最新基因组的结构和功能专业知识讲座课件

文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。基因的基本结构基因的基本结构基因的基本结构基因的基本结构55、AGCCGACTATGTCGAAGCTTAGCCGACTATGTCGAAGCTT、GCTTGACTATAAGACAGCTTGACTATAAGACA、3333、TCGGCTGATACAGCTTCTAATCGGCTGATACAGCTTCTAA、CGAACTGATATTCTGTCGAACTGATATTCTGT、55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文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。基因组（基因组（基因组（基因组（gencmegencmegencmegencme）细胞或生物中，一套完整单倍体遗传特质的总和（包括一种细胞或生物中，一套完整单倍体遗传特质的总和（包括一种细胞或生物中，一套完整单倍体遗传特质的总和（包括一种细胞或生物中，一套完整单倍体遗传特质的总和（包括一种生物所需的全套基因及间隔序列）称为基因组（生物所需的全套基因及间隔序列）称为基因组（生物所需的全套基因及间隔序列）称为基因组（生物所需的全套基因及间隔序列）称为基因组（P27P27P27P27）。）。）。）。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，基因组的功能是贮存和表达遗传信息。布和排布情况，基因组的功能是贮存和表达遗传信息。人类基因组包含多染色体和人类基因组包含多染色体和XYXY两条性染色体上的全部遗传物两条性染色体上的全部遗传物质（核基因组）以及胞线粒体上的遗传物质（线粒体基因组）质（核基因组）以及胞线粒体上的遗传物质（线粒体基因组）。（X X X X免疫基因，男免疫基因，男免疫基因，男免疫基因，男XYXYXYXY，女，女，女，女XXXXXXXX）。）。）。）。*1*1*1*1个配对（精子或卵子），个配对（精子或卵子），个配对（精子或卵子），个配对（精子或卵子），1 1 1 1个单倍体细胞或个单倍体细胞或个单倍体细胞或个单倍体细胞或1 1 1 1个病毒所包个病毒所包个病毒所包个病毒所包含的全套基因，称为基因组含的全套基因，称为基因组含的全套基因，称为基因组含的全套基因，称为基因组。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。第一节第一节 原核基因组原核基因组Prokaryotic genome Prokaryotic genome 以细菌为代表讲述，有称以细菌为代表讲述，有称bacteria genomebacteria genome。细菌对。细菌对医学分子生物学有重要贡献，是基因工程研究的主要材料之一。因为：医学分子生物学有重要贡献，是基因工程研究的主要材料之一。因为：1.1.1.1.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，可选择突变株进行研究，实验结果容易重复。（如选择株进行研究，实验结果容易重复。（如选择DDDPIDDDPI缺乏的缺乏的EcoliEcoli突变株，突变株，EcoliEcoli仍可合成仍可合成DNADNA，说明酸，说明酸I I对对EcoliDNAEcoliDNA合成不起作用。）合成不起作用。）2.2.2.2.与人类有共同的要子生物学规律可，如与人类有共同的要子生物学规律可，如与人类有共同的要子生物学规律可，如与人类有共同的要子生物学规律可，如：（1 1）遗传物质都是）遗传物质都是DNADNA；（2 2）主要的功能分子都是蛋白质；）主要的功能分子都是蛋白质；（3 3）基因密码是通用的，等等。）基因密码是通用的，等等。3.3.3.3.尤其是尤其是尤其是尤其是E.coli,E.coli,E.coli,E.coli,是分子克隆是是分子克隆是是分子克隆是是分子克隆是“明星明星明星明星“,“,“,“,基因工程主要原因的工程菌，因基因工程主要原因的工程菌，因基因工程主要原因的工程菌，因基因工程主要原因的工程菌，因为基因工程的主要工作是克隆克核基因在原核系统中表达。为基因工程的主要工作是克隆克核基因在原核系统中表达。为基因工程的主要工作是克隆克核基因在原核系统中表达。为基因工程的主要工作是克隆克核基因在原核系统中表达。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。一、原核生物基因组结构与功能的特点一、原核生物基因组结构与功能的特点一、原核生物基因组结构与功能的特点一、原核生物基因组结构与功能的特点1.1.基因组通常仅由基因组通常仅由一条环状双链一条环状双链一条环状双链一条环状双链DNADNADNADNA分子组成。分子组成。分子组成。分子组成。其其DNADNA是与蛋白质结合，但并不形成染色体结构，只是习惯上将之称是与蛋白质结合，但并不形成染色体结构，只是习惯上将之称为染色体。细菌染色体为染色体。细菌染色体DNADNA在胞内形成一个致密区域，即类核在胞内形成一个致密区域，即类核（nucleoidnucleoid），类核无核膜将之与胞浆分开。），类核无核膜将之与胞浆分开。2.2.基因组中基因组中只有只有只有只有1 1 1 1个复制起点个复制起点个复制起点个复制起点。3.3.具有操纵子结构。具有操纵子结构。具有操纵子结构。具有操纵子结构。操纵子（操纵子（operonoperon）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。（见第六章）转录终止信号构成的基因表达单位。（见第六章）4.4.结构基因无重叠现象，结构基因无重叠现象，结构基因无重叠现象，结构基因无重叠现象，基因组中任何一段基因组中任何一段DNADNA不会用于编码不会用于编码2 2种蛋白种蛋白质。质。5.5.基因序列是连续的，无内含子结构。基因序列是连续的，无内含子结构。基因序列是连续的，无内含子结构。