生物遗传学复习总结

1、题型（100分制） 1，专业英语（词汇）30分 2，名词解释30分 3，选择题 20分 4，简单题 20分 专业英语 遗传学遗传学（Genetics） 遗传（heredity） 变异（variation） 基因（Gene） 分离定律分离定律 （Law of SegregationLaw of Segregation） 杂合子(heterozygote) 等位基因(alleles) 遗传性状(trait) 显隐性(dominant / recessive ) 专业英语 不完全显性，共显性（incomplete dominance, codominance） 复等位基因 （multiple all

2、eles） 外显率和表现度 （penetrance （2）含编码转座酶的基因）含编码转座酶的基因; （3）靶位点存在）靶位点存在 5-9 bp 的短正的短正 向重复序列。向重复序列。 插入序列的转座特点插入序列的转座特点 作为一个整体进行转座作为一个整体进行转座 可以作为一个整体进行转座；可以作为一个整体进行转座； 含有的一个或两个含有的一个或两个ISIS元件也可进行单独转座。元件也可进行单独转座。 复合转座子的转座特点复合转座子的转座特点 转座机制转座机制 所有转座子的共同机制：所有转座子的共同机制： 在靶在靶DNADNA上造成交错切口，转座子与突出的末端相连，填补缺口。上造成交错切口，转座

3、子与突出的末端相连，填补缺口。 转座类型转座类型 据转座子的移动机制，可分为：据转座子的移动机制，可分为： 复制型转座（复制型转座（replicative transpositionreplicative transposition） 非复制型转座（非复制型转座（nonreplicative transpositionnonreplicative transposition） 保守型转座（保守型转座（conservative transpositionconservative transposition） Replicative transposition Nonreplicative tra

4、nsposition Conservative transposition Four types of transposable elements constitute Four types of transposable elements constitute almost half of the human genome. almost half of the human genome. 染色体畸变的种类 可用于育种可用于育种 (单倍体选择后加倍，相关性状基因是纯合的）单倍体选择后加倍，相关性状基因是纯合的） 植物种间杂交产生新种植物种间杂交产生新种 Down syndrom与母亲生育年龄

5、的关系 母亲年母亲年 龄龄 生育生育21三体的三体的 风险风险 1626 7.7/10000 2734 4/10000 3539 29/10000 4044 100/10000 4547 333/10000 重复区段间的同源重组引起染色体结构的变化重复区段间的同源重组引起染色体结构的变化 2. 对细胞周期控制点的控制 主要通过主要通过两类蛋白质两类蛋白质之间的相互作用之间的相互作用 蛋白激酶（蛋白激酶（protein kinases）：）： 当自身被激活后，能选择性地将靶蛋白磷酸化。当自身被激活后，能选择性地将靶蛋白磷酸化。 （控制细胞周期的）蛋白激酶（控制细胞周期的）蛋白激酶 它们的活性随着

6、细胞周期的进展而增加或降低它们的活性随着细胞周期的进展而增加或降低 （1 1）CDKs （cyclin-dependent kinases cyclin-dependent kinases 细胞周期蛋白依赖性细胞周期蛋白依赖性激酶激酶 ） （2）cyclins （细胞周期 蛋白） 通过调节通过调节CDK的活性而控制细胞周期的活性而控制细胞周期 它们的合成与降解随着细胞周期的进展而呈周期性变化它们的合成与降解随着细胞周期的进展而呈周期性变化 （一）概念与意义 凋亡（凋亡（apoptosisapoptosis）一词来自希腊语，apo指分离，ptosis指 落下，Apoptosis即花瓣或树叶的枯落

7、。 1972年Kerr等人首先提出了细胞凋亡的概念：细胞凋亡 （apoptosis）是由基因调控的主动而有序的细胞死亡，又 称程序性细胞死亡（programmed cell death ,PCD）。 细胞凋亡的意义： 1.正常的发育过程 2.清除受损、突变或衰老的细胞。 例如例如 蝌蚪尾的消失蝌蚪尾的消失 脊椎动物的神经系脊椎动物的神经系 统的发育统的发育 发育过程中手和足发育过程中手和足 的成形过程的成形过程 DNA的片段化断裂的片段化断裂 蛋白质的降解蛋白质的降解 (三三) 细胞凋亡的生化 改变 细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路 能够引起

8、肉瘤的能够引起肉瘤的RSV基因组中还有一个基因组中还有一个v-src基因。基因。这这 才是引起肉瘤的基因，也是第一个发现的癌基因。才是引起肉瘤的基因，也是第一个发现的癌基因。 1977年，年，Michael Bishop 和和 Harold Varmus 在鸡和其他生在鸡和其他生 物的正常细胞中发现了物的正常细胞中发现了v-src基因的同源基因，称为基因的同源基因，称为c-src。 细胞癌基因： RSV引起肿瘤的原因：v-src c-src v-src与c-src的区 别 c-src的第的第527位酪氨酸（位酪氨酸（Tyr527）（）（C末端倒数第末端倒数第6）通常被磷酸化使）通常被磷酸化使

9、src失活。失活。 磷酸化的磷酸化的Tyr527与与N端端SH2 domain结合，使激酶活性部位被包埋。结合，使激酶活性部位被包埋。 当当Tyr527被特殊的磷酸酶去磷酸化以后就能激活整被特殊的磷酸酶去磷酸化以后就能激活整 个蛋白的个蛋白的激酶活性激酶活性。 Tyr与与SH2 domain结合结合 图19-3 当Rb被磷酸化（在正常细胞中）或和肿瘤抗原结合时（在转化细胞中）细胞 周期阻断被消除（引自Lewin,2000） 图19-3表面明RB在正常细胞中与 E2F结合，在转化细胞中与肿瘤 抗原结合的模型。非磷酸化的RB 可以阻止细胞的扩增。为了要使 细胞周期得以进行必须要阻遏RB 的活性。其

