第六章3人类基因组结构和遗传方式

第六章人类基因组结构

和遗传方式

一、人类基因组结构二、人类的染色体三、人类的染色体畸变四、遗传方式和系谱分析思考题1、人类基因组总长是多少碱基对？包含约多少个基因？2、染色体显带分析时，国际统一带型规则包括几部分？各是什么？3、人类染色体畸变包括几部分？各是什么？4、何为平衡易位携带者?其后代患染色体病程度如何?5、性状的形成取决于什么因素?6、在人类染色体DNA中不表达的碱基对中，有一部分是串联重组的短序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种序列可用于（

）

A．生产基因工程药物B．侦查罪犯C．遗传病的产前诊断D．基因治疗

一、人类基因组结构

（一）核基因组的DNA序列（二）结构基因（三）多基因家族和基因簇（四）线粒体基因组（五）基因表达

（六）人类基因表达调控

（七）基因组图谱

人类核基因组结构非常庞大复杂基因组DNA总长度约3×109bp(30亿碱基对)包含约为3.4-3.5万个基因分布在23条染色体上

我国有56个民族，拥有是世界上少有的“基因资源大国”人类核基因组结构细胞核基因组3000Mb线粒体基因组16.6Kb20%基因单一或中重复序列﹤10%编码DNA非编码DNA假基因间隔DNA内含子人类基因组基因组和基因◆基因组(genome)：就是一个物种中所有基因的整体组成。要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。

★基因(gene)：是DNA分子上能决定生物性状的功能性DNA。▲基因可分为蛋白质基因和RNA基因两种类型▲蛋白质基因的表达需要转录和翻译两个过程▲RNA基因则只需要转录一个过程

（一）核基因组的DNA序列

1、单一序列：称为非重复序列、单拷贝序列。指在一个基因组中仅有一个或少数几个拷贝的序列

2、中度重复序列：重复的拷贝数平均长度约300bp，10份到几百份拷贝的DNA序列。

3、高度重复序列：又称为卫星DNA，重复单位长度是2、4、6、8直至200bp，重复拷贝数达百万次。1、单一序列在人类基因组中，单一序列约占60％—65％，绝大多数编码蛋白质的结构基因或假基因都是属于单一序列。

编码蛋白质的结构基因，控制着人体的各种性状和功能。是人类遗传学和医学遗传学的主要研究对象已对许多重要的结构基因进行细致深入的研究。2、中度重复序列约占人类基因组中的20％-30％含蛋白质基因和RNA基因组蛋白基因免疫球蛋白基因rRNA基因和tRNA基因大多数中等重复序列是不编码的序列，分布在单拷贝基因之间的间隔区段。还有一些成串排列的中等重复序列家族如Alu序列家族3、高度重复序列●重复拷贝数达百万次，通常是由小于10bp的短小序列组成基本单元，成串成簇排列，约占基因组的10％。●是不能转录的●多数分布在染色体的着丝粒区域和端粒区域，异染色质组成。●可能与减数分裂时同源染色体的联会配对有关

（二）结构基因

★基因的内部结构▲人的结构基因序列大多是不连续的▲在转录成mRNA的编码序列之中▲插有非编码序列片段，称为内含子(intron)▲编码序列的片段称为外显子(exon)▲一个结构基因是由多个内含子和多个外显子相间排列组成的。1、内含子(intron)真核基因一般都含有内含子，也有少数基因不含内含子，如组蛋白基因，干扰素基因，酵母的多数蛋白质基因。可以转录，但在基因转录后，这些内含子经加工后从初级转录本中准确删除去，产生有功能的RNA(mRNA)。2、外显子(exon)真核基因中与mRNA、rRNA、或tRNA分子相对应的DNA序列，为编码序列。外显子是基因中出现在RNA转录本上的DNA部分。

结构基因

基因须剪接加工，切除内含子，外显子衔接，为成熟的mRNA

（三）、多基因家族和基因簇

多基因家族

在进化过程中由某一个祖先基因经过多次重复和变异所产生的一大类群，序列相似、功能相似的基因群。在多基因家族中，还有不产生有功能的基因产物，称假基因。假基因与正常基因序列上是同源的，在进化过程中因突变等原因丧失了功能活性。基因簇人类基因组中，由中等重复序列构成庞大的基因群，含有几百个功能相关的基因，紧密成簇状排列，称为基因簇，也称为超基因。如：人类组织相容性抗原复合体HLA免疫球蛋白(抗体)的重链和轻链基因

（四）线粒体基因组

细胞质中的线粒体有线粒体基因组线粒体基因组很小，数量并不少一个细胞中的线粒体是几十个到几千个一个细胞之中的线粒体基因组总数可达几千份拷贝线粒体DNA序列上只有1.7万个碱基对只能编码2种rRNA，22种tRNA和13种蛋白质。（五）基因表达

以DNA链为模板合成mRNA的过程称为转录

DNA转录后的初级产物为hnRNA，（RNA前体）初级产物需要经过加工后成为成熟的mRNA

1、转录（transcription）2、DNA转录后加工①加帽：5’端接上一个甲基化帽子②剪接：在酶的作用下，切掉初级RNA中的内含子，外显子序列拼接③加尾：在RNA的3’端加接一串腺苷酸，形成多聚腺苷酸尾。3、翻译（translation）(六)、人类基因表达调控

