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1、关于基因与基因组的结构与功能第1页，讲稿共61张，创作于星期日3.1 基因的概念v包括包括:编码基因与非编码区编码基因与非编码区v从生化学上来说从生化学上来说指的是一段指的是一段DNA或或RNA顺顺序，该顺序可以产生或影响某种表型，可序，该顺序可以产生或影响某种表型，可以由于突变生成等位基因变异体。以由于突变生成等位基因变异体。v从遗传学上来说从遗传学上来说代表一个遗传的代表一个遗传的功能单位功能单位，同时也是一个同时也是一个交换单位交换单位和和突变单位。突变单位。基因（基因（genegene）是是DNA和和和和RNARNA分子中具有遗传效应的核分子中具有遗传效应的核分子中具有遗传效应的核分子
2、中具有遗传效应的核苷酸序列，是遗传的基本的单位。苷酸序列，是遗传的基本的单位。苷酸序列，是遗传的基本的单位。苷酸序列，是遗传的基本的单位。第2页，讲稿共61张，创作于星期日v基因概念的发展大致上分以下几个阶段基因概念的发展大致上分以下几个阶段:1.孟德尔所阐明的基因观孟德尔所阐明的基因观“基因是生物体基因是生物体传递遗传信息和表达遗传信息的基本物质单传递遗传信息和表达遗传信息的基本物质单位位”。2.1865年，奥地利神父孟德尔从7个豌豆性状的实验提出了“遗传因子假说”（每个性状由定位在染色体上的遗传因子控制，并提出了遗传因子的分离与自由组合的两大遗传规律性）。第3页，讲稿共61张，创作于星期日
3、第二阶段1.摩尔根时代赋予基因以物质的内涵。摩尔根时代赋予基因以物质的内涵。2.随后摩根通过对果蝇的研究提出了基因的连锁遗传规律，并定义了经典的基因概念。（经典基因概念：基因是孤立地、排列在染色体上的实体，具有特定功能，能独立发生突变的遗传交换的、“三位一体”的、最小的遗传单位。呈线性排列在染色体上的遗传实体。）第4页，讲稿共61张，创作于星期日3、顺反子阶段：顺反子就是一段核苷酸序列，、顺反子阶段：顺反子就是一段核苷酸序列，能编码一条完整的多肽。能编码一条完整的多肽。4、现代基因阶段：、现代基因阶段：编码基因的主要编码产物是编码基因的主要编码产物是多肽链，另外还包括许多编码多肽链，另外还包括
4、许多编码RNA的基因。的基因。现代基因概念：操纵子、转座子、断裂基现代基因概念：操纵子、转座子、断裂基因、重叠基因、假基因因、重叠基因、假基因第5页，讲稿共61张，创作于星期日5.AGCCGACTATGTCGAAGCTT.GCTTGACTATAAGACA35.AGCCGACTATGTCGAAGCTT.GCTTGACTATAAGACA33.TCGGCTGATACAGCTTCTAA.CGAACTGATATTCTGT53.TCGGCTGATACAGCTTCTAA.CGAACTGATATTCTGT5转录调控区转录调控区 贮存贮存RNARNA或蛋白质结构信息区或蛋白质结构信息区 转录终止区转录终止区基因
5、的基本结构基因结构基因结构第6页，讲稿共61张，创作于星期日v3.2 基因的命名法基因的命名法v基因原则：简明、独特、能够表达基因的特基因原则：简明、独特、能够表达基因的特征或功能征或功能v基因符号：独特、简短、仅含拉丁字母和阿基因符号：独特、简短、仅含拉丁字母和阿拉伯数字，不应有标点符号。拉伯数字，不应有标点符号。第7页，讲稿共61张，创作于星期日3.33.3基因组基因组基因组（基因组（genome)genome)：细胞或生物体内一套完整单体的遗传细胞或生物体内一套完整单体的遗传物质的总和；或所含有的全部基因。物质的总和；或所含有的全部基因。如人：如人：2222常常+X+X，Y Y，+线粒体
6、基因组线粒体基因组v基因组的功能是贮存和表达遗传信息。基因组的功能是贮存和表达遗传信息。v主要由两种基因组组成主要由两种基因组组成核基因组核基因组核外基因组核外基因组：质粒基因组、线粒体基因组、叶：质粒基因组、线粒体基因组、叶绿体基因组等绿体基因组等v重要的遗传信息存在于核基因组内重要的遗传信息存在于核基因组内第8页，讲稿共61张，创作于星期日v基因组的结构主要指不同的基因功能基因组的结构主要指不同的基因功能区域在核酸分列中的分布和排布情况。区域在核酸分列中的分布和排布情况。第9页，讲稿共61张，创作于星期日基因及基因组的大小与基因及基因组的大小与C值矛盾值矛盾 vC值（值（C-value）：
