真核生物基因组

关于真核生物基因组第1页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三细胞核基因组（cytoblastgenome）细胞器基因组（organellegenome）第2页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三由染色体DNA组成：DNA+蛋白质=核小体线性双链DNA分子染色体的数目，绝大多数真核生物体细胞都是二倍体基因表达与染色质结构相关（一）细胞核基因组第3页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三*M期——染色体形式大部分细胞周期——染色质(弥散状)第4页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

DNA染色质的电镜图像a、常染色质：密度较低，一部分基因能被表达b、异染色质：密度较高，不被表达(着丝粒、端粒)第5页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三DNA：约200bp

组蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小体——染色体的基本结构多为第6页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

串珠状核小体结构第7页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三念珠样结构不利于基因表达乙酰化组蛋白有利于基因表达

核小体的细微结构影响基因表达第8页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三细胞核基因组的特征第9页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三真核生物基因组都是由大分子双链线状DNA构成。染色体通常成对出现（双倍体）。※真核生物基因组的一般特征2.基因组非常庞大，结构非常复杂，有多个复制起始位点。第10页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三基因组中存在大量的重复序列以及非编码序列。真核生物基因组内非编码序列占90%以上，是与细菌、病毒的重要区别，在一定程度上也是生物进化的标尺。功能基因大多不连续，存在有内含子和外显子；真核生物基因组中也存在一些可移动的DNA序列（转座元件）。第11页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三单顺反子结构多数的真核生物不存在操纵子结构，每一个基因都单独构成一个转录单位，转录产生单顺反子mRNA，及编码一种蛋白质。这是原核生物基因的操纵子结构，转录产生多顺反子mRNA，可编码多种蛋白质。第12页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG-53蛋白质AAA…第13页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

真核生物结构基因的DNA序列由编码序列和非编码序列两部分交替组成，编码序列是不连续的，被非编码序列分割开来，称为断裂基因。其包括外显子和内含子。断裂基因（splitgene）

第14页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三外显子（exon）：编码的DNA序列，即被表达的DNA区段内含子（intron）：非编码的DNA序列Gilbert（1978年）提出内含子、外显子概念第15页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

5`GT——AG3`法则在每个外显子和内含子的接头区都是一段高度保守的共有序列，内含子的5`端是GT，3端是AG，这种接头方式称为GT-AG法则，普遍存在于真核生物中，是RNA剪接的识别信号，转录后的前体RAN中的内含子剪接位点。第16页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三断裂基因存在的意义断裂基因存在是生物进化的结果，是从复制水平而言，不同的外显子可分别编码不同的功能结构域，基因外显子不同的组合产生新的编码蛋白质，即是外显子改组。如血红蛋白和肌红蛋白均由独立的外显子编码结合血红素的结构域。第17页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三真核生物的重复序列

重复序列：多拷贝的相同或近似序列的DNA片段真核生物基因组中通常存在大量的重复序列，可占整个基因组DNA的90%以上。按复性动力学方法可将这些重复序列分为高度重复序列，中度重复序列和低度重复序列（单拷贝序列）三大类。第18页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（一）高度重复序列高度重复序列在基因组中重复频率高，可达106次，因此复性速度很快。高度重复序列在基因组中所占比例随种属而异，一般在10～60%范围内。人的高度重复序列约占整个基因组的20%左右。第19页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三是由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA双链上反向排列而成。高度重复序列按其结构特点可分为两种：

反向重复序列（invertedrepeats）第20页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三反向重复序列的两种形式发卡结构第21页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三回文结构第22页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三卫星DNA（satelliteDNA）卫星DNA的重复单位一般由2～70bp组成，成串排列。卫星DNA占基因组的比例随种属而异，在0.5～31%范围内。第23页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三人类基因组中可分离出三类卫星：大卫星DNA（macrosatelliteDNA）：其重复单位为5~171bp，主要分布于染色体的着丝粒区。小卫星DNA（minisatelliteDNA）：其重复单位为15~70bp，存在于常染色体。微卫星DNA/短串联重复序列（microsatelliteDNA/shorttandemrepeat,STR）：

其重复单位为2~5bp，存在于常染色体，常见于内含子中。第24页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三人类基因组DNA中平均每6～10kb就有一个STR位点。不同个体之间在一个同源STR位点的重复次数不同。由于重复单位及重复次数不同，使其在不同种族，不同人群之间的分布具有很大差异性，构成了STR遗传多态性。DNA指纹第25页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三高度重复序列的功能参与复制水平的调节参与基因表达的调控参与转位与进化有关与个体特征有关与染色体减数分裂时染色体配对有关第26页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三基因组中重复次数<105的重复顺序,重复单位平均长度约300bp;复性速度快于单拷贝顺序，慢于高度重复顺序。多与单拷贝基因间隔排列。多为非编码序列，如Alu序列也有编码基因产物的，如rDNA、tDNA、组蛋白基因家族,一般往往以基因家族的形式存在。（二）中度重复序列第27页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三依据重复序列的长度分为：短散在核元件(

shortinterspersednuclearelements,SINEs):平均长度300bp，如Alu家族长散在核元件(

longinterspersednuclearelements,LINEs):平均长度>1000bp，如KpnⅠ家族第28页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

