遗传学课件

（1）拟等位基因的发现：
Oliver（1940），果蝇
野生型 （卵圆眼）
（突菱变形型眼）llszzy llsszz都Ylsz位ll于szzy YlzyX
染色体上27.2
lzy lzy ♀ ♂
lsz lzy × lsz Y
lsz
l
y z
×
lzy Y
F1：
（0.2%）
F1： 应该全是菱形眼，但是却意外发现了0.2%的野生卵圆形眼。
OFF
正调控：
激活蛋白
gene OFF
ON
诱导：
活性阻遏蛋白失活
诱导因子＋
非活性激活蛋白活性
阻遏：
失活阻遏蛋白活性
共阻遏蛋白＋
活性激活蛋白失活
1. 乳糖操纵元 （lac operon）
（1）乳糖操纵元的结构
DNA
PlacI
Plac Olac
lacI
lacZ
lacI
lacZ
RNA
lacY lacA lacY lacA
移动基因（跳跃基因）：转座子 断裂基因：内含子、外显子 重叠基因：同一段DNA不同的读码或终止方式，产生不
同的表达产物。一般常见于原核生物。
A
B
A
B
假基因：与正常基因序列高度同源，但是不表达。
4. 基因与性状表达 基因（DNA） mRNA 蛋白质
结构蛋白 酶蛋白
性 状
tRNA rRNA
表 代现
同一初级转录产物在不同细胞中以不同的方式切割 加工，形成不同的成熟mRNA c. 激素的调控作用
激素 双翅目昆虫唾腺染色体变化（唾腺染色体 疏松图式变化）
激素 + 受体转录因子磷酸化 d. 染色质的结构
3. 翻译水平的调控 （1）mRNA 加尾: 20 PolyA handreds of Poly A。 种子中mRNA加尾后才翻译。 （2）阻抑蛋白与 mRNA 结合 翻译受阻。 （3）蛋白质翻译后加工： a. 蛋白质折叠：蛋白质＋分子伴侣折叠 b. 蛋白酶切割： 末端切割： 原蜂毒（无毒） 蜂毒（有毒） 胰岛素的切割 信号肽的切割
AB
顺式（cis）－同侧，像“相引相” a b
Ab aB
反式（trans）－不同侧，像“相斥相”
步骤：
创建双突变杂合二倍体：
++
a1 a2 顺式
+ a2
a1 + 反式
注意：a1、a2 是基因产物相同或者相似的突变基因
有无互补作用？
a1、a2 等位基因
a1、a2 非等位基因
顺式：
++ a1 a2
Asn
N－联糖基化
d. 蛋白质内含子
Intein
Extein Intein
成熟蛋白质
有核酸内切酶活性
— 如果是回复突变：红眼果蝇应该是黄身、 分叉刚毛，或者灰身、直刚毛。
— 如果是在图示位置发生交换：红眼都是灰 身、分叉刚毛。
实验证明：红眼都是灰身、分叉刚毛，所以是基因位点内 部两个座位之间交换的结果。
（2）顺反测验
基因既然可以划分为不同的遗传单位，那么基因的界限
在哪儿？——顺反测验
概念 ：
（2）反式作用因子（蛋白质）调控作用：
a. 转录因子: 可与 RNA 聚合酶和/或启动子/增强子结合的蛋白 质，启动转录或转录延伸。包括转录激活子。反式作用因子
的功能结构域：
I. DNA结合结构域（DNA Binding Domain） 螺旋－转角－螺旋（HTH） 锌指（zinc finger）： 碱性亮氨酸拉链（bZIP）
胰岛素的切割
前体胰岛素 胰岛素原
胰岛素
信号肽： N-端疏水性强的氨基酸组成，与膜脂容易结合，
内质网膜运输。切除后蛋白质有活性。
多聚蛋白质的切割：
一个多肽链切割成多个功能蛋白质，如动物激素。
c. 蛋白质化学修饰：
乙酰基、甲基、磷酸基、糖基 N端、C端 或者侧链。
磷酸化：
糖基化：Ser、Thr O－糖基化
为什么？推断：
X27.2
i ii
回复突变：
等位基因“不等位”lsz：
l和zy
虽然都位于
这个基因位点（locus），但是，它们却处在不
同 重的组座：位（lsszite），基＋因内部不同座位之间发生
＋ 27.2 lzy
Oliver的两个学生设计了一个更巧妙的实验，证明了同 一个基因内部的不同座位之间可以发生交换，而且排除了突 变的可能性：
