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1、关于基因组的结构与功能现在学习的是第1页，共54页概念 基因基因(gene)：基因组基因组(genome)：基因是指基因是指DNADNA分子中参与编码特异的蛋白质（多肽链）或分子中参与编码特异的蛋白质（多肽链）或RNARNA的一段核酸序列。的一段核酸序列。“基因组基因组(genomegenome)”)”一词是一词是19201920年年WinklesWinkles从从GENGENeses和和chromoschromosOMEOMEs s两词中取其部分组成的。泛指一个细胞或一两词中取其部分组成的。泛指一个细胞或一个生物体的全部遗传信息。在真核生物，基因组是指一个生物体的全部遗传信息。在真核生物，基
2、因组是指一套（单倍体）染色体套（单倍体）染色体DNADNA。例如，人类基因组包含了细胞核染色例如，人类基因组包含了细胞核染色体体DNADNA（2222条常染色体和条常染色体和X X、Y Y两条性染色体）和线粒体两条性染色体）和线粒体DNADNA所携带的所有所携带的所有遗传物质。遗传物质。现在学习的是第2页，共54页不同生物体中DNA的大小和基本特征不同生物体中DNA的大小和基本特征 千碱基对长度(cm)染色体数(单倍体)形 状病毒病毒SV405.20.000171环状噬菌体X1745.40.000181线性单链噬菌体原核生物460.00151线性大肠杆菌40000.131环状真核生物酵母100
3、00.03317果蝇410001.44人28000004.123病毒基因组结构简单，所含结构基因很少；原核生物基因组所病毒基因组结构简单，所含结构基因很少；原核生物基因组所含基因数量较多，且有较为完善的表达调控体系；真核生物基因组所含基因数量较多，且有较为完善的表达调控体系；真核生物基因组所含基因数量巨大，表达调控系统也更为精细。含基因数量巨大，表达调控系统也更为精细。现在学习的是第3页，共54页顺反子顺反子(cistron)：由结构基因转录生成的由结构基因转录生成的mRNA序列序列称为顺反子。称为顺反子。单顺反子单顺反子(monocistron)：一个编码基因转录生成一个一个编码基因转录生成
4、一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链，此相应的分子，经翻译生成一条多肽链，此相应的mRNA序列称为单顺反子。真核生物基因的转录产物为单顺反序列称为单顺反子。真核生物基因的转录产物为单顺反子。子。多顺反子多顺反子(polycistron)：原核生物中，大多数功能相原核生物中，大多数功能相关的结构基因成簇地串联在一起，形成操纵子，由操纵关的结构基因成簇地串联在一起，形成操纵子，由操纵子控制转录生成的子控制转录生成的mRNA是多顺反子。是多顺反子。顺反子现在学习的是第4页，共54页第一节 病毒基因组现在学习的是第5页，共54页一、病毒基因组核酸的主要类型 按照核酸的性质、基因组结构及复制的特点，按
5、照核酸的性质、基因组结构及复制的特点，可以将病毒基因组分为以下几种类型。可以将病毒基因组分为以下几种类型。单链正股单链正股DNA双链双链DNA 单链正股单链正股RNA 单链负股单链负股RNA 双链双链RNARNA病毒基因组所携带的遗传信息一般都在同一条链上，序列与病毒基因组所携带的遗传信息一般都在同一条链上，序列与mRNA相同的相同的为正股为正股(+)，与，与mRNA互补的为负股互补的为负股()。在。在DNA中，不同基因可以不同的链作为中，不同基因可以不同的链作为转录模板，很难严格的定义为正股或负股。因此，有的病毒转录模板，很难严格的定义为正股或负股。因此，有的病毒DNA有正股和负股有正股和负
6、股之分，有的则没有。之分，有的则没有。现在学习的是第6页，共54页二、病毒基因组结构与功能的特点 1.1.不同病毒基因组大小相差较大不同病毒基因组大小相差较大不同病毒基因组大小相差较大不同病毒基因组大小相差较大 2.2.不同病毒的基因组可以是不同结构的核酸不同病毒的基因组可以是不同结构的核酸不同病毒的基因组可以是不同结构的核酸不同病毒的基因组可以是不同结构的核酸 3.3.病毒基因组有连续的也有不连续的病毒基因组有连续的也有不连续的（流感病毒由流感病毒由流感病毒由流感病毒由8 8条条条条单链单链单链单链RNARNA分子构成分子构成分子构成分子构成 ，呼肠孤病毒，呼肠孤病毒，呼肠孤病毒，呼肠孤病毒