基因序列是连续的，无内含子结构。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。6.6.编码区和非编码区编码区和非编码区编码区和非编码区编码区和非编码区（主要是调控序列）（主要是调控序列）在基因组中约各占在基因组中约各占在基因组中约各占在基因组中约各占50%50%50%50%。（5%5%，95%95%）7.7.基因组中的基因组中的重复序列重复序列很少。很少。编码蛋白质结构基因多为单拷贝，但编码编码蛋白质结构基因多为单拷贝，但编码rRNArRNA的基因往往是多拷贝的的基因往往是多拷贝的，这有利于核糖体的快速组装。（这有利于核糖体的快速组装。（15AA/15AA/秒，秒，2AA/2AA/秒）秒）8.8.具有编码同功酶的基因（具有编码同功酶的基因（具有编码同功酶的基因（具有编码同功酶的基因（isogeneisogeneisogeneisogene）这是一类结构不完全相同，而功这是一类结构不完全相同，而功能相同的基因。如能相同的基因。如E.coliE.coli含有含有2 2个编码乙酸乳酸合成酶的基因和个编码乙酸乳酸合成酶的基因和2 2个编码个编码分支酸变位酶同工酶的基因。分支酸变位酶同工酶的基因。9.9.9.9.细菌基因组中存在可移动的细菌基因组中存在可移动的细菌基因组中存在可移动的细菌基因组中存在可移动的DNADNADNADNA序列，包括插入序列和转座子。序列，包括插入序列和转座子。序列，包括插入序列和转座子。序列，包括插入序列和转座子。10.10.原核基因的基本结构特点：原核基因的基本结构特点：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（promoterpromoter）、操纵基因（）、操纵基因（operatoroperator）、调控序列、结构）、调控序列、结构基因（基因（structure genestructure gene）、终止子（）、终止子（terminatorterminator）。（见第六章）。（见第六章）文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。二、染色体外的遗传物质二、染色体外的遗传物质二、染色体外的遗传物质二、染色体外的遗传物质质粒质粒质粒质粒（一）概念（一）概念 1 1 1 1.质粒（质粒（质粒（质粒（plasmidplasmidplasmidplasmid）是独立于许多细菌及某些真核细胞染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色体外共价闭合环状的DNADNA分子（分子（covalant closed covalant closed circnlar,cccDNAcircnlar,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。（P35-6P35-6）2.2.2.2.质粒是双链的质粒是双链的质粒是双链的质粒是双链的DNADNADNADNA分子，大小在分子，大小在分子，大小在分子，大小在1200kb1200kb1200kb1200kb之间，和病毒不同，之间，和病毒不同，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（裸它们没有衣壳蛋白（裸它们没有衣壳蛋白（裸DNADNADNADNA）。）。）。）。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。从生化学来说，从生化学来说，从生化学来说，从生化学来说，除酵母的杀伤质粒（除酵母的杀伤质粒（killer plasmidkiller plasmid）是是RNARNA外，其余质粒是染色体外的外，其余质粒是染色体外的cccDNAcccDNA分子。分子。从遗传学来说，从遗传学来说，从遗传学来说，从遗传学来说，质粒是与宿主染色体有别的复制子（真质粒是与宿主染色体有别的复制子（真核细胞分裂过程中，核细胞分裂过程中，DNADNA纤维分成许多复制单位，该单位称纤维分成许多复制单位，该单位称为复制子）。在细胞分裂时能恒定传递给交代细胞的独立遗为复制子）。在细胞分裂时能恒定传递给交代细胞的独立遗传因子或能在胞内寄生和复制的复制子。传因子或能在胞内寄生和复制的复制子。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。3.3.质粒与宿主细胞的关系质粒与宿主细胞的关系（1 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”宿主宿主细胞中，细胞中，既不杀伤细胞，对宿主的代谢活动也无影响，宿主离开质粒既不杀伤细胞，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。照样的生存下去。（2 2 2 2）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）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）（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。（3 3 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，作为对宿主细胞的作为对宿主细胞的补偿（补偿（“交房租交房租”）。）。（4 4 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：因：AmpAmpr r 酶，水解酶，水解-内酰胺环内酰胺环,解除氨关毒性解除氨关毒性,使细菌抗氨关。使细菌抗氨关。TetTetr 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。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。