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1、1,第二章基因与基因组Gene and Genome,2,第一节 基因的概念与结构,一、基因的概念（一）基因概念的发展,3,（二）基因的概念,侧翼序列：含有调控序列,是编码RNA或一条多肽链的DNA片段，包括：,编码序列：外显子(exon),插入序列：内含子(intron),4,1.原核生物的结构基因是 连续的,（一）结构基因,基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列。,二、基因的结构,5,真核生物结构基因,DNA,mRNA前体,RNA剪接,2.,6,真核基因中RNA剪接的识别信号,内含子的 5端以GT开始，3端以AG结束。,GT-AG法则,intron2,intron1,3.,7,(二)转录调控
2、序列,前导序列,尾部序列,结构基因编码区两侧的一段不被翻译的DNA片段(侧翼序列)，参与转录调控。,8,1.原核生物基因的调控序列,9,2.真核生物基因的调控序列,反式作用因子trans-acting factor能识别和结合特定的顺式作用元件,并影响基因转录的一类蛋白质或RNA,顺式作用元件cis-acting element能影响基因表达，但不编码RNA和蛋白质的DNA序列,10,TATA盒（TATA Box）:位于-25-30bp，TATAAAA/TATATAT 与TFII结合，启动基因转录。,(1)启动子和上游启动子元件,-25,+1,-30,（II类）,11,-30,-25,+1,-
3、80,-70,CAAT盒（CAAT Box）位于-70-80bp，GG C/T CAATCT,与CTF结合，决定启动子转录效率。,12,GC盒（GC Box）位于-35bp，GGCGG，与转录因子SP1结合，促进转录的过程。,-35,+1,13,(2).增强子（enhancer）,CAAT box,与转录因子特异性结合，增强转录活性，在基因任意位置都有效、无方向性。,TATA box,enhancer,promoter,5,3,exon intron,14,(3).Poly(A)加尾信号,含有II类启动子的基因，基因末端保守的AATAAA顺序及下游GT或T富含区,被多聚腺苷酸化特异因子识别，在
4、mRNA 3端加约200个A。,15,CAAT box,TATA box,Enhancer,promoter,真核生物基因的结构,exon,exon,5,3,intron,intron,exon,开放阅读框：open reading frame，ORF,response element,16,三、中心法则 central dogma,17,(一)原核生物的mRNA是多顺反子mRNA,多顺反子mRNA(polycistronic mRNA):原核生物的一个mRNA分子带有几个 结构基因的遗传信息，利用共同的启动 子及终止信号，组成操纵子的基因表达 调控单元。,18,(二)单顺反子mRNA(mon
5、ocistronic mRNA):,真核生物的一个编码基因转录生成一个mRNA。,19,基因组：一个细胞或病毒的全部 遗传信息；,第二节 基因组,一套完整的单倍体的遗传物质的总合；,含有一种生物的一整套遗 传信息的遗传物质；,20,C值（C-value）：单倍体基因组中的全部DNA量(bp),21,二、原核生物基因组,以大肠杆菌（Escherichia coli）为例,22,类核（nucleoid）：细菌染色体在 细胞内形成的一个致密区域,大肠杆菌细胞结构,23,大肠杆菌染色体结构,24,（一）由一条环状双链DNA分子组成，通常只有一个DNA复制起点。,C-Value:4.6106bp,大肠杆
6、菌染色体DNA,25,(二)结构基因大多组成操纵子,乳糖操纵子 lac operon,-galactosidase半乳糖苷酶 z,-galactoside permease透酶 y,-galactoside transacetylase半乳糖苷乙酰转移酶 a,26,多个功能相关的结构基因成簇串联排列，与上游共同的调控区和下游转录终止信号组成的基因表达单位。,操纵子operon:,27,（三）其它结构特点,C 值：4,639,221 bp基因数：4288基因大小：950bp/gene基因间隔：118bp/gene,1.基因密度非常高，编码区在 基因组中所占比例大；,2.结构基因没有内含子，多为