7、1010条双链条双链条双链条双链RNARNA片段构成）片段构成）片段构成）片段构成）4.4.病毒基因组的编码序列大于病毒基因组的编码序列大于病毒基因组的编码序列大于病毒基因组的编码序列大于9090 5.5.单倍体基因组单倍体基因组单倍体基因组单倍体基因组(逆转录病毒基因组有两个拷贝逆转录病毒基因组有两个拷贝逆转录病毒基因组有两个拷贝逆转录病毒基因组有两个拷贝)6.6.基因有连续的和间断的基因有连续的和间断的（与宿主有关与宿主有关与宿主有关与宿主有关）7.7.相关基因丛集相关基因丛集相关基因丛集相关基因丛集 8.8.基因重叠基因重叠基因重叠基因重叠 9.9.病毒基因组含有不规则结构基因病毒基因组
8、含有不规则结构基因 (1)(1)几个结构基因的编码区无间隔几个结构基因的编码区无间隔几个结构基因的编码区无间隔几个结构基因的编码区无间隔 (2)(2)mRNAmRNA没有没有没有没有5 5 端的帽结构端的帽结构端的帽结构端的帽结构 (3)(3)结构基因本身没有翻译起始序列结构基因本身没有翻译起始序列结构基因本身没有翻译起始序列结构基因本身没有翻译起始序列10.一一种病毒基因组只是一种核酸种病毒基因组只是一种核酸种病毒基因组只是一种核酸种病毒基因组只是一种核酸乙肝病毒乙肝病毒乙肝病毒乙肝病毒3.2kb3.2kb，痘病毒，痘病毒，痘病毒，痘病毒300kb300kb现在学习的是第7页，共54页第二节
9、 原核生物基因组现在学习的是第8页，共54页一、原核生物基因组结构与功能的特点 1.1.基因组通常仅由一条环状双链基因组通常仅由一条环状双链基因组通常仅由一条环状双链基因组通常仅由一条环状双链DNADNA分子分子分子分子组成，组成，组成，组成，无核膜包裹。无核膜包裹。无核膜包裹。无核膜包裹。转转转转 录与翻译偶联在一起。录与翻译偶联在一起。录与翻译偶联在一起。录与翻译偶联在一起。2.2.基因组中只有基因组中只有基因组中只有基因组中只有1 1个复制起始点个复制起始点个复制起始点个复制起始点 3.3.具有操纵子结构，转录单位一般是具有操纵子结构，转录单位一般是具有操纵子结构，转录单位一般是具有操纵
10、子结构，转录单位一般是多顺反子多顺反子多顺反子多顺反子 4.4.编码顺序一般不会重叠编码顺序一般不会重叠编码顺序一般不会重叠编码顺序一般不会重叠 5.5.基因是连续的基因是连续的基因是连续的基因是连续的,无内含子无内含子无内含子无内含子,转录后不需要剪切转录后不需要剪切转录后不需要剪切转录后不需要剪切 6.6.编码区大约占编码区大约占编码区大约占编码区大约占5050 7.7.基因组中重复序列很少基因组中重复序列很少基因组中重复序列很少基因组中重复序列很少 8.8.具有编码同工酶的基因具有编码同工酶的基因具有编码同工酶的基因具有编码同工酶的基因 9.9.细菌基因组中存在着可移动的细菌基因组中存在
11、着可移动的细菌基因组中存在着可移动的细菌基因组中存在着可移动的DNADNA序列序列序列序列,包括插入序列和转座子包括插入序列和转座子包括插入序列和转座子包括插入序列和转座子 10.10.DNADNA分子中具有多种功能的识别区域分子中具有多种功能的识别区域分子中具有多种功能的识别区域分子中具有多种功能的识别区域(如复制起始区、复制终止区、如复制起始区、复制终止区、如复制起始区、复制终止区、如复制起始区、复制终止区、转录启动区和终止区等转录启动区和终止区等转录启动区和终止区等转录启动区和终止区等),),这些区域往往具有特殊的序列，并且含有这些区域往往具有特殊的序列，并且含有这些区域往往具有特殊的序
12、列，并且含有这些区域往往具有特殊的序列，并且含有 反向重复序列反向重复序列反向重复序列反向重复序列 11.11.不同的原核生物基因组中的不同的原核生物基因组中的不同的原核生物基因组中的不同的原核生物基因组中的GCGC含量相差较大含量相差较大含量相差较大含量相差较大 现在学习的是第9页，共54页二、质粒二、质粒 (一一)概念概念1.只能在宿主细胞内进行独立复制和扩增只能在宿主细胞内进行独立复制和扩增2.分子量一般为分子量一般为106108，小型质粒长度一般为，小型质粒长度一般为1.515kb3.质粒对宿主细胞的生存不是必需的质粒对宿主细胞的生存不是必需的 4.携带的遗传信息能赋予细菌特定的遗传性
13、状携带的遗传信息能赋予细菌特定的遗传性状质粒是细菌细胞内携带的染色体外的质粒是细菌细胞内携带的染色体外的DNA分子，是共价闭合的环状分子，是共价闭合的环状DNA分子。分子。能独能独立复制的最小遗传单位。立复制的最小遗传单位。现在学习的是第10页，共54页质粒与宿主细胞的关系质粒与宿主细胞的关系（1）质粒对宿主的生存不是必需的，只是质粒对宿主的生存不是必需的，只是“友好友好”的的“借居借居”宿主细胞中，宿主细胞中，既不杀伤细胞，对宿主的代谢活动也无影响，宿主既不杀伤细胞，对宿主的代谢活动也无影响，宿主离开质粒照样的生存下去。离开质粒照样的生存下去。（2 2）质粒离开宿主就无法生存，只有依赖宿主细
