农学现代遗传学基因的概念和结构.pptx

第一节第一节 基因的概念与发展基因的概念与发展一、发展历程1.1865年Mendel遗传因子2.1909年丹麦Johanssen基因3.1910年40年代Morgan等认为基因是三合一体，即基因既是一个功能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。4.1944年Avery首次证实基因是由DNA构成，及1953年DNA双螺旋模型的提出，人们认为基因是具有一定遗传效应的DNA片段。5.1955年，Benzer通过顺反互补实验发现一个基因内部的许多位点上可以发生突变，并且可能在这些位点间发生交换，说明一个基因并不是一个突变单位和一个交换单位。6.操纵子的发现修正了有一个基因就有一条多肽或决定一个蛋白质功能的就是基因的说法。1944年Beadle研究脉胞菌突变提出一基因一酶学说；后来研究血红蛋白时发现蛋白质可由不同肽链组成，而突变只影响一条肽链提出了一基因一多肽学说；60年代，Jacod和Monod研究细菌基因调控时发现基因是可分的，功能上是有差别的。结构基因决定合成某种蛋白质 调节基因编码阻遏或激活结构基因转录的蛋白质基因 无翻译产物的基因7.新的发现断裂基因，重叠基因，跳跃基因 比较DNA序列和成熟mRNA内含子和外显子基因是实体，它的物质基础是DNA（或RNA）；基因是具有一定遗传效应的DNA分子中的特定核苷酸序列；基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据基因是可分的按原初功能（基因的产物基因可分为编码蛋白质的基因（结构基因+调节基因）无翻译产物的基因（如rDNA，tDNA，SnDNA）不转录的DNA区段（如启动子，操纵基因等）二、基因概念的发展二、基因概念的发展l初期的基因概念:最初由孟德尔的杂交试验提出“遗传因子”（1900年W.Johanson丹麦)首先使用，后来，称为基因，此时为一逻辑推理产物，是一种与生物状状相应的符号，无实质内容。基因与染色体的关系基因与染色体的关系 l摩尔根(Morgan)通过对果绳各种突变体的研究，阐明了连锁交换规律和伴性遗传，并进一步推理出基因在染色体上呈直线排列，因此基因是一种化学实体，并决定性状。通过对各种遗传性状的研究。认为基因是决定遗传性状的功能单位是实变和重组的最小单位。1944年，O.T.Avery等通过肺炎球菌的转化实验，证实了基因的本质为DNA,为DNA上的功能单位。1953年，J.D.Watson,F.H.Crick根据对DNA化学的研究，提出DNA结构的右手双螺旋模型。基因的本质基因的本质DNAl顺反子概念的提出l1955年，S.Benzer通过对T4噬菌体精细结构的研究提出了顺反子(Cistron)，突变子（muton）和重组子（recon）的概念。l顺反子：为一种多肽链编码的核苷酸序列,是一个功能单位。l经进一步研究证明，突变子和重组子均为一核苷酸对。l顺反子学说否定了一个基因一个酶的假说，因而也否定了基因是决定遗传性状的功能单位，突变和重组的最小单位等概念，从基因的产物来看，基因概念经历了从性状酶多肽链的发展过程。基因的分子生物学定义基因的分子生物学定义l基因是编码有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核苷序列。l包含：编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，转录所必须的调控序列，编码区上游区域的非编码序列，内含子，编码区下游区域的非编码序列。基因的不连续性l在1977年以前，都认为基因是一种为蛋白质或多肽编码的连续的核苷酸序列，因为当时对基因各种精细结构的研究都是从原核生物开始的，而在原核基因中很少有基因是间断的。后来在对真核生物基因进行研究时经常发现，真核基因比其相应的mRNA长得多，开始也未认为真核基因是间断的，因为真核基因在表达方面存在明显的时空特异性，因此认为基因的一端或两端存在一些不转录的序列，但对基因表达的调节具有重要作用的序列。但从核RNA（hnRNA）和mRNA的大小进行比较发现，核RNA比相应的mRNA长，而与真核基因的大小相似，因此有一部分序列在初始转录中存在，而在mRNA从核转运到胞质之前被除去了，也即是说真核基因中存在着一些可能被转录但不为蛋白质或多肽编码的序列真核基因是间断。