《基因与基因组》PPT课件.ppt

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,-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(monocistronic 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),21,一、病毒基因组,DNA病毒 RNA病毒,（一）基本结构,多数为双链(ds)、环状或线性,多数为单链(ss)、线性,22,（二）RNA病毒基因组,类型 特点 代表种类,23,1.单股正链RNA病毒,SARS冠状病毒 SARS coronavirus,24,单股正链RNA、不分节段， 5端有甲基化帽， 3端有poly(A)结构。,脊髓灰质炎病毒、鼻病毒、 多数RNA噬菌体、冠状病毒,25,.,禽流感病毒(H5N1) avian influenza A virus,2.单股负链RNA病毒,26,单股负链RNA、8节段，均编码蛋白质， 5端由相同的13个核苷酸组成， 3端有12个保守的核苷酸序列。,流感病毒、滤泡性口腔炎病毒、 狂犬病毒,27,3.双链RNA病毒,内衣壳蛋白,外衣壳蛋白,28,正负双链RNA，1012节段、 每段编码一个蛋白质,呼肠孤病毒、轮状病毒、 噬菌体6,29,4.逆转录病毒(retrovirus),核心蛋白 逆转录酶 膜蛋白,poly(A),Cap,人类免疫缺陷病毒（HIV）,30,单股正链RNA，有三个基本的结构 基因：gag、pol（逆转录酶）、env，,白血病病毒、肉瘤病毒、 人类免疫缺陷病毒,5端有甲基化帽，3端有poly(A)， 另有多个基因表达调控位点。,31,（三）DNA病毒基因组,类型 特点 代表种类,32,1.线性双链DNA病毒,早期蛋白（E） 晚期蛋白（L）,33,反向末端重复序列 （inverted terminal repeat，ITR） AT丰富区保守序列：ATAATATACC GC丰富区保守序列：GGGCGG,TGACGT 在病毒复制过程有重要作用,基因组：线性双链DNA，编码两大类蛋白 早期蛋白（E）、晚期蛋白（L）,34,2.双链环状DNA病毒,衣壳蛋白,DNA复制,膜信号蛋白,组装与释放,中断细胞生长周期,上游调节区转录 与复制,35,基因组：双链环状DNA， 可分为早期区（E）、晚期区（L）、 上游调节区（upstream regulatory region, URR） 调节转录与复制,36,3.单链环状DNA病毒,37,乙型肝炎病毒（HBV）,4. 开环部分双链DNA病毒,38,乙型肝炎病毒（HBV）,HBeAg,开环部分双链DNA病毒,39,二、原核生物基因组,以大肠杆菌（Escherichia coli）为例,40,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,41,大肠杆菌染色体结构,42,（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,大肠杆菌染色体DNA,43,(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,44,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:,45,（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 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；,46,4.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,47,5.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,48,（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,49,复制起始区（OriC）,50,大肠杆菌强启动子,TTGAC TATAAT 转录起始,51,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,52,（五）具有转座现象,Barbara McClintock 1902-1992,转座，或称移位（transposition）： 转座因子在基因组 不同位置间的移动。,53,1.转座因子的类别,转座酶,(1)插入序列（insertion sequence,Is） 小于2000bp，只有转座相关基因,54,(2) 转座子（transposon，Tn） 2-20kb，常带有抗性基因等其它基因,氨苄青霉素抗性,四环素抗性,55,(3) Mu噬菌体（Mu）,56,切离是转座因子从原来位置上切除并转移到基因组新的位置,转座是转座因子复制出一个新拷贝转移到基因组新的位置,2.转座因子的遗传效应,供体DNA,转座子,受体DNA,复制和转座,新的DNA,切除和连接,57,转座的结果使靶点序列倍增,促使染色体畸变,58,共合体,复制子1,复制子2,转座子可以使供体和受体复制子融合，形成共合体， 解离后释放出两个复制子，每一个都带有一个转座子。,可形成共合体,融合,59,引起插入突变,60,携带标志基因使受体增添新基因,氨苄青霉素抗性,四环素抗性,61,（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。,62,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。,63,三真核生物基因组,64,人类基因组染色体,（一）染色体DNA的组成,核小体,65,1. 单一序列DNA （unique sequence DNA ）,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),66,2. 高度重复序列DNA （highly repetitive DNA）,重复次数106次,67,（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。,68,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。,69,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：（TTAGGG）n，2-20 kb， 染色体复制，末端保护。,核心序列 GGGCAGGAXG；,70,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。,71,（2）. 反向重复序列,5AAACCACCGCTGGTAGCGGTGGTTT3 3TTTGGTGGCGACCATCGCCACCAAA5,5AAACCACCGCTAGCGGTGGTTT33TTTGGTGGCGATCGCCACCAAA5,回文结构,两个顺序列相同的拷贝在DNA链上呈反向排列。在基因组中约占5，常见于基因调控区。,72,3.中度重复序列:,重复次数10-105，约占基因组的35,73,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。,74,（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）,75,2. 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。,76,(三) 多基因家族（multigene family）,