基因的概念
什么是基因
什么是基因
基因是生物体内控制遗传信息传递和表达的基本遗传单位。
基因携带了生物体遗传信息，指导着其发育、生长、功能和行为。
基因位于生物体的染色体上，是由DNA（脱氧核糖核酸）分子组成的。
DNA是一种分子，由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）构成，它们按照特定的顺序组合成基因。
这种特定的碱基序列确定了基因的功能，编码了蛋白质的合成指令。
基因通过蛋白质的合成来表达其信息。
蛋白质是构成生物体结构和执行生物体功能的关键分子。
基因的不同组合和排列形成了生物体的遗传信息，决定了个体的遗传特征。
遗传学研究基因的传递和变异，了解基因的结构和功能对理解生物体的遗传性状和发育过程至关重要。
基因在生物学、医学和其他领域都有着深远的影响。
1/ 1。
2.基因生物学
二、分子遗传学关于基因的概念 基因是具有特定遗传效应的DNA片段，它 决定细胞内RNA或蛋白质（包括酶分子）等的 合成，从而决定生物遗传性状。
具体说，基因是编码蛋白质、tRNA和rRNA的相关DNA片段， 又称结构基因。
小卫星DNA
重复次数为20-50次，长度达1－5kb。又称为可变数目 串连重复(variable number of tandem repeats,VNTR)
端粒DNA和高变小卫星DNA两种。小卫星DNA主要存在于
端粒和着丝粒区。
a.在染色体末端由6bp序列重复串联组成的10~15kbDNA
第二章 人类基因
第一节 基因的概念
一、经典遗传学关于基因的概念
基因的概念是１９０９年丹麦学者约翰逊提 出来的，用于取代孟德尔的遗传因子，但在这 一阶段基因仍是一个形象的概念，并不知道它 的物质基础是什么，而只能通过基因的遗传学 效应来感知它。到了３０年代摩尔根等人首次 将基因与染色体联系起来，认为基因在染色体 上呈直线排列。
泛分布于基因组中。
人类基因组至少有30000个不同的微卫星位 点，群体中表现出高度多态性，不同个体间 有明显差别，但在遗传上却是高度保守的， 因此可作为重要的 遗传标记，广泛用于基 因定位的连锁分析、个体识别和亲子鉴定。
亲子鉴定实例
父
9/12 15/15 14/16 6/8 10/8 21/17 23/21 11/7 11/7
•Southwestern blot：利用Southern blot与 Western blot两种方法的特点而设计，用于检测 与蛋白质结合的特异DNA序列。
基因的概念与发展历史
• 1956年 华盛顿大学 A.Kornberg利用大肠杆菌的 细胞液，在体外合成了DNA，两年后分离出了 DNA聚合酶。（Nobel Prize)
• 1967 Kornberg在试管内合成了噬菌体的 DNA,并 用DNA连接酶将它们连接成环状。1970，发现和 分离了限制性内切酶。
• 1972年Stanford大学的Paul Berg用EcoRI把猿猴 空泡病毒和噬菌体的DNA切开，然后在这两种病 毒的节开的DNA末端用末端转移酶加A和T，使这 两个DNA在体外结合，再用DNA聚合酶补平缺口， 最合用它们的连接点封闭成一头的重组DNA分子-----
基因工程的理论依据
不同基因具有相同的物质基础。DNA DNA是可切割的。除少数基因重叠排列外，大
多数基因彼此之间存在着间隔序列。 基因是可以转移的。生物体内有的基因可以在
染色体DNA上移动，甚至可以在不同染色体间 进行跳跃 多肽与基因之间存在对应关系。 遗传密码是通用的。 基因可以通过复制把遗传信息传递给下一代。 获得相对稳定的转基因生物。
• 1993 基因工程西红柿在美国上市 • 1997 英国罗斯林研究所 多莉羊 • 1999.9 中国获准加入人类基因组计划.负责测定人类