7、单倍体基因组中的全部）：单倍体基因组中的全部DNA量量。vC值悖论：基因组的大小和值悖论：基因组的大小和DNA含量随着生物进化复杂含量随着生物进化复杂程度的增加而逐步上升，但也有另外。变形虫的程度的增加而逐步上升，但也有另外。变形虫的C值是值是人的人的200倍倍 第10页，讲稿共61张，创作于星期日3.4 病毒及其基因组病毒及其基因组3.4.1病毒基因组的一般特点及病毒的核酸病毒基因组的一般特点及病毒的核酸v病毒基因组的特点病毒基因组的特点v1基因组大小相差很大：基因组大小相差很大：v2核酸结构多样性：核酸结构多样性：v3编码序列编码序列90%(基因组基因组)HBVHBV：3.2kb 3.2k
8、b 痘病毒：痘病毒：300 kb300 kbDNADNA或或RNA RNA 单链或双链单链或双链 合环状分子或线性分子合环状分子或线性分子第11页，讲稿共61张，创作于星期日v4.多为单拷贝多为单拷贝,即每个基因只出现一次即每个基因只出现一次v5.基因有连续的和基因有连续的和间断的间断的(有内含子有内含子)v6.相关基因丛集相关基因丛集:功能上相关的基因排列在一功能上相关的基因排列在一起起v7.有重叠基因有重叠基因v8.含有不规则结构基因含有不规则结构基因第12页，讲稿共61张，创作于星期日病毒基因组核酸的主要类型病毒基因组核酸的主要类型双链双链RNARNA单链负股单链负股RNARNA 单链正
9、股单链正股RNARNA分类分类DNADNARNARNA 双链双链DNADNA：HBVHBV 单链单链DNADNA：M13M13噬菌体噬菌体正股正股(+)：序列与：序列与mRNA相同的链相同的链 负股负股(-)：序列与：序列与mRNA互补的链互补的链第13页，讲稿共61张，创作于星期日典型病毒基因组介绍典型病毒基因组介绍vSV40病毒基因组病毒基因组第14页，讲稿共61张，创作于星期日v.双链环状双链环状DNADNA：5243bp5243bp早期转录区：一个基因（早期转录区：一个基因（2 2个蛋白质个蛋白质 t t，T T）调控区（调控区（400bp400bp）：复制起始点，启动子，增强子）：复
10、制起始点，启动子，增强子晚期转录区：先转录出一个晚期转录区：先转录出一个多顺反子多顺反子mRNAmRNAVP1 mRNAVP2 mRNAVP3 mRNAVP3VP3比比VP2NVP2N端少端少1/31/3AUG 位于位于VP2和和 VP3内内第15页，讲稿共61张，创作于星期日v.UAA内含子1内含子内含子2前体前体mRNA剪接方式剪接方式1：去除内含子去除内含子1剪接方式剪接方式2：去除内含子去除内含子2T-mRNAt-mRNAT-抗原抗原t-抗抗原原分布于核内：分布于核内：100 KD分布于胞浆内：分布于胞浆内：18 KDT-抗原和抗原和t-抗原抗原mRNA前体的不同剪接方式前体的不同剪接
11、方式UAA第16页，讲稿共61张，创作于星期日v.2 2、逆转录病毒、逆转录病毒(retroviruses(retroviruses，HIV)HIV)（1 1）一般特征）一般特征 病毒病毒(+)(+)股股RNARNA为为2 2个拷贝个拷贝,基本结构为基本结构为:帽帽RU5PBDLS gagpolenv(onc)CPBU3Rpoly(A)n病毒颗粒中有两条相同的正股病毒颗粒中有两条相同的正股RNA+RNA+两条来自宿主细胞的两条来自宿主细胞的tRNAtRNA第17页，讲稿共61张，创作于星期日A A：编码区：编码区:所有逆转录病毒均含有所有逆转录病毒均含有3 3个基本结构基因个基本结构基因gag
12、:gag:病毒衣壳蛋白病毒衣壳蛋白pol:pol:肽链内切酶肽链内切酶,一个逆转录酶一个逆转录酶,一个与前病毒整一个与前病毒整 合相关的酶合相关的酶env:env:包膜蛋白包膜蛋白B B：非编码区：非编码区:与基因组复制和基因表达有关与基因组复制和基因表达有关A:RA:R区区:两端的重复序列两端的重复序列,与与cDNAcDNA合成有关合成有关B:B:引物结合区引物结合区(primer binding site,PB)(primer binding site,PB)C:UC:U区区:U3:U3 含强启动子含强启动子,起始转录起始转录RNA.RNA.U5 U5 与转录终止和加与转录终止和加poly
