遗传学经典课件-第04章-基因精细结构的遗传分析

第四章基因精细结构的遗传分析本章学时：3学时本章重点：都很重要1/15/20231SchoolofLifeScience主要内容：1、基因的概念、断裂基因与重叠基因2、重组测验3、互补测验4、缺失作图5、基因的功能1/15/20232SchoolofLifeScience基因概念的发展遗传因子基因基因的本质是核酸一基因一酶、一基因一多肽顺反子操纵子隔裂基因（断裂基因）重叠基因跳跃基因（可动基因）1/15/20233SchoolofLifeScience遗传因子Mendel用A、B、C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负责传递的。遗传因子在体细胞中成对存在，在生殖细胞中单个存在。?1/15/20234SchoolofLifeScience基因1909年，用“gene”表述Mendel的遗传因子，但没有提出概念。1910年Morgan等证明基因位于染色体上；1926年发表《基因论》，建立了遗传的染色体学说。提出基因是个功能、突变和交换“三位一体”的概念。1/15/20235SchoolofLifeScience基因的本质是核酸1928年Griffith1944年Avery等1952年Hershey和Chase1956年Conrat1/15/20236SchoolofLifeScience一基因一酶（多肽）1941年Beadle和Tatum1/15/20237SchoolofLifeScienceDNA双螺旋模型1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋模型假说1957年Crick提出中心法则1961年Crick又提出三联体遗传密码1/15/20238SchoolofLifeScience顺反子1957年Benzer分析了基因内部的精细结构，提出顺反子概念。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。1/15/20239SchoolofLifeScience顺反子顺反子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。1/15/202310SchoolofLifeScience操纵子operon1961，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regulatorygene和三个结构基因structuregene。1/15/202311SchoolofLifeScience乳糖操纵子1/15/202312SchoolofLifeScience超基因（supergene）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（genefamily）假基因（pseudogene）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。1/15/202313SchoolofLifeScience隔裂基因（断裂基因）

splitgene1977年Sharp和Roberts等报道基因内部有间隔顺序（spacersequence）1/15/202314SchoolofLifeScience隔裂基因（断裂基因）splitgene1978年Gilbort创用了内含子

(intron)和外显子

(exon)两个名词，内含子是指在成熟的mRNA中不出现的顺序,Exon是指在成熟的mRNA中出现的编码顺序。

内含子片段可以转录，但在RNA加工时被剪切掉。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。

1/15/202315SchoolofLifeScience1/15/202316SchoolofLifeScience1/15/202317SchoolofLifeScience1/15/202318SchoolofLifeScience断裂基因的意义有利于储存更多信息有利于变异和进化增加重组几率可能的基因调控作用RichardJ.RobertsPhillipA.Sharp1993年诺贝尔生理学或医学奖1/15/202319SchoolofLifeScience重叠基因overlappinggene传统的基因概念是互不沾染、单个分离的。1973，Weiner等研究噬菌体时发现，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。1978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。1/15/202320SchoolofLifeScience噬菌体X174的重叠基因?1/15/202321SchoolofLifeScience重叠基因overlappinggene增加编码效率，贮存更多的遗传信息；调控作用1/15/202322SchoolofLifeScience跳跃基因jumpinggeneMcClintock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。1983年，麦克林托克获得了诺贝尔生理学及医学奖1/15/202323SchoolofLifeScience跳跃基因jumpinggene1960’在大肠杆菌中发现可移动位置的插入序列（InsertSequence）可动基因（mobilegene）转座因子Transposableelement,指细胞中可以改变自身位置的一段DNA顺序。1/15/202324SchoolofLifeScience

Thefundamentalphysicalandfunctionalunitofhereditywhichcarriesinformationfromonegenerationtothenext;

asegmentofDNA,composedofatranscribedregionandaregulatorysequencethatmakespossibletranscription.基因（Gene）

一个基本的遗传结构和功能单位，可以从亲代传给子代；它是一段包含了使转录进行必需的调控顺序和可转录区域的DNA。？1/15/202325SchoolofLifeScience基因的类别结构基因和调节基因核糖体RNA基因和转移RNA基因启动子和操纵子1/15/202326SchoolofLifeScience结构基因和调节基因结构基因structuralgene调节基因regulatorygenes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1/15/202327SchoolofLifeScience核糖体RNA基因和转移RNA基因rDNA和tDNA只转录成相应的RNA不翻译成多肽链。rRNA构成核糖体；tRNA激活氨基酸这类基因都是多拷贝基因1/15/202328SchoolofLifeScience启动子和操纵子启动子promotor和操纵子operator都是不转录的DNA区段。严格地说不是基因。？Promotor是转录时RNA聚合酶与DNA的结合位点

operator是调节基因产物与DNA的结合位点1/15/202329SchoolofLifeScience重组测验果蝇眼色：杏色眼wa白色w

wa/wa与wY杂交，F2代应有2种表型。？？拟等位基因pseudoallele紧密连锁的功能性等位基因wa+/+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。1/15/202330SchoolofLifeScience顺反位置效应顺反位置效应cis-transpositioneffects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1/15/202331SchoolofLifeScience噬菌体突变型噬菌体突变类型★噬菌斑大小★清晰度★寄主范围★条件致死突变1/15/202332SchoolofLifeScienceE.coli的T4phagerII突变型类型不同大肠杆菌菌斑平板上表型BK（）S野生型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rII大噬菌斑无（致死）小噬菌斑rIII大噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑1/15/202333SchoolofLifeScienceBenzer

重组实验示意图……E.coliBr47+和+r104同时感染E.coliB感染E.coliB感染E.coliK(λ)全部子代r47+,+r104,++,r47r104只有++E.coliBE.coliK(λ)双重感染1/15/202334SchoolofLifeScience在E.coliK(λ)中只有++重组子才能生长,而同样的交互重组子r47r104不能生长,无法检出,但其重组率和++相同,估算重组频率时需将++数乘以2。重组频率=2*rII+噬菌斑数噬菌斑总数X100

=2*E.coliK(λ)菌株的噬菌斑数E.coliB菌株上噬菌斑数X100这种方法称为重组测验,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上的突变也可能发生重组.重组测验1/15/202335SchoolofLifeSciencephage重组测验以遗传图的方式确定突变子之间的位置关系。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。1/15/202336SchoolofLifeScience互补试验rII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？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。

Benzer斑点测试法（spottest）1/15/202337SchoolofLifeScience互补试验Benzer，T4噬菌体的不同突变型。

KB1/15/202338SchoolofLifeScience互补试验互补complementation：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。1/15/202339SchoolofLifeScience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功能水平上的基因。1/15/202340SchoolofLifeScience互补实验示意图1/15/202341SchoolofLifeScience基因内互补Intrageniccomplementation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度的酶活性部位。可以与互补作用区分开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的酶活明显低于正常水平1/15/202342SchoolofLifeScience缺失作图—原理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，缺失突变不能与缺失区的其他点突变互补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1/15/202343SchoolofLifeScience缺失作图—原理1.将缺失型和待测突变混合与E.coli

B菌株培养2.取1滴加在E.coliK(λ)

菌株平板上3.有噬菌斑表明发生重组1/15/202344