《基因组与基因组学》PPT课件.ppt

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1、第二章第二章 基因组与基因组学基因组与基因组学 北华大学北华大学 张吉林张吉林温州医学院温州医学院 吕建新吕建新第二章第二章 基因组与基因组学基因组与基因组学 两个重要概念：两个重要概念：基因组（基因组（genomegenome）：）：一个细胞或一种生物体的整一个细胞或一种生物体的整套遗传物质。套遗传物质。基因（基因（genegene）：）：基因组中一个功能性遗传单位，基因组中一个功能性遗传单位，是贮存有功能的蛋白质多肽链信息、是贮存有功能的蛋白质多肽链信息、RNARNA序列信序列信 息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。息及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列。第一节第一节 原核生物基因组原

2、核生物基因组第二节第二节 病毒基因组病毒基因组第二章第二章 基因与基因组基因与基因组第三节第三节 真核生物基因组真核生物基因组第四节第四节 人类基因组与人类基因组计划人类基因组与人类基因组计划第一节第一节 原核生物基因组原核生物基因组第一节第一节 原核生物基因组原核生物基因组一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征二、质粒二、质粒三、转座因子三、转座因子 一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征 什么是原核生物（什么是原核生物（prokaryoteprokaryote）？）？细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、细菌、支原体、衣原体、立克次体、螺旋体、放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，

3、放线菌和蓝绿藻等原始生物的总称，是最简单的细是最简单的细胞生物体。胞生物体。原核生物基因组原核生物基因组DNADNA较小，一般在较小，一般在10106 610107 7bpbp之间之间大肠杆菌基因组大肠杆菌基因组DNADNA由由4.64.610106 6 bpbp组成，是人类基组成，是人类基因组因组3 310109 9bpbp的的1 1基因数目较少，约含基因数目较少，约含35003500个基因个基因原核生物基因组中只有一个原核生物基因组中只有一个DNADNA复制起点复制起点一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征2.2.原核生物的操纵子结构原核生

4、物的操纵子结构1.1.原核生物的类核结构原核生物的类核结构3.3.原核生物的原核生物的基因基因结构结构一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征 1.1.原核生物的类核结构原核生物的类核结构 原核生物没有典型的细胞核结构，基因组原核生物没有典型的细胞核结构，基因组DNADNA位位于细胞中央的核区，无核膜将其与细胞质隔开，但于细胞中央的核区，无核膜将其与细胞质隔开，但 能在蛋白质的协助下，以一定的组织形式盘曲、折能在蛋白质的协助下，以一定的组织形式盘曲、折叠包装，形成叠包装，形成类核（类核（nucleoidnucleoid），也称拟核。，也称拟核。一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征一

5、、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征 2.2.原核生物的操纵子结构原核生物的操纵子结构 操纵子结构是原核生物基因组的功能单位操纵子结构是原核生物基因组的功能单位 原核生物的结构基因大多数按功能相关性成簇地原核生物的结构基因大多数按功能相关性成簇地串联排列于染色体上。结构基因连同其上游的调控串联排列于染色体上。结构基因连同其上游的调控区（包括调节基因、启动基因和操纵基因）以及下区（包括调节基因、启动基因和操纵基因）以及下游的转录终止信号，共同组成了一个基因表达单位，游的转录终止信号，共同组成了一个基因表达单位，即操纵子（即操纵子（operonoperon）结构）结构。一、原核生物基因组特征

6、一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征什么是多顺反子什么是多顺反子mRNAmRNA分子分子?一个一个mRNAmRNA分子带有几种蛋白质的遗传信息。利用分子带有几种蛋白质的遗传信息。利用共同的启动子和终止信号，转录的共同的启动子和终止信号，转录的mRNAmRNA分子可以编码分子可以编码几种不同的、但多为功能相关的蛋白质。几种不同的、但多为功能相关的蛋白质。一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征 3.3.原核生物的结构基因原核生物的结构基因 基因中编码基因中编码RNARNA或蛋白质的或蛋白质的DNADNA序列称为结构基序列称为结构基因。因。结构基因中没有内含子，基

7、因是连续的，结构基因中没有内含子，基因是连续的，RNARNA被合成后不需要经过剪接加工。被合成后不需要经过剪接加工。多数是单拷贝基因，只有编码多数是单拷贝基因，只有编码rRNArRNA和和tRNAtRNA的基因的基因有多个拷贝，有利于核糖体的快速组装和蛋白质有多个拷贝，有利于核糖体的快速组装和蛋白质的急需合成。的急需合成。原核生物结构基因的编码顺序一般不重叠。原核生物结构基因的编码顺序一般不重叠。一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征一、原核生物基因组特征基因重叠（基因重叠（gene overlappinggene overlapping）基因组基因组DNADNA中

