基因组织和结构

1、关于基因的组织与结构第1页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四一、基 因“Particulate factor”在孟德尔遗传学的定律中，孟德尔用于命名从亲代传递给子代而不发生改变的遗传物质；遗传因子位于染色体上萨顿假设，1903年W.S.Sutton;Gene由W. Johannsen于1909年首先使用,但当时对其物质本质尚一无所知；1、基因概念的演化第2页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四遗传粒子理论摩尔根基因论，基因是染色体上象念珠一样线形排列的遗传物质单位，是突变、重组和功能表达三位一体；基因与性状的相关性1940年，G.Beadle和R.Tatum提

2、出“一个基因一个酶”的假设，第一次明确地把基因和蛋白质直接相关联；基因物质本质的认识转化、转导、转染等实验证实了DNA是遗传物质，基因的化学本质是脱氧核糖核酸，基因是具有一定的遗传学功能的DNA片段；第3页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四DNA 双螺旋结构模型：基因调控模型的建立Jacob和Monod的操纵子学说。第4页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2、基因的概念 基因是指存在于细胞内有自体繁殖能力的遗传单位，这种单位在染色体上占有一定位置而作直线排列。 基因是具有特定的核苷酸顺序的核酸分子中一个片段，是携带有特定遗传信息的功能单位。 在大多数生物中基

3、因的化学本质是DNA，但在某些病毒中可以是RNA。第5页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3、不连续基因/断裂基因Structural gene codes for any RNA or protein product other than a regulator. 结构基因：RNA或蛋白质的编码基因，而非调节基因。 Exon is any segment of an interrupted gene that is represented in the mature RNA product. 外显子：基因中的编码区，即在成熟的RNA中出现的基因的片段。Intron is a

4、 segment of DNA that is transcribed, but removed from within the transcript by splicing together the sequences (exons) on either side of it. 内含子：基因中的非编码区，即在成熟的RNA中没有出现的基因的片段。 第6页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四Transcript is the RNA product produced by copying one strand of DNA. It may require processing t

5、o generate mature RNAs. 转录本：由模版DNA拷贝得到的RNA产物，需进一步加工后才能成为成熟的RNA。RNA splicing is the process of excising the sequ-ences in RNA that correspond to introns, so that the sequences corresponding to exons are connected into a continuous mRNA. RNA剪接：除去内含子，连接外显子序列，以产生功能的mRNA、tRNA、rRNA的过程。第7页，共84页，2022年，5月20日

6、，6点1分，星期四断裂基因的转录与表达Interrupted genes are expressed via a precursor RNA. Introns are removed when the exons are spliced together. The mRNA has only the sequences of the exons.第8页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四英国科学家，因发现断裂基因于1993年获诺贝尔奖Richard J.Roberts 从事腺病毒Ad2研究。 1974年，罗伯茨与其同事用限制酶作Ad2 DNA限制酶图谱，并对一些片段进行测序。发

7、现其中有一个小片段包含Ad2 mRNA的末端和一个启动子。正是对这个包含启动子片段的搜索，导致断裂基因的发现。 断裂基因的发现是罗伯茨测序研究的意外发现。1）基因不连续性的发现与证实第9页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四 美国科学家，因发现mRNA剪接获诺贝尔奖Phillip A. Sharp 从事肿瘤病毒的分子生物学和RNA剪接研究。 利用DNA和RNA杂交的方法发现mRNA不能与DNA全部杂交。在电子显微镜下发现有三个环。这表明mRNA比DNA小了许多；一个连续的DNA分子包含了没有反映在mRNA中的信息。夏普提出hnRNA的内含子被切除，而外显子片断拼接起来。第10页

8、，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四R-环腺病毒DNA与其mRNA杂交形成R-环结构第11页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四断裂基因的检测方法：DNA酶切分析若同一基因的基因组DNA和cDNA的限制性图谱相同，则一般不含内含子；若基因组DNA的长度大于cDNA则很可能是不连续基因。第12页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四断裂基因现象广泛存在于真核生物中，甚至在少数原核生物中也存在；并非所有的真核生物基因都是断裂基因，如组蛋白基因和干扰素基因。断裂基因存在的范围：第13页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2）内含子与外显子

