4.1944年Avery首次证实基因是由DNA构成，及
1953年DNA双螺旋模型的提出，人们认为基 因是具有一定遗传效应的DNA片段 5.1944年Beadle研究脉胞菌突变——提出一基 因一酶学说,后来研究血红蛋白时发现蛋白质 可由不同肽链组成，而突变只影响一条肽链— —提出了一基因一多肽学说
6.1955年，Benzer通过顺反互补实验发现一个基
基因结构
基因的不同类型


结构基因: 为蛋白质或RNA编码的基因，其产物为 酶促反应的有关的功细胞组分，它不影响其它基 因的表达 调节基因：不编码RNA或蛋白质的基因，其主要 作用是调节其它基因的表达


功能性基因：基因家族中，仍然为蛋白质或 RNA编码的家族成员称 假基因（Pseudo gene）：基因家族中已不 为蛋白质或RNA编码的家族成员
基因的概念和结构



复等位基因（multiple alleles） 顺反子（cistron） 超基因（super gene） 假基因 (pseudo gene) 断裂基因和重叠基因 可动基因( mobile gene) 染色体外基因
第一节 基因的概念与发展
一、发展历程
1.1865年 Mendel——遗传因子
原核生物重叠基因的类型



一个基因的核苷酸序完全包含在另一个基因 的核酸序列当中，只是由于读码框不同而编码 不同蛋白质 两个基因核酸序列末端密码子相互重叠，例如 终止密码TGA与起始密码ATG重叠 某些核苷酸区段重叠

顺反子学说否定了一个基因一个酶的假说 单顺反子是真核基因的转录形式。一个启动 子后仅具有一个编码序列。

多顺反子出现于原核生物，即若干个基因由
一个启动子控制，转录在一条mRNA上
两个相邻的等 位基因，基因 型均为m1+m2+ ，但是在染色 体上的排列方 式不一样，因 而表型也不相 同
Fig 15.10 The arrangement of genetic markers in cis and trans heterozygotes. © 2003 John Wiley and Sons Publishers
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• • • •
编码阻碍基因的I位点 启动子区域P位点 操纵基因O位点 三个结构基因：ZYA
• 当乳糖缺乏是，I基因表达阻遏物，阻碍物 与操纵基因结合，启动子的活性收到阻碍， ZYA基因转录起始受到抑制 • 在乳糖存在是，乳糖与阻遏物结合，改变 阻遏物构象使之不能与操纵基因结合因此 起始ZYA基因的合成




1973年 Weiner 研究RNA病毒时的发现 1977年 Sanger 研究X 174 Phage时发现 5387bp的基因组，编码的蛋白质比预期要多 重叠基因概念：基因转录起始点不同，但是共 用同一段DNA序列或几个核苷酸的不同基因 除了RNA病毒和噬菌体，SV40病毒中也有重 叠基因
基因
1. 2.
基因是实体，它的物质基础是DNA（或RNA）； 基因是具有一定遗传效应的DNA分子中的特定核 苷酸序列；
3. 4.
基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据
基因是可分的
基因的分子生物学定义


基因是编码有功能的蛋白质多肽链或RNA所必 需的全部核苷序列。 包含：编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，转 录所必须的调控元件，编码区上游的非编码序 列，内含子，编码区下游的非编码序列。
Repressor maintains the lac operon in the inactive condition by binding to the operator; addition of inducer releases the repressor, and thereby allows RNA polymerase to initiate transcription.
第五节 超基因


超基因（super gene)：是指作用于一种性 状或作用于一系列相关性状的几个紧密连锁 的基因 基因家族：真核生物中由同一祖先基因在进 化过程中经突变，重复和倒位等演变而成的 具有相同或相似作用的所有基因，称基因家 族
血红蛋白超基因

超基因家族或成员可位于同一染色体上或不同染色体上 如脊椎动物的血红蛋白基因，为四聚体，由两条a链和两 条β 链组成，在不同发育阶段血红蛋白的组成不同 发育阶段 胚胎期（≤8周） 胎儿期（3-9月） 成人期（出生后） 血红蛋白的组成 ξ 2ε 2 ξ 2γ 2 α 2ε α 2γ 2 α 2δ 2 α 2β 2
最初由孟德尔的杂交试验提出“遗传因子”,此时 为一逻辑推理产物，是一种与生物状状相应的符 号，无实质内容。
2.1909年 丹麦Johanssen——基因
3.1910年—40年代 Morgan等认为基因是三合一体，即基因既是一个功 能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。
摩尔根通过对果绳的研究，阐明了连锁交换规律和 伴性遗传，并进一步推理出基因在染色体上呈直 线排列，基因是一种化学实体并决定性状。基因 是突变和重组的最小单位

