第二章 人类基因组的结构与功能
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本章重点讲解
1 人类基因组的组成 2 人类基因的组成 3 人类多基因家族和重复DNA
人类基因组:是指单倍体细胞所代表的遗传信息. 从细胞遗传学水平来说:是指人体细胞的24条不同的染色体. 从分子学水平来说:是指组成这些染色体的24个DNA分子.
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第一节 人类基因组的组成
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（4）基因超家族 基因超家族的编码产物在功能上呈一般相关，在DNA大节段上， 其同源性序列很少，但有重要的保守的氨基酸基序（Ig样）的共 同结构特征。
如：免疫球蛋白超家族
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2 人类基因家族分布与结构特点
（1）基因簇家族---紧密簇集在一起
珠蛋白基因簇（16p13）
珠蛋白基因簇（11p15） 30
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核基因组
分布于24条不同类型的 DNA双链，其碱基成分与 基因密度均有区域的差异。 含有细胞98%以上的DNA。 含有2.85×106kb，编码 蛋白质序列占基因组1.1% ~1.4%，基因数目约 2~2.5万。
DNA重复序列占基因组 50%以上。
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染色体是基因的载体，基因分布于２２条常染色体和２条 性染色体上。染色体的大小不同其上分布的基因数不同。根据 染色体的长度和着丝粒的位置分为A～G共7组
DNA重复序列的鉴定方法： DNA测序 DNA杂交检测 PCR检测
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二. 人类多基因家族
1. 序列的相关性和特殊保守序列的相似性
（1）典型基因家族 高度的序列同源性和进化与功能上的相关性
（2）编码产物的基因家族 序列全长的同源性虽低，但有大而保守的功能域（基
序）
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（3）编码产物的基因家族具有很短的保守的氨基酸基序 如：DEAD box基因家族（天冬-谷-丙-天冬氨） 如：WD重复基因家族（色-天冬氨）
珠蛋白基因簇（11p15）
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H2A
H3 H4
H2A H2B
H1
H3 H2A
H2A
H3
H43
某些多基因家族中的不同成员分布于不同染色体上。 如，组蛋白基因家族分散于不同染色体
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编码RNA基因家族成员： rRNA基因
tRNA基因 snRNA基因 其它RNA基因
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编码RNA基因家族
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二. 人类基因在大小和内部组成上的不同
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人类基因大小多样
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三. 基因组中有少量重叠基因和基因内基因
1 高度重叠基因
6p21.3在4Mb的HLA复合体有高度重叠基因
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2 在大内含子中有完整的小基因
NF1基因的第26内含子中有3个小基因
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第三节 人类多基因家族和重复DNA
一. 重复DNA和多基因家族的分类和鉴定方法
依结合动力学，人类DNA分为三大类： 单拷贝DNA 中等重复DNA 高度重复DNA
1 大小多样
几个kb~几个Mb 平均长约27kb，最大的为dystrophin基因2.5Mb。 基因大小与产物大小直接相关，但也有某些异常
2 内部组成的多样性
大多数基因有外显子和内含子，少数无内含子 有内含子的基因中，内含子大小不同，一般大基因有大内含 子，因此，外显子含量百分比小，但也有大基因小内含子 每个人类基因平均有9个外显子，外显子的平均大小约122bp
是现今最精确和几乎完整的人基因组序列
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人类基因组的组成(按功能划分）
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线粒体基因组
环型封闭的双链DNA分子 含有37个基因（2个rRNA基因、22tRNA基因和13个多肽基因） 基因密度大，无内含子
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mtDNA的遗传学特征:
1. mtDNA是半自主性，能独立复制、转录和翻译； 2. Mi基因组的遗传密码与普通密码不同； 3. mtDNA 为母系遗传； 4. mtDNA突变率高； 5. mtDNA 具有阈值效应的特性； 6. mtDNA的进化率极高。
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常规G显带核型
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常规G显带分析
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第二节 人类基因的组成
一、人基因的功能具有多样性，它们簇集或分散于不同的染 色体区域-----分布
1 大多数基因都编码特异的多肽（蛋白）执行不同的功能 。 2 许多基因为单拷贝
簇集于特殊染色体位置或分散于基因组 某些基因为基因家族 3 编码RNA基因家族有许多成员：
A组
C组 D组
F组
B组
E组 G组
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染色体命名系统——Denver体制（1960） 染色体的大小和带型不同
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基因在染色体不同区域分布的密度不同
平均每条染色体约含有130 Mb DNA，变异 在50～250Mb之间。平均一条带约有 6MbDNA（550条带中期染色体）。
基因在染色体不同区域分布和密度不同，在 着丝粒区、Y染色体的大部分则无基因，异 染色质区主要由重复的非编码DNA构成。G显带深染带GC含量较浅染带低。
假基因 基因片段 内含子、非翻译序列等 3
人类基因组常染色质序列
★ 2001年人基因组序列草图的缺点
（1）丢失~10%的常染色质基因组 （2）约有150,000个间隙 （3）许多节段的次序和方向未定
★ 现在的序列图
（1）基因组序列：2, 851, 330, 913核苷酸（2.85Gb） （2）含有编码蛋白质基因：20,000~25,000个 （3）覆盖基因组~99% （4）还有341个间隙，仍有1%序列未定
（2） 分散基因家族
假于成 基若员 因干间 。染无
色明 体显 上物 ，理 有关 序系 列， 多一 样般 性分 和散
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（3） 编码RNA基因家族
属于高拷贝数多基因家族 最后表达产物为RNA分子 包括tRNA、snRNA、rRNA（28S，5.8S，18S）基因 rRNA基因簇分布于染色体13、14、15、21和22的 短臂上
人类基因组
核基因组 28.5亿个碱基 2~2.5万个基因
线粒体基因组
16.6kb 37个基因
基因和相关序列 基因外序列
~25%
~75%
2 rRNA 22 tRNA 13个多肽编码基因
单拷贝或中等重复
编码DNA 非编码DNA
~10%
~90%
单或低拷贝 ~60%
中~高度重复 ~40%
串联重复或簇集重复 分散重复
rRNA基因 tRNA基因 snRNA基因 其它RNA基因
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有些基因构成基因家族，簇集于特殊染色体位置 或分散于基因组。 如: α珠蛋白基因簇由5个相关基因组成，集群排列在 16号染色体短臂上。 β珠蛋白基因簇由6个相关基因组成，集群排列在 11号染色体短臂上。
16ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
珠蛋白基因簇（16p13）