随着对真核基因的深入研究，现已发现，绝大多数真核基因都是间断的，包括外显子(exon)和内含子(intron)两个大的部分。基因结构基因结构基因的不同类型l结构基因:为蛋白质或RNA编码的基因，其产物为酶促反应的有关的功细胞组分，它不影响其它基因的表达。l调节基因：为RNA或蛋白质编码的基因，但其产物的主要作用是调节其它基因的表达。l操纵基因：无编码产物的一段DNA序列为DNA阻碍蛋白或其它调节因子的结合位点，当该位点被相应的蛋白质结合后影响从邻近基因启动子的转录起始。（也要曾使用启动基因，但与操纵基因相似不编码相应产物，现在称为启动子）。l功能性基因（functionalgene）：基因家族中，仍然为蛋白质或RNA编码的家族成员称。l假基因（Pseudogene）：基因家族中已不为蛋白质或RNA编码的家族成员。第二节第二节 复等位基因（复等位基因（multiple alleles）l复等位基因:一个群体中，一对同源染色体的同一基因座上存在着2个以上的等位基因，这就是复等位基因（multiplegene)。l复等位基因是生物遗传多态性在遗传上的直接原因。几个概念几个概念l野生型：自然界中常见的基因型和表型l非等位基因之间的相互作用互补基因、抑制基因、上位效应（书37页）一个2倍体的正常细胞最多只能有复等位基因中的2个。2个等位基因，可以组成3种基因型3个等位基因，可以组成6种基因型4个等位基因，可以组成10种基因型n个等位基因，可以组成n+n(n-1)/2种基因型。其中纯合体为n个,杂合体为n(n-1)/2个。血液成分血液成分抗凝离心处理：上层成分：血浆，抗体，蛋白质中层成分：白细胞，血小板下层成分：红细胞不抗凝处理上层成分：血清，抗体，无纤维蛋白原下层成分：红细胞，白细胞，血小板血型遗传学血型遗传学1667年法国Denys首次把羊血输给病人。1818年英国Blundell首次人之间输。1900年奥地利Landsteiner发现了ABO血型系统1926年奥地利Landsteiner发现了MN血型系统1927年奥地利Landsteiner发现了P血型1939年奥地利Landsteiner发现了Rh血型ABO血型系统的抗原与抗体血型系统的抗原与抗体A抗原A抗体B抗原B抗体A血型B血型AB血型O血型ABO血型系统遗传方式血型系统遗传方式IA;IB;i;这些基因编码特定的红细胞抗原A血型：IAIA;IAiB血型：IBIB;IBiAB血型：IAIBO血型：iiABO血型系统遗传方式血型系统遗传方式l一对分别都是AB血型的夫妻，所生的子女A型AB型B型l某一人群B血型占0.45，O血型占0.36，计算该群体中A和AB血型的比例。估测人群中血型比例估测人群中血型比例l设IA基因的频率为P，IB基因的频率为Q，I的基因频率为r，A型人的比率为A,O型人的比率为O。lO=r2r=A+OlA+O=p2+2pr+r2=(p+r)2=(1-q)2l1-q=A+OQ=1-A+OlP=1-q-rABO血型的遗传特例血型的遗传特例ABOAOAB（？）孟买血型l1952年在印度孟买市发现，在我国极其稀有，有这种血型的人在全国所占的比率仅为十几万分之一，国内仅有约30例报道。正因为“类孟买血型”非常珍稀，其价值和意义也就尤显重大。其红细胞上没有或有少量、抗原而无抗原，血清中除有抗、抗抗体外，尚有抗抗体，唾液中有、物质。这种血型的人需要输血时有个途径：自身储血、亲属间同型互助、他人捐献。ABO血型系统遗传方式血型系统遗传方式前体H物质抗原B抗原无抗原双亲血型基因型：HhAoXHhBo子女血型基因型：hhBoXHHAAHhABABO血型系统遗传方式血型系统遗传方式l特例：临床中发现有一位病人在验血中确定为B血型，在接受O型血的输血后，引起凝血反应。在对供血者血液重新检测时发现，其血细胞在与抗A血清反应时，初时无反应，2个小时后呈凝集反应。所以确定供血者为A型，而不是O型。ABO血型系统遗传分析血型系统遗传分析ZHA抗原前提B抗原z无抗原hSeH孟买型类孟买型seHA，B抗原H（h）无抗原无抗原有一犯罪嫌疑人在犯罪现场留下的唾液鉴定血型是O型，但是在重点检查某一嫌疑人时，检测出该人的血型是B型，在其它举证都确凿的情况下，已经确认该人是犯罪人，为什么会出现体液与血液血型不一致的现象？A基因座的多态基因座的多态A1A2A血型的基因型：A1A1;A2A2;A1A2;A1O;A2O杂合子基因的衰退作用杂合子基因的衰退作用A：80万B：75万AB：各42万l血型的表型改变病人住院时检测为B血型出院以后为O型。消化道E.coli K12感染，产生类B抗原物质。