4章 基因与基因组
4第四章遗传物质-基因和染色体
第四章遗传物质——基因和染色体第一节核被膜与核孔复合体细胞核的结构：在固定和染色的细胞中，可观察到细胞有下列结构：核被膜、染色质、核仁、核液（质）四部分。
一、核被膜（nuclear envelope）亦称核膜（nuclear membrane），由此使遗传物质DNA与细胞质分开。
电镜下证实为双层单位膜呈同心性排列。
除两膜之间有间隙外，膜上还有些特化结构。
所以，认为核被膜含义深刻，包括内容多，并执行重要的生理功能。
（一）核被膜结构1 外层核被膜（ONE）（外核膜）膜厚 6.5—7.5nm，相邻细胞质的一面常有核糖体附着，并有时与内质网（RER）相连，因此显得粗糙不平。
2 内层核被膜（INE）（内核膜）：膜厚度基本同ONE，膜上无核糖体附着，显得比ONE 平滑。
但在其内表面常附有酸性蛋白质分子的聚合物组成的纤维网状结构（密电子物质），称纤维层（fibrous Lamina）或核纤层（nuclear lamina），又有内致密层之称。
其厚度约在10—20nm（30—160nm），是位于细胞内核膜下的纤维蛋白或纤维蛋白网络。
3 核周隙（perinuclear space）又有核围腔或核围池之称。
指两膜之间的空隙，宽约20—40nm（10—50nm），内充满液态无定形物质（蛋白质、酶类、脂蛋白、分泌蛋白、组蛋白等），它是核质之间活跃的物质交换渠道（有些部位直接与ER或Golgi池相通）。
4 核孔（nuclear pore）核膜并不完全连续，在许多部位，核膜内外两层常彼此融合，形成环状孔道，称为核孔，它们是核质之间的重要通道。
（二）核被膜的主要功能核孔复合体可以看作是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，并且是一个双功能、双向性的亲水性核质交换通道。
双功能表现在它有两种运输方式：被动扩散与主动运输；双向性表现在既介导蛋白质的入核转运，又介导RNA、核糖核蛋白颗粒（RNP）的出核转运。
1、构成核、质之间的天然选择性屏障避免生命活动的彼此干扰，保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤2、核质之间的物质交换与信息交流1）通过核孔复合体的被动扩散——小分子物质的转运：核孔复合体作为被动扩散的亲水通道，其有效直径为9～10nm，有的可达12.5nm，即离子、小分子（相对分子质量在60KD以下）以及直径在10nm以下的物质原则上可以自由通过。
基因和基因组(生物化学)
GC盒（GC Box）
位于-35bp ，GGCGG，与转录因 子SP1结合，促进转录的过程。
-35
－35
+1
12
(2).增强子（enhancer）
与转录因子特异性结合，增强 转录活性，在基因任意位置都有效、 无方向性。
promoter
CAAT box TATA box 5′ exon intron
5′--------AAUAAA ------AAAAAAAA 3′ 多聚腺苷酸化 14
mRNA
真核生物基因的结构
调控序列
promoter
Enhancer
5′
CAAT box TATA box
结构基因
调控序列
Poly(A) 加尾信号 UTR
UTR
exon intron
exon intron
exon TGA Stop 3′
内含子的 5′端以GT开始， 3′端以AG结束。
AG GT AG
5′
GT
3′
intron1 intron2 exon3 exon1 exon2
6
(二) 转录调控序列
结构基因编码区两侧的一段不被翻译 的DNA片段(侧翼序列)，参与转录调控。
侧翼序列
前导序列 5′
intron1 exon1 exon2
TATA盒（TATA Box）: 位于-25～-30bp，TATAAAA/TATATAT 与TFII结合，启动基因转录。
-30
-25
+1
10
CAAT盒（CAAT Box）
位于-70～-80bp，GG C/ T CAATCT,
与CTF结合，决定启动子转录效率。
-80
基因工程-第四章
（4） 插入失活型质粒载体 载体的克隆位点位于其某一个选择性标记基因内部。
抗菌素抗性
外源DNA 无抗菌素抗性
（5）正选择的质粒载体（Direct selection vectors）
直接选择转化后的细胞。只有带有选择标记基因的转化 菌细胞才能在选择培养基上生长。
目前通用的绝大部分质粒载体都是正选择载体。
各类载体
pBR322 外源基因Pst I
Tet中存活 但在Amp中死亡
外源基因BamH I Amp中存活 但在Tet中死亡
pBR322 外源基因Pst I
Tet中存活 但在Amp中死亡
外源基因BamH I Amp中存活 但在Tet中死亡
3. pUC系列
•University of California 的 J. Messing 和 J. Vieria 于1978年，在pBR322 的基础上改造而成，如 pUC7、pUC8、pUC9、pUC10、pUC11、pUC18、 pUC19。 • 元件来源
• 质粒空间构型与电泳速率
分子量相同的，scDNA最快、l DNA次之、ocDNA最 慢。
OC L
SC
质粒的生物学基本特性
1.自主复制性
• 质粒复制子是质粒 DNA 中能自主复制并维持正常拷贝数的 一段最小的核酸序列单位。
• 两部分组成：复制起始区（ori）及其相关的调控元件。 • 质粒能利用寄主细胞的 DNA 复制系统进行自主复制。 • 质粒 DNA 上的复制子结构决定了质粒与寄主的对应关系
必要的条件能力。
理想载体至少必备的条件
① 能在宿主细胞中自主复制 ②容易进入宿主细胞 ③ 容易插入外来核酸片段 ④ 容易从宿主细胞中分离纯化，便于重组操作 ⑤ 具有合适的筛选标记 ⑥ 具有针对受体细胞的亲缘性或亲和性
第4章基因组、转录组和蛋白组
编码和非编码RNA
• 细胞的RNA含量可以分为两类
– 编码RNA
– 非编码RNA
编码和非编码RNA
– 编码RNA
• mRNA • 4% • 寿命短
– 细菌的mRNA半衰期几分钟，
– 真核细胞大部分mRNA的半衰期也只有几小时 – 转录组的成分不是固定的，可以通过快速的改变 mRNA的合成来改变
编码和非编码RNA
• 生物芯片技术：高通量的杂交技术。
• 生物芯片分类
– 根据芯片上的固定的探针不同，
• 基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片，
– 根据原理
• 元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片、生物传感 芯片等新型生物芯片
基因芯片（genecБайду номын сангаасip）
/degree.html
• 肿瘤组织与正常组织之间蛋白质谱差异， 找到肿瘤特异性的蛋白分子，可能会对揭 示肿瘤发生的机制有帮助，目前已应用于 肝癌、膀胱癌、前列腺癌等研究中。
• 开发新蛋白质、获得新基因
Figure 3.1. The genome, transcriptome and proteome.
