第三章 基因与基因组
• 第一节 基因的概念 • 第二节 基因的结构 • 第三节 基因组 • 第四节 基因组大小与复杂度 • 第五节真核生物基因组的包装
第一节 基因的概念
• 一 基因概念的发展： • 1 孟德尔遗传因子 • 孟德尔1965年提出的遗传因子（hereditary
factor）的概念。 • 1900年对遗传因子有了认识. • 1909年约翰生提出基因（gene）一词代替遗
• 1978年Tonagana把断裂基因中的编码序列叫做 外显子（exon），把非编码的间隔序列叫做内 含子（intron）。1978年英国Sanger在ΦX174噬 菌体中发现重叠基因（overlapping gene），即 两个或两个以Байду номын сангаас的基因共有一段DNA序列。
重叠基因（overlapping gene），
现代基因概念
• 基因是有功能的DNA片段，含有合成有 功能 的蛋白质多肽链或RNA所必须的全 部核苷酸序列。(或一段有功能的DNA片 段)。
第二节 基因的一般结构
• 一 外显子和内含子： • 外显子：在成熟的RNA中出现的序列。 • 内含子：是一些插入序列，在原初转录本
加工时被删除。 • 原核生物基因是连续编码的DNA链， • 真核生物基因是断裂基因，由内含子和外
操纵子模型
• 1961年法国Jacob和Monod在大肠杆菌乳 糖代谢突变体的研究中，提出了操 纵子（operon）模型，阐明功能相关 的结构基因在染色体上往往紧密排 列在一起。
断裂基因概念
• 1977年美国Sharp和Roberts发现断裂基因 （splite gene），使人们认识到绝大部分真核 基因的编码序列是不连续的，被一些非编码 的DNA序列间隔开。但原核生物基因的编码序 列是连续的。
基因的功能片段概念
• 1941年比德尔对粗糙链孢菌的研究，提出 “一个基因一个酶”的理论。人们对镰刀 贫血症研究，提出“一个基因一条多肽 链”。
• 1944年阿委瑞、1952年Hershey 和Chase证明 DNA是遗传物质，认识到基因是染色体上 一个特定的DNA片段。
• 1953年瓦特生和克里克提出双螺旋结构， 解释了遗传信息的储存和传递过程，进一 步明确基因是含有特定遗传信息的DNA片 段。
三 信号肽序列
• 在分泌蛋白基因的编码序列中，起始密码子 之后，有一段编码富含疏水氨基酸多肽的序 列，被称为信号肽序列（signal peptide sequence）。它所编码的信号肽行使运输蛋 白质的功能。
• 信号肽在核糖体合成后，与细胞膜或细胞器 的膜上特定的受体相互作用，产生通道，使 分泌蛋白穿过细胞的膜结构，到达相应的位 置。信号肽在完成分泌过程后被切除。
顺反子概念
• 1957年Benze研究T4噬菌体rⅡ突变型发现基 因内部可以突变和重组。首次在DNA分 子结构水平上分析了基因内部的精细结 构，提出了顺反子（cister）学说，打破了 “三位一体”的基因概念，把基因具体 化为DNA分子上一个决定一条多态链的 完整的功能单位，其内部可分，包含许 多突变和重组单位。
显子组成，内含子在转录后加工时被切除。 在每个外显子和内含子的接头区，有一段 高度保守的共有序列（consensus sequence），称为GT-AG法则，是RNA间 接的信号。
珠蛋白基因
二氢叶酸还原酶DHFR基因
外显子长度变化不 显著
内含子长度变化显著
二 开放阅读框
• 原始转录产物经剪接后形成成熟mRNA， 经翻译成多肽链。结构基因从起始密码 子开始至终止密码子的一段核苷酸区域， 其间不存在其他任何终止密码，可编码 完整的多肽链，这段区域被称为开放阅 读框（open reading frame，ORF）。
四 侧翼序列和调控序列
• 每个结构基因在第一个和最后一个外显子的外侧 都有一段不被转录和翻译的非编码区称为侧翼序 列（flanking sequence）。
• 从转录起始点至起始密码子的非翻译序列称为5 ` 非翻译区（5`untranslated region，5`-UTR）。
• 从终止密码子至转录终止子的非翻译序列称为3` 非翻译区（3`untranslated region，3`-UTR）。
• 侧翼序列不被转录和翻译，但对基因的转录、翻 译和表达有影响。这些对基因的有效表达起调控 作用的特殊序列统称为调控序列（regulator sequence）。
1 启动子
• 准确而有效启动基因转录所许的一段特异的核苷酸序列称 为启动子（promoter）。典型的启动子含有识别（R）、 结合（B）和转录起始（I）三个位点。
传因子。
摩尔根基因概念
• 1910年摩尔根证明基因位于染色体上，并以线 性排列；证明位于同源染色体同一位置的相对 基因间可发生交换产生新类型，提出连锁互换 规律。
• 在1926年《基因论》中，对基因的认识是：基 因是携带遗传信息的一个完整结构单位；是一 个控制形状的功能单位，突变单位和交换单位。 即是一个不可区分的“三位一体”的结构单位。
转座子与跳跃基因概念
• 20世纪50年代认为基因组（genome）中基因 的数目、位置和功能都是固定的，基因的 位置与其位置无关。1951年美国MeClintock在 玉米染色体研究中，提出转座（transposition） 概念，认为某些基因的位置不是固定的， 可以在染色体上移动。
• 1967年Shapino在大肠杆菌中也发现可以转移 位置的插入序列（insert sequence）。这些可移 动的成分成为跳跃基因（junping gene）或转 座因子（transposable element）.
• 转录起始位点（Startpoint） ：转录开始时，模板上合成 的第一个碱基的位点，定为 +1 位点。其3`下游区域为正 区，5`上游区域为负区。
• 原核生物启动有两段保守序列： • －10序列：又叫TATA框（Pribnow框），位于-10bp左右，
保守序列为TATAAT，是聚合酶结合位点。 • －35序列：又称Sextama框，位于-35bp左右，保守序列为