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1、歡 迎 第 二 節(jié) 基 因v基 因 的 定 義v原 核 生 物 基 因 的 特 征v真 核 生 物 基 因 的 特 征v基 因 和 順 反 子 的 關(guān) 系 基 因 的 定 義 基 因 （ gene)是 核 酸 分 子中 儲(chǔ) 存 遺 傳 信 息 的 遺 傳單 位 ， 是 指 儲(chǔ) 存 有 功 能 的蛋 白 質(zhì) 多 肽 鏈 或 RNA序 列信 息 及 表 達(dá) 這 些 信 息 所必 需 的 全 部 核 苷 酸 序 列 。結(jié) 構(gòu) 基 因指 編 碼 蛋 白 質(zhì) 或 RNA的 DNA序 列 。 幾 個(gè) 定 義v重 疊 基 因 : 一 個(gè) 基 因 位 于 另 一 個(gè) 基 因 中 ; 部 分 基 因 重 疊 ;

2、 只 有 一 個(gè) 堿 基 重 復(fù) .v斷 裂 基 因 :外 顯 子 和 內(nèi) 含 子v復(fù) 等 位 基 因 :決 定 血 型 的 基 因v假 基 因 :含 有 與 正 常 基 因 相 似 的 內(nèi) 含 子 和 外 顯子 ,但 不 能 翻 譯 成 功 能 蛋 白 ,可 能 是 基 因 突 變形 成 . 原 核 生 物 基 因 的 特 征v功 能 相 關(guān) 的 基 因 高 度 集 中v編 碼 蛋 白 質(zhì) 的 基 因 通 常 以 單 拷 貝 的 形 式 存 在vRNA的 基 因 通 常 是 多 拷 貝 的v結(jié) 構(gòu) 基 因 沒 有 居 間 序 列 ,是 連 續(xù) 的v大 部 分 用 于 編 碼 蛋 白 ,只 有

3、 少 數(shù) 不 編 碼v結(jié) 構(gòu) 基 因 重 復(fù) 序 列 少v染 色 體 呈 環(huán) 狀 ,不 和 蛋 白 固 定 結(jié) 合 真 核 生 物 基 因 的 特 征v基 因 不 連 續(xù) 性v基 因 家 族 :真 核 生 物 基 因 組 中 有 許 多 來 源 相 同 、結(jié) 構(gòu) 相 似 、 功 能 相 關(guān) 的 基 因 ， 這 樣 一 組 基 因稱 為 基 因 家 族v超 基 因 家 族 :由 基 因 家 族 和 單 基 因 組 成 的 較 大的 基 因 家 族 .結(jié) 構(gòu) 同 源 性 不 等 .v重 復(fù) 基 因 結(jié) 構(gòu) :中 度 重 復(fù) 和 高 度 重 復(fù) v高度重復(fù)序列：就是在基因組中存在大量拷貝的序列，其重

4、復(fù)次數(shù)高達(dá)106-108。 （通常這些序列是由很短的堿基組成的，長(zhǎng)度為2-200bp。包括反向重復(fù)序列和衛(wèi)星DNA衛(wèi)星DNA(satellite DNA)：有些高度重復(fù)序列常含有異常高或低的G C含量，當(dāng)基因組DNA被切斷成數(shù)百個(gè)堿基對(duì)的片段進(jìn)行氯化銫密度梯度超離心時(shí)，這些重復(fù)序列片段常在主要DNA帶的前面或后面形成一個(gè)次要的DNA區(qū)帶，這些小的區(qū)帶就象衛(wèi)星一樣圍繞著DNA主帶。反向重復(fù)序列 基 因 與 順 反 子 的 關(guān) 系v在 原 核 和 低 等 的 真 核 生 物 中 ， 順 反 子 小 于 基因 。v在 高 等 真 核 生 物 中 ， 順 反 子 等 價(jià) 于 結(jié) 構(gòu) 基 因 。 細(xì) 胞