II. 转录活激活结构域（Transactivating domain）： 与RNA聚合酶或者其它转录因子结合，激活转录。
DBD：螺旋－转角－螺旋（HTH）
DBD：锌指（Zinc Finger）
DBD：碱性亮氨酸拉链（bZIAP）
wenku.baidu.com （3）其它 调控途径： a. mRNA 的降解：
3’ 非编码区 5’-UUUA-3’ 是 RNA 快速降解的标志。 b. 选择mRNA切割
Protein
乳糖阻遏物（单体、四聚体）
-半乳糖苷酶 渗透酶 乙酰转移酶
乳糖
葡萄糖＋半乳糖
增加乳糖的吸收 功能未知
（2）乳糖操纵元转录调节
cAMP-CRP Complex
转录被阻滞
RNA 聚合酶
Plac
被激活的乳糖阻抑物四聚体
Olac lacZ lacY lacA
乳糖
诱导物 （异乳糖）
失活的乳糖阻抑物-诱导物复合体
转录被诱导
Olac
RNA 聚合酶
Plac
lacZ
lacY
lacA
RNA
lacZ
lacY
lacA
Plac弱启动子，当体内葡萄糖缺乏时，cAMP并与cAMP 受体蛋白 (CRP) 结合成复合物, 再结合到图中的位置，可 使DNA发生900弯曲，转录效率提高50倍——正调控。
葡萄糖 cAMP合成 lacZ
弱化子：缺失导致转录水平上升的不依赖于σ因子的DNA序列，如果形 成发夹结构就可以作为一个高效的转录终止子。
前导RNA序列
(a) 正常
12
5’ trp mRNA trpL
34 寡聚U区
trpE
(b) 高 [Trp]
34
1
2
(C) 低[Trp]
转录终止
23
4
1
转录延伸
（二）翻译水平的调控
突变子（muton）：突变的最小单位。 重组子（recon）： 重组的最小单位。重组子作图。 i.e. 基因不是最小的（遗传）结构单位。
高等动植物的复等位基因
a1
A
a2 基因突变的多方向性：即同一个
a3 基因内部不同座位发生突变。
a4 如何判断是否是复等位基因？顺反测验－
3. 基因概念的发展：
野生型
gene1 gene2 野生型
反式：
+ a2 a1 +
突变型
gene1 gene2 野生型 突变型
DNA 转录 mRNA
mRNA
顺式：无论a1、a2 是否等位，都表现为野生型，因此在顺 反测验中只能起对照作用。
反式：顺反测验如果没有互补作用 a1、a2 等位基因 顺反测验如果有互补作用 a1、a2 非等位基因
谢
例1：人的镰形红血球贫血症
A (GAA, Glu)
S (GTA, Val) C (AAA, Lys)
例2 豌豆的圆粒与皱粒
豌豆：圆粒－皱粒 R－淀粉分支酶（SBE）基因正常，淀粉粒形成圆 粒豌豆。 r －SBE基因插入失活（0.8kb），蔗糖积累皱粒。
Beadle, G W & Tatum, E L ：“一个基因一个酶” “一个基因一个多肽”
2. 色氨酸操纵元
• 色氨酸操纵元的结构和色氨酸阻抑物的功能
trpR
Ptrp Otrp a 前导序列 前导肽
trpE trpD trpC trpB trpA
RNA
trpE trpD trpC trpB trpA
激活 Trp 阻抑物
色氨酸
色氨酸合成所需的酶
• 弱化作用——前导序列可以组成性转录。
弱化子： 前导RNA结构 重要性：使色氨酸转录抑制10倍。
第八章 基因表达与调控
第一节 基因的概念
• 经典遗传学：遗传物质的传递规律 • 分子遗传学（1953，Watson & Crick）：
基因的本质－化学、结构 基因的功能－基因表达、调控与性状表现 基因的变化－基因突变等
一、经典遗传学中基因的概念
功能单位：控制一个或者几个性状。
结构单位：染色体片段－基因位点（locus）与 染色体一起有丝分裂和减数分裂。 是突变最小单位：Aa 是交换最小单位：A－B
顺反子（citron） ：在顺反测验中没有互补作用的所有座位的
突变。是功能的最小单位。实际上相当于一个基因。
