第五章基因精细结构的遗传分析

1、第五章基因精细结构的遗传分析第一节第一节 基因的概念基因的概念第二节第二节 重组测验重组测验第三节第三节 互补测验互补测验第四节第四节 缺失作图缺失作图第五节第五节 断裂基因和重叠基因断裂基因和重叠基因第六节第六节 基因的功能基因的功能第一节第一节 基因的概念基因的概念一、基因概念的发展一、基因概念的发展 二、基因的类别及其相互关系二、基因的类别及其相互关系 三、基因与三、基因与DNA 一、基因概念的发展一、基因概念的发展 ( (一一) )遗传因子遗传因子控制生物性状的符号控制生物性状的符号( (二二) )染色体是基因的载体染色体是基因的载体( (三三)DNA)DNA是遗传物质是遗传物质( (

2、四四) )基因是有功能的基因是有功能的DNADNA片段片段( (五五) )基因的调节控制基因的调节控制操纵子模型操纵子模型( (六六) )跳跃基因跳跃基因( (七七) )断裂基因断裂基因( (八八) )重叠基因重叠基因( (九九) )假基因假基因指基因家族中不产生有功指基因家族中不产生有功能的基因产物，但是在结能的基因产物，但是在结构和构和DNA序列上与有功能序列上与有功能的基因具有相似性。的基因具有相似性。 二、二、 基因的类别及其相互关系基因的类别及其相互关系1. 编码蛋白质的基因，即有翻译产物的基因。编码蛋白质的基因，即有翻译产物的基因。如结构蛋白、酶等结构基因和产生调节蛋白的调如结构蛋

3、白、酶等结构基因和产生调节蛋白的调节基因。节基因。2.只转录产生相应的只转录产生相应的RNA，没有翻译产物，不，没有翻译产物，不产生蛋白质的基因。产生蛋白质的基因。这些基因转录产物这些基因转录产物RNA不翻译，如编码不翻译，如编码tRNA、rRNA的基因。的基因。3. 不转录的不转录的DNA区段。区段。如启动基因、操纵基因。如启动基因、操纵基因。三、基因与三、基因与DNA 一个基因大约有一个基因大约有500-6000个核苷酸对，但个核苷酸对，但并非并非DNA分子上任一含有几千个核苷酸对的区分子上任一含有几千个核苷酸对的区段都是一个基因，段都是一个基因，基因是一个含有特定遗传信息基因是一个含有特

4、定遗传信息的的DNADNA分子区段。分子区段。 第二节第二节 重组测验重组测验一、一、 拟等位基因拟等位基因杏色眼杏色眼(wa)、白色眼、白色眼( w)、野生型、野生型( + )杏色眼杏色眼(wa/ wa)与白色眼果蝇与白色眼果蝇( w/Y)杂交，杂交，F2应该只有两种应该只有两种亲本的表型，但是亲本的表型，但是F2群体中出现红眼果蝇。群体中出现红眼果蝇。由于由于F1雌蝇雌蝇wa+/+w发生交换产生配子。发生交换产生配子。Wa +/+ w为反式排列，突变型为反式排列，突变型wa w为顺式排列，野生型。为顺式排列，野生型。顺反位置效应：由于排列方式不同而表型不同的现象。顺反位置效应：由于排列方式

5、不同而表型不同的现象。拟等位基因：紧密连锁的功能性等位基因但不是结构性拟等位基因：紧密连锁的功能性等位基因但不是结构性的等位基因称为拟等位基因。的等位基因称为拟等位基因。二、噬菌体突变型二、噬菌体突变型 噬菌体形态突变型噬菌体形态突变型 寄主范围的突变型寄主范围的突变型 条件致死突变型条件致死突变型 三、三、Benzer的重组测验的重组测验 Benzer所用的所用的T4噬菌体的噬菌体的rII突变型是遗传学研究中所用的第突变型是遗传学研究中所用的第一个条件致死突变型。一个条件致死突变型。T4野生型和野生型和r突变型的区别参见下表。突变型的区别参见下表。 双重感染试验v重组频率（重组频率（2rII

