分子遗传学 第二章
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分子遗传学第二章
②．而蛋白质则不同： 而蛋白质则不同：
噬菌体、病毒、 噬菌体、病毒、细菌的蛋白质一般不存在于 染色体上， 真核生物染色体中有核蛋白组成。 染色体上，而真核生物染色体中有核蛋白组成。
E.coli
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1、DNA的一级结构 DNA的一级结构
DNA结构是由脱氧核糖核苷单磷酸 DNA结构是由脱氧核糖核苷单磷酸 结构是由 通过3’ 3’， 5’---磷酸二酯键连接而 通过3’， 5’--磷酸二酯键连接而 成的高聚物。 成的高聚物。
DNA 核苷酸
RNA 核苷酸
五碳糖： 五碳糖：脱氧核糖 碱基： 、 、 、 碱基：A、T、C、G
大连水产学院 遗传学第二章
五碳糖： 五碳糖：核糖 碱基： 、 、 、 碱基：A、U、C、G
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3．烟草花叶病毒的感染和繁殖： 烟草花叶病毒的感染和繁殖：
烟草花叶病毒简称TMV irus）。 烟草花叶病毒简称TMV （Tobacco Mosaic Virus）。 TMV的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种： TMV的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种： 的蛋白质外壳和单螺旋RNA接种 TMV蛋白质 TMV蛋白质 TMV RNA TMV RNA 烟草 烟草 RNA酶 RNA酶 不发病； 不发病； 发病 烟草 新的TMV； 新的TMV； TMV 不发病。 不发病。
第二节 核酸的化学结构
分子遗传学的内容
7/7/2021
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mRNA基因转录激活及其调节
• mRNA基因是蛋白质基因，在基因组中占据 绝大多数，由RNA聚合酶II转录，真核RNA 聚合酶II与十几种基本转录因子结合成转录 起始复合物，对蛋白质基因进行转录。基本 转录因子中只有TFII D可以和TATA盒结合. TFII D由TBP（TATA结合蛋白）和十几种 TBP相关因子（TAF）构成。真核基因调节 的三大要素是顺式作用元件 反式作用因子 和RNA聚合酶，它们通过DNA和蛋白质及 蛋白质和蛋白质的相互作用调节的转录。
• （1） DNase I超敏位点: 由于转录激活区组 蛋白部分脱落，产生DNase I超敏位点 。
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• （2）DNA 拓扑构像发生变化，DNA转录 时，RNA 聚合酶的前面是正超螺旋，后面 是负螺旋。
• （3） DNA碱基修饰变化 转录激活的基因 处于低甲基化状态。
• （4）组蛋白的数量、结构和化学修饰发生 变化
7/7/2021
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• 二、真核基因表达调节特点:
• （A） RNA聚合酶 原核生物只有一种RNA 聚合酶，真核生物有三种，分别转录不同的 RNA，RNA聚合酶II负责转录蛋白质的基 因 ，因此该酶最为重要 。
• （B） 活性染色质结构的变化 基因转录可 在染色质水平上调节，基因转录激活的染色 质在结构和性质上发生如下变化；
• 男性性别基因丢失九成 千万年后男人将消失! 澳大利亚国立大学的遗传学家詹妮?格雷夫斯教授 在近日的第15届国际染色体代表会议上发表讲话
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• 称，1000万年后目前现存的这种男人类型将 在地球上消失。3亿年前，当男性特有的Y 染色体产生之际曾含有1438个基因，但到目 前为止其中的1393个基因已经消失了，剩下 的45个基因也将在1000万年后消失。这就意 味着负责睾丸发育和男性荷尔蒙分泌的SRY
第二-四章 遗传的分子基础
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真核生物的结构基因
侧翼序列 （上游）
编码区
侧翼序列 （下游）
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外显子与内含子接头
• 割裂基因结构中外显子-内含子的接头区是一高 度保守的一致顺序，称为外显子-内含子接头。 • 每一个内含子的两端具有广泛的同源性和互补 性，5′端起始的两个碱基是GT，3′端最后的 两个碱基是AG，通常把这种接头形式叫做GTAG法则（GT-AG rule）。这两个顺序是高度 保守的，在各种真核生物基因的内含子中均相 同。