ABO血型的异常遗传现象血型的异常遗传现象有一AB血型男子与O血型女子结婚，生了一个O型孩子，分析其原因。CISAB9q34同源染色体不等交换。ABO血型的新生儿溶血症血型的新生儿溶血症O血型的母亲怀有A，B，AB型血型的胎儿，在母亲胎盘异常情况下，临产时会出现母亲的抗体进入新生儿血液中，与婴儿的抗原产生免疫反应，造成婴儿溶血。Rh血型的遗传机制血型的遗传机制恒河猴红细胞（Rhesusmonkeys抗原）免疫家兔兔抗猴血清检测人红细胞。85产生凝集反应15无凝集反应定名恒河猴红细胞抗原为Rh抗原。1952年Murray发现动物的Rh抗血清与人类的Rh抗原不反应，提出动物与人的抗原是两种不同抗原。1963年定名：人类为Rh抗原，动物为LW抗原Rh血型的新生儿溶血症血型的新生儿溶血症Rh阳性血型的红细胞带有Rh抗原，无抗体。Rh阴性血型的红细胞没有Rh抗原，有抗体Rh阴性血型的母亲怀有Rh阳性血型的胎儿，在母亲胎盘异常情况下，临产时会出现母亲的抗体进入新生儿血液中，与婴儿的抗原产生免疫反应，造成婴儿溶血。Rh血型的遗传机制血型的遗传机制Rh抗原受控与3个紧密连锁的基因座：Cc；Dd；Ee。以单倍型方式传递。当D基因存在时，为Rh阳性。d基因没有相应的抗原，是Rh阴性血型。单倍型：一条染色体上的基因组成。CDE；CDe；CdE；Cde;cDE；cDe;cdE;cde;Rh血型的遗传机制血型的遗传机制例题：具有CcDEe抗原的个体，可能由哪些基因型组成？CDE/cDe;CDe/cDE;CdE/cDe;CDE/cde;CDe/cdE;(?)Rh血型的遗传机制血型的遗传机制复合抗原：ce复合抗原；CE复合抗原；cE复合抗原.当ce基因在一个单倍型上时，会出现ce复合抗原。其抗体可与CDE/cDe的细胞反应。如果母亲具有C,D,E抗原，父亲具有c,E,e抗原，子女可能的表型是什么?如果子女中有一个具有CcDEe抗原，怎样推测他的单倍型和基因型？CDE/CdE(CDE/CDE)XcdE/cdeRh血型的遗传机制血型的遗传机制表型为Rh阴性的母亲与Rh阴性的父亲生有一女和一子。女儿为Rh阴性，抗原与父亲相同为c,e,儿子是Rh阳性，抗原是C,D,e,分析其遗传机制。母亲CDe/cde父亲cde/cde女儿cde/cde儿子CDe/cdeX1前体D有Rh抗原X0无前体D无Rh抗原母亲：X0X0CDe/cde,无D抗原，是Rh阴性。父亲：X1X1cde/cde,无D抗原，是Rh阴性。女儿：X1X0cde/cde,无D抗原，是Rh阴性。儿子：X1X0CDe/cde,有D抗原，是Rh阳性。MN血型的遗传分析血型的遗传分析人群中存在着MN血型系统，受M和N两个基因控制，并显性。MNMMMMNNMNNNMN血型的遗传分析血型的遗传分析MNSs是紧密连锁的血型基因单倍型是：MS;NS;Ms；Ns基因型有10种：MS;NS;Ms；NsMSS;MssSNS;sNsMSNS;sM;MsNs；MN血型的遗传分析血型的遗传分析用M和N血清检查一个家庭，确定父亲基因型是NN,母亲是MM，儿子是MM。结论：儿子不是该夫妻的亲生孩子。但是其它血型和方法证明孩子的确是亲生的。发现了Mg抗原亚型。Mg抗体不能与M抗原反应。检测结果，父亲表型是具有Mg和N抗原，基因型是MgN。儿子基因型是MgMXg血型的遗传分析血型的遗传分析Xg抗原是目前发现的第一个与性别有关的抗原基因:Xga有Xg抗原Xg无Xg抗原Xga对Xg显性Xg血型的遗传分析血型的遗传分析Xg抗原XgaXgXga人类白细胞抗原（人类白细胞抗原（hunman lecucocy antigen，HLA）l生物体对异种移植或同种异体移植物常发生排斥作用（GVHR)l异体移植的免疫作用：l抗宿主反应：受体抗原供体抗体l排斥反应：受体抗体供体抗原l主要组织相容性抗原系统（majorhistocompatibilityantigensystem）主要组织相容性复合体基因（majorhistocompatibilitycomplexgene,MHC）l次要组织相容性系统（minorhistocompatibilityantigensystem)HLA的遗传机制的遗传机制主要组织相容性抗原按免疫性分为三类：第一类：移植抗原（transplantationantigen）,位于T淋巴细胞上，编码基因为：HLAA，B，第二类：免疫反应的信息传递抗原。编码基因为：HLADR，DQ，DZ/,DODP第三类：补体蛋白，与抗原抗体复合物作用。