[农学]现代遗传学6基因的概念和结构.ppt

第六章基因的概念和结构 复等位基因 multiplealleles 顺反子 cistron 超基因 supergene 假基因 pseudogene 可动基因 mobilegene 染色体外基因 第一节基因的概念与发展 一 发展历程1 1865年Mendel 遗传因子2 1909年丹麦Johanssen 基因3 1910年 40年代Morgan等认为基因是三合一体 即基因既是一个功能单位 也是一个突变单位和一个交换单位 4 1944年Avery首次证实基因是由DNA构成 及1953年DNA双螺旋模型的提出 人们认为基因是具有一定遗传效应的DNA片段 5 1955年 Benzer通过顺反互补实验发现一个基因内部的许多位点上可以发生突变 并且可能在这些位点间发生交换 说明一个基因并不是一个突变单位和一个交换单位 6 操纵子的发现修正了有一个基因就有一条多肽或决定一个蛋白质功能的就是基因的说法 1944年Beadle研究脉胞菌突变 提出一基因一酶学说 后来研究血红蛋白时发现蛋白质可由不同肽链组成 而突变只影响一条肽链 提出了一基因一多肽学说 60年代 Jacod和Monod研究细菌基因调控时发现基因是可分的 功能上是有差别的 结构基因 决定合成某种蛋白质调节基因 编码阻遏或激活结构基因转录的蛋白质基因无翻译产物的基因7 新的发现 断裂基因 重叠基因 跳跃基因比较DNA序列和成熟mRNA 内含子和外显子 基因是实体 它的物质基础是DNA 或RNA 基因是具有一定遗传效应的DNA分子中的特定核苷酸序列 基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据 基因是可分的按原初功能 基因的产物 基因可分为编码蛋白质的基因 结构基因 调节基因 无翻译产物的基因 如rDNA tDNA SnDNA 不转录的DNA区段 如启动子 操纵基因等 二 基因概念的发展 初期的基因概念 最初由孟德尔的杂交试验提出 遗传因子 1900年W Johanson丹麦 首先使用 后来 称为基因 此时为一逻辑推理产物 是一种与生物状状相应的符号 无实质内容 基因与染色体的关系 摩尔根 Morgan 通过对果绳各种突变体的研究 阐明了连锁交换规律和伴性遗传 并进一步推理出基因在染色体上呈直线排列 因此基因是一种化学实体 并决定性状 通过对各种遗传性状的研究 认为基因是决定遗传性状的功能单位是实变和重组的最小单位 1944年 O T Avery等通过肺炎球菌的转化实验 证实了基因的本质为DNA 为DNA上的功能单位 1953年 J D Watson F H Crick根据对DNA化学的研究 提出DNA结构的右手双螺旋模型 基因的本质 DNA 顺反子概念的提出1955年 S Benzer通过对T4噬菌体精细结构的研究提出了顺反子 Cistron 突变子 muton 和重组子 recon 的概念 顺反子 为一种多肽链编码的核苷酸序列 是一个功能单位 经进一步研究证明 突变子和重组子均为一核苷酸对 顺反子学说否定了一个基因一个酶的假说 因而也否定了基因是决定遗传性状的功能单位 突变和重组的最小单位等概念 从基因的产物来看 基因概念经历了从性状 酶 多肽链的发展过程 基因的分子生物学定义 基因是编码有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核苷序列 包含 编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列 转录所必须的调控序列 编码区上游区域的非编码序列 内含子 编码区下游区域的非编码序列 基因的不连续性 在1977年以前 都认为基因是一种为蛋白质或多肽编码的连续的核苷酸序列 因为当时对基因各种精细结构的研究都是从原核生物开始的 而在原核基因中很少有基因是间断的 后来在对真核生物基因进行研究时经常发现 真核基因比其相应的mRNA长得多 开始也未认为真核基因是间断的 因为真核基因在表达方面存在明显的时空特异性 因此认为基因的一端或两端存在一些不转录的序列 