10、途径就是周期蛋白使 RB磷酸化。 当肿瘤蛋白和非磷酸化的RB结合 时也能抑制其活性。由于RB-肿 瘤复合物不再和E2F结合，使E2F 得以游离进入S期，可活化S期需 要的一些基因。 p53的作用 主要的功能是能够激活某些特殊基因的表达，其中最重要的是主要的功能是能够激活某些特殊基因的表达，其中最重要的是P21蛋白蛋白 P21是一个是一个CDK的抑制因子，能与的抑制因子，能与G1 期的期的Cdk-cyclin复合物结合，并复合物结合，并 抑制抑制Cdk的活性（如的活性（如CDK4/cyclin D），结果细胞被阻止在），结果细胞被阻止在G1期直到期直到 DNA损伤被修复，然后损伤被修复，然后P5

11、3和和P21减少，细胞周期才能继续进行。减少，细胞周期才能继续进行。 p53p21CDK4/cyclin D E2F 激活激活 抑制抑制 磷酸化磷酸化 RB/E2F 释放释放 DNA复制复制 图19-4几种和G0/G1或G1/S期控制有关的蛋白是肿瘤抑制物（引自Lewin,2000） 癌基因的形成机制 原癌基因通过三种机制转化为癌基因原癌基因通过三种机制转化为癌基因: （1）点突变）点突变 原癌基因的点突变导致产生结构性激活的蛋白。原癌基因的点突变导致产生结构性激活的蛋白。 c-Src的的Tyr527突变，成为突变，成为v-Src。 c-ras的第的第12个氨基酸（甘氨酸）和第个氨基酸（甘氨酸

12、）和第61个氨基酸（谷个氨基酸（谷 氨酰胺）突变会激活成癌基因氨酰胺）突变会激活成癌基因 v-ras。 如：如： Ras是第一个被确认的非病毒性癌基因。是第一个被确认的非病毒性癌基因。 （2）易 位 染色体易位将生长调节基因带到其它染色体易位将生长调节基因带到其它启动子启动子的控制下，导致的控制下，导致 基因不适当地表达。基因不适当地表达。 Burkitt淋巴瘤淋巴瘤c-myc(8号染色体上）易位到号染色体上）易位到14、2、22号染色号染色 体的免疫球蛋白的强启动子下，导致过量表达。体的免疫球蛋白的强启动子下，导致过量表达。 慢性粒细胞白血病（慢性粒细胞白血病（CML）的）的费城染色体费城染

13、色体，是，是9和和22 号染色体易位，导致号染色体易位，导致bcr-abl 原癌基因融合。原癌基因融合。 （3）原癌基因的原位扩增 （amplification） 原癌基因的原位扩增导致原癌基因的产物过量表达。原癌基因的原位扩增导致原癌基因的产物过量表达。 人神经母细胞瘤中人神经母细胞瘤中v-myc基因复本多（基因复本多（N-myc） （2）FAP结肠癌形成过程的 特点 多次突变多次突变 在人的一生中突变率是恒定的，如果只需一次突变就可以使细胞变成恶在人的一生中突变率是恒定的，如果只需一次突变就可以使细胞变成恶 性，癌症的发病率就应当与年龄无关。性，癌症的发病率就应当与年龄无关。 正常的细胞转

14、化为恶性肿瘤需要经过正常的细胞转化为恶性肿瘤需要经过多次突变多次突变 调查显示绝大多数人癌症发病率的对数与年调查显示绝大多数人癌症发病率的对数与年 龄的对数成正比龄的对数成正比 说明恶性肿说明恶性肿 瘤的形成需瘤的形成需 要多次突变要多次突变 基因组的特点基因组的特点 1.1. 不同生物基因组大小不同不同生物基因组大小不同 基因组大小与进化位置无关基因组大小与进化位置无关 基因数目和基因组大小也不成比例基因数目和基因组大小也不成比例 C C值悖论值悖论 生物体单倍体DNA总量称为 C值。 高等生物具有比低等生物更复杂的生 命活动，理论上应该是它们的C值也 应该更高。但是很多情况下但是很多情况下

15、C C值没有值没有 体现出与物种进化程度相关的趋势体现出与物种进化程度相关的趋势。 高等生物的C值不一定就意味着它的C 值高于比它低等的生物。这种生物学 上的DNA总量的比较和矛盾，称为C值 悖论。 基因文库基因文库 一个生物体的一个生物体的基因组基因组DNADNA用限用限 制性内切酶部分制性内切酶部分酶切后酶切后，将，将 酶切片段酶切片段插入到载体插入到载体DNADNA分子分子 中中，所有这些插入了基因组，所有这些插入了基因组 DNADNA片段的载体分子的片段的载体分子的集合体集合体， 将包含这个生物体的整个基将包含这个生物体的整个基 因组，也就是构成了这个生因组，也就是构成了这个生 物体的

16、物体的基因文库基因文库。 基因组测序基因组测序 两个策略：两个策略： 鸟枪法测序鸟枪法测序 whole genome shotgun (WGS) sequencingwhole genome shotgun (WGS) sequencing 克隆的依次测序克隆的依次测序 ordered clone sequencingordered clone sequencing 鸟枪法测序鸟枪法测序 克隆的依次测序克隆的依次测序 第一代第一代DNADNA测序技术：测序技术：SangerSanger法法 第一代DNA测序技术：Sanger法 第一代DNA测序技术：荧光自动测序技术 原理：基于Sanger原理

