基因的概念及结构ppt课件.ppt

第二章基因的概念和结构一 孟德尔的 遗传因子 生物性状的遗传符号 二 基因 位于染色体上的遗传功能单位 1909年 约翰逊首创了 基因 一词 用来代替孟德尔的遗传因子 1926年 摩尔根提出基因的 三位一体 的概念 即基因是决定性状的最小单位 突变的最小单位 重组的最小单位 1 等位基因一对同源染色体同一基因座上的一对基因称为一对等位基因 1 等位基因之间存在着显隐性关系 1 完全显性 2 不完全显性 3 共显性2 复等位基因一个群体中 一对同源染色体的同一基因座上有2个以上的等位基因 例如 1 果蝇的眼色基因用w代表果蝇的眼色基因 则 2 3 2 ABO血型系统人类的ABO血型是由三个复等位基因IA IB i控制 IA IB对i为显性 IA IB之间为共显性 因此 A型血的个体 基因型可能为IAIA IAi B型血的个体 基因型可能为IBIB IBi AB型血的个体 基因型只能为IAIB O型血的个体 基因型只能为ii 为显性 4 人白细胞抗原 HLA 主要组织相容性抗原系统 主要组织相容性复合体基因 MHC 人类的MHC又称HLA 位于第6号染色体短臂上 长约4000Kb 按结构功能和组织分布情况的不同可分为三类 a HLA 类基因在远离着丝粒2000 4000Kb范围内 有A B C E F G H J等基因座 每个基因座又有几十个以上的等位基因 P41表3 3 5 6 HLA 类基因在近着丝粒的1000Kb范围内 主要有DQ DR DP等基因座 每个基因座又有几个 上百个基因 P41表3 3 HLA 类基因在近着丝粒处1000Kb 2000Kb范围内 位于HLA 和HLA 基因之间 该区已发现60多个基因座 HLA是目前已发现的最复杂的复等位基因系统 对于每一个基因座上的复等位基因 它们之间均为共显性 7 对于每一个人的某一条6号染色体 HLA各基因座紧密连锁 就构成了单倍型或单元型 HLA是以单倍型方式遗传给下一代的 同卵双生子之间 HLA单倍型完全相同 兄弟姐妹之间 两个单倍型可能相同 也可能不同 通常情况下是一个相同 一个不同 8 三 顺反子 一个基因一条多肽1957年 Benzer以大肠杆菌T4噬菌体为材料 研究了基因内部的精细结构 提出了顺反子 突变子 重组子的概念 1 T4噬菌体简介T4噬菌体为T 偶列噬菌体之一 基因组为165Kb的双链DNA分子 包括160个基因 宿主为E coli 1 形态特征 2 环状遗传学图 9 10 11 2 顺反子 cistron 突变子 muton 重组子 recon 通过实验和推导 Benzer提出了顺反子 突变子 重组子的概念 顺反子是一个遗传功能单位 一个顺反子决定一条多肽链 顺反子即是基因的同义语 一个顺反子内可以包含一系列突变单位 突变子 各突变子之间可以发生重组 顺反子内也有一系列的重组单位 重组子 12 2 重组 recombination 实验和互补 complemetation 实验 1 重组实验测定两个突变位点之间的距离关系的实验 重组频率 2 野生型噬菌斑数 100 噬菌斑总数 2 互补实验确定两个突变之间的功能关系 判断两个突变是位于同一基因内的突变还是两个基因内的突变 13 14 基因的顺反子测试示意图 在反式测验中 如两个突变之间能互补 则表明两个突变是位于两个基因 顺反子 内的突变 如两个突变之间不能互补 则表明两个突变是位于同一个基因内的突变 15 四 操纵子 operon 遗传信息传递和表达调控的统一体 1961 法国科学家F Jacob和J Monod提出了大肠杆菌乳糖操纵子模型 16 操纵子模型的提出表明 基因不仅是传递遗传信息的载体 同时又具有调节其它基因表达活性的功能 基因不仅在结构上可分 功能上也可分 操纵子 operon 指几个功能上相近或相关的结构基因排列在一起 由一个共同的启动子 操纵子或其它调控序列来调控这些基因的转录 包括这些结构基因和控制区的整个核苷酸序列就称为操纵子 17 1 乳糖操纵子 lac operon 18 乳糖操纵子的研究进展 1 调控区的DNA序列 19 启动子 promoter 位于调节基因LacI末端与结构基因LacZYAmRNA转录起始位点之间 长度约为82bp的一段DNA序列 a RNA聚合酶识别和结合部位 10区 序列特征5 TATGTT 3 35区 序列特征5 TTTACA 3 b CAP结合位点 70至 50区CAP cataboliteactivatorprotein 分解代谢物激活蛋白 正调控蛋白 cAMP CAP复合物 20 CAP cAMP复合物激活Lac启动子的机制 21 大肠杆菌的葡萄糖效应 22 23 b 操纵子 operator 5 28区 与启动子重叠 2 基因家族 genefamily 基因簇 genecluster 假基因 pseudsgene 真核生物基因组中来源相同 结构相似 功能相关的一组基因称为基因家族 例如 1 