基因与基因组.ppt

1,第二章基因与基因组GeneandGenome,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-actingfactor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-actingelement能影响基因表达，但不编码RNA和蛋白质的DNA序列,10,TATA盒（TATABox）: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（CAATBox）位于-70-80bp，GGC/TCAATCT,与CTF结合，决定启动子转录效率。,12,GC盒（GCBox）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）,CAATbox,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。,TATAbox,enhancer,promoter,5,3,exonintron,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mRNA3端加约200个A。,15,CAATbox,TATAbox,Enhancer,promoter,真核生物基因的结构,exon,exon,5,3,intron,intron,exon,开放阅读框：openreadingframe，ORF,responseelement,16,三、中心法则centraldogma,17,(一)原核生物的mRNA是多顺反子mRNA,多顺反子mRNA(polycistronicmRNA):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(monocistronicmRNA):,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SARScoronavirus,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)avianinfluenzaAvirus,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（invertedterminalrepeat，ITR）AT丰富区保守序列：ATAATATACCGC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（upstreamregulatoryregion,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（Escherichiacoli）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lacoperon,-galactosidase半乳糖苷酶z,-galactosidepermease透酶y,-galactosidetransacetylase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：4,639,221bp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,ilvBNacetolactatesynthaseIilvIHacetolactatesynthaseIII,乙酰乳酸合酶,entCisochorismatesynthaseentBisochorismatase,47,5.不同的原核生物基因组的GC含量（GCcontent）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,TTGACTATAAT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,BarbaraMcClintock1902-1992,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（insertionsequence,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2-3kb。,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（uniquesequenceDNA）,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(singlecopyDNA),66,2.高度重复序列DNA（highlyrepetitiveDNA）,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5-10bp，其在人群中多态性不显著。,69,b.小卫星（minisatellite）DNA：重复单位9-24bp，呈高度多态性。,可变数目串联重复序列（variablenumberoftandemrepeat,VNTR）,端粒DNA：（TTAGGG）n，2-20kb，染色体复制，末端保护。,核心序列GGGCAGGAXG；,70,c.微卫星DNA(macro-satelliteDNA),短串联重复(shorttandemrepeat,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,5AAACCACCGCTGGTAGCGGTGGTTT33TTTGGTGGCGACCATCGCCACCAAA5,5AAACCACCGCTAGCGGTGGTTT33TTTGGTGGCGATCGCCACCAAA5,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（singlenucleotidepolymorphism,SNP）,75,2.限制性片段长度多态性（restrictionfragmentlengthpolymorphism）,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（multigenefamily）,1.基因超