17、,用荧光标记代替同位素标记,并用 成像系统自动检测,从而大大提高了DNA测序的速度和准确 性。 STRSTR在家系中的传递在家系中的传递 STRSTR多态性产生机理多态性产生机理 主流的两种理论模型主流的两种理论模型 滑移模型滑移模型 （ slippageslippage） 不等交换模型（不等交换模型（unequal cross-over)unequal cross-over) 滑移模型滑移模型 认为在 DNA 复制合 成的过程中发生了局 部解链, 引起STR存 在区域的新生链和模 板链相对滑动而产生 错配, 使得1 个或者 几个重复单位形成环 状而未能参与配对, 经后期修复过程中增 添新的碱

18、基与成环部 分配对，从而导致了 重复单元数量的改变， 引起STR多态性的产 生. 不等交换模型不等交换模型 两条染色体间两条染色体间 DNA DNA 重组过程中重组过程中 发生的发生的不等交换不等交换 以及基因转换以及基因转换可可 能是引起能是引起STRSTR多态多态 性产生的主要原性产生的主要原 因因 发育遗传学的特点发育遗传学的特点 发育是生物的共同属性发育是生物的共同属性 发育是贯穿每个生物体的整个生活史，对有性生殖生物而言，则是从发育是贯穿每个生物体的整个生活史，对有性生殖生物而言，则是从 受精卵开始到个体正常死亡，其中早期胚胎发育过程包括受精、卵裂和受精卵开始到个体正常死亡，其中早期

19、胚胎发育过程包括受精、卵裂和 胚层分化胚层分化, ,是发育的关键的阶段是发育的关键的阶段, , 如哺乳类的早期发育过程如哺乳类的早期发育过程 发育是基因型与环境因子的相互作用发育是基因型与环境因子的相互作用 遗传控制发育的图式，发育则是基因按严格的时间和空间顺序表达的遗传控制发育的图式，发育则是基因按严格的时间和空间顺序表达的 结果，是基因型与环境因子相互作用转化为相应表型的过程结果，是基因型与环境因子相互作用转化为相应表型的过程 发育中存在基因之间的作用发育中存在基因之间的作用 生物发育过程中的基因与基因的相互作用对执行了发育进程的调控生物发育过程中的基因与基因的相互作用对执行了发育进程的调

20、控 发育调控基因具有保守性发育调控基因具有保守性 无脊椎动物和脊椎动物，如线虫、果蝇和人类的发育途径基本相同，无脊椎动物和脊椎动物，如线虫、果蝇和人类的发育途径基本相同， 控制发育的基因在进化上是保守的，在结构和功能上有很高的同源性控制发育的基因在进化上是保守的，在结构和功能上有很高的同源性 发育机制发育机制实质是细胞分化的问题实质是细胞分化的问题，受精卵发育为成熟个体的各种各样组织和器官，受精卵发育为成熟个体的各种各样组织和器官 的过程，也就是的过程，也就是原始的胚胎细胞转变为具有特定的形态结构与功能的细胞学过程原始的胚胎细胞转变为具有特定的形态结构与功能的细胞学过程 细胞分化的本质就是在胚

21、胎发育过程中，各类细胞合成它们各自所特有的蛋白质细胞分化的本质就是在胚胎发育过程中，各类细胞合成它们各自所特有的蛋白质 在形成三个胚层之后，胚胎细胞的发育能力由多能逐渐向一定的方向发展，最后在形成三个胚层之后，胚胎细胞的发育能力由多能逐渐向一定的方向发展，最后 限定形成一种细胞，从而构成成体的某种器官、组织的细胞限定形成一种细胞，从而构成成体的某种器官、组织的细胞 胚胎发育机制胚胎发育机制 干细胞概念和应用干细胞概念和应用 什么是干细胞？什么是干细胞？ 是动物（包括人）胚胎及器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞是动物（包括人）胚胎及器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞 能分裂、产生

22、出表现型和基因型都和自己完全相同的子细胞能分裂、产生出表现型和基因型都和自己完全相同的子细胞 同时还能分化为各类祖细胞，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的同时还能分化为各类祖细胞，是重建、修复病损或衰老组织、器官功能的 理理 想种子细胞想种子细胞 干细胞的特点干细胞的特点 具有无限增殖分裂的能力具有无限增殖分裂的能力 长期保持自我稳定的能力长期保持自我稳定的能力 长期保持分化成其它细胞的可能性长期保持分化成其它细胞的可能性 产生新细胞是对组织（细胞）损伤的反应产生新细胞是对组织（细胞）损伤的反应 以对称和以对称和/ /或不对称两种方式进行生长，或不对称两种方式进行生长， 或保持不分化状态，

23、或不可逆地向终末分化或保持不分化状态，或不可逆地向终末分化 干细胞干细胞 胰岛胰岛A细胞细胞红细胞红细胞肌细胞肌细胞神经元细胞神经元细胞肝细胞肝细胞 根据分化潜能分类根据分化潜能分类 全能干细胞（全能干细胞（Totipotent stem cellTotipotent stem cell）: :可以分化成为所有的成体细可以分化成为所有的成体细 胞和组织，并具有形成完整个体的潜能，如人胚胎干细胞胞和组织，并具有形成完整个体的潜能，如人胚胎干细胞 多能干细胞（多能干细胞（P Pluripotent stem cellluripotent stem cell）: :具有分化成为多种细胞、组具有分化成

