基因组学课件

基因组学（genomics

）概念基因（gene）

是核酸的中贮存遗传信息的遗传单位，是贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。

从生化学上来说指的是一段DNA或RNA（病毒）顺序，该顺序可以产生或影响某种表型，可以由于突变生成等位基因变异体。

从遗传学上来说代表1个遗传单位、1个功能单位、1个交换单位或1个突变单位。

表型和基因型

1、某一机体可以观察到的特征称为表型（phenotype），2、与表型相应的基因组成称为基因型（genotype）。

等位基因二倍体细胞有2套基因，一套来自父本，另一套来自母本，每个细胞的全部基因均由2套基因组成，每一对基因称做等位基因。

基因组（genome）细胞或生物中，一套完整单倍体遗传特质的总和（包括一种生物所需的全套基因及间隔序列）称为基因组。基因组的功能是贮存和表达遗传信息。人类基因组包含常染色体和XY两条性染色体上的全部遗传物质（核基因组）以及线粒体上的遗传物质（线粒体基因组）。*1个配对（精子或卵子），1个单倍体细胞或1个病毒所包含的全套基因，称为基因组。第一节原核基因组Prokaryoticgenome以细菌为代表讲述，有称bacteriagenome。nucleoid质粒plasmid第一节原核基因组细菌对分子生物学有重要贡献，是基因工程研究的主要材料之一。因为：1.结构简单，取材便利，易于培养。2.与人类有一些共同的生物学规律，如：（1）遗传物质都是DNA；（2）主要的功能分子都是蛋白质；（3）基因密码是通用的等。3.尤其是E.coli,是分子克隆“明星“,基因工程主要的工程菌，因为基因工程的主要工作是克隆基因在原核系统中表达。一、原核生物基因组结构与功能的特点1.基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成。2.基因组中只有1个复制起点。大肠杆菌4000K3000K2000K1000K0C-Value:4.6×106bp一、原核生物基因组结构与功能的特点3.具有操纵子结构。操纵子（operon）是指数个功能相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的转录终止信号构成的基因表达单位。乳糖操纵子lacoperontayz

opstructural

genepromoterterminatoroperatorß-galactosidase半乳糖苷酶zß-galactosidepermease透酶y

ß-galactosidetransacetylase

半乳糖苷乙酰转移酶a

一、原核生物基因组结构与功能的特点4.结构基因几乎无重叠现象，基因组中任何一段DNA不会用于编码2种蛋白质。5.基因序列是连续的，无内含子结构。

50kbtayz

opstructural

gene原核生物基因的调控序列

promoter启动子promoterterminator终止子terminatoroperator操纵元件operatorGA

CCGCCGCU

GGCGGCAUUUU-OH3’5’UUC

G

G5’…GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU…3’RNA5’…GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT…3’DNA终止子：强终止子：有反向重复顺序，可形成茎环结构，其后面为poly(T)结构，转录终止无需ρ因子。GC丰富区、AT丰富区二、染色体外的遗传物质———质粒

从生化学来说，除酵母的杀伤质粒（killerplasmid）是RNA外，其余质粒是染色体外的cccDNA分子。

从遗传学来说，质粒是与宿主染色体有别的复制子（真核细胞分裂过程中，DNA分成许多复制单位，该单位称为复制子）。在细胞分裂时能恒定传递给子代细胞的独立遗传因子或能在胞内寄生和复制的复制子。3.质粒与宿主细胞的关系（1）质粒对宿主的生存不是必需的。（2）质粒离开宿主就无法生存。（3）质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能。（4）质粒赋于宿主各种有利的表型。如抗生素抗性基因：Ampr酶，水解β-内酰胺环,解除氨关毒性,使细菌抗氨。Tetr膜蛋白,可阻止四环素进入细胞,使细菌抗四环素。4.质粒发现和研究意义

1）理论意义质粒能够复制、传递和表达遗传信息，从分子遗传学观点来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命形式。2）实践意义是基因工程的重要载体（vector），能把外源基因（目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达。

①质粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，基因工程的重要任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传递，若一个致癌质粒可以传递就会传到处都是。

（二）质粒的分类

1.按质粒的复制机理，分为2类：1）严谨控制型（stringentcontrdtype）

2）松弛控制型（relaxedcontroltype）(1)拷贝数少，一般<10个，分子量大；(1)拷贝数多，10-200个，分子量小；(2)复制受限，受细菌宿主DNA复制系(2)复制不受细菌DNA复制系统限制，统的控制；仅需DDDPI，其拷贝数可至1000-3000之多，该性质对基因工程十分有利。