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四、基因表达的调控 • 真核生物基因表达调控是通过多阶段水 平实现的，即转录前、转录水平、转录 后、翻译和翻译后等五个水平。
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第五节 人类基因组计划
“人类基因组计划（human genome project ，HGP）”是20世纪90年代初开始的全球范围 的全面研究人类基因组的重大科学项目。 HGP是由美国科学家Dulbecco在1985年率 先提出的，旨在阐明人类基因组DNA 3.2×109 核苷酸的序列，发现所有人类基因并阐明其在 染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使 得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。
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（二）割裂基因
• 真核生物的结构基因是割裂基因（split gene） ，由编码序列（外显子，exon）和非编码序列 （内含子，intron）组成，二者相间排列。 • 每个割裂基因中第一个外显子的上游和最末一 个外显子的下游，都有一段不被转录的非编码 区，称为侧翼序列（flanking sequence）。
A
a1 a2 …
34
复等位基因（multiple alleles）
• 遗传学上把群体中存在于同一基因座上， 决定同一类相对形状，经由突变而来，且 具有３种或３种以上不同形式的等位基因 互称为复等位基因。
分子遗传学和分子诊断学
02 PCR技术
扩增基因片段
03 基因芯片
快速检测多个基因
● 05
第五章 分子遗传学在生物学 研究中的应用
基因编辑技术的 革命性意义
基因编辑技术如 CRISPR-Cas9在生 物学研究中具有重要 应用。基因敲除、基 因修饰和基因组工程 等技术为研究人员提 供了强大的工具，推 动了生命科学领域的 发展。
RNA干扰的生物学功能
调控基因表 达
RNA干扰参与基 因表达的调控过
程
生物学研究 作用
RNA干扰技术在 生物学研究中发
挥着重要作用
抑制病毒复 制
RNAi技术可帮 助抑制病毒在细 胞内的复制过程
表观遗传学的新领域
研究基因 组 DNA 修 饰
DNA甲基化和组蛋白修饰 等表观遗传学关键内容
染色质结构的变化
基因异常导致的疾病
02 癌症的早期筛查
发现肿瘤的早期症状
03 药物敏感性检测
根据个体基因差异定制药物用量
未来发展趋势
基因组学
为个性化治疗提供更多可 能
生物信息学
加速分子诊断学技术的发 展
未来发展展望
随着基因组学和生物信息学的快速发展，分子遗 传学和分子诊断学将迎来更广阔的发展空间。未 来可能出现更多基于分子水平的个性化治疗方法。
● 02
第2章 分子遗传学基础知识
DNA结构和功能
01 DNA的组成
由磷酸、糖和碱基组成
02 DNA的传递过程
包括复制、转录和翻译
03 重要性
是遗传信息的载体
RNA的种类和功能
mRNA
在转录过程中起关键作用
tRNA
在翻译过程中传递氨基酸
rRNA
与核糖体结合，参与蛋白 质合成
扩增基因片段
03 基因芯片
快速检测多个基因
● 05
第五章 分子遗传学在生物学 研究中的应用
基因编辑技术的 革命性意义
基因编辑技术如 CRISPR-Cas9在生 物学研究中具有重要 应用。基因敲除、基 因修饰和基因组工程 等技术为研究人员提 供了强大的工具，推 动了生命科学领域的 发展。
RNA干扰的生物学功能
调控基因表 达
RNA干扰参与基 因表达的调控过
程
生物学研究 作用
RNA干扰技术在 生物学研究中发
挥着重要作用
抑制病毒复 制
RNAi技术可帮 助抑制病毒在细 胞内的复制过程
表观遗传学的新领域
研究基因 组 DNA 修 饰
DNA甲基化和组蛋白修饰 等表观遗传学关键内容
染色质结构的变化
基因异常导致的疾病
02 癌症的早期筛查
发现肿瘤的早期症状
03 药物敏感性检测
根据个体基因差异定制药物用量
未来发展趋势
基因组学
为个性化治疗提供更多可 能
生物信息学
加速分子诊断学技术的发 展
未来发展展望
随着基因组学和生物信息学的快速发展，分子遗 传学和分子诊断学将迎来更广阔的发展空间。未 来可能出现更多基于分子水平的个性化治疗方法。
● 02
第2章 分子遗传学基础知识
DNA结构和功能
01 DNA的组成
由磷酸、糖和碱基组成
02 DNA的传递过程
包括复制、转录和翻译
03 重要性
是遗传信息的载体
RNA的种类和功能
mRNA
在转录过程中起关键作用