4.4.质粒发现和研究意义质粒发现和研究意义 1 1 1 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，从分子质粒能够复制、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，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，是生命起源研究的起一块体重要基石。是生命起源研究的起一块体重要基石。是生命起源研究的起一块体重要基石。是生命起源研究的起一块体重要基石。2 2 2 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（vectorvectorvectorvector），能把外源），能把外源），能把外源），能把外源基因基因基因基因（目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达（见目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达（见目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达（见目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达（见第八章）。第八章）。第八章）。第八章）。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，基因工程的重要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会传到外都是。致癌质粒可以传递就会传到外都是。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。作为基因工程载体的作为基因工程载体的作为基因工程载体的作为基因工程载体的3 3 3 3个特点：个特点：个特点：个特点：A.A.都能独立自主的复制；都能独立自主的复制；B.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.C.都能容易引进宿主细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯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）。化（提质粒）。质粒符合上述质粒符合上述3 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。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（二）质粒的分类（二）质粒的分类 1.1.1.1.按质粒的复制机理，分为按质粒的复制机理，分为按质粒的复制机理，分为按质粒的复制机理，分为2 2 2 2类类类类：1 1 1 1）严谨控制型（）严谨控制型（）严谨控制型（）严谨控制型（stringent contrd typestringent contrd typestringent contrd typestringent contrd type）2 2 2 2）松弛控制型（）松弛控制型（）松弛控制型（）松弛控制型（relaxed control typerelaxed control typerelaxed control typerelaxed control type）(1)(1)拷贝数少，一般拷贝数少，一般1010个，分子量大；个，分子量大；(1)(1)拷贝数多，拷贝数多，10-20010-200个，分子量小；个，分子量小；(2)(2)复制受限，受细菌宿主复制受限，受细菌宿主DNADNA复制系复制系 (2)(2)复制不受细菌复制不受细菌DNADNA复制系统限制，复制系统限制，统的控制；统的控制；仅需仅需DDDPIDDDPI，当宿主蛋白质合成受抑制，当宿主蛋白质合成受抑制 (3)(3)特点是这类质粒可以自传递；特点是这类质粒可以自传递；时（如培养中加入氯要素时），其拷贝时（如培养中加入氯要素时），其拷贝 (4)(4)严谨控制机理（低拷贝原因），认严谨控制机理（低拷贝原因），认 数可猛增至数可猛增至1000-30001000-3000之多，该性质对之多，该性质对 为是该质粒可以产生阻逼蛋白，反馈为是该质粒可以产生阻逼蛋白，反馈 基因工程技术十分有利。基因工程技术十分有利。抑制自身抑制自身DNADNA合成。合成。3 3）分子量小，不具备自传递能力；）分子量小，不具备自传递能力；4 4）基因工程使用松弛型（高拷贝数）基因工程使用松弛型（高拷贝数）质粒，以获得列多的基因产物。质粒，以获得列多的基因产物。*拷贝数（拷贝数（copy number)copy number)细胞所含的按每细胞所含的按每基因组计算的某种质粒或基因的数目。基因组计算的某种质粒或基因的数目。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。2.2.2.2.按分子量大小，分为按分子量大小，分为按分子量大小，分为按分子量大小，分为2 2 2 2类类类类1 1 1 1）小型质粒，小型质粒，小型质粒，小型质粒，15kb15kb15kb15kb15kb15kb15kb小型质粒，无接合和自传递能力，在按小型质粒，无接合和自传递能力，在按 多属接合型或自传递型，大型质粒只多属接合型或自传递型，大型质粒只合质粒协助也能转移，也可心通过转化合质粒协助也能转移，也可心通过转化 能通过细菌的接合作用人一个细菌能通过细菌的接合作用人一个细菌作用进入受体细胞，这类质粒种类较多，作用进入受体细胞，这类质粒种类较多，传到另一个细菌。（如传到另一个细菌。（如F F质粒）。质粒）。几乎每种细菌都可以含有几乎每种细菌都可以含有2 2种以上，种以上，基因基因基因基因工程一般用小型质粒。工程一般用小型质粒。工程一般用小型质粒。工程一般用小型质粒。