13、ApolyA有关有关D:DLS-D:DLS-C-C区区:DLS:DLS:两条病毒两条病毒(+)RNA(+)RNA链结合位点链结合位点 :包装信号包装信号:RNA:RNA装入病毒颗粒装入病毒颗粒 C:C:调控区调控区.第18页，讲稿共61张，创作于星期日（2 2）前病毒基因组的转录和翻译）前病毒基因组的转录和翻译A A：逆逆转转录录病病毒毒基基因因组组的的复复制制和和转转录录都都需需要要经经过过DNADNA中中间间体体才能完成才能完成.RNARNA病毒病毒DNADNA前病毒前病毒RNARNA病毒病毒(cDNA)(cDNA)末端形成新的重复序列末端形成新的重复序列(U3-R-U5U3-R-U5)称
14、长末端重复序称长末端重复序列列(LTR)long terminal repeatB B：翻译：翻译多顺反子多顺反子mRNAmRNA gag-pol(gag-pol(无起始密码子无起始密码子)第19页，讲稿共61张，创作于星期日v90%形成形成gag蛋白蛋白v 10%形成形成gag-pol 蛋白蛋白v 剪接后形成剪接后形成env mRNA第20页，讲稿共61张，创作于星期日3.4.2 噬菌体基因组噬菌体基因组重叠基因重叠基因 :不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的。也就是说，它不同基因的核苷酸序列有时是可以共用的。也就是说，它们的们的核苷酸序列是彼此重叠的，这样的核苷酸序列是彼此重叠的，这样的2
15、个基因被称为重叠基因个基因被称为重叠基因。两个或两个以上的基因共有一段两个或两个以上的基因共有一段DNA序列或者是指一段序列或者是指一段DNA序列为两个或两个以上基因的组成部分。序列为两个或两个以上基因的组成部分。重叠方式有大基因内包含小基因，前后两个基因首尾重叠等。重叠方式有大基因内包含小基因，前后两个基因首尾重叠等。第21页，讲稿共61张，创作于星期日第22页，讲稿共61张，创作于星期日RNA噬菌体MS2，R17，f2和Q的重叠第23页，讲稿共61张，创作于星期日3.5 细菌基因组细菌基因组v原核基因组原核基因组Prokaryotic genome，以细菌为代表讲，以细菌为代表讲述，又称述
16、，又称Bacteria genome。v原核生物的染色体基因组是指其环状或线状的双链原核生物的染色体基因组是指其环状或线状的双链DNA分子所含有的全部基因，有的原核生物还含有染色体分子所含有的全部基因，有的原核生物还含有染色体外的质粒基因组。外的质粒基因组。第24页，讲稿共61张，创作于星期日v以细菌为代表进行研究，有许多优势：以细菌为代表进行研究，有许多优势：1.构造相对简单，基因结构也不复杂，取材便利，易于培养，构造相对简单，基因结构也不复杂，取材便利，易于培养，可选择突变株进行研究，实验结果容易重复。可选择突变株进行研究，实验结果容易重复。2.与人类有共同的主要生物学规律，与人类有共同的
17、主要生物学规律，如：如：遗传物质都是遗传物质都是DNA；主主要的功能分子都是蛋白质；要的功能分子都是蛋白质；基因密码是通用的，等等。基因密码是通用的，等等。3.尤其是尤其是E.coli，是分子克隆是，是分子克隆是“明星明星“，基因工程最主要的工，基因工程最主要的工程菌，程菌，因为基因工程的主要工作是克隆真核基因在原核系统中表达。因为基因工程的主要工作是克隆真核基因在原核系统中表达。第25页，讲稿共61张，创作于星期日原核生物基因组结构与功能的特点：1.基因组通常仅由基因组通常仅由一条环状双链一条环状双链DNA分子组成。分子组成。2.基因组中基因组中只有只有1个复制起点个复制起点。3.具有操纵子