但对基因表达的调节具有重要作用的序列 但从核RNA hnRNA 和mRNA的大小进行比较发现 核RNA比相应的mRNA长 而与真核基因的大小相似 因此有一部分序列在初始转录中存在 而在mRNA从核转运到胞质之前被除去了 也即是说真核基因中存在着一些可能被转录但不为蛋白质或多肽编码的序列 真核基因是间断 随着对真核基因的深入研究 现已发现 绝大多数真核基因都是间断的 包括外显子 exon 和内含子 intron 两个大的部分 基因结构 基因的不同类型 结构基因 为蛋白质或RNA编码的基因 其产物为酶促反应的有关的功细胞组分 它不影响其它基因的表达 调节基因 为RNA或蛋白质编码的基因 但其产物的主要作用是调节其它基因的表达 操纵基因 无编码产物的一段DNA序列为DNA阻碍蛋白或其它调节因子的结合位点 当该位点被相应的蛋白质结合后影响从邻近基因启动子的转录起始 也要曾使用启动基因 但与操纵基因相似不编码相应产物 现在称为启动子 功能性基因 functionalgene 基因家族中 仍然为蛋白质或RNA编码的家族成员称 假基因 Pseudogene 基因家族中已不为蛋白质或RNA编码的家族成员 第二节复等位基因 multiplealleles 复等位基因 一个群体中 一对同源染色体的同一基因座上存在着2个以上的等位基因 这就是复等位基因 multiplegene 复等位基因是生物遗传多态性在遗传上的直接原因 几个概念 野生型 自然界中常见的基因型和表型非等位基因之间的相互作用互补基因 抑制基因 上位效应 书37页 一个2倍体的正常细胞最多只能有复等位基因中的2个 2个等位基因 可以组成3种基因型3个等位基因 可以组成6种基因型4个等位基因 可以组成10种基因型n个等位基因 可以组成n n n 1 2种基因型 其中纯合体为n个 杂合体为n n 1 2个 血液成分 抗凝离心处理 上层成分 血浆 抗体 蛋白质中层成分 白细胞 血小板下层成分 红细胞不抗凝处理上层成分 血清 抗体 无纤维蛋白原下层成分 红细胞 白细胞 血小板 血型遗传学 1667年法国Denys首次把羊血输给病人 1818年英国Blundell首次人之间输 1900年奥地利Landsteiner发现了ABO血型系统1926年奥地利Landsteiner发现了MN血型系统1927年奥地利Landsteiner发现了P血型1939年奥地利Landsteiner发现了Rh血型 ABO血型系统的抗原与抗体 A抗原A抗体B抗原B抗体A血型 B血型 AB血型 O血型 ABO血型系统遗传方式 IA IB i 这些基因编码特定的红细胞抗原A血型 IAIA IAiB血型 IBIB IBiAB血型 IAIBO血型 ii ABO血型系统遗传方式 一对分别都是AB血型的夫妻 所生的子女A型AB型B型 某一人群B血型占0 45 O血型占0 36 计算该群体中A和AB血型的比例 估测人群中血型比例 设IA基因的频率为P IB基因的频率为Q I的基因频率为r A型人的比率为A O型人的比率为O O r2r A OA O p2 2pr r2 p r 2 1 q 21 q A OQ 1 A OP 1 q r ABO血型的遗传特例 ABOAOAB 孟买血型 1952年在印度孟买市发现 在我国极其稀有 有这种血型的人在全国所占的比率仅为十几万分之一 国内仅有约30例报道 正因为 类孟买血型 非常珍稀 其价值和意义也就尤显重大 其红细胞上没有或有少量 抗原而无 抗原 血清中除有抗 抗 抗体外 尚有抗 抗体 唾液中有 物质 这种血型的人需要输血时有 个途径 自身储血 亲属间同型互助 他人捐献 ABO血型系统遗传方式 前体H物质 抗原B抗原无抗原双亲血型基因型 HhAoXHhBo子女血型基因型 hhBoXHHAAHhAB ABO血型系统遗传方式 特例 临床中发现有一位病人在验血中确定为B血型 在接受O型血的输血后 引起凝血反应 在对供血者血液重新检测时发现 其血细胞在与抗A血清反应时 初时无反应 2个小时后呈凝集反应 所以确定供血者为A型 而不是O型 ABO血型系统遗传分析 