8、某些序列被两个或两个以上的基因所中某些序列被两个或两个以上的基因所共用。基因重叠现象在病毒基因组中普遍存在。共用。基因重叠现象在病毒基因组中普遍存在。1.1.什么是质粒什么是质粒2.2.质粒命名的原则质粒命名的原则3.3.质粒的分类质粒的分类4.4.质粒的结构质粒的结构二、质粒二、质粒5.5.质粒的生物学特征质粒的生物学特征二、质粒二、质粒 1.1.什么是质粒什么是质粒(plasmid)?(plasmid)?细菌细胞染色体以外，能独立复制并稳定遗细菌细胞染色体以外，能独立复制并稳定遗传的共价闭合环状分子。传的共价闭合环状分子。二、质粒二、质粒 2.2.质粒命名的原则质粒命名的原则 用小写字母用

9、小写字母p p代表质粒，在代表质粒，在p p字母后面用两个字母后面用两个大写字母代表发现这一质粒的作者或实验室名称。大写字母代表发现这一质粒的作者或实验室名称。pUC118pUC118plasmid编号发现者名字二、质粒二、质粒3 3、质粒的分类、质粒的分类复制机制复制机制 严紧型严紧型 松弛型松弛型 功能功能 F F质粒质粒 R R质粒质粒 ColCol质粒质粒转移方式转移方式 接合型接合型 可移动型可移动型 自传递型自传递型 大小大小 小型小型(1.5kb(1.5kb15kb)15kb)大型大型(60kb(60kb120kb)120kb)宿主范围宿主范围 窄宿主谱型窄宿主谱型 广宿主谱型广

10、宿主谱型 二、质粒二、质粒 4.4.质粒的结构与理化性质质粒的结构与理化性质 质粒的结构质粒的结构 三种构型三种构型:共价闭环共价闭环DNADNA分子分子 半开环半开环DNADNA分子分子 线性线性DNADNA分子分子质粒的理化性质质粒的理化性质具有核酸分子的一般理化特性：具有核酸分子的一般理化特性：可嵌入某些染料可嵌入某些染料 （溴化乙锭）（溴化乙锭）具有较强的抗切割和抗变性的能力具有较强的抗切割和抗变性的能力二、质粒二、质粒二、质粒二、质粒二、质粒二、质粒二、质粒二、质粒 5.5.质粒的生物学特征质粒的生物学特征 除酵母杀伤质粒为除酵母杀伤质粒为RNARNA分子外，已知的所有质粒分子外，已

11、知的所有质粒都是环状超螺旋都是环状超螺旋DNADNA分子。分子。质粒较小，比较稳定，在实际操作中不易受物理质粒较小，比较稳定，在实际操作中不易受物理因素的损伤。因素的损伤。（1 1）质粒的转移）质粒的转移 分子量在分子量在2.52.510107 7DaDa以上的质粒可以从供体细胞将以上的质粒可以从供体细胞将 一个复本转移给受体细胞，如一个复本转移给受体细胞，如F F质粒和质粒和R R质粒。质粒。分子量在分子量在1 110107 7DaDa以下的质粒一般无自我转移能力。以下的质粒一般无自我转移能力。二、质粒二、质粒二、质粒二、质粒 (2)(2)质粒的复制质粒的复制 主要由主要由4 4个遗传控制系

12、统决定个遗传控制系统决定 复制调控系统复制调控系统 分配系统分配系统 细胞分裂控制系统细胞分裂控制系统 位点特异重组系统位点特异重组系统二、质粒二、质粒 （3 3）质粒的选择性标记质粒的选择性标记 抗药性基因、营养缺陷型基因、抗重金属基因。抗药性基因、营养缺陷型基因、抗重金属基因。最常见的选择性标记是抗药性基因，即带有一种最常见的选择性标记是抗药性基因，即带有一种 或多种抗生素的抗性基因，可赋予宿主菌抵抗某种抗或多种抗生素的抗性基因，可赋予宿主菌抵抗某种抗 生素的能力。生素的能力。二、质粒二、质粒 （4 4）质粒的不相容性）质粒的不相容性 同一类群的不同质粒通常不能在同一菌株内稳同一类群的不同