(3)特点是这类质粒可以自传递；3）分子量小，不具备自传递能力；(4)严谨控制机理（低拷贝原因），4）基因工程使用松弛型（高拷贝数）质粒，以获得列多的基因产物。

*拷贝数（copynumber)—细胞所含的按每—基因组计算的某种质粒或基因的数目。2.按分子量大小，分为2类1）小型质粒，<15kb

2)大型质粒>15kb小型质粒，无接合和自传递能力，多属接合型或自传递型，大型质粒只也可心通过转化作用进入受体细胞能通过细菌的接合作用由一个细菌，这类质粒种类较多，几乎每种细菌传到另一个细菌。（如F质粒）。都可以含有2种以上。基因工程一般用小型质粒。（三）质粒的功能质粒的功能主要通过质粒本身携带的基因编码蛋白质表现出来。携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型。1.性质粒即雄性细菌F质粒，它本身转到F-宿主细胞时，使后者变成F+，改变宿主细菌性别。2.抗生素抗性抗药性（R）质粒使细菌产生抗生素抗性，这种抗药性抗性基因也可以转移到缺乏这种抗药基因的细菌体内，使之产生抗药性。3.产生毒素的质粒如col质粒能产生大肠杆菌素因子（colicin），杀死不合该毒素的亲缘细菌。4.降解复杂的有机化合物作为能源。5.产生限制和修饰酶。（四）质粒的基本特性

1.自主复制

质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素的影响。2.质粒的不相容性

利用相同复制系统的质粒不能共存于同一个细胞内。3.质粒的转移性在自然条件下，在些质粒可以通过细菌接合作用在细菌细胞间传递。基因工程中常用的质粒载体缺乏转移所需的基因，但可采用人工方法转化到细菌细胞中。BarbaraMcClintock

1902-1992可转座的噬菌体（transposablephage）(1)包括Mu和D108两种噬菌体，是一类温和噬菌体。(2)感染细菌后，可以整合到细菌染色体中，插入位点是随机的，可以插到结构基因内部，引起突变，Mu即Mutator(突变子)因此得名。(3)插入时，一个拷贝留在原位，新合成的拷贝插入新的部位。*噬菌体（phage）—是侵袭细菌的病毒，主要由蛋白质和核酸组成。噬菌的生活周期分为①溶菌周期和②溶原周期。溶原性噬菌体（温和噬菌体）→宿主菌→将自身DNA整合到细菌染色体中→和细菌染色体一起复制→随细菌增殖传到细菌子代中去，不产生子代Phage.转位的遗传效应1.基因重排可能产生1个新的蛋白分子等，基因重排是进化的动力。2.基因突变插入到基因内部，可引起插入失活。3.插入位点引入新的基因如引进抗药基因。细菌有限制—修饰系统细菌的限制—修饰系统是分别由特定的基因编码的限制酶和修饰酶组成的二元系统。1.防御外源性DNA入侵。2.构成细菌种属和菌株之间交叉繁殖屏障，但又允许外源DNA有某些遗漏，利于物种进化。3.基因工程重要的工具酶。甲基化酶1.保护自身DNA不受限制酶切割（限制）。2.影响DNA分子构象，利于基因表达调控。限制酶和甲基化酶辩证关系。第二节真核生物基因组

DNAmRNA前体RNA剪接成熟mRNA人类基因组染色体核小体第二节真核生物基因组

第二节真核生物基因组

一.真核生物基因组的结构(一)真核基因的基本结构1.结构基因、内含和外显子、断裂基因。（1）结构基因（structuralgene）指能转录成为mRNA、rRNA或tRNA的DNA顺序。（2）内含子和外显子真核生物的结构基因是不连续的，编码序列被非编码序列打断，在编码序列之间的序列称为内含子（intron），编码序列称为外显子（extron）。（3）断裂基因（splitgene）在真核类结构基因组中，编码顺序被许多称为内含子的非编码区分割成几段称之。鸡卵清蛋白基因DNA与其mRNA杂交图剪接:前体RNA中由内含子转录下来的序列去除，并把由外显子转录的RNA序列连接起来的过程。割裂基因前体mRNAIntrons去除Exons连接剪接2.顺式调控元件

顺式调控元件（cis—actingelements）指与结构基因表达调控相关，能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的DNA序列。能与顺式作用元件结合调节基因转录活性的蛋白质因子称为反式作用因子（trans—actingfactors）。顺式调控元件有：（1）启动子（promoter）

