第三章 真核生物基因组

第三章真核生物基因组细胞核基因组（cytoblastgenome）细胞器基因组（organellegenome）由染色体DNA组成：DNA+蛋白质=核小体线性双链DNA分子染色体的数目，绝大多数真核生物体细胞都是二倍体基因表达与染色质结构相关（一）细胞核基因组*M期——染色体形式大部分细胞周期——染色质(弥散状)

DNA染色质的电镜图像a、常染色质：密度较低，一部分基因能被表达b、异染色质：密度较高，不被表达(着丝粒、端粒)DNA：约200bp

组蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小体——染色体的基本结构多为

串珠状核小体结构念珠样结构不利于基因表达乙酰化组蛋白有利于基因表达

核小体的细微结构影响基因表达细胞核基因组的特征真核生物基因组都是由大分子双链线状DNA构成。染色体通常成对出现（双倍体）。※真核生物基因组的一般特征2.基因组非常庞大，结构非常复杂，有多个复制起始位点。基因组中存在大量的重复序列以及非编码序列。真核生物基因组内非编码序列占90%以上，是与细菌、病毒的重要区别，在一定程度上也是生物进化的标尺。功能基因大多不连续，存在有内含子和外显子；真核生物基因组中也存在一些可移动的DNA序列（转座元件）。单顺反子结构多数的真核生物不存在操纵子结构，每一个基因都单独构成一个转录单位，转录产生单顺反子mRNA，及编码一种蛋白质。这是原核生物基因的操纵子结构，转录产生多顺反子mRNA，可编码多种蛋白质。原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP5

3

蛋白质PPPmG-5

3

蛋白质AAA…

真核生物结构基因的DNA序列由编码序列和非编码序列两部分交替组成，编码序列是不连续的，被非编码序列分割开来，称为断裂基因。其包括外显子和内含子。断裂基因（splitgene）

外显子（exon）：编码的DNA序列，即被表达的DNA区段内含子（intron）：非编码的DNA序列Gilbert（1978年）提出内含子、外显子概念

5`GT——AG3`法则在每个外显子和内含子的接头区都是一段高度保守的共有序列，内含子的5`端是GT，3端是AG，这种接头方式称为GT-AG法则，普遍存在于真核生物中，是RNA剪接的识别信号，转录后的前体RAN中的内含子剪接位点。断裂基因存在的意义断裂基因存在是生物进化的结果，是从复制水平而言，不同的外显子可分别编码不同的功能结构域，基因外显子不同的组合产生新的编码蛋白质，即是外显子改组。如血红蛋白和肌红蛋白均由独立的外显子编码结合血红素的结构域。真核生物的重复序列

重复序列：多拷贝的相同或近似序列的DNA片段真核生物基因组中通常存在大量的重复序列，可占整个基因组DNA的90%以上。按复性动力学方法可将这些重复序列分为高度重复序列，中度重复序列和低度重复序列（单拷贝序列）三大类。（一）高度重复序列高度重复序列在基因组中重复频率高，可达106次，因此复性速度很快。高度重复序列在基因组中所占比例随种属而异，一般在10～60%范围内。人的高度重复序列约占整个基因组的20%左右。是由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA双链上反向排列而成。高度重复序列按其结构特点可分为两种：

反向重复序列（invertedrepeats）反向重复序列的两种形式发卡结构回文结构卫星DNA（satelliteDNA）卫星DNA的重复单位一般由2～70bp组成，成串排列。卫星DNA占基因组的比例随种属而异，在0.5～31%范围内。人类基因组中可分离出三类卫星：大卫星DNA（macrosatelliteDNA）：其重复单位为5~171bp，主要分布于染色体的着丝粒区。小卫星DNA（minisatelliteDNA）：其重复单位为15~70bp，存在于常染色体。微卫星DNA/短串联重复序列（microsatelliteDNA/shorttandemrepeat,STR）：

其重复单位为2~5bp，存在于常染色体，常见于内含子中。人类基因组DNA中平均每6～10kb就有一个STR位点。不同个体之间在一个同源STR位点的重复次数不同。由于重复单位及重复次数不同，使其在不同种族，不同人群之间的分布具有很大差异性，构成了STR遗传多态性。DNA指纹高度重复序列的功能参与复制水平的调节参与基因表达的调控参与转位与进化有关与个体特征有关与染色体减数分裂时染色体配对有关基因组中重复次数<105的重复顺序,重复单位平均长度约300bp;复性速度快于单拷贝顺序，慢于高度重复顺序。多与单拷贝基因间隔排列。多为非编码序列，如Alu序列也有编码基因产物的，如rDNA、tDNA、组蛋白基因家族,一般往往以基因家族的形式存在。（二）中度重复序列依据重复序列的长度分为：短散在核元件(

shortinterspersednuclearelements,SINEs):平均长度300bp，如Alu家族长散在核元件(

longinterspersednuclearelements,LINEs):平均长度>1000bp，如KpnⅠ家族

Alu家族是哺乳动物和人类基因组中含量最丰富的一种中度重复序列家族Alu家族每个成员长度约为300bp，典型的特征是内部有一个限制性内切酶AluⅠ位点（AG/CT），序列被分割成170bp和130bp的两个片段，因而称其为Alu序列或Alu家族。具有种特异性正向重复序列170bp130bp+31bp130bp正向重复序列正向重复序列正向重复序列6-20bp6-20bp＞＞＞＞＞＞130bp由两个约130bp的正向重复构成的二聚体；第二个单体中有一个31bp的插入序列，不同成员之间核苷酸顺序相似但不相同；两侧为6-20bp的正向重复顺序，不同成员的侧翼重复顺序各不相同；人类Alu序列特征：AluIAlu家族的功能是多方面的，可能参与hnRNA的加工与成熟，也与遗传重组及染色体不稳定性有关。最近研究表明，Alu顺序可能具有转录调节作用。典型的长散在核元件（LINEs）是KpnⅠ重复序列家族，因在其序列中存在限制酶KpnⅠ的切点而得名。KpnⅠ家族的重复单位一般为6~7kb或更长，其两侧也各有一段正向重复序列，功能上与Alu家族相似。（三）低度重复序列（单拷贝序列）单拷贝序列在基因组中只出现一次或少数几次，因此复性速度很慢。单拷贝序列属于结构基因，它储存了巨大的遗传信息，编码各种功能不同的蛋白质。真核生物基因组中的重复序列多基因家族(multigenefa