13、质粒通常不能在同一菌株内稳定共存，当细胞分裂时就会分别进入不同的子代细定共存，当细胞分裂时就会分别进入不同的子代细胞，这种现象叫做质粒的不相容性。胞，这种现象叫做质粒的不相容性。不同群的质粒（如不同群的质粒（如F F和和ColEColE）可以在同一菌株）可以在同一菌株内稳定共存，这些质粒具有相容性。内稳定共存，这些质粒具有相容性。转座因子又称转座元件（转座因子又称转座元件（transposable elementtransposable element），），是一类在细菌染色体、质粒或是一类在细菌染色体、质粒或 噬菌体之间自行移动并具有转位特性的独立噬菌体之间自行移动并具有转位特性的独立 的的

14、DNADNA序列。序列。三、转座因子三、转座因子三、转座因子三、转座因子（一）（一）转座子的分类转座子的分类（二）转座子的遗传效应（二）转座子的遗传效应1.1.插入序列插入序列2.2.转座子转座子3.3.可转座的噬菌体可转座的噬菌体（一）（一）转座子的分类转座子的分类三、转座因子三、转座因子三、转座因子三、转座因子 1.1.插入序列插入序列(insertion sequence(insertion sequence，IS)IS)一个转位酶基因两侧的反向重复序列，一个转位酶基因两侧的反向重复序列，长度为长度为700 700 2 000bp2 000bp。三、转座因子三、转座因子 2.2.转座子转

15、座子(transposontransposon，TnTn)具有转座酶基因、抗性基因，大小为具有转座酶基因、抗性基因，大小为4500450020000bp20000bp。三、转座因子三、转座因子 3.3.可转座的噬菌体（可转座的噬菌体（transposable phagetransposable phage）具有转座功能的温和性噬菌体，能整合具有转座功能的温和性噬菌体，能整合到宿主基因组内。到宿主基因组内。（二）转座子的遗传效应（二）转座子的遗传效应1.1.引起突变引起突变2.2.引入新基因引入新基因3.3.基因重排基因重排三、转座因子三、转座因子三三、转座因子、转座因子 1.1.引起突变引起突

16、变 转座可引起基因的多种突变转座可引起基因的多种突变 (插入失活、转录终止、缺失和倒位插入失活、转录终止、缺失和倒位)三、转座因子三、转座因子 2.2.引入新基因引入新基因 某些抗生素的抗性基因某些抗生素的抗性基因 3.3.基因重排基因重排 产生具有新的生物学功能的蛋白质。产生具有新的生物学功能的蛋白质。三、转座因子三、转座因子第二节第二节 病毒基因组病毒基因组 第二节 病毒基因组病毒病毒 自然界普遍存在的一种结构简单、不能单独自然界普遍存在的一种结构简单、不能单独繁殖，只能在宿主细胞内进行复制以保证遗传信繁殖，只能在宿主细胞内进行复制以保证遗传信息传递的微生物。完整的病毒颗粒是由核酸和蛋息传

17、递的微生物。完整的病毒颗粒是由核酸和蛋白质组成。白质组成。第二节第二节 病毒基因组病毒基因组一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征二、二、DNADNA病毒病毒三、三、RNARNA病毒病毒一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征1.1.基因组的碱基组成基因组的碱基组成2.2.基因组核酸类型基因组核酸类型 3.3.基因组中有基因重叠现象基因组中有基因重叠现象4.4.基因组中具有操纵子结构基因组中具有操纵子结构5.5.病毒基因可连续也可间断病毒基因可连续也可间断6.6.基因组中重复序列少基因组中重复序列少一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征 7.7.基因组中非编码区少基因组中非编码区少 8.8.基因组是单

18、倍体基因组是单倍体 9.9.相关基因丛集相关基因丛集 10.10.病毒基因组含有不规则结构基因病毒基因组含有不规则结构基因 ，转录出，转录出 多种多种mRNAmRNA分子分子一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征 1.1.基因组的碱基组成基因组的碱基组成 病毒基因组结构相对简单，基因数少，所含信息病毒基因组结构相对简单，基因数少，所含信息量也少，不同病毒的基因组大小有较大差异。量也少，不同病毒的基因组大小有较大差异。一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征 2.2.基因组核酸类型基因组核酸类型 双链双链DNADNA；单链；单链DNADNA 双链双链RNARNA；单链；单链RNARNA 环状分子；线性