Alu家族是哺乳动物和人类基因组中含量最丰富的一种中度重复序列家族Alu家族每个成员长度约为300bp，典型的特征是内部有一个限制性内切酶AluⅠ位点（AG/CT），序列被分割成170bp和130bp的两个片段，因而称其为Alu序列或Alu家族。具有种特异性第29页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三正向重复序列170bp130bp+31bp130bp正向重复序列正向重复序列正向重复序列6-20bp6-20bp＞＞＞＞＞＞130bp由两个约130bp的正向重复构成的二聚体；第二个单体中有一个31bp的插入序列，不同成员之间核苷酸顺序相似但不相同；两侧为6-20bp的正向重复顺序，不同成员的侧翼重复顺序各不相同；人类Alu序列特征：AluI第30页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三Alu家族的功能是多方面的，可能参与hnRNA的加工与成熟，也与遗传重组及染色体不稳定性有关。最近研究表明，Alu顺序可能具有转录调节作用。第31页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三典型的长散在核元件（LINEs）是KpnⅠ重复序列家族，因在其序列中存在限制酶KpnⅠ的切点而得名。KpnⅠ家族的重复单位一般为6~7kb或更长，其两侧也各有一段正向重复序列，功能上与Alu家族相似。第32页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（三）低度重复序列（单拷贝序列）单拷贝序列在基因组中只出现一次或少数几次，因此复性速度很慢。单拷贝序列属于结构基因，它储存了巨大的遗传信息，编码各种功能不同的蛋白质。第33页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三真核生物基因组中的重复序列第34页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三多基因家族(multigenefamily)：指由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因。DNA序列具有较高的同源性（通常大于50%），并且其编码产物具有相同或相似生理功能的一组结构基因。多基因家族和假基因第35页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三可分为二类：一类是基因簇，基因家族成员位置相对集中，成簇地分布在同一染色体上并同时进行转录。如组蛋白基因家族。chromosome7第36页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三另一类是基因家族成员分布在不同的染色体上，分别进行转录，且不同基因编码的蛋白质在功能上相关，如珠蛋白基因家族。第37页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三假基因（pseudogene）：在多基因家族中，某些并不产生有功能的基因产物的成员假基因是由于在进化过程中，某些DNA片段发生了缺失、倒位或点突变，导致调控基因丢失；或无剪接加工信号；或编码区出现终止信号；或编码无功能或不完整的基因。

第38页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三根据假基因产生的机制分类：复制假基因：复制后基因发生序列变化而失去功能，这样产生的假基因带有内含子加工假基因：基因转录后加工成熟的RNA经逆转录生成互补DNA，后者在整合到基因组中称为加工假基因第39页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三基因多态性（polymorphism）指基因组中某个基因在同种生物的不同个体中，同时和经常存在的两种或两种以上的变异型或基因型的现象第40页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三基因多态性的类型：

限制性片段长度多态性(RFLP)(restuictionfragmentlenghpolymorphism)

单核苷酸多态性(SNP)(singlenucleotidepolymorphism)第41页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三RFLP指用某个限制性核酸内切酶来酶解基因组的某段序列时，在同种的不同个体之间该段序列可能被酶解成长短不等的几个DNA片段，这些序列在该种生物的群体中形成多态性。第42页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三限制性核酸内切酶RE是一类能识别和切割双链DNA特定核苷酸序列的核酸水解酶。GGATCCCCTAGGGCCTAGGATCCG+BamHⅠrestrictionendonuclease,RE第43页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第44页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

RFLP的类型1.点的多态性表现为DNA链中发生单个碱基的突变，且突变导致一个原有酶切位点的丢失或形成一个新的酶切位点。Southern杂交即可诊断。2.序列多态性①由于DNA顺序上发生突变如缺失、重复、插入所致。②由于高变区（highlyvariableregion）内串联重复顺序的拷贝数不同所产生的，其突出特征是限制性内切酶识别位点本身的碱基没有发生改变，改变的只是它在基因组中的相对位置。第45页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三SNP是指单个核苷酸变异而形成的DNA分子多态性第46页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第47页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三SNP所表现的多态性只涉及到单个碱基的变异，也就是通常说的基因的点突变，这种变异可由单个碱基的转换或颠换所引起。转换是指同型碱基之间替换颠换是指发生在嘌呤与嘧啶之间替换第48页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

组成DNA的碱基虽然有4种，SNP理论上有四种等位形式，但实际上某一特定位点的SNP通常只有一种变异形式，即二等位多态。三等位和四等位多态很少见。人类基因组1SNP/kb，共约300万SNP，是人群中个体差异最具代表性的DNA多态性第49页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三根据SNP在基因组中的位置分为编码区SNP

非同义SNP（20-30%）

同义SNP（70-80%）基因周边区SNP基因间SNP大多数SNP位点十分稳定，被认为是一种能稳定遗传的早期突变第50页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三SNP的研究意义

SNP的应用范围较微卫星标记更加宽广，经常被用于基因组作图、法医鉴定、亲子鉴定、疾病的连锁反应、群体遗传学及生物学进化的研究，此外SNP在个体化医学及保健中有着广阔的