真核基因和基因组专家讲座

第三篇基因信息传递中心法则(centraldogma)

：1958年F.Crick提出。1970年H.Temin发觉逆转录现象，补充中心法则。真核基因和基因组专家讲座第1页DNARNA蛋白质转录翻译逆转录复制遗传学中心法则复制？真核基因和基因组专家讲座第2页第三篇《基因信息传递》包含内容：第十三章真核基因与基因组第十四章DNA生物合成第十五章DNA损伤和修复第十六章RNA生物合成第十七章蛋白质生物合成第十八章基因表示调控第十九章细胞信号转导真核基因和基因组专家讲座第3页第十三章真核基因与基因组

基因（gene）：编码生物活性产物DNA功效片段，以碱基排列次序贮存遗传信息。由Johannsen于1909年首先提出。除了一些以RNA为基因组RNA病毒外，基因通常是指染色体或基因组一段DNA序列。基因包含编码序列（外显子）、调控序列和间隔序列（内含子）。真核基因和基因组专家讲座第4页基因组（genome）：一个生物体内全部遗传信息总和。人类基因组包含了细胞核染色体DNA（常染色体和性染色体）及线粒体DNA所携带全部遗传物质。真核基因和基因组专家讲座第5页真核基因结构与功效

第一节TheStructureandFunctionofEukaryoteGene真核基因和基因组专家讲座第6页利用碱基不一样排列荷载遗传信息。经过复制将遗传信息稳定、忠实地遗传给子代细胞，在这一过程中为适应环境改变，可能会发生基因突变。作为基因表示（geneexpression）模板，使其所携带遗传信息经过各种RNA和蛋白质在细胞内有序合成而表现出来。

基因功效真核基因和基因组专家讲座第7页单个基因组成结构及一个完整生物体内基因组织排列方式统称为基因组构（geneorganization）。

与基因功效相关结构编码区序列（codingregionsequence）非编码序列（non-codingsequence）基因表示需要调控区（regulatoryregion）序列，包含开启子（promoter）、增强子（enhancer）等。在细胞内表示为蛋白质或功效RNADNA序列真核基因和基因组专家讲座第8页一、真核基因基本结构编码蛋白质或RNA编码序列。非编码序列，包含编码区两侧调控序列和编码序列间间隔序列。真核基因和基因组专家讲座第9页真核基因结构不连续，为断裂基因（splitgene）。真核基因结构外显子（exon）；在基因序列中，出现在成熟mRNA分子上序列。内含子（intron）：外显子之间、与mRNA剪接过程中被删除部分相对应间隔序列。真核基因和基因组专家讲座第10页真核生物绝大部分编码蛋白质基因都有内含子。编码rRNA和一些tRNA基因也都有内含子。内含子数量和大小决定了真核基因大小。不一样种属中，外显子序列通常比较保守，而内含子序列则变异较大。外显子与内含子接头处有一段高度保守序列，这一共有序列是真核基因中RNA剪接识别信号。真核基因和基因组专家讲座第11页基因5

端称之为上游，3

端称为下游基因序列中开始RNA链合成第一个核苷酸所对应碱基记为+1，此碱基上游序列记为负数，下游序列记为正数。真核基因和基因组专家讲座第12页二、基因编码区编码多肽链和特定RNA分子基因编码序列决定其编码产物序列和功效。编码序列中一个碱基改变或突变，可能使基因功效发生主要改变。相同DNA序列因起始位点改变或不一样剪接方式而编码不一样蛋白质多肽链。基因编码区中DNA碱基序列决定特定成熟RNA分子序列，即DNA一级结构决定着其转录产物RNA分子一级结构。真核基因和基因组专家讲座第13页三、调控序列参加真核基因表示调控位于基因转录区前后，对基因表示起调控作用区域，因其是紧邻DNA序列，又称旁侧序列。基因调控区（顺式作用元件）开启子上游调控元件增强子加尾信号细胞信号反应元件真核基因和基因组专家讲座第14页转录起始点TATA盒CAAT盒GC盒增强子AATAAA剪接加尾转录终止点修饰点外显子翻译起始点内含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚体+1结构基因开启子上游开启子元件真核基因和基因组专家讲座第15页1.开启子提供转录起始信号开启子是DNA分子上能够介导RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体序列。多数开启子位于真核细胞基因转录起点上游，开启子本身通常不被转录。少数开启子（如编码tRNA基因开启子）位于转录起始点下游，这些DNA序列能够被转录。真核基因和基因组专家讲座第16页真核生物有3类开启子，分别对应于细胞内存在三种不一样RNA聚合酶和相关蛋白质。真核基因和基因组专家讲座第17页能够在相对于开启子任何方向和位置（上游或者下游）上发挥这种增强作用，大部分位于上游。增强子序列距离所调控基因距离近者几十个碱基对，远可达几千个碱基对。通常数个增强子序列形成一簇。有时增强子序列也可位于内含子之中。不一样增强子序列结合不一样调整蛋白。2.增强子增强邻近基因转录增强子是增强真核基因开启子工作效率顺式作用元件，是真核基因中最主要调控序列，决定着每一个基因在细胞内表示水平。真核基因和基因组专家讲座第18页缄默子（silencer）是抑制基因转录特定DNA序列，当其结合一些反式作用因子时对基因转录起阻遏作用，使基因缄默。3.缄默子是负调整元件真核基因和基因组专家讲座第19页真核基因组结构与功效