18、结构。具有操纵子结构。操纵子（操纵子（operon）是指数个功能相关的结构基因串联在一起，是指数个功能相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的转构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操纵区）及其下游的转录终止信号构成的基因表达单位。录终止信号构成的基因表达单位。4.细菌的结构基因一般无重叠现象。细菌的结构基因一般无重叠现象。5.原核基因的基因序列是连续的，无内含子结构。原核基因的基因序列是连续的，无内含子结构。第26页，讲稿共61张，创作于星期日6.编码区和非编码区在基因组中约各占编码区和非编码区在基因组中约各占50%。7.基因组中的重复序列很
19、少。基因组中的重复序列很少。8.具有编码同功酶的基因（具有编码同功酶的基因（isogene）这是一类结构不完全相同，这是一类结构不完全相同，而功能相同的基因。如而功能相同的基因。如E.coli含有含有2个编码乙酸乳酸合成酶的基因个编码乙酸乳酸合成酶的基因和和2个编码分支酸变位酶同工酶的基因。个编码分支酸变位酶同工酶的基因。9.细菌基因组中存在可细菌基因组中存在可移动的移动的DNA序列序列，包括插入序列和转座子。，包括插入序列和转座子。10.原核基因的基本结构特点：原核基因的基本结构特点：启动子（启动子（promoter）、操纵基因）、操纵基因（operator）、调控序列、结构基因（）、调控序
20、列、结构基因（structure gene）、终止）、终止子（子（terminator）。）。第27页，讲稿共61张，创作于星期日Bacterial chromosome（大肠杆菌）（大肠杆菌）基因组图基因组图第28页，讲稿共61张，创作于星期日染色体外的遗传物质质粒v质粒（质粒（plasmid）是独立于许多细菌及某些真核细胞染色体外是独立于许多细菌及某些真核细胞染色体外共价闭合环状的共价闭合环状的DNA分子（分子（covalant closed circnlar,cccDNA），），能独立复制的最小遗传单位。能独立复制的最小遗传单位。v 质粒是双链的质粒是双链的DNA分子，大小在分子，大小在
21、1200kb之间，和病毒不同，之间，和病毒不同，它们没有衣壳蛋白（裸它们没有衣壳蛋白（裸DNA）。）。v质粒可通过复制、转录、翻译，从而赋予寄主细胞某种性状质粒可通过复制、转录、翻译，从而赋予寄主细胞某种性状，许多性状，许多性状已作为已作为DNA重组技术中的较为成熟的选择标记。重组技术中的较为成熟的选择标记。第29页，讲稿共61张，创作于星期日质粒的特点1、最大特点最大特点:可独立复制可独立复制2、质粒的遗传控制、质粒的遗传控制第30页，讲稿共61张，创作于星期日柯斯（柯斯（Cosmid）质粒）质粒cos位点,粘性位点 第31页，讲稿共61张，创作于星期日(1).复制控制系统复制控制系统:控制
22、质粒的拷贝数控制质粒的拷贝数 复制起始点复制起始点(ori)Rep基因基因:Rep蛋白结合于蛋白结合于ori,促进复制促进复制 过量可抑制复制过量可抑制复制 Cop基因基因:抑制复制抑制复制(2).分配系统分配系统:使质粒在细菌分裂时精确分配到子细胞中使质粒在细菌分裂时精确分配到子细胞中.(3).细胞分裂抑制系统细胞分裂抑制系统:控制细胞分裂控制细胞分裂,使细胞分裂与质粒使细胞分裂与质粒 复制协复制协调调(4).位点特异重组系统位点特异重组系统:多聚体多聚体 单体单体(细菌内细菌内)(分裂时分裂时)(5)质粒的不相容性质粒的不相容性:具有相同复制起始点和分配区的两种质粒不能具有相同复制起始点和
23、分配区的两种质粒不能共共 存于一个宿主存于一个宿主,这种现象称这种现象称.第32页，讲稿共61张，创作于星期日 共存一宿主共存一宿主 两种质粒两种质粒 不共存一宿主不共存一宿主另另:凡经改建作为基因克隆载体的质粒必须包括三种共同的组成成分凡经改建作为基因克隆载体的质粒必须包括三种共同的组成成分:复制基因复制基因(replicator)(replicator)选择性标记选择性标记 克隆位点克隆位点第33页，讲稿共61张，创作于星期日质粒与宿主细胞的关系质粒与宿主细胞的关系 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”宿主细胞宿主细胞中，中，既不杀伤