• 基因组的表达不仅仅是一个遗传信息由 DNA-RNA-蛋白质的一个过程，这个法则忽 略了信息流由基因组到蛋白质组传递过程 是被调控的，这个过程每一步都是受到调 控，从而使得转录组和蛋白组的成分能够 做出迅速和准确的改变，并能使细胞调整 自己的生化状态能对外界的刺激做出反应，
– 鉴定新的基因
• 利用13bp寡核苷酸（9bp标签加上4bp有3个标签对应的克隆代表了 两个已知的基因，其中一个可能代表新的基因
（三）生物芯片技术
• 生物芯片技术是20世纪90年代生命科学领域中迅 速发展起来的一项新技术，是综合运用生物、微 电子、微加工和计算机等知识制作的高科技杰作。 其本质是固定在玻片等载体上的微型生物化学分 析系统，芯片上每平方厘米可密集排列成千上万 个生物分子，能快速准确地检测细胞、蛋白质、 DNA及其他生物组分，并获得样品的有关信息， 其效率是传统方法的成百上千倍，被美国科学促 进会评为1998年的世界十大科技突破成果之一。
基因和基因组及基因工程的概念
圆形种子＋皱形种子 杂交第一代(均为圆形) 回交 圆形豆 皱形豆 5474粒 1850粒 3 ： 1
摩尔根果蝇杂交试验
有4对染色体，一对小粒状，2对V形，一对呈棒状XX或XY（性染色体） X1X2（红眼）+XWY（白眼） （野生型） （突变型） 杂交子一代（雌雄均为红眼） X1XW， X1Y ， X2XW，X2Y X1X1，X1Y，XWX1，XWY，X2X1，X2Y，XWX2，XWY ¼为红眼雄性及白眼雄性
5、重复序列及重复基因
几乎所有的真核细胞（酵母除外）的基因组DNA中都具有重复序列（repeated sequence）,它无转位移动能力，因此它区别于转位作用的IR（inverted repeat）。IR是指序列的重复性。但无基因序列的交叉重叠性，故不同于重叠基因序列。重复序列可分为四种类型： 不重复序列，是唯一的序列，只有一个拷贝。 低度重复序列，一般有1-10个拷贝。 中度重复序列，有数十至数万（105）拷贝。如图2-9、2-10 高度重复序列 拷贝数可达106以上,包括卫星DNA、高丰度SINE家族的Alu序列 。
第二章 基因和基因组及基因工程的概念
添加标题
第一节 基因的概念
01
添加标题
第二节 基因组
02
添加标题
第三节 基因工程的定义和研究内容
03
添加标题
第四节 基因工程的发展史
04
第一节 基因的概念
01.
4、基因与基因组
碱基（1977年 Sanger测定）。
非编码区DNA占基因组的4%。
有重叠基因。
B在A基因内，E在D基因内； K和C部分重叠； D的最后一个碱基是J的第一个碱基。
重叠基因（overlapping gene）：不同基因的核苷酸 （DNA）序列彼此重叠，这两个基因互为重叠基因。
噬菌体的基因组
Johannsen ）根据希腊文“给予生命”之义创造而产生， 并用这个术语来代替孟德尔的“遗传因子”。
1925年美国著名的遗传学家摩尔根（Thomas Hunt
Morgan ）创立了基因学说。他指出：种质必须由某种 独立的要素组成，这些要素我们叫做遗传因子或基因。
1941年美国的比德尔（G.W. Beadle ）和塔特姆
（E.L.Tayum）提出“一个基因一个酶”（one geneone enzyme hypothesis）学说。
1957年美国的本柔（Seymour Benzer）将“一个
基因一个酶”学说发展为“一个基因一条多肽链” （one gene-one polypeptide chain）的概念。同时 把遗传单位称为“顺反子”（cistron），与基因同义。
• 经典遗传学的认知路线为由表及里，即通过杂交等手段 观察表型性状的变化而推知遗传基因的存在与变化。 • 随着分子遗传学及相关实验技术的发展，现已经能够在 分子水平上进行操作，有目的地对DNA进行重组或者定 点突变(in vitro site-directed mutagenesis)等。因此， 现代遗传学中就出现了另一条由里及表的认知路线，即 通过DNA重组等技术有目的地、精确定位地改造改造基 因的精细结构以确定这些变化对表型性状的直接影响。 • 由于这一认知路线与经典遗传学刚好相反，故将这个新 的领域作为遗传学的一个分支学科，称为反向遗传学。
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。
04--第四章人类基因组结构概述
（2）中度重复序列：占20-30%，拷贝数 为104-105 ， 包括组蛋白基因、免疫球蛋白 基因及RNA基因，绝大多数中度重复序列 为不编码序列，成为间隔区，如人类Alu序 列家族由300bp的短序列构成，重复达30万 -50万拷贝，占基因组3-6%。 （3）高度重复序列：又称为卫星DNA 通常是小于10bp的短小序列组成基本单 元，重复达105以上，占基因组的10%，不 能转录，组成异染色质。