24、为多种细胞、组 织的潜能，但不具备发育成完整个体的能力，如造血干细胞、神经干织的潜能，但不具备发育成完整个体的能力，如造血干细胞、神经干 细胞、间充质干细胞、皮肤干细胞等细胞、间充质干细胞、皮肤干细胞等 专能干细胞（专能干细胞（UnipotentUnipotent stem cellstem cell）: :只能向一种类型或与之密切相只能向一种类型或与之密切相 关细胞分化，维持某一特定组织细胞的自我更新，如肠上皮干细胞关细胞分化，维持某一特定组织细胞的自我更新，如肠上皮干细胞 干细胞分类干细胞分类 根据发育过程中出现的先后次序分类根据发育过程中出现的先后次序分类 胚胎干细胞（胚胎干细胞（Emb

25、ryonic stem cellsEmbryonic stem cells，ESCsESCs）: :是一种高是一种高 度未分化细胞，具有发育的全能性度未分化细胞，具有发育的全能性 成体干细胞（成体干细胞（Adult stem cellAdult stem cell，ASCsASCs）: :普遍存在于机体普遍存在于机体 的大多数组织器官中的大多数组织器官中 20072007年世界十大科技进展之一年世界十大科技进展之一 （iPSiPS细胞）诱导多功能干细胞细胞）诱导多功能干细胞 20072007年年1111月月2020日，日，美国威斯康星大学麦迪逊分校美国威斯康星大学麦迪逊分校James Jame

26、s ThomsonThomson小组小组和和日本京都大学日本京都大学中山亚弥小组中山亚弥小组都利用了相同的技都利用了相同的技 术术基因重新编排技术基因重新编排技术，即向皮肤细胞中植入一组，即向皮肤细胞中植入一组4 4个基因，个基因， 通过基因重新编排，使皮肤细胞具备胚胎干细胞的功能通过基因重新编排，使皮肤细胞具备胚胎干细胞的功能 这种被改造过的细胞被称作这种被改造过的细胞被称作“iPSiPS细胞细胞” 两个研究小组选择的植入基因组合略有不同，另外它们选用两个研究小组选择的植入基因组合略有不同，另外它们选用 了不同类型的人体皮肤细胞为了不同类型的人体皮肤细胞为“底版底版”：美国研究小组选用的：美

27、国研究小组选用的 是成纤维细胞，而日本研究小组选择的是面部皮肤细胞是成纤维细胞，而日本研究小组选择的是面部皮肤细胞 中山亚弥中山亚弥 俞君英：俞君英： 威斯康星大学威斯康星大学 独自确定了独自确定了1414种新的候选重组基因种新的候选重组基因 通过系统的排除，最终使用了通过系统的排除，最终使用了4 4个基因个基因OCT3OCT3，SOX2SOX2，NANOGNANOG和和LIN28LIN28，其中前两，其中前两 个和个和YamanakaYamanaka小组是相同的小组是相同的 ThomsonThomson和同事利用的是胎儿皮肤细胞以及一个新生儿的包皮细胞和同事利用的是胎儿皮肤细胞以及一个新生儿

28、的包皮细胞 与与YamanakaYamanaka小组相比，这项研究需要小组相比，这项研究需要1 1万个细胞才能分离出一个万个细胞才能分离出一个iPSiPS细胞系，但对细胞系，但对 实验而言已经足够了实验而言已经足够了 利用此前研究的利用此前研究的4 4种基因副本种基因副本Oct3/4Oct3/4，Sox2Sox2，c-Mycc-Myc和和 Klf4Klf4，导入，导入 方式也与此前的小鼠实验类似，只不过实现基因重组的细胞分别来自方式也与此前的小鼠实验类似，只不过实现基因重组的细胞分别来自 一位一位3636岁妇女的表皮和一位岁妇女的表皮和一位6969岁男性的结缔组织岁男性的结缔组织 研究人员表示

29、，利用该技术，大约每研究人员表示，利用该技术，大约每50005000个细胞就能制造一个个细胞就能制造一个iPSiPS细细 胞系，这一高效率保证他们在每项实验中都能得到数个细胞系胞系，这一高效率保证他们在每项实验中都能得到数个细胞系 中山亚弥：中山亚弥： 日本京都大学日本京都大学 四种母源影响基因的四种母源影响基因的 mRNAmRNA和蛋白沿果蝇卵和蛋白沿果蝇卵 子和胚胎前子和胚胎前- -后轴分布后轴分布 的浓度变化图的浓度变化图 AP BICOID CAUDALHUNCHBACK NANOS 果蝇体节发育的调控果蝇体节发育的调控 Bicoid Bicoid 蛋白定位蛋白定位 受精后受精后bcd

30、 mRNAbcd mRNA迅迅 速翻译，速翻译，BCDBCD蛋白在蛋白在 前端积累并向后端前端积累并向后端 弥散，形成从前向弥散，形成从前向 后稳定的浓度梯度后稳定的浓度梯度 BCDBCD蛋白主要覆盖胚蛋白主要覆盖胚 胎前胎前2 23 3区域区域 免疫染色免疫染色 母性效应基因（母性效应基因（maternal-effect genesmaternal-effect genes） 母性效应基因编码转录母性效应基因编码转录 因子、受体和调节翻译的因子、受体和调节翻译的 蛋白，在卵子发生中转录，蛋白，在卵子发生中转录， 产物储存在卵母细胞中，产物储存在卵母细胞中， 沿前沿前- -后轴呈梯度分布后轴呈

