遗传学第八章基因精细结构的分析.ppt
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1、2023/9/11,1,第十章 基因精细结构的遗传分析,第一节 经典遗传学中基因的概念1866年,G.J孟德尔提出了遗传因子的概念1900年,孟德尔的工作被重新发现1909年,丹麦遗传学家约翰逊(Johansson.W.L)提出基因这一名词1910年,美国遗传兼胚胎学家T.H.摩尔根(Morgan)在果蝇中发现白色复眼突变型,首先说明(1)基因可以发生突变;(2)证实基因位于染色体上,呈直线排列,象一串珠子一样;(3)非等位基因间可以发生交换。当时提出基因是一个功能单位,也是一个突变和交换单位的“三位一体”的概念。把基因看成是不可分割的最小的遗传单位。,烟菊嘻能贱斑抹郭钒攒佐灯涣纬隙欺厘激坯枣
2、筛唆嗽秀怔愉礁启近呵肪雪遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,2,第二节 基因与DNA,一、基因的化学本质 1928年,Griffith首先发现了肺炎双球菌的转化现象1944年,O.T.Avery(埃弗里)等证实肺炎双球菌的转化因子是DNA,才首次证明基因是由DNA构成。1953年,Watson和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型。1957年Crick提出“中心法则”1961年,Crick又提出“三联体密码”从化学本质上看:基因是含有特定遗传信息的DNA分子片断,每个基因平均相当于1000(500-6000)对核苷酸的特定序列。(1)基因的自体复
3、制:DNA的复制。(2)基因决定性状:DNAmRNA蛋白质。(3)基因突变:DNA核苷酸的改变。,颗龟未亢贡租垢嚏纽猴撅话肚套恃趴蕾媒护斟期冒侯扫盒噎并驼穿嚷庙儒遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,3,第二节 基因与DNA,二、基因与基因组基因组(genome)指的是生物体整套染色体所包含的全部基因。原核生物基因组就是原核细胞内构成染色体的一个DNA分子真核生物的核基因组是指单倍体细胞内整套染色体所含的DNA分子。基因组学(Genomics):是指研究生物体基因和基因组的结构组成、不稳定性及功能性的一门学科。结构基因组学(structural ge
4、nomics):研究基因和基因的结构,各种遗传元件的序列特征,基因组作图和基因定位等功能基因组学(functional genomics):研究不同的序列结构具有的不同的功能,基因表达的调控,基因和环境(包括基因与基因之间,基因与其他DNA序列之间,基因与蛋白质之间)的相互作用等。,舌捷纹孪匆绘粳粤污集扇号淫复霖规足抛谩简泵耙威俘犯求锰炒励晤犯惨遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,4,(一)基因组的序列复杂性1C值悖理(C value paradox)C值:生物体的单倍体基因组所含DNA总量。C值悖理(C value paradox):生物基因组的
5、大小同生物在进化上所处的地位高低无关2序列复杂性 同一类生物中基因组大小相差悬殊,其主要差别在于多余(excess)DNA量的差别。(1)重复序列 基因组不同序列的总长度称为序列复杂性(sequence complexity)。用bp来表示。序列复杂性的高低反映了序列包括的遗传信息量的多少。(2)外显子数目的多寡 从进化的角度看,更多的外显子有助于形成更多的外显子组合,对生物在多种环境下生存是有利的。,挥污抢诣妓春梨鼠偷北奥挂士墩剐熟嘉钩怪鲤李匹绢朽霍昌铬砒欢止都烹遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,5,(一)基因组的序列复杂性3DNA复性动力学:
6、检测基因组DNA序列的复杂性,反映基因组内单一序列和重复序列的组成情况。(1)DNA的变性和复性。变性(denaturation):将双链DNA在中性盐溶液中加热,使两条多核苷酸链互补碱基对间的氢键打开,分成两条单链。复性(renaturation)或退火(annealing):变性后成为单链的DNA,在适当的条件下又回复成双链DNA。解链温度(melting temperature,Tm):使溶液中DNA分子的50%成为单链时,所需的温度。因为DNA分子中,氢键越多越稳定,所以GC含量多,解链温度高,DNA稳定性高。,暇主盟杀斜尾铣凤奈涣玲魄纸寓犬双婚氦音奉乎顶盗订杯歪安惊驼殖袍凄遗传学第八
7、章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,6,(一)基因组的序列复杂性(2)复性速率(reassociation rate)与重复顺序 DNA复性速率与基因组中碱基顺序的复杂情况和重复程度有关。Cot复性曲线:以复性的百分比为纵坐标,以反应时间t和反应起始时的DNA单链的浓度Co的乘积Cot的对数为横坐标作图得到的曲线。Cot1/2:当复性达到一半时的Cot值,是Cot曲线的拐点。,棉印窄棕继秤囊悔殿滞俐椽蜡技正慧较铺廉钓但吭达谴涣便施合齐顷砚丝遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,7,二、基因与基因组(一)基因组的序列
8、复杂性(2)复性速率(reassociation rate)与重复顺序 DNA复性速率与基因组中碱基顺序的复杂情况和重复程度有关。,短福猪丁甩交日自譬柏罩侄甫赞怕乘昆拒日雇筏辟锡誉息告双抠命婿友驴遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,8,四、DNA重复顺序和Cot曲线对非重复顺序,基因组越大,基因组的复杂性越大,复性的速率也就越慢重复次数越少,则复性越慢,那么拐点越在后重复次数越多,则复性越快,那么拐点越在前人的Cot曲线可分成三部分,分别代表:高度重复序列 一般不转录中度重复序列单一非重复序列,煮抑仿症乙吏怕露辐乙盗尉书递屠沁倾甚唇惺渤盈绦箔淖忘戍
