第二章基因组的结构与功能演示文稿

第二章基因组的结构与功能演示文稿本文档共53页；当前第1页；编辑于星期六\10点44分优选第二章基因组的结构与功能本文档共53页；当前第2页；编辑于星期六\10点44分Genome：

asetofintegratedmonoploidgeneticmaterialsumtotalincelluleororganism.Structureofgenome：

thedistributionandalinementofdiversegenedomaininnucleicacid.Functionofgenome:

storeandexpresshereditaryinformation.

本文档共53页；当前第3页；编辑于星期六\10点44分

Genome:

Humanshavetwogenomes,whichtogethermakeupthetotalgenome:achromosomalgenome--insidethenucleusofthecellinthefamiliarformofchromosomes;andamitochondrialgenome--outsidethenucleusinthecytoplasmofthecell,usuallyintheformofoneroundchromosome(themitochondrialchromosome).本文档共53页；当前第4页；编辑于星期六\10点44分diversityspecies

creature,diversitygenomesizeaswellascomplexextent.本文档共53页；当前第5页；编辑于星期六\10点44分themoreevolve,themorecomplicatedtogenome.本文档共53页；当前第6页；编辑于星期六\10点44分第一节

人类基因组的结构与功能TheGenomeStructureandFunctionofHuman本文档共53页；当前第7页；编辑于星期六\10点44分本文档共53页；当前第8页；编辑于星期六\10点44分本文档共53页；当前第9页；编辑于星期六\10点44分一、homosapiensgenedosage本文档共53页；当前第10页；编辑于星期六\10点44分人类基因数量几度缩水最初，人们推测人类所拥有的基因大约有十万个这么多。当第一代的人类基因组测序结果公布后，研究人员发现人类基因组大约只含有3万到4万个蛋白质编码基因。由于测序技术方法的不断发展，对基因组分析的误差也在逐渐缩小。人类基因组数量也从3－4万，缩水到了25000左右。而2011年一项发表在近日的《PNAS》上的研究表明，人类基因组中编码蛋白质的基因数量要比最新估计的24500这个数字要少。根据Broad研究所的这项研究显示，人类基因组中的蛋白质编码基因数目减少到20500个。研究人员也表示，随着研究的进一步深入，这个数目还可能会有变化。本文档共53页；当前第11页；编辑于星期六\10点44分higherstructureofeukaryoticchromatin

真核生物染色质由DNA和蛋白质构成，其基本单位是核小体(nucleosome)composeofnucleosome

DNA：approximately200bp

Histone：H1；H2A；H2B；H3；H4本文档共53页；当前第12页；编辑于星期六\10点44分本文档共53页；当前第13页；编辑于星期六\10点44分本文档共53页；当前第14页；编辑于星期六\10点44分Nucleosomeisthefundamentalhistone-containingstructuralsubunitofeukaryoticchromosomes.Inmosteukaryoticorganisms,nucleardeoxyribonucleicacid(DNA)iscomplexedwithanapproximatelyequalmassofhistoneprotein.ThenucleosomeisorganizedsothattheDNAisexteriorandthehistonesinterior.TheDNAmakestwoturnsaroundacoreofeighthistonemolecules.AshortlengthoflinkerorspacerDNAconnectsonenucleosometothenext,forminganucleosomalchainthathasbeenlikenedtoabeadedstring.Thisbasicstructureisfoundinallformsofchromatin.

本文档共53页；当前第15页；编辑于星期六\10点44分真核细胞基因组中结构基因的特点1.真核生物的结构基因大多为断裂基因；2.真核细胞基因转录产物为单顺反子；3.结构基因所占区域远小于非编码区域。本文档共53页；当前第16页；编辑于星期六\10点44分二、人基因组中存在大量重复序列

1.高度重复序列：重复频率达到106。

2.中度重复序列：重复频率达到105。

3.单拷贝序列：重复频率低于10次，占基因组中大部分区域，编码大部分蛋白质。本文档共53页；当前第17页；编辑于星期六\10点44分Concept：真核生物基因组中普遍存在着重复序列，其中重复频率高，可达百万（106）以上的重复序列，称之为高度重复序列。在人类基因组中约占20％。由于高度重复序列中碱基组成的复杂度很低，因此其复性速率很快。