9、特点不同的断裂基因所含的内含子数目有很大差别，有些基因只有一个或若干个内含子，而有的基因内含子与外显子是高度嵌合的；内含子的长度常大于外显子；在同一基因家族内，断裂基因的组织结构、外显子序列及其长度通常比较保守，而内含子变化迅速，不论是序列还是长度差异性很大。第14页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四哺乳动物二氢叶酸还原酶（DHFR）基因 人类、小鼠和中国仓鼠的DHFR都有6个外显子，外显子基本相同，各内含子的相对位置没有改变，但长度变化很大。第15页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3）基因外显子与蛋白质结构域的关系外显子常相当于多肽折叠的结构域；外显子的

10、边界非常精确地相当于结构域之间的联结处；外显子与结构域并非在任何情况下都一一对应。4）内含子与外显子的关系外显子与内含子联结处具有1-4bp的保守的共同序列（GT-AG规则），可能与剪接反应有关；一个基因的内含子可以是另一基因的外显子，即内含子和外显子是相对的。第16页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四4、基因家族（gene family）基因家族：来自于一个共同的祖先基因，通过复制和变异形成的结构、功能相似的基因群体；家族成员其外显子具有相似性。基因家族中的基因常串联排列，构成基因簇（genen cluster）；但也可以不集中在一起，甚至分布在不同的染色体上。基因家族的类

11、型：1）简单的多基因家族；2）复杂的多基因家族；3）有时空表达差异的复杂的多基因家族。第17页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四1）简单的多基因家族rRNA基因家族真核生物rRNA基因包括18-5.8-28S三个基因，构成同一转录单元，在染色体上中等重复。重复单元包括转录序列和将转录序列分隔开的非转录区；rRNA重复单元分布在一条或几条染色体的核仁区。 真核生物rDNA重复单元结构第18页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四rDNA非转录间隔区结构长度固定区域与可变区域相间排列；可变区域由短重复序列组成，重复次数变化导致非转录间隔区序列长度差异；最前端的固定区

12、域其序列和长度与其它固定区域不同；后三个固定区域称做Bam Island;第19页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2）复杂的多基因家族组蛋白基因家族特点：由多个基因构成一个重复单位，重复数百次；每个基因单独地按一定方向转录；各重复单元含有多个不同的转录单元和非转录区；组蛋白基因家族中的5个基因串联构成一个重复单元，然后又以多拷贝组织成串联的重复基因簇。一个重复单元中含5个不同的转录单元和5个短而不同的间隔区。几种动物组蛋白基因的拷贝数：海胆：300-1000；果蝇：100；鸡：10小鼠：10-20； 人：30-40； 酵母：1第20页，共84页，2022年，5月20日，6点

13、1分，星期四3）时空特异性表达的复杂的多基因家族 珠蛋白基因家族人血红蛋白是四聚体，分别由家族（16号染色体）和家族（11号染色体）的基因编码。在个体发育过程中，血红蛋白的亚基组成不同，基因的表达具有时序性。基因排列方式与基因在发育阶段的表达顺序一致第21页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四5、假基因假基因（pseudogene）：核苷酸序列同相应的正常功能基因基本相同，但不能合成功能蛋白质的失活基因。重复的假基因：与“亲本基因”连锁，通过含“亲本基因”的染色体区段重复而成。珠蛋白基因家族中的假基因就属于此类型。 加工的假基因（processed pseudogene）：不与

14、“亲本基因”连锁，其结构与亲本基因的转录本类似，如没有启动子和内含子，3末端有延伸的腺嘌呤短序列。因此很可能来自加工的亲本RNA之DNA拷贝。第22页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四重复的假基因基因簇中的假基因1同功能的1珠蛋白基因密切相关， 1与1的编码和间隔序列同源性达73%，因此可能由后者重复而来；假基因并非起初就失活，而是随着进化产生许多突变慢慢失活的。 第23页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四加工的假基因（processed pseudogene）第24页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四6、重叠基因定义：两个基因共同使用同一