编码基因为：HLAC2，C4，Bf同一条染色体上的基因组成被称为单倍型（haplotype）抗宿主反应：受体抗原供体抗体排斥反应：受体抗体供体抗原主要组织相容性抗原系统（majorhistocompatibilityantigensystem）主要组织相容性复合体基因（majorhistocompatibilitycomplexgene,MHC）白细胞抗原基因连锁图白细胞抗原基因连锁图HLA6p21-23.DPDQDRC4C2BCA70411232125155第II类第三类第一类一组功能相近，紧密连锁的基因，称为超基因（Supergene）。白细胞抗原的基因白细胞抗原的基因HLA-AHLA-BHLA-CHLA-DRHLA-DQHLA-DPA1B5Cw1DR1DQ1DPw1A2B7Cw2DR2DQ2DPw2A3B8Cw3DR3DQ3DPw3A9B12Cw4DR4.DPw4A11B13Cw5DR5.Aw19B14Cw6DRw6Aw33Bw22Cw7DR7Aw36Bw59Cw8DRw8.白细胞抗原的分型白细胞抗原的分型l淋巴细胞毒试验：HLA-A,B,C抗原来源于T淋巴细胞，HLA-DR,DQ来源B淋巴细胞，抗血清来源于孕妇，（由于胎母HLA不合，母亲产生抗体）或免疫抗血清分型。l纯合子分型细胞分型（HDC）：由于HLA-D抗原不同，引起混合淋巴细胞增殖（MLR），用已知D抗原的纯合子分型淋巴细胞，检测待测细胞是否反应，可作分型。l预处理淋巴细胞分型（PLT）：根据同抗原细胞不反应原理，预处理两种细胞后，得到识别HLA-DP抗原的能力，可作分型。白细胞抗原的基因分布白细胞抗原的基因分布HLA-A白人黑人黄种人A10.150.03/A20.260.150.30A30.120.070.01A110.060.010.25A250.02/白人抗原Aw43/0.01/南非黑人抗原Aw36/0.02/黑人人抗原白细胞抗原的基因分布白细胞抗原的基因分布HLA-B白人黑人黄种人Bw40.410.410.35B70.090.090.02B130.030.010.03B380.03/0.02Bw450.040.04/Bw46/0.05黄种人抗原白细胞抗原的基因分布白细胞抗原的基因分布强关联：连锁基因实际出现的频率的大于理论频率的现象A26B38A2Bw46犹太人单倍型黄种人单倍型Bw45在黄种人中极少，在美洲的印第安人，爱斯基摩人等人群中，该抗原也极少，推测与种族的起源有关。白细胞抗原与人类疾病白细胞抗原与人类疾病 B27抗原与强直性脊椎炎强关联。患者中90以上都是B27抗原。如果一个人有50的可能是强直性脊椎炎，检查他的白细胞抗原，有B27抗原，他的患病的机会就大大增高。反之，则减少有病的可能性。白细胞抗原的单倍型分析白细胞抗原的单倍型分析父抗原：A2，A11，B13，Bw46母抗原：A3，A9，B5，B7子1抗原：A2A3B7Bw46子2抗原：A11A9B5B13子3抗原：A2A9B5Bw46子4抗原：A3A11B7B13子5抗原：A3A11B7Bw46第三节顺反子（cistron）l早期的基因概念：基因是一个功能单位，重组单位，突变单位(三位一体)。l发展的基因概念:基因是一个功能单位基因内部可突变和重组。一个基因就是一个顺反子。l基因的顺式和反式排列Fig15.10Thearrangementofgeneticmarkersincisandtransheterozygotes.2003 John Wiley and Sons PublishersFig15.11Thecis-transpositioneffectobservedbyEdwardLewiswiththeaprandwmutationsofDrosophila.Fig15.12Thecis test.如何判断突变是在一个顺反子内还是如何判断突变是在一个顺反子内还是2个不同的非等位基因个不同的非等位基因 la1a1xa2a2a1a1xa2a2突变型突变型突变型突变型a1a2突变型a1a2突变型突变型野生型突变型同一顺反子的不同位点同一顺反子的相同位点l如果F1代是野生型，说明a1，a2是两个非等位基因。