5、 器 基 因v包 括 線 粒 體 和 葉 綠 體 當(dāng) 中 的 基 因 特 征 ， 我 們?cè)?基 因 組 一 節(jié) 中 ， 細(xì) 胞 器 基 因 組 結(jié) 構(gòu) 特 征 中向 大 家 介 紹 。 亞 細(xì) 胞 結(jié) 構(gòu) 基 因 特 征v此 部 分 已 在 病 毒 一 節(jié) 講 過 ， 大 家 再 自 己 看 看書 ， 這 里 不 再 重 講 。 癌 基 因 與 抑 癌 基 因v 1910年 Rous發(fā) 現(xiàn) 雞 肉 瘤 病 毒 (RSV:RNA反 轉(zhuǎn) 錄 病 毒 ） 。v 1963年 Dulbeco發(fā) 現(xiàn) 正 常 細(xì) 胞 感 染 病 毒 可 惡 變 為 癌細(xì) 胞 。v 1970年 Baltimore發(fā) 現(xiàn) 病

6、毒 感 染 宿 主 時(shí) ， RNA經(jīng) 逆 轉(zhuǎn)錄 酶 合 成 DNA并 整 合 到 宿 主 DNA， 從 而 導(dǎo) 致 宿 主 細(xì) 胞的 惡 性 轉(zhuǎn) 化 。v 1970年 Marein證 明 細(xì) 胞 惡 性 轉(zhuǎn) 化 與 RSV基 因 組 中 一個(gè) 特 定 的 基 因 src相 關(guān) ， 該 基 因 被 命 名 為 病 毒 癌 基因 l 1976年 Bishop證 明 正 常 細(xì) 胞 中 存 在 與v-oncogene同 源 序 列 細(xì) 胞 癌 基 因(cellular oncogene, c-onc)。l 80年 代 初 Weinberg 等 幾 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) 室 通 過轉(zhuǎn) 染 實(shí) 驗(yàn) 證 明 人 體

7、 細(xì) 胞 中 的 癌 基 因 H-ras。l 現(xiàn) 已 發(fā) 現(xiàn) 100多 種 的 oncs。 在 致 瘤 病 毒 、 人 體 和 動(dòng) 物 腫 瘤 中 發(fā) 現(xiàn) 的 可 以 導(dǎo) 致細(xì) 胞 惡 性 轉(zhuǎn) 化 的 核 酸 片 斷 ,稱 為 癌 基 因 。 根 據(jù) 其 來 源 可以 分 為 兩 類 。 病 毒 癌 基 因 、 細(xì) 胞 癌 基 因 無 論 病 毒 癌 基 因 還 是 細(xì) 胞 癌 基 因 被 激 活 后 均 有 誘導(dǎo) 腫 瘤 發(fā) 生 的 作 用 ， 所 以 有 時(shí) 候 我 們 又 將 腫 瘤 細(xì) 胞 中的 癌 基 因 稱 為 腫 瘤 癌 基 因 。癌 基 因 的 概 念 病 毒 癌 基 因 (

8、virus-oncogene； v-onco ) 指病 毒 核 酸 能 夠 使 細(xì) 胞 惡 性 轉(zhuǎn) 化 的 片 斷 。原 癌 基 因 ( proto-oncogene， pro-onco )即 細(xì) 胞癌 基 因 在 人 類 、 哺 乳 動(dòng) 物 如 大 鼠 、 小 鼠 ， 乃至 酵 母 、 果 蠅 中 發(fā) 現(xiàn) 的 與 腫 瘤 病 毒 癌 基 因 的 同源 順 序 。 這 種 基 因 是 正 常 的 細(xì) 胞 基 因 ， 其 表 達(dá)產(chǎn) 物 的 功 能 在 于 維 持 細(xì) 胞 的 正 常 生 長(zhǎng) 發(fā) 育 。 但是 ， 這 種 基 因 一 旦 被 某 些 因 素 激 活 就 會(huì) 轉(zhuǎn) 變 成有 轉(zhuǎn) 化 能