14、胞的）质粒离开宿主就无法生存，只有依赖宿主细胞的）质粒离开宿主就无法生存，只有依赖宿主细胞的）质粒离开宿主就无法生存，只有依赖宿主细胞的（酶和（酶和蛋白质）帮助，才能完成自身的复制（扩增）、转录。蛋白质）帮助，才能完成自身的复制（扩增）、转录。（3 3）质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能）质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能）质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能）质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能，作为对宿主细作为对宿主细胞的补偿（胞的补偿（“交房租交房租”）。）。（4 4）质粒赋于宿主各种有利的表型（质粒编码蛋白质或酶），）质粒赋于宿主各种有利的表型（质粒编码蛋白质或酶），）质粒赋于宿主
15、各种有利的表型（质粒编码蛋白质或酶），）质粒赋于宿主各种有利的表型（质粒编码蛋白质或酶），使宿主获得生存优势，与我们基因工程实验紧密相关的，如抗生素使宿主获得生存优势，与我们基因工程实验紧密相关的，如抗生素抗性基因：抗性基因：Amp r 酶，水解酶，水解-内酰胺环内酰胺环,解除氨苄毒性解除氨苄毒性,使细菌抗氨苄。使细菌抗氨苄。Tet r 膜蛋白膜蛋白,可阻止四环素进入细胞可阻止四环素进入细胞,使细菌抗四环素。使细菌抗四环素。现在学习的是第11页，共54页4.质粒发现和研究意义质粒发现和研究意义 1）理论意义）理论意义）理论意义）理论意义 质粒能够复制、传递和表达遗传信息，从分质粒能够复制、传递
16、和表达遗传信息，从分子遗传学观点来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命子遗传学观点来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命形式，形式，是生命起源研究的一块重要基石。是生命起源研究的一块重要基石。是生命起源研究的一块重要基石。是生命起源研究的一块重要基石。2）实践意义）实践意义）实践意义）实践意义 是基因工程的重要载体（是基因工程的重要载体（是基因工程的重要载体（是基因工程的重要载体（vectorvector），能把），能把外源基因外源基因（目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克
17、隆表达。表达。表达。表达。质粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，质粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，质粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，质粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，基因工程的基因工程的重要任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传重要任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传递，若一个致癌质粒可以传递就可能会传到外。递，若一个致癌质粒可以传递就可能会传到外。现在学习的是第12页，共54页作为基因工程载体的作为基因工程载体的3个特点：个特点：A.都能独立自主的复制；都能独立自主的复制；B.都能便利的加以检测（抗生素抗性）；都能便利的加以检测（抗生素抗性）；C.都能容易引进宿主细胞中去，
18、也易从宿主细都能容易引进宿主细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯化（提质粒）。胞中分离纯化（提质粒）。质粒符合上述质粒符合上述3个条件。个条件。基因工程中主要使用人工构建的质粒。基因工程中主要使用人工构建的质粒。现在学习的是第13页，共54页现在学习的是第14页，共54页(二)质粒的遗传控制1.复制调控系统复制调控系统 控制质粒的拷贝数控制质粒的拷贝数2.分配系统分配系统 使质粒在细菌分裂过程中精确分配到子细胞中使质粒在细菌分裂过程中精确分配到子细胞中3.细胞分裂控制系统细胞分裂控制系统 能够抑制细胞分裂，使细胞分裂与能够抑制细胞分裂，使细胞分裂与 质粒复制协调质粒复制协调4.位点特异重组系统位点
