基因组的结构和功能分子生物学

基因组的结构和功能分子生物学基因组的结构和功能分子生物学第1页

基因组(genome）：细胞或生物体中，一套完整单倍体所含有全部遗传物质。

ThegenomeisalltheDNAinacell.

AlltheDNAonallthechromosomes

Eukaryotescanhave2-3genomes

Nucleargenome

Mitochondrialgenome

Plastidgenome

Ifnotspecified,“genome”usuallyreferstothenucleargenome基因组的结构和功能分子生物学第2页基因组的结构和功能分子生物学第3页基因组的结构和功能分子生物学第4页不一样生物体，其基因组大小和复杂程度各不相同进化程度越高生物其基因组越复杂基因组的结构和功能分子生物学第5页基因组结构：基因组形态

不一样基因功效区域在核酸分子中分布和排列情况病毒基因组：DNA，RNA,环状或链状原核生物基因组：环状DNA真核生物基因组：核基因组--链状DNA

线粒体基因组—环状DNA基因组的结构和功能分子生物学第6页HIV-1genomeRNA10000(104)baseslong病毒基因组大小差异较大，能够是DNA,也能够是RNA基因组的结构和功能分子生物学第7页HBV基因组Thegenomeis3020–3320nucleotideslong(forthefull-lengthstrand)and1700–2800nucleotideslong(fortheshortlength-strand).DNA

（Acircular,double-strandedDNAcontainingsingle-strandbreaks）基因组的结构和功能分子生物学第8页基因组功效：

贮存和表示遗传信息基因组的结构和功能分子生物学第9页第一节人类基因组结构与功效基因组的结构和功能分子生物学第10页真核生物基因组特点：结构复杂基因数庞大含有许多复制起点含有大量重复次序与非编码次序编码蛋白质序列约占2%～3%。基因组的结构和功能分子生物学第11页

人类基因组(HumanGenome)包含细胞核染色体DNA（22条常染色体、2条性染色体)及线粒体DNA所携带全部遗传物质。基因组的结构和功能分子生物学第12页人核基因组人线粒体基因组16,569basepairs(bp)inlength

基因组的结构和功能分子生物学第13页基因组的结构和功能分子生物学第14页

人类基因组DNA序列约30亿碱基对，含约3万个基因一、人类基因组中只有不到三万个基因基因组的结构和功能分子生物学第15页基因组的结构和功能分子生物学第16页基因组的结构和功能分子生物学第17页二、人类基因组中存在大量重复序列

真核细胞基因组中存在大量重复序列。依据重复序列特点，分为：高度重复序列中度重复序列单拷贝序列低度重复序列基因组的结构和功能分子生物学第18页（一）高度重复序列：重复频度大于106次。依据结构特点分为：反向重复序列卫星DNA基因组的结构和功能分子生物学第19页1、反向重复序列（invertedrepeats)

两个相同次序互补拷贝在同一DNA链上反向排列形成重复序列，重复单位长度约为300bp，呈散在分布，两个重复单元之间间隔约1.6kbp。两个互补拷贝能够形成链内碱基互补配对，形成十字状结构。假如两个互补序列之间没有间隔，而是串联，称为回文结构（palindrome）基因组的结构和功能分子生物学第20页反向重复序列基因组的结构和功能分子生物学第21页2、卫星DNA大卫星DNA（macro-satelliteDNA)小卫星DNA（mini-satelliteDNA)微卫星DNA（micro-satelliteDNA)基因组的结构和功能分子生物学第22页卫星DNA(satelliteDNA）重复单元序列为5～171bp，呈串连排列，重复序列长度可为100kbp～几个Mb。主要分布在着丝粒和端粒。5’……AGGGTTCTTAAGTGTCAGGGTTCTTAAGTGTC…….3’3’……TCCCAAGAATTCACACTCCCAAGAATTCACAC…….5’重复单位为AGGGTTCTTAAGTGTC，表示为(AGGGTTCTTAAGTGTC)n染色体DNA重复序列基因组的结构和功能分子生物学第23页

微卫星DNA：是由短重复单元序列串联组成重复序列，重复单元普通为1～6bp，重复次数10~60次左右，重复序列长度普通小于150bp。如（AC）n(TG)n

（CGG）n基因组的结构和功能分子生物学第24页高度重复序列功效（1）参加复制调整（2）参加基因表示调控（3）参加染色体配对基因组的结构和功能分子生物学第25页微卫星DNA与疾病关系Huntington病脆性X染色体综合症基因组的结构和功能分子生物学第26页基因组的结构和功能分子生物学第27页Huntingtondisease基因组的结构和功能分子生物学第28页theFragileXMentalRetardation1Gene(FMR1)trinucleotiderepetitivesequence(CGG)expansionFragilesyndrome基因组的结构和功能分子生物学第29页manyCGGtandemrepeatsinthe5’UTRNormalindividualshave5to50CGGrepeatsFXScarriershave53-200repeats(premutation)Premutationdoesnotcausementalretardation,butthereisahighriskwhenitispassedtothenextgenerationthroughafemaleAffectedindividualshavemorethan230repeats(fullmutation)Inthefullmutation,theFMR1geneis“shutoff”andpreventstheproductionoftheFMR1protein,whichisconsideredimportantforbraindevelopmentGirlsareonlycarriersofthedisorder,sotheyshowlesssevereeffects基因组的结构和功能分子生物学第30页基因组的结构和功能分子生物学第31页基因组的结构和功能分子生物学第32页（二）中度重复序列中度重复序列是指重复单元重复次数在数十至数万次（<105）DNA序列，散在分布在基因组中。分为两种类型：短分散重复序列和长分散重复序列。（1）短分散重复序列（shortinterspersedrepeatedsegments,SINES)