31、梯度分布 母性效应基因产物的梯母性效应基因产物的梯 度起始胚胎发育度起始胚胎发育, ,突变研突变研 究指出，调节果蝇发育的究指出，调节果蝇发育的 母性效应基因约母性效应基因约4040个个 幼体幼体 胚外组织胚外组织：绒毛膜和胎盘等：绒毛膜和胎盘等 外部细胞 内细胞团 囊胚的发育囊胚的发育 动物极动物极 植物极植物极 囊胚腔囊胚腔 基因表达与调控基因表达与调控 基因表达（基因表达（gene expression):gene expression):基因通过转录和翻译，产基因通过转录和翻译，产 生蛋白质产物和直接转录生蛋白质产物和直接转录RNARNA参与生物功能的过程参与生物功能的过程 基因调控：

32、基因调控：涉及基因的启动关闭，活性的增加或减弱涉及基因的启动关闭，活性的增加或减弱, ,发发 生在转录阶段，转录后加工阶段和翻译阶段生在转录阶段，转录后加工阶段和翻译阶段 负调控（负调控（ Negative controlNegative control ）：）：阻遏蛋白（阻遏蛋白（repressor repressor proteinprotein）结合在受控基因上时不表达，不结合时就表达）结合在受控基因上时不表达，不结合时就表达 的形式的形式 正调控（正调控（ Positive controlPositive control ）：）：基因表达的活化物基因表达的活化物 （ activator

33、s activators ）结合在受控基因上时，激活基因表达，）结合在受控基因上时，激活基因表达， 不结合时就不表达的形式不结合时就不表达的形式 真核基因的内部结构包括几种不同的控制转录的调控真核基因的内部结构包括几种不同的控制转录的调控 元件元件, ,主要的元件有：启动子、增强子、主要的元件有：启动子、增强子、弱化子弱化子、绝缘子绝缘子、 沉默子沉默子 这些调控元件可邻接，位于之中或远离该基因，它们这些调控元件可邻接，位于之中或远离该基因，它们 可以与许多类蛋白相互作用从而起到调节这些元件活性可以与许多类蛋白相互作用从而起到调节这些元件活性 的作用，这些蛋白称为的作用，这些蛋白称为转录因子转

34、录因子下面将用通用的模型说下面将用通用的模型说 明这些元件和因子在真核基因表达调控中的功能明这些元件和因子在真核基因表达调控中的功能 Cis-acting Cis-acting 顺式作用顺式作用 与靶基因位于同一条染色体上的与靶基因位于同一条染色体上的DNADNA序列发挥调控作用序列发挥调控作用 Trans-acting Trans-acting 反式作用反式作用 基因编码产物，基因编码产物，RNARNA或或proteinprotein调控另一簇基因的表达调控另一簇基因的表达 顺式作用元件与反式作用因子顺式作用元件与反式作用因子 细菌启动子含有顺式作用核苷酸序列，是RNA聚合酶结合的识别位点，

35、 因此它含有启动转录所必要的区域并紧挨它可调节的基因 真核启动子是由RNA聚合酶II（将基因转录为mRNA）识别的，它常含 有一些短的典型的DNA序列，其位于基因5上游100bp区间内 启动子的核心区有位于转录起始位点上游25-30bp的TATA框，在8 bp 的共有序列中仅有T-A对，两侧有富含G-C的区域 启动子启动子 启动子启动子 DNADNA分子上能与分子上能与RNARNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的聚合酶结合并形成转录起始复合体的 区域，在许多情况下，还包括促进这一过程的调节蛋白区域，在许多情况下，还包括促进这一过程的调节蛋白 的结合位点的结合位点 增强子（增强子（enhance

36、renhancer） 增强子增强子是是生物中能够增强基因表达的调控序列生物中能够增强基因表达的调控序列 作用特征：作用特征： 1.可以相隔数千个碱基对远距离发生调控作用可以相隔数千个碱基对远距离发生调控作用 2.不管正向或反向，均可以发挥调控作用不管正向或反向，均可以发挥调控作用 3.在结构基因的上游或下游都具有调控的作用在结构基因的上游或下游都具有调控的作用 由蛋白质因子参与的转录调控作用主要是正向调控由蛋白质因子参与的转录调控作用主要是正向调控 在讨论这些因子怎样调节基因表达之前，我们先来了解在讨论这些因子怎样调节基因表达之前，我们先来了解 它们是怎样结合到核酸上的它们是怎样结合到核酸上的

37、 转录因子的结构模式：转录因子的结构模式： 真核生物因子的真核生物因子的DNADNA结合结构域有多种形式，它们具有不结合结构域有多种形式，它们具有不 同的三维结构，主要有三种主要的结构模式：同的三维结构，主要有三种主要的结构模式： （1 1）螺旋）螺旋- -转角转角- -螺旋结构（螺旋结构（helix-turn-helixhelix-turn-helix，HTHHTH） （2 2）锌指结构（）锌指结构（Zinc fingersZinc fingers） （3 3）亮氨酸拉链结构（）亮氨酸拉链结构（leucine zipperleucine zipper） 调节基因调节基因 操纵子操纵子 Lac

38、 阻遏物阻遏物 半乳糖苷酶半乳糖苷酶 半乳糖苷半乳糖苷 透性酶透性酶 半乳糖苷半乳糖苷 乙酰基转移酶乙酰基转移酶 E.Coli E.Coli 诱导型诱导型LacLac操纵子结构模型操纵子结构模型 基基 因因 长长 度度 PI: i基因启动子基因启动子 gene i：调节基因：调节基因 P： 结构基因启动子结构基因启动子 gene Z,Y,A：结构基因：结构基因 O： 操纵单元操纵单元 91 一个真核基因的典型结构一个真核基因的典型结构 enhancer or silencer 5 UTR3 UTR 55端加帽端加帽 （ 5 capping5 capping） 在在mRNAmRNA转录链长度超过