基因组全部序列的1% • 2000.6.26 科学家公布人类基因组工作草图 • 2001.2.11 公布人类基因组基本信息 • 2002 水稻基因组 • 2009 玉米基因组 • 2010 苹果基因组 • 2012 柑橘基因组
在细胞分裂时，DNA 的合成应是“半保留复制”的模式。
细菌培养在含15N 的培养基 中 细菌培养在含14N 的培养基中 一代 两代
证实半保留复制的实验
DNA作为遗传物质的功能
（1）贮藏遗传信息的功能 （2）传递遗传信息的功能 （3）表达遗传信息的功能
基因和基因组
Protein
Replication Replication
15
(一) 原核生物的mRNA是多顺反子mRNA
DNA Promoter Gene 1 Gene 2 Gene 3 Terminator
Transcription
mR多NA顺原反核子5生′mR物NA的1 一(p个olym2cRiNsAtr分on子3ic带m有RN几A3′)个: 结构基因T的ra遗ns传lat信ion息，利用共同的启动 子 调Pr及控ote终单in止元s 信。号，组成操纵子的基因表达
47
复制起始区（OriC）
48
大肠杆菌强启动子
TTGAC
TATAAT 转录起始
49
终止子： GC丰富区、AT丰富区
DNA 5’…GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT…
3’
RNA 5’…GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU…
3’
U CG
U G 强终止子：有反向重复顺
OriC
0
4000K
大肠杆菌 1000K
C-Value: 4.6×106bp
3000K
2000K
TerC
大肠杆菌染色体DNA
41
(二) 结构基因大多组成操纵子
po z
y
at
promoter operator structural gene terminator
ß-galactosidase半乳糖苷酶 z ß-galactoside permease透酶 y ß-galactoside transacetylase 半乳糖苷乙酰转移酶 a
-30
-25
+1
9
➢ CAAT盒（CAAT Box）
遗传的基本概念
遗传的基本概念
遗传是指物种在繁殖过程中所传递的特征或性状。
基本概念包括以下几点：
1. 基因：基因是组成遗传信息的DNA序列，它决定了生物的特征和性状。
每个基因都位于染色体上，可以通过遗传方式传递给后代。
2. 染色体：染色体是在细胞核中发现的线状结构，它们携带着所有的基因和遗传信息。
人类和其他动植物一般都有一套染色体对，分别来自父母的遗传物质。
3. 突变：突变指基因或染色体的突发性变化，可能会导致个体在遗传上出现变异。
这些突变可能是有害的、中性的或有利于个体适应环境的，它们为进化提供了新的遗传变化。
4. 表现型和基因型：表现型是某一特定性状在个体外显出来的特征，而基因型则是个体在基因水平上所拥有的遗传信息。
表现型受到基因型和环境因素的共同影响。
5. 遗传变异：个体之间存在遗传变异，其中一部分是由基因术语途径来的突变所导致的。
这种遗传变异为自然选择提供了素材，使得生物种群能够在适应环境的过程中持续演化。
总的来说，遗传是生物种群繁殖过程中基因遗传和突变所传递的特征或性状，这些特征或性状可以影响个体的表现型，并在
多代之间传递。
遗传的理论和研究对于进化和种群遗传学有着重要的意义。
基因与基因组名词解释
基因与基因组名词解释
基因是生物体遗传信息的基本单位，它是DNA分子上的一段特