1.Highlyrepetitivesequences本文档共53页；当前第18页；编辑于星期六\10点44分function：①参与复制水平的调节。反向序列常存在于DNA复制起点区的附近；另外，许多反向重复序列是一些蛋白质（包括酶）和DNA的结合位点。②参与基因表达的调控。③参与转位作用。几乎所有转位因子的末端都包含反向重复序列，长度由几个bp到1400bp。本文档共53页；当前第19页；编辑于星期六\10点44分④与进化有关不同种属的高度重复序列的核苷酸序列不同，具有种属特异性，但相近种属又有相似性。⑤与个体特征有关同一种属中不同个体的高度重复序列的重复次数不一样，这可以作为每个个体的特征，即DNA指纹。⑥与染色体减数分裂时染色体配对有关。本文档共53页；当前第20页；编辑于星期六\10点44分高度重复序列类型（1）反向（倒位）重复序列

由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成。这种重复序列复性速度极快，即使在极稀的DNA浓度下，也能很快复性，因此又称零时复性部分，人基因组中约占5％。

本文档共53页；当前第21页；编辑于星期六\10点44分（2）卫星DNA（satelliteDNA）

重复序列的重复单位一般由2-10bp组成，且成串排列。在介质氯化铯中作密度梯度离心，离心达到平衡后，从离心管外看，不同层面的DNA形成了不同的条带。根据荧光强度的分析，可以看到在一条主带以外还有一个或多个小的卫星带。

在人类基因组中卫星DNA约占5-6％。本文档共53页；当前第22页；编辑于星期六\10点44分指在真核基因组中<105的重复序列。少数在基因组中成串排列在一个区域，大多数与单拷贝基因间隔排列。

其复性速度快于单拷贝顺序，但慢于高度重复序列。两种类型：短分散重复片段长分散重复片段2.Moderaterepetitivesequence本文档共53页；当前第23页；编辑于星期六\10点44分（1）ShortInterspersedRepeatedSegments重复序列的平均长度为300-500bp，与平均长度为1000bp左右的单拷贝序列间隔排列，拷贝数可达10万左右。如Alu家族、Hinf家族等属于这种类型的中度重复序列。本文档共53页；当前第24页；编辑于星期六\10点44分（2）longinterspersedrepeatedsegments重复序列的长度大于1000bp，平均长度为3500-5000bp。如KpnⅠ家族等，是中度重复顺序中仅次于Alu家族的第二大家族。本文档共53页；当前第25页；编辑于星期六\10点44分低度重复序列在单倍体基因组中只出现一次或数次，复性速度很慢。低度重复序列中储存了巨大的遗传信息，在低度重复序列中只有一小部份用来编码各种蛋白质，其他部份的功能尚不清楚。人基因组中，大约占60%-65％。3.single-copysequence本文档共53页；当前第26页；编辑于星期六\10点44分三、多基因家族与假基因multigenefamily：

fromancestralgenetogroupgenesbyrepetitionandmutationlongtime.

histonefamily:clusteringinsamechromosome.

Hbfamily:distributingindifferentchromosome.

pseudogene：

多基因家族中，某些成员由于缺失、倒位或点突变等，并不产生有功能的基因产物，以缺少正常基因的内含子为特征。本文档共53页；当前第27页；编辑于星期六\10点44分histonecluster2本文档共53页；当前第28页；编辑于星期六\10点44分四、线粒体基因组的结构procaryoticDNAstructureanalog2.cricoidmolecule3.extranuclearhereditymaterial

mitochondrialgenometotallength16569bp.coding37genes:13respiratorygenes,22

mt-tRNAgenesand2mt-rRNAgenes.本文档共53页；当前第29页；编辑于星期六\10点44分Mitochondrialgenome本文档共53页；当前第30页；编辑于星期六\10点44分Mitochondriahavebeenessentialfortheevolutionofanimals.Itisgenerallybelievedthattheenergy-convertingorganellesofeucaryotesevolvedfromprocaryotesthatwereengulfedbyprimitiveeucaryoticcellsanddevelopedasymbioticrelationshipwiththemabout1.5x109yearsago.ThiswouldexplainwhymitochondriahavetheirownDNA(mtDNA),whichcodesforsomeoftheirproteins.Sincetheirinitialuptakebyahostcell,theseorganelleshavelostmuchoftheirowngenomeandhavebecomeheavilydependentongenesinthenucleus.本文档共53页；当前第31页；编辑于星期六\10点44分第二节

