录但不翻译的(tDNA,rDNA)★不转录、不翻译的(调控基因：调控邻近的结构基因的表达，如启动子，操纵基因)二、基因的类型结构基因（structuralgene）：决定某种多肽链(蛋白质)或酶分子结构的基因。通常在调节基因和操纵基因的控制下,经转录翻译合成相应的蛋白质、酶或肽链。操纵基因（operator）：通过与调节基因编码产生的阻遏子结合或脱离从而控制结构基因转录的核苷酸序列，位于结构基因附近，本身不转录。调节基因（regulator）：一段有效的DNA片段,可转录翻译产生调节蛋白,该蛋白质与操纵基因相互作用,对操纵子的活动进行控制。操纵子（operon）：是基因表达和调控的结构功能单位，包括结构基因、调节基因和控制位点（操纵基因、启动子、终止子、增强子和衰减子等）。四、断裂基因（不连续基因splittinggene）RichardJ.RobertsPhillipA.SharpNobelPrize1993成熟mRNA（或cDNA）与编码基因的DNA杂交试验鸡卵清蛋白基因DNA与其mRNA杂交图断裂基因：基因的编码序列在DNA上不是连续的，而是被不编码序列隔开，称为断裂基因。外显子Exon：指断裂基因中编码的序列，与mRNA的序列相对应。内含子Intron：指断裂基因中不编码的序列。thecodingsequencestheinterveningsequences

所以－－真核生物基因又称为SplittinggeneInterruptedgene断裂基因间隔基因PrecursormRNA(pre-mRNA)HeterogeneousnuclearRNA(HnRNA)真核生物基因的转录物又称为核内不均一RNA前体mRNAMostoftheeukaryoticgenesaremosaic(嵌合体),consistingofinterveningsequencesseparatingthecodingsequence.

断裂基因的分布真核生物：绝大部分结构基因tDNA,rDNAmtDNA,cpDNA原核生物：大T抗原gene小t抗原geneT4噬菌体的胸苷合成酶gene（1017bpintron）

Splittinggene并非真核生物所特有SV40断裂基因概念的相对性成熟酶合成受intronII的调控Intron并非“含而不露”

酵母细胞色素b基因的IntronII编码成熟酶Exon并非“表里如一”人类尿激酶原基因ExonI不编码氨基酸序列1、外显子在基因中的排列顺序和它在成熟mRNA产物中的排列顺序是相同的；2、某种断裂基因在所有组织中都有相同的内含子成分；3、核基因的内含子的可读框通常含无义密码子，没有编码功能；4、通常内含子上发生的突变不能影响蛋白质的结构，其突变对生物体没有影响，但也有例外。断裂基因的性质五、重叠基因重叠基因：指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列。6000bp重叠基因的发现：噬菌体G4、MS2和SV40中都发现了重叠基因原核生物的重叠基因5386bp1978年Sanger&Feir编码的9种蛋白质共2000个氨基酸基因重叠的方式

例1：重叠1个碱基如：基因D终止

X174DNA序列：5’—T—A—A—T—G—3’

基因J起始1、大基因内包含小基因：如：B基因包含在A基因内；E基因包含在D基因内。2、前后两基因首尾重叠：例2：重叠多个碱基如：基因A终止

X174DNA序列5’—A—T—G—A—3’

基因C起始

一个DNA顺序可能有几种阅读框？例：序列ATTCGATCGCAACAAA

ATTCGATCGATTCGATCGCATTCGATCGCA（1）（3）（2）AA但只有一种具有编码的作用，称为开放阅读框开放阅读框（openreadingframe，ORF）

：基因序列的一部分，包含一段可以编码蛋白质、肽链或酶的碱基序列，不能被终止子打断。果蝇蛹上皮蛋白质基因位于另一个基因的内含子之中。人I型神经纤维瘤(NF1)基因的第一个内含子中有三个编码蛋白质的基因，其转录方向与NF1的相反。线虫基因组中每个基因平均有5个内含子，有的内含子中包含tRNA基因，其转录方向不一定与包含它的基因的转录方向一致。真核生物的重叠基因两个重叠基因的转录是各自独立、互不依赖。例如：31Kb的二氢叶酸还原酶基因含6个外显子，mRNA长度为2Kb，内含子长29Kb，内含子比外显子大很多。在进化相关的相似组织的基因，其外显子基本一致，内含子的位置也是保守的，只是长度有变化。如小鼠的a-珠蛋白基因长度850bp，b-珠蛋白1382bp，两个的mRNA却大小差不多。不同生物的外显子数目随着进化增加，基因平均长度也在增加。基因组的大小例：E.coli与人类根据不同细胞中的mRNA数目估算