tRNA
在翻译过程中传递氨基酸
rRNA
与核糖体结合，参与蛋白 质合成
分子遗传学2讲述
10%
13%
11%
14%
氨 基 酸 分子量
数
（Da）
215
23,000
129
13,960
125
13,775
135
15,340
102
11,280
核小体的组成结构
二、染色体的高级结构
10nm的核丝（nucleofilament） 30nm 螺旋管（solenoid） 放射环模型（radeal loop model） 螺旋环模（MarsdenLaemmli,1979,Paulson.,1982） 放射环和螺旋环共存模型（Rattner和Lin，1985） 袢环模型（J.Painta和D.Coffey,1984） 螺旋折叠（helically folded）(Boy de Tour,Ey和
类核（nucleoid）。 支架 (scafford） 100个DNA环组成， 每个环长40Kb，13微米。 每200bp就有一个负超螺旋（=0.05）,即基因组中含 5%的负超螺旋。
超螺旋以两种状态存在： （1）自由状态的超螺旋，可在环内传递张力。 （2）超螺旋受到束缚，不能传递张力。
一、类核体的结构
第二章 遗传物质的存在方式
真核细胞生物（高等动植物、真菌）:染色体结构形式存在,染 色体由DNA和蛋白质组成,具有固定的结构、形态和数目。
原核细胞生物（细菌）：类核体（拟核体）形式存在，少量 结合蛋白，无固定形态，实质为一条高度折叠、盘绕的双链 DNA分子，原核细胞常含有类核体外的遗传物质——质粒。
E.coli含有的各种DNA结合蛋白
蛋白
结构
功能
含量/每细胞 相 当 于 其 核 基因 蛋白
HU
α 和 β亚基， 使DNA压缩、类核凝 4 万 个 二 聚 H2B
分子生物学重点完整版
第一章绪论1953年，Watson和Crick提出双螺旋模型。
1983年，美国遗传学家McClintock由于在50年代提出并发现了可移动的遗传因子而获得诺贝尔生理学奖或医学奖。
第二章染色体与DNA染色体组成：（1）组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4。
（2）非组蛋白（3）DNA（4）RNA染色体包装：①核小体：200bp左右DNA分子盘绕在H2A、H2B、H3、H4各两分子生成的八聚体外，H1位于核小体外。
7②螺线管：染色细丝盘绕成而成，每一个螺旋包含6个核小体。
6③超螺旋：30个30nm螺线管缠绕而成。
40④染色体：超螺旋圆筒进一步压缩。
5真核生物基因组特点：①基因组庞大；②基因组存在大量重复序列；③大部分为非编码序列；④转录产物为单顺反子；⑤断裂基因，有内含子结构；⑥存在大量顺式作用元件；⑦存在大量的DNA多样性，包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性；⑧具有端粒结构。
C值：生物单倍体基因组DNA的总量。
原核生物基因组特点：①结构简练；②存在转录单元；③有重叠基因。
DNA的一级结构：4种核苷酸的连接及其排列顺序，表示该DNA分子的化学构成。
DNA的二级结构：两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
①右手螺旋：A-DNA：与B-DNA比大沟变窄，小沟变宽。
每圈螺旋11个碱基对B-DNA：是大多数DNA的构象。
相邻碱基对平面之间的距离为0.34nm，即顺中心轴方向，每个0.34nm有一个核苷酸，以3.4nm为一个结构重复周期，双螺旋的直径为2.0nm。
②左手螺旋：Z-DNA：每圈螺旋含12对碱基，大沟平坦，小沟深而窄，核苷酸构象順反相间，螺旋骨架成呈Z字形。
DNA的变性：DNA溶液温度接近沸点或者pH较高时，DNA双链的氢键断裂，最后完全变成单链的过程。
复性是热变性的DNA经缓慢冷却，从单链恢复成双链的过程。
Tm值：DNA在260nm处吸光度最大。
将吸光度相对温度变化绘制曲线，吸光度增大到最DNA的解链温度（熔点）。
分子遗传学-2
在哺乳动物中，DNA甲基化与沉默基因相联系。一些 哺乳动物的基因处于沉默状态是由于其邻近的DNA序 列的甲基化所引起。事实上，哺乳动物基因组内大部 分区域正是通过这种方式被标记，并且通常在该区域 的DNA甲基化也就是异染色质所在区域。这是因为甲 基化的序列通常被DNA结合蛋白（如 MeCP2）所识 别，这些DNA结合蛋白可以募集组蛋白脱乙酰酶和组 蛋白甲基化酶，而这两种酶可以修饰邻近的染色质。 因此，DNA的甲基化能够标记随后异染色质所形成的 位置