①概念：启动子是促进DNA转录的DNA序列，是DNA分子上可与RNApol特异性识别结合并使之转录的部位，但启动子本身不被转录。

②功能特点：启动子位于结构基因上游启动子有方向性决定转录方向及那一条DNA链作模板转录（以信息链的互补链作模板转录，转录的mRNA与信息链一致）。

③真核生物的启动子元件是TATAboxTATA盒与TATA因子的转录因子结合后即成为完整的启动子。（2）上游启动子元件（upstreampromoterelements）①UPS是TATA盒上游的一些特定的DNA序列。②反式作用因子可与这些元件结合，通过调节TATA因子与TATAbox的结合、RNApol与启动子结合及转录起始复合物形式来调控基因转录效率。（3）反应元件（responseelements）一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能与特异的DNA序列结合，调控基因的表达。

这种DNA序列实际上也是顺式元件，由于能介导基因对细胞外的某种信号产生反应，被称为反应元件。反应元件都具有较短的保守序列。这些无件通常位于启动子附近和增强子内，有不少是回文序列。（4）增强子（enhancer）和沉默子（silencer）增强子是一段DNA序列，其中含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件。反式作用因子与这些元件结合后,通常为增强邻近基因的转录。增强子一般位于转录起始点上游-100～-300bp处，但在基因之外或某些内含子中也有增强子序列。增强子作用特点：①可在5’端或3’端发挥作用；②不受序列方向制约；③通过增强启动子发挥作用。沉默子负调控序列、负增强子；（5）加尾信号在结构基因的最后一个外显子中有一个保守的AATAAA序列，此位点下游有一段GT丰富区或T丰富区，这两部分序列共同构成poly(A)加尾信号。mRNA转录到此部位后，产生AAUAAA和随后的GU（或U）丰富区。与RNApol结合的延长因子可以识别这种结构并与之结合，然后在AAuAAA下游10-30个碱基的部位切断RNA,并加上poly(A)尾.(二)基因家族(genefamily)基因家族

是指核苷酸序列或编码产物具有一定程度同源性的一组基因.基因家族

中各个基因之间的关系:1.家族中各基因的核苷酸序列相同这些基因族也被称为单纯多基因家庭(如rRNA,tRNA家族)和复合多基因家族(如组蛋白基因家族).tRNA基因:人类基因约有1300个tRNA基因，编码50多种tRNA。每种tRNA可有十——几百个基因拷贝。同种tRNA往往串联在一起形成基因簇，但基因间有非转录间隔区分隔，常常比结构基因长近10倍。(二)基因家族(genefamily)组蛋白基因家族非洲爪蟾的5SRNA基因结构5SRNA基因非转录空隔区2.家族中各基因核苷酸序列高度同源（1）人类生长激素基因家族包括人生长激素（hGh）、人胎盘促乳素和催乳素（prolactin）。它们之间的同源性很高，尤其是hGh和hcs之间，蛋白质氨基酸序列有85%的同源性，mRNA上序列上有92%的同源性，说明它们是来自一个共同祖先基因。3种基因并不都排列在一起，hGh和hcs基因位于第17号染色体长臂，催乳素基因位于第6号染色体。（2）α-株蛋白和β-株蛋白基因家族这些基因家族的各个成员在DNA分子上的排列顺序按照发育的不同阶段先后次序排列，故也称“发育控制复合多基因家族”。3.家族中各基因编码的蛋白质有高度的同源性，但基因的核苷酸序列可能不同。如src癌基因家族src,abl,fes,fgr,fps,fym,kck,lyn,ros,tkl,yes此家族中各基因的DNA序列没有明显的同源性。但每个基因产物都含有250个氨基酸顺序的同源蛋白激酶结构域。4.家族各基因编码的蛋白质中具有很小的保守基序（conservedmotif)。如DEADbox基因家族。DEADbox：Asp-Glu-Ala-Asp.此家族中各基因的DNA序列没有明显的同源性，但所有的表达产物都具有解旋酶的功能，都具有同样的保守基序（DEAD盒），DEAD是酶活性的关键结构。5.基因超家族（genesuperfamily）基因超家族是指一组由多基因家族及单基因家族组成的更大的基因家族。它们的结构有程度不等的同源性，因此它们可能起源于相同的祖先基因，但是它们的功能并不一定相同，这一点正是与多基因家族的差别所在。这些基因在进化上也有亲缘关系，但亲缘关系较远，故将其称为基因超家族。如：（1）免疫球蛋白超基因家族表达产物都有免疫球蛋白样的结构域结构。有2个微球蛋白、MHCI类抗原的α链,Ⅱ类抗原的α链和β链,Thy1、CD4、CD8等与免疫有关的分子。在后又陆续发现了许多免疫系统内以及与免疫无关的家族成员。（2）丝氨酸蛋白酶基因超家族其基因产物都有一个特殊的功能区，具有酶的功能。功能区中丝氨酸是活性中心关键氨基酸残基。现有很多新成员加进去，如载脂蛋白（apolipoprotein），它们只是转移胆因醇蛋白颗粒中的成分而不具备任何水解蛋白质的酶功能。（3）信号传递途径中的小GTP接合蛋白，现在称为ras超家族，包括ras家族、rho家族、rab家族，大约已有30个蛋白质基因被确定为该家族成员。（三）假基因（pseudogene)假基因在多基因家族中某些与正常功能基因在核苷酸序列上相似，但不能转录或转录后生成无功能基因产物的DNA序列，被称为假基因。假基因与有功能的基因同源,原来也可以是有功能的基因,由于发生缺失(deletion)、倒位(inversion)或点突变（pointmutaion）等，成为无功能的基因，即形成了假基因，哺乳动物基因组中的1/4基因为假基因，可能为进化的痕迹。