重复单元平均长度为300~500bp，拷贝数可达10万左右。包含Alu家族、Hinf家族。（2）长分散重复序列（longinterspersedrepeatedsegments,LINES)

重复单元平均长度为3500~5000bp。基因组的结构和功能分子生物学第33页Alu家族（也称为Alu重复序列）是一个短散在分布重复序列，重复单元长度为300bp，因其含有一个AluI内切酶位点而命名为Alu重复序列，是灵长类动物基因组特有序列，平均每5kb就出现一个Alu序列

。在人类基因组中约占3～6%。

Alu序列在170位碱基附近有限制性内切酶Alu酶切位点序列AGCT染色体5’……..AGCT…….3’3’……..TCGA…….5’:Alu重复序列AluI酶切位点170bp130bpAlu重复序列主要组成基因组间隔序列和内含子序列。与基因表示调控相关。基因组的结构和功能分子生物学第34页rRNA基因也属于中度重复序列，各种rRNA基因串连成簇。

真核生物5.8s、18s、28srRNA基因序列在同一转录单位中，三个基因间有短被转录间隔区将它们分开，形成一个约7500bp转录单位。45SrRNA前体45SrRNA前体rRNA基因18S5.8S28S不转录间隔区基因组的结构和功能分子生物学第35页（三）单拷贝序列（singlecopysequence，uniquesequence）在基因组中只出现一次或少数几次序列。多数编码蛋白质基因均为单拷贝序列。基因组的结构和功能分子生物学第36页三、多基因家族和假基因1、多基因家族

在真核生物中，一些起源于同一祖先基因、结构相同、功效相关一组基因。分为两类：一类是基因家族位于同一条染色体上，如组蛋白基因家族基因均分布在7号染色体；另一类是基因家族不一样组员分布在不一样染色体上，如人珠蛋白基因家族，珠蛋白基因分布在第16号染色体，珠蛋白基因家族分布在第11号染色体。基因组的结构和功能分子生物学第37页

珠蛋白基因簇

珠蛋白基因簇:基因组的结构和功能分子生物学第38页2、假基因（pseudogene)

在多基因家族中，DNA序列与正常基因结构相同，但不能产生有功效基因产物基因称为假基因。基因组的结构和功能分子生物学第39页第二节原核生物基因组结构与功效一、原核生物染色体结构与功效（一）原核生物染色体DNA基础结构

由一条环状双链DNA分子组成，在细胞中与蛋白质结合存在，高度折叠，盘绕聚集在一起形成类核。基因组的结构和功能分子生物学第40页（二）原核生物染色体基因组中结构基因结构与功效特征1、结构基因序列是连续排列，无内含子，转录后不需要剪接。2、结构基因之间编码序列无重合现象。4、结构基因多为单拷贝，但编码rRNA基因通常是多拷贝。3、基因组中重复序列少。5、结构基因在基因组中所占百分比约为50%，大于真核基因组，但小于病毒基因组。6、只有一个复制起始点7、含有操纵子结构基因组的结构和功能分子生物学第41页（三）原核生物染色体基因组中结构基因与调控序列组织形式

功效上相关几个结构基因往往串联排列在一起，与上游调控序列组成操纵子，结构基因表示受上游调控序列调控。基因组的结构和功能分子生物学第42页阻遏物基因：编码阻遏蛋白开启子：RNA聚合酶结合区操纵基因：阻遏物结合区OP结构基因2结构基因1结构基因3基因组的结构和功能分子生物学第43页二、原核生物中质粒DNA（一）质粒基础特征

质粒是存在于细菌内染色体外环状DNA分子，能在宿主细胞中进行自我复制，并能在细胞分裂时传给子代。其DNA长度约为1.5~15kb。基因组的结构和功能分子生物学第44页质粒结构与功效特点●

能够独立于细胞染色质DNA而进行复制●

对宿主细胞生存不是必需●

能赋予细菌特定遗传性状基因组的结构和功能分子生物学第45页

质粒只有在宿主细胞内才能够自我复制，其携带遗传信息会赋予宿主细胞一些特定遗传性状。如耐药性等基因组的结构和功能分子生物学第46页第三节

病毒基因组结构与功效基因组的结构和功能分子生物学第47页一、病毒基因组结构特点DNA病毒或RNA病毒基因组较小不到大肠杆菌基因组大小十分之一能够是DNA，也能够是RNA能够是单链结构，也能够是双链结构能够是闭环分子，也能够是线性分子基因重合:

同一DNA片段能够是2种甚至3种蛋白质分子个别编码区,重合编码机制提升了病毒基因组编码能力

无自主复制酶类基因组的结构和功能分子生物学第48页多顺反子mRNA

功效相关基因或rRNA基因，能够形成1个转录单元。可被一起转录成