39、转录链长度超过20-30nt20-30nt之前，其之前，其55端经化学端经化学 修饰被加上修饰被加上7-7-甲基鸟苷残基，这种甲基鸟苷残基，这种55端的修饰称为帽端的修饰称为帽 子结构子结构 连接方式是连接方式是3 -5-5连接，与正常的连接，与正常的3 3 -5-5连接方式连接方式 不同，是由不同，是由mRNAmRNA鸟苷转移酶催化鸟苷转移酶催化这一添加核苷酸反应这一添加核苷酸反应 33端剪切及加尾端剪切及加尾 3cleavage and polyadenylation3cleavage and polyadenylation 大部分成熟大部分成熟mRNAmRNA具有具有33多聚多聚A A尾

40、巴，它是经过剪切后再加上一串尾巴，它是经过剪切后再加上一串A A残基而残基而 成，通常叫做成，通常叫做poly Apoly A尾巴，这个特征可用于纯化尾巴，这个特征可用于纯化mRNAmRNA 特定序列元件：特定序列元件： 1 1）5-AAUAAA-35-AAUAAA-3 聚腺苷酸信号序列聚腺苷酸信号序列， 2 2）在其后）在其后1120nt1120nt处紧随着一个处紧随着一个“ “ 5-YA-3 ”5-YA-3 ”结构，结构， 3 3）在其下游方向的）在其下游方向的GUGUGUG GUGUGUG 这些序列共同决定了这些序列共同决定了聚腺苷酸化位点聚腺苷酸化位点 (polyadenylation

41、 site)(polyadenylation site) 可变剪接可变剪接 Alternative splicingAlternative splicing 可变剪接可变剪接是指从一个特定的基因转录物中通过利用不是指从一个特定的基因转录物中通过利用不 同同5 5 、33剪接位点产生出不同的成熟的剪接位点产生出不同的成熟的mRNAmRNA的过的过 程程，主要有四种方式：，主要有四种方式： （1 1）利用不同的启动子）利用不同的启动子 （2 2）利用不同的）利用不同的PolyPoly（A A）位点）位点 （3 3）保留某些内含子）保留某些内含子 （4 4）保留或去除某些外显子）保留或去除某些外显子

42、 可变剪接导致可变剪接导致-淀粉酶基因淀粉酶基因 在不同组织中的表达差异在不同组织中的表达差异 siRNA miRNA RNA acts as a regulator of gene expression -基因沉默基因沉默 遗传性状遗传性状 质量性状质量性状（qualitative character） 数量性状数量性状（quantitative character） 质量性状与数量性状质量性状与数量性状 质量性状：( 血型） 质量性状指表型可以明确 分成不同的类型, 遗传方式为 单基因的孟德尔式遗传, 环境 因素对表型的影响很小, 通常 可以忽略. 数量性状：（血压、身高） 由于多个基因各

43、自的微小 影响,数量性状表现为连续分布 的变异, 如果由多个影响平均 的微效基因控制, 群体中的个 体数呈现正态分布. F F P F1 F2 H 质量性状遗传 数量性状遗传 图6- 质量性状遗传和数量性状遗传的区别 数量性状和质量性状的区别数量性状和质量性状的区别 基因控基因控 制制 变异变异 分布分布 表型表型 分布分布 受环境受环境 影响影响 遗传遗传 规律规律 性状特性状特 点点 研究对研究对 象象 数量数量 性状性状 多基因多基因 正态正态 分布分布 连续连续 大大 非孟非孟 德尔德尔 遗传遗传 易度量易度量 群体群体 质量质量 性状性状 单基因单基因 二项二项 分布分布 分散分散

44、小小 孟德孟德 尔遗尔遗 传传 不易度不易度 量量 个体和个体和 群体群体 在一个有性生殖的自然群体中，在符合以下5个条 件则被称为理想群体。在理想群体中各等位基因 的频率和基因型频率在一代一代的遗传中是稳定 不变的： 种群无限大 种群中个体间的交配是随机的 没有突变发生 没有新基因加入 没有自然选择 理想群体理想群体 Hardy-Weinberg law的数学表达的数学表达 A基因的频率为p，a基因的频率为q。 在理想群体中，p和q都将不会变。所以在随机交配时， 将是A与a的自由组合： 1. 1. 一对等位基因随机交配一对等位基因随机交配 雄配子雄配子 雌配子雌配子 A(p)A(p)a(q)

45、a(q) A(p)A(p)AA(pAA(p2 2) )Aa(pq)Aa(pq) a(q)a(q)Aa(pq)Aa(pq)aa(qaa(q2 2) ) （1 1）配子随机结合）配子随机结合 （3）数学等式 (p+q)2 = p2 + 2pq + q2 =1 p + q = 1 拉马克(J. B. Lamarck)于1809年提出的关 于生物进化的学说。认为物种由其他物种 变化而来，生物存在由简单到复杂的等级， 强调生物内因为进化动力，主张“用进废用进废 退退”和“获得性遗传获得性遗传”。 拉马克学说拉马克学说 用长颈鹿做比喻,长颈鹿的 祖先是矮的,因为要吃高的 树叶,就拼命长脖子,结 果脖子长了

46、,遗传给下一代; 深海的鱼类,因为看不到光, 眼睛退化,也遗传给下一代. 这个学说有一致命破绽,虽 然身体改变了,但基因没有 改变,长再高也不会遗传给 下一代 拉马克学说拉马克学说 拉马克学说拉马克学说 物种是可变的，物种是由变异的个体组成的群体物种是可变的，物种是由变异的个体组成的群体 在自然界的生物中存在着由简单到复杂的一系列等级（阶梯），生在自然界的生物中存在着由简单到复杂的一系列等级（阶梯），生 物本身存在着一种内在的物本身存在着一种内在的“意志力量意志力量”驱动着生物由低的等级向较驱动着生物由低的等级向较 高的等级发展变化高的等级发展变化 生物对环境有巨大的适应能力；环境的变化会引起