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每个区中包含几十个rRNA基因单位，大量转 录18S rRNA、 28S rRNA、 5.8S rRNA。 假基因：是基因组中因突变而失活的基因， 它和同一家族中的活跃基因在结构上和DNA 序列上有相似性，但是没有蛋白质产物。 （在多基因家族中，有少数成员不产生有功 能的蛋白质，这样的基因叫—。假基因与正 常基因从序列上看是同源的，但是在进化过 程中发生突变丧失了功能活性。）
201103 青岛农业大学
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如血红蛋白基因家族。（指进化过程中由某一 个祖先基因经过多次重复和变异所产生的一大 类群序列相似、功能相似的基因群。） a、有的集中在一条染色体上共同发挥作用， 合成某些蛋白质，如组蛋白基因家族中的5种组 蛋白基因集中在7号染色体的长臂上的。 b、有的多基因家族成员是分散存在于几条染 色体上，如人的rRNA基因家族成员分别位于13、 14、15、21、22，5条染色体的短臂的核仁组织 区中。
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（2）部位：结构基因的两侧、结构基因 内部的内含子之中。
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（3）种类：很多，一小部分基因在表达，绝大 部分基因保持沉默，基因组的基因是受高度有 序而精确的四维时空表达程序严格调控，进一 步依靠那些众多的调节基因、调控序列、调控 因子组成的多层次的调控系统来协调实现的。 （4）常见的调控基因、调控序列 ①同源异形盒基因 a、1995年，美国加洲理工学院诺贝尔奖得主 B.Lewis在果蝇中发现一组同源异形基因，来自 于同一基因的转化，都含有一段同源的保守序 列，这些基因的功能是各管果蝇幼虫体节发育 的。
基因与基因组学(答案)
第四章基因与基因组学（答案）一、选择题（一）单项选择题1.关于DNA分子复制过程的特点，下列哪项是错误的A.亲代DNA分子双股链拆开，形成两条模板链B.新合成的子链和模板链的碱基互补配对C.复制后新形成的两条子代DNA分子的碱基顺序与亲代的DNA分子完全相同D. 以ATP、UTP、CTP、GTP和TDP为合成原料E.半不连续复制*2.建立DNA双螺旋结构模型的是：and Crick and Schwann*3.下列哪个不属于基因的功能A.携带遗传信息B.传递遗传信息C.决定性状D.自我复制E.基因突变分子中核苷酸顺序的变化可构成突变，突变的机制一般不包括：A.颠换B.内复制C.转换D.碱基缺失或插入E.不等交换5.下列哪一种结构与割(断)裂基因的组成和功能的关系最小A.外显子B.内含子框 D.冈崎片段 E.倒位重复顺序*6.在一段DNA片段中发生何种变动，可引起移码突变A.碱基的转换B.碱基的颠换C.不等交换D.一个碱基对的插入或缺失个或3的倍数的碱基对插入或缺失7.从转录起始点到转录终止点之间的DNA片段称为一个：A.基因B.转录单位C.原初转录本D.核内异质RNAE.操纵子8.在DNA复制过程中所需要的引物是；9.下列哪一项不是DNA自我复制所必需的条件A.解旋酶多聚酶引物D. ATP、GTP、CTP和TTP及能量E.限制性内切酶10.引起DNA形成胸腺嘧啶二聚体的因素是A.羟胺B.亚硝酸溴尿嘧啶 D.吖啶类 E.紫外线11.引起DNA发生移码突变的因素是A.焦宁类B.羟胺C.甲醛D.亚硝酸溴尿嘧啶12.引起DNA分子断裂而导致DNA片段重排的因素A.紫外线B.电离辐射C.焦宁类D.亚硝酸E.甲醛13.可以引起DNA上核苷酸烷化并导致复制时错误配对的因素A.紫外线B.电离辐射C.焦宁类D.亚硝酸E.甲醛14.诱导DNA分子中核苷酸脱氨基的因素A.紫外线B.电离辐射C.焦宁类D.亚硝酸E.甲醛15.由脱氧三核苷酸串联重复扩增而引起疾病的突变为A.移码突变B.动态突变C.片段突变D.转换E.颠换16.在突变点后所有密码子发生移位的突变为A.移码突变B.动态突变C.片段突变D.转换E.颠换*17.异类碱基之间发生替换的突变为A.移码突变B.动态突变C.片段突变D.转换E.颠换18.染色体结构畸变属于A.移码突变B.动态突变C.片段突变D.转换E.颠换*19.由于突变使编码密码子形成终止密码，此突变为A.错义突变B.无义突变C.终止密码突变D.移码突变E.同义突变*20.不改变氨基酸编码的基因突变为A.同义突变B.错义突变C.无义突变D.终止密码突变E.移码突变21.可以通过分子构象改变而导致与不同碱基配对的化学物质为A.羟胺B.亚硝酸C.烷化剂溴尿嘧啶 E.焦宁类*22.属于转换的碱基替换为和C 和T 和C 和T 和C*23.属于颠换的碱基替换为和T 和G 和C 和U 和U（二）多项选择题*和RNA分子的主要区别有；A.戊糖结构上的差异B.一种嘌岭的不同C.嘧啶的不同D.在细胞内存在的部位不同E.功能不同2.乳糖操纵子包括：A.调节基因B.操纵基因(座位)C.启动子D.结构基因E.阻遏基因3.真核细胞基因调控包括下列哪些水平A.翻译水平的调控B. 翻译后水平的调控C.水平的调控D. 转录后水平的调控E. 转录前水平的调控*要经过下列哪些过程才能形成成熟的mRNAA.转录B.剪接C.翻译D.戴帽E.加尾*5.