6、噬菌斑数噬菌斑总数）噬菌斑数噬菌斑总数）100%v （2大肠杆菌大肠杆菌K菌株上的噬菌斑数大肠杆菌菌株上的噬菌斑数大肠杆菌B 上的噬菌斑数）上的噬菌斑数）100%v0.02图距单位图距单位1.8105bp0.0215002.4bp 最小的结构单位最小的结构单位v本泽尔将最小重组单位定义为重组子本泽尔将最小重组单位定义为重组子(recon)。v基因也并非最小突变单位。基因也并非最小突变单位。Benzer提出用突变子提出用突变子(muton)来描述基来描述基因突变的最小单位。因突变的最小单位。v但以后研究显示：突变子和重组子都是一个核苷酸对或者碱基对但以后研究显示：突变子和重组子都是一个核苷酸对或

7、者碱基对(bp)。所以基因内每个碱基均可能发生突变，任意两个碱基间均能发生交所以基因内每个碱基均可能发生突变，任意两个碱基间均能发生交换重组。换重组。第三节第三节 互补测验互补测验 互补测验（顺反测验）：即根据顺式表现型和反式表现型来确互补测验（顺反测验）：即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）。定两个突变体是否属于同一个基因（顺反子）。 互补测验：两个突变型同时感染大肠杆菌互补测验：两个突变型同时感染大肠杆菌K菌株时，可以菌株时，可以互相弥补对方的缺陷，共同在菌内增殖，释放原来的两个突变互相弥补对方的缺陷，共同在菌内增殖，释放原来的两个突变型。型。 那么就必

8、定是一个突变型补偿了另一个突变型所不具有的功能，这那么就必定是一个突变型补偿了另一个突变型所不具有的功能，这两个突变型就称为彼此互补。两个突变型就称为彼此互补。 二、基因内互补二、基因内互补 基因内互补：同一基因内两个不同位点突变使基因内互补：同一基因内两个不同位点突变使两条原来相同的多肽链转变成两条分别在不同位点上两条原来相同的多肽链转变成两条分别在不同位点上发生变异的多肽链，而后将这两条多肽构成双重杂合发生变异的多肽链，而后将这两条多肽构成双重杂合子，这两者配合起来，有可能表现出程度不同的恢复子，这两者配合起来，有可能表现出程度不同的恢复酶活性部位，这种现象称为基因内互补。酶活性部位，这种

9、现象称为基因内互补。 第四节第四节 缺失作图缺失作图一、缺失作图原理一、缺失作图原理 缺失作图必须具有一组重叠缺失突变系作为工具，把要测缺失作图必须具有一组重叠缺失突变系作为工具，把要测定的突变型和这一系列缺失突变型分别进行重组测验。凡是能定的突变型和这一系列缺失突变型分别进行重组测验。凡是能和某一缺失突变型进行重组的，它的位置一定不在缺失范围内，和某一缺失突变型进行重组的，它的位置一定不在缺失范围内，凡是不能重组的，它的位置一定在缺失范围内。凡是不能重组的，它的位置一定在缺失范围内。 缺失缺失1缺失缺失2abc 细线表示缺失区，二者分别与各种突变体杂交，缺失细线表示缺失区，二者分别与各种突变

10、体杂交，缺失2只有与只有与a区区中突变体杂交才能产生野生型重组体，缺失中突变体杂交才能产生野生型重组体，缺失1只有与只有与c区突变体杂交才区突变体杂交才能产生野生型重组体，但能产生野生型重组体，但2个缺失与个缺失与b区的突变体杂交均不能产生野生区的突变体杂交均不能产生野生型重组体。型重组体。 二、缺失作图方法二、缺失作图方法 在在0.5ml0.5ml大肠杆菌大肠杆菌B B菌株培养物中加入菌株培养物中加入1 1滴缺失型噬菌体滴缺失型噬菌体和和1 1滴待测的滴待测的rr突变噬菌体，几分钟之后，取突变噬菌体，几分钟之后，取1 1滴菌液加在滴菌液加在灭菌的纸条上，铺在长有大肠杆菌灭菌的纸条上，铺在长有

11、大肠杆菌K K菌株的平板上，经过培菌株的平板上，经过培养后如果在纸条覆盖的区域内形成清晰的噬菌斑，则说明养后如果在纸条覆盖的区域内形成清晰的噬菌斑，则说明他们之间能够发生重组，产生了野生型噬菌体。他们之间能够发生重组，产生了野生型噬菌体。 通过两个步骤把没有定位的通过两个步骤把没有定位的rr突变定位在突变定位在rr区域区域4747个个小片段上。第一步将待测的突变型与最上方的小片段上。第一步将待测的突变型与最上方的7 7个个“大缺失大缺失”突变型分别进行杂交，以确定这一突变位点所属的大范围。突变型分别进行杂交，以确定这一突变位点所属的大范围。第二步将待测的突变型进一步与有关的第二步将待测的突变型