19、特异重组系统 高拷贝质粒在菌体内有形成多聚体高拷贝质粒在菌体内有形成多聚体 的倾向，但在分裂时又必须拆开成单体，这样才能的倾向，但在分裂时又必须拆开成单体，这样才能 保证质粒向子代细胞的平均分配。控制这一过程的保证质粒向子代细胞的平均分配。控制这一过程的 诸多因子构成诸多因子构成位点特异重组系统位点特异重组系统 u质粒的不相容性质粒的不相容性：具有相同复制起始位点和分配区的两种质粒不能共存于一具有相同复制起始位点和分配区的两种质粒不能共存于一个宿主菌，这种现象称为质粒的不相容性。个宿主菌，这种现象称为质粒的不相容性。当一个宿主菌中的两个质粒的复制当一个宿主菌中的两个质粒的复制起始位点不同时，它
20、们有各自的分配系统来精确调节它们在子代细胞中的起始位点不同时，它们有各自的分配系统来精确调节它们在子代细胞中的分配，两种质粒可在子代细胞中稳定共存。分配，两种质粒可在子代细胞中稳定共存。质粒能在不断增殖的细胞中以一定的拷贝数稳定遗传，质粒能在不断增殖的细胞中以一定的拷贝数稳定遗传，主要取决于主要取决于4个不同的系统个不同的系统的精细调节。的精细调节。现在学习的是第15页，共54页(三)质粒的类型1.接合型质粒、可移动型质粒和自传递型质粒接合型质粒、可移动型质粒和自传递型质粒 细菌能够通过接合作用在细菌之间传递质粒。细菌能够通过接合作用在细菌之间传递质粒。接合型质粒接合型质粒 只能使细菌接合，本
21、身不能被传递；只能使细菌接合，本身不能被传递；可移动型质粒可移动型质粒 可动被传递，但不能使细菌接合；可动被传递，但不能使细菌接合；接合型与可移动型共存时，能传递可移动型质粒；接合型与可移动型共存时，能传递可移动型质粒；自传递型质粒自传递型质粒 具备接合型和可移动型两种质粒的功能，具备接合型和可移动型两种质粒的功能，可以自传递，如可以自传递，如F质粒。质粒。2.严谨型和松弛型质粒严谨型和松弛型质粒 严谨型质粒严谨型质粒 低拷贝数质粒，一个细菌内仅含数个质粒；低拷贝数质粒，一个细菌内仅含数个质粒；松弛型质粒松弛型质粒 高拷贝数质粒，每个细菌内可达高拷贝数质粒，每个细菌内可达1060个或更多；个或
22、更多；3.窄宿主谱及广宿主谱质粒窄宿主谱及广宿主谱质粒窄宿主质粒窄宿主质粒 存在于一种或数种密切相关的宿主；存在于一种或数种密切相关的宿主；广宿主质粒广宿主质粒 可以在不同科、属、种细菌之间传递；可以在不同科、属、种细菌之间传递；现在学习的是第16页，共54页现在学习的是第17页，共54页三、转位因子三、转位因子(一一)转位因子的类型及特征转位因子的类型及特征1.插入序列插入序列1.插入序列插入序列(insertion sequence，IS)转位因子转位因子 是指能够在一个是指能够在一个DNA分子内部或两个分子内部或两个DNA分子之间移分子之间移动的动的DNA片段，即可移动的基因成分。在细菌
23、中，片段，即可移动的基因成分。在细菌中，则指可在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之则指可在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的间移动的DNA片段片段。（文献上有时形象地称其为是（文献上有时形象地称其为是跳跃跳跃基因基因，jumping gene）。转位也是）。转位也是DNA重组的一种形式。重组的一种形式。细菌的转位因子包括插入序列、转座子及可转座的噬菌体。细菌的转位因子包括插入序列、转座子及可转座的噬菌体。TSTranspcsase geneTSIRIRTS target site 靶位点靶位点Transposase gene 转位酶基因转位酶基因IR inverted repeated 反
24、向重复顺序反向重复顺序现在学习的是第18页，共54页（1）ISIS是一类较小的转位因子是一类较小的转位因子是一类较小的转位因子是一类较小的转位因子，长度约，长度约700-2000bp，按发现顺序，按发现顺序IS1、IS2命名，命名，只携带转移的必需基因，不含有其它偏码蛋白质结构基因，本身没只携带转移的必需基因，不含有其它偏码蛋白质结构基因，本身没有表型效应。有表型效应。（2）ISIS两侧为反向（倒转）重复顺序（两侧为反向（倒转）重复顺序（两侧为反向（倒转）重复顺序（两侧为反向（倒转）重复顺序（16-41bp16-41bp），中间为转位酶），中间为转位酶），中间为转位酶），中间为转位酶基因基因基
25、因基因，在插入新的位点侧有在插入新的位点侧有3116p顺向重复顺序（顺向重复顺序（direct repeated sequence）,DR是靶位点序列复制的产物。是靶位点序列复制的产物。（3）ISIS到处活动，到处活动，到处活动，到处活动，可以插入到可以插入到E.coli染色体的各个位置上，也可染色体的各个位置上，也可以插入到质粒和某些噬菌体基因组上，甚至同一基因不同位点上。以插入到质粒和某些噬菌体基因组上，甚至同一基因不同位点上。这种插入作用可以双向进行，可以是正向，也可以是反向插入这种插入作用可以双向进行，可以是正向，也可以是反向插入IS这这种移动方式称为转位作用（种移动方式称为转位作用（