按照基因表达产物的类别，可将基因分为：A.蛋白质基因基因 C.结构基因 D.割裂基因 E.调节基因*6.基因突变的特点A.不可逆性B.多向性C.可重复性D.有害性E.稀有性7.切除修复需要的酶有聚合酶聚合酶 C.核酸内切酶 D.连接酶8.片段突变包括A.重复B.缺失C.碱基替换D.重组E.重排9.属于动态突变的疾病有A.脆性X综合征B.镰状细胞贫血C.半乳糖血症舞蹈症 E.β地中海贫血10.属于静态突变的疾病有A.脆性X综合征B.镰状细胞贫血C.半乳糖血症舞蹈症 E.β地中海贫血二、名词解释* 基因基因组gene 断裂基因转录expression 基因表达*突变mutation 动态突变shift mutation 移码突变三、问答1.何为基因突变它可分为哪些类型基因突变有哪些后果2.简述DNA损伤的修复机制。
八年级生物上册第四章第五节《人类优生与基因组计划》教案(新版)济南版
-对学生的作业进行及时批改和反馈，指出存在的问题并给出改进建议。
-在批改作业的过程中，关注学生的理解程度和应用能力，鼓励学生提出自己的观点和想法。
-对于作业中出现的共性问题，可以在课堂上进行解答和讨论，以提高学生的整体理解水平。
-鼓励学生主动寻求帮助和解答疑问，提供必要的辅导和支持。
-注重作业的质量和规范性，要求学生认真对待每一次作业，培养良好的学习习惯。
（三）改进措施
1.加强对课堂纪律的管理，鼓励学生积极参与课堂讨论和实践活动，以提高学生的学习效果。
2.根据学生的反馈和理解情况，灵活调整教学内容和进度，确保每位学生都能跟上教学节奏。
3.采用多元化评价方式，全面评估学生的学习成果，包括理论知识掌握和实践能力表现，以促进学生的全面发展。
-讨论：组织学生进行小组讨论，探讨人类基因组计划的技术原理和操作流程，以及优生优育在实际生活中的应用和重要性，促进学生的思考和交流。
-案例研究：提供相关的案例，让学生分析案例中的问题和解决方案，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。
-项目导向学习：引导学生参与项目实践活动，如设计一个优生优育的宣传计划，让学生通过调研、策划和实施，将所学知识应用于实际生活中。
拓展与延伸
1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料
-《人类基因组计划：解读生命密码》
-《优生优育的科学方法与实践》
-《基因编辑技术的原理与应用》
-《我国基因组计划的研究进展与挑战》
-《遗传与变异：探索生命的奥秘》
-《科学家的社会责任与伦理考量》
-《人类遗传病的发生机制与预防策略》
-《基因组Leabharlann 划在医学研究中的应用》-让学生思考人类基因组计划技术原理和操作流程，以及优生优育在实际生活中的应用和重要性。
分子生物学第四章 基因与基因组的结构与功能
4.2 基因命名法
但是在研究不同生物的同一遗传机制时，往往会产生一些混淆，如 在研究酿酒酵母和粟米酵母的细胞周期有关基因的命名中。此外， 许多基因在不同实验中从相同组织被分离出好几次而具有不同命名： 重要的果蝇的发育基因torpedo便是其中一例——它在筛选不同表 型的过程中三次被鉴定并被命名三种不同名称。果蝇提供了关于遗 传命名的最为丰富的例子，特别是在发育生物学中这种趋势也扩展 至脊椎动物中。
总之：顺反子学说打破了“三位一体”的基 因概念，把基因具体化为DNA分子上特定的 一段顺序--- 顺反子，其内部又是可分的， 包含多个突变子和重组子。 近代基因的概念：基因是一段有功能的DNA序 列，是一个遗传功能单位，其内部存在有许 多的重组子和突变子。 突变子：指改变后可以产生突变型表型的最 小单位。 重组子：不能由重组分开的基本单位。
（三）DNA是遗传物质：1928年Griffith 首先发现了肺炎球菌的转化，证实DNA 是遗传物质而非蛋白质；Avery用生物 化学的方法证明转化因子是DNA而不是 其他物质。 （四）基因是有功能的DNA片段 20世纪40年代Beadle和Tatum提出一个 基因一个酶的假说，沟通了蛋白质合成 与基因功能的研究 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋 结构模型，明确了DNA的复制方式。
病毒(+)股RNA为2个拷贝,基本结构为:
５＇帽－R－U5－PB － －DLS－－gag－pol－env－ (onc－)－ C－PB＋－U3－R－poly(A)n 病毒颗粒中有两条相同的正股RNA+两条来自宿主细胞的 tRNA
A：编码区:所有逆转录病毒均含有3个基本结构基因
gag: pol: 病毒核心蛋白 肽链内切酶,一个逆转录酶,一个与前病毒整 合相关的酶 env: 包膜蛋白 B：非编码区: 与基因组复制和基因表达有关 A: B: C: R区: 两端的重复序列,与cDNA合成有关 引物结合区(primer binding site, PB) U区: U3 含强启动子,起始转录RNA. U5 与转录终止和加polyA有关 D: DLS--C区: DLS:两条病毒(+)RNA链结合位点 : 包装信号:RNA装入病毒颗粒 C: 调控区.