12、进一步与有关的“小缺失小缺失”突变型分突变型分别进行杂交，以缩小这一突变位点所属的范围。别进行杂交，以缩小这一突变位点所属的范围。 第五节第五节 断裂基因与重叠基因断裂基因与重叠基因一、外显子与内含子一、外显子与内含子 把把DNADNA序列中被转录成为序列中被转录成为mRNAmRNA的片段称为外显的片段称为外显子。子。 而在成熟而在成熟mRNAmRNA上未反应出的上未反应出的DNADNA区段称为内区段称为内含子。含子。 二、重叠基因的发现与重叠方式二、重叠基因的发现与重叠方式 （一）重叠基因的发现（一）重叠基因的发现 英国剑桥分子生物学家英国剑桥分子生物学家SangerSanger分析噬菌体分

13、析噬菌体X174DNAX174DNA全序列后，全序列后，发现它只有发现它只有53785378个核苷酸却组成了个核苷酸却组成了9 9个基因，这九个基因编码了个基因，这九个基因编码了20002000个氨基酸，按照三联体密码子的原则应该有个氨基酸，按照三联体密码子的原则应该有60006000个核苷酸，实个核苷酸，实际数和理论数相差际数和理论数相差600600多个核苷酸。这是什么原因呢？研究发现多个核苷酸。这是什么原因呢？研究发现X174X174基因组中有些密码是重读的，也就是重叠密码，从而形成重基因组中有些密码是重读的，也就是重叠密码，从而形成重叠基因。叠基因。 （二）重叠的方式（二）重叠的方式 大

14、基因之内包含小基因大基因之内包含小基因 前后两个基因首尾重叠前后两个基因首尾重叠 3个基因之间三重重叠个基因之间三重重叠 反向重叠：反向重叠：DNA双链都转录，密码读框都相同，双链都转录，密码读框都相同，但是方向不同，所以形成不同的蛋白质。但是方向不同，所以形成不同的蛋白质。 重叠操纵子：重叠基因不仅仅是结构基因之间重叠操纵子：重叠基因不仅仅是结构基因之间的重叠，也有结构基因与调控序列的重叠，以及调控的重叠，也有结构基因与调控序列的重叠，以及调控序列之间的重叠。序列之间的重叠。 第六节第六节 基因的功能基因的功能 总的来说，基因有控制遗传性状和活性调节的功能。基因通过复制把遗传信息传递给下一代

15、，并且通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的个体性状表现。基因还可以通过控制结构蛋白的成分，直接控制生物的性状。 一、一、Garrod的先天性代谢缺陷的先天性代谢缺陷 20世纪初，英国医生世纪初，英国医生Garrod首先发现了人类当中几种先天性代首先发现了人类当中几种先天性代谢缺陷病，如苯丙酮尿症是由一个常染色体隐性基因决定的，因为这谢缺陷病，如苯丙酮尿症是由一个常染色体隐性基因决定的，因为这种隐性基因不能产生苯丙氨酸羟化酶，不能把体内的苯丙氨酸转变成种隐性基因不能产生苯丙氨酸羟化酶，不能把体内的苯丙氨酸转变成酪氨酸，苯丙氨酸积累起来，只能通过苯丙氨酸转移酶的作用，从另酪氨酸，苯丙氨酸

16、积累起来，只能通过苯丙氨酸转移酶的作用，从另一代谢途径转变成有毒的苯丙酮酸，苯丙酮酸从尿液中排出，因此可一代谢途径转变成有毒的苯丙酮酸，苯丙酮酸从尿液中排出，因此可以通过尿液被检查出来而确诊，所以称为苯丙酮尿症。以通过尿液被检查出来而确诊，所以称为苯丙酮尿症。 英国医生英国医生Garrod认为代谢缺陷是由于缺少某些酶。因此他第一认为代谢缺陷是由于缺少某些酶。因此他第一个提出了基因和酶之间的关系，认为基因是通过控制酶和其他蛋白质个提出了基因和酶之间的关系，认为基因是通过控制酶和其他蛋白质合成来控制细胞代谢的。合成来控制细胞代谢的。二、一个基因一种酶假说二、一个基因一种酶假说 BeadleBeadle和和TatumTatum利用脉孢霉的生物合成途径来完成实验。利用脉孢霉