（三）假基因（pseudogene)

GA21Alu10kb珠蛋白基因簇中的假基因

（四）编码序列真核生物基因组编码序列只占DNA总量的5%，但由于其基因组非常大，故其基因数量就原核生物基因组要大得多（几十倍）。（五）真核基因组中的转座子

在真核基因组中，编码序列在染色体中的位置相对比较稳定，但一些中度重复序列往往是可移动的。在些可移动成分的结构与原核基因组的转位因子相似，是通过DNA介导的。

而另外一些中度重复序列的转移成分，要先转录成RNA，再逆转录生成cDNA,然后重新整合到基因组中，这种逆转录旁路的转移成分称为逆转录座子（retroposon），是RNA介导的。(六)重复序列（repeatsequence）

重复序列中，除了编码rRNA、tRNA、组蛋白及免疫球蛋白的结构基因外，大部分是非编码序列。它们的功能主要与基因组的结构稳定性，组织形式以及基因表达调控有关。

目前已发现一些重复序列的特征与遗传有密切联系,因此可以通过测定重复次数而协助遗传病的诊断。

据出现的频率不同可将DNA序列分为3类：1.高度重复序列在基因组中的重复次数>1052.中度重复序列在基因组中的重复次数为101-1053.单拷贝序列出现1次或少数几次（100-101）

（七）端粒（telommere）

以线性染色体形式存在的真核基因组DNA的末端都有一种特殊的结构，称为端粒。（形式上膨大成粒状而得名）。结构1.是染色体末端DNA和蛋白质构成复合体。仅在真核细胞染色体末端存在。2.其DNA序列相当保守，一般由多个串联在一起的短寡核苷酸（5-8bp）序列构成。3.碱基成分因种属而异，重复次数在不同生物中变化较大，如小鼠的端粒DNA达150kb,人类的端粒DNA约5-15kb。功能1.保护线性DNA的完整复制2.保护染色体末端及决定细胞的寿命等。二.人类基因组中的重复顺序（一）反向重复顺序（invertedrepeats,IR）ATTAGCGCTAATATTAGCGGATGCTAATTAATCGCGATTATAATCGCCTACGATTA1.连续的反向重复顺序，这种结构又称回文结构（palindrome)，是指一段DNA顺序，在两条链上，正读与反读意义相同。2.不连续的反向重复顺序之间含有间隔顺序。1.2占人类基因组5%，可能与复制、转录调控有关。（二）串联重复顺序（tandemrepeats）1.编码区串联重复顺序如组蛋白基因、5srRNA基因等。其意义在于快速大量合成相应基因的mRNA.2.非编码区串联重复顺序通常存在于间隔DNA*和内含子内，是组成卫得DNA*的基础。卫星DNA可分为三类，大卫星DNA、小卫星DNA和微卫星DNA。*间隔DNA(spacerDNA)—真核基因组中，在基因之间也有一些非编码顺序将它们隔开，一般称为间隔DNA，是和内含子性质不同的插入顺序。*卫星DNA（satelliteDNAsat-DNA）—又称随体DNA。这部分DNA是在用Cscl密度梯度离心时发现的。大肠杆菌DNA剪切成若干片段后离心只得到1个峰，而且DNA在主峰旁边还有1个小峰，其中所含DAN称sat-DNA.Sat-DNA的A+T/G+C比值不同于主峰DNA的比值，因而其密度也不同于主峰DNA。比值改变原因是它们含有大量的重复顺序而使某段DNA分子（A+T）或（G+C）偏低或偏高。（下图因比值远远大于主峰DNA，导致密度较低所致）。