第四章基因与基因组的结构
研究表明:基因可被分为更小得单位,串珠理论必须修正。 Benzer提出了突变子(muton),重组子(recon)和顺反子(cistron)来 分别定义突变、重组和功能作为不可分割验
突变位点 位于同一 顺反子中
A
B+ –A
B
突变位点 于不同顺 反子中
A
B + +A B
(2)不能互补得突变必然影响得就是同一功能单位,能够互补得突变必定影响不 同得功能单位,通过顺反试验发现得遗传功能单位称为顺反子。 (3)基因就是一个顺反子,她就是一个功能单位。一个顺反子内存在许多突变位 点,即存在许多突变子;一个顺反子内可以发生交换出现重组,因此也可以有许 多重组子。
蛋白质Gal4,Cdc2。
线虫:用三个小写字母表示突变表型,如存在不只一个基因座,用连
字符后接数字表示。例如:基因 unc-86,ced-9;蛋白质UNC-86,CED-9
。
果蝇:来自突变表型得描述可以用1-4个字母代表。例如基因
white(w),tailless(tll);蛋白质White,Tailless。
2
1、顺反子(Cistron)
一个顺反子就是一段遗传区域,在这一遗传区域中得突变位点 之间没有互补作用。
(1)顺反子得概念来自顺反测验(cis-trans test):她就是用于说明 在同一染色体上(顺式)或相对染色体上(反式)排列得突变位点 之间得互补试验。
顺式试验实际就是对照,如果两个突变均在同一个基因组中, 那么另一个基因组得两个基因座均为野生型,其产物为正常得基 因产物,细胞表现出野生表型;反式试验才就是真正得互补试验, 可以确定功能单位得边界,如果反式排列时有互补作用,说明两 个突变位点处于不同得顺反子中,如不能互补,说明她们属于同 一顺反子。如果两个突变在同一个基因中,那么她们以反式构型 出现在细胞中时,每一基因组都携带有这一基因得突变体拷贝, 因而在细胞中不能产生具有功能得产物,即不出现互补。如果突 变位于不同基因中,当她们以反式构型出现时,那么每个基因组 均可补偿另一个基因组缺少得正常产物。当细胞具有所有基因 产物时,表现为野生型。
分子生物学整理资料1
分子生物学整理资料11、维持DNA双螺旋结构的作用力有哪些？P38-39答：1）氢键（AT配对有两条氢键，GC配对有三个氢键），双螺旋结构的稳定性与GC含量百分比成正比。
2）碱基堆积力3）正负电荷的作用4）其他作用因素。
P403、反向重复序列（回文序列）的概念。
P42-43答：指双链DNA序列中按确定的方向阅读双链中的每一条链的序列都是相同的。
【在单链DNA或RNA中能形成发夹结构，而在双链DNA分子内侧形成了十字架结构。
三股螺旋的DNA：与基因表达有关，第三股链可能阻碍一些调控蛋白或RNA聚合酶与DNA结合；干扰转录延伸。
四链结构----鸟苷酸四聚体：存在于端粒中，DNA分子或染色体分子可能彼此连接形成局部的四螺旋结构，可能起着稳定染色体和在复制过程中保持其完整性的作用。
】4、引起DNA变性的主要因素有哪些？P65答：1）加热（生理温度以上）2）极端PH值当PH为12时，碱基上的酮基转变为烯醇基，影响氢键形成，从而改变Tm值；当PH为2~3时，碱基上的氢基发生质子化，也影响氢键的形成。
3）有机溶剂、尿素和酰胺等。
在环境中存在尿素和酰胺时，与DNA分子中的碱基形成氢键，从而使DNA 分子保持单链状态。
5何谓DNA复性？DNA复性的两个必要条件是什么？影响DNA复性速度的因素有哪些？P67、70答：DNA复性：两条彼此分开的变性DNA链在适当条件下重新缔合成双螺旋结构的过程。
条件：1）一定的离子强度，用以消弱两条链中磷酸基团之间的排斥力，通常使用0.15~0.50mol/L Nacl。
2）较高的温度，用以避免随机形成的无规则氢键，但温度不能太高，否则形成有效的氢键以维持稳定的双链。
影响因素：1）简单分子2）同一种DNA分子，浓度越高，互补链碰撞机会越多，复性速度越快。
3）DNA片段大小4）温度的影响5）阳离子浓度第四章基因与基因组的结构与功能1、基因组的概念。
P76答：基因组是指生物体或细胞中，一套完整的单体的遗传物的总和；或指原核生物的染色体、质粒、真核生物的单倍染色体组、细胞器，病毒中，所含有的一整套基因。
第四章 基因与基因组2
1. 重复序列与重复基因 按照拷贝数或重复频率，基因可分为三种： 单拷贝序列（ sequence） 1.1 单拷贝序列（unique sequence）
。
不同生物基因组中单一序列与重复顺序的比 例差异很大，原核生物基因组主要含单一顺序。 低等真核生物基因组中，大部分DNA为单一 序列，约20%为重度重复序列。
• 极少数中度重复顺序编码蛋白质的基因， 如组蛋白基因。一部分中度重复顺序被认 为在基因调控中起重要作用，包括开启或 关闭基因，促进或终止转录，DNA复制的起 始，参与前体mRNA加工等。 • 哺乳类基因组有2大类中度重复顺序，一类 称为短序列分散核因子，长度在500bp以下， 拷贝数可达10万以上。另一类称为长序列 分散核因子，长度在1000bp以上，拷贝数1 万左右。
2.4.2 基因套基因