24、细胞，对宿主的代谢活动也无影响，宿主离开质粒照样的既不杀伤细胞，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。生存下去。质粒离开宿主就无法生存，只有依赖宿主细胞质粒离开宿主就无法生存，只有依赖宿主细胞的（酶和蛋白质）的（酶和蛋白质）帮助，才能完成自身的复制（扩增）、转录。帮助，才能完成自身的复制（扩增）、转录。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，作为对宿主细胞的补作为对宿主细胞的补偿（偿（“交房租交房租”）。）。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），使宿主，使宿主获得生存优势，与我们基因工
25、程实验紧密相关的，如抗生素抗获得生存优势，与我们基因工程实验紧密相关的，如抗生素抗性基因。性基因。第34页，讲稿共61张，创作于星期日v4.质粒发现和研究意义质粒发现和研究意义 理论意义理论意义 质粒能够复制、传递和表达遗传信息，从分子遗传学观点质粒能够复制、传递和表达遗传信息，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形式，来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命形式，是生命起源是生命起源研究的一块重要基石。研究的一块重要基石。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（vector），能把外源基因（目的基因），能把外源基因（目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克
26、隆表达。送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达。第35页，讲稿共61张，创作于星期日v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，基因工程的重要任务基因工程的重要任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传递，若一个致癌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会传到外部。质粒可以传递就会传到外部。v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（如抗生素抗性）；都能便利的加以检测（如抗生素抗性）；C.都能容易引进宿主细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯化（提都能容易引进宿主
27、细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯化（提质粒）。质粒）。工程质粒必须同时符合上述工程质粒必须同时符合上述3个条件。个条件。v 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。第36页，讲稿共61张，创作于星期日3.6 真核生物基因组真核生物基因组v3.6.1 特点特点v1、体细胞、体细胞:两套基因组两套基因组 性细胞性细胞:一套基因组一套基因组v2、基因组结构复杂、基因组结构复杂,数目庞大数目庞大,多个复制起始点。多个复制起始点。v3、mRNA为单顺反子。为单顺反子。v4、含大量重复序列。、含大量重复序列。v5、非编码序列占、非编码序列占90%以上。以上。v6、基因间有间隔区
28、、基因间有间隔区(spacer DNA),基因为断裂基因基因为断裂基因(split gene)即即内含子内含子,外显子。外显子。v7、功能相关的基因串联在一起形成基因家族、功能相关的基因串联在一起形成基因家族v8、存在可、存在可移动成分移动成分第37页，讲稿共61张，创作于星期日3.6.2 真核生物的基因组结构真核生物的基因组结构1.结构基因、内含和外显子、断裂基因。结构基因、内含和外显子、断裂基因。（1）结构基因（结构基因（structural gene）指能转录成为指能转录成为mRNA、rRNA或或tRNA的的DNA顺序。顺序。（2）断裂基因（断裂基因（split gene）在真核类结构基
