分子诊断学：真核生物基因组

第三章真核生物基因组一、选择题：1.下列哪一个调控序列在断裂基因侧翼序列上不存在启动子增强子终止子外显子2.下列不属于真核生物染色体基因组一般特征的是基因组庞大线状双链DNA和二倍体编码区远远多于非编码区重复序列3.组蛋白家族中核小体组蛋白组蛋白包括H1、H2A、H2B、H3H1、H2A、H2B、H3AH2A、H2B、H3、H4H2A、H2B、H3A、H44.线粒体DNA(mtDNA)与核DNA主要不同之处有非孟德尔的母系遗传低突变率异质性和复制分离阈值效应5.能够引起遗传性视神经病的线粒体病遗传学分类类型是点突变mtDNA的大规模缺失mtDNA的大规模插入源于核DNA缺陷引起mtDNA缺失6.下列哪项与短串联重复序列(STR)位点的不稳定性相关脆性X综合症、重症肌无力和Huntington舞蹈症脆性X综合症、重症肌无力和Kearns-sayre综合症Kearns-sayre综合症、慢性进行性眼外肌瘫痪和Huntington舞蹈症Kearns-sayre综合症、慢性进行性眼外肌瘫痪和Kearns-sayre综合症二、名词解释：1.外显子与内含子2.单拷贝基因3.单顺反子mRNA4.微卫星DNA5.断裂基因6.基因家族7.假基因8.端粒酶9.后基因组研究10.遗传图谱11.单核苷酸多态性12.甲基特异性PCR三、问答题：1.真核生物染色体基因组的一般特点？2.真核生物基因组含有的重复序列有哪些？3.线粒体DNA与核DNA有哪些不同之处？4.何谓线粒体病？简述线粒体病的遗传学分类。5.假基因的分类及其发生机理。6.简述CpG岛与DNA甲基化调控。7.作为一种遗传标记，人类短串联重复序列（STR）的主要用途有哪几个方面？8.人类单核苷酸的多态性（SNP）的特点及主要用途有哪几个方面？9.人类基因组研究的主要内容是什么？答案一、问答题1.D2.C3.C4.B5.A6.A二、名词解释1.外显子与内含子:断裂基因的内部非编码序列称为内含子，编码序列称为外显子。2.单拷贝基因:在基因组中仅出现一次的基因称单拷贝基因，多为编码蛋白质的结构基因。3.单顺反子mRNA:真核生物中每一个基因单独构成一个转录单位转录而产生的mRNA，仅编码一种蛋白质。4.微卫星DNA：存在于常染色体由2～6个核苷酸长的重复序列组成，又称简单串联重复序列，以(CA)n、(GT)n、(CAG)n较常见，重复次数多为15～60次，总长度一般在400bp以下。5.断裂基因：细胞内的结构基因并非全由编码序列组成，而是在编码序列中插入了非编码序列，这类基因被称为断裂基因。6.基因家族：一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因，可能由某一共同祖先基因经重复和突变产生，这一组基因就称为基因家族。7.假基因:基因家族中一类与具正常功能的基因序列相似，但无转录功能或转录产物无功能的基因称为假基因。8.端粒酶：一种由蛋白质和RNA两部分组成的以自身的RNA为模板，可合成端粒重复序列而延长端粒的特殊逆转录酶。9.后基因组研究：以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学，又称后基因组研究。10.遗传图谱：是指通过计算连锁遗传标志之间的重组频率，得到基因线性排列从而确定相对距离的图谱，又称连锁图。11.单核苷酸多态性：因单个碱基的变异（主要是置换，也有缺失和插入）引起的DNA序列多态性，在特定核苷酸位置上存在两种不同的碱基，其中最少一种在群体中的频率不小于1%。12.甲基特异性PCR：DNA经亚硫酸钠处理后，非甲基化的C转变为U，而甲基化的胞嘧啶保持不变，利用两套不同的引物扩增可判断甲基化是否发生的一种特异性PCR。三、问答题1答案：①真核生物基因组远大于原核生物基因组，结构复杂，基因数庞大，具有多个复制起点；②真核细胞的基因组DNA都是线状双链DNA，而不是环状双链分子；③基因组中非编码区多于编码区；④真核基因多为不连续的断裂基因，由外显子和内含子镶嵌而成；⑤存在大量重复序列。2答案：（一）高度重复序列重复频度>105。根据卫星DNA的长度，又可分成3种：卫星DNA、小卫星DNA、微卫星DNA。（二）中度重复序列这类重复序列主要由比较大的片段（由100bp到几千bp）串联重复组成，分散在整个基因组中，重复频度不等，如Alu家族、rRNA、tRNA和组蛋白等。3答案：（一）非孟德尔的母系遗传mtDNA因位于细胞质中,表现为严格的母性遗传,不服从孟德尔遗传，绝大部分mtDNA是通过卵细胞遗传。（二）高突变率mtDNA突变率约为nDNA的10～100倍，此外mtDNA与有毒物质的结合频率比核DNA高数倍至数十倍。