真核生物基因组资料
(整理)第7章真核生物的遗传分析
第七章真核生物的遗传分析重点：真核生物的基因组；真菌的遗传分析；真核生物重组的分子机制。
难点：顺序四分子分析。
第一节真核生物基因组一、C值悖论二、N值悖论三、真核生物基因组DNA的复杂度一、C值悖论基因组（genome）：一个物种单倍体的染色体数目及其所携带的全部基因称为该物种的基因组。
genome -- The complete set of sequences inthe genetic material of an organism. Itincludes the sequence of each chromosomeplus any DNA in organelles.C值（C-value）：是指生物体的单倍体基因组所含DNA总量。
每种生物各有其相对恒定的C值，不同物种的C值之间有很大差别。
最小的C值是支原体，小于106bp；最大的C值是某些显花植物和两栖动物，可达1011bp。
C值同生物的进化有什么关系? 生物的C值，即基因组的DNA总量是不是随着生物的进化而相应地增加?一方面，随着生物结构和功能复杂程度的增加，需要的基因数量和产物种类越多，因此C值也相应地增加。
另一方面，在结构与功能相似的同一类生物中，以及亲缘关系很近的物种之间，则看不到这种规律。
因此，物种的C值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系，这种现象称为C值悖理(C —value paradox)。
C-value paradox:the lack of direct relationshipbetween the C value and phylogenetic complex.人们对C值悖理已经提出许多解释：包括基因组的部分或完全加倍、转座、返座已加工假基因、DNA 复制滑动、不等交换和DNA扩增等。
Petrov等又提出一个解释是：各种生物基因组的大小是由于基因组中长期积累起来的过量的非编码DNA被清除的速率不同所造成的结果，即DNA丢失的速率愈慢，那么基因组DNA含量愈高。
病毒、真核和原核生物的基因组结构特点
病毒、真核和原核生物的基因组结构特点病毒基因组结构特点：1.病毒基因组所含核酸类型不同2.不同病毒基因组大小相差较大3.病毒基因组可以是连续的也可以是不连续的4.病毒基因组的编码序列大5.基因可以是连续的也可以是间断的6.病毒基因组都是单倍体和单拷贝7.基因重叠8.病毒基因组功能单位或转录单位9.病毒基因组含有不规则结构基因（1）几个结构基因的编码区无间隔（2）结构基因本身没有翻译起始序列（3） mRNA没有 5’端的帽结构原核生物基因组结构特点：1.细菌等原核生物的基因组是一条双链闭环的DN A分子2.具有操纵子结构3.原核基因组中只有1个复制起点4.结构基因无重叠现象5.基因序列是连续的，无内含子，因此转录后不需要剪切6.编码区在基因组中所占的比例远远大于真核基因组，但又远远小于病毒基因组。
非编码区主要是一些调控序列7.基因组中重复序列很少8.具有编码同工酶的基因9.细菌基因组中存在着可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子10.在DNA分子中具有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制终止区、转录启动区和终止区等。
这些区域往往具有特殊的序列，并且含有反向重复序列真核生物基因组结构特点：1）真核基因组远远大于原核生物的基因组。
2）真核基因具有许多复制起点，每个复制子大小不一。
每一种真核生物都有一定的染色体数目，除了配子为单倍体外，体细胞一般为双倍体，即含两份同源的基因组。
3）真核基因都出一个结构基因与相关的调控区组成，转录产物的单顺反子，即一分子mR NA只能翻译成一种蛋白质。
4）真核生物基因组中含有大量重复顺序。
5）真核生物基因组内非编码的顺序（NCS）占90%以上。
编码序列占5%。
6）真核基因产断列基因，即编码序列被非编码序列分隔开来，基因与基因内非编码序列为间隔DN A，基因内非编码序列为内含子，被内含子隔开的编码序列则为外显子。
真核生物的基因表达调控
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• 锌指结构域The zinc finger domain
锌指结构有2种形式： C2H2 zinc finger和C4 zinc finger •C2H2 zinc finger：由12个氨基酸组成的环，通过2个半胱氨 酸（C，Cys）和2个组氨酸（H，His）残基固定，这4个残基 与Zn2+在空间上形成一个四面体结构。 一般情况下需要3个 或更多的C2H2型锌指才能与DNA结合，如在TFIIA有9个重复， 转录因子SP1有3个重复。 •C4 zinc finger： Zn2+与4个半胱氨酸（C，Cys）结合，存 在于类固醇激素受体转录因子中。
限定于结构域之内。
26
反式作用因子的结构与功能
（1）概念：为DNA结合蛋白，核内蛋白，可使邻近基因开 放（正调控）或关闭（负调控）。