定序列，携带着编码特定蛋白质或RNA分子的遗传信息。
基因决定
了生物体的遗传特征和功能。
基因组是指一个生物体或一个物种所有基因的集合。
它包含了
该生物体或物种的全部遗传信息。
基因组可以分为核基因组和线粒
体基因组两个部分。
核基因组是指生物体细胞核内的DNA分子构成的基因组。
它包
含了大部分基因，编码了控制生物体发育、生长、代谢和功能的蛋
白质。
线粒体基因组是指线粒体内的DNA分子构成的基因组。
线粒体
是细胞内的一种细胞器，负责产生细胞所需的能量。
线粒体基因组
编码了一些与能量产生相关的蛋白质。
基因组的大小和组成可以因生物体的类型和复杂程度而异。
例如，人类基因组大约由30亿个碱基对组成，包含了大约2万个基因。
不同生物体的基因组大小和基因数量也有很大差异。
基因组研究对于了解生物体的遗传特征、进化过程以及与疾病
的关联具有重要意义。
通过对基因组的分析，科学家可以揭示基因
之间的相互作用关系，进而深入理解生物体的生物学功能和复杂性。
基因组学的发展也为基因治疗、基因编辑等领域的研究提供了基础。
---基因概念的发展
1．基因的概念 (1)1866年孟德尔在《植物杂交试验》中提出的遗传因 子概念，是基因雏形名词。 (2)1909年丹麦遗传学家约翰逊在《精密遗传学原理》 中提出“基因”概念来替代孟德尔假定的“遗传因子 ”。 (3) 1926年摩尔根的巨著《基因论》出版，提出基因以 直线形式排列，决定特定性状，能发生突变和交换， 它不仅是决定性状的功能单位，而且是一个突变单位 和交换单位。 (4) 1957年法国遗传学家本滋尔提出顺反子学说，认为 基因是DNA分子上一段核苷酸顺序，负责着遗传信息 传递。
启动子：是指准确而有效地启始基因转录所需的一段特 异的核苷酸序列。TATA框、CAAT框、GC框 增强子和沉默子 增强子：使启动子发动转录的能力加强，具有组织特 异性和细胞特异性。 沉默子：是另一种与基因表达有关的调控序列，通过 与蛋白的结合，对转录起阻抑作用。 终止子 ：一段位于基因3’端非编码区中与终止转录过程 有关的序列，它由一段富含GC碱基的颠倒重复序列以及 寡聚T组成，是RNA聚合酶停止工作的信号。 加尾信号 真核生物mRNA的3’端都有一段多聚A尾巴 (polyA tail)，它不是由基因编码，而是在转录后通过多聚 腺苷酸聚合酶作用加到mRNA上的。这个加尾过程受基 因3’端非编码区中一种叫做加尾信号序列的控制。 核糖体结合位点 在原核生物基因翻译起始位点周围有一 组特殊的序列，控制着基因的翻译过程，SD序列是其中 主要的一种。
小鼠DNA经CsCl密度梯度离心显示出主 带和卫星DNA带
（五）基因家族和假基因
• 基因家族(gene family):真核生物基因组中有许多来源相同， 结构相似，功能相关的基因，一组基因称为一个基因家族。
• 基因簇(gene cluster)：一个基因家族的基因成员紧密连锁， 成簇状集中排列在同一条染色体的某一区域。 • 假基因(pseudogene) ：在多基因家族中，某些成员并不产 生有功能的基因产物，但在结构和DNA序列上与相应的活 性基因具有相似性。
基因的表达
基因的表达一、基因：1、概念：基因是具有遗传效应的DNA分子片段，是控制生物性状的结构和功能的基本单位。
2、基因与脱氧核甘酸、DNA、染色体关系3、基因的存在场所核基因：染色体上呈线性排列，有性生殖产生配子时基因和染色体真核 具有行为上的一致性。
质基因：线粒体、叶绿体原核：拟核病毒：核酸4、遗传信息：基因中脱氧核苷酸（或碱基对）的排列顺序，代表遗传信息。
每个基因都有特定的遗传信息。
二、基因的功能1、储存遗传信息：通过脱氧核苷酸的排列顺序。