2.3.7 常染色质基因表达的分子基础 （1）核心组蛋白对转录的作用 组蛋白H2A、H2B、 H3和H4是核心组蛋白，只有当DNA存在时它们才能 组装成一种有序的结构。组蛋白N端尾的修饰也可以 改变染色质的易接近性而影响基因的转录活性。组 蛋白N端尾部可被多种酶修饰，不同组蛋白末端修饰 的方式不同，这些修饰包括：乙酰化、磷酸化、甲 基化、泛素化、ADP糖基化等。不同修饰的组合与 基因的表达状况密切相关，又称组蛋白密码 （histone code）。这主要是因为修饰的核小体蛋白 改变了与其DNA的结合状态，使有些位点暴露，或 可与其它基因表达调控蛋白结合，改变基因表达状 态。
长期以来，国际生物界已对细胞寿命由染色体 端粒的长短决定已基本达成共识，因此近年对于 端粒与寿命、端粒与细胞癌变的机理研究正方兴 未艾。由简单序列组成的串联重复的DNA序列， 如5′…TTGGGG3′、5′…TnAGGG3′等等。端粒的 DNA序列虽然组成简单，但其DNA的复制方式却 并不简单 。 (3)着丝粒 是细胞分裂中期两条染色单体相互联结 的部位，该处为染色体的缩窄处，故又称为主缢 痕。着丝粒染色质既含有组蛋白和其他的蛋白质， 也含有DNA，而其DNA的序列是很特殊的，能够 促进与纺锤体的相互作用。
分子遗传学-第2章-基因组
福建农林大学 2012
第三节
真核生物基因组
福建农林大学 2012
3.1 概况
• 除非特别说明，真核生物基因组一般是指其核基 因组 • 真核生物基因组由多个 DNA 分子组成，每个皆 为双链线形分子 • 每个 DNA 分子皆与蛋白质结合，构成染色体， 染色体上有着丝粒结构，可以进行有丝分裂
福建农林大学 2012
福建农林大学 2012
细菌染色体与蛋白质结合形成环状结构域及超螺旋化
福建农林大学 2012
病毒的一 般结构
蛋白质壳体
双层酯被膜
蛋白质刺突
（2130个） 蛋白质亚基
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烟草花叶 病毒（TMV）
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2.2 组织结构
• 基因簇
指功能相关的一组基因按一定顺序成串排列的现象
• 断裂基因
指一个基因的编码序 列在 DNA 上是不连续 的，被一些插入序列 （一般无编码功能） 所隔开。其中编码序 列称为外显子，插入 序列称为内含子。 DNA 转录为 RNA 后， 内含子序列必须切除。
福建农林大学 2012
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编码 RNA 的基因和编码蛋白质的基因皆可能有内含子 高等真核生物中大多数基因有内含子，但低等真核生物 中有内含子的基因较少 已发现在原核生物和细胞器基因组中也存在内含子 关于内含子的起源，主要有两种观点：
fungi
protists
福建农林大学 2012
monera
protozoa
•生物进化从低等到高等，从简单到复杂，遗传信 息量不断增加。 •推论：基因组（C 值） 与遗传信息量应该是平行 的，也应该相应不断增大，二者是成正比的。 •从大的进化尺度看，这个规律是成立的；从小的 进化尺度看，在进化早期（低等生物进化阶段） 也是成立的，但在高等生物进化阶段显然不成立。
第三节
真核生物基因组
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3.1 概况
• 除非特别说明，真核生物基因组一般是指其核基 因组 • 真核生物基因组由多个 DNA 分子组成，每个皆 为双链线形分子 • 每个 DNA 分子皆与蛋白质结合，构成染色体， 染色体上有着丝粒结构，可以进行有丝分裂
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细菌染色体与蛋白质结合形成环状结构域及超螺旋化
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病毒的一 般结构
蛋白质壳体
双层酯被膜
蛋白质刺突
（2130个） 蛋白质亚基
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烟草花叶 病毒（TMV）
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2.2 组织结构
• 基因簇
指功能相关的一组基因按一定顺序成串排列的现象
• 断裂基因
指一个基因的编码序 列在 DNA 上是不连续 的，被一些插入序列 （一般无编码功能） 所隔开。其中编码序 列称为外显子，插入 序列称为内含子。 DNA 转录为 RNA 后， 内含子序列必须切除。
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编码 RNA 的基因和编码蛋白质的基因皆可能有内含子 高等真核生物中大多数基因有内含子，但低等真核生物 中有内含子的基因较少 已发现在原核生物和细胞器基因组中也存在内含子 关于内含子的起源，主要有两种观点：
fungi