人类DNA非编码区主要串联重复序列的类别类别重复单位大小（bp）主要的染色体分布与功能大卫星DNA(缠绕无活性控制染色体的运动)（区块长度常为100kb-几个Mb）卫星序列2和35几乎所有染色体卫星序列1 25-48大多数染色体着丝粒区异染色质和其它异染区αDNA171所有染色体着丝粒区异染色质β(sau3A家族)68主要在1、9、13、14、15、21、22和Y的着丝粒区异染色质小卫星DNA(区块长度常常为0.1kb~20kb)端粒家族6所有端粒（端粒的功能、前述）高度可变家族9-24所有染色体，常靠近端粒微卫星DNA1-4所有染色体，功能不清楚(区块长常小于150bp)（三）散在重复顺序（intersprersedrepeats）散在重复顺序是人类基因组中非串联非反向的重复顺序，包括少数活跃的转位因子，根据重复序列的长度可将该家族分为2个主要类型，短散在核元件和长散在核元件。1.SINEs(shatinterspersednuclearelements)2.LINES(longinterspersednuclearelements)

代表Alu家族(逆转录转座子)

KpnI家族（1）序列中含Alu限制酶位点（1）序列中含KpnⅠ限制酶位点（2）基因组中重复数3-5×105（2）全长6-7kb（3）Alu顺序之间间隔:3-5kb（3）KnpⅠ消化后可见4条带（4）相对集中在染色体R带（4）集中分布在染色体G或Q带

逆转来转座子RNA介导转座,合成cDNA→基因组三.人类基因组DNA多态性某一机体可以观察到的特征,称为表型(phenotype),与表型相应的基因组成称为基因型(genotype).人类个体之间所以表现为千差万别,其物质基础在于基因组DNA的差异.DNA序列的多态性就是这些差异中十分重要的1种,DNA序列多态性可分为位点的多态性和串联重复顺序多态性,前者又可造成限制性长段长度多态性.(一)DNA位点多态性(DNAsitepolymorphism)

DNA位点多态性是由于等位基因间在特定位点上DNA序列存在差异造成的.在各种DNA位点多态性系统中,HLA(人类白细胞抗原)是最复杂的一种.就其表型而言,从理论上来说,已远远超过了现有地球人口,人类为远交群体,因此要在无血缘关系人群找到HLA表型完全相同的个体几乎是不可能的.(见分子免疫学).(二)限制性中段长度多态性(restictionfragmentlengthpolymorplism,RFLP)1.DNA位点的多态性可影响限制酶的切割位点，造成限制片段长度多态性，即用同一种限制酶消化不同个体DNA时，会得到长度各不相同的片段类型。是DNA多态性的一种特别有用的形式，当DNA分子由于中性突变，使某种限制酶切点数增加，减少或移位，导致限制性片段长度发生改变（也称为RFLP），就会得到不同限制性片段类型，这样的位点称为多态性位点。GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG(1)(2)EcoRIEcoRIEcoRIEcoRI(三)重复顺序长度多态性1.小卫星DNA多态性很复杂，个体之间的差异极高。2.微卫星DNA多态性,功能不太清楚.(四)DNA位点的多态性可以作为遗传标记，用于基因诊断或个体鉴定，其与疾病的相关研究正在进行之中。

第三节病毒基因组基因组（genome）1个配（精子或卵子），1个单倍体细胞或1个病毒所包含的全套基因。病毒核酸或为DNA或为RNA，可以统称为病毒染色体。完整的病毒颗粒具有蛋白质外壳，以保护病毒核酸不受核酸酶的破坏，并能识别和侵袭特定的宿主。类病毒例外，它是一类植物病毒，为很小的单链闭环RNA（250-400碱基）。

病毒核酸与所有的原、真核生物的核酸组比较，最为突出的特点是每种病毒颗粒只含1种核酸，或DNA或RNA，两者不共存于1种病毒颗粒中，据此，病毒可以分成两组，即DNA病毒和RNA病毒。病毒核酸分子量大小：RNA病毒小106-107D，DNA病毒大；107-108D基因数：3-几百个烈性病毒（virulentvirus）几个时相的生活周期：（1）吸附；（2）核酸进入细胞；（3）转录、翻译和复制；（4）病毒颗粒成熟；（5）释放病毒颗粒。典型的生活周期为6-48小时，噬菌体为20-60分钟。病毒对宿主细胞的有如下3个类型：（1）抑制宿主RNA和DNA的合成。（2）核糖体合成受损。（3）蛋白质合成受抑制是普遍现象。一.病毒核酸的分类（病毒的Batimore分类）（一）据核酸性质、基因组结构及复制特点，病毒核酸分为以下6种类型：类别基因组核酸性质复制特点复制互补链性质实例1.ds(±)DNA基因组DNA→DNA复制→基因组DNA

ds(±)DNA绝大多数DNA-Vds(±)DNA基因组DNA→转录→RNA→逆转录→基因组DNAHBV(乙肝病毒)2.ss(±)DNA基因组DNA→DNA复制→基因组DNAds(±)DNA如M13等某些噬菌体3.ds(±)RNA基因组RNA→RNA复制→基因组RNAds(±)RNAreo-v(呼肠孤病