ZHA抗原前提B抗原z无抗原hSeH孟买型类孟买型seHA B抗原H h 无抗原无抗原 有一犯罪嫌疑人在犯罪现场留下的唾液鉴定血型是O型 但是在重点检查某一嫌疑人时 检测出该人的血型是B型 在其它举证都确凿的情况下 已经确认该人是犯罪人 为什么会出现体液与血液血型不一致的现象 A基因座的多态 A1A2A血型的基因型 A1A1 A2A2 A1A2 A1O A2O 杂合子基因的衰退作用 A 80万B 75万AB 各42万血型的表型改变病人住院时检测为B血型 出院以后为O型 消化道E coliK12感染 产生类B抗原物质 ABO血型的异常遗传现象 有一AB血型男子与O血型女子结婚 生了一个O型孩子 分析其原因 CISAB9q34同源染色体不等交换 ABO血型的新生儿溶血症 O血型的母亲怀有A B AB型血型的胎儿 在母亲胎盘异常情况下 临产时会出现母亲的抗体进入新生儿血液中 与婴儿的抗原产生免疫反应 造成婴儿溶血 Rh血型的遗传机制 恒河猴红细胞 Rhesusmonkeys抗原 免疫家兔兔抗猴血清检测人红细胞 85 产生凝集反应15 无凝集反应定名恒河猴红细胞抗原为Rh抗原 1952年Murray发现动物的Rh抗血清与人类的Rh抗原不反应 提出动物与人的抗原是两种不同抗原 1963年定名 人类为Rh抗原 动物为LW抗原 Rh血型的新生儿溶血症 Rh阳性血型的红细胞带有Rh抗原 无抗体 Rh阴性血型的红细胞没有Rh抗原 有抗体Rh阴性血型的母亲怀有Rh阳性血型的胎儿 在母亲胎盘异常情况下 临产时会出现母亲的抗体进入新生儿血液中 与婴儿的抗原产生免疫反应 造成婴儿溶血 Rh血型的遗传机制 Rh抗原受控与3个紧密连锁的基因座 Cc Dd Ee 以单倍型方式传递 当D基因存在时 为Rh阳性 d基因没有相应的抗原 是Rh阴性血型 单倍型 一条染色体上的基因组成 CDE CDe CdE Cde cDE cDe cdE cde Rh血型的遗传机制 例题 具有CcDEe抗原的个体 可能由哪些基因型组成 CDE cDe CDe cDE CdE cDe CDE cde CDe cdE Rh血型的遗传机制 复合抗原 ce复合抗原 CE复合抗原 cE复合抗原 当ce基因在一个单倍型上时 会出现ce复合抗原 其抗体可与CDE cDe的细胞反应 如果母亲具有C D E抗原 父亲具有c E e抗原 子女可能的表型是什么 如果子女中有一个具有CcDEe抗原 怎样推测他的单倍型和基因型 CDE CdE CDE CDE XcdE cde Rh血型的遗传机制 表型为Rh阴性的母亲与Rh阴性的父亲生有一女和一子 女儿为Rh阴性 抗原与父亲相同为c e 儿子是Rh阳性 抗原是C D e 分析其遗传机制 母亲CDe cde父亲cde cde女儿cde cde儿子CDe cdeX1前体D有Rh抗原X0无前体D无Rh抗原母亲 X0X0CDe cde 无D抗原 是Rh阴性 父亲 X1X1cde cde 无D抗原 是Rh阴性 女儿 X1X0cde cde 无D抗原 是Rh阴性 儿子 X1X0CDe cde 有D抗原 是Rh阳性 MN血型的遗传分析 人群中存在着MN血型系统 受M和N两个基因控制 并显性 MNMMMMNNMNNN MN血型的遗传分析 MNSs是紧密连锁的血型基因单倍型是 MS NS Ms Ns基因型有10种 MS NS Ms NsMS S Ms s S NS s NsMS NS sM Ms Ns MN血型的遗传分析 用M和N血清检查一个家庭 确定父亲基因型是NN 母亲是MM 儿子是MM 结论 儿子不是该夫妻的亲生孩子 但是其它血型和方法证明孩子的确是亲生的 发现了Mg抗原亚型 Mg抗体不能与M抗原反应 检测结果 父亲表型是具有Mg和N抗原 基因型是MgN 儿子基因型是MgM Xg血型的遗传分析 Xg抗原是目前发现的第一个与性别有关的抗原基因 Xga有Xg抗原Xg无Xg抗原Xga对Xg显性 Xg血型的遗传分析 Xg抗原XgaXgXga 人类白细胞抗原 hunmanlecucocyantigen HLA 生物体对异种移植或同种异体移植物常发生排斥作用 GVHR 