15、DNA序列，却编码两种不同的蛋白质。存在范围：仅见于病毒、线粒体和质粒DNA 。X174的遗传图第25页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四重叠基因的类型全重叠：一个基因完全在另一个基因序列内，如基因B在基因A内，基因E在基因D内。部分重叠：K基因与C基因在一段序列内重叠。1-2个碱基的重叠：大多数发生在一个基因的终止密码子与下一个基因的起始密码子之间。如D基因终止密码子TAA与J基因起始密码子ATG间“A”的重叠。 5GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU3 X174 mRNA的一段序列 5GAAGGAGUGAUGUAA 3 基因D mRNA 3端序列 Glu

16、Gly Val Met Stop 5AUGUCUAAA3 基因J mRNA 5端序列 Met Ser Lys 5GAAGGAGUGA 3 基因E mRNA 3端序列 Lys Gly StopX174 mRNA内基因D、J、E的部分重叠序列第26页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四7、转位因子（transposable elements）Transposon is a DNA sequence able to insert itself at a new location in the genome (without any sequence relationship with

17、 the target locus).Direct repeats are identical (or related) sequences present in two or more copies in the same orientation in the same molecule of DNA.Inverted terminal repeats are the short related or identical sequences present in reverse orientation at the ends of some transposons.Transposase i

18、s the enzyme activity involved in insertion of transposon at a new site.第27页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四1）转位因子的发现Barbara McClintock第28页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2）玉米中的转位因子的分类自主性转位因子：具有自主剪接和转座的功能；非自主性转位因子：单独存在时是稳定的，不转座，当基因组中存在与非自主性因子同家族的自主性因子时，它才具备转座功能，成为与自主性因子相同的转座子。同一家族的自主性转座因子为非自主性因子提供转座酶，不同家族间无此反应。

19、第29页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四 玉米中的转位因子的结构特征在转座子的两个末端具有反向重复序列。例如在AC转座子的两端具有11bp的反向重复序列。 玉米中转位因子转位时，转位因子的靶序列发生倍增，使插入序列的两端各有一段同向重复序。第30页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四玉米中的转位因子Ac / Ds组C基因：位于第9染色体上，是合成紫糊粉层色素所必须的基因，如果它失去正常功能，糊粉层无色。Ac因子(activator)： Ac是自主因子 ，与Ds有同源性，Ds因子(dissociator)：与染色体的断裂有关，它可以从一个座位跳到另一个座位，但

20、是它的移动必须在另一个基因Ac存在时才能进行，Ds是非自主因子。第31页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3）细菌的转位因子：（I）：插入序列（IS）IS是一类自主单位，除自身转位作用的基因外不含其它基因；IS两端具有对称的反向重复序列；转位因子转位时，基因组上的靶序列发生倍增，使插入序列的两端各有一段同向重复序列。第32页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四插入序列 长度反向重复长度靶DNA的长度编码蛋白数目转座所需蛋白靶点选择IS1IS2 IS3IS4IS10RIS50RIS903768bp 1327 14281195132915311057 23bp41

21、181622918 9511或124999 22243322111111区域优先热点热点热点热点热点不详5 GGTGATGCTGCCAACTTACTGAT.ATCAATAAGTTGGACTCATTACC 3 CCACTACGACGGTTGAATGACTA722bp.TAGTTATTCAACCTGAGTAATGGIS 1分子末端反向重复序列细菌的插入序列（IS）第33页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四（II）细菌转座子 (Transposon)转座子常带有多个基因，除转位相关的酶基因外，往往还带有抗性基因。转座子可分为两个亚类：亚类I 转座子两末端由IS构成，亚类II 末端由