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。3.3.3.3.按质粒转移方式，分为按质粒转移方式，分为按质粒转移方式，分为按质粒转移方式，分为3 3 3 3类类类类1 1 1 1）接合型质粒）接合型质粒）接合型质粒）接合型质粒（conjugaative plasmidconjugaative plasmid）带有效接触基因质粒，）带有效接触基因质粒，只能使细菌接合只能使细菌接合只能使细菌接合只能使细菌接合，本身，本身不被传递不被传递.2 2 2 2）可移动质粒）可移动质粒）可移动质粒）可移动质粒（mobiliableplasmidmobiliableplasmid）可以被传递，但不能使细菌接合可以被传递，但不能使细菌接合可以被传递，但不能使细菌接合可以被传递，但不能使细菌接合型与可移动性共存型与可移动性共存时，能传递可移动质粒。时，能传递可移动质粒。3)3)3)3)自传递质粒自传递质粒自传递质粒自传递质粒（selftran missible plasmidselftran missible plasmid）兼具兼具兼具兼具1 1 1 1）2 2 2 2）两种功能因而可以自传递）两种功能因而可以自传递）两种功能因而可以自传递）两种功能因而可以自传递，如，如F F质粒。质粒。*转化作用（转化作用（transformationtransformation）这是涉及细菌摄入外源这是涉及细菌摄入外源DNADNA而实现基因转移一种机制。而实现基因转移一种机制。（见第八章）（见第八章）文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（三）质粒的功能（三）质粒的功能 质粒的功能主要通过质粒本身携带的基因偏码蛋白质表现出来。质粒的功能主要通过质粒本身携带的基因偏码蛋白质表现出来。携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型。携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型。1.1.1.1.性质粒性质粒性质粒性质粒 即雄性细菌即雄性细菌F F质粒，它本身转到质粒，它本身转到F F-宿主细胞时，使后宿主细胞时，使后者变成者变成F F+，改变宿主细菌性别。，改变宿主细菌性别。2.2.2.2.抗生素抗性抗生素抗性抗生素抗性抗生素抗性 抗药性（抗药性（R R）质粒使细菌产生抗生素抗性，这种）质粒使细菌产生抗生素抗性，这种抗药性抗性基因也可以转移到缺乏这种抗药基因的细菌体内，使抗药性抗性基因也可以转移到缺乏这种抗药基因的细菌体内，使之产生抗药性。之产生抗药性。3.3.3.3.产生毒素的质粒产生毒素的质粒产生毒素的质粒产生毒素的质粒 如如colcol质粒能产生大肠杆菌素因子质粒能产生大肠杆菌素因子（colicincolicin），杀死不合该毒素的亲缘细菌。），杀死不合该毒素的亲缘细菌。4.4.4.4.降解复杂的有机化合物作为能源质粒。降解复杂的有机化合物作为能源质粒。降解复杂的有机化合物作为能源质粒。降解复杂的有机化合物作为能源质粒。5.5.5.5.产生限制和修饰酶。（见第八章）产生限制和修饰酶。（见第八章）产生限制和修饰酶。（见第八章）产生限制和修饰酶。（见第八章）文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（四）质粒的基本特性（四）质粒的基本特性 1.1.1.1.自主复制自主复制自主复制自主复制 质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素的影响质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素的影响质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素的影响质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素的影响。复制调控系统由质粒上的复制起点（复制调控系统由质粒上的复制起点（oriori），质粒的），质粒的reprep基因和基因和copcop基因组成。基因组成。Rep Rep蛋白启动质粒的复制，蛋白启动质粒的复制，copcop基因本身或其表达产物可抑制复制作用，从基因本身或其表达产物可抑制复制作用，从而控制质的拷贝数。而控制质的拷贝数。2.2.2.2.质粒的不相容性质粒的不相容性质粒的不相容性质粒的不相容性 利用相同复制系统的质粒不能共存于同一个细胞内利用相同复制系统的质粒不能共存于同一个细胞内利用相同复制系统的质粒不能共存于同一个细胞内利用相同复制系统的质粒不能共存于同一个细胞内。PMBPMB和和COLEICOLEI是两个密切相关的复制调控系统，带有是两个密切相关的复制调控系统，带有PMBPMB和和COLEICOLEI复制调控系统复制调控系统的质粒是不相容的。但它们与带有的质粒是不相容的。但它们与带有PSC101PSC101或或P15AP15A复制调控系统是完全相容的，复制调控系统是完全相容的，可以共存于一个细胞内。不相容性使质粒能够很容易被克隆。可以共存于一个细胞内。不相容性使质粒能够很容易被克隆。3.3.3.3.质粒的转移性质粒的转移性质粒的转移性质粒的转移性 在自然条件下，在些质粒可以通过细菌接合作用在细菌在自然条件下，在些质粒可以通过细菌接合作用在细菌细胞向传递。基因工程中常用的质粒载体缺乏转移所需的基因（细胞向传递。基因工程中常用的质粒载体缺乏转移所需的基因（mobmob基因），基因），不能通过接合作用在细胞间传递，但可采用人工方法转化到细菌细胞中。不能通过接合作用在细胞间传递，但可采用人工方法转化到细菌细胞中。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。三三三三.