19、分子环状分子；线性分子一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征什么是正链病毒？什么是负链病毒？什么是正链病毒？什么是负链病毒？如果基因组序列与如果基因组序列与mRNAmRNA相同，称为正链相同，称为正链DNA(+DNA)DNA(+DNA)或正链或正链RNA(+RNA)RNA(+RNA)病毒。病毒。如果与如果与mRNAmRNA互补，则称为负链互补，则称为负链DNA(-DNA)DNA(-DNA)或负链或负链RNARNA(-RNA)(-RNA)病毒。病毒。单链正链单链正链RNARNA病毒基因组可直接作为模板功能，翻病毒基因组可直接作为模板功能，翻译出所编码的蛋白质，并复制出病毒核酸，自我译出所编码的蛋白

20、质，并复制出病毒核酸，自我组装成为成熟的病毒颗粒，感染宿主细胞。组装成为成熟的病毒颗粒，感染宿主细胞。一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征 3.3.基因组中有基因重叠现象基因组中有基因重叠现象 这种结构的意义在于使较小的基因组能携带较这种结构的意义在于使较小的基因组能携带较多的遗传信息，使病毒利用有限的基因，编码更多多的遗传信息，使病毒利用有限的基因，编码更多的蛋白质。的蛋白质。一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征一、病毒基因组特征 4.4.基因组中具有操纵子结构基因组中具有操纵子结构 噬菌体噬菌体174174是单链是单链DNADNA病毒，

21、含病毒，含A A、A A*、B B、C C、D D、E E、F F、G G、H H、J J及及K K共共1111个蛋白质基因个蛋白质基因，但，但这些基因却只能转录成这些基因却只能转录成3 3个个mRNAmRNA，其中一个从，其中一个从A A基基因开始，一个从因开始，一个从B B基因开始，另一个从基因开始，另一个从D D基因开始。基因开始。二、二、DNADNA病毒病毒（一）（一）DNADNA病毒基因组的一般特点病毒基因组的一般特点（二）（二）几种典型的几种典型的DNADNA病毒病毒二、二、DNADNA病毒病毒 （一）（一）DNADNA病毒基因组的一般特点病毒基因组的一般特点 1.DNA1.DNA

22、病毒基因组以双链病毒基因组以双链DNADNA为常见为常见 2.DNA 2.DNA病毒的基因组中，不同基因可以不同的链作病毒的基因组中，不同基因可以不同的链作为转录模板为转录模板 3.3.几乎所有真核几乎所有真核DNADNA病毒都是在活宿主细胞核内复病毒都是在活宿主细胞核内复制制 二、二、DNADNA病毒病毒 4 4较大的双链较大的双链DNADNA病毒可引起多种严重疾病，病毒可引起多种严重疾病，而较小的而较小的DNADNA病毒会在宿主体内诱发肿瘤。病毒会在宿主体内诱发肿瘤。5 5有的有的DNADNA病毒不能直接通过病毒不能直接通过DNADNA复制过程进行复制过程进行基因组复制，基因组复制，必须先

23、转录出一个必须先转录出一个RNARNA中间体（前基中间体（前基因组），然后通过逆转录过程才能完成基因组复因组），然后通过逆转录过程才能完成基因组复制。制。6 6DNADNA病毒一般比病毒一般比RNARNA病毒大，生活周期较复杂。病毒大，生活周期较复杂。（二）几种典型的（二）几种典型的DNADNA病毒病毒1.SV401.SV40病毒基因组病毒基因组2.2.腺病毒基因组腺病毒基因组3.3.乙型肝炎病毒基因组乙型肝炎病毒基因组二、二、DNADNA病毒病毒二、二、DNADNA病毒病毒 1.SV40 1.SV40病毒基因组病毒基因组 SV40 SV40也称猿猴病毒也称猿猴病毒4040（simian vi

24、rus 40simian virus 40，SV40SV40）基因组为双链环状基因组为双链环状DNADNA，由，由5243bp5243bp组成组成 基因组复制依赖于宿主细胞的酶类而完成基因组复制依赖于宿主细胞的酶类而完成 基因组中含有早期转录基因和晚期转录基因基因组中含有早期转录基因和晚期转录基因二、二、DNADNA病毒病毒二、二、DNADNA病毒病毒二、二、DNADNA病毒病毒 2.2.腺病毒基因组腺病毒基因组 腺病毒腺病毒(adenovirus)(adenovirus)颗粒呈球形，直径颗粒呈球形，直径70nm70nm90nm90nm，无包膜，无包膜 核心是线性双链核心是线性双链DNADNA