人类编码基因约为3-4万个E.coli.4.2×106bp编码约3000种基因人类3.3×109bp大肠杆菌的700多倍编码上百万个基因？？？基因组大小和C值C值(CValue)：指每一种生物中其单倍体基因组的DNA总量,具特异性。C值是每种生物的一个特征，不同生物之间差别很大。低等真核生物中C值与形态学复杂程度相关，但高等真核生物中变化很大。生物体进化程度高低与C值不成明显线性相关。亲缘关系相近的生物C值相差较大。高等生物的C值不一定就高于比它低等的生物。C值矛盾/C值悖论：C值和生物结构或组成的复杂性不一致的现象。C值变化范围宽意味着在某些生物中有DNA是不编码的。Histonegenefamily基因家族的各个成员紧密成簇排列成大段的串联重复单位，分布在某一条染色体的特殊区域；它们可同时发挥作用，合成某些蛋白质。如组蛋白基因家族聚集在第7号染色体长臂3区内。基因簇（genecluster）组蛋白基因家族散布的基因家族（interspersedgenefamily）一个基因家族的不同成员成簇地分布在不同染色体上，各成员在序列上有明显差异。这些不同成员编码一组功能上紧密相关的蛋白质，如珠蛋白基因家族。两种亚基的编码基因分别形成两个不同的基因簇，存在于不同的染色体上。假基因（pseudogene）：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，所以假基因是没有功能的基因，用ψ表示。一般认为是由mRNA反转录成cDNA，然后整合在基因组中。来源假基因不含内含子八、人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)举世瞩目1990年正式启动美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家共同参与30亿美元与曼哈顿计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。30多亿个碱基对1994年一张覆盖整个基因组的人类遗传图谱完成精细的物理图谱在2003年4月完成

人体基因组的特征1、大小:30亿个碱基对的序列。2、结构：

人体基因组中含有大量的重复顺序。非重复顺序约只占总基因组的54-58％。3、基因特征：

基因数目为3-4万；95％以上的基因含有内含子结构，平均外显子数为7个；平均基因长度为16.3kb。1、对人类疾病基因研究及医学的贡献

基因诊断、基因治疗和基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。2、对生物技术的贡献

基因工程药物-制药工业，对细胞、胚胎、组织工程的推动。3、对社会经济的重要影响

发现新功能基因的社会和经济效益；转基因食品；转基因药物（如减肥药，增高药）4、对生物进化研究的影响HGP对人类的重要意义5、负面作用

基因组计划的实施会带来许多伦理学、法学和社会学问题。

基因专利战：现在美国好几家大公司均参入人类基因组计划，每克隆鉴定一个基因，他们就将整个基因申请专利，占为己有。基因与个人隐私：致病基因的鉴定将使人们得知自己患某些癌症的概率，如欧美血统的妇女有八分之一的概率患乳腺癌。但若某妇女其近亲有一人患乳腺癌，则她患乳腺癌的概率剧增至85%。同时还具有患卵巢癌的45%的危险。这样，某人的基因鉴定结果常会导致保险公司拒绝保险或恣意提高投保金额的依据，造成严重的社会问题。基因资源的掠夺战；种族选择性灭绝性生物武器等。中国的HGP指导思想：参与、分享，重点是利用我们的资源，依靠我们自己的力量，为我们的子孙克隆我们自己的基因。九、基因组学（genomics）是指对所有基因进行基因作图（包括遗传图谱、物理图谱和转录图谱），核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。包括结构基因组学、功能基因组学（后基因组学）和比较基因组学。结构基因组学通过基因作图、核苷酸序列分析确定基因组成、基因定位。用于基因定位的分子标记技术RFLP、RAPD、AFLP、SSLP、SSCP、SNP等功能基因组学利用结构基因提供的信息，在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，又称后基因组学。