26、transposition）。）。（4）在一个世代的在一个世代的在一个世代的在一个世代的107107细菌中有细菌中有细菌中有细菌中有1 1次插入。次插入。次插入。次插入。*TR（反向倒转重复序列）（反向倒转重复序列）GGAAGGT、ACCTTCC CCTTCCA、TGGAAGG*DR（正同向重复序列）：（正同向重复序列）：TACGTTACGT 现在学习的是第19页，共54页2.转座子3.可转座的噬菌体可转座的噬菌体2.转座子转座子(transposon，Tn)Tn是一类较大的可移动成分是一类较大的可移动成分根据根据Tn的结构特征不同，的结构特征不同，Tn可以分为三类可以分为三类：(1)复合型复
27、合型Tn 由一个基因序列及两侧臂构成，两侧臂即为由一个基因序列及两侧臂构成，两侧臂即为IS序列或序列或类类IS序列。序列。(2)TnA 族族 Tn 两端没有两端没有IS或类或类IS组件，由三部分组成，两端是正向或组件，由三部分组成，两端是正向或反向重复序列，中间有与反向重复序列，中间有与Tn功能相关的基因功能相关的基因(编码转座编码转座酶酶)及抗生素抗性基因等。及抗生素抗性基因等。(3)接合型接合型Tn 可以在不同细菌间通过接合进行转移的可以在不同细菌间通过接合进行转移的Tn,它们没有末它们没有末端反向重复序列，转座后也不产生顺向重复序列。端反向重复序列，转座后也不产生顺向重复序列。3.可转座
28、的噬菌体可转座的噬菌体(transposable phage)是一类具有转座功能的溶源性噬菌体是一类具有转座功能的溶源性噬菌体,包括包括Mu和和D108等。等。现在学习的是第20页，共54页(二)转位因子的几个遗传效应 1.1.转座因子的转座不是本身移动转座因子的转座不是本身移动转座因子的转座不是本身移动转座因子的转座不是本身移动 2.2.转座因子转到靶点后，靶点序列会倍增成转座因子转到靶点后，靶点序列会倍增成转座因子转到靶点后，靶点序列会倍增成转座因子转到靶点后，靶点序列会倍增成 为两个靶点序列，并分别排列在转座因子的为两个靶点序列，并分别排列在转座因子的为两个靶点序列，并分别排列在转座因子
29、的为两个靶点序列，并分别排列在转座因子的两侧，形成同向重复序列两侧，形成同向重复序列两侧，形成同向重复序列两侧，形成同向重复序列 3.3.转座过程中能够形成共整合体转座过程中能够形成共整合体 4.4.转座因子转座后能促使染色体畸变转座因子转座后能促使染色体畸变转座因子转座后能促使染色体畸变转座因子转座后能促使染色体畸变 5.5.转座因子可以从原来位置上切除转座因子可以从原来位置上切除 6.6.转座可引起插入突变转座可引起插入突变转座可引起插入突变转座可引起插入突变 7.7.转座因子携带有标志基因转座因子携带有标志基因转座因子携带有标志基因转座因子携带有标志基因 现在学习的是第21页，共54页带
30、有内解离区带有内解离区(res位点位点)的转座因子主要以复的转座因子主要以复制性转座为主；制性转座为主；不带解离区的转座因子以简单转座为主。不带解离区的转座因子以简单转座为主。简单转座简单转座(单纯转座单纯转座)复制性转座复制性转座转位作用转位作用解离位点解离位点DNA聚合酶聚合酶 复制新链复制新链共整合共整合(三)转位作用的机制受体受体DNA 供体供体DNA：表示靶位点表示靶位点转座子转座子靶位酶在靶位靶位酶在靶位 点处错位切开点处错位切开箭头处表示箭头处表示连接的末端连接的末端第二次切割转座子第二次切割转座子,与与供体供体DNA完全分离开完全分离开DNA聚合酶完成聚合酶完成靶位点的复制靶位
31、点的复制通过重组过程解离通过重组过程解离 酶在两个转酶在两个转座子拷贝之间把共座子拷贝之间把共 整合体分开整合体分开连接连接连接连接现在学习的是第22页，共54页四、细菌基因组学研究及意义 基因组学基因组学基因组学基因组学就是测定细菌全基因组序列，把就是测定细菌全基因组序列，把就是测定细菌全基因组序列，把就是测定细菌全基因组序列，把细菌全基因组序列的知识和分析序列的情报工具接细菌全基因组序列的知识和分析序列的情报工具接细菌全基因组序列的知识和分析序列的情报工具接细菌全基因组序列的知识和分析序列的情报工具接合起来，研究细菌的毒力和致病性的一门学科。合起来，研究细菌的毒力和致病性的一门学科。合起来