• 这种基因结构形式在核基因组中比较普遍， 常常１个基因的内含子中包含其它基因。 • 如人类基因组神经成纤维细胞瘤Ⅰ型基因 的内含子中含有３个较短的基因，分别为 OGMP，EV12A和EV128。这３个基因也分 别含有外显子与内含子。 • 最近发现许多核仁RNA也有内含子中的基 因编码。
第四章
基因与基因组2 基因与基因组
八、基因概念的延伸(基因的分类) 八、基因概念的延伸(基因的分类)
1. 按照拷贝数或重复频率，基因组中的基因种类 可分为三种 1.1 单拷贝序列（稀有基因） 1.2 中度重复顺序（中等丰度基因） 1.3 高度重复顺序（高丰度基因） 2. 按照结构和功能，基因组中的基因种类可分为 六种
非洲爪蟾的卵母细胞中原有rDNA基因 基因 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 拷贝数达到约200万个，扩增约4000倍， 可以用来合成1012 核糖体。 但在一个特定的卵母细胞中，不是所 有的rDNA 基因都得到扩增，而且所扩 增的特定基因也随不同卵母细胞而有所 不同。 在果蝇中也发现基因扩增现象。
基因组学和功能基因组学
探究基因在生物体内的表达机制
02 蛋白质功能研究
研究蛋白质的结构、功能和相互作用
03 基因的相互作用
分析基因之间的相互调节关系
基因组学和功能基因组学的关系
相互关联
基因组学提供了研究对象 功能基因组学帮助揭示基 因组的功能
相辅相成
基因组学研究基因组的结 构和组成 功能基因组学研究基因的 功能和相互作用
环境保护
基因组学可帮助研究生物 多样性和生态系统稳定性 功能基因组学可以指导环 境修复和资源可持续利用
农业革命
基因组学将为作物改良和 疾病防治提供新思路 功能基因组学可帮助提高 作物产量和抗逆能力
基因组学对社会 科技发展的潜在
影响
基因组学的快速发展 将影响人类社会的多 个领域，例如医疗、 农业、环境保护等。 它将推动科技进步， 改善人类生活质量， 但也引发诸多伦理和 社会问题，需要谨慎 应对。功能基因组学 的出现为这些领域提 供更精细、深入的研 究方法，将进一步加 快社会科技的发展步
基因组学与产业发展
01 应用和发展
生物技术和医药产业
02 推动作用
相关产业的发展
03
基因组学未来发展趋势
技术和应用的未来 趋势
精准医疗 人类遗传学研究 疾病预防和治疗
社会经济影响
医疗成本管理 就业机会增加 科技创新驱动
生物技术前景
转基因技术应用 环境保护与修复 食品安全保障
教育与研究
教育资源整合 人才培养改革 科学研究驱动
基因组学的发展 历程
基因组学是研究生物 体全部基因组的学科， 主要包括基因组的结 构、功能和变异等内 容。1970年代末， 科学家们首次完成了 原核生物基因组（如 大肠杆菌）的完整测 序，开启了基因组学 的先河。2003年， 人类基因组计划完成， 揭示了人类基因组的 组成和结构，引起了
第四章 基因的鉴定与表达分析
灵敏度，可以检测到一些稀有转录子。
CpG岛法
CpG岛(CpG island)是基因组DNA序列中富含C、G的 DNA区域。在大规模的DNA测序中，每发现一个CG岛，意 味着在此区域有一个基因。利用CpG岛稀有酶如SacⅡ、
BssHⅢ、EagⅠ、HpaⅡ、NotⅠ识别其位点，切割基因组
DNA。CpG岛又称HIF岛，即用HpaⅡ酶将CpG岛周围的DNA 切成许多小片段，这些序列称为HIF序列。 原理： 2) 载体上要有功能强大的真核基因启动子，以获得高 效表达； 3）还要有原核生物的复制子与生长选择标记（如Amp)，
能在大肠杆菌中扩增，又要有真核生物的复制子、启动
子、加尾信号等以便在真核细胞中扩增及转录。
cDNA选择方法
基因组图谱绘制和基因定位克隆的常见问题 是大片段基因组编码DNA的鉴定。为解决此问题，
IEF)和十二烷基硫酸钠—聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDSPAGE)，把复杂的蛋白质混合物中的蛋白在二维平面上分 离展开。
基因差异表达法
---二维电泳（two-dimensional electrophoresis）技术
步骤： 样品制备→等电聚焦→平衡转移→ SDS— PAGE→斑点染色→图像捕捉和图谱结构确定
随着人类基因组计划的完成，基因的鉴定与表 达分析已经成为功能基因组研究的一个重要内容。
基因的特异性特征：
整体上的高度进化保守；
表达RNA转录物----具有可读框(ORF)；
脊椎动物-----CpG岛
一、基因的鉴定方法
常规方法
特异方法
（thern印迹杂交； 同源序列比对； 动物基因组印迹杂交；
• 主要步骤：
制备载体→将基因组片段亚克隆至表达载体中→
第4章 人类基因组计划
• 1988年，欧共体就提出了可预测医学计 划（predictive medicine programme）。 一些欧共体国家包括德国, 丹麦等认为这 一研究会带来许多伦理问题，尤其是德 国认为该研究可能带来的优生问题与以 前纳粹政策类似而招致激烈反对。1990 年，该研究计划的提议被修订为人类基 因组分析计划（human genome analysis programme）。 •
变形虫
• 河豚的基因数量与人类似，基因组只有 人的1/10.
