三章真核生物基因组课件.ppt

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1、第三章 真核生物基因组,临床生化教研室,第三章 真核生物基因组 临床生化教研室,真核生物由真核细胞构成的生物。包括原生生物界、真菌界、植物界和动物界。定义 ：真核生物是所有单细胞或多细胞的、其细胞具有细胞核的生物的总称，它包括所有动物、植物、真菌和其他具有由膜包裹着的复杂亚细胞结构的生物。,真核生物由真核细胞构成的生物。包括原生生物界、真菌界、植物界,真核生物与原核生物的根本性区别是前者的细胞内含有细胞核，因此以真核来命名这一类细胞。许多真核细胞中还含有其它细胞器，如线粒体、叶绿体、高尔基体等。,真核生物与原核生物的根本性区别是前者的细胞内含有细胞核，因此,第一节 真核生物染色体基因组 第二节

2、 染色体外的基因组 线粒体 第三节 人类基因组,第一节 真核生物染色体基因组,第一节 真核生物染色体基因组,一、真核生物染色体基因组的一般特征二、单拷贝基因三、重复序列四、基因家族五、端粒和端粒酶六、基因移动,第一节 真核生物染色体基因组 一、真核生物染色体基因组的一般,一、真核生物基因组的一般特征,（一）基因组庞大 ：基因可达109bp（二）线状双链DNA和二倍体：染色体都是成对出现。（三）非编码区远多于编码区：仅1.5%的序列被转录表达。（四）断裂基因（split gene）：基因不连续，外显子和内含子并存。（五）大量重复序列存在 ：具有高度，中度重复序列,一、真核生物基因组的一般特征（一

3、）基因组庞大 ：基因可达10,（一）基因组庞大 ：,真核生生物的基因组一般比较庞大。大肠杆菌：4.6 106bp碱基酵 母：1.2 107bp碱基人 类：3109bp碱基组成,（一）基因组庞大 ：真核生生物的基因组一般比较庞大。,（二）线状双链DNA和二倍体：,线状双链DNA与蛋白结合形成染色体染色体：数量，多条 基本都是成对出现。特定的一组基因,（二）线状双链DNA和二倍体：线状双链DNA,（三）非编码区远多于编码区：,人 类：3109bp碱基组成按1000个碱基编码一种蛋白质计，理论上可有300万个基因。但实际上，人细胞中所含基因总数大概是？万个。说明在人细胞基因组中有许多DNA序列并不转

4、录成mRNA用于指导蛋白质的合成。仅1.5%的序列被转录表达。绝大部分为非编码区,（三）非编码区远多于编码区：人 类：3109b,（四）断裂基因（split gene）：,真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。,编码区 A、B、C、D,非编码区,（四）断裂基因（split gene）：真核生物结构基因，由,（五）大量重复序列存在 ：,具有高度，中度重复序列重复次数可达百万次以上,（五）大量重复序列存在 ：具有高度，中度重复序列,二、单拷贝基因,单拷贝基因：基因组中仅出现一次的基因

5、。多为编码蛋白质的基因，通常复杂具有以下特点：单顺反子、断裂基因。,二、单拷贝基因,（一）单顺反子,1.转录后直接形成成熟mRNA翻译出一条多肽链。2.hnRNA不同时空转录起点、剪接方式或终止点可不同，成熟为二种以上的mRNA和多肽链。,（一）单顺反子1.转录后直接形成成熟mRNA翻译出一条多肽链,原核生物的多顺反子,真核生物的单顺反子,原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位,（二）断裂基因,细胞内的结构基因并非全由编码序列组成，而是在编码序列中插入了非编码序列。外显子（exon）:断裂基因中的编码序列。内含子（intron）:非编码序列。,（二）断裂基因细胞内的结构基

6、因并非全由编码序列组成，而是在编,第三章-真核生物基因组课件,不同基因内含子长度和数目不等人胰岛素：1个内含子 人胶原基因：52个内含子 外显子与所编码的蛋白质功能结构域一致内含子有共同特征：GT/AG规则,不同基因内含子长度和数目不等,三、重复序列,定义：指多拷贝的相同或近似序列的DNA片段。分类： 高度重复序列、中度重复序列,三、重复序列定义：指多拷贝的相同或近似序列的DNA片段。,（一）高度重复序列 ：,一般由较短的序列（10-300bp）组成，常集中在一起串联排列，重复频度105 ，占基因组1060%。,（一）高度重复序列 ： 一般由较短的序列（10-30,分类：,按其结构特点分为三类