7、单拷贝，rRNA基因为多拷贝；,3.重复序列很少，重复片段为 转座子；,28,4.有编码同工酶的同基因（isogene）,分支酸别构酶,ilvBN acetolactate synthase I ilvIH acetolactate synthase III,乙酰乳酸合酶,entC isochorismate synthase entB isochorismatase,29,5.不同的原核生物基因组的GC含量（GC content）变化很大(25%-75%),支原体,30,（四）非编码区主要是调控序列：,复制起始区（OriC）复制终止区（TerC）,转录起动区转录终止区,31,复制起始区（Or
8、iC）,32,大肠杆菌强启动子,TTGAC TATAAT 转录起始,33,终止子：,强终止子：有反向重复顺序，可形成茎环结构，其后面为poly(T)结构，转录终止无需因子。,GC丰富区、AT丰富区,34,（六）质粒（plasmid）,质粒是存在于细菌染色体外的，具有自主复制能力的环状双链DNA分子；大小为2-3 kb。,35,质粒的特性,在宿主细胞内可自主复制；,所携带的遗传信息能赋予宿主特 定的遗传性状；,细胞分裂时恒定地传给子代；,质粒可以转移。,36,三真核生物基因组,37,人类基因组染色体,（一）染色体DNA的组成,核小体,38,1.单一序列DNA（unique sequence DN
9、A）,单一序列在人类基因组中大于50。结构基因主要存在于单一序列中。,单拷贝DNA(single copy DNA),39,2.高度重复序列DNA（highly repetitive DNA）,重复次数106次,40,（1）卫星DNA 存在于非编码区的串联重复序列，在基因组中约占5。,41,a.大卫星（macro-satellite）DNA：重复单位5-10 bp，其在人群中多态性不显著。,42,b.小卫星（minisatellite）DNA：重复单位9-24 bp，呈高度多态性。,可变数目串联重复序列（variable number of tandem repeat,VNTR）,端粒DNA：
10、（TTAGGG）n，2-20 kb，染色体复制，末端保护。,核心序列 GGGCAGGAXG；,43,c.微卫星DNA(macro-satellite DNA),短串联重复(short tandem repeat,STR),重复单位2-6bp，常见为(AC)n和(TG)n，,重复次数10-60次，总长度小于150bp，,高度多态性，可作遗传标记。,44,（2）.反向重复序列,5AAACCACCGCTGGTAGCGGTGGTTT33TTTGGTGGCGACCATCGCCACCAAA5,5AAACCACCGCTAGCGGTGGTTT33TTTGGTGGCGATCGCCACCAAA5,回文结构,两个顺
11、序列相同的拷贝在DNA链上呈反向排列。在基因组中约占5，常见于基因调控区。,45,3.中度重复序列:,重复次数10-105，约占基因组的35,46,Alu家族：,重复单位约300bp，由两个130bp重复序列及31bp间隔序 列组成；重复30-50万次，散在分布；灵长类特有。,47,（二）基因组序列多态性,两个同源DNA序列中同一碱基位置含有不同的核苷酸。,1.单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）,48,2.限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism）,用一种限制性内切酶消化不同个体的
12、同一段DNA时，由于碱基组成的变化而改变限制性内切酶识别位点，从而会产生长度不同的DNA片段。,49,(三)多基因家族（multigene family）,1.基因超家族（supergene family）由多基因家族及单基因组成，成员间有不同程度的同源，但它们的功能不一定相同。,是指一组有类似功能，核苷酸序列又有同源性的基因。,50,2.核酸序列相同：,组蛋白基因家族,多拷贝基因形成的基因簇，rRNA、tRNA、组蛋白基因家族。,51,3.核酸序列高度同源,生长激素（GH）与绒毛膜生长催乳激素（CS）氨基酸序列比对,217,52,4.编码产物的功能或功能区相同,53,(四)假基因（pseudogene,）,与有功能的基因相似，不表达基因产物的基因。,54,55,