转位因子转位因子转位因子转位因子 转位因子（转位因子（转位因子（转位因子（transposable elementtransposable elementtransposable elementtransposable element）即可移动的即可移动的基因成分（可移动基因，基因成分（可移动基因，movable gene mobmovable gene mob），是指能够），是指能够在一个在一个DNADNA分子内部或两上分子内部或两上DNADNA分子之间移动的分子之间移动的DNADNA片段。在片段。在细菌中指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的细菌中指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的DNADNA片段（文献上有时形象地称其为是片段（文献上有时形象地称其为是跳跃基因跳跃基因，jumping jumping genegene）。转位也是）。转位也是DNADNA重组的一种形式。重组的一种形式。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。移动基因最早由美国冷泉港实验室（移动基因最早由美国冷泉港实验室（cold spring Harbor cold spring Harbor LaboratoryLaboratory）的女科学家）的女科学家B.MClintockB.MClintock于上个世纪于上个世纪4040年代晚期年代晚期在玉米中首次发现的。在玉米中首次发现的。6060年代，为年代，为J.A.ShapircJ.A.Shapirc研究大肠杆菌研究大肠杆菌高效突变实验证实。高效突变实验证实。19831983年荣获诺贝尔生物学医学奖。年荣获诺贝尔生物学医学奖。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（一）转位因子的种类及特征（一）转位因子的种类及特征 细菌的转位因子包插入序列，转座子及可转座的噬菌体。细菌的转位因子包插入序列，转座子及可转座的噬菌体。1.1.插入序列（插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,IS）IS IS的形体图的形体图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 反向（倒反向（倒转重复顺序）转重复顺序）文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（1 1）ISISISIS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700-2000bp700-2000bp，按发现顺，按发现顺序序IS1IS1、IS2IS2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，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。本身没有表型效应。（2 2）ISISISIS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（16-41bp16-41bp16-41bp16-41bp），中间为转），中间为转），中间为转），中间为转位酶基因位酶基因位酶基因位酶基因，在插入新的位点侧有在插入新的位点侧有3116p3116p顺向重复顺序（顺向重复顺序（directw directw repeated sequencedkrepeated sequencedk）,DR,DR是靶位点序列复制的产物。是靶位点序列复制的产物。（3 3）ISISISIS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.coliE.coli染色体的各个位置上，也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。这种插入作用可以双向进行，可以是正向，也可以是反点上。这种插入作用可以双向进行，可以是正向，也可以是反向插入向插入ISIS这种移动方式称为转位作用（这种移动方式称为转位作用（transpositiontransposition）。）。（4 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107107107107细菌中有细菌中有细菌中有细菌中有1 1 1 1次插入。次插入。次插入。次插入。*TR*TR（反向倒转重复序列）：（反向倒转重复序列）：GGAAGGTGGAAGGT、ACCTTC ACCTTC CCTTCCA CCTTCCA、TGGAAGGTGGAAGG*DR*DR（正同向重复序列）：（正同向重复序列）：TACGTTACGTTACGTTACGT文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。2.2.转座子（转座子（transposon,Tntransposon,Tn）(1)Tn(1)Tn是一类较大的可移动成分，除是一类较大的可移动成分，除mob genemob gene外，尚含有其它基因，外，尚含有其它基因，如抗药基因等。如抗药基因等。TnTn是在研究抗药基因中发现的，由此知道抗药基是在研究抗药基因中发现的，由此知道抗药基因可在质粒之间，质粒与染色体之间或质粒与可转座的噬菌体之因可在质粒之间，质粒与染色体之间或质粒与可转座的噬菌体之间来回移动，间来回移动，TnTn的转位原理和的转位原理和IsIs基本相同，转位频率为基本相同，转位频率为1010-3-31010-6 6/拷贝。拷贝。(2)(2)根据结构特征的不同，根据结构特征的不同，TnTn可以分为可以分为2 2个亚类：个亚类：复合型复合型Tn:Tn:转座酶由转座酶由ISIS编码，编码，ISIS可以是反可以是反向（或正向）重复构型。向（或正向）重复构型。TnA:TnA:数个结构基因（数个结构基因（mobmob、mdrmdr等）十等）十IRIR组成。组成。