7、：1、反向重复序列2、卫星DNA3、较复杂的重复单位组成的重复顺序,分类：按其结构特点分为三类：,1、反向重复序列,这种重复顺序复性速度极快，即使在极稀的DNA浓度下，也能很快复性约占人基因组的5。反向重复序列由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成。变性后再复性时，同一条链内的互补的拷贝可以形成链内碱基配对，形成发夹式或“+”字形结构。它们多数散布，非群集于基因组中。,1、反向重复序列这种重复顺序复性速度极快，即使在极稀的DNA,5 GGAATCGATCTTAAGATCGATTCC 33 CCTTAGCTAGAATTCTAGCTAAGG 5,5 GGAATCGATCTTAAGAT

8、CGATTCC 3,2、卫星DNA,卫星DNA(satelliteDNA)是另一类高度重复序列，这类重复顺序的重复单位一般由2-100bp组成，成串排列。由于这类序列的碱基组成不同于其他部份，可用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开，因而称为卫星DNA或随体DNA。在人细胞组中卫星DNA约占5-6。,2、卫星DNA卫星DNA(satelliteDNA)是另一类,卫星DNA分类：,1卫星DNA（satellite DNA） 2小卫星DNA（mini-satellite DNA）3微卫星DNA（micro-satellite DNA）,卫星DNA分类：1卫星DNA（satellite DNA）,高

9、度重复序列比较,高度重复序列比较重复长度总长度定位卫星DNA5100bp1,微卫星DNA,重复单位序列最短，只有26bp，串联成簇，重复次数15-60次，长度400bp以下，又称为短串联重复序列（Short Tandem Repeat STR)。 广泛分布于基因组中。 其中富含A-T碱基对。 以（CA）n、 （GT）n （CAG）n,微卫星DNA 重复单位序列最短，只有26bp，串联成簇,特点：,种类多、分布广，在人群中世代相传。在基因组中平均50kb就有一个重复序列，突变率低（ 0.04%）。 在人群中高度多态，其多态信息含量容量超过70%。其多态性表现为正常人群的不同个体某一基因位点重复序

10、列的重复次数可不一样，同一个体的两个同源染色体上重复次数也可以不一样，即微卫星DNA拷贝数在人群中是可变的。 具有遗传连锁不平衡现象。,特点：种类多、分布广，在人群中世代相传。在基因组中平均50k,均可被转录，有些编码蛋白质，而另一些则位于非转译区的5端和3端不编码蛋白质。 属于不稳定的DNA序列，其数目在某些遗传病中有扩大现象，而这种扩增并非是减数分裂的重组造成，扩大可发生在减数分裂过程中，由一代传递给另一代，也可发生在有丝分裂中，导致嵌合体形成。与成熟人体细胞比较，微卫星DNA在胚胎时期有丝分裂很不稳定。 在不同基因位点上的微卫星DNA的重复序列可以不同，也可以相同。,均可被转录，有些编码

11、蛋白质，而另一些则位于非转译区的5端和,3、较复杂的重复单位组成的重复顺序,这种重复顺序为灵长类所独有。用限制性内切酶Hind消化非洲绿猴DNA，可以得到重复单位为172bp的高度重复顺序，这种顺序大部份由交替变化的嘌呤和嘧啶组成。有人把这类称为卫星DNA。而人的卫星DNA更为复杂。,3、较复杂的重复单位组成的重复顺序 这种重复顺序为,高度重复序列的功能,参与复制水平的调节反向序列常存在于DNA复制起点区的附近。另外，许多反向重复序列是一些蛋白质（包括酶）和DNA的结合位点。参与基因表达的调控DNA的重复顺序可以转录到核内不均一RNA分子中，而有些反向重复顺序可以形成发夹结构，这对稳定RNA分

12、子，免遭分解有重要作用。参与转位作用，几乎所有转位因子的末端都包括反向重复顺序，长度由几个bp到1000bp。由于这种顺序可以形成回文结构，因此在转位作用中即能连接非同源的基因，又可以被参与转位的特异酶所识别。,高度重复序列的功能参与复制水平的调节反向序列常存在于DNA复,与进化有关，不同种属的高度重复顺序的核苷酸序列不同，具有种属特异性，但相近种属又有相似性。同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复次数不一样，这可以作为每一个体的特征，即DNA指纹。卫星DNA成簇的分布在染色体着丝粒附近，可能与染色体减数分裂时染色体配对有关，即同源染色体之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定卫星DNA顺序

13、。,与进化有关，不同种属的高度重复顺序的核苷酸序列不同，具有种属,（二）中度重复序列 主要由较大的片段（100-几千个bp ）串联重复组成，分散在整个基因组中，少数在基因中成串排列在一个区域，大多数与单拷贝基因间隔排列 分为短分散片段和长分散片段： 短分散片段：300bp 拷贝数10万 长分散片段：1000bp 拷贝数1万 其表达产物常是细胞大量需要的，如rRNA、tRNA等。,（二）中度重复序列,1rRNA基因 ：rRNA常集中成簇存在基因组中，28s、18s和5.8s串联排列，300个拷贝，5s单独存在，有2000个拷贝。 2tRNA基因 :每种氨基酸都有一种或多种tRNA，而每一种tRN