（3）基因的细微结构 T4噬菌体 rII区的细微结构 T4噬菌体染色体上有三个区段，决定三种快速溶菌类型： rI，rII，rIII (注意：第七章噬菌体作图时的r是T2的基因) Benzer（1950）对rII深入研究： 首先：获得了2000多个独立的突变株，估计有400~500个 突变位点。 其后：双重感染 E.coli B（同时），形成双突变杂合二倍 体，进行互补测验。发现突变体可以分为rIIA 和 rIIB二组：其中只有分别属于rIIA 和 rIIB的突变 体之间可以互补，而rIIA或者rIIB内部的突变体之 间没有互补效应 rII区有A、B二个顺反子。
最后：作连锁图 ： 双重感染
+ ry rx +
E.Coli B
+ rx ry +
+ ry
E.Coli B
所有基因型噬菌斑
rx +
rx ry
E.Coli K12() 野生型噬菌斑
++
rx－ry重组值＝
2× E.Coli K12()噬菌斑数 ×100%
E.Coli B噬菌斑数
顺反子（citron）是功能的基本单位，但是一个顺反子内部 同的区段可以发生基因突变
1. E. coli 核糖体合成反馈抑制： 核糖体合成过量 核糖体与本身mRNA的 （1）UTR（5’非翻译区）结合或者 （2）Shine-dalgarno 序列（ AGGAGGU与rRNA互 补配对）结合。
2. 反义RNA： 与UTR或者Shine-dalgarno结合
翻译
二、真核生物基因表达的调控
TATA box
CAAT box
真核基因的结构示意图
加 Poly (A) 信号
（1）顺式作用元件（DNA）调控作用： a. 启动子：基因转录起始位点（+1）到上游100-200bp以内
一组具有独立功能的DNA序列，每个元件 7~20bp，决定转录起始点和转录频率。 b. 增强子：位于转录起始点上游（多数）、下游、内含子， 有的相距达 1 kb 的 DNA 序列，长度 20bp ， 与转录激活子结合，在合适转录因子存在时 表达某一基因，或通过竞争转录不同的基因。 c. 选择性启动子：有些真核生物的基因具有两个或两个以上 的启动子，用于不同细胞中表达。
yy aprapr splspl × ＋ w ＋ Y （黄身、杏黄眼、分叉刚毛） （ 灰身、白眼、直刚毛）
F1
y
♀
+
0
y ♂
apr + +w
1.5
apr +
spl X染色体
+
3.0
spl
由于apr 和 w都位于X的1.5位点，是等位基因。让该 F1自交，F2不应该有红眼个体出现。但结果却是出现了 0.1%的红眼：
一个多肽或多个多肽 生物性状。
局限性
第二节 基因表达的调控
基因表达的调控：
细胞、组织功能的分化 细胞的全能性与 不同发育阶段的分化。
不同环境
基因表达的时空调控。 一般表现两个层次：（1）转录水平
（2）转录后水平
一、原核生物基因表达的调控
（一）主要在转录水平调控：
负调控：
阻遏蛋白
gene ON
（2）DNA重排 基因从远离启动子的位置移到距离启动子近的
位置，从而启动转录。 （3）DNA甲基化（去甲基化）
5-mC —— CpG岛 N6-mA 7-mG
2. 转录水平的调控
加帽，转录起始
信号肽序列
1,、2、 3： 外显子 A、B ：内含子边界
UTR
5’
1A 2 B 3
3’
翻译起始
翻译停止 TAA/TAG/TGA
（一） 真核生物基因表达的调控机制要复杂得多 1. 基因组大得多： 重复序列 多个调节基因调控一个或多个结构基因 2. 基因分布在不同染色体 3. 复杂的染色质结构
（二） 几种调控机制 1. DNA的改变
（1）基因剂量与基因扩增： 蟾蜍（昆虫、鱼、两栖）：卵母细胞发育
rDNA 6002×106，临时扩增 4000 倍。 癌细胞中的致癌基因。
经典遗传学认为：基因是遗传上最小的结构与功 能单位，不能分割。是结构与 功能的统一体
二、分子遗传学中基因的概念
1. 基因的本质： （1）基因是特定长度和碱基序列的DNA片段 （2）核苷酸序列中蕴藏着遗传信息：
转录 DNA
翻译
mRNA
多肽
tRNA rRNA 无翻译产物
结构 基因
调节基因
2. 基因遗传结构的可分性