遗传学第三章 基因的概念和结构

• 重叠基因:指在同一段DNA顺序上，由于阅读框架不同或终 止早晚不同，同时编码两个以上基因的现象。
基因重叠方式
• Mis-reading for stop codon
( Q RNA virus 1973. A. Weiner )
400Nt
800Nt
AUG----------------------UGA-----------------------UAA
设有两个独立起源的隐性突变，具有类似的表现型。判断是属于同一个基因 突变，还是属于两个基因突变？即判断是否属于等位基因？ ①建立双突变杂合二倍体； ②测定突变间有无互补作用。
• 顺反测验：顺式排列为对照（是两个突变座位位于同一条染色 体上）,其表现型野生型。实质上是进行反式测验（反式排列是 两个突变座位位于不同的染色体上）。
① 反式排列为野生型：突变分属于两个基因位点； ② 反式排列为突变型：突变分属于同一基因位点。
Complementary assay
rII47 0
rII106 0
rII 47
rII106
rII106 0 rII51 0
rII106 rII51
Why?
plane E.coli K12
依据； One gene
2、假基因(pseudo gene)
• 假基因:同已知的基因相似，处于不同的位点，因缺失或突变而 不能转录或翻译，是没有功能的基因。
第五节、外显子和内含子
• 内含子(intron)：DNA序列中不出现在成熟mRNA的片段； • 外显子(extron)：DNA序列中出现在成熟mRNA中的片段。
Ovalbumin DNA X cDNA
5387 bp 11 genes 3 mRNA 9 peptides
C = 5387 bp c = 11 × 2000 bp
---ATG-----//------AATGCC ----//---ATAACG---//--TAA---A
ATGCCN----NNATAA B
• Selection different start codon or stop codon
(Simian Virus 40 SV40)
Vp3 Vp2
Vp1
SV40
---AUG--------TCAUGCCCAA----AUGAGGC--------------
Vp1 Start Vp2 Start Vp3 Start
第七节、转座因子（transposable element）
• 转座因子：指染色体组上可以转移（或 转坐）的基因。即跳跃基因(jumping gene)或可动基因(mobile gene)。
• 玉米糊粉层花斑不稳定现象的遗传解释
chr.9
CI
Sh Bz
Wx
无色胚乳 饱满 有色植株 非糯
Ac
Ds
CI CciI
Sh Bz
large colored sectors
Wx
Ac
Ds
cCiI
Sshh Bz
Wx
不饱满
2. 插入序列（ insertion sequence IS ）
• 首先，细菌乳糖操纵子发现，阻断被插入的基因表达，所以称 为插入序列．
14Kd
Cp 97%
38Kd
UGA, UAG 易被漏读， 错读 UAA 能严格终止
Ip 3%
Alternate different reading frame
stop
start
Stop --------------TCAUGCCCAAACUAGGC--------------
Start
• Alternate different reading frame X174 ( F. Sanger, 1977 )
• pseudo alleles 是基因内的突变体；
• mut1 X mut2
W.t 是基因内发生交换的结果；
• cistron 概 念 的 提 出 是 对 经 典 的 基 因 概 念 的 动 摇 是 对 pseudo alleles概念的修正
第四节 操纵子理论 (Lactose operon)
雅各布Jacob, 莫诺Monod 1961.
• 受体（免疫细胞） 供体 • 供体（淋巴细胞） 受体
免疫 应答
组织相容 排斥
• 这种代表个体特异性的同种异型抗原称移植抗原或组织相容性 抗原，其中能引起强而迅速排斥反应的抗原称主要组织相容性
抗原，引起较弱排斥反应的抗原称次要组织相容性抗原。
• 每个人分别从父母得到一串基因（HLA单倍型）。由此，每人遗传得到二串 “冰糖葫芦”。“冰糖葫芦”上的“红果”（基因）以A、B、C、D、DR、 DQ和DP为序。如A有28种红果（分别记为A1、2、A3、A9.），B有61种 （记为B5、B7、B8、B12.），DR有24种（记为DR1、DR2、DR3、 DR4.）
• 实质：能够转移位置的DNA片断。
• 功能：在同一染色体内或不同染色体之 间移动引起插入突变、DNA结构变异 （如重复、缺失、畸变），通过表现型 变异得到鉴别。
Dt Dt
Aa
aA
1. Ac-Dc系统 (激活因子-解离系统)
玉米的控制元件有两类： 1.自主移动的调节因子：能合成转座酶，并支配受体因子移动。如：Ac 2.非自主移动受体因子：不产生蛋白质，受自主移动的调节因子的支配。如：Dc
Lac. Operon 乳糖操纵子
I PO
Z
Y
A
乳
糖
操
纵
子
zy a
模
型
Lactose
• 基因功能的表现是若干基因组成的信息表达的整体行为
• one gene → one enzyme
one gene → one peptide
one gene → one function (Ribozyme, rDNA, tDNA..)
