《生物第六章学习PPT教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物第六章学习PPT教案.pptx（55页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 第六章 真核生物的遗传分析 基因组( genome )是指一个细胞中遗传物质的总量。 核型（Karyotype） C值（C value） 原核基因组含有大量单一顺序（unique-sequences），仅有少量的重复顺序。 真核基因组含少量单一顺序和大量重复顺序。 原核生物的细胞中除了主染色体以外，还含有各种质粒和转座因子。 真核生物除了核染色体以外，还存在细胞器DNA。 第一节 原核生物基因组的结构特点 E.coli 2.4109 Da，42000 Kb（1300微米），闭合环 状，约编码2000个基因。 类核（nucleoid）。 支架 (scafford） 100个DNA环组成， 每个
2、环长40Kb，13微米。 每200bp就有一个负超螺旋（=0.05）,即基因组中含 5%的负超螺旋。 超螺旋以两种状态存在： （1）自由状态的超螺旋，可在环内传递张力。 （2）超螺旋受到束缚，不能传递张力。一类核的结构表10-1 E.coli含有的各种DNA结合蛋白蛋白结构功能含量/每细胞相当于其核蛋白基因HU和亚基，每个9KD使DNA压缩、类核凝聚，刺激复制，和1HF有关4万个二聚体H2Bh u pA.BH两 个 相 同亚 基 ， 各28KD促使双链的互补、复性3万个二聚体H2A？IHF：10.5KD；：9.5KD有助于att位点配对重组？h i mA.D.H1(H-NS)15KD亚基和DN
3、A结合，与DNA拓扑结构有关1万？osZbglYpilGH L P117KD单体？2万？firAP3KD亚基？鱼 精 蛋 白(DNA结合蛋白)？ 二 重叠基因(overlapping gene) 莲人在绿杨津 采 一 玉漱声歌新阙 采莲人在绿杨津，在绿杨津一阙新； 一阙新歌声漱玉，歌声漱玉采莲人。 1977年Sanger首先发现重叠基因 他对单链环状的噬菌体X174进行了测序。 5386Nt 11 基因， 3个转录单位，由3个启动子（pA,pB,pD）启动。 X174含有的5386Nt最多能编码1795个氨基酸，若每个氨基酸的平均分子量为110，则总的蛋白质分子量为197,000Da，但实际蛋
4、白质总分子量却为262,000D。 将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行比较，发现了重叠基因重复基因 Overlapping Genes三质粒(plasmid) 1抗性质粒（Resistance （R）plasmids）:2. 致育因子（Fertility （F）plasmids）3. Col质粒：有编码大肠杆菌素（colicins）基因。4. 降解质粒(degradative plasmids)。这种质粒编 码一种特殊蛋白，可使宿主菌代谢特殊的分子， 如甲苯或水杨酸。5. 侵入性质粒(virulence plasmids)。这些质。如Ti 质粒，此是在根癌农杆菌(Agrobacteriu
5、m tumefaciens)中发现的 第二节 真核基因组的复杂性 分子量约为31012道尔顿 长度为2106Kb， 形态为线状， 约编码10万个以下的基因。 人类细胞在二倍体的核中DNA长约30亿个碱基对 估计编码3万个基因， 每条染色体含碱基8千万至3亿不等。 现已有5千个基因被编目，1900个基因已进行了染色体定位，600个已被克隆分离出来。 若将一个细胞中每条染色体的DNA首尾彼此相接，全长约200cm。 Renato Dulbecco于1986年首先提出了“ 人类基因组计划”，原计划约10-1 5 年 完 成 ， 耗 资 3 0 亿 美 元 ， 其 宏 伟 的 程 度 堪 与 M a
6、n h a t to 原 子 弹 计 划 和Appolo登月计划相提并论。 1990年开始实施 1999 破译出人类第22号染色体的遗传密码。 2000 完成了人类第21号染色体的测序。 预计从原定的2003年6月提前到2001年6月完成。 2000年6月26日美，英 ,日，德，法，中六国共同宣布人类基因组工作草图绘制成功。 2000年 3月塞莱拉公司宣布完成了果蝇的基因组测序。 12月14日英美等国科学家宣布绘出拟南芥基因组的完整图谱。这是人类首次全部破译一种植物的基因序列。 2001年:1、2月，HGP和美国塞莱拉（Sequencing）公司将各自测定的人类基因组工作框架图分别发表在Nat
7、ure和 Science 上， 这表明人类基因组计划（HGP）进入了一个展新的阶段。 2000,4,5:以杨焕明为首的中国科学家在Science发表了水稻全基因组框架序列图。 基因总数：4602255615，约为人类的2倍； 其中10000个基因的功能已确定； 水稻的“垃圾”序列多位于基因外，人类的“垃圾”序列多位于基因内； 水稻的基因平均长度为4500bp,人类基因平均长度为72000bp, 拟南芥约有25000个基因，80%在水稻中都存在，二者之间有关信号传导的基因差别最大第三节 单一顺序和重复顺序一. 单一顺序 (Unique sequence )二. 重复顺序 短片段的重复顺序可分为三
8、种类型：（1）正向重复(direct repeats)又叫顺向重复；（2）反向重复(inverted repeats) ；（3）回文顺序 (Palindromic sequence) 5 GTGAGCTCAC 3 3 CACTCGAGTG 5 画上荷花和尚画书临汉字翰林书三. 轻度重复顺序和中度重复顺序 轻度重复顺序 在基因组中含有2-10拷贝 ， 酵母tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。 中度重复顺序 长约300bp 基因组中约有10-几千个拷贝的顺序 如rRNA和tRNA基因 tRNA基因一般都分布于基因组中，而rRNA常集 中分布于核仁形成区。 NTS NTS TS 18s TS 5.
