南京农业大学生物化学7课件

第4节核酸与基因ConceptofNucleicacidandtheGene一基因的概念早期的基因概念经典的基因概念基因概念的演变与发展基因的分子结构

基因概念的多样性

泛生论假说（HypothesisofthePangenesis）

C.Darwin1868

种质论（Theoryofgermplasm）GermeplasmSomatoplasmRoot,Stem,Leaf……A.Weismann1883.

Somatoplasm→Germplasm→Germplasm孟德尔

(1823-1884)“遗传学之父”阐述了遗传学的分离和自由组合两大定律，以及“基因”的概念。Mendel'sPaperinEnglishExperimentsinPlantHybridization(1865)

byGregorMendelReadatthemeetingsofFebruary8th,andMarch8th,1865

[1]IntroductoryRemarksExperienceofartificialfertilization,suchasiseffectedwithornamentalplantsinordertoobtainnewvariationsincolor,hasledtotheexperimentswhichwillherebediscussed.Thestrikingregularitywithwhichthesamehybridformsalwaysreappearedwheneverfertilizationtookplacebetweenthesamespeciesinducedfurtherexperimentstobeundertaken,theobjectofwhichwastofollowupthedevelopmentsofthehybridsintheirprogeny.摩尔根：阐述了遗传学的连锁与交换定律，被誉为“现代实验生物学奠基人”。Theoryofthegene基因是染色体上的实体基因象链珠(bead)一样，孤立地呈线状地排列在染色体上基因是；功能(functionalunit)突变(mutationunit)

交换(cross-overunit)

“三位一体”的(Threeinone)

最小的不可分割的基本的遗传单位(1926T.H.Morgan)★

cisactionfactor

AffectstheactivityonlyofDNAsequencesonitsownmolecularofDNA,thispropertyusuallyimpliesthatthefactordoesnotcodeforprotein

通过核苷酸自身的特异二级结构控制与它紧密连锁的结构基因的表达，一般不编码蛋白质。(无基因产物的DNA功能区)

Formsofgenes★

transactionfactor★

cis-dominant(显性)Affectstheactivityofanygenelocatedongenome(基因组)byitstranslatedproduct.通过扩散自身表达产物（酶，调节蛋白）控制其他基因的表达可转录，可翻译调节蛋白的DNA功能区,可通过互补测验体系确定其功能区域Theabilityofasite(cis-factor)tocontroladjacentgeneirrespectiveofthepresenceinthecellofotheralleles(等位基因)ofthesite.cisactingfactor对与其紧密连锁基因的控制效应不受其等位基因的影响。

DNAisgeneticmaterial

Istheproteingeneticmaterial?复制?表面遗传信息?

RNAisgeneticmaterialalsoTobaccoMosaicVirus(TMV)▲Hershey

lambdarphagecycle▲Watson&Crick

DNAdoublehelixRIIDNASIII▲1928Griffith1944AveryO.TDNA是主要的遗传物质生物进化的C值矛盾(Cvalueparadoxofnucleotide)

ThetotalamountofDNAinthegenomeofhaploidisacharacteristicofeachlivingspeciesknownasitsMaximumCvalue

(单倍体基因组总DNA的含量叫作C值)

最大C值MaximumCvalueThetotalamountofDNAforencodingthegenesinformationistermeditsMinimumcvalue（编码基因信息的总DNA含量叫作c値）

最小C值MinimumcvalueCvalueparadoxofnucleotide

霉菌藻类G+细菌G-细菌显花植物鸟类哺乳类爬行类两栖类硬骨鱼类软骨鱼类赖皮类甲壳类昆虫类软体动物蠕虫类真菌枝原体A生物体进化程度高低与大C值不成明显正相关B亲缘关系相近的生物大C值相差较大

C一种生物内大C值与小c值相差极大（Euk.人体c=C/10）(Prok.Φx174c＞C)

真核生物DNA染色体数（2C）（2N）两栖鲵168pg24肺鱼10038蝾螈85.324警蛙28.224牛6.460人6.446绵羊5.754果蝇0.28贝母196.724豌豆2812玉米1120原核生物DNA（C）Salmonella0.0143pgE.coli0.0040T20.00022λ0.0000055ΦΧ1740.000005104bpfragmentCsClgradientcentrifugationSequenceinsatelliteDNASeacrab2ATATAT…..Drosophila5ATAATATAAT…..Mouse9GAAAAATGAGAAAAATGAbpofrepeatunit

sequenceProkaryoteEukaryote(GC%)42413455MOUSECALFb)

中度重复序列(middlerepetitivesequence)100-1000bp/copy10-104

copies/genomeC0t(1/2)

~0.001-0.1rDNAtDNAHistonegeneclusterMiddlerepeatgene特点拷贝重复，多量序列多为相似排列成束成串功能完全相同具有进化的整体性，累积突变

d)

反向重复序列

(invertedrepetitivesequence))

CATGAACGTCCTATTGTCGGACGTTCTGAGTACTTGCAGGATAACAGCCTGCAAGACT

在DNA和RNA中可形成发夹结构或十字结构。在DNA中要形成这种结构需要能量，因此，发生可能性很小。

上述结构也回纹结构(Palidrome),较短的回纹结构可作为一种特别信号，可被限制性内切酶所识别。

e)

间隔序列

人们对间隔序列的认识是限的。一些人认为这些序列是多余的，因此认为是“junk”。

基因组的非编码序列，包括编码区(外显子)之间的间隔序列—内含子，以及基因与基因之间的序列。但近年来也有研究表明对转录等有作用，并不是“junk”。

：种类

※I类；反向重叠基因（重叠基因分布在同一DNA区域的不同单链上）

IAICIDIB方式？!※II类；同向重叠基因（重叠基因分布在同一DNA区域的同一单链上）

方式？IIAIIBIICIIDX174(F.Sanger,1977)

Alternatedifferentreadingframe5387bp11genes3mRNA9peptidesC=5387bp

---ATG-----//------AATGCC----//---ATAACG---//--TAA----ABATGCCN----NNATAA---AUG--------TCAUGCCCAA----AUGAGGC--------------Vp2Start

Selectiondifferentstartcodonorstopcodon(SimianVirus40SV40)

SV40Vp1StartVp3StartVp1Vp2Vp3--------------TCAUGCCCAAACUAGGC--------------StartStopstopstartAlternatedifferentreadingframerDNAgenefamilySeaurchia450copiesTobacco750copiesDrosophila100copiesHistonegenefamilyH1H4H2BH3H2AT18sT5.8sT28s

NT

18sT5.8sT45s41s20s32s28s5.8s18s重叠基因的生物学意义

a)原核生物进化的经济原则