32、，研究细菌的毒力和致病性的一门学科。合起来，研究细菌的毒力和致病性的一门学科。彻底搞清病原微生物的致病机制彻底搞清病原微生物的致病机制 加快重要致病基因的发现速度加快重要致病基因的发现速度 寻找病原菌特异的寻找病原菌特异的DNA序列，提高临床序列，提高临床诊断的效率和准确性诊断的效率和准确性 为筛选有效药物及发展疫苗提供参考为筛选有效药物及发展疫苗提供参考 现在学习的是第23页，共54页第三节 真核生物基因组现在学习的是第24页，共54页一、真核生物基因组的特点 1.1.真核生物基因组以真核生物基因组以真核生物基因组以真核生物基因组以染色体染色体染色体染色体形式储存于细胞核内形式储存于细胞核内
33、形式储存于细胞核内形式储存于细胞核内,DNADNA为线性，为线性，为线性，为线性，除了配子除了配子除了配子除了配子(精子和卵子精子和卵子精子和卵子精子和卵子)为单倍体外为单倍体外为单倍体外为单倍体外,体细胞内的基因是双倍体。转录体细胞内的基因是双倍体。转录体细胞内的基因是双倍体。转录体细胞内的基因是双倍体。转录在细胞核，翻译在胞质。此外，真核生物还具有闭环双链的线粒体在细胞核，翻译在胞质。此外，真核生物还具有闭环双链的线粒体在细胞核，翻译在胞质。此外，真核生物还具有闭环双链的线粒体在细胞核，翻译在胞质。此外，真核生物还具有闭环双链的线粒体DNADNA 2.2.真核生物基因组真核生物基因组真核生
34、物基因组真核生物基因组原核生物基因组原核生物基因组原核生物基因组原核生物基因组,结构复杂结构复杂结构复杂结构复杂,有有有有多个复制多个复制多个复制多个复制 起始点起始点起始点起始点,每个复制子的长度较小且大小不一每个复制子的长度较小且大小不一每个复制子的长度较小且大小不一每个复制子的长度较小且大小不一 3.3.无基因重叠无基因重叠无基因重叠无基因重叠 4.4.转录单位一般是转录单位一般是转录单位一般是转录单位一般是单顺反子单顺反子单顺反子单顺反子 5.5.含有大量的含有大量的含有大量的含有大量的重复序列重复序列重复序列重复序列 6.6.非编码序列非编码序列非编码序列非编码序列(NCS)(NCS
35、)占占占占9090以上以上以上以上 7.7.真核生物基因是真核生物基因是真核生物基因是真核生物基因是断裂基因断裂基因断裂基因断裂基因 8.8.功能相关的基因构成各种功能相关的基因构成各种功能相关的基因构成各种功能相关的基因构成各种基因家族基因家族基因家族基因家族,它们可串联在一起它们可串联在一起它们可串联在一起它们可串联在一起,亦可相亦可相亦可相亦可相 距很远距很远距很远距很远,但即使串联在一起的成簇的基因也是分别转录的但即使串联在一起的成簇的基因也是分别转录的但即使串联在一起的成簇的基因也是分别转录的但即使串联在一起的成簇的基因也是分别转录的 9.9.真核生物基因组中也存在一些真核生物基因组
36、中也存在一些真核生物基因组中也存在一些真核生物基因组中也存在一些可移动的可移动的可移动的可移动的DNADNA序列序列序列序列,其移动其移动其移动其移动多被多被多被多被RNARNA介导介导介导介导现在学习的是第25页，共54页二、真核生物基因组的结构二、真核生物基因组的结构 (一一)结构基因结构基因按基因产物的功能特性，通常将直接参与物质代谢的功能按基因产物的功能特性，通常将直接参与物质代谢的功能按基因产物的功能特性，通常将直接参与物质代谢的功能按基因产物的功能特性，通常将直接参与物质代谢的功能蛋白质、参与细胞组成的结构蛋白质编码的基因称为结构蛋白质、参与细胞组成的结构蛋白质编码的基因称为结构蛋
37、白质、参与细胞组成的结构蛋白质编码的基因称为结构蛋白质、参与细胞组成的结构蛋白质编码的基因称为结构基因；参与蛋白质合成所需的基因；参与蛋白质合成所需的基因；参与蛋白质合成所需的基因；参与蛋白质合成所需的rRNArRNA和和和和tRNAtRNA编码的基因也属于编码的基因也属于编码的基因也属于编码的基因也属于结构基因。结构基因。结构基因。结构基因。指能转录成指能转录成rRNArRNA、tRNAtRNA、mRNAmRNA的核苷酸序列。的核苷酸序列。的核苷酸序列。的核苷酸序列。真核生物的结构基因是不连续的真核生物的结构基因是不连续的真核生物的结构基因是不连续的真核生物的结构基因是不连续的(断裂基因断裂
38、基因断裂基因断裂基因)，编码氨基酸的，编码氨基酸的，编码氨基酸的，编码氨基酸的序列被非编码序列隔开。序列被非编码序列隔开。序列被非编码序列隔开。序列被非编码序列隔开。基因与基因间的非编码序列为基因与基因间的非编码序列为基因与基因间的非编码序列为基因与基因间的非编码序列为间隔间隔间隔间隔DNADNA(spacer DNA)(spacer DNA)基因内非编码序列称为基因内非编码序列称为基因内非编码序列称为基因内非编码序列称为内含子内含子内含子内含子(intron)(intron)基因内被内含子分隔开的编码序列称为基因内被内含子分隔开的编码序列称为基因内被内含子分隔开的编码序列称为基因内被内含子分
