分子遗传学-第1章-遗传物质

福建农林大学2012,分子遗传学,MolecularGenetics,福建农林大学2012,兰涛87723579lantao_fz福建农林大学作物科学学院作物遗传育种与综合利用教育部重点实验室,福建农林大学2012,参考书：GeneVIII,BenjaminLewin,OxfordUniversityPress基因VIII，赵寿元等译，科学出版社分子遗传学，张玉静，科学出版社现代分子生物学，朱玉贤等，高等教育出版社,福建农林大学2012,福建农林大学2012,福建农林大学2012,引言,分子遗传学是在分子水平上研究生物遗传和变异机制的遗传学分支学科。,福建农林大学2012,经典遗传学的研究课题主要是基因在亲代和子代之间的传递问题；分子遗传学则主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题。,福建农林大学2012,福建农林大学2012,本课程的整个内容都是围绕着遗传信息而讲述的，包括：遗传信息的载体（遗传物质）、组织结构（基因组）、密码、复制、转录、翻译、调控、突变、修复、重组、遗传操作等。,福建农林大学2012,第一章,遗传物质,福建农林大学2012,第一节谁是遗传物质？,福建农林大学2012,作为遗传物质应该具备以下几个条件：,1、在细胞的生长和繁殖过程中能够精确的复制自己；2、能储存巨大的遗传信息；3、能指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢和生物的性状；4、能在后代之间传递遗传信息；5、结构稳定，并能产生可遗传的变异。,福建农林大学2012,一、DNA作为遗传物质,已知几乎所有的生物都是以DNA作为遗传物质DNA作为遗传物质有以下优点：信息量大，集成度高1个基因1kb碱基序列种类达41000=10602比较：直径10亿光年的宇宙体积为101083人类基因组DNA长2m；细胞平均直径10m碱基互补配对，保证精确复制核糖2碳位脱氧，在水溶液中稳定性好（特别是碱）,福建农林大学2012,1928年，Griffith肺炎双球菌的转化，1944年，Avery在离体条件下完成转化。,福建农林大学2012,福建农林大学2012,福建农林大学2012,1952年，Hershey和Chase噬菌体感染实验,福建农林大学2012,福建农林大学2012,福建农林大学2012,福建农林大学2012,二、RNA作为遗传物质,只有一些病毒以RNA作为遗传物质。单链RNA病毒“+”链RNA病毒：相当于mRNA，可直接翻译噬菌体：MS2，Q，R17动物病毒：脊髓灰质炎病毒反转录病毒：可以RNA为模板，合成DNA“”链RNA病毒：基因组RNA不能直接翻译动物病毒：狂犬病毒，流感病毒植物病毒：莴苣坏死病毒，花椰菜坏病黄病毒,福建农林大学2012,双链RNA病毒例如呼肠孤病毒（科），寄生于动植物中，其基因组含有1012条双链RNA类病毒环状RNA，含300400b，不编码任何蛋白质拟病毒存在于病毒体内的环状小型RNA，称为RNA2（病毒本身的RNA称为RNA1），犹如病毒的“病毒”或“质粒”。,福建农林大学2012,福建农林大学2012,RNA作为遗传物质的主要缺点：核糖2碳位含OH基，碱性条件下易水解，稳定性差但RNA可能是最初的遗传物质，因为发现了RNA拟酶（核酶）：兼具DNA的功能：遗传信息的贮藏和传递蛋白质的功能：催化生化反应,福建农林大学2012,1956年A.Gierer和G.Schraman发现烟草花叶病毒（tobaccomosaicvirus,TMV），其遗传物质是RNA。1957年美国的HeinzFraenkel-Conrat和B.Singre用重建实验证实了这一结论。,福建农林大学2012,福建农林大学2012,结论：提供RNA的亲本决定了其后代的RNA和蛋白质。在不含DNA的TMV中，RNA就是遗传物质。,福建农林大学2012,因此，目前普遍接受的生命进化过程是：无生命世界RNA生命世界RNA-蛋白质生命世界DNA生命世界,但已有研究发现，RNA拟酶能利用NTP作底物，并能将单链DNA连接到单链RNA上。这暗示：有可能从RNA生命世界直接进入DNA生命世界。,福建农林大学2012,三、蛋白质作为遗传物质？,早就明确蛋白质不能作为遗传物质，因为它缺乏作为遗传物质所必需的分子特性但是传染性蛋白质颗粒（Prion）(朊病毒)，它表现出与类病毒和拟病毒相似的生命活动现象Prion蛋白（毒蛋白）引起的哺乳动物疾病有：羊疯痒病scrapie牛海绵状脑炎Madcowdisease（疯牛病）BSE人类Kuru病(克雅氏病)，CJD综合症Gerstmenn-Straussler-Scheinker综合症,福建农林大学2012,福建农林大学2012,已发现在宿主中存在编码Prion先驱蛋白（prionprecursorprotein,PrP）的基因，功能未知人类的PrP基因位于第20号染色体短臂小鼠的PrP基因位于第2号染色体正常PrP与Prion蛋白的比较：来源记号分子量特性健康人畜PrPc3335kD对蛋白酶敏感，无传染性染病人畜PrPsc2730kD抗蛋白酶，有传染性,福建农林大学2012,小鼠的Prion蛋白感染试验：小鼠类型Prion蛋白感染后存活情况剔除PrPc基因无疯痒病症，存活期2年存在PrPc基因发病，半年内死亡,结论：PrPc变成PrPsc不是基因改变的结果，而是正常PrPc翻译后，在PrPsc的指导下发生特定分子修饰所致。也就是说，PrPsc可以利用宿主体内的正常蛋白质产生自己。这一点有点类似于病毒。,福建农林大学2012,福建农林大学2012,福建农林大学2012,第二节,DNA的结构和特性,福建农林大学2012,一、两种核酸及其分布：,以核苷酸为单元构成的多聚体，是一种高分子化合物。,福建农林大学2012,福建农林大学2012,福建农林大学2012,福建农林大学2012,福建农林大学2012,二、一级结构,单核甘酸通过3与5位的磷酸二酯键连接成高聚物核糖在2位脱氧而成为脱氧核糖链的方向规定为：5（自由磷酸根端）3（自由羟基端）,福建农林大学2012,三、二级结构,福建农林大学2012,福建农林大学2012,1952年，Wilkins和Franklin用高度定向的DNA纤维作出高质量的X-光衍射照片,福建农林大学2012,1951年，Pauling提出了蛋白质的-螺旋结构。,福建农林大学2012,1953年，Watson和Crick提出DNA的反向平行双螺旋模型,福建农林大学2012,1962年，Wilkins、Watson和Crick共获诺贝尔化学奖。,福建农林大学2012,主链：核糖和磷酸构成双螺旋骨架，具亲水性，处于外侧；碱基具疏水性，处于内侧；螺旋直径20，反向平行。碱基配对：A=T，GC螺距