9、8s TS 28s TS 图10.29 非洲爪蟾rRNA基因的串联重复排列 TS：可转录的间隔(spacer)顺序 NTS：不可转录的间隔顺序 H1 H4 H2B H3 H2A海胆(R) 6000bp海胆(S) 6540bp海胆(L) 7240bp H1 H3 H4 H2A H2B果蝇 4800bp H1 H3 H2B H2A H4蝾螈 9000bp 图 10-31 组蛋白基因簇的重复单位 图例： 基因； 间隔区； 转录方向 2 1 G A 图10-30 人 类 血 红 蛋 白 的 和 基 因 簇 晚期胚 早期胚 成体 ho h1 h2 h3 1maj 2min 小鼠 4 3 1 兔 H 鸡
10、kb 60 50 40 30 20 10 0 图 10-32 脊椎动物中的-珠蛋白基因簇和假基因 四 Alu家族 长约300bp；Alu顺序也称为短的分散因子（short interspersed elements, SINEs）。 由RNA多聚酶III转录的。 在基因组中30 万个拷贝； 在170bp处有一AluI 的酶切位点； 由两个130bp的串联重复顺序组成； 在二聚体的右半部有31bp插入序列，此插入 顺序来自7SL RNA。 Alu顺序有何应用价值？ AluI 30bp Alu序列五. 高度重复顺序 卫星DNA (satellite DNA) 隐蔽卫星DNA(cryptic sat
11、ellite) 自私 DNA（selfish DNA） 伊甸园 DNA (Garden of Eden DNA） 小卫星 (minisatellite ) 重复序列可变数（variable number tandem repeat VNTRs） DNA指纹（DNA fingerprints） 人类VNTRs的第一个探针 1985年由Alec Jeffries制备 在肌红蛋白基因的第一个内含子中 分离出132bp的重复顺序 内含4个长33bp的重复单位 内有13bp为核心顺序 （GGAGGTGGGCAGG）L1 家族 长6500bp左右 称为长的分散因子（long interspersed el
12、ements, LINEs） 在基因组中约6万个拷贝 由RNA多聚酶II转录的。 属于一种转座因子 着丝粒 基因 LINE 基因 VNTR 基因 SINEs 基因 VNTR LINE rDNA 核仁形成区 图 1037(a)真核生物染色体上的各种重复顺序和结构元件 5前导顺序，3拖尾顺序 非编码顺序 因突变而失去功能 基因和 ( 90%) 假基因 基因相 加工假基因 关顺序 编码顺序 基因片断(丢失了 5和 3端顺序，不能表达的基因) (2030) ( 10%) 短分散顺序(SINEs)如 Alu 顺序人类基因组 分散的重复顺序(3109bp) 中度/高度 (40%) 长分散顺序(LINEs)
13、 基因以 重复顺序 卫星 DNA(长 1005000kb) 外非编 (2030) 成簇的重复顺序 小卫星 DNA(长 100bp20kb,VNTRs) 码顺序 (60%) 微卫星 DNA(4bp,CA 重复) (70-80%) 单一/低度 重复顺序 (7080) 图 1037（b）人类基因组的序列 基因簇（gene cluster） 基因家族（gene family） 假基因（pseudogene） 加工假基因（processed pseudogenes）。 有以下的特点： 缺少正常的内含子； 3末端有多聚腺苷酸； 5端的结构和mRNA的5端十分相似； 两侧有顺向重复顺序的存在 。 对以上特点
14、作何推论？ 因此人们推测它似乎和mRNA一样经过了转录后加工，因此也称其为加工假基因；第四节C值矛盾 C C值矛盾(C-value paradox) 可能产生的原因是什麽？显花植物鸟类哺乳类爬行类两栖类骨鱼类软骨鱼类棘皮类甲壳类昆虫类软体动物蠕虫类酶菌藻类真菌革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌枝原体 106 107 108 109 1010 1011图 10-37 不同门类生物的 C 值分布(仿 B.Lewin:GENES,1997,Fig 21.1)第五节 断裂基因 间隔顺序 (spacer) 间插顺序(intervening sequence) 内含子(intron)等 一 内含子的发现 1977