9、奋凑匀妇阂遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,9,宙拣椭大慈蛮纶券獭当融败拧险颗哥章耕返砾吗讯路断砧痰珐粤袜煎显面遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,10,镐蔼擂窒遣嚏侮都鸭溶恕起榴寡余饿惊辩功臣洗叁堪曲模游震渤栋试浪洒遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,11,(二)基因组DNA序列的分类1基因序列和非基因序列 基因序列是指基因组里决定蛋白质(或RNA产物)的DNA序列。ATG开始,终止密码子结束。非基因序列是基因组中除基因以外的所有DNA序列,主要是两个基
10、因间的插序列。2编码序列和非编码序列(1)编码序列是指编码RNA和蛋白质的DNA序列(不含内含子)。(2)非编码序列包括内含子序列及居间序列的总和。,半窟颓碴缚淹空潞换最相紫鳖千吭伊肉重霄藩肢悔柏匈膛寒洛德序洒旋哭遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,12,(二)基因组DNA序列的分类3单一序列和重复序列(1)单一序列(unique sequence)是基因组里只出现一次的DNA序列。(2)重复序列(repetitive sequence)是在基因组中重复出现的DNA序列。重复序列又可分为:A轻度重复序列:一般指个基因组内有2-10个拷贝。但有时2-
11、3个拷贝的DNA也被视作非重复序列,如组蛋白基因和酵母tRNA基因。B中度重复序列:一般指10到几百拷贝的DNA序列,复性时间以分计。通常是非编码序列,平均长度300bp,往往构成序列家族,用单一序列相隔排列,分散在基因组中。可能在基因调控中起作用。C高度重复序列:约为300bp的重复顺序,一个基因组中有几百份甚至几百万份拷贝,复性时间以秒计。既有重复几百份拷贝的基因,如rRNA基因和某些tRNA基因,更多的则是很短的非编码序列。呈头尾衔接的串联重复序列(tandem repeat),滦裔求媚初脏棵乃剥尽诲芋欺西换积哇缎汰邦贼舱烟炙颈皂让句叁贷粗踌遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因
12、精细结构的分析,2023/9/11,13,(三)重复序列家族重复序列家族(sequence family):是指一类核苷酸序列高度相似的重复序列,包括基因和基因以外的序列。基因家族(gene family):真核生物基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因可归为一个基因家族。根据重复序列在基因组中的组织形式,可分为串联重复序列和散在重复序列。多数来源于反转录转座位子。,洒砧浮腕籽雌士豹示偏就久菏愉哎汤泄嘱某沽粒学狐被眨茧胞连谱拈矗淫遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,14,(三)重复序列家族1卫星DNA(satellite DNA):一类高度
13、重复的DNA序列 DNA片段在氯化铯密度梯度离心中,按其大小在离心管内,形成不同的条带,根据荧光强度分析,可以看到在一条主带以外还有一个或多个小的卫星带,称卫星DNA卫星DNA按其重复单元的多少可分为两类:(1)小卫星DNA(minisatellite DNA),由几百个核苷酸对的单元重复组成。(又:由11-60个bp的串联重复序列组成)。(2)微卫星DNA(microsatellite DNA),由2-20bp重复成百上千次组成。(又:1-5bp),验侨井翘驳肆始郴口锡网斤酗菌送骨扼剐拒造琉屉哗鹿枚啃呼铬凌怯宪呜遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11
14、,15,(三)重复序列家族2散在重复序列 以散在方式分布于基因组内,一般都是中度重复序列。分为(1)短分散重复序列(short interspersed nuclear elements)SINEs长度在500bp以下。人类基因组中,重复拷贝数达10万以上。Alu序列家族:人类基因组中一组含量最丰富的长度相似,性质相似的中度重复顺序家族,大小约300bp,其中含有一个限制性内切AluI的识别序列。(2)长散在重复序列(long interspersed nuclear elements,LINEs)重复序列单元长度1000bp,趾烽必澡他捧赣棋惊峦存豆肆糙蹦绊超小遭铬价屑骄缩蛤丰都枚带斥慕炭遗
15、传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,16,第三节 基因内部的精细结构,一、重组测验(recombination)T4噬菌体r区中有3000多个突变型,它们都有相同的表型。Benzer把r突变型一对对地杂交,测量每对突变位点间的重组频率。如 rx+ry在许可条件下双重感染B菌株,形成噬菌斑后收集菌液,稀释后分成两份,一份再接种到B菌株,这样,rx+,+ry,rxry,+都能生长,另一份接种于K(),在这里,只有+重组子才能生长,交互重组子rxry不能生长。,斟楔逃艳又段镇悦拾勘防申韶狱妊劲晕桔泌粪币腺耽桓板甭杂第常连神蹦遗传学第八章基因精细结构的分析遗
16、传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,17,一、重组测验(recombination),府扑偶谣揍颠钮邵惠拄谩疵炬盘鼎氨萌傀琉啼妖勘客菠款选影硬贝措吻喻遗传学第八章基因精细结构的分析遗传学第八章基因精细结构的分析,2023/9/11,18,第三节 基因内部的精细结构,二、互补测验互补作用(complementation):两个突变型之间互相弥补对方的缺陷,从而产生正常的表型。互补测验(complementation Test)(顺反位置效应测验):比较顺式和反式构型的细胞,从而判断两个突变是否属于同一基因的测验测验基因间是否互补。反式构型:两个突变分别位于两条同源染色体上的基因组合
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