25、，全长，全长36kb36kb 二、二、DNADNA病毒病毒二、二、DNADNA病毒病毒 3.3.乙型肝炎病毒基因组乙型肝炎病毒基因组 基因组长基因组长3.2kb3.2kb，是带有部分单链区的环状双链，是带有部分单链区的环状双链 DNADNA分子，两条链长度不等。分子，两条链长度不等。长链为负链：长链为负链：L(-)L(-)长度固定，携带有病毒全部的编码信息。长度固定，携带有病毒全部的编码信息。短链为正链：短链为正链：S(+)S(+)长度不等，约长度不等，约1.6kb1.6kb2.8kb2.8kb。二、二、DNADNA病毒病毒二、二、DNADNA病毒病毒HBV DNAHBV DNA复制周期复制周

26、期三、三、RNARNA病毒病毒（一）基因组的一般特点（一）基因组的一般特点（二）几种典型的（二）几种典型的RNARNA病毒病毒三、三、RNARNA病毒病毒（一）基因组的一般特点（一）基因组的一般特点 1.1.单链或双链，但以单链单链或双链，但以单链RNARNA为多见为多见 2.2.所携带的遗传信息一般都在同一条链上，因此病毒所携带的遗传信息一般都在同一条链上，因此病毒RNARNA链有正负之分链有正负之分 3.3.许多哺乳类逆转录病毒属于单正链双体许多哺乳类逆转录病毒属于单正链双体RNARNA，含有，含有2 2个个相同的相同的()RNA)RNA，属于双倍体，属于双倍体 三、三、RNARNA病毒病

27、毒 4.RNA 4.RNA病毒变异率很高，平均每病毒变异率很高，平均每10103 310104 4个碱基个碱基中有一个突变中有一个突变 5.RNA 5.RNA病毒的复制和转录常常独立于宿主细胞核病毒的复制和转录常常独立于宿主细胞核 6.6.尽管不同尽管不同RNARNA病毒的复制方式不相同，但均需病毒的复制方式不相同，但均需经逆转录完成其基因组的复制经逆转录完成其基因组的复制 （二）几种典型的（二）几种典型的RNARNA病毒病毒1.1.丙型肝炎病毒基因组丙型肝炎病毒基因组2.2.人类免疫缺陷病毒基因组人类免疫缺陷病毒基因组三、三、RNARNA病毒病毒三、三、RNARNA病毒病毒1.1.丙型肝炎病

28、毒基因组丙型肝炎病毒基因组病毒呈球型颗粒，直径约病毒呈球型颗粒，直径约50nm50nm，有脂质包膜，有脂质包膜 基因组为单链正链基因组为单链正链RNARNA病毒，链长约病毒，链长约9.5kb9.5kb 整个基因组只有一个整个基因组只有一个ORFORF，编码，编码30113011或或30103010个个氨基酸氨基酸 三、三、RNARNA病毒病毒HCVHCV基因组的两个突出特征：基因组的两个突出特征：55末端有一个长度和序列非常稳定的非编码区末端有一个长度和序列非常稳定的非编码区（UTRUTR），此区是整个基因组中最保守的区域），此区是整个基因组中最保守的区域 33端端UTRUTR长度取决于病毒的

29、来源长度取决于病毒的来源 三、三、RNARNA病毒病毒三、三、RNARNA病毒病毒 2.2.人类免疫缺陷病毒基因组人类免疫缺陷病毒基因组 人类免疫缺陷病毒是获得性免疫缺陷综合征人类免疫缺陷病毒是获得性免疫缺陷综合征（AIDSAIDS）的病原体，属于）的病原体，属于逆转录病毒逆转录病毒。三、三、RNARNA病毒病毒HIVHIV基因组：基因组：由由2 2条相同的正链条相同的正链RNARNA在在55端通过氢键互相连接形端通过氢键互相连接形成二聚体成二聚体 单链单链RNARNA含含97499749个核苷酸，共有个核苷酸，共有9 9个基因个基因 3 3个为结构基因（个为结构基因（gaggag、polpo

30、l、envenv）编码病毒毒粒的结构蛋白编码病毒毒粒的结构蛋白 6 6个为调控基因（个为调控基因（tattat、revrev、nefnef、vifvif、vprvpr、vpuvpu）三、三、RNARNA病毒病毒第三节第三节 真核生物基因组真核生物基因组 真核生物的基因组比较庞大，不同生物种间真核生物的基因组比较庞大，不同生物种间差异很大，分为：差异很大，分为：细胞核基因组细胞核基因组细胞质基因组细胞质基因组第三节第三节 真核生物基因组真核生物基因组第三节第三节 真核生物基因组真核生物基因组一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点二、细胞质基因组及其特点二、细胞质基因组及其特点三、基因组