（2）通用或基本转录因子—RNA聚合酶结合启动子所必需 的一组蛋白因子。如：TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE 等。 （3）特异转录因子( special transcription factors)—个别 基因转录所必需的转录因子.如：OCT-2：在淋巴细胞中特 异性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。
(2) 动态模型（dynamic model）：认为转录因子与组 蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经 历结构上的改变，即染色质重塑。在染色质重塑过 程中，某些转录因子可以在结合DNA的同时使核小 体解体。
6
组蛋白的乙酰化-去乙酰化 蛋白的乙酰化和去乙酰化是蛋白活性调节的一种 重要的形式，通过乙酰化或去乙酰化，改变了染色质 结构或是转录因子的活性，可以调节基因转录的活性。 组蛋白的乙酰化和去乙酰化能打开或关闭某些基因， 增强或抑制某些基因的表达。 组蛋白的8个亚基上有32个潜在的乙酰化位点。组 蛋白的乙酰化过程由组蛋白乙酰转移酶催化完成。
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较.ppt
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原核生物和真核生物 基因表达调控特点的比较
结构 决定 功能
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较——目录
结构决定功能
相同：
都具有编码区和非编码区 都具有RNA聚合酶结合位点
不同：
原核
没有外显子 和内含子
基因连续， 没有间隔
真核
有外显子和 内含子
基因不连续， 有间隔
典型的真核细胞基因结构图
整个编码区 能编码蛋白 质
外显子编码 蛋白质，内 含子不编码 蛋白质
基因组小 基因组大
典型的原核细胞基因结构图 重复性高 重复性小
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较——结构决定功能
真核生物基因组与原核生物基因组的主要区别：
1. 真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核 内，除配子细胞外，体细胞内的基因组是双份的（即双倍体）。 细菌染色体基因组通常由一条环状双链DNA分子组成，染色体 形成类核，无核膜与胞浆分开。
2．特点 (1)近代中国交通业逐渐开始近代化的进程，铁路、水运和 航空都获得了一定程度的发展。 (2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。 (3)地域之间的发展不平衡。 3．影响 (1)积极影响：促进了经济发展，改变了人们的出行方式， 一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的 联系，丰富了人们的生活。 (2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。
原核生物和真核生物基因表达调控特点的比较——相同点
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
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[自读教材·填要点]
一、铁路，更多的铁路 1．地位 铁路是 交通建运设输的重点，便于国计民生，成为国民经济 发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 至开胥平各庄铁 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。
真核生物基因组中的非编码序列
文章编号:1008—9632(2000)04—0012—03真核生物基因组中的非编码序列焦传珍1,王吉华2,田志环1(11山东德州学院生物系,德州 253023; 21山东德州学院物理系,德州 253023)摘 要:真核生物基因组绝大部分是非编码序列;绝大部分非编码序列以高度重复序列的形式存在,如卫星、小卫星、微卫星、长散布元件、短散布元件等;内含子、3′不译区作为结构基因的一部分被一同转录;RNA基因转录具有明确功能的RNA分子;顺式作用元件是目前已知的具有重要调控功能的非编码序列;非编码序列的存在与真核生物基因表达调控密切相关;目前非编码序列的研究已引起广泛的科学关注,利用数理方法研究其遗传信息的储存方式及运作规律是十分重要的研究领域。
关键词:真核生物;非编码;基因表达 中图分类号:Q756 文献标识码:A 真核生物基因组中的DNA绝大部分是非蛋白质编码序列(例如人类基因组30亿个碱基对中非编码序列占97%左右),其中少部分可以转录为具有明确功能的RNA分子,而对于大部分的非编码序列,其功能及在基因组中存在的意义,人们知之甚少。