W
• 野生型（wild type）:指自然界中常见的
基因型和表型. 野生型等位基因都产生有
功能的蛋白质。
W
w
• 突变型：最常见的是等位基因的丧失功能 型（loss-function），绝大多数产生改
w
变了的蛋白质，极少数根本不产生蛋白质。
W
w
• 野生型对突变型表现显性。
• 复等位基因（Multiple gene）
• 断裂基因（间隔基因）：真核生物的结构基因是由若干 exon和intron 相间隔排列的序列组成的间隔基因 。
i
PO
A
Introns
B
C
Exons
Splitting gene 存在的生物学意义 1) 有利于遗传的相对稳定
mutation frequency
in intron > in exon
（剪除）
• 七彩红果共有164种编号，如不同遗传排列的红果随机组合，按理论推算， “冰糖葫芦”有五亿多种变化，能组合33亿多种HLA分型。
单元型
单元型
第三节 顺反子理论 (S.Benzer 1955)
• 1955年，美国分子生物学家本泽（Benzer）以大肠杆菌“噬菌体为材料，在 DNA分子水平上深入研究，揭示了基因内部的精细结构，提出了基因的顺反 子（Cistron）概念。本泽把通过顺反实验而发现的遗传的功能单位称为顺 反子，1个顺反子决定一条多肽链，顺反子即是基因。
§1、超基因（Super gene）
• 超基因：在一个基因簇内含有几百
个功能相关的基因，这些基因簇又称 为超基因（Super gene）。
• 如人类主要组织相容性抗原复合体 HLA和免疫球蛋白重链及轻链基因都 属于超基因。
• 超基因可能是由于基因扩增后又经过 功能和结构上的轻微改变而产生的， 但仍保留了原始基因的结构及功能的 完整性。
（密码）
即使错误剪接留下的intron部分被mRNA监测系统降 解，避免病变和死亡
2) 增加变异机率， 有利于生物的进化 不对称交换形成 splitting gene
是生物体产生变异导致进化的重要途径之一 splitting gene （含有intron ）
增加了基因的长度
增加了基因内的重组交换几率
a1
B
one enzyme
A
b1
A
b2
A
b2
Wild type 相依为命！
Mutant 无能为力！
rII of T4 phage including two genes
rII47 ●
104 101Leabharlann ●●A gene103 105 106 ● ●●
51 102 ●●
B gene
• 顺反子假说（Theory of cistron）
• 顺反子：是一个遗传的功能单位，一个顺反子决定一条多肽链，顺反子即是 基因。指能产生一条多肽链的DNA片段。包括编码区和其上下游区域(引导区 和尾)，以及在编码片段间(外显子)的割裂序列(内含子)。
顺式
ab ++
反式
a+ +b
• 互补作用测验：根据功能确定等位基因的测验。根据顺式和反 式表现型来确定两个突变体是否属于同一个基因（顺反子）。
• 基因：是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功 能单位，又是突变单位。“三位一体” 。 ♣ 交换单位：基因间能进重组，而且是交换的最小单位。 ♣ 突变单位：一个基因能突变为另一个基因。 ♣ 功能单位：控制有机体的性状。
• 等位基因（Allele, Allomorph）
• 载荷在同源染色体对等座位上的二个基因，这二个成对的基因 称为等位基因。
• Cistron 是基因的同义词 one gene → one peptide • 在一个顺反子内，有若干个突变单位突变子(muton)； • 在一个顺反子内，有若干个交换单位 交换子；