protists
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monera
protozoa
•生物进化从低等到高等，从简单到复杂，遗传信 息量不断增加。 •推论：基因组（C 值） 与遗传信息量应该是平行 的，也应该相应不断增大，二者是成正比的。 •从大的进化尺度看，这个规律是成立的；从小的 进化尺度看，在进化早期（低等生物进化阶段） 也是成立的，但在高等生物进化阶段显然不成立。
分子遗传学第二章 基因
转座子与突变
玉米Ac-Ds转座子
转座的方式
反转录转座
Retrotransposons
切离转座
Cut and paste transposition
复制转座
Replicative transposition
ACCTTCAATGTGCCTGCCATGTATGTTGCTATCCAGGCTATGGCCGATGCCGAGGATATTCAGCCC CTTGTTTGCGACAATGGAACTGGGATGGTGAAGGCTGGTTTTGCTGGTGATGATGCTCCCAGGGC AGTATTTCCTAGTATTGTAGGTCGTCCCCGTCACACTGGTGTTATGGTTGGGATGGGCCAAAAAGAT GCTTATGTTGGTGATGAAGCCCAATCCAAGAGGGGTATTCTTACCTTGAAATATCCAATTGAGCACG GCATTGTCAGTAATTGGGATGACATGGAAAAGATCTGGCATCACACATTCTACAATGAGCTTCGTGTT GCTCCTGAAGAGCACCCAGTGCTTCTCACTGAAGCTCCTCTCAACCCTAAGGCCAACAGAGAAAA GATGACTCAAATCATGTTTGAGACCTTCAATGTGCCTGCCATGTATGTTGCTATCCAGGCTGTTCTC TCCCTGTATGCCAGTGGTCGTACAACTGGTATTGTGCTGGATTCTGGTGATGGTGTGAGTCACACT GTGCCAATCTACGAAGGGTATGCCCTCCCACATGCCATCCTCCGTCTGGACCTTGCTGGTCGTGAT CTTACTGATGCGTTGATGAAGACTCTCACTGAGAGAGGGTATATGTTCACCACCACTGCCGAACG GGAAATTGTCCGTGACATGAAGGAGAAGCTTGCATATGTTGCCCTTGACTATGAGCAGGAACTTG AGACTGCCAAGAGCAGCTCCTCTGTTGAGAAGAACTATGAATTGCCCGATGGACAAGTCATCACA ATCGGAGCTGAGAGATTCCGATGCCCAGAAGTCCTCTTCCAGCCATCTCTGATCGGAATGGAAGC TGCTGGAATCCATGAGACCACCTACAACTCTATCATGAAATGTGACGTGGATATCAGAAAGGATCTC TATGGAAACATTGTTCTTAGTGGTGGCTCAACCATGTTCCCTGGTATTGCTGACCGGATGAGCAAG GAGATCACTGCTCTTGCCCCAAGCAGCATGAAGATTAAGGTTGTGGCACCACCAGAGAGGAAGT ACAGTGTCTGGATCGGAGGATCAATCCTCGCATCCCTCAGCACCTTCCAGCAGATGTGGATTTCC AAGGGTGAGTACGACGAGTCTGGTCCATCTATTGTCCACAGGAAGTGCTTCTAAATTCTACAGCAG TGCTTTGATGGTGAGTTTTATTTCCATTTAGTTGGCTTTTCGTGTCATGTGTCATGTGAACTCAAAATT GGTTGAAGTGGAAAGTGTTGAGGTAGGATCACTGAAGGAGGGTATGATATTTTGGTCTTGATATGTC CTCTAGCTTTTCATCCGTGCGTGAGAGGCTTGCCTGTAGTTGTCCTCTGGATGTGGTGGGCAGAAA GCTGGTCCTCCAAAGTCCTTCCTCGGGTTGCATTATCTGTGGTTCAACCATTCCCTTCAGTAGGATG TTTGTAGCAGGAGAGTGATTGTGATGCTTTTTTTTTTATCCTTTCTTTTTTTTTTCTTTCTCTTCAATATT TGACGGTTTTTTTTTTTTCCCTGGGAACATTAATGTTAATAGCTATTGTATGAGAAAATTTTATGTTAGT GTCAGTTTGCGGTCATAAACTTTCTATGAAAACTATATTTAATCCAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAA
遗传物质的分子基础.