人们暂时还无法用已知功能来解释真核生物基因组何以存在如此巨大量的看似废品的DNA(‘J unk’DNA),这就是所谓C值矛盾。
考虑到真核生物基因四维时空表达调控的严格性与复杂性,毫无疑问,至少部分非编码DNA序列蕴含基因表达的调控信息。
随着人类基因组计划的即将完成,从人类基因组全序列中探索非编码序列在基因时空表达调控中所扮演的角色,从而阐明真核生物复杂的基因调控机制将成为生命科学的研究热点,同时成为新学科的生长点。
本文就目前所知非编码序列的主要类别、结构特点、可能功能做简要综述。
1 RNA基因真核生物基因组中非蛋白质编码DNA序列一部分能够转录具有明确功能的RNA分子,称为RNA基因。
比较清楚的一类RNA基因是rRNA和t RNA基因。
对这类基因的结构、转录调控、转录后处理都做了较为深入的研究。
遗传学 第六章 真核生物遗传分析
1、单一序列（unique sequence）
➢ 真核生物的大多数基因在单倍体基因 组中都是单拷贝的。
➢ 单一序列所占的比例在不同生物基因 组中变化较大：
原核生物中一般只含有非重复序列；
较低等的真核生物中大部分DNA也 是单拷贝的；
动物中将近50％DNA是中度或高度 重复的；
植物和两栖类生物中单拷贝DNA序 列降低，而中度和高度重复序列增加， 如玉米的重复序列在80%以上。
（2）卫星DNA （satellite DNA）
➢ 其碱基组成不同于其他部份，可用 等密度梯度离心法将其与主体 DNA 分开，因而称为卫星DNA 或 随体DNA。
➢ 各类卫星DNA都由不同的重复序 列家族构成。
➢ 重复单位串联排列。 ➢ 卫星 DNA约占人基因组 5~6％。
卫星DNA 根据长度可将其分为3类：
➢ 基因组（genome）：一个物种单倍体的染色体数 目及其所携带的全部遗传信息。
基因组DNA测序结果表明基因组中不仅包含着整 套基因的编码序列，同时还包含着大量非编码序列， 这些序列同样包含着遗传指令(genetic instruction)。 因此，基因组（应该）是整套染色体所包含的 DNA分子以及DNA分子所携带的全部遗传指令。
➢ 可用遗传学方法区分每个染色单 体。
顺序四分子分析（ ordered tetrad analysis）
顺序四分子遗传分析的特殊意义在于： (1) 能从四分子不同类型出现的相对频率分析基因间的连
锁关系； (2) 能计算标记基因与着丝点之间的重组值，进行着丝粒
作图； (3) 子囊中子囊孢子严格的对称性质，表明减数分裂是一
Co = DNA concentration t1/2 = time for half reaction
分子生物学：真核基因表达调控
真核基因表达的多级调控
在真核生物中基因表达的调节其特是
（1）多层次; （2）无操纵子和弱化子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它 使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是 基因活性调控的一种方式。
实例： 非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷
贝，在减数分裂I的粗线期，这个基因开始迅速复制，到双线 期它的拷贝数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个 核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。
二、基因扩增、基因重排和基因丢失
三、DNA甲基化与基因活性的调控
一、 染色质结构对转录的影响
按功能状态的不同可将染色质分为： （1）活性染色质（有转录活性） （2）非活性染色质（没有转录活性）
染色质的核小体发生构象改变，松散的染色质结构，便 于转录调控因子和顺式用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上 滑动。
真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不 普遍；
顺式作用元件： 由若干可以区分的DNA序列组成，并与特定的功能
基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反 式作用因子结合，实现对基因转录的调控。
反式作用因子： 能直接地或间接地识别或结合在各类顺式作用元
件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白因子， 也被称为转录因子（TF）。
哺乳类基因组中约存在4万个CpG 岛，它们大多位于结构基 因启动子的核心序列和转录起始点，其中有60%～ 90% 的 CpG 被甲基化， CpG 岛在基因表达调控中起重要作用。
基因与基因组知识点资料整理总结
第一章基因与基因组1.基因的概念:基因是指合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常指DNA）。