异体移植的免疫作用 抗宿主反应 受体抗原 供体抗体排斥反应 受体抗体 供体抗原主要组织相容性抗原系统 majorhistocompatibilityantigensystem 主要组织相容性复合体基因 majorhistocompatibilitycomplexgene MHC 次要组织相容性系统 minorhistocompatibilityantigensystem HLA的遗传机制 主要组织相容性抗原按免疫性分为三类 第一类 移植抗原 transplantationantigen 位于T淋巴细胞上 编码基因为 HLA A B 第二类 免疫反应的信息传递抗原 编码基因为 HLA DR DQ DZ DODP第三类 补体蛋白 与抗原 抗体复合物作用 编码基因为 HLA C2 C4 Bf同一条染色体上的基因组成被称为单倍型 haplotype 抗宿主反应 受体抗原 供体抗体排斥反应 受体抗体 供体抗原主要组织相容性抗原系统 majorhistocompatibilityantigensystem 主要组织相容性复合体基因 majorhistocompatibilitycomplexgene MHC 白细胞抗原基因连锁图 HLA6p21 23 DPDQDRC4C2BCA411232125155第II类第三类第一类一组功能相近 紧密连锁的基因 称为超基因 Supergene 白细胞抗原的基因 HLA AHLA BHLA CHLA DRHLA DQHLA DPA1B5Cw1DR1DQ1DPw1A2B7Cw2DR2DQ2DPw2A3B8Cw3DR3DQ3DPw3A9B12Cw4DR4 DPw4A11B13Cw5DR5 Aw19B14Cw6DRw6Aw33Bw22Cw7DR7Aw36Bw59Cw8DRw8 白细胞抗原的分型 淋巴细胞毒试验 HLA A B C抗原来源于T淋巴细胞 HLA DR DQ来源B淋巴细胞 抗血清来源于孕妇 由于胎母HLA不合 母亲产生抗体 或免疫抗血清分型 纯合子分型细胞分型 HDC 由于HLA D抗原不同 引起混合淋巴细胞增殖 MLR 用已知D抗原的纯合子分型淋巴细胞 检测待测细胞是否反应 可作分型 预处理淋巴细胞分型 PLT 根据同抗原细胞不反应原理 预处理两种细胞后 得到识别HLA DP抗原的能力 可作分型 白细胞抗原的基因分布 HLA A白人黑人黄种人A10 150 03 A20 260 150 30A30 120 070 01A110 060 010 25A250 02 白人抗原Aw43 0 01 南非黑人抗原Aw36 0 02 黑人人抗原 白细胞抗原的基因分布 HLA B白人黑人黄种人Bw40 410 410 35B70 090 090 02B130 030 010 03B380 03 0 02Bw450 040 04 Bw46 0 05黄种人抗原 白细胞抗原的基因分布 强关联 连锁基因实际出现的频率的大于理论频率的现象A26B38A2Bw46犹太人单倍型黄种人单倍型Bw45在黄种人中极少 在美洲的印第安人 爱斯基摩人等人群中 该抗原也极少 推测与种族的起源有关 白细胞抗原与人类疾病 B27抗原与强直性脊椎炎强关联 患者中90 以上都是B27抗原 如果一个人有50 的可能是强直性脊椎炎 检查他的白细胞抗原 有B27抗原 他的患病的机会就大大增高 反之 则减少有病的可能性 白细胞抗原的单倍型分析 父抗原 A2 A11 B13 Bw46母抗原 A3 A9 B5 B7子1抗原 A2A3B7Bw46子2抗原 A11A9B5B13子3抗原 A2A9B5Bw46子4抗原 A3A11B7B13子5抗原 A3A11B7Bw46 第三节顺反子 cistron 早期的基因概念 基因是一个功能单位 重组单位 突变单位 三位一体 发展的基因概念 基因是一个功能单位 基因内部可突变和重组 一个基因就是一个顺反子 基因的顺式和反式排列 Fig15 10Thearrangementofgeneticmarkersincisandtransheterozygotes 2003JohnWileyandSonsPublishers