①、转录前调控：

②、转录水平调控：

③、转录后调控：

④、翻译水平调控：

⑤、翻译后调控：

（七）基因组图谱

1、遗传图：根据基因或者遗传标记之间的交换重组值来确定它们在染色体上的相对距离、位置的图谱。1％的交换值为1cM（厘摩）2、物理图：运用物理或化学技术直接确定基因或遗传标记在染色体上或DNA上的具体位置，用核苷酸对的数目或染色体显带的标号表示

3、人类基因组图

即人类基因组计划：为30多亿碱基对构成的人类基因组精确测序，将所有人类基因在染色体上定位，破译人类全部遗传信息。是人类自然科学史上的3大工程之一。美国政府于1990年10月正式启动，后有德、日、英、法、中等6个国家的科学家先后正式加入，有16个实验室及1100名生物科学家、计算机专家和技术人员参与花30亿美元2003年4月13日，已完成全部基因组序列的测定和序列图的绘制。WatsonCrick20003年4月14日，DNA双螺旋结构发现者之一詹姆斯·沃森来到华盛顿新闻发布会现场时，这位头发花白的资深科学家立即引起与会者的关注和欢迎。♥基因组序列图为人类提供了一份生命“说明书”，奠定了人类认识自我的基石，推动了生命与医学科学的进展，为全人类的健康带来福音。最先受益的是病人。今后，医生有望拿着病人的基因图谱，准确而迅速地找到病根，制定出最佳的治疗方案。基因图谱的绘制完成将加速寻觅糖尿病、白血病、痴呆、小儿湿疹、癌症等疾病的致病基因，从而攻克这类疾病。人类基因组结构﹥90％非编码区核基因组30亿碱基对3％编码区：单拷贝形式为主

线粒体基因组（16.6kb）

核基因组中编码蛋白质的结构基因只占基因组DNA的3%二、人类染色体

（一）常规核型分析（二）染色体显带分析（一）常规核型分析人类染色体数的确定同一个人的50—100个分散良好完整细胞进行染色体计数，依据众数来确定1952年4月徐道觉改变平衡盐溶液的张力时获得铺展很好的染色体，面对众多的权威不敢发布1955年，华裔学者蒋有兴与瑞典学者Levan通过实验确认了人体的46条染色体，并毫不犹豫地、勇敢地向Paint的2n=48挑战，获了美国肯尼迪国际奖1、染色体的形态特征根椐着丝粒位置和相对长度染色体分为短臂p和长臂q臂比(q／p)人类染色体分为3种类型中部着丝粒染色体(m)臂比1．0—1．7亚中部着丝粒染色体(sm)臂比1．7-3．0亚端部着丝粒染色体(st)臂比3．0-7．0

2、人类染色体核型人1～22号常染色体和X、Y性染色体可分为A—C7个组组ABCDEFG序号1-34-56-12+X13-1516-1819-2021-22+Y类型msmsmstsmmst人类染色体人类染色体核型人类染色体组型核型标准2n总数性染色体组成正常女性的核型是46，XX男性的核型是46，XY染色体数目畸变的核型，例如45，XO47，XXY

(二)染色体显带分析

常规染色体核型分析，只能判断染色体的数目异常和少数几种染色体的结构变异，难以深入进行染色体分析研究。1968年Caspersson发明了荧光染色体显带技术以后，发展出十多种染色体显带技术，如：Q带、G带、R带、C带、N带、T带、高分辨显带等用途最广泛的是G带和高分辨带，

1、人类染色体带型⑴人类染色体荧光显带⑵、人类染色体G带图⑶、人类X染色体500,850,1000条带比较染色体上的条带包括4项：染色体号、臂号、区号和带号，例如1号染色体短臂3区的6号带，就记述为1p36。高分辨带型有550条带，850条带和1000条带的3个标准级别

2、国际统一带型规则染色体带型的命名是从染色体着丝粒开始。着丝粒把染色体分为短臂(p)和长臂(q)，依照形态特征(如着丝粒、深染带或浅染带)作界标，分为几个区。每区中包括若干带

；各区编号及每区内条带的编号是依靠近着丝粒的界标向远离着丝粒界标顺序编号如1p36.2表示第1号染色体短臂的第3区6号带中的第2号亚带。三、人类染色体畸变（一）染色体数目畸变（二）染色体结构畸变

（一）染色体数目畸变1、多倍体2、异倍体（一）染色体数目畸变--多倍体主要发现于3个月以内的自发流产胎儿，大多数是三倍体，少数是四倍体多倍体是致死因素，只有极罕见的三倍体个体能活到出生，所以真正出生后仍存活者只见于三倍体和二倍体细胞系组成的嵌合体个体。多倍体产生的原因可能是由于参与受精的卵细胞是2n而不是n，或者是由于双精子受精所致。染色体数目畸变--异倍体涉及某一条染色体增多或减少，即形成三体(2n+1)或单体(2n—1)显然一个个体的体细胞中多一条染色体比少一条染色体的危害稍轻，三体是人类中最常见的一类染色体畸变。从1号到22号，几乎所有常染色体都有出现三体和部分三体畸变的病例报道染色体数目异常机制还不太清楚，有些是卵子老化的缘故。因为人类初级卵母细胞是从女性胎儿期就已开始形成，一直要到每次排卵时才能完成其整个减数分裂过程，所以大龄母亲(例如40岁左右)的卵细胞成熟分裂已拖延了40多年了，染色体的不分离的概率是随母亲年龄增高而增加的。

母亲年龄与21-三体发生率的关系

母亲年龄21-三体发生率

<29岁1/3000