47、生物的变化，生物生物对环境有巨大的适应能力；环境的变化会引起生物的变化，生物 会由此改进其适应；环境的多样化是生物多化的根本原因会由此改进其适应；环境的多样化是生物多化的根本原因 环境的改变会引起动物习性的改变，习性的改变会使某些器官经常使环境的改变会引起动物习性的改变，习性的改变会使某些器官经常使 用而得到发展，另一些器官不使用而退化；在环境影响下所发生的定用而得到发展，另一些器官不使用而退化；在环境影响下所发生的定 向变异，即后天获得的性状，能够遗传。如果环境朝一定的方向改变，向变异，即后天获得的性状，能够遗传。如果环境朝一定的方向改变， 由于器官的用进废退和获得性遗传，微小的变异逐渐积累

48、，终于使生由于器官的用进废退和获得性遗传，微小的变异逐渐积累，终于使生 物发生了进化物发生了进化 拉马克学说的问题拉马克学说的问题 关关于生物进化的原理和机制问题：拉马克以用进废退与获得性于生物进化的原理和机制问题：拉马克以用进废退与获得性 的遗传来解释生物性状产生的机制和进化的原理的遗传来解释生物性状产生的机制和进化的原理 关于进化的动力和方向问题：拉马克认为生物具有天生向上发关于进化的动力和方向问题：拉马克认为生物具有天生向上发 展的倾向和内在的愿望展的倾向和内在的愿望, , 是生物体内要求完善化的冲动是生物体内要求完善化的冲动, , 是改是改 进自己来适应环境的努力进自己来适应环境的努力

49、 关于现存的低等生物的解释问题：拉马克依赖于自生论的观关于现存的低等生物的解释问题：拉马克依赖于自生论的观 点点, , 认为现存的各种低等生物都是经常的由非生命的物质在认为现存的各种低等生物都是经常的由非生命的物质在 短期内自然产生的短期内自然产生的 达尔文：达尔文： 认为生物最初从非生物演化而 来，现存的各种生物是从共同祖先通过变 异、遗传和自然选择等演化而来。 达尔文进化论达尔文进化论 木村于年月在自然杂志上发表了“ 分分 子水平上进化速率子水平上进化速率”一文。中心大意是根 据当时所累积的蛋白质分子氨基酸序列的 比较研究, 发现在分子水平上所看到的大 部分进化是对自然选择既非有利也非不利

50、 的中立性突变, 且由于随机漂变使之在群 体中固定 中性学说中性学说 中性学说的内容中性学说的内容 分子进化速度的一定性。不论表型进化快的物种或进化慢的物种活分子进化速度的一定性。不论表型进化快的物种或进化慢的物种活 化石化石, , 就特定蛋白质而言就特定蛋白质而言, , 只要其结构与功能本质上不变只要其结构与功能本质上不变, , 以其氨以其氨 基酸置换频率所表示的分子进化速度就是一定的基酸置换频率所表示的分子进化速度就是一定的 功能上对生命生存制约性低的分子或一个分子中不那么重要的部分功能上对生命生存制约性低的分子或一个分子中不那么重要的部分, , 较之对生命生存制约性高的分子或分子中重要的

51、部分较之对生命生存制约性高的分子或分子中重要的部分, , 其突变置换其突变置换 率高率高 进化过程中进化过程中, , 对分子功能不损害或损害轻的突变置换较之损害严重对分子功能不损害或损害轻的突变置换较之损害严重 的突变容易发生的突变容易发生 具有新功能的墓因一般起源于基因重复具有新功能的墓因一般起源于基因重复 中立突变包括有害程度轻微的突变中立突变包括有害程度轻微的突变, ,分子进化中遗传漂变对中立突分子进化中遗传漂变对中立突 变在群体中的固定发挥着重要作用变在群体中的固定发挥着重要作用 分子水平上的进化主要是指进化是由中立突变与由随机漂 变导致的基因频度的固定所造成,而表型水平上的进化则 是

52、适应性进化, 对此自然选择是最合理的解释。两种学说 两种机制完全不同。如何在它们之间搭起桥来, 使两者统 一起来是中立主义者必须回答的第一个大难题。 木村本人最早提出的主要基因效果假说木村本人最早提出的主要基因效果假说, , 认为大部分碱基认为大部分碱基 置换是中立的或近于中立的置换是中立的或近于中立的, ,而有很少数的突变对生物生而有很少数的突变对生物生 存是有利的存是有利的, , 从而导致产生适应性进化从而导致产生适应性进化 中性学说问题中性学说问题 不同的病人个体不同的病人个体 药效往往不尽相同，有时甚至药效往往不尽相同，有时甚至 会产生会产生严重的毒副作用严重的毒副作用 相同的药物相同

53、的药物 相同的剂量相同的剂量 当前药物使用中普遍 存在的问题： 基因多态性和环境差异使你基因多态性和环境差异使你“与众不同与众不同” 人与人之间基因信息99%以上都是相同的，但还存在着细 微的不同。正是这种细微的基因差异决定你我之间相貌、 血型、身高和性格的差异，以及药物疗效的差异，使您 “与众不同”。 决定决定 人体人体 中药中药 物反物反 应过应过 程程 人体内的药物反应是有多种酶和蛋白参与的复杂过程。人体内的药物反应是有多种酶和蛋白参与的复杂过程。 编码这些酶和蛋白的相关基因中存在着大量的编码这些酶和蛋白的相关基因中存在着大量的单核苷酸多单核苷酸多 态性（态性（SNP）位点，因此不同个体