22、反向重复序列构成 第34页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四4）总结：转位因子的结构特点在转位因子的两端存在末端反向重复序列（TIR），它们在转位过程中至关重要；绝大多数转位因子含有开放读框（ORF），可能编码一种酶，其功能促进转位因子的转位；受体DNA上很短的一段靶序列，由于转位因子的插入，在转位因子的两侧形成正向重复序列，靶序列的长短对每类转位因子都是特异的。第35页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四5）转位作用的类型：转位作用有两种类型：一种是保留型转位(conservative transposition)，另一种是复制型转位(replicative

23、 transposition)； 保留型转位：在转位酶的作用下，转位因子从原来位点上删除下来，再转移插入到另一个位点，如复合转座子Tn10； 复制型转座：转位因子的一个拷贝插入到靶子位点，而另一拷贝则仍然保留在给体原来的位置上，如Tn3。第36页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四二、基因组的结构与功能Genome： is the complete set of sequences in the genetic material of an organism. It includes the sequence of each chromosome plus any DNA in

24、 organelles（细胞器）.基因组：一个细胞中含有的一整套完整遗传信息即基因组(genome)。第37页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四基因组结构：不同功能区域在整个DNA分子中的分布情况。基因组不同区域有不同的功能,有些是编码蛋白质的结构基因,有些是复制及转录的调控序列,有些区域的功能尚不清楚；C值：一个单倍体基因组的DNA含量即该物种DNA的C值，某一特定物种其C值是恒定的；C值矛盾：一般而言，随着进化，生物体的结构与功能趋于复杂，其C值增大。但某些生物其基因组的大小与基因组的复杂度缺乏相关性，即C值矛盾。第38页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期

25、四代表性生物体基因组大小 千碱基对/染色体长度(cm）染色体数(单倍体）形 状病毒SV405.20.000171环状噬菌体X1745.40.000181线状单链噬菌体460.00151线状大肠杆菌40000.131环状酵母10000.03317果蝇410001.44人1250004.123第39页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四一）、病毒基因组1、病毒基因组的结构特点 1）基因组大小相差较大 乙肝病毒DNA只有3kb，编码4种蛋白质；痘病毒基因组有300kb，编码几百种蛋白质 ；2）基因组可以是DNA组成，也可以是RNA，但只含一种；病毒基因组DNA和RNA可以是单链，也可

26、以是双链的，可以是闭环分子，也可以是线性分子 如乳头瘤病毒是闭环双链DNA，腺病毒则是线性双链DNA, 脊髓灰质炎病毒单链RNA，而呼肠孤病毒的基因组双链RNA分子； X174 是单链DNA 嗜菌体病毒第40页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3）多数RNA病毒基因组由连续的核糖核酸链组成，但也有些病毒的基因组RNA由不连续的几条核酸链组成 流感病毒的基因组RNA分子是节段性的，由八条RNA分子构成，每条RNA分子都含有编码蛋白质分子的信息；4）基因重叠：即同一段DNA片段能够编码两种甚至三种蛋白质分子5）基因组的大部分是用来编码蛋白质，只有非常小的一份不被翻译 在X174中

27、不翻译的部份只占217/5375，G4DNA中占282/5577，都不到5；不翻译的DNA顺序通常是基因表达的控制序列。 第41页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四6）功能上相关的基因常丛集形成一个功能单位或转录单元，一起转录成多顺反子mRNA，然后再加工成各种蛋白质的模板mRNA 如腺病毒晚期基因编码病毒的12种外壳蛋白，在晚期基因转录时是在一个启动子的作用下生成多顺反子mRNA，然后再加工成各种mRNA。编码病毒的各种外壳蛋白，它们在功能上都是相关的；7）除反转录病毒外，所有病毒基因组都是单倍体，每个基因在病毒颗粒中只出现一次。反转录病毒基因组有两个拷贝第42页，共84页