9、 力 的 癌 基 因 。 細(xì) 胞 癌 基 因 概 述 細(xì) 胞 癌 基 因 是 細(xì) 胞 正 常 生 長(zhǎng) 、 分 化 所 必 需的 ， 是 生 長(zhǎng) 發(fā) 育 過 程 中 所 不 可 缺 少 的 。 這 些 細(xì) 胞 癌 基 因 在 發(fā) 育 過 程 中 的 一 定 時(shí) 間 、一 定 組 織 中 定 量 的 表 達(dá) ， 產(chǎn) 生 生 命 活 動(dòng) 中 所 必需 的 蛋 白 質(zhì) ， 促 進(jìn) 某 些 生 命 過 程 的 進(jìn) 行 ， 使 生長(zhǎng) 發(fā) 育 得 以 實(shí) 現(xiàn) 。 這 些 細(xì) 胞 癌 基 因 在 機(jī) 體 生 長(zhǎng) 發(fā) 育 過 程 完 成后 多 處 于 關(guān) 閉 狀 態(tài) ， 即 不 表 達(dá) 或 低 表 達(dá) 。 一

10、旦 在 錯(cuò) 誤 的 時(shí) 間 ， 不 恰 當(dāng) 地 點(diǎn) ， 不 適 量表 達(dá) 即 可 能 導(dǎo) 致 細(xì) 胞 無 限 制 的 增 長(zhǎng) 而 趨 于 惡 性轉(zhuǎn) 化 。 病 毒 癌 基 因 與 細(xì) 胞 癌 基 因 非 常 相 似 ， 主 要 不同 之 處 在 于 ： 細(xì) 胞 癌 基 因 ： 含 有 內(nèi) 含 子 或 者 插 入 順 序 。 病 毒 癌 基 因 ： 不 含 有 內(nèi) 含 子 。 二 者 在 外 顯 子 序 列 中 僅 有 非 常 微 小 的 差 別 ，他 們 的 外 顯 子 在 進(jìn) 化 過 程 非 常 保 守 ， 這 表 明 他們 編 碼 的 蛋 白 質(zhì) 產(chǎn) 物 在 進(jìn) 化 上 的 重 要 性 。

11、病 毒 癌 基 因 與 細(xì) 胞 癌 基 因 的 差 別 根 據(jù) 癌 基 因 編 碼 蛋 白 質(zhì) 功 能 、 性 質(zhì) 進(jìn) 行 分 類 。1 . 蛋 白 激 酶 類 酪 氨 酸 蛋 白 激 酶 ： src、 fgr、 yes。 絲 氨 酸 / 蘇 氨 酸 蛋 白 激 酶 ： raf、 mos、2 . 生 長(zhǎng) 因 子 類 sis PDGF-2 ； int-2 EGf 的 相 似 物 ； erb-B EGf 受 體3 . G TP結(jié) 合 蛋 白 類 產(chǎn) 物 具 有 GTP酶 的 活 性 ras ( H-ras； K-ras )4 . 核 蛋 白 類 產(chǎn) 物 與 DNA 結(jié) 合 ， 與 復(fù) 制 啟 動(dòng)

12、有 關(guān) myc ； fos； jun； erb-A癌 基 因 的 分 類 癌 基 因 的 激 活 機(jī) 制 ：v 點(diǎn) 突 變 （ point mutation）v 病 毒 誘 導(dǎo) 與 啟 動(dòng) 子 插 入 激 活v 基 因 擴(kuò) 增 （ gene amplification）v 染 色 體 易 位 或 重 排 (chromosome translocation or recombination) 抗 癌 基 因 （ antioncogene）v又名抑癌基因 (tumor suppressor gene TSGs ) 、隱性癌基因。是一種抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和腫瘤形成的基因。在生物 體內(nèi)與癌基因功能相抵抗，共

13、同保持生物體內(nèi)正負(fù)信號(hào)相互作用的穩(wěn)定。v已發(fā)現(xiàn)10種抗癌基因,如Rb (Retinoblastoma視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤),p53蛋白 v 許多TSGs產(chǎn)物是細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子或是生長(zhǎng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄抑制子。它的非活性形式能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。 第 三 節(jié) 基 因 組v一 、 基 因 組 的 定 義v二 、 原 核 生 物 和 真 核 生 物 基 因 組 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)v三 、 遺 傳 圖 譜 、 物 理 圖 譜 、 基 因 圖 譜v四 、 人 類 基 因 組 計(jì) 劃 基 因 組 （ genome） 指 細(xì) 胞 或 生 物 體 中 ， 一 套 完 整 單 倍體 的 遺 傳 物 質(zhì) 的 總 和 。 如 人