Fig15.16Intrageniccomplementationsometimesoccurswhentheactiveformofanenzymeorstructuralproteinisamultimerthatcontainsatleasttwocopiesofanyonegeneproduct.2003 John Wiley and Sons Publishersl顺反子:是一个遗传单位,一个顺反子决定一个多肽链l突变子:是DNA中构成基因的一个或若干个核苷酸l重组子:重组子代表一个空间单位，它有起点和终点，可以是若干个密码子的重组，也可以是单个核苷酸的互换。操纵子操纵子l操纵基因(operon):与由它操纵的几个结构基因连锁在一起，几个结构基因由一个启动子转录成为一个mRNA分子，然后翻译成为几种蛋白质，这样的结构称为一个操纵子。l乳糖操纵子:包括3个结构基因-半乳糖苷酶、乳糖透性酶、乙酰化酶 lac操纵子模型的内容(1):lac EYA 转录为一多顺反子mRNA;(2):启动子位于调节基因（lacI）和操纵基因（oporater）之间而启动子不 能单独起始mRNA的合成;(3):操纵基因为阻遏物（lacI产物）结合位点;(4):当阻遏制物与操纵基因结合时lac mRNA转录起始受到抑制;(5):在诱导物存在时，诱导物与阻遏物结合，改变阻遏物构象使之不能与操纵基因结合因此起始lac mRNA合成。Repressor maintains the lac operon in the inactive condition by binding to the operator;addition of inducer releases the repressor,and thereby allows RNA polymerase to initiate transcription.超基因超基因l真核生物中的超基因结构l超基因（supergene)：是指作用于一种性状或作用于一系列相关性状的几个紧密连锁的基因。l基因家族：真核生物中由同一祖先基因在进化过程中经突变，重复和倒位等演变而成的具有相同或相似作用的所有基因，称基因家族。l这些基因家族或成员可位于同一染色体式不同染色体上。l如脊椎动物的血红蛋白基因：血红蛋白为四聚体，由两条a链和两条链组成，在不同发育阶段血红蛋白的组成不同。l发育阶段血红蛋白的组成l胚胎期（8周）222222l胎儿期（3-9月）22l成人期（出生后）2222 类基因包括：、1、2、类基因包括：、Gr、Ar、在类基因中，首先是表达不久即被取代在类基因中，首先是和表达，不久即被和取代，在成体中，22占成体血红蛋白的97%，22约占2%，而22则约为胎儿的1%。类和类基因在染色体的排列 Gr Ar l基因簇：指基因家族的成员以串联重复方式排列在一起或不同家族的成员构成一重复单位，以串联重复方式排列在一起。l如上述，及rDNA(原核；5SRNA，16SRNA，23SRNA，l真核：（5.8SRNA，18SRNA，28SRNA)、tRNA簇。l假基因（pseudogene）：在基因家族中与功能基因相似的序列，但有许多突变以致于失去了原有的功能，假基因是没有功能的基因。l在爪蟾5S基因、珠蛋白基因簇、免疫球蛋白基因簇及组织相容性抗原基因簇中都发现有假基因。真核生物的断裂基因真核生物的断裂基因l断裂基因的发现1）1977年Flavell和Jeffreys用兔珠蛋白基因cDNA与DNA杂交2）同年Chambon用鸡卵清蛋白的杂交l真核生物的基因是断裂的基因的可变剪切基因的可变剪切l黑腹果蝇tra基因、果蝇的dsx基因、肌钙蛋白T基因promoter exon 1 exon2 exon3 exon 4 exon5 terminatorA:利用不同的启动子（例：鸡的强心肌和砂囊肌）B:利用不同的终止子（鼠降钙素基因）C:改变拼接方式（例鼠鸡钙蛋白T）1 2 3 4 5 1 2 3 5 l同一DNA序列可编码多种蛋白质l利用不同的启动子有时基因不止一个启动子，或启动子中的不同成分可独立起始转录，只是效率不同，因此可转录产生不同的mRNA。l利用不同的终止子：与启动子的情况类似l改变拼接方式，将不同的外显子拼接在一起，可产生不同mRNA（抗原、抗体），上述情况如下图所示：第四节重叠基因（overlappinggene)l1973年Weiner研究RNA病毒Q时的发现l1977年SangerX174Phage5387bp实际编码的蛋白质比预期要多l提出了重叠基因概念：基因转录起始点不同，但是共用同一段DNA序列或几个核苷酸的不同基因。lSV40病毒中也有重叠基因。真核生物也有重叠基因真核生物也有重叠基因l果蝇l人l秀丽新小杆线虫第五节可动基因(mobilegene)可动基因的概念：在染色体体上的位置是可以移动的基因被称为可移动基因，也可以称为转座元件或转座因子（Transposable element)。