54、内酶或蛋白的性质存在位点，因此不同个体内酶或蛋白的性质存在 差异。差异。 正是这些差异导致了不同个体间对药物反应的差异。正是这些差异导致了不同个体间对药物反应的差异。 研发阶段即确定药物的目标人研发阶段即确定药物的目标人 群，对不同人群有针对性地研群，对不同人群有针对性地研 发药物，降低制药成本发药物，降低制药成本 对已临床应用的药物，对已临床应用的药物， 实现实现 “个体化用药个体化用药” 新药研发新药研发临床用药临床用药 药物基因组学研究的意义 个体化治疗 个体化治疗重在”4R” 合适的药物 合适的剂量 合适的时间 合适的病人 个体化治疗不是随意的治疗，而是在生物标志物 的指导下进行有序的

55、治疗 存在于两种基因内的遗传多态性对药物反应的潜在影响 图例：图例： WT/WTWT/WT：野生型纯合：野生型纯合 子子 WT/VWT/V：野生：野生/ /突变型突变型 杂合子杂合子 V/VV/V：突变型杂合子：突变型杂合子 药物反应的多基因控制（药物反应的多基因控制（药物代谢药物代谢和和药物受体药物受体基因）基因） 药物代谢表现型药物代谢表现型 受体表现型受体表现型 疗效疗效 毒性（毒性（%） 模式生物简介模式生物简介 1,1,定义定义：生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用于 揭示某种具有普遍规律的生命现象，此时，这种被选定的 生物物种就是模式生物。 2 2, ,理论基础理论基础：把

56、研究较多的一些低等生物作为模式生物进行比 较分析, 从其基因组中发现一些普遍规律或重要信息, 来 作为高等生物特别是人类基因组研究的基础。 酵母 细胞周期和DNA 修复的模式 线虫 细胞分化发育的模式 果蝇 信号传递的模式 几种经典的模式生物几种经典的模式生物 模式生物模式生物基因组大小基因组大小 噬菌体 Bacteriophage5Kb到5Mb 大肠杆菌 E.coli900个基因 酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae15Mb,6000个基因 果蝇Drosophila melanogaster180Mb 秀丽线虫Caenorhabditis elegans100Mb,1.9

57、万个基因 非洲爪蟾Xenopus laevis 1.7109bp 斑马鱼zebra fish 1.8109bp 小鼠 Mus musculus3109bp,超过2万个基因 拟南芥 Arabidopsis thaliana125Mb 小鼠小鼠是最为现实和重要的模式生物是最为现实和重要的模式生物 饲养方便饲养方便 遗传学研究遗传学研究 可操作性强可操作性强 研究结果研究结果 可推广至人可推广至人 环境影响小环境影响小 易分析易分析 自交耐受性好自交耐受性好 容易构建家系容易构建家系 鼠父母鼠父母 鼠兄妹鼠兄妹 小小 鼠鼠 基基 因因 组组 利用转基因技术， 加入某个基因 利用基因剔除技术， 剔除基

58、因组中某个基因 利用化学诱变技术， 或转座子突变技术， 破环某个基因 检测小鼠基因操作前后的检测小鼠基因操作前后的性状变化性状变化，达到了解该基因生物学功能的目的，达到了解该基因生物学功能的目的 通过通过基因操作基因操作 进行基因功能的研究进行基因功能的研究 目前小鼠基因操作技术日益成熟，并获得了大量的功能基因目前小鼠基因操作技术日益成熟，并获得了大量的功能基因 信息。信息。 2.2.哺乳动物细胞哺乳动物细胞表达载体的选择表达载体的选择 （1 1）质粒型载体）质粒型载体 哺乳动物细胞质粒型载体大多数是通过细菌质粒而获得的，主要是在哺乳动物细胞质粒型载体大多数是通过细菌质粒而获得的，主要是在 质

59、粒的基础上插入了一些病毒或其他一些物种及人的基因表达调控序列质粒的基础上插入了一些病毒或其他一些物种及人的基因表达调控序列 哺乳动物细胞表达载体有哺乳动物细胞表达载体有2 2大类：质粒型载体和病毒型载体大类：质粒型载体和病毒型载体 典型的哺乳动物细胞表达载体需要以下顺式作用元件典型的哺乳动物细胞表达载体需要以下顺式作用元件: : a.a.启动子启动子 b.b.增强子增强子 c.c.多聚腺苷酸化信号多聚腺苷酸化信号 d.d.药物选择标记基因药物选择标记基因 e. e. 报告基因报告基因 （2 2）病毒型载体）病毒型载体 病毒型载体已被广泛地用于将外源基因导入哺乳动物细胞或替换哺病毒型载体已被广泛

60、地用于将外源基因导入哺乳动物细胞或替换哺 乳动物细胞中的缺陷基因，这类载体将来在基因治疗中将具有非常重要乳动物细胞中的缺陷基因，这类载体将来在基因治疗中将具有非常重要 的价值，目前应用的病毒类型包括：逆转录病毒、腺病毒、牛痘病毒和的价值，目前应用的病毒类型包括：逆转录病毒、腺病毒、牛痘病毒和 杆状病毒等杆状病毒等 2.2.哺乳动物细胞哺乳动物细胞表达载体的选择表达载体的选择 A A逆转录病毒载体逆转录病毒载体 逆转录病毒的优点是，可以使外源基因整合到基因组逆转录病毒的优点是，可以使外源基因整合到基因组 中，因而可以被稳定传代和表达中，因而可以被稳定传代和表达 但是，由于逆转录病毒的插入位点是随