毒)及所有噬真菌体4.ss(+)RNA基因组RNA→RNA复制→基因组RNAss(-)RNA脊髓灰白质尖病毒5.ss(-)RNA基因组RNA→RNA复制→基因组RNAss(+)RNAflu-v狂犬病毒6.zss(+RNA)基因组RNA→逆转录→cDNA→转录→基因组RNAretro-v（二）病毒有（十）链RNA和（一）链RNA之分。

（十）RNA病毒（一）RNA概念极性和mRNA极性相同，与mRNA极性相反或与（十）RNA碱基顺序也相同。互补的RNA。作用1.作为模板（与mRNA一样）必须依赖翻译出病毒多肽或蛋白质。RNA的RNA2.作为模板，合成（一）RNA，pol合成（十）可以以（一）RNA为模板RNA（mRNA）合成子代病毒RNA。才能翻译出3.作为模板合成cDNA.病毒（即以mRNA为模板反转录合成DNA）。蛋白质。单股正链RNA病毒SARS冠状病毒SARScoronavirus

包膜蛋白膜蛋白核衣壳蛋白刺突蛋白

病毒RNA聚合酶.

禽流感病毒(H5N1)

avianinfluenzaAvirus单股负链RNA病毒8节段-ssRNA血凝素（HA）神经氨酸酶（N)呼肠孤病毒reovirus双链RNA病毒11节段dsRNA内衣壳蛋白外衣壳蛋白逆转录病毒(retrovirus)核心蛋白逆转录酶膜蛋白poly(A)Cap人类免疫缺陷病毒（HIV）线性双链DNA病毒早期蛋白（E）

晚期蛋白（L）

腺病毒adenovirusE1AE1BE3E4E2BE2A0102030405060708090100%L2L3L4L5L1ITRITRITR:反向末端重复序列乳头瘤病毒papillomavirus

URR双链环状DNA病毒衣壳蛋白DNA复制膜信号蛋白组装与释放

中断细胞生长周期上游调节区转录与复制单链环状DNA病毒5387nt噬菌体phiX174基因重叠5387nt编码2500AA1977，Sanger乙型肝炎病毒（HBV）开环部分双链DNA病毒聚合酶HBsAgHBcAg乙型肝炎病毒（HBV）逆转录酶HBsAgHBcAgHBeAg开环部分双链DNA病毒二.病毒基因组结构功能特点（一）病毒核酸可以是ssDNA、dsDNA或RNA分子，分子结构有发夹、环状、线型、节段型。以SSDNA,dsRNA最为突出。（二）基因重叠同一段基因可以编码2种或以上的基因产物这种现象在其它生物细胞仅见于线粒体和质体DNA.所以是病毒核酸较为独特结构能使小小病毒携带较多的遗传信息，原因是病毒基因阅读框可以错位（SV40）。（三）连续的和不连续的基因

病毒基因结构特征往往与其宿主细胞基因结构相似。

原核病毒（如噬菌体）基因是连续的，没有内含子；真核病毒（如多瘤病毒）基因是不连续的，有内含子。

除了（+）RNA病毒外，真核病毒基因都是先转成mRNA前体，再经过剪接等步骤能成为成熟的mRNA.(四)节段性基因大部分病毒核酸都是由一条双链或单链构成，少数病毒核酸由数个片段构成。这类病毒一般为RNA病毒。(五)除了retro-v外，所有的病毒基因都是单倍体基因。即每个基因在某个病毒颗粒中只出现一次，即只有1套基因。(六)编码区>非编码区（95%/5%）。病毒核酸大多数顺序都用来编码蛋白质。(七)基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔序列很小。功能相关蛋白质基因在基因组的1个或几个特定部位，丛集成簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的mRNA模板。如腺病毒晚期基因。(八)不规则的结构基因1.几个结构基因的编码区不规则，因此有些结构基因无翻译起始序列。2.有的mRNA（=gene）没有5’帽子，但有翻译增强子。(九)DNA或RNA1种病毒基因组只是1种核酸。三、典型病毒基因组（一）SV40病毒基因组SV40（simiansarcomavirus40猴肉瘤病毒)是最小的DNA病毒之一。它可长期潜伏于猴肾细胞，对新生仓鼠有致癌性，体外试验还可使多种属细胞恶性转化。