原核生物基因组的结构与功能procaryoticgenomestructureandfunction本文档共53页；当前第32页；编辑于星期六\10点44分procaryoticgenomestructureandfunction本文档共53页；当前第33页；编辑于星期六\10点44分Procaryoticchromosomestructuregenefeature：1.结构基因编码是连续的；2.编码序列不重叠；3.基因组中很少有重复序列；4.编码蛋白质的结构基因多为单拷贝基因；5.结构基因在基因组中的比例约为50%，以操纵子为单位排列。本文档共53页；当前第34页；编辑于星期六\10点44分

Anoperonisagroupofkeynucleotidesequencesincludinganoperator,acommonpromoter,andoneormorestructuralgenes.Operonsoccurprimarilyinprokaryotes.Althoughlocatedindependentoftheoperongene,a"Regulator"geneispresentwhichcodesfortheproductionofarepressororcorepressorprotein.TheywerefirstdescribedbyFrançoisJacobandJacquesMonodin1961.一、原核生物基因以操纵子方式组构本文档共53页；当前第35页；编辑于星期六\10点44分本文档共53页；当前第36页；编辑于星期六\10点44分二、原核生物中质粒基因组结构基因特点：

质粒（plasmid）:是细菌细胞内的、染色体之外的DNA分子，是共价闭合的环状DNA分子，能够独立于细胞的染色质DNA而进行复制。由于质粒能在不断增殖的细胞中以一定的拷贝数稳定遗传，因此常常被用于重组DNA技术。本文档共53页；当前第37页；编辑于星期六\10点44分Plasmidisacircular,double-strandedunitofDNAthatreplicateswithinacellindependentlyofthechromosomalDNA.PlasmidsaremostoftenfoundinbacteriaandareusedinrecombinantDNAresearchtotransfergenesbetweencells.Plasmidsarenotusuallyrequiredbytheirhostcellforitssurvival.Instead,theycarrygenesthatconferaselectiveadvantageontheirhost,suchasresistancetoheavymetalsorresistancetonaturallymadeantibioticscarriedbyotherorganisms.Alternatively,theymayproduceantibiotics(toxins)thathelpthehosttocompeteforfoodorspace.本文档共53页；当前第38页；编辑于星期六\10点44分本文档共53页；当前第39页；编辑于星期六\10点44分本文档共53页；当前第40页；编辑于星期六\10点44分质粒的不同构象是否会影响在电泳过程中的迁移速率呢？如果迁移速率有影响，那迁移速度最快和最慢的分别是哪些构象？本文档共53页；当前第41页；编辑于星期六\10点44分

ABCA:闭合松弛质粒B:线性质粒C:闭合超螺旋质粒4000bp3000bp2000bp1000bp600bp本文档共53页；当前第42页；编辑于星期六\10点44分如何用实验验证在pBR322质粒中含有BsgI酶切位点和SalI酶切位点？如果用这两种酶同时酶切该质粒，酶切后的体系经电泳后会出现怎样的情况？本文档共53页；当前第43页；编辑于星期六\10点44分

ABCD4000bp3000bp2000bp1000bp600bp本文档共53页；当前第44页；编辑于星期六\10点44分克隆质粒和表达质粒克隆质粒本文档共53页；当前第45页；编辑于星期六\10点44分表达质粒本文档共53页；当前第46页；编辑于星期六\10点44分

质粒的特点1.质粒中携带许多基因，影响生物学性状。2.质粒可从一个细菌转移至另一个细菌，其携带的遗传性状也随之转移。3.质粒并非细菌生命活动所必需。质粒编码非细菌生命所必须的某些生物学性状，如性菌毛、细菌素、毒素和耐药性等。其编码的性状对细菌有保护作用。本文档共53页；当前第47页；编辑于星期六\10点44分4）选择标记（如药物筛选标记，Amp、Kpn等）5）不相容性:携带相同复制子