28、，2022年，5月20日，6点1分，星期四8）噬菌体的基因是连续的；而真核细胞病毒的基因是不连续的，具有内含子。除正链RNA病毒外，真核细胞病毒基因都是先转录成mRNA前体，再切除内含子成为成熟mRNA。有些真核病毒的内含子或其中的一部分，对某一个基因来说是内含子，而对另一个基因却是外显子。 SV40的早期基因从4555 到4900之间一段346bp的片段是大T抗原基因的内含子，而该内含子中从4624-4900之间的DNA序列则是小t抗原的编码基因。第43页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2、乙肝病毒基因组的结构特点和功能 HBV是目前已知感染人类最小的双链DNA病毒，基因

29、组结构高度紧凑。长约3.2kb 。部分双链环状结构，双链不等长，1/3为单链。长链5端与3端未共价连接，而是与一种蛋白质共价相连；重叠的基因序列比较多 ；调节序列位于基因内部 ；与HBV基因表达有关的调节序列有4种：启动子、增强子、polyA附加信号、糖皮质激素敏感因子（GRE）； 第44页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四二）、原核生物染色体基因组 1、细菌染色体基因组结构的一般特点1）无细胞核，染色体聚集形成较为致密的类核(nucleoid)类核中央部分是RNA和支架蛋白，外围是DNA双链超螺旋；染色体DNA与细胞膜多点相连，起固定作用。与DNA复制、转录有关的信号区域优

30、先与膜结合。2）基因组小，基因数目少，大多只含有一条环状染色体，只有一个复制起点；第45页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3）基因结构紧凑，大部分序列用来编码蛋白质，重复序列和不编码序列少；且编码序列一般不会重叠；4）具操纵子结构，即数个功能相关的结构基因串联在一起，受一个调节区调节；数个操纵子还可以由一个共同调节基因（regulatory gene）调控；5）结构基因大都是单拷贝，但rRNA的基因（rrn）往往是多拷贝；第46页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四6）DNA分子中具有各种功能的识别区域 如复制起始区OriC，复制终止区TerC。这些区域往往

31、有特殊的顺序。 在基因或操纵子的终末往往具有特殊的终止顺序，它可使转录终止。第47页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2、大肠杆菌染色体基因组Theodor von Escherich (1857-1911)Austrian doctor第48页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四1）基因组：大肠杆菌K-12基因组全长 4,639,221 bp，含4283个结构基因或ORF；E. coli K12物理图谱第49页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2）染色体结构DNA为双链闭合环状，对数生长期类核有2-4个DNA分子；DNA结合蛋白：形成脚手架

32、结构。 DNA小结构域与超螺旋： 50-100个长度50-100kb的超螺旋结构染色体局部与细胞膜结合，稳定染色体结构。 大肠杆菌染色体的脚手架结构第50页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3）基因排列方式基因内部连续，一般不存在非编码序列；基因间排列紧密；形成多顺反子mRNA。4）DNA两条链作为模板指导mRNA合成的机率几乎相等 ；5）基因拷贝数大肠杆菌蛋白质编码基因基本为单拷贝；少量基因为多拷贝，如核糖体rrn操纵子有7个拷贝。第51页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四三）、真核生物染色体基因组1、真核生物基因组的结构特点 远大于原核生物基因组，多复制

33、起点，复制子较短；DNA与蛋白质结合形成染色体，一般为多条；基因转录产物为单顺反子。存在重复序列，重复次数可达百万次以上。基因组中不编码的区域多于编码区域，如在人基因组中编码序列只占23%。大部分基因含有内含子，基因是不连续的。第52页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2、真核生物基因组的重复序列重复序列：核苷酸排列顺序基本相同并多次重复出现的DNA序列。 重复序列类型单一拷贝（低度重复）顺序： 单拷贝顺序在单倍体基因组中只出现一次或数次；中度重复顺序：重复数十至数万（105）次的重复顺序。 高度重复顺序：重复频率高，可达百万以上。所占比例随种属而异，约占10-60，在人基因