2、传递遗传信息：时间：细胞分裂。
方式：DNA复制3、表达遗传信息：时间：个体发育中。
方式：转录和翻译。
三、基因控制蛋白质的合成：（一）基因的表达：基因（DNA）通过复制将遗传信息传递给后代，在后代的个体发育中，基因中的遗传信息以一定的方式反映到蛋白质的分子结构上来，使后代表现出与亲代相似的性状，这一过程叫基因的表达。
基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。
（二）DNA和RNA的比较DNA RNA结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构组成基本单位脱氧核苷酸核糖核苷酸五碳糖脱氧核糖(C5H10O4)核糖（C5H10O5）无机酸磷酸磷酸碱基嘌呤腺嘌呤 A腺嘌呤 A鸟嘌呤 G鸟嘌呤 G 嘧啶胞嘧啶 C胞嘧啶 C胸腺嘧啶 T尿嘧啶 U分类通常只有一类分为mRNA、rRNA、tRNA功能主要的遗传物质在无DNA的生物中是遗传物质，在有DNA的生物中，辅助DNA完成其功能。
考虑：下列各种生物体含有的碱基，核苷酸及核酸种类碱基种类核苷酸种类核酸种类五碳糖种类烟草烟草花叶病毒蓝藻噬菌体（三）基因表达过程1、 转录（表示为：DNA→mRNA）(1)概念：以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。
示意图为说明：转录是以基因为单位进行的，因为一个DNA分子包含有许多个基因，因此，1个DNA就可转录多种多个RNA，基因在转录时为模板的那条链不是固定的，不同基因模板链不同。
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微卫星不稳定MSI-H型
MSI 判 定 结 果
微卫星不稳定MSI-L型
MSI 判 定 结 果
微卫星稳定MSS型
MSI 检 测 试 剂 盒 优 点
基于MSI的NCI panel标准开发了适合中国人群的MSI检测系统；
采用多重荧光PCR技术，一次扩增和检测6个准单态性单核苷酸 微卫星基因座，其中5个与国外检测相吻合，另外增加了一个适合
微卫星等位基因现象。
主要机制： ①DNA多聚酶的滑动导致重复序列中1个或多个碱基的错配 ②MS同源重组导致碱基对的丢失和插入
背
景
介
绍
1993年，Altonen等首次发现，在HNPCC细胞中存在高频 率的MSI。目前已发现MSI的肿瘤主要有3类： 一类为HNPCC病人发生的结直肠癌、子宫内膜癌以及卵巢 癌,这一类肿瘤几乎都表现为MSI；
因素。
微卫星不稳定检测的意义
3. 检测MSI以判断是否需要辅助化疗
对于Ⅱ期结肠癌是否需要辅助化疗，在做临床决策时
需要考量的一个重要信息就是微卫星不稳定性
（MSI）。
研究认为MMR 基因为MSI-H（高度微卫星不稳定）会
对顺铂、卡培他滨及5-FU 产生耐药性，相反MSI-L、
MSS 的患者不会产生耐药。
DNA至少20μl）外，还需提供琼脂糖凝胶电泳图
MSI 检 测 试 剂 盒 使 用 方 法
DNA提取：根据样本不同，采用二甲苯或Chelex 100的方法提取 DNA；
组分
20 μl体系(μl) 6.0 8.0 4.0 2.0
PCR扩增：
Master Mix
无核酸酶超纯水 2.5×PCR Mix 5×MSI引物混合物 模板DNA
~90%
3-5天
500~1000
复杂
80~100%
高
高
5-7天
1000~2000
简便
100%
高
高
2-3天
500~1000
简便
Microread MSI 检 测 试 剂 盒
阅微基因根据NCCN指南，针对结直肠癌基因诊断领域研发了MSI检 测的试剂盒。