第二节TheStructureandFunctionofEukaryoteGenome真核基因和基因组专家讲座第20页基因组：细胞或生物体一套完整单倍体遗传物质总和。真核基因和基因组专家讲座第21页一、真核基因组含有独特结构基因编码序列所占百分比远小于非编码序列。高等真核生物基因组含有大量重复序列，真核基因组中存在多基因家族和假基因。大多基因含有可变剪接，80%可变剪接会使蛋白质序列发生改变。基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞基因组为二倍体。结构特点：真核基因和基因组专家讲座第22页二、真核基因组中存在大量重复序列高度重复序列（highlyrepetitivesequence）中度重复序列（moderatelyrepetitivesequence）单拷贝序列（singlecopysequence）或低度重复序列真核基因和基因组专家讲座第23页（一）高度重复序列主要存在于染色体着丝粒区域，重复单位普通由2-10bp组成，成串排列，在人基因组中约占5%-6%。重复频率可达106以上，不编码蛋白质或RNA。反向重复序列（invertedrepeatsequence）卫星DNA（satelliteDNA）两个相同次序互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成，重复单位长度约300bp，多数散在于基因组中，总长度约占人基因组5％。分类：真核基因和基因组专家讲座第24页参加复制水平调整

存在于DNA复制起点区附近，是一些蛋白质（包含酶）结合位点。参加基因表示调控

能够转录到核内不均一RNA分子中，有些反向重复序列能够形成发夹结构，有利于稳定RNA分子。参加染色体配对

如

卫星DNA成簇样分布在染色体着丝粒附近，可能与染色体减数分裂时染色体配对相关。功效：真核基因和基因组专家讲座第25页（二）中度重复序列重复数十至数千次,大多数与单拷贝基因间隔排列。短分散重复片段长分散重复片段平均长度约300bp-500bp，与长度约为1000bp单拷贝序列间隔排列。拷贝数可达数十万。如Alu家族、KpnI家族、Hinf家族。平均长度为3500bp-5000bp，与长度约为13000bp单拷贝序列间隔排列。真核基因和基因组专家讲座第26页重复达30~50万次，每个组员长度约300bp。每个单位长度中一个限制性内切酶Alu切点（AG↓CT），将其切成长130bp和170bp两段。Alu家族仅次于Alu家族第二大家族，重复序列中含有限制性内切酶KpnⅠ位点呈散在分布，拷贝数约为3000-4800个KpnI家族以319bp长度串联重复存在于人基因组中重复序列中含有限制性内切酶HinfI位点。Hinf家族真核基因和基因组专家讲座第27页rRNA基因重复序列属于中度重复序列各重复单位中rRNA基因都是相同。rRNA基因集中成簇存在，这么区域称为rDNA区。人类rRNA基因位于13、14、15、21和22号染色体核仁组织区，每个核仁组织区平均含有50个rRNA基因重复单位。5SrRNA基因似乎全部位于1号染色体，每个单倍体基因组约有1000个5SrRNA基因。真核基因和基因组专家讲座第28页在单倍体基因组中只出现一次或数次，大多数为蛋白质编码基因。（三）单拷贝序列（低度重复序列）真核基因和基因组专家讲座第29页三、真核基因组中存在大量多基因家族与假基因多基因家族是指由某一祖先基因经过重复和变异所产生一组在结构上相同、功效相关基因。基因家族成簇地分布在某一条染色体上，同时发挥作用，合成一些蛋白质。如组蛋白基因家族。基因家族不一样组员成簇地分布于不一样染色体上，编码一组功效上紧密相关蛋白质。如球蛋白基因家族。真核基因和基因组专家讲座第30页DNA序列相同，但功效不一定相关若干个单拷贝基因或若干组基因家族总称。超家族基因（superfamilygene）基因组中存在一段与正常基因非常相同但不能表示DNA序列。以

来表示。假基因（psuedogene）真核基因和基因组专家讲座第31页四、线粒体DNA结构有别于染色体DNA线粒体DNA（mitochondrialDNA，mtDNA）是核外遗传物质，能独立编码线粒体中一些蛋白质。mtDNA结构为环状分子，与原核生物DNA类似，结构特点也与原核生物相同。真核基因和基因组专家讲座第32页人线粒体基因组线粒体基因组编码37个基因，包含13个编码呼吸链多酶体系一些多肽基因、22个编码mt-tRNA基因、2个编码mt-rRNA（16S和12S）基因。真核基因和基因组专家讲座第33页物种基因组大小(Mb)基因数染色体数*支原体M.genitalium0.58470无流感嗜血杆菌H.influrnzae1.831743无枯草芽孢桿菌B.subtilis4.204100无大肠杆菌E.coli4.604288无酿酒酵母S.cerevisiae13.50603416裂殖酵母

S.pombe12.50492916燕麦O.sativa4663000021果蝇D.melanogaster165136014秀丽隐杆线虫

C.elegans97184246小鼠mouse27003000020人H.sapiens30002500023不一样生物体基因组比较五、人基因组中有两万多个基因真