2.基因的结构:①真核生物的结构基因不是连续编码的，而是由编码序列和非编码序列两部分构成，二者相互间隔排列，因此这种基因又称作割裂基因（split gene）.②人类编码基因主要由外显子、内含子和侧翼序列组成.③能转录、并存在于成熟RNA中的序列称为外显子(exon)④能转录、但不存在于成熟RNA中的序列称为内含子(intron)（注：GT-AG法则：每个内含子的5’端开始的两个核苷酸都是GT，3’端末尾的两个核苷酸都是AG。
）⑤不同数目的外显子和内含子组成的各个基因大小各不相同；无内含子的基因一般较小，有较大内含子的基因一般较大。
⑥每个结构基因的第一个外显子和最后一个外显子外侧，即基因的5′端和3′端都有一段不被转录的DNA序列，对基因的转录表达及表达水平具有重要的调控作用。
包括：启动子、增强子和终止子，属顺式调控因子，称为调控序列。
（启动子 (Promoter)，通常位于基因转录起点上游的100bp范围内，是RNA聚合酶的结合部位，促进转录过程，包括TATA框、Hogness框（TATA box, Hogness box）、CAAT框（CAAT box）和GC框（GC box）。
终止子 (Terminator)，一段回文序列以及特定的序列，例如：5’-AATAAA-3’是RNA停止工作的信号。
增强子（Enhancer），启动子上游或下游的一段DNA序列，无明显方向性，但具有组织特异性，可增强启动子转录的效率）3.基因家族、基因簇和假基因①基因家族 (gene family)：基因组中来源相同、结构相似、功能相关且常成簇存在的一组基因。
②基因簇：家族成员成簇排列在同一条染色体上，形成一个基因簇；不同成员成簇地分布在几条不同的染色体上，形成几个基因簇。
基因簇成员可能同时表达，也可能在不同发育阶段或不同部位表达。
第十一章 真核基因与基因组
3. 单拷贝序列（低度重复序列）
单拷贝序列在单倍体基因组中只出现一次或数次，大多数编码蛋
白质的基因属于这一类。在基因组中，单拷贝序列的两侧往往为
散在分布的重复序列。单拷贝序列编码的蛋白质在很大程度上体
现了生物的各种功能。
三、真核基因组中存在大量的多基因家族和假基因
1. 多基因家族（multigene family）
• 在单倍体人基因组中重复达30～50万次，约占人基因组
的3%～6%
• 每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点
（AG↓CT），将其切成长130bp和170bp的两段
② KpnⅠ家族 • 中度重复序列中仅次于Alu 家族的第二大家族 • 重复序列中含有限制性内切酶KpnⅠ的位点 • 呈散在分布，拷贝数约为3000～4800个 ③ Hinf 家族 • 以319bp长度的串联重复存在于人基因组中 • 重复序列中含有限制性内切酶Hinf Ⅰ的位点
三、调控序列参与真核基因表达调控
位于基因转录区前后并与其紧邻的DNA序列通常是基因的调控
区，又称为旁侧序列（flanking sequence）。这些调控序列又
被称为
、
（cis-acting element），包括
、 、
、
和一些细胞信号反应元
件等。
真核基因及调控序列的一般结构
1. 启动子提供转录起始信号 启动子是DNA分子上能够介导RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体
能，使它们不能再编码RNA和蛋白质产物；经过加工的假基因通常缺少 正常基因表达所需的调节序列、没有内含子、可能有poly(A)尾。
（2）未经过加工的假基因：来源于多拷贝或单拷贝基因的突变
（2）增强子序列距离所调控基因距离近者几十个碱基对，远 的可达几千个碱基对。 （3）通常数个增强子序列形成一簇，
真核生物基因组DNA多态性_刘荣宗
, ,
被 认 为是 当 前 真核 生 物 基 因 突 变 分 析 的一 种 十分 简便 和 灵 敏的方 法
, ,
了 遗 传疾 病分 子学 早 期 诊 断的新 纪 元 尔 后 索 尔曼 和
,
对 某 一 特 定 序 列 分 析 的 灵 敏 度取 决 于 其
。
等
,
分
因
碱 基序 列 变异 对其 构 象 的 影 响程 度 和 这 种 构 象 变 化对 电泳迁 移率 的 影 响程 度
由于 使 用 随 机 引 物 无 序 列 还 不 太 明 了 的情 况
。
真 核 生 物基 因 组 中 的微 卫 星 位 点 由 于 其 分 布 广 泛 变 异 性 大 以 及 分 析 方 法 简 便而 成 为 极 具 应 用 潜 力 的 一 类 新 型 遗 传标 记 近 年 来 不 同 真 核 生 物 基 因 组 中 的 微 卫 星 位 点被 陆 续探 明
人 工 选 择 的 影 响 而 保 持 着 高度 的 多 态 性
此
杰 弗 里斯
,
,
等根 据 同 一 家 族
,
外 真 核 生物
,
分 子还 以 一 定 的频 率 发 生
、
的 小卫 星 位 点 的重 复 单 位 拥 有 一 个 共 同 的核 心
着 各种 突 变 如 碱 基插 入 缺 失 和 替 代
,
这 也是
一
,
,
多 态 性 分析 中
,
。
如 人 源 小卫 星 探 针 多态 性
珠 蛋 白基 因 附近 均 发 现 了 这 种高变 区
, ,
。
贝尔
等 已 被 广 泛 地 应 用于 野 生 动 这 种 小卫 星