14、類 基 因 組 包 含 22條 染 色 體 和X或 Y兩 條 性 染 色 體 上 的 全 部 遺 傳 物 質(zhì) （ 核 基 因 組 ） ，以 及 胞 漿 線 粒 體 上 的 遺 傳 物 質(zhì) （ 線 粒 體 基 因 組 ） 。 二 、 原 核 生 物 和 真 核 生 物 基 因 組 的 結(jié)構(gòu) 特 點(diǎn)v原 核 生 物 基 因 組 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ：v1、 基 因 組 較 小 ， 平 均 1kb， 大 小 變 化 不 大v2、 幾 乎 無 蛋 白 質(zhì) 同 核 酸 結(jié) 合v3、 有 操 縱 子 結(jié) 構(gòu)v4、 有 單 拷 貝 和 多 拷 貝 兩 種 形 式v5、 有 重 疊 基 因v6、 多 順 反

15、子 真 核 生 物 基 因 組 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)v1.基 因 組 較 大 ， 平 均 16kb， 且 變 化 較 大v2.和 蛋 白 質(zhì) 結(jié) 合 ， 形 成 染 色 體v3.有 重 復(fù) 序 列v4.以 單 拷 貝 和 多 拷 貝 兩 種 形 式 存 在v5.基 因 不 連 續(xù) ， 編 碼 序 列 中 含 有 內(nèi) 含 子v6.單 順 反 子 線 粒 體 基 因 組 （ mtDNA）1、 G、 C 含 量 較 少為 A-T型 DNA， 有 A、 T、 G、 C、 m5 C五 種 堿 基 ， 大 多 的 線 粒體 基 因 組 G、 C 含 量 比 A、 T少 。 不 同 生 物 比 例 不 同 生

16、 物 G、 C 含 量 生 物 G、 C含 量 人 類 41% 雞 49% 海 膽 45% 果 蠅 22% 爪 蛙 44% 大 鼠 41% 脈 飽 菌 42% 酵 母 18% 玉 米 48% 煙 草 51% 豌 豆 38% 鯉 魚 43% 2、 浮 力 密 度 低 (核 DNA浮 力 密 度 為 1.78） 由 于 線 粒 體 基 因 組 中 存 在 GC較 少 ， 所 以 他 的 浮 力 密 度 較 低 ， 當(dāng) 與 核 DNA在 一 起 離 心 時(shí) ， 經(jīng) 常 位 于 離 心 管 中 核 DNA帶 的 上 側(cè) ， 依 此 可 mtDNA的 分 離 提 取 生 物 克 /厘 米 3 人 類 1

17、.705 海 膽 1.704 爪 蛙 1.704 蠑 螈 1.693 豚 鼠 1.702 綿 羊 1.703 鴨 1.711 兔 子 1.703 果 蠅 1.681 蛔 蟲 1.685 3、 存 在 狀 態(tài) 多 數(shù) 生 物 的 線 粒 體 基 因 組 為 裸 露 雙 鏈 閉 合 環(huán) 狀 ， 個(gè) 別 的 如 一 些 綠 藻 類 為 裸 露 的 線 狀 4、 分 子 較 小 動(dòng) 物 的 線 粒 體 基 因 組 較 小 ， 如 人 類 、 牛 、 老 鼠 等 都 為 16.5kb。 長(zhǎng) 度 約 為 5微 米 動(dòng) 物 基 因 組 大 小 物 種 類 別 基 因 組 大 小 （ kb） 脊 椎 動(dòng) 物

18、15.7-17.5 軟 體 動(dòng) 物 15.7 昆 蟲 14.5-17.9 其 他 動(dòng) 物 14.4-17.5 原 蟲 18.5-40.0 真 菌 18.9-95.0 植 物 線 粒 體 基 因 組 大 小 植 物 類 別 基 因 組 大 小 （ kb） 真 菌 18.9-90.0 藻 類 15.0-80.0 擬 南 芥 380.0 玉 米 570.0 小 麥 440.0 豌 豆 240.0 蠶 豆 190.0 西 瓜 330.0 黃 瓜 1500.0 甜 瓜 2400.0 胡 蘆 2700.0 5、 數(shù) 目 動(dòng) 物 細(xì) 胞 中 線 粒 體 較 多 ， 幾 百 個(gè) ， 甚 至 幾 萬 、 幾 十