29、因组中，编在真核类结构基因组中，编码顺序被许多称为内含子的非编码区分割成几段称之码顺序被许多称为内含子的非编码区分割成几段称之断裂基因断裂基因。第38页，讲稿共61张，创作于星期日断裂基因断裂基因（不连续基因、割裂基因不连续基因、割裂基因）:核苷酸序列中间插入有与编码无关的核苷酸序列中间插入有与编码无关的DNA间隔区，使间隔区，使1个个基因分隔成不连续的若干区段。这种编码序列不连续的间断基因分隔成不连续的若干区段。这种编码序列不连续的间断基因被称为断裂基因。基因被称为断裂基因。第39页，讲稿共61张，创作于星期日v内含子和外显子内含子和外显子 真核生物的结构基因是不连续的，编码真核生物的结构基
30、因是不连续的，编码序列被非编码序列打断，在编码序列之间的序列称为内含序列被非编码序列打断，在编码序列之间的序列称为内含子（子（intron），编码序列称为外显子（），编码序列称为外显子（extron）。）。第40页，讲稿共61张，创作于星期日第41页，讲稿共61张，创作于星期日第42页，讲稿共61张，创作于星期日假基因假基因 :这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能合成出这是一种核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。功能蛋白质的失活基因。假基因假基因常用符号常用符号表示表示，如，如1 表示与表示与1 相似的假基因相似的假基因.假基因与
31、有功能的基因同源假基因与有功能的基因同源,原来也可以是有功能的基因原来也可以是有功能的基因,由于由于发生缺失发生缺失(deletion)、例位、例位(inversion)或点突变（或点突变（point mutaion）等，成为无功能的基因，即形成了假基因。）等，成为无功能的基因，即形成了假基因。第43页，讲稿共61张，创作于星期日假基因结构示例第44页，讲稿共61张，创作于星期日2 真核生物编码序列真核生物编码序列v真核生物基因组编码序列只占真核生物基因组编码序列只占DNA总量的总量的5%，但由于其，但由于其基因组非常大，故其基因数量就原核生物基因组要大得基因组非常大，故其基因数量就原核生物基
32、因组要大得多（几十倍）。多（几十倍）。第45页，讲稿共61张，创作于星期日重复序列（重复序列（repeat sequence)据出现的频率不同可将据出现的频率不同可将DNADNA序列分为序列分为3 3类：类：1.1.高度重复序列高度重复序列 在基因组中的重复次数在基因组中的重复次数 10105 5 2.2.中度重复序列中度重复序列 在基因组中的重复次数为在基因组中的重复次数为 10101 1-10-105 5 3.3.单拷贝序列和低度重复序列单拷贝序列和低度重复序列 在整个基因组中出现在整个基因组中出现1 1次或少数几次（次或少数几次（10100 0-10-101 1）。）。第46页，讲稿共6
33、1张，创作于星期日v重复序列中，除了编码重复序列中，除了编码rRNA、tRNA、组蛋、组蛋白及免疫球蛋白的结构基因外，大部分是非白及免疫球蛋白的结构基因外，大部分是非编码序列。编码序列。它们的功能它们的功能 主要与基因组的结构稳定性，主要与基因组的结构稳定性，组织形式以及基因表达调控有关。组织形式以及基因表达调控有关。第47页，讲稿共61张，创作于星期日3 真核生物的基因家族真核生物的基因家族(gene family)和基因簇和基因簇v基因家族基因家族 是指真核生物基因组中核苷酸序列或编码产是指真核生物基因组中核苷酸序列或编码产物具有一定程度同源性的一组基因。物具有一定程度同源性的一组基因。v