Fig15 11Thecis transpositioneffectobservedbyEdwardLewiswiththeaprandwmutationsofDrosophila Fig15 12Thecistest 如何判断突变是在一个顺反子内还是2个不同的非等位基因 a1a1xa2a2a1a1xa2a2突变型突变型突变型突变型a1a2突变型a1a2突变型突变型野生型突变型同一顺反子的不同位点同一顺反子的相同位点如果F1代是野生型 说明a1 a2是两个非等位基因 Fig15 16Intrageniccomplementationsometimesoccurswhentheactiveformofanenzymeorstructuralproteinisamultimerthatcontainsatleasttwocopiesofanyonegeneproduct 2003JohnWileyandSonsPublishers 顺反子 是一个遗传单位 一个顺反子决定一个多肽链突变子 是DNA中构成基因的一个或若干个核苷酸重组子 重组子代表一个空间单位 它有起点和终点 可以是若干个密码子的重组 也可以是单个核苷酸的互换 操纵子 操纵基因 operon 与由它操纵的几个结构基因连锁在一起 几个结构基因由一个启动子转录成为一个mRNA分子 然后翻译成为几种蛋白质 这样的结构称为一个操纵子 乳糖操纵子 包括3个结构基因 半乳糖苷酶 乳糖透性酶 乙酰化酶 lac操纵子模型的内容 1 lacEYA转录为一多顺反子mRNA 2 启动子位于调节基因 lacI 和操纵基因 oporater 之间而启动子不能单独起始mRNA的合成 3 操纵基因为阻遏物 lacI产物 结合位点 4 当阻遏制物与操纵基因结合时lacmRNA转录起始受到抑制 5 在诱导物存在时 诱导物与阻遏物结合 改变阻遏物构象使之不能与操纵基因结合因此起始lacmRNA合成 Repressormaintainsthelacoperonintheinactiveconditionbybindingtotheoperator additionofinducerreleasestherepressor andtherebyallowsRNApolymerasetoinitiatetranscription 超基因 真核生物中的超基因结构超基因 supergene 是指作用于一种性状或作用于一系列相关性状的几个紧密连锁的基因 基因家族 真核生物中由同一祖先基因在进化过程中经突变 重复和倒位等演变而成的具有相同或相似作用的所有基因 称基因家族 这些基因家族或成员可位于同一染色体式不同染色体上 如脊椎动物的血红蛋白基因 血红蛋白为四聚体 由两条a链和两条 链组成 在不同发育阶段血红蛋白的组成不同 发育阶段血红蛋白的组成胚胎期 8周 2 2 2 2 2 2胎儿期 3 9月 2 2成人期 出生后 2 2 2 2 类 基因包括 1 2 类 基因包括 Gr Ar 在类 基因中 首先是 表达不久即被 取代 在类 基因中 首先是 和 表达 不久即被 和 取代 在成体中 2 2占成体血红蛋白的97 2 2约占2 而 2 2则约为胎儿的1 类 和类 基因在染色体的排列 GrAr 基因簇 指基因家族的成员以串联重复方式排列在一起或不同家族的成员构成一重复单位 以串联重复方式排列在一起 如上述 及rDNA 原核 5SRNA 16SRNA 23SRNA 真核 5 8SRNA 18SRNA 28SRNA tRNA簇 假基因 pseudogene 在基因家族中与功能基因相似的序列 但有许多突变以致于失去了原有的功能 假基因是没有功能的基因 在爪蟾5S基因 珠蛋白基因簇 免疫球蛋白基因簇及组织相容性抗原基因簇中都发现有假基因 真核生物的断裂基因 断裂基因的发现1 1977年Flavell和Jeffreys用兔珠蛋白基因cDNA与DNA杂交2 同年Chambon用鸡卵清蛋白的杂交真核生物的基因是断裂的 基因的可变剪切 黑腹果蝇tra基因 果蝇的dsx基因 肌钙蛋白T基因 