真核生物的基因是断裂的
基因的不连续性




在1977年以前，都认为基因是一种为蛋白质编码的连续的 核苷酸序列，因为当时对基因的研究都是从原核生物开始 的，而在原核基因中很少有基因是间断的 后来在对真核生物基因进行研究时经常发现，真核基因比 其相应的mRNA长得多，开始以为基因的一端或两端存在 一些不转录的序列 但从核RNA（hnRNA）和mRNA的大小进行比较发现，核 RNA比相应的mRNA长，而与真核基因的大小相似，因此 有一部分序列在初始转录中存在，而在mRNA从核转运到 胞质之前被除去了 真核基因中存在着一些可能被转录但不为蛋白质或多肽编 码的序列—真核基因是间断的。随着对真核基因的深入研 究，现已发现，绝大多数真核基因都是间断的，包括外显 子(exon)和内含子(intron)两个大的部分
2
类α基因包括：ξ、ψξ、ψα、α1、α2、θ 类β基因包括：ε、Gr、Ar、ψβ、δ、β 类α和类β基因在染色体上，紧密连锁，呈直线排 列，形成一个超基因
ξ ε
ψξ Gr
ψα Ar
ψα
α ψβ δ
θ β




基因簇：指基因家族的成员以串联重复方式排 列在一起或不同家族的成员构成一重复单位， 以串联重复方式排列在一起。 原核；5 S RNA， 16SRNA，23SRNA 真核：5.8 S RNA，18 S RNA，28 S RNA tRNA簇
基因的可变剪切

黑腹果蝇tra基因 果蝇的dsx基因 肌钙蛋白T基因 基因的可变剪切现象在真核生物中普遍存在
可变剪接的意义

同一DNA序列可编码多种蛋白质 利用不同的启动子：有时基因不止一个启动子， 或启动子中的不同成分可独立起始转录，只是 效率不同，因此可转录产生不同的mRNA 利用不同的终止子：与启动子的情况类似 改变拼接方式：将不同的外显子拼接在一起， 可产生不同mRNA（抗原、抗体
因内部的许多位点上可以发生突变，并且可能在
这些位点间发生交换，说明一个基因并不是一个
突变单位和一个交换单位
7.60年代，Jacod和Monod研究细菌基因调控时发
现基因是可分的，功能上是有差别的
结构基因—决定合成某种蛋白质 调节基因—编码阻遏或激活结构基因转录
的蛋白质基因,无翻译产物的基因
8.新的发现——断裂基因，重叠基因，跳跃
顺式排列表现为红色
apr：杏色眼 w：白色眼
反式排列表现为杏色
Fig 15.11 The cis-trans position effect observed by Edward Lewis with the apr and w mutations of Drosophila.
如何判断突变是在一个顺反子内 还是2个不同的非等位基因
第四节 操纵子（Operon）

由操纵基因操纵的几个结构基因连锁在一起，由一个 启动子转录成为一个mRNA分子，然后翻译成为几种 蛋白质，这样的结构称为一个操纵子 乳糖操纵子：包括3个结构基因β-半乳糖苷酶、乳糖 透性酶、乙酰化酶

1.操纵子的提出


大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉 伯糖等作为碳源而生长繁殖 当培养基中含有葡萄糖和乳糖时，细菌优先利用 葡萄糖 当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适 应，就能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长
第二节 复等位基因（multiple alleles）

复等位基因: 一个群体中，一对同源染色体的同一
基因座上存在着2个以上的等位基因，这就是复等
位基因（multiple gene)

复等位基因是生物遗传多态性在遗传上的直接原因
复等位基因间的互作效应


互补基因：某性状只有在二个以上的非等位基 因共存时才会表现出来，这种由于互相补充而 使一个性状得以表现的非等位基因，称为互补 基因 抑制基因：某一突变基因的表型效应由于第二 个突变基因的出现而恢复正常时，称后一突变 基因为前者的抑制基因
promoter
exon 1
exon2 exon3 terminator
exon 4
exon5
A: 利用不同的启动子（例：鸡的强心肌和砂囊肌）
B:利用不同的终止子（鼠降钙素基因） C: 改变拼接方式（例鼠鸡钙蛋白T） 1 2 3 4 5
1
2
3
5
第七节 重叠基因（overlapping gene)
第三节 顺反子（cistron）



早期的基因概念：基因是一个功能单位，重组 单位，突变单位(三位一体)。 发展的基因概念：基因是一个功能单位，基因 内部可突变和重组。一个基因就是一个顺反子。 基因的顺式和反式排列