第二章 基因的概念与结构(2)断裂基因

重 叠 基 因
可变剪接
早期内含子模型：编 码的序列需要精密重 组，重组失败，则细 胞损伤。RNA的剪接 为了利用转录出的新 链的尝试，如果不成 功还可利用原来的链。 则RNA缺失时不产生 损害性后果，但若 DNA缺失，则会产生 损害性的不稳定性。
与之相反的例子。无论内含子存在与否，我 们仍能发现一些rRNA 和tRNA基因的可变剪 接。似乎进化不能将基本基因连接在一起， 最大可能就是连续的基因中插入内含子。
这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显 子、内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于 蛋白质的表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大 部分新近添加的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表 面。
思考
• • • • • • 1、 Interrupted gene 2、 Overlapping gene 3、 Alternative splicing 4、 Intron 5、 Exon 6、 Southern blotting
一些例子证明在基因结构和蛋白质结构之间 有着清楚的关系。免疫球蛋白就是其中一个 最典型的一例，编码此基因的每个外显子与 蛋白质的一个已知功能的结构域完全一致。
很多例子表明基因的某些外显子可以通过特 殊的功能而被鉴定出来，如在分泌蛋白质中， 它的第一个外显子编码多肽的N端区域，通 常是参与膜分泌的信号序列，胰岛素就是其 中一例。
目前我们认为，基因包括基因两侧的调控区 域，这个调控区域为起始和终止（某些情况 下）基因的表达需要。
由断裂基因组成的DNA序列被分成两个部分： 外显子的序列包含在成熟RNA中，精确地说，基因 起始于一个外显子的5`端，终止于另一个外显子的3` 端。 内含子是插入序列，在初始转录物加工成成熟RNA 时被除去。 断裂基因与非断裂基因相比，其表达需要一个额外 的步骤。DNA转录成的RNA代表基因组序列。但这个 RNA只是一个前体分子，它不能翻译成蛋白质。它首 先要去除内含子，形成只含外显子的信使RNA，这个 过程称为RNA剪接（RNA splicing）。剪接过程包括内 含子从初始转录物中精确除，内含子去除后形成的 RNA的两个末端连接在一起形成一个完整的共价分子。
大多数基因由一条DNA序列组成，这个DNA序列 只编码一种蛋白质（尽管基因两端可能包含非编码 区域或编码区内含有内含子），但是，也存在 DNA单条序列编码一种以上蛋白质的情况。 重叠基因（overlapping gene）发生在相对简单的 情况下，其中一条基因是另一条基因的一部分，基 因的第二部分（或第一部分）独立地用来翻译一种 蛋白质，这种蛋白质代表整条基因翻译出的蛋白质 的第一（或第二）部分。
只有在已知 DNA功能或已 经鉴定出突变 的情况下才能 得到该DNA的 限制性酶切图 谱？
内含子通常不具备可读框，去除内含子后mRNA序列 才会产生一个完整的读框。 所有种类的基因都有可能被打断，如编码蛋白质的核 基因、编码rRNA的核仁基因和编码tRNA的基因。在 低等真核生物的线粒体和叶绿体基因中，我们也发现 了断裂基因。断裂基因并非只存在于真核生物中，也 存在于细菌和噬菌体中，尽管在原核生物基因组中发 现断裂基因的概率非常低。
直接影响蛋白质序列的突变位于外显子中， 那么内含子中的突变有什么作用呢？内含子 的突变会不会影响蛋白质序列？
既然内含子不包含在信使RNA中，那么它们发生突变 就不会直接影响蛋白质的结构。但是内含子的突变却可以 抑制信使RNA产物的生成，比如抑制外显子的剪接。这种 类型的突变只作用于携带该基因的等位基因，因此，它们 不能被等位基因中的其他突变所互补并且像外显子一样是 同一互补组的组成成分。 影响剪接的突变通常是有害的。这种突变大部分是在 外显子和内含子的连接处发生单个碱基的臵换，这样就导 致产物中外显子的丢失和内含子的不切除，或使在异常位 点发生剪接。最通常的结果是产生一个终止密码子，从而 导致蛋白质序列的截短。引起人类疾病的约15%的点突变 是由剪接的破坏而引起的。
• 1、什么是染色体步移，染色体步移技术 可应用于哪些方面？ • 2、你倾向于早期内含子模型还是晚期内 含子模型？请说明理由，并给出相反模 型的论据的合理解释。
断裂基因仅存在 于真核生物中吗？
外显子序列保守而内含 子序列变化多端是由于 外显子和内含子中发生 突变的概率不同的结果？
外显子捕捉技术 分离基因
外显子捕获(exon trapping) 是构建 一种载体，从其插入片段中识别 和回收外显子序列，从而克隆目 的基因。凡是有内含子和外显子 的基因在转录后都要经过RNA剪 接，这就需要有剪接供体(splicing donor，SD)位点和剪接受体 (splicing acceptor，SA)位点。因此， SA位点可作为基因的标志。 pETV—咀载体的克隆位点上游有 一个“外显子捕获序列”(exon trap cassette)，可用来识别载体的 插入片段中有无SA位点。
如果目前的蛋白质是由最初分开但后来组合在一起的 祖先蛋白质进化而来，那么基因单位的增长可能经过几个 连续的时期，一次增加一个外显子。在现在的基因结构中 能观察到基因的不同功能被拼凑在一起的现象吗？即，我 们能将目前蛋白质的特殊功能等同于单一外显子吗？ 这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、 内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的 表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加 的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。
第二章（2） 断裂基因
在真核生物基因的分子图谱完成之前，我们一直设 想真核生物基因与原核生物基因有着相同的组织结 构，我们认为构成基因一定长度的DNA和蛋白质 之间呈线性关系，但是比较了DNA结构和相应的 mRNA之后，我们发现在很多情况下两者之间存在 差异， mRNA总是包含着这样一段核苷酸序列，这 段序列按照遗传密码原则编码相应的蛋白质产物， 而基因中则含有额外序列，它位于编码区域内，并 且打断了最终翻译成蛋白质的序列。
基因的长度由初始RNA前体的长度决定， 而不是由信使RNA决定。外显子（exon） 通常按照DNA中的相同排列顺序连接在一 起。 所有的外显子都来源于相同的RNA分子， 它们的剪接只是一种分子内反应。通常不 存在不同RNA分子之间的外显子的连接， 因此从剪接机制上排除了任何不同等位基 因序列之间的剪接。若基因中位于不同外 显子的突变不能由另一个突变互补，则把 它们视为相同互补组中的成员。
• 1、断裂基因仅存在于真核生物中。 • 2、内含子的突变不会影响蛋白质序列。 • 3、内含子的位置通常是保守的，而内含 子的长度变化很大。 • 4、外显子序列保守而内含子序列变化多 端是由于外显子和内含子中发生突变的 概率不同的结果。 • 5、基因长度与mRNA长度或蛋白质产物 长度之间并不相关。