31、结构与疾病三、基因组结构与疾病一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点细胞核基因组的细胞核基因组的DNADNA与蛋白质结合形成染色体与蛋白质结合形成染色体 除配子细胞外，体细胞有两个同源染色体，因此有除配子细胞外，体细胞有两个同源染色体，因此有两份同源的基因组两份同源的基因组 染色体位于细胞核内，是基因组遗传信息的载体染色体位于细胞核内，是基因组遗传信息的载体 一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点（一）单顺反子结构（一）单顺反子结构 （五）不连续复制（五）不连续复制（二）断裂基因（二）断裂基因 （六）多态性（六）多态性（三）重

32、复序列（三）重复序列 （七）基因重叠（七）基因重叠（四）多基因家族与假基因（四）多基因家族与假基因 （八）端粒结构（八）端粒结构 细胞核基因组的特点细胞核基因组的特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点（一）细胞核基因组的特点（一）细胞核基因组的特点单顺反子结构单顺反子结构（二）细胞核基因组的特点（二）细胞核基因组的特点断裂基因断裂基因（三）细胞核基因组的特点（三）细胞核基因组的特点重复序列重复序列（四）多基因家族与假基因（四）多基因家族与假基因（五）基因组多态性（五）基因组多态性一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点真核细胞结构基因为真核细胞结构基因为单顺反子（单顺反子

33、（monocistronmonocistron）一个结构基因经过转录生成一个单顺反子一个结构基因经过转录生成一个单顺反子mRNAmRNA 分子，翻译成一条多肽链分子，翻译成一条多肽链 （一）单顺反子结构（一）单顺反子结构一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点真核细胞的基因为真核细胞的基因为断裂基因（断裂基因（split genesplit gene）基因组的大部分序列属于非编码区，不编码具有生基因组的大部分序列属于非编码区，不编码具有生物活性的蛋白质或多肽物活性的蛋白质或多肽 编码区通常为结构基因，编码区通常为结构基因，在两侧有非编码区，而且在两侧有非编码区，而且在基因内部也有许多不

34、编码蛋白质的在基因内部也有许多不编码蛋白质的间隔序列间隔序列 （二）断裂基因（二）断裂基因一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点1.1.内含子与外显子内含子与外显子2.2.间隔区间隔区DNADNA结构基因由结构基因由内含子（内含子（intronintron）和和外显子（外显子（exonexon）间间隔排列组成。隔排列组成。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点 1.1.内含子与外显子内含子与外显子内含子是非编码序列，在内含子是非编码序列，在mRNAmRNA的成熟过程中被剪的成熟过程中被剪切，对外显子的正常表达可能具有调节作用。

35、切，对外显子的正常表达可能具有调节作用。外显子是编码序列，在外显子是编码序列，在mRNAmRNA成熟过程中切去内含成熟过程中切去内含子后拼接成完整的序列，子后拼接成完整的序列，成为成熟的成为成熟的mRNAmRNA指导蛋指导蛋白质的生物合成白质的生物合成。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点2.2.间隔区间隔区DNA(spacer DNADNA(spacer DNA)真核生物基因之间的编码空白区或转录空真核生物基因之间的编码空白区或转录空 白区，一般位于单拷贝的结构基因之侧翼白区，一般位于单拷贝的结构基因之侧翼 。基因组愈大，间隔区基因

36、组愈大，间隔区DNADNA所占的比例愈高所占的比例愈高 。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点（三）细胞核基因组的特点（三）细胞核基因组的特点重复序列重复序列1.1.高度重复序列高度重复序列2.2.中度重复序列中度重复序列3.3.低度重复序列低度重复序列 1.1.高度重复序列高度重复序列分为分为反向（倒位）重复序列反向（倒位）重复序列与与卫星卫星DNADNA 重复频率可达重复频率可达10106 6以上以上在基因组中所占比例随种属而异，约占在基因组中所占比例随种属而异，约占10%10%6060在人类基因组中约占在人类基因组中约占2020复性速率快，复杂度低复性速率快，复杂度低 一、细

37、胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点 反向（倒位）重复序列反向（倒位）重复序列两个相同顺序的互补拷贝在同一两个相同顺序的互补拷贝在同一DNADNA链上反链上反 向排列而成向排列而成 发夹式或发夹式或“+”字形结构字形结构 回文结构回文结构 一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点卫星卫星DNADNA（satellite DNAsatellite DNA）一般由一般由2 210bp10bp组成，成串组成，成串排列排列 碱基序列不同于其他部份，碱基序列不同于其他部份，等密度梯度离心可将其与