l转座同易位的概念区别（书56-57页）生物中的转座成分生物中的转座成分l插入序列插入序列 inserted sequence,ISl转座子转座子 transposon，Tnl转座噬菌体转座噬菌体 mutator phage，Mu可动基因可动基因(mobile gene)在基因组中可以移动的基因。原始发现：McClintockB，1951年，1984年获诺贝尔奖玉米粒颜色的遗传。正常：有色有色异常：有色色斑有色无色1932年，美国遗传年，美国遗传学家学家B.McClintock 发现玉米籽粒色斑不发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象。稳定遗传现象。1951年首次提出转年首次提出转座子的概念，认为在座子的概念，认为在基因组的不同区域存基因组的不同区域存在可移动的控制因子，在可移动的控制因子，controlling element。1983年年获诺贝尔奖。获诺贝尔奖。植物双受精示意图植物双受精示意图玉米的转座因子玉米的转座因子l玉米色粒调控元件Ac-Ds系统第9染色体短臂，有色基因C附近C基因，色素合成基因。Ac基因，自主移动的调节因子。4.5kb,5个exon,编码转座酶。Ds基因，非自主移动的受体因子。0.54.0kb,与Ac有同源序列。插入引起色素不能合成。可动基因可动基因(mobile gene)玉米粒颜色的遗传（C基因决定有色）。CAc有色CDsAc花斑CDs无色Ac与与Ds因子的结构因子的结构lAc因子:4.563kb;有5个外显子，产物是转座酶，两端有11个bp的反向重复序列:5CAGGGATGAAA.TTTCATCCCTG33GTCCCTACTTT.AAAGTAGGGAC5lDs因子：与Ac序列具有很大相同，但是中间缺失序列。有0.5-4.0kb，两端有11个bp的反向重复序列，在插入位点上有6-8bp的正向重复序列Ac与与Ds因子的转座机制因子的转座机制lAc与Ds因子的转座属于非复制机制，即不是一份拷贝后将拷贝转移，而是直接从原位置消失 l插入序列(insertionsequence,IS)仅含有转座酶基因的简单转移序列。长度多在7001500bp左右。由末端反向重复序列(IR)，转座酶基因组成。插入基因组中时，在靶位上生成正向重复序列(DR)常见的常见的IS结构结构IS长度末端IR靶位DR插入选择IS1768239随机IS213274195热点IS414281811AAAN20TTTIS51195164热点IS101329229TNAGCNIS50153199热点 对于对于Is成分对靶位点的同向重复最普遍的为成分对靶位点的同向重复最普遍的为9bp。除。除Is1外其外其余余Is成分只有一个长的编码区，成分只有一个长的编码区，(为转座酶编码为转座酶编码)，编码区从倒置重，编码区从倒置重复的一端始到另一端结束。转座将形成一特征性结构复的一端始到另一端结束。转座将形成一特征性结构:未端为倒未端为倒置重复，与之相邻的宿主置重复，与之相邻的宿主DNA序列同为同向重复。序列同为同向重复。Is成分结构特点成分结构特点l是一个自主复制单位。l只编码自身转座所需要的蛋白质，如转座酶（transposase)。lIs成分未端为倒置重复（invertedrepeat）。l转座涉及Is倒置未端重复和靶位点的识别。l转座的结果是靶位点出现同向重复（directrepeat）Is成分的遗传学效应成分的遗传学效应l能编码转座酶，自主进行转座。l插入位点随机，很少是位点专一的。l插入的结果是靶位点出现同向重复（directrepeat）。l转座是罕见事件，与自发突变处于同一数量级，每代10-6-10-10。l插入片段精确切离后，可使IS诱发的突变恢复为野生型。l不精确切离后导致宿主基因发生缺失。转座子转座子(transposon,Tn)l带有转座酶基因等必需基因及抗药性等与转座无关基因的转座因子。结构特征：两端具有同向或反向插入序列，同时，两端的IS可能相同或不同。常见的转座子：转座子长度标记末端取向Tn55700KanRIS50反向Tn109300TetRIS10反向Tn92500CamRIS1正向复合转座子的结构特征复合转座子的结构特征l含有Is组件，常位于转座子两侧称为臂（arm）。l臂的中间常带有药物抗性基因。l臂为同向重复或倒置重复。l臂为相同式或相关。