promoterexon1exon2exon3exon4exon5terminatorA 利用不同的启动子 例 鸡的强心肌和砂囊肌 B 利用不同的终止子 鼠降钙素基因 C 改变拼接方式 例鼠鸡钙蛋白T 123451235 同一DNA序列可编码多种蛋白质 利用不同的启动子 有时基因不止一个启动子 或启动子中的不同成分可独立起始转录 只是效率不同 因此可转录产生不同的mRNA 利用不同的终止子 与启动子的情况类似改变拼接方式 将不同的外显子拼接在一起 可产生不同mRNA 抗原 抗体 上述情况如下图所示 第四节重叠基因 overlappinggene 1973年Weiner研究RNA病毒Q 时的发现1977年Sanger X174Phage5387bp实际编码的蛋白质比预期要多提出了重叠基因概念 基因转录起始点不同 但是共用同一段DNA序列或几个核苷酸的不同基因 SV40病毒中也有重叠基因 真核生物也有重叠基因 果蝇人秀丽新小杆线虫 第五节可动基因 mobilegene 可动基因的概念 在染色体体上的位置是可以移动的基因被称为可移动基因 也可以称为转座元件或转座因子 Transposableelement 转座同易位的概念区别 书56 57页 生物中的转座成分插入序列insertedsequence IS转座子transposon Tn转座噬菌体mutatorphage Mu 可动基因 mobilegene 在基因组中可以移动的基因 原始发现 McClintockB 1951年 1984年获诺贝尔奖玉米粒颜色的遗传 正常 有色 有色异常 有色 色斑有色 无色 1932年 美国遗传学家B McClintock发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象 1951年首次提出转座子的概念 认为在基因组的不同区域存在可移动的控制因子 controllingelement 1983年获诺贝尔奖 植物双受精示意图 玉米的转座因子玉米色粒调控元件Ac Ds系统第9染色体短臂 有色基因C附近C基因 色素合成基因 Ac基因 自主移动的调节因子 4 5kb 5个exon 编码转座酶 Ds基因 非自主移动的受体因子 0 5 4 0kb 与Ac有同源序列 插入引起色素不能合成 可动基因 mobilegene 玉米粒颜色的遗传 C基因决定有色 CAc有色CDsAc花斑CDs无色 Ac与Ds因子的结构 Ac因子 4 563kb 有5个外显子 产物是转座酶 两端有11个bp的反向重复序列 5 CAGGGATGAAA TTTCATCCCTG3 3 GTCCCTACTTT AAAGTAGGGAC5 Ds因子 与Ac序列具有很大相同 但是中间缺失序列 有0 5 4 0kb 两端有11个bp的反向重复序列 在插入位点上有6 8bp的正向重复序列 Ac与Ds因子的转座机制 Ac与Ds因子的转座属于非复制机制 即不是一份拷贝后将拷贝转移 而是直接从原位置消失 插入序列 insertionsequence IS 仅含有转座酶基因的简单转移序列 长度多在700 1500bp左右 由末端反向重复序列 IR 转座酶基因组成 插入基因组中时 在靶位上生成正向重复序列 DR 常见的IS结构 IS长度末端IR靶位DR插入选择IS1768239随机IS213274195热点IS414281811AAAN20TTTIS51195164热点IS101329229TNAGCNIS50153199热点 对于Is成分对靶位点的同向重复最普遍的为9bp 除Is1外其余Is成分只有一个长的编码区 为转座酶编码 编码区从倒置重复的一端始到另一端结束 转座将形成一特征性结构 未端为倒置重复 与之相邻的宿主DNA序列同为同向重复 Is成分结构特点 是一个自主复制单位 只编码自身转座所需要的蛋白质 如转座酶 transposase Is成分未端为倒置重复 invertedrepeat 转座涉及Is倒置未端重复和靶位点的识别 转座的结果是靶位点出现同向重复 directrepeat Is成分的遗传学效应 能编码转座酶 自主进行转座 插入位点随机 很少是位点专一的 