5sRNA基因家族由结构相同的数个基因以串联方式重复排列 基因与基因间由中度重复序列间隔开来 24 2 血红蛋白基因家族血红蛋白基因家族由 等基因组成 类 链基因簇 由 成串排列在一起构成 位于11号染色体上 其表达时间顺序为 类 链基因簇 由 成串排列在一起构成 位于16号染色体上 其表达时间顺序为 假基因 来源于相应的有功能的基因 由于某种突变而失去原有的功能的基因 用 表示 25 五 外显子和内含子 基因的结构是断裂的 断裂基因interruptedgene 原核生物的结构基因绝大多数是连续的 而真核生物的编码序列是不连续的 1 实验证明非编码序列的存在1977 Flavell和Jeffreys兔 珠蛋白基因的mRNAcDNA同位数标记cDNA与 珠蛋白基因杂交 结果 珠蛋白基因片段 cDNA片段Chambon鸡卵清蛋白mRNAcDNA卵清蛋白基因杂交电镜观察异源双链体 26 27 cDNA 28 2 断裂基因中外显子保守 内含子可变 DHRF基因在哺乳类不同物种中外显子和内含子情况 29 3 RNA剪接 1 直接切割连接pre tRNA内含子 2 通过转酯作用实现剪接 3 可变剪接 alternativesplicing 一个基因产生不止一种类型的mRNA 称为可变剪接 例如 与果蝇性别有关的基因dsx 其mRNA在雌蝇和雄蝇中剪接方式不同 4 内含子的类型P53 30 六 重叠基因 overlappinggene 1977 Sanger 噬菌体 x174各基因的功能 A DNA单链合成和双链的复制 B C D 单链的合成和 或 包装 F G H 噬菌体衣壳的结构蛋白 J 参与病毒颗粒构成的一种小的碱性蛋白 K 产物未知 E 细胞裂解 31 重叠方式 1 基因套基因如 x174基因组中 B基因含在A基因中 E基因含在D基因中 但起始密码子不同 密码的阅读框不同 2 部分重叠上游基因的终止密码子和下游基因的起始密码子重叠 如 基因D终止 x174DNA序列 T A A T G 基因J起始 32 基因A终止 x174DNA序列 A T G A 基因C起始 3 三个基因重叠1978 Shaw 噬菌体G4 G4DNA序列 T T C T G A T G A A A 基因B基因A基因K 33 七 转座元件 基因并不全是固定在染色体的一个位置上 1 DNADNA的转座元件1 玉米的Ac Ds系统1950 B McClintock 34 Ac 为可自主移动的调节因子 全长4 5Kb 含有5个外显子 编码转座酶 两端具有11bp的反向重复序列 IR Ds 来源于Ac 由Ac转座酶基因缺失形成 Ds不能自主转座 只有在Ac存在时 Ds才能转座 Ds全长0 4 4Kb 两端同样具有11bp的反向重复序列 IR 35 36 Ac Ds系统产生的遗传学效应 37 2 插入序列 Insertionsequence IS 1 插入序列的结构 2 IS插入靶位点的示意图 3 一些IS的类型与结构 4 IS的遗传学特征 P59 38 39 3 转座子 Transposon Tn 1 Tn的结构 40 41 2 转座模型a 剪 粘型转座 cut and pastetransposition 又叫简单插入转座 是一种非复制转座 Tn5 Tn10均以此方式转座 42 43 b 保守型转座 conservationtransposition 非复制转座的一种 44 c 复制型转座 replicativetransposition 在复制转座的过程中 转座子被复制 一个拷贝留在供体原位 另一个拷贝插入受体新位点 45 46 3 转座的遗传效应a 插入突变b 基因重排 47 4 果蝇的P因子 Pelement 1 果蝇中P品系与M品系杂交中 杂种劣育现象 2 P因子的结构与细菌的转座子 Tn 非常相似 48 P因子全2907bp两端具有33bp的反向重复序列 IR b P因子有4个编区 外显子0 1 2 3 3个内含子 1 2 3 49 3 P因子与杂种劣育 无转座 可育 转座 不育 无转座 可育 50 二 RNA介导的转座元件 反转录转座 retroposon存在于真核生物中 种类复杂 根据其结构和组成 可分为两类 病毒超家族 viralsuperfamily 能编码转座酶或整合酶 能自主地进行转座 如 酵母Ty转座成分 果蝇copia因子 哺乳动物 LINE1以及所有的还原病毒 非病毒超家族 nonviralsuperfamily 自身没有转座酶或整合酶的编码能力 依靠细胞内的酶系统作用下进行转座 如 SINE等 51 1 Ty transposoninyeast 转座元件 1 Ty的分子结构 LTR LTR 52 2 Ty因子的转录和翻译 3 Ty因子的转座的机制实验证明Ty为RNA介导的反转录转座 4 Ty转座的遗传效应a插入失活b增强效应cDNA重排 53 54 2 果蝇的copia因子 P75 反转录转座子 转座子 转座子 55 3 LINEsL1长散在重复序列 Longintersper