1、基因组结构特点

（1）双链环状DNA分子、MW3×103KD，长52436p,与4种组蛋白（H2A、H2B、H3及H4）综合，与真核染色质区别在于不含H1。

（2）基因组由早期基因、调控区和晚期基因构成。①早期基因含有2个重叠基因，编码T和t（T=tumor)抗原②晚期基因含3个重叠基因，编码VP1（主），VP2和VP3（次）3种衣壳蛋白③调控区位早、晚期基因之间，长约4006p包括复制起点，启动子和增强子，可调节基因组的复制及早、晚期基因的转录。2、SV40病毒基因的表达

（1）启动子位于调控区复制起点上游，其中含有RNApdII识别位点位于-21-26bp之间的TATA盒可启动RNA转录起始准确位置，一般相差10个核苷酸。

（2）增强子在106-250位是2个串联的含有72bp的完全重复顺序，即为增强子，能增强SV40及异源基因的表达。（3）早期基因转录的mRNA前体选择剪接形成不同的mRNA（TmRNA、t-mRNA)3、病毒基因组的复制及基因表达调控

T抗原控制病毒的复制，启动晚期基因转录。（1）早期基因T及t的表达受T抗原的反馈阻遏，表现一种自我调节作用。（2）晚期基因表达需要T抗原及SV40DNA本身的复制。一般过程是，感染早期合成T、t抗原→T-方面抑制早期mRNA进一步合成；另一方激活多种与DNA复制有关的酶，引发病毒的复制→进而推动晚期RNA的合成，产生Vp蛋白（12h)→V-DNA+VP123→病毒颗粒。（二）HBV基因组HBV是乙肝的病原体，它可造成持续性感染，引起急、慢性肝炎，部分患者可发生肝硬化，HBV原发性肝癌发生密切相关，我国HBSAg携带者高达10%，因而我国特别重视HBV的研究。

1、HBV基本结构

（1）电镜下观察①呈园球形，直径约42nm，称Dane颗粒（以发现者命名）；②中间含1个致密的内核（core)，直径约27nm；③外为1层约14nm外壳（capsid)。（2）①表面有HBsAg（hepatitisBvirhssurfaceantigen)；②核心有HBcAg和HBeAg；③含DNApol、proreinkinase(蛋白激酶）和reversetranscriptase（逆转录酶），后者与病毒复制特点有关。2、HBV基因组结构

（1）ds(±)DNA组成的环状结构，开环不封闭。侵入细胞后借助胞内DNA修复机制转变成cccDNA分子（共价闭合环状超螺旋）。

（2）基因组双链DNA长短不一，外长内短，长负（链）短正（链），长链2/3是双链，1/3是单链。两链间隙由DNApol填充。

（3）长链（负链）基因重叠是转录mRNA的模板链.不同毒株均含有4个开放性阅读框（openreadingframe,ORF)S.C.P.X，其中P区与S.C.X.互相重叠50%以上，故多个ORF可读码2次以上，编码2个以上蛋白质。其中：S区编码主要蛋白为HBsAgC区编码HBcAg等。P区编码DNApol是依赖RNA的DNApol（逆转录酶）。X区蛋白功能不详。3、HBVDNA复制形成子病毒出芽胞外。4、HBV与肝癌的关系现在普遍认为，HBV感染与原发性肝癌关系密切，流行病学及分子病毒学的证据如下：（1）原发性肝癌（肝细胞性肝癌）HBSAg高达85%，其他肿瘤患者仅为15%；（2）培养肝癌细胞株，不断释放出HBsAg(+)；（3）cDNA探针检查到HBV已整合到肝癌细胞DNA中去；（4）肝癌病人的癌基因，如Ki-ras、Ha-ras、myc被激活。（三）脊髓灰质炎病毒基因组（ss(+)RNA)1、基因组结构特点（1）ss(+)RNA，MW2.5X106。（2）5’端无帽，3’端有poly(A)尾。5’端2个uu总是VPG蛋白，病毒入胞后被水解，5’端形成翻译增强子结构，结合核糖体开始翻译。（3）基因组7个基因编码区无间隔，编码RNA复制酶、蛋白酶和衣壳蛋白。

连接2、基因组信息传递的特点（1）RNA复制的引物不是RNA或DNA，而是VPG-uu(+)RNA（一）RNA新的（+）RNA（2）新合成（+）RNA3种功用（新合成poly(A)尾是直接复制出来的）：①作为mNA翻译病毒蛋白质；②作为模板复制（一）RNA；③作为子代病毒RNA，与蛋白质包装成病毒颗粒。RNA复制酶

