基因表达与调控

1、1基因表达与调控2n基因概念及其发展基因概念及其发展 n原核生物基因调控：操纵元模型原核生物基因调控：操纵元模型 n真核生物基因调控：真核生物基因调控： DNA、转录和翻译三个水平、转录和翻译三个水平3n第一节 基因的概念4一 基因的概念及其发展n（一） 经典遗传学关于基因的概念：孟德尔： 把控制性状的因子称为遗传因子。 如豌豆红花（C）、白花（c）、植株高（H）、矮（h）。约翰生： 提出基因（gene） 取代遗传因子。摩尔根： 对果蝇、玉米等的大量遗传研究，建立了以基因和染色体 为主体的经典遗传学。 n基因是化学实体，以念珠状直线排列在染色体上。5基因共性（按照经典遗传学关于基因的概念）：

2、n基因具有染色体的主要特性：自我复制和相对稳定性，在分裂时有规律地进行分配。 n交换单位：基因间能进重组，而且是交换的最小单位。 n突变单位：一个基因能突变为另一个基因。 n功能单位：控制有机体的性状。 n经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割； 既是结构单位，又是功能单位。6n（二） 分子遗传学关于基因的概念：.揭示遗传密码的秘密：基因 具体物质。 一个基因DNA分子上一定区段，携带有特殊遗传 信息转录成RNA翻译成多肽链，或对其它 基因的活动起调控作用（如调节基因、启动基因、操纵基因）。 .基因不是最小遗传单位更复杂的遗传和变异单位： 例如：在一个基因区域内，仍可以划分出若干起作用

3、的小单位。7. 现代遗传学认为： n突变子（muton）：性状突变时产生突变的最小单位。 一个突变子可以小到只有一个碱基对；如移码突变。 n重组子（recon）：性状重组时，可交换的最小单位。 一个交换子可以只包含一个碱基对。 n顺反子（cistron）：表示一个作用的单位，基本符合通常所述基因的大小或略小。所包括的一段 DNA与一个多肽链合成相对应；平均为5001500个碱基对。8现代遗传学的基因概念： n.可转录一条完整的RNA分子或编码一个多肽链； n.功能上被顺反测验或互补测验所规定。分子遗传学保留功能单位的解释，而抛弃最小结构单位说法。 n基因：相当于一个顺反子，包含许多突变子和重组

4、子。 紫外灯下的紫外灯下的DNADNA9n（三） 分子遗传学对基因概念的新发展n结构基因（structural gene）： 指可编码RNA或蛋白质的一段DNA序列。其RNA/蛋白质直接具有功能或参加某些功能。rRNA基因10n调控基因（regulator gene）： 指其表达产物参与调控其它基因表达的基因。11n重叠基因（overlapping gene）： 指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。 在一些细菌和动物病毒中有重叠基因，最早由Sanger于1977年发现了174单链DNA病毒中有6个基因是重叠的。174的遗传图（数字表示不翻译的间隔

5、区）12n隔裂基因（split gene）： 指基因内部被一个或更多不翻译的编码顺序即内含子所隔裂。 n内含子（intron）：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片段； n外显子（extron）：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片段。13n跳跃基因（jumping gene）： 即转座因子，指染色体组上可以转移的基因。 n实质：能够转移位置的DNA片断。 n功能：在同一染色体内或不同染色体之间移动引起 插入突变、DNA结构变异（如重复、缺失、畸变）通过表现型变异得到鉴别。 n遗传工程：转座子标签法玉米转座子现象玉米转座子现象14玉米转座子系统玉米转座子系统Ac转座酶活性没有被激活，无转座发生

6、转座酶活性没有被激活，无转座发生 Ac转座酶活性被激活，转座发生转座酶活性被激活，转座发生 性状发生改变性状发生改变 15n金鱼草转座子系统： 金鱼草中最少含有四种转座子（Tam），含有12或13bp 的插入重复顺序。其中Tam1、Tam2和Tam3转座子分别为15kb、 5kb和3.6kb长度。 nTam转座子 用于控制花的生物合成基因研究。 n突变结果很容易通过表现型变异加以鉴定。 16n. 假基因（pseudogene）: 同已知的基因相似，处于不同的位点，因缺失或突变而不能转录或翻译，是没有功能的基因。 n真核生物中的血红素蛋白基因 家族中就存在假基因现象。血红蛋白分子的四血红蛋白分子