39、隔开的编码序列称为外显子外显子外显子外显子(exon)(exon)。现在学习的是第26页，共54页(二)顺式调控元件 顺式调控元件顺式调控元件顺式调控元件顺式调控元件亦称亦称顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting(cis-acting elements)elements)，是指那些与结构基因表达调控相关、，是指那些与结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异识别和结合的能够被基因调控蛋白特异识别和结合的DNADNA序序列。包括启动子、上游启动元件、增强子、加列。包括启动子、上游启动元件、增强子、加尾信号和一些反应元件等。尾信号和一些反应元件等。*反式作用因子反
40、式作用因子反式作用因子反式作用因子(trans-acting elements)(trans-acting elements)能能直接或间接地识别或结合在各顺式调控元件直接或间接地识别或结合在各顺式调控元件812bp812bp的核心序列上，参与调控靶基因转录效的核心序列上，参与调控靶基因转录效率的一组蛋白质。率的一组蛋白质。现在学习的是第27页，共54页1.启动子启动子2.上游启动子元件上游启动子元件(promoter)启动子是启动子是启动子是启动子是RNARNA聚合酶特异性识别和结合的聚合酶特异性识别和结合的聚合酶特异性识别和结合的聚合酶特异性识别和结合的DNADNA序列。序列。序列。序列。
41、启动子有方向性，位于结构基因转录起始点的上游，本启动子有方向性，位于结构基因转录起始点的上游，本启动子有方向性，位于结构基因转录起始点的上游，本启动子有方向性，位于结构基因转录起始点的上游，本身并不被转录。身并不被转录。身并不被转录。身并不被转录。真核生物的启动子元件是真核生物的启动子元件是真核生物的启动子元件是真核生物的启动子元件是TATATATA盒盒盒盒(TATA box)(TATA box)，核心序列核心序列核心序列核心序列是是是是TATA(A/T)A(A/T)TATA(A/T)A(A/T)。(upstream promoter elements)是是是是TATATATA盒上游的一些特定
42、的盒上游的一些特定的盒上游的一些特定的盒上游的一些特定的DNADNA序列序列序列序列。反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子与这些元件结合后，可调控基因的转录效率。与这些元件结合后，可调控基因的转录效率。与这些元件结合后，可调控基因的转录效率。与这些元件结合后，可调控基因的转录效率。上游启动子元件包括上游启动子元件包括CAAT盒、盒、CACA盒及盒及GC盒等。盒等。CAAT盒核心序列盒核心序列盒核心序列盒核心序列：5-GGNCAATCT-3 CAAT盒核心序列盒核心序列盒核心序列盒核心序列：5-GCCACACCC-3 GC盒核心序列盒核心序列盒核心序列盒核心序列：5-CCGCC-3
43、现在学习的是第28页，共54页3.启动子启动子4.增强子增强子 5.加尾信号加尾信号(response elements)(enhancer)一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能与特异的一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能与特异的一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能与特异的一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能与特异的DNADNA序列结序列结序列结序列结合，调控基因的表达。这种特异的合，调控基因的表达。这种特异的合，调控基因的表达。这种特异的合，调控基因的表达。这种特异的DNADNA序列由于能介导基因对细胞外的某序列由于能介导基因对细胞外的某序列由于能介导基因对细
44、胞外的某序列由于能介导基因对细胞外的某种信号产生反应被称为种信号产生反应被称为种信号产生反应被称为种信号产生反应被称为反应元件反应元件反应元件反应元件，实际上也是顺式作用元件。，实际上也是顺式作用元件。，实际上也是顺式作用元件。，实际上也是顺式作用元件。是含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件。是含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件。是含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件。是含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件。反式作反式作反式作反式作用因子与这些元件结合后能够调控用因子与这些元件结合后能够调控用因子与这些元件结合后能够调控用因子与这些元件结合后能