插入的结果是靶位点出现同向重复 directrepeat 转座是罕见事件 与自发突变处于同一数量级 每代10 6 10 10 插入片段精确切离后 可使IS诱发的突变恢复为野生型 不精确切离后导致宿主基因发生缺失 转座子 transposon Tn 带有转座酶基因等必需基因及抗药性等与转座无关基因的转座因子 结构特征 两端具有同向或反向插入序列 同时 两端的IS可能相同或不同 常见的转座子 转座子长度标记末端取向Tn55700KanRIS50反向Tn109300TetRIS10反向Tn92500CamRIS1正向 复合转座子的结构特征 含有Is组件 常位于转座子两侧称为臂 arm 臂的中间常带有药物抗性基因 臂为同向重复或倒置重复 臂为相同式或相关 臂都具有功能或其中之一具有功能 复合转座子结构 Is组件 臂 为同向重复例In9 Is1 Cam2 Is组件功能相同 Acompositetransposonhasacentralregioncarryingmarkers suchasdrugresIstance flankedbyIsmodules Themoduleshaveshortinvertedterminalrepeats Ifthemodulesthemselvesareininvertedorientation In10再次移动结果Is10组件改变方向移动形成新的转座子 原核生物转座成分的基本结构 转座的类型 复制型转座 replicativetransposition 转座子被加倍将原有转座子的拷贝进行转座 因此供体位点保持不变而受体位点则获得转座子的一个拷贝 Replicativetranspositioncreatesacopyofthetransposon whichinsertsataRecipientsite Thedonorsiteremainsunchanged sobothdonorandRecipienthaveacopyofthetransposon NonreplicativetranspositionallowsatransposontomoveasaphysicalentityfromadonortoaRecipientsite ThIsleavesabreakatthedonorsite whichIslethalunlessitcanberepaired 非复制型转座 noreplicotivetransposition 转座子以物理实体从供位点移动到受体位点 结果在供体位点出现断裂 受体位点则出现 转座子 断裂可能有两种结果 其一对宿主影响小 而保留下来如拷贝其宿主重复系统将其识别并修复 保守性转座 conservativetransposition 另一类非复制转座 转座子从供体切除和插入受体位点过程中每个核苷酸键都被保留 即供体不出现断裂 该过程与入噬体的整合过程相似 而转座酶则与a的整合酶integrase相关 ConservativetranspositioninvolvesdiRectmovementwithnolossofnucleotidebonds comparewithlambdaintegrationandexcIsion 转座子在染色体上的解离方式 精确解离非精确解离原位解离复制后解离 变性 复性 emL CaroandE BoydelaTour 短茎长度大致与IS两端的反向重复序列 IRinvertedrepeatsequence 相同 反转录转座 retrotransposon 通过RNA为中介 反转录成DNA后进行转座的可动元件 病毒超家族 viralsuperfamily 可编码反转录酶或整和酶 自主转录 呈DNA时 具有LTR序列 非病毒超家族 nonviralsuperfamily 不可编码反转录酶或整和酶 不能自主转录 呈DNA时 无LTR序列 反转录转座 retrotransposon 病毒的RNA基因组RNA RU5gagpolenvU3RDNA U3RU5gagpolenvU3RU5LTRLTR基因组 DR U3RU5gagpolenvU3RU5DR 