34、组中约占20。第53页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四1）高度重复序列 反向（倒位）重复序列 1、定义：由两个相同顺序的核苷酸片段在同一DNA分子上反向排列而成。 两个互补拷贝间可有一到几个核苷酸的间隔，也可以没有间隔。没有间隔的又称回文（palimdrome）。 反向重复序列约占人基因组的5。第54页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四 卫星DNA卫星DNA (satellite DNA) 由2-10bp的重复单位成串排列组成的一类高度重复序列。由于这类序列的GC含量不同于其他部份，可用等密度梯度离心法将其与主体DNA分开, 因而称为卫星DNA或随体DNA

35、。隐蔽卫星DNA 若高度重复序列GC含量与总体的碱基组成相似，密度梯度离心后将观察不到卫星峰，这类高度重复序列就是隐蔽卫星DNA。小鼠DNA在CsCl密度梯度离心中分成主峰和卫星峰第55页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四 卫星DNA往往集中于异染色质，如着丝点部位；Cytological hybridization shows that mouse satellite DNA is located at the centromeres.第56页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四人基因组中卫星DNA约占5-6，按照浮力密度不同可分为、四种；果蝇卫星DNA按顺

36、序分为四类，均为7碱基重复；在蟹发现有AT 2碱基高度重复的卫星DNA ；卫星DNA的产生推测是由于DNA复制过程中突变的积累及DNA不均等交换引起的。果蝇（ Drosophila virilis ）卫星DNA有四类序列，合计占其基因组的40%。其中第一类卫星DNA可能为原始类型，先于物种的形成。第57页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四 较复杂的重复单位组成的重复序列（卫星DNA） 特点：为哺乳动物所特有；多层次 大的重复单位由若干小重复单位组成，小重复单位又由若干更小的重复单位串联而成；相似性 各层次重复单位之间彼此有很高的序列相似性；短基序 高度重复的序列是由一个或数个

37、很短的祖先序列（如小鼠为9bps）演化而来。第58页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四小鼠卫星DNA解剖：1/2亚单位小鼠卫星DNA用限制性内切酶EcoR II酶切可出现一234bp主带，即其基本重复单位；234bp基本重复单位可一分为二，序列匹配排列可发现其高度一致性；有22个差异位点，分歧率为19%。234bp基本重复单位是在进化过程中由117bp重复单位复制加倍而成，差异位点是加倍后突变积累的结果。第59页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四小鼠卫星DNA解剖：1/4亚单位117bp亚单位可再一分为二，图中前2个序列为第一个1/2亚单位，后2个序列为第二

38、个1/2亚单位；4个序列的匹配排列显示在58个位点中有23个差异位点，分歧率为40%；前三个序列相似性较高，分歧率主要由第4个序列造成。第60页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四高度重复顺序的功能 参与复制的调节：DNA复制起点区附近常存在反向序列。许多反向重复序列还是一些调节蛋白质（包括酶）的结合位点。参与基因表达调控：DNA反向重复顺序能转录到核不均一RNA分子中，可以形成发夹结构，稳定RNA分子。参与转位作用：转位因子末端大都包括反向重复顺序。在转位作用中，可以被参与转位的特异酶所识别。与进化有关：不同种属的高度重复顺序的核苷酸序列不同，具有种属特异性，但相近种属又有相

39、似性；与细胞减数分裂时染色体配对有关：卫星DNA成簇分布于染色体着丝粒附近，同源染色体之间的联会可能依赖于具有染色体专一性的特定卫星DNA序列。第61页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四卫星DNA的应用DNA指纹同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复次数不一样，这可以作为每一个体的特征，即DNA指纹。第62页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2）中度重复序列短分散片段 (short interspersed repeated segments, SINES): 平均长度约300bp (500bp)，拷贝距离为1000bp。拷贝数达10万左右。如Alu家族,

40、Hinf家族。长分散片段 (long interspersed repeated segments, LINES): 平均长度为3500-5000bp，它们与平均距离为13000bp（个别长几万bp）。也有实验显示人基因组中所有LINES之间的平均距离为2.2kb，拷贝数一般在1万左右，如Kpn家族等。中度重复顺序在基因组中所占比例在不同种属之间差异很大，一般约占10-40，在人约为12。第63页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四单拷贝顺序在基因组中占50-80，如人基因组中，大约有60-65的顺序属于这一类；单拷贝顺序中储存了巨大的遗传信息，但只有一小部分编码各种不同功能的