微卫星不稳定（microsatellite instability，MSI）检测试剂盒 是一款以多重荧光PCR技术为基础的基因突变检测系统，一次扩增检 测6个MSI位点，操作简便、快速。
检测AZFb、AZFc区各常见部分缺失及复制；可同时对克氏综合症
进行检测。
21三体综合征检测试剂盒
周期短、准确性高、灵敏度高、可清晰判断样本污染情况、对 于部分易位和嵌合体有更好的检出率
中确保含有9mm2以上大小的组织块）10片或以上，注明石蜡 包埋组织的保存年限，组织类型和包埋前处理方式等。 若客户提供DNA样品，则从新鲜组织提取的DNA最佳， 20ng/μl以上的DNA 20μl即可（需提供DNA浓度）；若为石蜡 包埋组织提取的DNA，除了提供DNA的浓度（20ng/μl以上的
白血病BCR-ABL1检测试剂盒 检测三种最常见BCR-ABL1变体；可进行绝对定量；灵敏度达10-5；
整合ARQ技术，检测结果稳定、准确；成本较低。
阅 微 基 因 诊 断 试 剂 简 介
Y微缺失检测试剂盒
操作简便；8小时内得到结果；模版需要量低；检测位点包含 EAA/EMQN指导意见位点；每个样品只需一个扩增检测反应；可
测指标。
微卫星不稳定检测的意义
1. 检测MSI可以用于检测是否为Lynch综合征
结直肠癌的遗传易感性包括一些研究较清楚的遗传性
综合征，例如Lynch综合征（又称之为遗传性非息肉病
性结直肠癌，HNPCC）和家族性息肉病（FAP）。在
HNPCC 和散发性直肠癌中的微卫星不稳定性是遍布整
个基因组的现象，并且可能是导致癌症发生的普遍机
制。
微卫星不稳定检测的意义
专家组推荐， MMR蛋白检测应强烈建议在所 有50岁以下的结肠癌患者中开展，原因在于该 群体中患Lynch综合征的可能性增加。而且，在 一些中心，现在对所有的结直肠肿瘤组织进行 免疫组化检测（有时分析MSI）以来决定哪些患
者需要进行Lynch综合征相关的基因检测.
微卫星不稳定检测的意义
扩 点
增
位点 NR-27 NR-21 BAT-26 BAT-25 NR-24
检
测
位
重复序列 (A)27 (A)21 (A)26 (A)25 (A)24 (A)27 (AAAAG)3-15 (AAAAG)2-17 产物范围1 70-91 92-113 160-185 105-125 119-139 155-177 190-250 151-224 107/113 标记荧光类型 HEX FAM FAM HEX TMR TMR FAM HEX TMR
微卫星不稳定检测的意义 一项研究长期随访了Ⅱ/Ⅲ期结肠癌
患者后发现，MSI-L或MSS者通过5-FU辅助
化疗确实改善了预后；然而，MSI-H者却
不能从术后5-FU辅助化疗中显著获益，与
单纯手术相比，5-年生存率反而更低。
MSI 检 测 方 法
1. 免疫组化方法(IHC) 免疫组化方法仅用于与肿瘤细胞中的MLH1, MSH2, MSH6和PMS2蛋白结 合。如果没有结合任何的蛋白，就证明发生了MSI。
反应总体积
20.0
毛细管电泳检测：按照[（0.5μlROX500）×样品数]+[（8.5μl甲酰 胺）×样品数]制备好样品，RUN 3130xl遗传分析仪。
操 作 流 程 示 意 图
数 据 分 析
目的峰：
A. 单核苷酸标记的位点NR21、Bat26、NR27、Bat25、NR24、 Mono27的峰型均为类似五指的手掌峰，见图2；
另一类为散发性结直肠癌,这一类肿瘤发生MSI概率约15
％ ～30％； 第三类为包括肺癌、乳腺癌和胰腺癌在内的其它肿瘤,这 一类肿瘤MSI发生频率相对较低。
背
景
介
绍