反转录病毒与反转录转座 自学 果蝇中的P因子 雌M果蝇X雄P果蝇 不育雄M果蝇X雌P果蝇 育 果蝇杂种不育 hybriddysgenesis HybriddysgenesisIsasymmetrical itIsinducedbyPmalexMfemalecrosses butnotbyMmalexPfemalecrosses 果蝇P因子不育机理 开放阅读框ORF0 ORF1 ORF2 ORF3内含子123P因子表达差异 ORF0 1 2 66KD 转座阻遏物ORF0 1 2 3 87KD 转座酶P型细胞质 含66KD 阻遏转座 细胞型 cytotype 影响子代育性66KD阻遇物非常稳定 可影响表型 HybriddysgenesIsIsdeterminedbytheinteractionsbetweenPelementsinthegenomeand66kDrepressorinthecytotype P成分结构特点 1 具有31bp的未端倒置重复2 靶位点为8bp同向重复3 P成分表达具有组织特异性 即只在种殖系 germline 被激活4 P成分的组织特异性内拼接方式改变引起在体细胞组织前两个内含子被剪接形成ORF0 ORF1 ORF2到读区 翻译为66KD蛋白质 为转座子活性阻遏物 在种殖系组织第三个内含子被除去形成ORF0 ORF1 ORF2 ORF3的可读区 翻译为87KD蛋白质 为转座酶 ThePelementhasfourexons Thefirstthreearesplicedtogetherinsomaticexpression allfouraresplicedtogetheringermlineexpression P成分结构示意图 P雌XP雄细胞质含p因子转座阻遏物 含p因子P因子不能转移可育P雌XM雄细胞质含P因子转座阻遏物 无p因子P因子不能转移可育P雄XM雌含P因子 细胞质不含阻遏物P因子能转移不育 酵母的转座子Ty Transposonyeast 其它几种反转录转座子 Copia因子是果蝇的一种反转录转座子 LINE序列 长6500bpRNA聚合酶 SINE序列 长130 300bpRNA聚合酶 Alu序列 SINE家族的一员含Alu 识别序列假基因 转座引起的遗传效应 插入突变插入失活插入带来新的基因非精确解离形成突变 缺失 重复 到位 插入激活 第六节染色体外基因 染色体外基因 extrachromosomalgene 在真核和原核生物细胞中有一些位于染色体外的基因叫染色体外基因 一 质粒 plasmid 细菌中除了染色体外 还有大量的小环状分子 就是质粒 plasmid 质粒上有抗生素基因 二 线粒体基因组 线粒体是真核细胞中的细胞器 每个细胞中含有几十至数千个线粒体 每个线粒体有多个线粒体基因组拷贝 线粒体是非孟德尔式遗传方式 在高等生物中具有母性遗传的特征 线粒体基因组变化很大 可相差两个数量级 动物细胞的线粒体基因组较小 在人类 老鼠 牛等细胞中约为16 5kb 酵母线粒体基因组较大 但在不同菌株亦有变化 酿酒酵母约为84kb 每一细胞约有22个线粒体每一线粒体约有4个拷贝DNA 但在生长的细胞中有很大变化 mtDNA的遗传特征 母性遗传 mtDNA全部来自母亲 非孟德尔式遗传 线粒体随机分配到子细胞 mtDNA无内含子 无修复系统 mtDNA复制 转录翻译所需的酶由核基因组提供 mtDNA一般没有蛋白质保护 mtDNA合成存在与细胞整个周期 具有突变和缺失热点 mtDNA致病的遗传机制 线粒体基因组本身突变线粒体基因组突变可以引起视觉神经和心肌性疾病 点突变 由于mtDNA裸露 易受损伤 且无修复机制 所以突变频率较高 11778密码突变 arg his视觉神经性疾病 缺失 常见5kb 8470bp 13447bp缺血性心肌病7 4kb 8637bp 16073bp原发性心肌病mtDNA插入核基因组溶酶体途径 核酸水解酶下降 mtDNA不能完全消化 片段游离在细胞质中 直接游离 mtDNA复制中同源重组 产生mtDNA断片 线粒体崩解 由于理 化