7、的四条多肽链条多肽链 17二 基因的微细结构n（一） 互补作用： 设有两个独立起源的隐性突变，具有类似的表现型。 判断是属于同一个基因突变，还是属于两个基因突变。 即判断是否属于等位基因。建立双突变杂合二倍体； 测定突变间有无互补作用。 18n1互补测验（顺反测验）：根据功能确定等位基因的测验。 顺反测验：根据顺式表现型和反式表现型来确定两个突变体是否属于同一个基因（顺反子）。 n顺式排列为对照（是两个突变座位位于同一条染色体上），其表现型 野生型。 n实质上是进行反式测验（反式排列：是两个突变座位位于不同的染色体上）。 反式排列为野生型：突变分属于两个基因位点； 反式排列为突变型：突变分属于

8、同一基因位点。本泽尔：本泽尔：提出提出顺反顺反子子，表示功能的最，表示功能的最小单位和顺反的位小单位和顺反的位置效应。置效应。 19n2无互补作用： 则个体表现为突变型，突变来自同一个基因，只能产生突变的mRNA形成突变酶和个体，显示突变的表现型。 20n3有互补作用： 突变来自不同的基因，则每个突变的相对位点上都有一个正常野生型基因 最终可产生正常mRNA，其个体表现型为野生型。21n、基因的微细结构： 本泽尔利用经典的噬菌体突变和重组技术 分析T4噬菌体r区基因的微细结构。n原理： nr+ 野生型T4噬菌体：侵染E.coli B株和K12株； nr突变型T4噬菌体：只侵染B株，不能侵染K1

9、2（）株。利用上述特点: 让两个r突变型杂交 侵染K12（）株，选择重组体r+ 计算出两个r+ 突变座位间的重组频率。22n方法：方法： 两种r突变类型：rx、ry r+ rxry r+ 混合感染 E.coli B株 接种 B株 K12 () 株 计数 r+ ry、rxr+ r+ r+ r+ r+、rxry仅生长一 四种基因型 种重组型 均能生长23n结果： n.重组值计算： rxry的数量与r+r+ 相同，计算时r+r+ 噬菌体数2。可以获得小到0.001，即十万分之一的重组值。 n利用大量r区内二点杂交结果，绘制出r区座位间微细的遗传图： %1002总噬菌体数噬菌体数重组值rr %1002

10、12株上生长的噬菌斑总数株上生长的噬菌斑数BK24n. r突变体类型： rA、 rB： 两个rA 突变体混合K12无噬菌体繁殖 两个rB 突变体混合K12无噬菌体繁殖 rA rB突变体 K12噬菌体繁殖 nrA与rB区段可以互补，分属于不同基因座位。25三 顺式与反式调控n1. 顺式调控： 如基因启动子发生突变，使调控蛋白不能识别启动子结构，基因不能表达，这种只影响基因本身表达、不影响其它等位基因调控的突变 称顺式调控。n2. 反式调控： 调控蛋白发生突变，不能与这个基因的启动子结合，将可影响到与该调控蛋白结合有关的所有等位基因位点表达 这种突变称为反式调控。2627四 基因的作用与性状的表现

11、转录转录翻译翻译直接直接间接间接28n1.结构蛋白：结构蛋白： 基因变异 直接影响蛋白质特性，表现出不同遗传性状。 n例如人的镰形红血球贫血症。 红血球碟形HbA 突变 HbSHbC 红血球镰刀形 血红蛋白分子有四条多肽链： 两条链（141个氨基酸/条）； 两条链（146个氨基酸/条）。 HbA、Hbs、Hbc氨基酸组成的差异在于链上第6位上氨基酸： nHbA第6位为谷氨酸（GAA、GAG）； nHbS第6位为缬氨酸（GUA、GUG）； nHbC第6位为赖氨酸（AAA、AAG）。29n产生贫血症的原因： 单个碱基的突变引起氨基酸的改变导致蛋白质性质发生变化，直接产生性状变化。 正常碟形红血球转

12、变为镰刀形红血球缺氧时表现贫血症。HbAHbSHbC30n2.酶蛋白：例如：豌豆： 圆粒（RR）皱粒（rr） F1 圆粒（Rr）F21/4皱粒。31n基因产生多肽，有表型；产生tRNA，rRNA，无表型；不转录mRNA，但对其他基因有调控作用。32n第二节 基因的调控33 一种生物的整套遗传密码可以比作一本密码字典 该种生物的每个细胞中都有这本字典。 n为什么基因只有在它应该发挥作用的细胞内和应该发挥作用的时间才能呈现活化状态? 结论：必然有一个基因调控系统在发挥作用。基因调控主要在三个水平上进行： nDNA水平； n转录水平； n翻译水平。34一 原核生物的基因调控（一）转录水平的调控：n负调控：细胞中阻遏物阻止基因转录过程的调控机制。 阻遏物与DNA分子结合 阻碍RNA聚合酶转录 使基因处于关闭状态； n正调控：经诱导物诱导转录的调控机制。 诱导物通常与蛋白质 结