41、蛋白质；但单拷贝顺序中其他部份的功能尚不清楚。 3）单一序列及低度重复序列第64页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四自私DNA(selfish DNA)定义：在哺乳动物包括人类基因组中，存在着大量的非编码序列，如前述的高度重复顺序，内含子，间隔DNA等。这些顺序中，只有很小一部份具有重要的调节功能，绝大部部分都没有特殊功能。在这些DNA序列中虽然积累了大量缺失，重复或其他突变，但对生物并没有影响，它们的功能似乎只是自身复制，所以称为自私DNA或寄生DNA(parasite DNA)。自私DNA也许有重要功能，但目前还不了解。第65页，共84页，2022年，5月20日，6点1分

42、，星期四三、染色体外遗传因子第66页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四 相关概念质粒(plasmid)：可自我复制并遗传的染色体外DNA 分子，细菌和某些低等真核生物中常见，可被用做基因工程载体。细胞质遗传(cytoplasmic inheritance)：线粒体或叶绿体基因的遗传特性。第67页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3.1质粒(plasmid)质粒的存在：普遍存在于细菌中，如G+、G、蓝细菌、放线菌；在真菌、藻类等真核生物中也存在。质粒的应用：基因工程载体。第68页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3.1.1 质粒的一般生物学特

43、性1、质粒的一般特性绝大多数为双链环状DNA分子，但也存在线形DNA质粒和 RNA质粒（酵母杀伤质粒）；质粒可稳定持续地游离于染色体外，但一定条件下可整合到染色体上；环形双链DNA三种构型：共价闭合环状、开环结构和线性分子。分子量差异显著，最小的质粒仅编码2-3种中等大小的蛋白质，其分子量大小为1-2103bp，而巨大质粒（megaplasmid）分子量可达1-2106bp。第69页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四2、质粒的功能质粒赋予寄主细胞一些额外特性，如编码抗菌素和重金属抗性基因、产生抗菌素和细菌素的基因、芳香族化合物降解基因、诱发植物肿瘤基因，以及寄主控制的限制和修

44、饰系统的基因等数十余种；隐蔽质粒(cryptic plasmid)：是指其功能尚不明了的质粒。第70页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四3、质粒DNA的转移1）质粒的类型：根据是否可以转移，质粒可分为接合型质粒和非接合型质粒。二者都有自我复制基因；但前者带有控制细菌配对和质粒接合转移的基因，后者则缺。2）质粒接合转移细菌配对的形成：F-性须的形成与装配和维持交配期间细胞对的稳定均依赖于tra基因群；质粒的转移：TraY和TraI分别有单链切割和解旋酶的活性，以oriT为转移起点，在两种酶的作用下，一条链从给体细胞进入受体细胞,并进行新链的合成。第71页，共84页，2022年，

45、5月20日，6点1分，星期四质粒DNA的接合转移与复制TraY和TraI分别具有单链切割和解旋酶的活性，以oriT为转移起点，在两种酶作用下，一条链从给体细胞进入受体细胞经滚环复制合成新链。第72页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四4、质粒DNA的复制类型按拷贝数的多少，质粒可分成两种复制型 严紧型(stringent)质粒：拷贝数低， 每细胞1-3拷贝； 松弛型(relaxed)质粒：高拷贝数，每个寄主细胞中可高达10-60份拷贝一般来讲，接合型质粒分子量较大，每个细胞拷贝数少，属严紧型；非接合型质粒分子量较低，细胞中拷贝数较多，属松弛型。例外，接合型质粒R6K的分子量较小，为松弛型质粒。松弛型与严紧型质粒并非绝对，常与寄主状况有关。第73页，共84页，2022年，5月20日，6点1分，星期四质粒的自主复制性：拷