19、 萬 個(gè) ， 植 物 細(xì) 胞 中 較 少 ， 幾 百 或 幾 千 個(gè) 。 一 個(gè) 線 粒 體 中 可 以 有 幾 個(gè) 或 幾 十 個(gè) 類 核 區(qū) ， 每 個(gè) 類 核 區(qū) 含 有 45個(gè) 線 粒 體 基 因 組 6、 兩 條 鏈 不 對(duì) 稱 密 度 不 同 mtDNA的 兩 條 鏈 一 條 富 含 胸 腺 嘧 啶 核 苷 酸 （ T） 和 鳥 嘌 呤 核 苷 酸 （ G） ， 叫 做 重 鏈 （ H） 一 條 富 含 腺 嘌 呤 核 苷 酸 （ A） 和 胞 嘧 啶 核 苷 酸 （ C） ， 叫 做 輕 鏈 （ L） ， 二 者 浮 力 密 度 不 同 ， 離 心 時(shí) 可 以 把 兩 條 鏈 分

20、 開 7、 沒 有 重 復(fù) 序 列 復(fù) 性 動(dòng) 力 學(xué) 研 究 測(cè) 定 的 分 子 大 小 與 電 鏡 下 測(cè) 定 的 分 子 大 小 一 致 ， 說 明 沒 有 重 復(fù) 序 列 8、 基 因 特 點(diǎn) 基 因 較 小 ， 排 列 緊 湊 基 因 間 無 間 隔 ， 并 不 是 每 個(gè) 基 因 都 有 啟 動(dòng) 子 兩 條 鏈 上 都 有 基 因 存 在 ， 人 類 以 及 脊 椎 動(dòng) 物 的 線 粒 體 基 因 組 有 2個(gè) rRNA基 因 ， 22個(gè) tRNA基 因 ,13個(gè) 氧 化 磷 酸 化 過 程 中 的 多 肽 基 因 基 因 動(dòng) 物 線 粒 體 基 因 無 內(nèi) 含 子 ， 在 酵 母

21、 、 植 物 線 粒 體 基 因 中 發(fā) 現(xiàn) 有 內(nèi) 含 子 某 些 蛋 白 質(zhì) 或 氨 基 酸 與 通 用 密 碼 子 不 同 有 一 個(gè) D環(huán) ， 與 復(fù) 制 有 關(guān) 。 有 2個(gè) 復(fù) 制 起 點(diǎn) 葉 綠 體 基 因 組 (cpDNA） 1、 堿 基 組 成 G、 C含 量 為 3738%， 缺 少 5-甲 基 胞 嘧 啶 2、 浮 力 密 度 （ 1.694-1.698） 與 核 基 因 組 、 線 粒 體 基 因 組 有 區(qū) 別 ， 有 的 比 核 基 因 組 低 ， 有 的 比 核 基 因 組 高 ， 如 ： 小 球 藻 核 基 因 組 1.716 葉 綠 體 基 因 組 1.692

22、 衣 藻 1.707 1.695 菠 菜 1.694 1.697 洋 蔥 1.691 1.696 3、 存 在 狀 態(tài) 裸 露 ， 閉 合 雙 鏈 環(huán) 狀 結(jié) 構(gòu) ， 缺 乏 超 螺 旋 4、 分 子 大 小 最 小 的 約 85kb,最 大 的 約 195kb。 一 般 在 121 155kb。 長(zhǎng) 度 約 4045微 米 ， 是 線 粒 體 基 因 組 的 89倍 。 分 子 量 為 85.496.7 106道 爾 頓 5、 數(shù) 目 多 個(gè) 拷 貝 ， 高 等 植 物 每 個(gè) 葉 綠 體 中 含 3060個(gè) 拷 貝 ， 如 甜 菜 細(xì) 胞 中 有 40個(gè) 葉 綠 體 ， 每 個(gè) 葉 綠 體