Structural genesIRIRStructural geneIS1IS1文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。3.3.可转座的噬菌体（可转座的噬菌体（transposable phagetransposable phage）(1)(1)包括包括包括包括MuMuMuMu和和和和D108D108D108D108两种噬菌体，是一类温和噬菌体两种噬菌体，是一类温和噬菌体*。(2)(2)感染细菌后，可以整合到细菌染色体中，插入位点是随感染细菌后，可以整合到细菌染色体中，插入位点是随机的（而入机的（而入phagephage插入位点是专一的），可以插到结构基因插入位点是专一的），可以插到结构基因内部，引起突变，内部，引起突变，MuMu即即Mutator(Mutator(突变子突变子)因此得名。因此得名。(3)(3)插入部位的插入部位的2 2侧有短的侧有短的DRDR，插入时，一个拷贝留在原位，插入时，一个拷贝留在原位，新合成的拷贝插入新的部位。新合成的拷贝插入新的部位。(4)(4)和和ISIS，TnTn相比，相比，MuMu末端不含末端不含IRIR，这是可转座成分的一个，这是可转座成分的一个例外。例外。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。*噬菌体（噬菌体（phagephage）是侵袭细菌的病毒，主要由蛋白质和核酸是侵袭细菌的病毒，主要由蛋白质和核酸组成。噬菌的生活周期分为组成。噬菌的生活周期分为溶菌周期和溶菌周期和溶原周期。溶原周期。溶原性噬菌体（温和噬菌体）溶原性噬菌体（温和噬菌体）宿主菌宿主菌将自身将自身DNADNA整合到细整合到细菌染色体中菌染色体中和细菌染色体一起复制和细菌染色体一起复制随细菌增殖传到细菌子随细菌增殖传到细菌子代中去，不产生子代代中去，不产生子代Phage.Phage.文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。(二二)转位作用的机理转位作用的机理1.1.复制性转位机理复制性转位机理共联体生成和解离，靶序列的切割与复制。共联体生成和解离，靶序列的切割与复制。2.2.非复制型转位作用非复制型转位作用转位将供体转位将供体DNADNA转座因子两侧各切断一条单链并与靶序列的两个游离转座因子两侧各切断一条单链并与靶序列的两个游离末端连接，末端连接，随后并没有复制过程，而是由转座酶将供体随后并没有复制过程，而是由转座酶将供体DNADNA转座因子的另一端也转座因子的另一端也切断，因此在供体切断，因此在供体DNADNA留下一个致死性缺口。留下一个致死性缺口。转座子的两条游离单链在靶位点退火接合，转座子的两条游离单链在靶位点退火接合，DNADNA聚合酶项平缺口。聚合酶项平缺口。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（三）转位的遗传效应（三）转位的遗传效应1.1.基因重排基因重排 可能产生可能产生1 1个新的蛋白分子等，基因重排是进化个新的蛋白分子等，基因重排是进化的动力。的动力。2.2.基因突变基因突变 插入到基因内部，可引起插入失活。插入到基因内部，可引起插入失活。3.3.插入位点引入新的基因插入位点引入新的基因 如引进抗药基因。如引进抗药基因。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（四）细菌有限制（四）细菌有限制修饰系统修饰系统 细菌的限制细菌的限制修饰系统是分别由特定的基因编码的限制酶修饰系统是分别由特定的基因编码的限制酶和修饰酶组成的二元系统。和修饰酶组成的二元系统。1.1.防御外源性防御外源性DNADNA入侵。入侵。2.2.构成细菌种属和菌株之间交叉繁殖屏障，但又允许外源构成细菌种属和菌株之间交叉繁殖屏障，但又允许外源DNADNA有某些遗漏，利于物种进化。有某些遗漏，利于物种进化。3.3.基因工程重要的工具酶。（基因工程重要的工具酶。（350/400350/400）甲基化酶甲基化酶 1.1.保护自身保护自身DNADNA不受限制酶切割（限制）。不受限制酶切割（限制）。2.2.影响影响DNADNA分子构象，利于基因表达调控。分子构象，利于基因表达调控。限制酶和甲基化酶辩证关系。限制酶和甲基化酶辩证关系。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。第二节第二节第二节第二节 真核生物基因组真核生物基因组真核生物基因组真核生物基因组 一一一一.真核生物基因组的结构真核生物基因组的结构真核生物基因组的结构真核生物基因组的结构(一一)真核基因的基本结构真核基因的基本结构1.1.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 1）结构基因（结构基因（结构基因（结构基因（structural genestructural genestructural genestructural gene）指能转录成为指能转录成为mRNAmRNA、rRNArRNA或或tRNAtRNA的的DNADNA顺序。顺序。（2 2）内含子和外显子内含子和外显子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，编码序列真核生物的结构基因是不连续的，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子被非编码序列打断，在编码序列之间的序列称为内含子（intronintron），编码序列称为外显子（），编码序列称为外显子（extronextron）。）。（3 3）断裂基因（断裂基因（断裂基因（断裂基因（split genesplit genesplit genesplit gene）在真核类结构基因组中，编码顺序被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。许多称为内含子的非编码区分割成几段称之。