34、基因家族基因家族 中各个基因之间的关系中各个基因之间的关系:（1 1）家族中）家族中各基因的核苷酸序列相同这些基因族各基因的核苷酸序列相同这些基因族也被称为也被称为单纯多基因家庭单纯多基因家庭（如（如rRNA,tRNArRNA,tRNA家族）和家族）和复合复合多基因家族多基因家族（如组蛋白基因家族）（如组蛋白基因家族）。第48页，讲稿共61张，创作于星期日 组蛋白基因家族组蛋白基因家族第49页，讲稿共61张，创作于星期日（2）家族中各基因）家族中各基因核苷酸序列高度同源核苷酸序列高度同源核苷酸序列高度同源核苷酸序列高度同源 人类生长激素基因家族人类生长激素基因家族 -株蛋白和株蛋白和-株蛋白基
35、因家族株蛋白基因家族（3）家族中各基因编码的）家族中各基因编码的蛋白质有高度的同源性蛋白质有高度的同源性，但基，但基，但基，但基因的核苷酸序列可能不同。因的核苷酸序列可能不同。因的核苷酸序列可能不同。因的核苷酸序列可能不同。如如src癌基因家族癌基因家族 src，abl，fes，fgr，fps，fym，kck，lyn，ros，tkl，yes。第50页，讲稿共61张，创作于星期日第51页，讲稿共61张，创作于星期日（4）家族各基因编码的）家族各基因编码的蛋白质中具有很小的保守基因序列蛋白质中具有很小的保守基因序列（conserved motif)。如如DEAD box基因家族。基因家族。DEAD
36、 box：Asp-Glu-Ala-Asp.（5 5）基因超家族（基因超家族（基因超家族（基因超家族（gene superfamilygene superfamily）v 基因超家族，基因超家族，是指一组由多基因家族及单基因家族组成的更大的基是指一组由多基因家族及单基因家族组成的更大的基是指一组由多基因家族及单基因家族组成的更大的基是指一组由多基因家族及单基因家族组成的更大的基因家族。因家族。因家族。因家族。如：如：v（1）免疫球蛋白超基因家族）免疫球蛋白超基因家族v（2）丝氨酸蛋白酶基因超家族）丝氨酸蛋白酶基因超家族 v（3）信号传递途径中的小）信号传递途径中的小GTP接合蛋白，现在称为接合蛋
37、白，现在称为ras超家族，包括超家族，包括ras家族、家族、rho家族、家族、rab家族，大约已有家族，大约已有30个蛋白质基因被确定个蛋白质基因被确定为该家族成员。为该家族成员。第52页，讲稿共61张，创作于星期日人类基因组人类基因组DNA多态性多态性v某一机体可以观察到的特征，称为某一机体可以观察到的特征，称为表现表现(phenotype)，与表型相应与表型相应的基因组成称为的基因组成称为基因型基因型(genotype)。人类个体之间所以表现为千差人类个体之间所以表现为千差万别，其物质基础在于基因组万别，其物质基础在于基因组DNA的差异。的差异。v DNA序列的序列的多态性多态性就是这些差
38、异中十分重要的就是这些差异中十分重要的1种，种，DNA序列序列多态性可分为多态性可分为位点的多态性位点的多态性和和串联重复顺序多态性，串联重复顺序多态性，前者又可造前者又可造成限制性片段长度多态性。成限制性片段长度多态性。第53页，讲稿共61张，创作于星期日(一一)DNA位点多态性位点多态性(DNA site polymorphism)vDNA位点多态性位点多态性 是由于等位基因间在特定位点上是由于等位基因间在特定位点上DNA序列存在差异造成的。序列存在差异造成的。在各种在各种DNA位点多态性系统中，位点多态性系统中，HLA（人类白细胞（人类白细胞抗原）是最复杂的一种。抗原）是最复杂的一种。就
39、其表型而言就其表型而言,从理论上来说从理论上来说,已已远远超过了现有地球人口，人类为远交群体，因此要在无远远超过了现有地球人口，人类为远交群体，因此要在无血缘关系人群找到血缘关系人群找到HLA表型完全相同的个体几乎是不可能表型完全相同的个体几乎是不可能的。的。第54页，讲稿共61张，创作于星期日(二)限制性中段长度多态性(restiction fragment length polymorplism,RFLP)vDNA位点的多态性可影响限制酶的切割位点，造成限制片段位点的多态性可影响限制酶的切割位点，造成限制片段长度多态性，即用同一种限制酶消化不同个体长度多态性，即用同一种限制酶消化不同个体D