38、主等密度梯度离心可将其与主体体DNADNA分开分开 高度重复顺序的功能高度重复顺序的功能参与复制水平的调节参与复制水平的调节 参与基因表达的调控参与基因表达的调控 参与转位作用参与转位作用 与进化有关与进化有关 与个体特征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与染色体减数分裂时染色体配对有关 一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点2.2.中度重复序列中度重复序列重复重复数十数十数万数万次（次（10105 5）复性速度快于单拷贝序列，但慢于高度重复序列复性速度快于单拷贝序列，但慢于高度重复序列大多与单拷贝基因间隔排列，少数在基因组中成大多与单拷贝基因间隔排列，少数在基因组

39、中成 串排列在一个区域串排列在一个区域依据重复序列的长度可分为：依据重复序列的长度可分为：短分散片段、长分散片段短分散片段、长分散片段 一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点短分散片段短分散片段重复序列的平均长度为重复序列的平均长度为300bp300bp（一般（一般500bp500bp）拷贝数可达拷贝数可达1010万左右，如万左右，如AluAlu家族、家族、HinHinf f家族家族一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点长分散片段长分散片段平均长度为平均长度为350035005000bp5000bp，与单拷贝序列间隔排列，与单拷贝序列间隔排列 。大多不编码蛋白质。大多不编码

40、蛋白质。有些中度重复序列编码蛋白质或有些中度重复序列编码蛋白质或rRNArRNA的结构基因，如的结构基因，如HLAHLA基因、基因、rRNArRNA基因、基因、tRNAtRNA基因、组蛋白基因、组蛋白基因、免疫球蛋白基因基因、免疫球蛋白基因等。等。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点3.3.低度重复序列低度重复序列在单倍体基因组中只出现一次或数次在单倍体基因组中只出现一次或数次复性速度慢复性速度慢在基因组中占在基因组中占50%50%80%80%意义：储存巨大的遗传信息，编码各种不同功能的意义：储存巨大的遗传信息，编码各种不同功能的 蛋白质蛋白质 一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基

41、因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点（四）多基因家族与假基因（四）多基因家族与假基因多基因家族（多基因家族（multigenemultigene family family）由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因。由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因。假基因（假基因（pseudo genepseudo gene）多基因家族中不产生有功能的基因产物的某些成员。多基因家族中不产生有功能的基因产物的某些成员。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点（五）基因组多态性（五）基因组多态性 2.2.单核苷酸多态性单核苷酸多态性（single nucleotid

42、e polymorphismsingle nucleotide polymorphism，SNPSNP）1.1.限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphismrestriction fragment length polymorphism，RFLP RFLP）一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点 1.1.限制性片段长度多态性限制性片段长度多态性 多态性出现在限制性核酸内切酶的酶切位点序多态性出现在限制性核酸内切酶的酶切位点序列中，用某个内切酶水解基因组的某段序列时，在列中，用某个内切酶水解基因组的某段序列时

43、，在同种的不同个体之间该段序列可能被酶解成长短不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等的几个DNADNA片段。片段。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点2.2.单核苷酸多态性单核苷酸多态性 单个核苷酸的变异，人群中个体差异最具代表单个核苷酸的变异，人群中个体差异最具代表性的性的DNADNA多态性多态性 人类基因组中每人类基因组中每1kb1kb就有一个就有一个SNPSNP位点位点,共约共约300300万个万个 一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点变异的变异的4 4种形式种形式 三种颠换：三种颠换：C C A

44、A（G G T T）C C G G（G G C C）T T A A（A A T T）一种转换：一种转换：C C T T（G G A A）转换的频率是颠换的转换的频率是颠换的3 3倍，因此转换是倍，因此转换是SNPSNP发生的主发生的主要原因。要原因。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点（六）基因重叠（六）基因重叠（gene overlappinggene overlapping）基因组基因组DNADNA中某些序列被两个或两个以上的基因所中某些序列被两个或两个以上的基因所共用的现象。共用的现象。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点（七）七）端粒（端粒（telomerete

