断裂基因与重叠基因.doc

第五节 断裂基因与重叠基因一、外显子与内含子1、基本概念断裂基因：一个基因往往由几个互不相邻的段落组成，它们内部被长达数百个乃至上千个核苷酸对的间隔序列所隔开。外显子：将DNA序列中被转录成为mRNA的片段称为外显子（exon或extron）。内含子：而在成熟mRNA上未反应出的DNA区段称为内含子（intron）。2、断裂基因的结构自从1977年开始在猴类病毒SV40和腺病毒（adenovirus）中发现断裂基因以后，目前在珠蛋白基因、卵清蛋白基因、免疫球蛋白基因、tRNA基因、rRNA基因均是具有这种间隔顺序的断裂基因。在一个DNA片段中，往往由数个外显子和内含子组成，在转录时，外显子转录成为mRNA，而内含子不进行转录。例如卵清蛋白基因含有7个内含子，从而将基因分隔为7个外显子，此外还有一个前导序列（图4-8）。Gilbert认为基因是由被表达的外显子镶嵌在沉默的内含子中的一种嵌合体，而且内含子的核苷酸数量可比外显子多510倍。高等真核生物的基因多数都有内含子，只有少数基因没有内含子。原核生物的基因一般没有内含子。二、断裂基因的意义有利于储存较多的信息，增加信息量：一般说，一个基因只转录出一种mRNA，但是一些断裂基因以不同的剪接方式可以产生两种以至多种mRNA，于是编码不同功能的多肽。有利于变异和进化：虽然单个碱基的改变有时可以引起氨基酸的变更而造成蛋白质的变化，但是很难产生重大改变而形成新的蛋白质。更何况如这些单个碱基突变发生在密码子第三位上往往是沉默的，于是大大地降低了突变的效应。而在断裂基因中如果突变发生在内含子与外显子结合部位，那么就会造成剪接方式的改变，结果使蛋白质结构发生大幅度的变化，从而加速进化。增加重组机率：内含子有可能不断地增减造成新的剪接方式，一方面形成新的基因，另一方面在剪接过程中无疑地会增加重组频率；同时在断裂基因中，由于内含子的存在，基因长度增加，于是也增加了重组频率。可能是基因调控装置：内含子可能在基因表达中有一定的调控作用，在基因转录水平上以及在合成了mRNA以后的加工过程中起着调控基因表达的作用。三、重叠基因的发现与重叠方式1、重叠基因的概念重叠基因是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分。这是英国剑桥分子生物学家Sanger（1978）分析了X174DNA全序列后，发现它只有5386个核苷酸却组成了9个基因，而这9个基因编码了2000个氨基酸，按三联体密码子的原则应有6000个核苷酸，而实际数和理论数却相差614个核苷酸，这是什么原因呢？还是Sanger实验室的Barrell等发现X174基因组中有些密码是重读的，也就是重叠密码，从而形成重叠基因（表4-2）。2、重叠方式大基因之内包含小基因 例如X174的B基因完全包含在A基因之内；E基因完全在D基因之内，由于它们密码读框不同而得到不同的蛋白质（图4-9）。前后两个基因首尾重叠 例如D基因的终止密码子最后一个核苷酸是下一个J基因起始密码子的第一个核苷酸；还有前后重叠两个核苷酸的，如A基因与C基因之间就重叠了两个核苷酸。3个基因之间三重重叠 上面两种重叠方式都只涉及2个基因之间的二重重叠。Shaw（1978）对噬菌体G4核苷酸序列分析时发现3个基因间的三重重叠。反向重叠 DNA双链都转录，密码读框相同，但方向不同，所以形成不同的蛋白质。不过这两者的转录是相互干扰的，因此其表达往往是一强一弱。重叠