从核酸到基因组

从核酸到基因组第1页/共52页2第2页/共52页3第3页/共52页4

第4页/共52页5第5页/共52页6第6页/共52页7第7页/共52页8四、线粒体DNA

人类线粒体DNA测序完成于1981年含有16569bp，37个基因：编码2种rRNA(12S和16S)22种tRNA13种蛋白质(主要是呼吸链成分)

第8页/共52页9第二节RNA的结构与功能一、RNA的基本特征

第9页/共52页10

二、mRNA1.mRNA的特点：种类多、含量少、寿命短、分子大小不均，差异极大。mRNA约占细胞内总RNA的10%以下，不同的mRNA编码不同的蛋白质，完成使命即被降解第10页/共52页11

2.mRNA结构特点：⑴帽子结构⑵poly(A)尾⑶内含子、外显子

3.功能

第11页/共52页12第12页/共52页13三、tRNA

1.结构特点2.功能第13页/共52页14第14页/共52页15四、rRNA

1.结构特点2.功能第15页/共52页16五、小核RNA（snRNA）

只存在于真核细胞的细胞核内，分子较小，约含70-300个核苷酸。功能主要是参与转录产物的加工过程。第16页/共52页17六、核酶

概念：核酶(Ribozyme)是具有催化活性的RNA特点:

①化学本质为RNA或RNA片断②核酶都有自己的活性序列或活性中心③核酶的底物种类比较简单，多为自身RNA或其它RNA分子④核酶的催化效率比酶蛋白低得多⑤反应时需要Mg2+参加⑥核酶的催化活性也具有专一性第17页/共52页18结构：意义:

1.对RNA的生物学功能有了进一步的认识.

2.RNA催化功能的发现对于了解生命进化过程有着重要意义

3.用于治疗

第18页/共52页19核酶的二级结构第19页/共52页20第三节基因和基因组基本概念

基因：是指贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。它是核酸（DNA、RNA）分子中贮存遗传信息的遗传单位信息区－结构基因基因组成调节区－调节基因第20页/共52页21mRNA—蛋白质表达产物tRNArRNAsnRNA基因组:是细胞或生物体中一套完整的遗传物质。原核生物：整个染色体核基因组：22条常染色体，X／Y性染色体人线粒体基因组：胞浆线粒体上的遗传物质第21页/共52页22一、基因的基本结构⑴编码序列⑵非编码序列⑶外显子⑷内含子⑸启动子⑹转录起始位点⑺终止子第22页/共52页23基因结构

第23页/共52页24二、病毒基因组的结构特征⒈核酸种类与结构可以不同DNA／RNA

单股／双股线性／环状⒉大小差异较大⒊分子数不同⒋为单倍体且基因不重复⒌基本都是编码序列⒍基因连续性不同⒎相关基因丛集成一个功能单位或转录单位⒏有些病毒存在基因重叠现象

第24页/共52页25第25页/共52页26三、原核生物基因组的结构特征⒈基因组通常由单一环状双链DNA分子组成⒉基因组中只有一个复制起点⒊基因组所含基因数量较多，形成操纵子结构（多顺反子）⒋基因组编码序列一般不重叠。⒌基因是连续的，无内含子，因而转录后不需要剪接

⒍编码序列约占基因组的50%⒎非编码序列主要是一些调控序列。⒏多拷贝基因很少

⒐基因组中存在转座子⒑在DNA分子中存在各种特异序列

第26页/共52页27第27页/共52页28四、真核生物基因组的结构特征⒈真核生物有完整的细胞核，核DNA与组蛋白、非组蛋白及RNA形成染色体结构⒉每一种真核生物都有一定的染色体数目，配子(精子和卵子)为单倍体外，体一般为双倍体。⒊真核生物基因组有多个复制起点。4.真核基因的转录产物为单顺反子mRNA

第28页/共52页29⒌真核生物基因组含大量重复序列

⑴高度重复序列：重复次数:大于106

功能:参与DNA复制、基因表达调控、基因转座或细胞分裂时的染色体配对.⑵中度重复序列:重复次数:小于105

排列特点：大多数与单拷贝基因交替排列.

功能：①RNA、组蛋白及免疫球蛋白的编码序列。②可能与基因表达调控有关第29页/共52页30⒍真核生物基因组的90%以上为非编码序列⒎真核生物基因是断裂基因⒏存在各种基因家族

第30页/共52页31基因家族(genefamily)

概念：指碱基序列或编码产物的结构具有一定程度同源性的一组基因。认为同一基因家族的成员由同一祖先基因进化而来，功能相似，碱基序列同源性高。同源性最高的可达100％(即多拷贝基因)。⑴多基因家族与假基因多基因家族是指由同一祖先基因经过重组和变异所产生的一组基因。分布：编码产物：功能相似第31页/共52页32假基因：在多基因家族中，不能表达出有功能产物的某些成员。在结构上假基因与有功能的基因同源，原来可能也有功能，只是由于发生基因突变等而失活。⑵基因超家族基因超家族：指一组由多基因家族及单基因组成的更大的基因家族。结构上有程度不等的同源性，可能都起源于相同的祖先基因，但其功能不一定相同。第32页/共52页33⒐真核生物也存在转座子⒑真核基因组DNA为线性分子，其末端特殊序列称为端粒。第33页/共52页34五、真核DNA的多态性DNA多态性：同一物种不同个体之间的基因产物大多数一致，但不同个体之间存在遗传差异，这种遗传差异可以孟德尔遗传方式遗传,这种差异称为DNA多态性