l臂都具有功能或其中之一具有功能。复合转座子结构复合转座子结构lIs组件(臂)为同向重复l例In9,Is1,Cam2,Is组件功能相同A composite transposon has a central region carrying markers(such as drug resIstance)flanked by Is modules.The modules have short inverted terminal repeats.If the modules themselves are in inverted orientation In10再次移动 结果Is10组件改变方向移动形成新的转座子原核生物转座成分的基本结构转座的类型:复制型转座（replicative transposition）:转座子被加倍将原有转座子的拷贝进行转座，因此供体位点保持不变而受体位点则获得转座子的一个拷贝。Replicative transposition creates a copy of the transposon,which inserts at a Recipient site.The donor site remains unchanged,so both donor and Recipient have a copy of the transposon.Nonreplicative transposition allows a transposon to move as a physical entity from a donor to a Recipient site.ThIs leaves a break at the donor site,which Is lethal unless it can be repaired.非复制型转座（noreplicotive transposition）:转座子以物理实体从供位点移动到受体位点，结果在供体位点出现断裂，受体位点则出现-转座子。断裂可能有两种结果。其一对宿主影响小，而保留下来如拷贝其宿主重复系统将其识别并修复。保守性转座（conservative transposition）:另一类非复制转座，转座子从供体切除和插入受体位点过程中每个核苷酸键都被保留，即供体不出现断裂。该过程与入噬体的整合过程相似，而转座酶则与a的整合酶integrase相关 。Conservative transposition involves diRect movement with no loss of nucleotide bonds;compare with lambda integration and excIsion.转座子在染色体上的解离方式转座子在染色体上的解离方式l精确解离l非精确解离l原位解离l复制后解离变性复性emL.CaroandE.BoydelaTour短茎长度大致与IS两端的反向重复序列（IR inverted repeat sequence）相同反转录转座（反转录转座（retrotransposon）通过RNA为中介，反转录成DNA后进行转座的可动元件。病毒超家族（viralsuperfamily）,可编码反转录酶或整和酶，自主转录。呈DNA时，具有LTR序列。非病毒超家族（nonviralsuperfamily）,不可编码反转录酶或整和酶，不能自主转录。呈DNA时，无LTR序列。反转录转座（反转录转座（retrotransposon）病毒的RNA基因组RNA:RU5gagpolenvU3RDNA:U3RU5gagpolenvU3RU5LTRLTR基因组-DR-U3RU5gagpolenvU3RU5DR-反转录病毒与反转录转座反转录病毒与反转录转座l自学果蝇中的果蝇中的P因子因子l雌M果蝇X雄P果蝇不育l雄M果蝇X雌P果蝇育果蝇杂种不育 （hybrid dysgenesis）Hybrid dysgenesis Is asymmetrical;it Is induced by P male x M female crosses,but not by M male x P female crosses.