（三）异质性和复制分离异质性即突变mtDNA与野生型mtDNA以不同的比例共存于一个细胞内的现象。复制分离即在细胞分裂的复制过程中,突变的和野生型的mtDNA随机进入子细胞的过程，复制分离的结果使突变mtDNA杂合体向突变纯合或野生纯合方向转变,但因突变复制具有优势,故易产生突变积累，突变积累的程度不同,突变mtDNA在群体中的多态性程度也不同。（四）阈值效应每个细胞的mtDNA有多种拷贝，而一个细胞mtDNA编码基因的表现型依赖于一个细胞内突变型mtDNA和野生型mtDNA的相对比例，mtDNA突变导致氧化磷酸化水平降低,当能量降低到维持组织正常功能所需能量的最低值时即达到了mtDNA表达的能量阈值，可引起某组织或器官的功能异常而出现临床症状，这就是阈值效应。（五）半自主复制与协同作用mtDNA虽有自我复制、转录和编码功能，但该过程还需要数十种nDNA编码的酶参加，因此mtDNA基因的表达同时也受nDNA的制约，两者具有协同作用。4答案：线粒体病（mitochondriopathy）是指由于线粒体呼吸链功能不良所导致的临床表现多样化的一组疾病。临床表现常见为眼睑下垂、外眼肌麻痹、视神经萎缩、神经性耳聋、痉挛或惊厥、痴呆、偏头痛、类卒中样发作等。从核基因缺陷和线粒体基因缺陷的角度对线粒体病进行遗传学分类可分为三种类型：点突变，mtDNA的大规模缺失或插入和源于核DNA缺陷引起mtDNA缺失。5答案：与正常功能的基因序列相似，但无转录功能或转录产物无功能的基因称假基因(pseudogene)。根据是否保留相应功能基因的间隔序列(如内含子),假基因分两大类:一类保留了间隔序列，称为非加工假基因(non-processedpseudogene)，通常因基因的复制修饰,如点突变、插入、缺失和移码突变而导致复制后的基因在转录和翻译时出现异常,丧失正常功能，它与功能基因一般在同一染色体上,也称复制型假基因(duplicatedpseudogene)。假基因中大多数则缺少间隔序列的称为已加工假基因(processedpseudogene)，主要是转录过程中mRNA以cDNA的方式重新整合进入基因组(很可能发生在生殖细胞中)，在长期进化选择过程中因为随机突变积累而丧失功能，通常这种假基因无内含子，两边有小的侧翼定向重复序列(flankingdirectrepeat)，3'端多具多聚腺苷酸尾。6答案:大约有一半的人类基因富含CpG的顺序，称为CpG岛(CpGisland)，CpG岛常位于转录调控区或其附近，主要存在于看家基因和一些组织特异性表达基因。在正常组织，除印记基因和失活的X染色体外，包括启动子区在内的基因5′端CpG岛大部分是非甲基化的。DNA甲基化与基因表达呈负相关，DNA甲基化调控基因表达直接的机制可能是因为甲基从DNA分子的大沟中突出，阻止了转录因子与基因相互作用，还可能直接抑制RNA聚合酶活性而抑制基因的表达。间接的机制包括两种类型：①与甲基化DNA结合蛋白结合；②改变染色质结构，这都间接阻碍转录因子与DNA结合而抑制转录。DNA甲基化对胚胎发育非常重要，与X染色体失活，基因组印记，特别是肿瘤密切相关。7答案：主要用途①人类基因遗传图谱的制作。②目的基因筛选和基因诊断。通常目的基因若与STR位点有连锁关系,则其位置与STR位点邻近,故通过对STR附近区域克隆测序,就可能发现目的基因。通过家系和对照研究,运用连锁和相关分析,可以找到与疾病高度相关的STR位点。③法医学个体识别和亲权鉴定。法医案例中,对于量极少和降解严重的生物检材,通过PCR进行STR位点扩增并将几个STR位点联合起来分析,可得到相当高的累积个体识别率和父权排除率。因而STR用于法医学领域有着广阔的前景，为司法侦案、破案提供有利的科学依据。8答案：疾病的连锁分析与基因的定位：包括复杂疾病（如骨质疏松症、糖尿病、心血管疾病、精神性紊乱、各种肿瘤等）的基因定位、关联分析，并可用于遗传病的单倍型诊断。指导用药和药物设计：SNP多态性能充分反映个体间的遗传差异。通过研究遗传多态性与个体对药物敏感性或耐受性的相关性,可以阐明遗传因素对药物效用的影响,从而对医生针对性的用药和药物的开发提供指导和依据。用于进化和种群多样性的研究：生物界的进化及进化过程中物种多样性的形成与基因组的突变和突变的选择密切相关,构建整个基因组的SNP图谱对于直接研究人类的起源、进化具极大意义。对比人群之间SNP图谱的异同情况可以对人类的起源、迁移等作出估计,从而理清人类进化过程中源与流的问题。9答案：人类基因组研究主要包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学，又称后基因组研究。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段，通过基因作图、核苷酸序列