• 对于人类线粒体的研究向传统的人类进化观点提 出了挑战，考古学根据化石分析认为人类起源于 非洲，由直立人（homo erectus）于100万-200万 年前走出非洲，分布于世界各地，并独立进化为 现代智人（homo sapiens）。1987年， Cann等通 过对来自全球不同人种的147个人的线粒体进行 RFLP分析，绘制了进化树，结果支持了非洲起源 的观点，但认为走出非洲的时间应该是在20万年 前，并提出了“走出非洲”（out of Africa）的 观点，认为现代智人源于非洲，然后于13.7万年 之间分布到世界各地（Cann RL， et al， 1987； Vigiland et al， 1991）。
•
2．进一步发展测序技术，继续增加测序通量，降低测 序成本，支持测序技术的革新研究。 • 3．研究人类基因组中的单核苷酸多态SNPs。 • 4．发展研究功能基因组的相关技术，建立人及其他模 式生物的全长cDNA资源库，支持对基因组中非蛋白编 码区域的功能研究，发展大规模分析基因表达的方法， 改进产生基因组范围基因突变的方法，发展蛋白质组的 研究方法。 • 5．开展比较基因组研究，完成线虫，果蝇，小鼠的基 因组测序，建立模式生物的遗传图和物理图谱数据库， 建立更多的不同组织和发育时期转录的cDNA数据资源， 在2005年之前完成小鼠的基因组测序，测定更多模式生 物的基因组序列，为理解和研究人类基因组结构和功能 提供帮助。
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b) Exon 并非“表里如一” 人类尿激酶原基因 Exon I 不编码 氨基酸序列 c) 并非真核生物所有的结构基因均为splitting gene Histone gene family 干扰素 不是splitting Yeast 中多数基因（ADH…） gene (果蝇 ADH(乙醇脱氢酶)基因为间隔基因)
突变品系
基本 培养基 基本培养基加 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸
arg cit orn
－ － －
－ －
＋
－
＋ ＋
＋ ＋ ＋
精氨酸 (Arginine)，瓜氨酸(Citrulline) 鸟氨酸 (Ornithine),
红色链孢霉实验 (2)
突变品系 基本 培养基 基本培养基加 [A] [C] [O]
arg cit orn
4 遗传信息流
中心法则 遗传信息沿着从DNA到RNA到蛋白质单向传递，即DNA 转录RNA，RNA翻译蛋白质。反转录病毒能将RNA反转录为DNA，很 多病毒能直接以RNA为模板复制RNA，还有很多生物能编辑信使 RNA序列，因此蛋白质编码序列不仅仅直接由特异的DNA序列决定
原核基因表达 单个基因或操纵子 的转录从启动子开 始，结束于终止子， 产生单顺反子或多 顺反子的mRNA；核 糖体从起始密码子 (靠近核糖体结合 位点)到终止密码 子翻译mRNA的编码 区。tRNA据遗传密 码把aa递送到延长 的蛋白链上。
纯蛋白 22Kd
M: DL2000 marker 1: GH 719bp 2: CDS of GH （573bp） 香猪生长激素成熟肽的原核表达及纯化 M protein mark 1 ER2566 2 ER2566/pTYB11 3 GH protein
细菌基因组特点续三 也有转座子元件 除了染色体外，多含有线形或环形的质粒
DNA中的编码区与间隔区
1）编码区：与蛋白质中氨基酸序列相应的核苷酸序列。
2 ）间隔区：基因序列外，没有编码功能的序列。
3）转录单位的组成：
启动子，上游调控区，基因编码区，转录终止序列
4）假基因：在序列上与有活性的基因相似，但不能转 录或翻译出mRNA或蛋白质，或产生过早终止的无 活性肽链，或由于错误的阅读框架形成无活性的蛋 白质。
基因工程质粒
pBR322 常用基因载体
大肠杆菌质粒pBR322的电镜图
上：开环构型； 下：超螺旋
双抗检测重组质粒
pUC18
lacZ：β-半乳糖苷酶基因
穿梭质粒
用重组 DNA技术将两种宿主细胞的质粒
连接而成的嵌合质粒，它能分别在两种 宿主细胞中进行复制。
重组穿梭质粒 腺病毒骨架质粒
腺病毒载体系统 的滴度高、容量 大、不整合到染 色体中、对人致 病性低等，是应 用最广泛的病毒 载体
香猪生长激素V108I替换对功能的影响
香猪 杜洛克猪
Asp106红 -Arg107蓝-Ile108黄
Val108黄
Val 108 Ile：于GH与GHR结合区（site2粉色），将减弱GH 与受体的亲和力
香猪GH重组蛋白的表达
克隆cDNA（ 719bp ），亚克隆得成熟肽编码区（573bp）
重组蛋白 78Kd
测验时，如果两个位点突变发生在同一基因上，后代杂合体中将有一个基因型
是野生型，另一个为突变型致死； 如果两突变在两个不同的基因上，后代杂合体均为野生型而存活，突变型与野 生型具有互补关系。
若为对应表型的突变，则后代中野生型与突变型的表型可能不同。
反式排列：用于互补测验中所用的两个突 变型，如果分别位于两条染色体上，这种 组合方式称为反式排列， 顺式排列：如果两个突变同时位于一条染 色体上，则称为顺式排列。 顺反子：是功能水平上的基因。
6 新概念
断裂基因 重叠基因 跳跃基因