40、NA时，会得时，会得到长度各不相同的限片段类型。到长度各不相同的限片段类型。v是是DNA多态性的一种特别有用的形式，当多态性的一种特别有用的形式，当DNA分子由于中性突分子由于中性突变，使某种限制酶切点数增加，减少或移位，导致限制性片段长变，使某种限制酶切点数增加，减少或移位，导致限制性片段长度发生改变（也称为度发生改变（也称为RFLP），），就会得到不同限制性片段类型，这就会得到不同限制性片段类型，这样的位点称为多态性位点。样的位点称为多态性位点。第55页，讲稿共61张，创作于星期日（三）重复顺序长度多态性（三）重复顺序长度多态性v小卫星小卫星DNA多态性很复杂，个体之间的差异极高。多态性很
41、复杂，个体之间的差异极高。v微卫星微卫星DNA多态性多态性,功能不太清楚。功能不太清楚。（四）（四）DNA位点的多态性位点的多态性 可以作为遗传标记重复顺序长度多态性，用于基因诊断可以作为遗传标记重复顺序长度多态性，用于基因诊断或个体鉴定，其与疾病的相关研究正在进行之中。或个体鉴定，其与疾病的相关研究正在进行之中。第56页，讲稿共61张，创作于星期日v人类在人类在20世纪末开始了的探索自身为主要目的的伟大科学世纪末开始了的探索自身为主要目的的伟大科学计划计划人类基因组计划，其重要意义完全可以与原子弹计人类基因组计划，其重要意义完全可以与原子弹计划和阿波罗登月计划相比。划和阿波罗登月计划相比。v
42、19901990年年1010月由美国首先提出并启动了人类基因组计划，月由美国首先提出并启动了人类基因组计划，即计划对人类即计划对人类2323对染色体中所包含的约对染色体中所包含的约1010万个基因中的万个基因中的约约3030亿个碱基的序列进行检测；从而获得人类自身的最亿个碱基的序列进行检测；从而获得人类自身的最基本的生物学信息。于基本的生物学信息。于20032003年年6 6月月2626日全部完成。其中我日全部完成。其中我国完成了第国完成了第3 3号染色体中的号染色体中的3 3千万个碱基序列测定任务。千万个碱基序列测定任务。人类基因组计划及后基因组时代人类基因组计划及后基因组时代第57页，讲稿
43、共61张，创作于星期日HGP计划中的4种图谱第58页，讲稿共61张，创作于星期日HGP对人类的重要意义对人类的重要意义 1）HGP对人类疾病基因研究及医学的贡献对人类疾病基因研究及医学的贡献 基因诊断、基因治疗和基于基因组信息的疾病预防、疾基因诊断、基因治疗和基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预。2）HGP对生物技术的贡献对生物技术的贡献 基因工程药物基因工程药物-制药工业，对细胞、胚胎、组织工程的制药工业，对细胞、胚胎、组织工程的推动：推动：3）HGP对社会经济的重要影响对社会经济的重要影响 发现新
44、功能基因的社会和经济效益；转基因食品；发现新功能基因的社会和经济效益；转基因食品；转基因药物（如减肥药，增高药）转基因药物（如减肥药，增高药）4）HGP对生物进化研究的影响对生物进化研究的影响 第59页，讲稿共61张，创作于星期日5）HGP带来的负面作用带来的负面作用 基因组计划的实施会带来许多伦理学、法学和社会学问题。基因组计划的实施会带来许多伦理学、法学和社会学问题。基因专利战：基因专利战：现在美国好几家大公司均参入人类基因组计划，每克隆鉴现在美国好几家大公司均参入人类基因组计划，每克隆鉴定一个基因，他们就将整个基因申请专利，占为己有。定一个基因，他们就将整个基因申请专利，占为己有。基因与
45、个人隐私：基因与个人隐私：致病基因的鉴定将使人们得知自己患某些癌致病基因的鉴定将使人们得知自己患某些癌症的概率，如欧美血统的妇女有八分之一的概率患乳腺癌。但若某症的概率，如欧美血统的妇女有八分之一的概率患乳腺癌。但若某妇女其近亲有一人患乳腺癌，则她患乳腺癌的概率剧增至妇女其近亲有一人患乳腺癌，则她患乳腺癌的概率剧增至85%。同。同时还具有患卵巢癌的时还具有患卵巢癌的45%的危险。这样，某人的基因鉴定结果常会导致的危险。这样，某人的基因鉴定结果常会导致保险公司拒绝保险或恣意提高投保金额的依据，造成严重的社会问题。保险公司拒绝保险或恣意提高投保金额的依据，造成严重的社会问题。基因资源的掠夺战；种族选择性灭绝性生物武器等。基因资源的掠夺战；种族选择性灭绝性生物武器等。第60页，讲稿共61张，创作于星期日感谢大家观看第61页，讲稿共61张，创作于星期日