45、lomere）是真核细胞的染色体末端存在着一种由是真核细胞的染色体末端存在着一种由DNADNA片片段和蛋白组成的独特的结构，段和蛋白组成的独特的结构，对维持染色体的稳定对维持染色体的稳定性具有重要的作用。性具有重要的作用。组成组成端粒的端粒的DNADNA是由是由(TTGGGG)n(TTGGGG)n所组成的非编码重所组成的非编码重复序列复序列 。组成组成端粒的蛋白质端粒的蛋白质有两种，一种与单链富含有两种，一种与单链富含G G的端的端粒粒DNADNA结合，另一种与双链的端粒结合，另一种与双链的端粒DNADNA结合结合 。一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、细胞核基因组及其特点一、

46、细胞核基因组及其特点端粒的主要作用端粒的主要作用 维持染色体的稳定性，防止染色体的重组及末端维持染色体的稳定性，防止染色体的重组及末端被降解。被降解。端粒酶（端粒酶（telomerasetelomerase）一种核糖蛋白酶，具有逆转录酶活性，其本质是一种核糖蛋白酶，具有逆转录酶活性，其本质是可催化端粒延长的可催化端粒延长的RNARNA蛋白质复合物。蛋白质复合物。二、细胞质基因组及其特点二、细胞质基因组及其特点 两类细胞器能够携带遗传物质：两类细胞器能够携带遗传物质：线粒体和叶绿体，称为线粒体和叶绿体，称为细胞器基因组细胞器基因组 这些遗传物质独立于细胞核基因组外自行复制和表达，又称这些遗传物质

47、独立于细胞核基因组外自行复制和表达，又称为为染色体外基因组。染色体外基因组。叶绿体基因组叶绿体基因组只存在于绿色植物中只存在于绿色植物中 线粒体基因组线粒体基因组存在于几乎所有的真核生物中存在于几乎所有的真核生物中 。二、细胞质基因组及其特点二、细胞质基因组及其特点线粒体基因组线粒体基因组DNADNA（mitochondrial DNAmitochondrial DNA，mtDNAmtDNA）双链环状超螺旋分子双链环状超螺旋分子人类人类mtDNAmtDNA由由1656916569 bpbp组成组成 编码编码:12s:12s rRNArRNA，16s 16s rRNArRNA 22 22种种tR

48、NAtRNA 13 13条与细胞氧化磷酸化有关的多肽链条与细胞氧化磷酸化有关的多肽链 二、细胞质基因组及其特点二、细胞质基因组及其特点线粒体基因组的遗传特点线粒体基因组的遗传特点母系遗传母系遗传突变率较核突变率较核DNADNA高高1010倍左右倍左右遗传密码与通用的遗传密码有所区别遗传密码与通用的遗传密码有所区别 mtDNAmtDNA突变导致的主要疾病突变导致的主要疾病 LeberLeber遗传性视神经病、非胰岛素依赖性糖尿病遗传性视神经病、非胰岛素依赖性糖尿病 氨基糖甙诱发的耳聋、衰老等氨基糖甙诱发的耳聋、衰老等 三、基因组结构与疾病三、基因组结构与疾病 基因组结构基因组结构 基因组基因组D

49、NADNA中中不同功能片段的分布不同功能片段的分布 基因组结构与基因组结构与染色体数目、结构和形态染色体数目、结构和形态有关有关三、基因组结构与疾病三、基因组结构与疾病（一）人类染色体与疾病（一）人类染色体与疾病（二）基因结构与疾病（二）基因结构与疾病三、基因组结构与疾病三、基因组结构与疾病（一）人类染色体与疾病（一）人类染色体与疾病 核基因组存在于染色体，人类的染色体组（单核基因组存在于染色体，人类的染色体组（单倍体）约有倍体）约有3 3万个结构基因。万个结构基因。染色体发生数目异常或微小的结构改变，会导染色体发生数目异常或微小的结构改变，会导致相应的基因数量与结构的异常，而引起疾病。致相应

50、的基因数量与结构的异常，而引起疾病。三、基因组结构与疾病三、基因组结构与疾病 1.1.染色体数目、结构和形态染色体数目、结构和形态 2.2.染色体数目畸变与疾病染色体数目畸变与疾病 多倍体和多倍性多倍体和多倍性 异倍性或非整倍性异倍性或非整倍性 三体性和单体性三体性和单体性 3.3.染色体结构异常与疾病染色体结构异常与疾病 三、基因组结构与疾病三、基因组结构与疾病（二）基因结构与疾病（二）基因结构与疾病 基因结构异常一般指基因突变，即基因的核基因结构异常一般指基因突变，即基因的核苷酸序列或数目发生改变，包括点突变，缺失、苷酸序列或数目发生改变，包括点突变，缺失、重复、插入等。重复、插入等。三、