6.1、断裂基因（interrupted gene）
即割裂基因（splitting gene） 不连续基因（discontinuous gene ）
◘ 本世纪70年代，Chambon 和 Berget。通过成熟mRNA （或cDNA）与编码基因的DNA杂交试验发现。
6.2 重叠基因
基因的重叠
1977年 维纳(Weiner) 1978年 费尔(Feir)和桑戈尔(Sanger) 噬菌体G4、MS2和SV40中都发现了重叠基因
原核生物的重叠基因
果蝇蛹上皮蛋白质基因位于另一个基因的内含子之中
人I型神经纤维瘤(NF1)基因的第一个内含子中有三个 编码蛋白质的基因，
（2）Morgan证实基因在染色体上
（3） “一个基因一个酶”修正为“一个基因一 个多肽链”
“基因”一词的创立: 1909年，丹麦遗传学家 约翰逊 “基因”（gene）。
Gregor Mendel
Thomas Hunt Morgan
1941年 G W Beadle 和 E L Tatum 红色链孢霉各种突变体的异常代谢是一种酶的 缺陷，产生这种酶缺陷的原因是单个基因的突 变。
2
3
4
5
6
7
8
9 AATAAA
3’
4 5
6 7 8 9
mRNA
图 18-58 鸡肌球蛋白轻链前体 mRNA 在不同的组织中进行不同的选择性拼接
真核生物的重叠基因
6.3 跳跃基因
即转座子，在哺乳动物体内一般含有 几十万个跳跃基因DNA；目前正在研 制利用转座子进行基因治疗。转座酶 可促进基因的跳跃
第四章
基因与基因组的结构与功能
第一节 基因概念 第二节 细菌基因组 第三节 真核生物的基因组 第四节 病毒基因组及细胞器基因组
第一节 基因的概念
目前的定义：蛋白或RNA的编码序列及其调 控区序列。
基因是遗传的功能单位，以DNA分子中排列
顺序决定基因的功能；
2 基因概念的历史演变： （1）Mendel提出基因的存在
磷酸尿苷转移酶
白化病（albinism）
酪氨酸酶 酪氨酸酶
酪氨酸 多巴色素 吲哚 5,6 醌
多巴
多巴醌
5,6 二羟吲哚 +蛋白质 黑色素 黑素蛋白
苯丙酮尿症（phenylketonuria, PKU）
蛋白质 苯丙氨酸羟化酶 苯丙氨酸 苯丙酮酸 酪氨酸
莱一尼二氏症（Lesch-Nyhan syndrome） (自毁容貌综合征) 鸟苷酸 次黄苷酸 HGPRT 鸟苷 鸟嘌呤 次黄苷 次黄嘌呤
线虫基因组中每个基因平均有5个内含子，有的内含子 中包含tRNA基因， 以上这些重叠基因的转录方向不一定与包含它的基因的 转录方向一致－－两个重叠基因的转录是各自独立、互 不依赖。
DNA 5’ TATA 1 TATA 1 (在心脏中) 190aa
20kb (在砂囊中) 149aa 10kb LC3 2 3 5 6 7 8 9 LC1 AUG
并把外显子 转Biblioteka 的RNA 序列连接起 来的过程。割裂基因
前体mRNA
Introns 去除 Exons 连接
割裂基因的普遍性
a) 真核生物中： 绝大部分结构基因
tDNA, rDNA
mtDNA, cpDNA叶绿体DNA b) 原核生物 中： SV40 大T 抗原gene 小t 抗原 gene 1984 Dr. Chu T4 phage 的胸苷合成酶 gene 1017 bp intron
Splitting gene 并非真核生物所特有
割裂基因概念的相对性
a) Intron 并非“含而不露” Yeast 细胞色素b基因 Intron II 编码成熟酶 （Maturase ）
酵母成熟酶合成受 intron II 的自动控制
maturase 过剩
利用intron II 编码成熟酶 maturase 减少 提前剪切 intron II
穿梭质粒。CMV巨细胞病毒， 无明显症状，成人抗体均阳性
原核染色体组成：
以骨架蛋白、RNA 构成核心，
二
调控区包 括复制起 始区和终 止区，转 录启动子 和终止区 等
动物学报，2003
香猪生长激素基因克隆及结构功能研究
1 2 3
Kb
21.2－ 5.15－ 3.53 2.03－ 1.38－ 0.95－ 0.564-
重组质粒
-1.9 + 3.0 kb -3.0 kb
1：λDNA / HindIII – EcoR I marker 2：重组质粒/Hind III 3：pBluscriptS.K /Hind III
割裂基因：基因的编码序列在DNA上不是连续的， 而是被不编码的序列隔开。 外显子Exon ：基因中编码的序列，与mRNA的序 列相对应。 内含子Intron ：基因中不编码的序列。
鸡 的 卵 清 蛋 白 基 因 与 其 杂 交 图
DNA mRNA
R－环
剪接: 前体
RNA中将内
含子转录的
序列去除，
HGPRT ：次黄嘌呤－鸟 黄嘌呤 嘌呤 磷酸核苷转移酶 尿酸
一个基因一条多肽链
本世纪50年代，
Yanofsky 有些蛋白质不只由一种肽链组成，如血红蛋白 和胰岛素，不同肽链由不同基因编码，因而又 提出了“一个基因一条多肽链”的假设。
3 、基因的顺反子（Cistron）概念
1955年，由美国本兹尔(Benzer)提出：
指编码一个蛋白质的全部组成所需信息的最
短片段，即一个基因。
基因是一个功能单位，其中的碱基序列是重
组和突变的结构基础。
一对同源染色体上两突变（a 和b）在同一染色体上时，为 顺式构型，
在两个染色体上时，为反式构 型；