第二章遗传物质的分子基础一、DNA作为主要遗传物质的证据分子遗传学的大量直接和间接的证据，说明DNA是主要的遗传物质，而在缺乏DNA的某些病毒等中，RNA就是遗传物质1、间接证据从DNA含量、代谢、结构、染色体共有等方面均能间接证明遗传物质是DNA而不是其他物质2、直接证据（1）细菌的转化肺炎双球菌两种类型：光滑型(S型): SI 、SII 、SIII粗糙型(R型): RI 、RII 、RIII1928, Griffith首次将R II →S III ，实现了细菌遗传性状的定向转化。
被加热杀死的S III 型肺炎双球菌必然含有某种促成这一转变的活性物质1944 ，A very等用生物化学方法证明这种活性物质是DNA，该提取物不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酸酶的影响，而只能为DNA酶所破坏（2）噬菌体的侵染与繁殖1952, Hershey等用同位素32P和35S分别标记T2噬菌体的DNA与蛋白质（3）烟草花叶病毒的感染和繁殖1956, Frankel-Conrat，Singer 的实验：RNA接种到烟叶→发病RNARNA酶处理RNA→不发病TMV蛋白质：接种后不形成新的TMV →不发病说明在不含DNA的TMV中RNA就是遗传物质二、核酸的化学结构核酸的构成单元是核苷酸，是核苷酸的多聚体每个核苷酸包括三部分：五碳糖、磷酸、碱基两个核苷酸之间由3’和5’位的磷酸二脂键相连两种核酸的主要区别：DNA：脱氧核糖，A、C、G、T，双链，分子链较长RNA：核糖，A、C、G、U，单链，分子链较短1、DNA的分子结构1949-1951,Chargaff对多种生物来源的DNA的碱基成分的精密分析，发现DNA中:A=T，G=C，A+G=C+T说明碱基A与T之间、G与C之间存在互补配对关系，称为查尔格佛法则（Chargaff’s rule）1953，Watson和Crick根据：查尔格佛法则(碱基互补配对的规律)和对DNA分子的X射线衍射结果，提出了著名的DNA分子双螺旋结构模型。
分子遗传学2(1w)
表8－3 不同真核生物中内含子—外显子的组织。酿酒酵 母很少有被打断的基因，基因长度与mRNA长度一致。高 度真核生物基因大小逐步加大，但mRNA大小保持恒定。 一般基因大小与内含子数量成正比例
与外显子含量成反比
物 种
酿酒酵母 线虫
基因平均长度(kbp) 平均内含子/基因 平均mRNA长度
1．5 4 >95％不被打断 3--4 1．5 3
因此C值悖理可以用很多真核生物基因组中主要是非编 码DNA来解释。非编码DNA可能是重复DNA或单一顺序DNA。 基因组的复杂性(complexity)由单一顺序DNA的总和来定 义，可以用物理单位(参见碱基对、皮克)或更经常是总基 因组的百分比来表示。 重复DNA的存在最早是通过复性动力学被发现并部分 解释了C—值悖理。同一门类中C—值的差异主要反映了对 基因组复杂性没有贡献的重复顺序DNA的含量的差异。当 将重复顺序DNA考虑在内时，在有类似生物复杂性的物种 间仍存在基因组大小的不一致性，特别是在一群单细胞有 机体中间进行比较时。
在一个特定的实验中，C0是已知的，C是可以测定的，如C/C0对 C0t作图可以得到下图的曲线，称为Cot 曲线(见图5—4)。
当C/C0=0.5 即复性反应完成一半时(t1/2)
的Cot 值定义为 C0t1/2
当条件一定时：
C0t ½的大小与DNA的分子量及复杂性有关
（1）C0t ½越大，表示复性速度 越慢，DNA的分子量越大 DNA总量一定时，基因组越复杂，任何特定顺序的 拷贝数就越少。 例如，DNA起始总量为12pg，一种细菌基因组大小为 0.004pg,则它的各种顺序有：12/0.004=3000拷贝。另一种 真核生物基因组大小3pg, 12/3＝4拷贝。尽管测得的 Co绝 对量相同12pg （核苷酸mol/L）。而事实上后者各顺序的 浓度比前者低了3000/4=750(倍) 。要使该真核生物基因的 拷贝数也达到3000,则要多加750倍的DNA.因此,该真核生 物DNA复性反应的C0t ½是细菌DNA反应C0t ½的750倍。