RNA复制酶

(四)逆转录病毒1.逆转录病毒一般分类

逆转录病毒可以说就是RNA肿瘤病毒。第一个被发现的RNA肿瘤病毒是劳氏肉瘤病毒（RousSarcomavivus,RSV,1911)。至今为止所发现的retro-v都能使动物致癌。（1）肉瘤病毒（2）白血病病毒(leuremiavirus)（3）乳腺瘤病毒(mammazytumorvirus)和淋巴瘤病毒，如鸟类髓细胞瘤病毒（avianmyelocytoma,AMV)（4）人类嗜T细胞逆转录病毒（humanT-lymphotropicretro-v,HTLV)HTLV-III现称人类免疫缺陷综合症病毒（humanimmunodeficiencyvirus,HIV)或AIDS病毒。2.逆转录病毒基结构特征(1)是RNA的复合体①2条(+)RNA单体正向平行,携带所有的遗传信息,而且完全相同,。②2条tRNA较小，是宿主tRNA(RSV是tRNAtrp），+RNA对于复制位置是至关重要。(2)5’端有m7Gppp帽,3’端有Poly（A）尾。(3)编码区（反式功能区）从5’→3’

非编码区（顺序功能区，调控区)5’，3’都有①gag(groupantigen)编码衣壳蛋①R区逆转录合成cDNA必须区域②Pov(Polyrmerase)逆转录酶②PB区引物结合区③env(envelop)包膜蛋白③U区U3含启动子，U5与转录终止加尾有关*④ONC(oncogene)癌基因④ψ(包装信号),DLS(氢链结合位点)如RSV是SRCC为调控区*有的retro-V有ONC。3.逆转录病毒生活周期

（1）吸附可能所有的动物病毒受体都是表面糖蛋白（MLV的受体是左旋氨基酸转运蛋白，受体与基因治疗）。

（2）入胞逆转录，转录，翻译。

①逆转录——前病毒基因组（cDNA)的形成RNA+逆转录酶→宿主胞浆→逆转录→（RNA为模板，+RNA为引物）→cDNA（见第四章）→进入核→随机整合宿主染色体→形成前病毒。(phag仅注入核酸）cDNA形成新的重复(U3-R-U5)称LTR(longterminalrepeat长末端重复顺序）。cDNA含有RNA全部信息且较RNA长。

逆转录酶除了逆转活性外，还至少还有3种活性：即RNaseH活性，内切核酸酶活性（特异地切断基因组3’端RNA,作为“+”链DNA的引物）和以“-”链DNA为模板合成“+”链DNA的活性。②转录——病毒基因组的形成U3区启动子启动前病毒基因组转录出从5’区至3’R区的RNA。③翻译gag、env、polgag——全长RNA能直接作为gag基因mRNA，进行翻译。但有90%的mRNA只译出gag多蛋白质，经肽链加工裂解为衣壳蛋白。pol——RNA序列有干扰gag终止码的序列，使约10%mRNA在翻译过程中，直至pol的终止码，经翻译后加工裂解，形成衣壳蛋白，逆转录酶和整合酶(integrase)。env——一部分全长mRNA经过转录后的剪接，使env编码区与病毒RNA5’端帽子连接在一起→envmRNA→包膜糖蛋白。（3）病毒颗粒成熟←包装←ψ（基因治疗）RNA5’端PB-区与宿主tRNA以氢链相连形成复合体→包装→病毒颗粒。（4）释放子病毒→感染其它细胞。4.逆转录病毒引起白血病的3种机理.(以此说明RNA肿瘤病毒的致癌作用与基因组类型.)

(1)急性逆转录病毒(2)慢性逆转录病毒(3)HTlV(人类嗜T细胞逆转录病毒)①含onc*①不含onc①含tat的HTLV②可在数周内使培养②不能转化,但V感染②含使培养细胞转化,机理和1、2不同。细胞发生转化.整体动物潜伏数月致癌.③onc插到宿主DNA中③前V整合到proto-onc③反式调控作用，tot插入→去产生致癌mRNA癌基前,病毒LTR启动子增强转录mRNA→tat蛋白作用于因产物转化细胞致癌.子启动增强c-onc表达,TGF-β1等→使细胞增殖永生改变细胞生长特性.化。abc（五）人类免疫缺陷病毒基因组（HIV）获得性免疫缺陷综合征（AIDS）1981年在美国首先发现，其病原是一种破坏人免疫系统的retro-V.1986年命名为HIV。HIV特异性侵犯并损耗T细胞造成机体免疫缺陷，最后并发各种严重感染和恶性肿瘤，成为艾滋病。因该病无特