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。2.2.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（顺式调控元件（cisacting elementscisacting elementscisacting elementscisacting elements）指与结构基因指与结构基因表达调控相关，能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的表达调控相关，能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的DNADNA序列。能与顺式作用元件结合调节基因转录活性的蛋白序列。能与顺式作用元件结合调节基因转录活性的蛋白质因子称为质因子称为反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子（transacting factorstransacting factors）。顺）。顺式调控元件有：式调控元件有：文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（1 1）启动子（）启动子（promoterpromoter）概念：概念：概念：概念：启动子是促进启动子是促进DNADNA转录的转录的DNADNA序列，是序列，是DNADNA分子上可分子上可与与RNA pol RNA pol 特异性识别结合并使之转录的部位，但启动子本特异性识别结合并使之转录的部位，但启动子本身不被转录。身不被转录。功能特点：功能特点：功能特点：功能特点：启动子位于结构基因上游启动子有方向性启动子位于结构基因上游启动子有方向性启动子位于结构基因上游启动子有方向性启动子位于结构基因上游启动子有方向性决决决决定转录方向及那一条定转录方向及那一条定转录方向及那一条定转录方向及那一条DNADNADNADNA链作模板转录链作模板转录链作模板转录链作模板转录（以信息链的互补链以信息链的互补链作模板转录，转录的作模板转录，转录的mRNAmRNA与信息链一致）。与信息链一致）。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TATA boxTATA boxTATA boxTATA box TATA TATA盒与盒与TATATATA因子因子的转录因子结合后即成为完整的启动子。（见第六章）的转录因子结合后即成为完整的启动子。（见第六章）文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（2 2）上游启动子元件（）上游启动子元件（upstream promoter elements upstream promoter elements upsups）UPS UPS是是TATATATA盒上游的一些特定的盒上游的一些特定的DNADNA序列。序列。反式作用因子可与这些元件结合，通过调节反式作用因子可与这些元件结合，通过调节TATATATA因因子与子与TATA boxTATA box的结合、的结合、RNA polRNA pol与启动子结合及转录起始与启动子结合及转录起始复合物形式来调控基因转录效率。复合物形式来调控基因转录效率。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（3 3）反应元件（）反应元件（response elementsresponse elements）一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能一些信息分子的受体被细胞外信息分子激活后，能与特异的与特异的DNADNA序列结合，调控基因的表达。序列结合，调控基因的表达。这种这种这种这种DNADNADNADNA序列实际上也是顺式元件序列实际上也是顺式元件序列实际上也是顺式元件序列实际上也是顺式元件，由于能介导基，由于能介导基因对细胞外的某种信号产生反应，被称为反应元件。因对细胞外的某种信号产生反应，被称为反应元件。反应元件都具有较短的保守序列。这些无件通常位反应元件都具有较短的保守序列。这些无件通常位于启动子附近和增强子内，有不少是回文序列。于启动子附近和增强子内，有不少是回文序列。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（4 4）增强子（）增强子（enhancerenhancer）和沉默子（）和沉默子（silencersilencer）增强子是一段增强子是一段DNADNA序列，其中含有多个能被反式作序列，其中含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件。反式作用因子与这用因子识别与结合的顺式作用元件。反式作用因子与这些元件结合后些元件结合后,通常为增强邻近基因的转录。增强子一通常为增强邻近基因的转录。增强子一般位于转录起始点上游般位于转录起始点上游-100-100-300bp-300bp处，但在基因之外处，但在基因之外或某些内含子中也有增强子序列（或某些内含子中也有增强子序列（P42P42）。）。增强子作用特点：增强子作用特点：可在可在55端或端或33端发挥作用；端发挥作用；不受序列方向制约；不受序列方向制约；通过增强启动子发挥作用。沉通过增强启动子发挥作用。沉默子默子 负调控序列、负增强子；负调控序列、负增强子；文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（5 5）加尾信号）加尾信号 在结构基因的最后一个外显子中有一个保守的在结构基因的最后一个外显子中有一个保守的AATAAAAATAAA序列，此位点下游有一段序列，此位点下游有一段GTGT丰富区或丰富区或T T丰富区，这两部分丰富区，这两部分序列共同构成序列共同构成poly(A)poly(A)加尾信号。加尾信号。mRNA mRNA转录到此部位后，产生转录到此部位后，产生AAUAAAAAUAAA和随后的和随后的GUGU（或（或U U）丰富区。