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复，则红色小眼的数量显著减少，复眼呈长形，
故称为棒眼。 随着16A区段重复数目的增多，红色小眼数越少。 除了剂量效应外，在棒眼基因(B)重复次数相同但 位置不同时，也表现出不同的表型效果。
W Ww Red eye
（W>w in euchromatin）
w
Epigenetics !
W
Why ?
Ww white eye
Position effect果蝇唾腺
Ｘ－chromosome
16A Wild type
Sturtevent
780个
Duplication
385个 Dosage effect
68个
Position effect
45个
Bar eye
剂量效应和位置效应
果蝇的棒眼(bar)遗传，剂量效应非常明显。 野生型果蝇的每个复眼由779个红色小眼组成， 呈椭园形，如果X染色体上的16A区段发生了重
（W gene be silenced w in heterochromatin）
Position effect
2.2.2. 拟等位基因概念的提出 （pseudo alleles）
A a1 Multiple alleles a1 a2 a1a1 × a2a2 A a2 a3
a1a2 ( no wild type )
Allele 具有相对差异的DNA区域 TAAAGTAAT TAAAGCAAT
全同等位基因 (hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱmoallele) 非全同等位基因 (heteroallele)
全同等位基因 在同一基因座位(locus)中，同一突变位点（site） 向不同方向发生突变所形成的等位基因( homoallele )
site W.t A Mut a1
Diplococcum pneumonice DNA as genetic material
Jacob & Monod • 1955. S. Benzer
Escherichia coli E. coli T4 phage
Lactose operon Cistron
顺反子假说（Theory of cistron）
2.2.7. DNA 是主要的遗传物质
• DNA is a main genetic material ▲ 1928 Griffith O.T
RII
1944
DNA SIII
Avery
▲ Hershey
lambdar phage cycle DNA double helix
▲ Watson & Crick
ATTCTGAGCT ATTCGGAGCT
Mut a2
ATTCAGAGCT
Gene locus
Mut a1
× Mut a2
ATTCGGAGCT
ATTCAGAGCT (mut2)
ATTCGGAGCT (mut1)
ATTCAGAGCT
非全同等位基因；在同一基因座位（locus）中，不同突变 位点（site）发生突变所形成的等位基因。( heteroallele )
• Cistron 是基因的同义词 • 在一个顺反子内，有若干个突变单位 突变子(muton) • 在一个顺反子内，有若干个交换单位 交换子（recon） • 基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割的 最小的遗传单位 three in one one in one • 基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换 • pseudo alleles 是基因内的突变体 • mut1 X mut2 W.t 是基因内发生交换的结果 • cistron 概念的提出是对经典的基因概念的动摇 是对pseudo alleles概念的修正
2.3.4. 等位基因（Allele, Allomorph）概念的发展
Allele 同一座位存在的两个以上不同状态的基因, 其总和称 之为复等位基因（multiple alleles）（A, a1, a2..） Pseudo allele
?
非全同等位基因!
DNA多型性检测技术的发展 ( RFLP, RAPD )
• 亲代传给子代的是遗传因子(A,a….)