45、够调控(通常为增强通常为增强通常为增强通常为增强)邻近基因的转录。增强子内含邻近基因的转录。增强子内含邻近基因的转录。增强子内含邻近基因的转录。增强子内含负调控序列，称为负调控序列，称为负调控序列，称为负调控序列，称为负增强子负增强子负增强子负增强子(negative enhancer)(negative enhancer)，又称，又称，又称，又称沉默子沉默子沉默子沉默子(silencer)(silencer)。在结构基因最后一个外显子中有一个保守的在结构基因最后一个外显子中有一个保守的在结构基因最后一个外显子中有一个保守的在结构基因最后一个外显子中有一个保守的AATAAAAATAAA序列序列
46、序列序列，这个序，这个序，这个序，这个序列对于列对于列对于列对于mRNAmRNA转录终止和加转录终止和加转录终止和加转录终止和加poly(A)poly(A)尾是必不可少的。此位点下游有一段尾是必不可少的。此位点下游有一段尾是必不可少的。此位点下游有一段尾是必不可少的。此位点下游有一段GTGT或或或或T T丰富区，此区与丰富区，此区与丰富区，此区与丰富区，此区与AATAAAAATAAA序列共同构成序列共同构成序列共同构成序列共同构成poly(A)poly(A)加尾信号加尾信号加尾信号加尾信号。mRNAmRNA转录到此部位后，转录到此部位后，转录到此部位后，转录到此部位后，产生产生产生产生AAUA
47、AAAAUAAA和随后的和随后的和随后的和随后的GU(GU(或或或或U)U)丰富区。与丰富区。与丰富区。与丰富区。与RNARNA聚合酶结合的延长因子可以识聚合酶结合的延长因子可以识聚合酶结合的延长因子可以识聚合酶结合的延长因子可以识别这种结构并与之结合，然后在别这种结构并与之结合，然后在别这种结构并与之结合，然后在别这种结构并与之结合，然后在AAUAAAAAUAAA下游下游下游下游10301030个碱基的部位切断个碱基的部位切断个碱基的部位切断个碱基的部位切断RNARNA，并加上并加上并加上并加上poly(A)poly(A)尾。尾。尾。尾。现在学习的是第29页，共54页(三)基因家族 基因家族
48、基因家族基因家族基因家族 是指是指是指是指核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列或或或或编码产物的结编码产物的结编码产物的结编码产物的结构构构构具有一定程度同源性，具有类似功能的一组基因。具有一定程度同源性，具有类似功能的一组基因。具有一定程度同源性，具有类似功能的一组基因。具有一定程度同源性，具有类似功能的一组基因。*同一个家族的基因成员是由同一祖先基因同一个家族的基因成员是由同一祖先基因同一个家族的基因成员是由同一祖先基因同一个家族的基因成员是由同一祖先基因进化而来，同源性最高的可达进化而来，同源性最高的可达进化而来，同源性最高的可达进化而来，同源性最高的可达100100(即多拷贝基因即
49、多拷贝基因即多拷贝基因即多拷贝基因)。同源性也可以很低，只有一小段序列相同。同源性也可以很低，只有一小段序列相同。同源性也可以很低，只有一小段序列相同。同源性也可以很低，只有一小段序列相同。*在多基因家族中的基因，其编码产物常常具有在多基因家族中的基因，其编码产物常常具有在多基因家族中的基因，其编码产物常常具有在多基因家族中的基因，其编码产物常常具有相似的功能，而在基因超家族中，则有许多基因的编相似的功能，而在基因超家族中，则有许多基因的编相似的功能，而在基因超家族中，则有许多基因的编相似的功能，而在基因超家族中，则有许多基因的编码产物在功能上毫无相同之处。码产物在功能上毫无相同之处。码产物在
50、功能上毫无相同之处。码产物在功能上毫无相同之处。(gene family)亦称多基因家族亦称多基因家族亦称多基因家族亦称多基因家族(multigene family)现在学习的是第30页，共54页基因家族的类型根据家族内各成员同源性的程度，基因家族主要有以下几根据家族内各成员同源性的程度，基因家族主要有以下几根据家族内各成员同源性的程度，基因家族主要有以下几根据家族内各成员同源性的程度，基因家族主要有以下几种类型种类型种类型种类型:1.1.核苷酸序列相同核苷酸序列相同核苷酸序列相同核苷酸序列相同 实际上是多拷贝基因。实际上是多拷贝基因。实际上是多拷贝基因。实际上是多拷贝基因。如如如如rRNAr