23、 中 有 418個(gè) 類 核 體 ， 每 個(gè) 類 核 體 有 48個(gè) 拷 貝 cpDNA， 即 每 個(gè) 細(xì) 胞 中 約 有 6000拷 貝 。 單 細(xì) 胞 藻 類 如 衣 藻 細(xì) 胞 中 有 5001500個(gè) 拷 貝 細(xì) 胞 器 基 因 組 結(jié) 構(gòu) 特 征v1.基 因 組 是 環(huán) 狀 ， 并 有 多 個(gè) 拷 貝v2.基 因 組 常 以 重 組 產(chǎn) 生 的 序 列 變 異 體 混 合 物的 形 式 存 在v3.絕 大 多 數(shù) 細(xì) 胞 器 基 因 都 進(jìn) 行 基 因 表 達(dá)v4.有 多 個(gè) 轉(zhuǎn) 錄 起 始 點(diǎn) ， 是 多 順 反 子v5.細(xì) 胞 器 可 以 攜 帶 基 因 組 外 的 質(zhì) 粒 遺 傳

24、 圖 譜v 遺 傳 圖 譜 （ genetic map） 又 稱 連 鎖 圖 譜 (linkage map)， 它 是 以 具 有 遺 傳 多 態(tài) 性 （ 在 一 個(gè) 遺 傳 位 點(diǎn) 上具 有 一 個(gè) 以 上 的 等 位 基 因 ， 在 群 體 中 的 出 現(xiàn) 頻 率 皆高 于 1%） 的 遺 傳 標(biāo) 記 為 “ 路 標(biāo) ” ， 以 遺 傳 學(xué) 距 離（ 在 減 數(shù) 分 裂 事 件 中 兩 個(gè) 位 點(diǎn) 之 間 進(jìn) 行 交 換 、 重 組的 百 分 率 ， 1%的 重 組 率 稱 為 1cM） 為 圖 距 的 基 因 組圖 。 遺 傳 圖 譜 的 建 立 為 基 因 識(shí) 別 和 完 成 基 因

25、定 位 創(chuàng)造 了 條 件 。 間 期 前 期 I同 源 染 色 體形 成 配 對(duì) 中 期 I 晚 期 I發(fā) 生 交 換前 期 II中 期 II晚 期 II末 期 II 配 子 n 遺 傳 連 鎖 圖 ： 通 過計(jì) 算 連 鎖 的 遺 傳 標(biāo)志 之 間 的 重 組 頻 率 ，確 定 它 們 的 相 對(duì) 距離 ， 一 般 用 厘 摩（ cM， 即 每 次 減 數(shù)分 裂 的 重 組頻 率 為 1%）表 示 。 物 理 圖 譜v物 理 圖 譜 （ physical map） 是 指 有 關(guān) 構(gòu) 成 基因 組 的 全 部 基 因 的 排 列 和 間 距 的 信 息 ， 它 是通 過 對(duì) 構(gòu) 成 基 因

26、組 的 DNA分 子 進(jìn) 行 測(cè) 定 而 繪制 的 。 繪 制 物 理 圖 譜 的 目 的 是 把 有 關(guān) 基 因 的遺 傳 信 息 及 其 在 每 條 染 色 體 上 的 相 對(duì) 位 置 線性 而 系 統(tǒng) 地 排 列 出 來 。 基 因 圖 譜v基 因 圖 譜 是 鑒 別 人 類 目 前 認(rèn) 為 的 全 部 6萬 -10萬 個(gè) 基 因 ， 其 中 包 括 決 定 各 類 RNA的 基 因 。明 了 基 因 行 使 的 功 能 及 其 在 全 部 基 因 中 所 占的 比 例 ， 只 有 弄 清 全 部 這 些 基 因 以 及 基 因 組中 其 他 序 列 的 結(jié) 構(gòu) 與 功 能 才 是 人 類 基 因 組 計(jì)劃 的 最 終 目 標(biāo) 。 人 類 基 因 組 計(jì) 劃 要 完 成 30億核 苷 酸 序 列 圖 ， 這 也 是 最 高 層 次 和 最 詳 盡 的物 理 圖 。 人 類 基 因 組v人 類 基 因 組 計(jì) 劃 在 緒 論 中 已 有 所 提 及 ， 大 家再 自 己 看 看 書 ， 此 為 自 學(xué) 內(nèi) 容 。 謝 謝