结直肠癌是是常见的消化道恶性肿瘤，我们每 年有13万-16万人罹患结直肠癌，其发病率占肿瘤 发病率的第三位，仅次于肺癌和胃癌。 HNPCC是常见的遗传性肿瘤综合症，遗传性结 直肠癌是一个常染色体遗传疾病,目前研究表明微
图2 单核苷酸标记位点峰型示意图
数 据 分 析
B. 五核苷酸重复的位点Penta C、Penta D和性别位点Amelogenin 的峰型均为单峰型，见图3。
图3 五核苷酸标记和性别位点峰型示意图 非目的峰：pull-up峰、stutter峰、染料峰、加A不完全峰等。
MSI 判 定 结 果
根据NCI建议，与正常样本比较，有2个发生改变可称定为MSI-H型， 只有1个出现不稳定的为MSI-L型，没有出现突变的情况为MSS型。
MSI 检 测 案 例
13MS6C
13MS6E
* 接收委托方两份检材，分别为肿瘤组织13MS6C和正常组织13MS6E，要求检测该肿瘤组 织的MSI状态，6个单核苷酸位点均未出现MSI，鉴定结果为MSS稳定状态。
阅 微 基 因 诊 断 试 剂 简 介
脆性X综合征检测试剂盒 五种特性检测脆性X综合征：准确计算CGG重复数、灵敏度高于 Southern杂交、可识别女性纯合子及杂合子、检测AGG插入、结果 100%可重复。
2. 检测MSI可以用于判断患者预后 高危Ⅱ期患者，定义为预后较差者，包括：T4（ⅡB、 ⅡC期）、组织学分化差（3/4级，不包括MSI-H者）， 已经有大量证据表明MMR蛋白表达缺失或MSI-H是Ⅱ
期结肠癌预后良好的一个标志物。具有MSI-H肿瘤的Ⅱ
期结肠癌患者，3/4级分化（低分化）不再认为是高危
中国人群的位点；
基于测序仪的基因分型研究领域拥有多年的经验和多项成果，
已经做了超过1000例病例样本，积累了丰富的经验和数据基础。
MSI 检 测 案 例
XBH-X
XBH-1
* 接收委托方两份样本，正常组织XBH-X和肿瘤组织XBH-1，要求鉴定肿瘤组织的MSI状态， 正常对照样本分型正确，肿瘤组织样品在BAT-26、NR-27、BAT-25、NR-24和MONO-27等5 个位点出现双峰。该肿瘤组织为MSI-H型。
2. 直接测序法
对MMR基因各区域（MLH1、MSH2、MSH6等）的扩增产物直接测序。 3. 多重荧光PCR
采用多重荧光PCR的方法对NCI建议的位点进行扩增，以确定MSI状态。
检 测 MSI 方 法 比 较
方法
灵敏度
特异 性
低
重现 性
低
时间
成本
Hale Waihona Puke 操作IHC 直接测序 法 多重荧光 PCR
GenBank® Number AF070674 XM_033393 U41210 L04143 X60152 AC007684 AL138752 AC000014 -
MONO-27 Penta C Penta D Amel
MSI 检 测 送 样 要 求
若客户提供石蜡切片，则要求厚度5-20μm的石蜡切片（切片
卫星不稳定性可能是遗传性结直肠癌发生的重要
机制。
背
景
介
绍
具有MSI的散发性结直肠癌,具有不同的临床病理、
分子生物学特征,表现为:发病年龄较小；对某些化疗
药物(如5-FU、顺铂等)有原发性耐药; 生物学行为较
好。
MSI-H是Ⅱ期结肠癌预后良好的一个标志物，也
是患者不能从氟尿嘧啶单药辅助化疗获益的疗效预
基因的概念
MSI诊断检测的方法和应用
主 要 内 容
微卫星不稳定的相关背景 MSI的检测意义 MSI检测方法 MSI检测试剂盒
背 绍
景
介
微卫星不稳定性(microsatellite instability, MSI) 是指与正常组织相比，在肿瘤中某一微卫星由于重复单位 的插入或缺失而造成的微卫星长度的任何改变，出现新的