。物质基础是DNA碱基序列的差异。其中有些差异在群体中出现的频率大于1%第34页/共52页35DNA的多态性主要有㈠单核苷酸多态性单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism，SNP)主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所产生的DNA多态性，是人类可遗传的变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%以上。SNP在人类基因组中广泛存在，平均每1000bp中就有1个，估计其总数可达300万个甚至更多。第35页/共52页36多态性只涉及到单个核苷酸的变异编码序列或非编码序列内

意义：

SNP有助于解释个体的表型差异，包括对各种药物的耐受性差异、对环境因子的反应差异以及对疾病的易感性差异。SNP已成为研究基因组多样性、定位疾病相关基因的新手段。第36页/共52页37㈡串联重复序列多态性串联重复序列多态性(tandemrepeatspolymorphism)是由DNA所含重复序列数目发生变异而产生的DNA多态性㈢限制性片段长度多态性

用限制性内切核酸酶切割不同来源的DNA，可以得到不同长度的DNA片段，称为限制性片段

第37页/共52页38用特别的探针与这些DNA片段杂交时，发现同一物种不同个体的DNA的探针杂交信号有所不同，形成限制性片段长度多态性(restrictionfragmentlengthpolymorphisms，RFLP)

SNP存在于限制性酶切位点之内产生RFLP串联重复序列多态性导致酶切片段长度改变，而产生RFLPRFLP因插入、缺失和重组等基因突变而产生通过分析RFLP可以筛选基因突变，诊断遗传病。

第38页/共52页39㈣单链构象多态性在中性条件下，单链DNA会因其分子内碱基之间的相互作用，形成一定的立体构象。长度相同的单链DNA，如果碱基序列不同，形成的构象就不同

第39页/共52页40㈤DNA指纹应用DNA印迹技术，将不同个体的基因组DNA用某种限制性内切核酸酶水解，经电泳分离，与小卫星DNA探针进行分子杂交，应用放射自显影技术进行分析，可见每个个体都呈现出不同长度片段的DNA杂交显影带。带的多少和相对位置构成了特定的的图谱，类似于人的指纹，具有高度的个体特异性，称之为DNA指纹(DNAfingerprinting)。DNA指纹实质上是一种特殊的RFLP，不同个体DNA指纹各不相同。地球上除了同卵双生子外，没有两个人的DNA指纹完全相同。因此，DNA指纹有着广泛的应用意义。第40页/共52页41第四节人类基因组计划HGP的主要目标是在2005年之前分析人类24条染色体(22+×x,y)的遗传图谱、物理图谱和全部碱基序列，并在此基础上进行基因定位和分离，破译人类基因的全部信息，建立人类遗传物质的全套信息数据库，为从整体上揭示人类发生、发育、衰老、死亡和疾病的奥秘提供最基本的数据，从而使人类对自身的认识达到一个新的高度。第41页/共52页42一、人类基因组作图首先必须将染色体DNA进行分割，使之成为较易操作的小的结构区域。这个过程简称作图。根据使用的标记和手段不同，解析人类基因组的全序列需要依次绘制四张图谱遗传图谱物理图谱转录图谱序列图谱

第42页/共52页43㈠遗传图谱遗传图谱(geneticmap)又称为连锁图(linkagemap)，是以DNA多态性标记为“位标”，以遗传学距离为“图距”的基因组图。1994年完成第43页/共52页44㈡物理图谱物理图谱(physicalmap)是以一段已知碱基序列的DNA片段为“位标”，以DNA实际长度(kb)为图距的基因组图。1995年完成

第44页/共52页45㈢转录图谱从cDNA文库随机取样进行测序，在基因组中定位，作为表达基因的位标。这样的位标称为表达序列标记(expressedsequencetag，EST)。转录图谱(transcriptionmap)就是以EST作为位标的基因组图，又称cDNA图或“表达序列图”。鉴定出基因组中所有的功能基因以及它们在基因组中的位置

cDNA具有组织特异性与时间特异性，可以绘制基因表达的时空图，以研究基因表达的时空特异性

第45页/共52页46㈣序列图谱人类基因组碱基序列图谱(sequencemap)也就是在分子水平上层次最高、最详尽的物理图谱。人类基因组图被誉为人类“分子水平上的解剖图”，或更形象地称为人类“生命元素周期表”。人类将依赖这张“生命元素周期表”彻底解开人类进化和生命之谜，同时有望彻底阐明人类6000多种单基因、多基因遗传病的发病机制，并为这些疾病的诊断、治疗及预防奠定基础。第46页/共52页47二、功能基因组学指基因组功能信息的提取、鉴定和开发利用，以及与此相关的数据资料、基因材料和技术手段的贮存和使用第47页/共52页48功能基因组学包括以下内容：①研究基因，鉴定基因编码序列及表达调控序列；②阐明所有基因产物的功能；③研究基因表达调控机制，分析基因与基因产物的相互作用，绘制基因表达调控网络图；④在基因组水平比较生物，揭示生命的起源和进化第48页/共52页49人类疾病基