与丰富区。与RNApolRNApol结合的延长因子可以识别这种结构并结合的延长因子可以识别这种结构并与之结合，然后在与之结合，然后在AAuAAAAAuAAA下游下游10-3010-30个碱基的部位切断个碱基的部位切断RNA,RNA,并加上并加上poly(A)poly(A)尾尾.文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。(二二)基因家族基因家族(gene family)(gene family)基因家族基因家族 是指核苷酸序列或编码产物具有一定程度同源是指核苷酸序列或编码产物具有一定程度同源性的一组基因性的一组基因.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.家族中各家族中各基因的核苷酸序列相同基因的核苷酸序列相同基因的核苷酸序列相同基因的核苷酸序列相同这些基因族也被称为这些基因族也被称为单纯单纯单纯单纯多基因家庭多基因家庭多基因家庭多基因家庭(如如rRNA,tRNArRNA,tRNA家族家族)和复合多基因家族和复合多基因家族(如组蛋白基如组蛋白基因家族因家族).).tRNA tRNA基因基因:人类基因约有人类基因约有13001300个个tRNAtRNA基因，编码基因，编码5050多种多种tRNAtRNA。每种。每种tRNAtRNA可有可有10-10-几百个基因拷贝。同种几百个基因拷贝。同种tRNAtRNA往往串联在一起形成基往往串联在一起形成基因簇，但基因间有非转录间隔区分隔，常常比结构基因长近因簇，但基因间有非转录间隔区分隔，常常比结构基因长近1010倍。倍。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。2.2.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（1 1）人类生长激素基因家族）人类生长激素基因家族 包括人生长激素（包括人生长激素（hGhhGh）、人胎盘促乳素和催乳素（）、人胎盘促乳素和催乳素（prolactinprolactin）。）。它们之间的同源性很高，尤其是它们之间的同源性很高，尤其是hGhhGh和和hcshcs之间，蛋白质氨基酸序列有之间，蛋白质氨基酸序列有85%85%的同源性，的同源性，mRNAmRNA上序列上有上序列上有92%92%的同源性，说明它们是来自一个共的同源性，说明它们是来自一个共同祖先基因。同祖先基因。3 3种基因并不都排列在一起，种基因并不都排列在一起，hGhhGh和和hcshcs基因位于第基因位于第1717号号染色体长臂，催乳素基因位于第染色体长臂，催乳素基因位于第6 6号染色体。号染色体。（2 2）-株蛋白和株蛋白和-株蛋白基因家族株蛋白基因家族 这些基因家族的各个成员在这些基因家族的各个成员在DNADNA分子上的排列顺序按照发育的不同分子上的排列顺序按照发育的不同阶段先后次序排列，阶段先后次序排列，故也称故也称“发育控制复合多基因家族发育控制复合多基因家族”。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。3.3.家族中各基因编码的家族中各基因编码的蛋蛋白质有高度的同源性白质有高度的同源性，但基因的核苷酸序但基因的核苷酸序但基因的核苷酸序但基因的核苷酸序列可能不同。列可能不同。列可能不同。列可能不同。如如srcsrc癌基因家族癌基因家族 src,abl,fes,fgr,fps,fym,kck,lyn,ros,tkl,yessrc,abl,fes,fgr,fps,fym,kck,lyn,ros,tkl,yes此家族中各基因的此家族中各基因的DNADNA序列没有明显的同源性。序列没有明显的同源性。但每个基因产物都含有但每个基因产物都含有250250个氨基酸顺序的同源蛋白激酶结构域。个氨基酸顺序的同源蛋白激酶结构域。4.4.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序蛋白质中具有很小的保守基序蛋白质中具有很小的保守基序蛋白质中具有很小的保守基序（conserved conserved motif)motif)。如如DEAD boxDEAD box基因家族。基因家族。DEAD boxDEAD box：Asp-Glu-Ala-Asp.Asp-Glu-Ala-Asp.此家族中各基因的此家族中各基因的DNADNA序列没有明显的同源性，但所有的表达产物序列没有明显的同源性，但所有的表达产物都具有解旋酶的功能，都具有同样的保守基序（都具有解旋酶的功能，都具有同样的保守基序（DEADDEAD盒），盒），DEADDEAD是是酶活性的关键结构。酶活性的关键结构。文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.5.基因超家族（基因超家族（gene superfamilygene superfamily）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因是指一组由多基因家族及单基因家族组成的更大的基因是指一组由多基因家族及单基因家族组成的更大的基因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。家族。家族。家族。它们的结构有程度不等的同源性，因此它们可能起源于相同的祖先它们的结构有程度不等的同源性，因此它们可能起源于相同的祖先基因，但是它们的功能并不一定相同，这一点正是与多基因家族的差别所基因，但是它们的功能并不一定相同，这一点正是与多基因家族的差别所在。这些基因在进化上也有亲缘关系，但亲缘关系较远，故将其称为基因在。这些基因在进化上也有亲缘关系，但亲缘关系较远，故将其称为基因超家族。如：超家族。如：（1 1 1 1）免疫球蛋白超基因家族）免疫球蛋白超基因家族）免疫球蛋白超基因家族）免疫球蛋白超基因家族 表达产物都有免疫球蛋白样的结构域结表达产物都有免疫球蛋白样的结构域结构。有构。有