• 遗传因子在体细胞内成双(AA,aa) 在生殖细胞内为单（A,a） • 杂合子体细胞内具有成双的遗传因子(Aa) • 等位的遗传因子独立分离 • 非等位遗传因子间自由组合地分配到配子中
否定了 提出了
Hypothesis of the Pangenesis Law of segregation Law of independent assortment
空间，调控密码 (key & lock) 简并(degeneration) trans 1 cis 1 trans 2 trans 3 cis 1 cis 2 cis 3
• DNA作为遗传物质的优点 (自然选择的优势)
★ 储存遗传信息量大 1kb DNA序列 ★A / T, C / G 互补 41000 种遗传信息 复制, 转录 遗传稳定 ★ 核糖的2’ – OH 脱氧 ★ 可以突变 在水中的稳定性高于RNA
But !
W in Drosophila wwa w-wa
×
red eye (w.t) white eye (mut) amygdaloid eye (mut) w-Y
?
XwY Xw- Y XwaY
1/1000 W.T red eye
XwXwa
Xw- XwXw- Xwa
Pseudo Alleles
紧密连锁 （交换率极低） 功能相同 （表型相似）
A1 a1 a2 A2 A1 A2 a1 a2
w.t
Mut.
拟等位基因(pseudo alleles)是表型效应相似，功能密切相关，在染 色体上的位置又紧密连锁的基因。它们象是等位基因，而实际不
是等位基因。
2.3.3. Theory of cistron (S.Benzer 1955)
Nucleic Acid (NA)
Polynucleotide chain (poly Nt)
Nucleotide (Nt) basic unit Mono-phosphate (Mp) Nucleoside (Ns)
Deoxy-ribose ( Ribose ) Base Purine (pu) Aderine (A) Guanine (G) Pyrimidine (py) Thymine (T) Uracil (U) Cytosine (C)
(Lactose operon 1961. Jacob, Monod )
I P O Z Y A
Lac. Operon
Lactose
z
y
a
生物体性状的表现往往具有上位性互作的遗传效应
• 某一基因功能的表现
是若干基因组成的信息表达的整体行为
• one gene → one enzyme
tDNA, rDNA, polymer
顺反子理论 Theory of cistron
(S.Benzer 1955)
对经典的基因概念的 第一次重要修正与发展
• 1941. Beadle & Tatum Nuraspora crassa One gene ----one enzyme
•1944 Oswald Avery (Canada)
理论基础
• 基因是 (Three in one) ；
(1926 T. H. Morgan)
功能(functional unit) 突变(mutation unit) “三位一体”的
最小的 不可分割的 遗传单位
交换(cross-over unit)
基本的
2.2. 基因概念的演变与发展
2.2.1. 基因的位置效应
II类
内, 外(信号分子) 结合信息 Helix , Nt seq…. aa base specific binding
• 遗传信息存在于模版链 的一级结构上
• 三联体密码 • 简并(degeneration) Wobble Iso-acceptor
三维空间结构/ DNA序列 (IR, Box, paracodon…)
DNA编码两类遗传信息
I类；DNA seq. RNA seq. (codon)
aa seq.
protein
phenotype (central dogma) II类；特定DNA seq. + 特定蛋白质/ 核酸结合
基因表达的指令
gene on / off
I类
• 内在信息 • ORF only • expression by DNA RNA protein
site W.t A Mut a1 Mut a2 site
ATTCTGAGCT ATTCGGAGCT ATTCTGAGAT
Gene locus
Mut a1 × Mut a2
ATTCGGAGCT ATTCTGAGAT
ATTCGGAGAT (mut) ATTCTGAGCT (W.t)
2.2.5. 操纵子理论
★ trans action factor
Affects the activity of any gene located on genome by its translated product. 通过扩散自身表达产物（酶，调节蛋白） 控制其他基因的表达 可转录，可翻译调节蛋白的DNA功能区
可通过互补测验体系确定其功能区域
1864-1933
奥地利 维也纳农业大学
同时发现并证实 Mendel 的两大规律 Law of segregation Law of independent assortment
Walter S. Sutton “The Chromosome in Heredity” (1903) • 二倍体生物减数分裂后每个配子仅接受成对染色体中的一个 • 假定基因是染色体的一部分 第一次将遗传学和细胞学科学地结合起来 为Mendel遗传规律的解释提供了细胞学证据