果蝇果蝇P因子不育机理因子不育机理开放阅读框ORF0ORF1ORF2ORF3内含子123P因子表达差异：ORF0，1，266KD，转座阻遏物ORF0，1，2，387KD，转座酶P型细胞质：含66KD，阻遏转座细胞型（cytotype）影响子代育性 66KD阻遇物非常稳定,可影响表型 Hybrid dysgenesIs Is determined by the interactions between P elements in the genome and 66 kD repressor in the cytotype.P成分结构特点：1、具有31bp的未端倒置重复2、靶位点为8bp同向重复3、P成分表达具有组织特异性，即只在种殖系（germline）被激活4、P成分的组织特异性内拼接方式改变引起在体细胞 组织前两个内含子被剪接形成ORF0-ORF1-ORF2到读区，翻译为66KD蛋白质,为转座子活性阻遏物。在种殖系组织第三个内含子被除去形成ORF0-ORF1-ORF2-ORF3的可读区，翻译为87KD蛋白质，为转座酶。The P element has four exons.The first three are spliced together in somatic expression;all four are spliced together in germline expression.P成分结构示意图lP雌XP雄细胞质含p因子转座阻遏物含p因子P因子不能转移可育lP雌XM雄细胞质含P因子转座阻遏物无p因子P因子不能转移可育lP雄XM雌含P因子细胞质不含阻遏物P因子能转移不育酵母的转座子Ty（Transposon yeast）其它几种反转录转座子其它几种反转录转座子lCopia因子是果蝇的一种反转录转座子.lLINE序列:长6500bpRNA聚合酶lSINE序列:长130-300bpRNA聚合酶lAlu序列:SINE家族的一员含Alu识别序列l假基因转座引起的遗传效应转座引起的遗传效应l插入突变l插入失活l插入带来新的基因l非精确解离形成突变(缺失，重复，到位)l插入激活第六节第六节 染色体外基因染色体外基因l染色体外基因（extrachromosomalgene)：在真核和原核生物细胞中有一些位于染色体外的基因叫染色体外基因一、质一、质 粒（粒（plasmid)l细菌中除了染色体外，还有大量的小环状分子，就是质粒（plasmid)l质粒上有抗生素基因二、线粒体基因组二、线粒体基因组l线粒体是真核细胞中的细胞器。每个细胞中含有几十至数千个线粒体。每个线粒体有多个线粒体基因组拷贝。线粒体是非孟德尔式遗传方式，在高等生物中具有母性遗传的特征。线粒体基因组变化很大，可相差两个数量级，动物细胞的线粒体基因组较小，在人类、老鼠、牛等细胞中约为16.5kb。酵母线粒体基因组较大，但在不同菌株亦有变化，酿酒酵母约为84kb，每一细胞约有22个线粒体每一线粒体约有4个拷贝DNA，但在生长的细胞中有很大变化；mt DNA的遗传特征的遗传特征l母性遗传：mtDNA全部来自母亲，非孟德尔式遗传，线粒体随机分配到子细胞。lmtDNA无内含子，无修复系统。lmtDNA复制，转录翻译所需的酶由核基因组提供。lmtDNA一般没有蛋白质保护。lmtDNA合成存在与细胞整个周期。l具有突变和缺失热点。mtDNA致病的遗传机制致病的遗传机制l线粒体基因组本身突变l线粒体基因组突变可以引起视觉神经和心肌性疾病。点突变：由于mtDNA裸露，易受损伤，且无修复机制。所以突变频率较高。11778密码突变，arg-his视觉神经性疾病。缺失：常见5kb,8470bp-13447bp缺血性心肌病7.4kb,8637bp-16073bp原发性心肌病lmtDNA插入核基因组溶酶体途径：核酸水解酶下降，mtDNA不能完全消化，片段游离在细胞质中。直接游离：mtDNA复制中同源重组，产生mtDNA断片。线粒体崩解：由于理，化，病等因素，线粒体肿胀破裂，释放出mtDNA.以上DNA片段插入核基因组，造成突变。mtDNA的用途的用途lmtDNA可以用于分子系统发生研究lmtDNA也可以用于分子进化研究三、叶绿体（三、叶绿体（ctDNA）遗传）遗传l叶绿体是绿色植物特有的核外遗传结构。l非孟德尔式遗传。l裸露的环状双链DNA分子。l120217kbl一个叶绿体含1数十个叶绿体基因组。l叶绿体DNA不含5-甲基胞嘧啶，可用其于纯度鉴定。叶绿体基因组的大小与拷贝数叶绿体基因组的大小与拷贝数l在高等植物中，叶绿体基因组通常约为140kb，较低等的真核生物则200kb。在细胞器中，基因组为多拷贝，高等植物约为2040拷贝。而每一细胞中，细胞器也是多拷贝的，通常约为2040拷贝。（藻类高等植物85292kb。高等植物：120Kb160Kb）叶绿体基因组结构叶绿体基因