15、美Sharp & Roberts 同时发现了断裂基因(split gene) 法 Chambon 失机 鸡的输卵管分泌卵清蛋白、卵粘蛋白和 伴清蛋白，而其红细胞（鸟类的红细胞 上有核的）只合成血红蛋白，那么两种 组织之间DNA有什么不同呢？ southern杂交 Berget，Sharp小组和Roberts小组用R环法 b bp p E.colia 9200 E.colib 2350 E.colic 1750 E.colid 1250 红细胞 输卵管 图10-38 鸡卵清蛋白cDNA 探针和红细胞及 输卵管DNA Southern 杂交的结果 DNA和mRNA之间形成特殊的RNA-DNA异源双
16、链分子结构断裂基因 Split Genes二. 内含子的结构特点 (一) 内含子和外显子的分布 (二) 内含子的相对性 30nt 30nt 小小 t t 内含子内含子 UAA 300nt 330nt 1900nt300nt 330nt 1900nt 大大 T T 内含子内含子 图 10-41 SV40 的 T 和 t 蛋白基因的内含子经过删除和连接，除去无关的DNA间序（即内含子），便形成了成熟的mRNA分子断裂基因 Split Genes三. 内含子的生物学意义1.有的内含子可编码内切酶。 成熟酶 (maturase) 归巢 (Homing)2.调控 3.提高进化速率 164 199 229
17、 242 259aa 型型 W X Z W X Z 型型 W X Z 164 199 229 242 259aa 图 10-42 肌钙蛋白基因内含子的交替剪接， 产生和两种类型的蛋白断裂基因 Split Genes有些基因的初级转录本，可以按照不同的途径剪辑形成不同的RNA分子，编码不同的蛋白质断裂基因 Split Genes真核基因基本都含有内含子。而相反，原核基因基本不含内含子。 外显子 1 内含子 1 外显子 2 内含子 2 外显子 3 417bp 765bp 14bp 1240bp 100bp 139aa 280aa(840bp) 翻译 剪接 RNA 成熟酶(423aa) 成熟的 mR
18、NA 翻译 细胞色素 b 144aa+279aa 图 13-20 酵母 cob 基因的内含子的 2 的剪接。内含子 2 前部 840bp 的开放读框 参与编码 RNA 成熟酶。RNA 成熟酶反过来又将内含子 2 剪切画上荷花和尚画书临汉字翰林书 NTS NTS TS 18s TS 5.8s TS 28s TS 图10.29 非洲爪蟾rRNA基因的串联重复排列 TS：可转录的间隔(spacer)顺序 NTS：不可转录的间隔顺序 H1 H4 H2B H3 H2A海胆(R) 6000bp海胆(S) 6540bp海胆(L) 7240bp H1 H3 H4 H2A H2B果蝇 4800bp H1 H3
19、H2B H2A H4蝾螈 9000bp 图 10-31 组蛋白基因簇的重复单位 图例： 基因； 间隔区； 转录方向 四 Alu家族 长约300bp；Alu顺序也称为短的分散因子（short interspersed elements, SINEs）。 由RNA多聚酶III转录的。 在基因组中30 万个拷贝； 在170bp处有一AluI 的酶切位点； 由两个130bp的串联重复顺序组成； 在二聚体的右半部有31bp插入序列，此插入 顺序来自7SL RNA。 Alu顺序有何应用价值？ L1 家族 长6500bp左右 称为长的分散因子（long interspersed elements, LINEs） 在基因组中约6万个拷贝 由RNA多聚酶II转录的。 属于一种转座因子 基因簇（gene cluster） 基因家族（gene family） 假基因（pseudogene） 加工假基因（processed pseudogenes）。 有以下的特点： 缺少正常的内含子； 3末端有多聚腺苷酸； 5端的结构和mRNA的5端十分相似； 两侧有顺向重复顺序的存在 。 对以上特点作何推论？ 因此人们推测它似乎和mRNA一样经过了转录后加工，因此也称其为加工假基因；