14、A基因也有几十几百个拷贝。同一种基因常串联在一起，排列成基因簇。 3Alu家族 ：长度约300bp，富含GC。具有一个Alu I酶切位点(AGCT)，因而得名。分布非常广，重复次数100万，约10%基因组。,1rRNA基因 ：rRNA常集中成簇存在基因组中，28s、,真核生物rRNA基因的加工,真核生物rRNA基因的加工,四、基因家族(gene family),（一）基因家族：一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因，在进化过程中从一个祖先基因经重复和突变演变而来的。（二）假基因（pseudogene）：与具正常功能的基因序列相似，但无转录功能或转录产物无功能的基因。,四、基因家族(gene

15、family)（一）基因家族：一组功,组蛋白基因家族,组蛋白基因家族,五、端粒和端粒酶,端粒（telomere） 真核染色体末端特有的结构，是一种特殊的核蛋白结构，由 “TTAGGG”重复序列和端粒结合蛋白构成，具有保护染色体末端和保证复制正常进行的作用，与细胞周期和衰老密切相关。端粒酶(telomerase) 一种特殊的逆转录酶，由蛋白质和RNA两部分组成，它以自身的RNA为模板，可合成端粒重复序列而延长端粒。,五、端粒和端粒酶端粒（telomere）,端粒酶的催化延长作用,爬行模型,端粒酶的催化延长作用爬行模型,DNA聚合酶复制子链,进一步加工,DNA聚合酶复制子链进一步加工,六、基因移动

16、,基因在染色体上不是固定不变的，可以从某一处转移到另一处，称为基因移动。 发生移动的基因称为可移动基因。 以转座子形式运动,六、基因移动 基因在染色体上不是固定不变的，可以,第二节 染色体外的基因组线粒体,线粒体DNA（mitochondria，mtDNA）全长为16.5kb，环状双链分子，不含内含子。共有37个编码基因，2个rRNA（12sRNA和16sRNA）和22个tRNA（tRNAser和tRNAleu各2个基因），另有13个为多肽编码基因。,第二节 染色体外的基因组线粒体 线粒,线粒体DNA,线粒体DNA,二、线粒体DNA的遗传特性,（一）线粒体DNA(mtDNA) ：母性遗传的核外

17、遗传物质 （二）与核DNA区别： 1、非孟德尔的母系遗传 2、高突变率 3、异质性和复制分离 4、阈值效应 5、半自主复制与协同作用,二、线粒体DNA的遗传特性（一）线粒体DNA(mtDNA),第三节 人类基因组,一、人类基因组概貌 二、人类基因组的多态性及在分子诊断中的应用三、人类基因组研究,第三节 人类基因组 一、人类基因组概貌,一、人类基因组概貌,基因甲基化：DNA甲基化是甲基转移酶将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶，DNA甲基化后表达下调。,一、人类基因组概貌 基因甲基化：DN,二、人类基因组的多态性及在分子诊断中的应用,（一）短串联重复序列 ( short tandem repeat ,

18、STR) 主要用途： 人类基因遗传图谱的制作。 目的基因筛选和基因诊断。 法医学个体识别和亲权鉴定。,二、人类基因组的多态性及在分子诊断中的应用（一）短串联重复序,（二）单核苷酸的多态性( single nucleotide polymorphism, SNP) 主要用途： 疾病的连锁分析与基因的定位 指导用药和药物设计 用于进化和种群多样性的研究,（二）单核苷酸的多态性( single nucleotide,三、人类基因组研究,（一）1990年，“人类基因组计划（human genome project，HGP）”启动。（二）1994年，我国HGP启动，参与1%工作。（三）2001年2月12

19、日，美国Celera公司与人类基因组计划分别在科学和自然杂志上公布了人类基因组精细图谱及其初步分析结果。 （四）2003年4月14日中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功。,三、人类基因组研究 （一）1990年，“人类基因组计划（hu,人类基因组作图,遗传图谱（genetic map） 指通过计算连锁遗传标志之间的重组频率，得到基因线性排列从而确定相对距离的图谱，又称连锁图（linkage map）。物理图谱（physical map） 指标明一些界标（已定位的DNA序列，如限制酶的切点、CpG序列、基因等）在DNA上的位置，确定遗传标志之间物理距离的图谱。,人类基因组作图遗传图谱（genetic map）,转录图谱（transcriptional map） 是具有表达能力，利用EST作为标记所构建的分子遗传图谱。序列图谱（sequencing map） 是获得人类基因组DNA的全部核苷酸序列。,转录图谱（transcriptional map）,