基因组结构与功能

四.转位因子
转位因子（ 转位因子（transposable element） element） 即可移动的
基因成分（可移动基因， 基因成分（可移动基因，movable gene
mob），是指能够 mob），是指能够 ），
在一个DNA分子内部或两上DNA分子之间移动的DNA片段。 在一个DNA分子内部或两上DNA分子之间移动的DNA片段。在 DNA分子内部或两上DNA分子之间移动的DNA片段 细菌中指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的 DNA片段（文献上有时形象地称其为是跳跃基因， DNA片段（文献上有时形象地称其为是跳跃基因，jumping 片段 跳跃基因 gene）。转位也是DNA重组的一种形式。 gene）。转位也是DNA重组的一种形式。 ）。转位也是DNA重组的一种形式
IR Transposase Gene IR
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发生形式： 发生形式： 保守性转座(conservative transposition) 保守性转座 复制性转座(duplicative transposition) 复制性转座
2、转座子转座
转座子(transposons) ——可从一个染色体位 转座子 可从一个染色体位 点转移到另一位点的分散重复序列。 点转移到另一位点的分散重复序列。 转座子组成： 反向重复序列 转座子组成： 转座酶编码基因 抗生素抗性等有用的基因
（一）转位因子的种类及特征 细菌的转位因子包括插入序列，转座子及可转座的噬菌体。 细菌的转位因子包括插入序列，转座子及可转座的噬菌体。 1.插入序列（ sequence,IS） 1.插入序列（insertion sequence,IS） 插入序列
TS IR
Transpcsase gene
IR TS
6.非编码序列>90%。 6.非编码序列>90%。 非编码序列>90% 7.功能相关的基因构成各种基因家族。 7.功能相关的基因构成各种基因家族。 功能相关的基因构成各种基因家族 8.存在可移动的遗传因素。 8.存在可移动的遗传因素。 存在可移动的遗传因素
一、基本概念
基因（gene） 基因（gene）
1个遗传基本功能单位 个遗传基本功能单位 一段DNA或RNA（病毒）顺序 一段 或 （病毒） 贮存有功能的蛋白质多肽链或RNA序列信息 序列信息 贮存有功能的蛋白质多肽链或 及表达这些信息所必需的全部核苷酸序列
基因的基本结构
、、、AGCCGACTATGTCGAAGCTT、、、、、、GCTTGACTATAAGACA、、、3 5’、、、AGCCGACTATGTCGAAGCTT、、、、、、GCTTGACTATAAGACA、、、3’ 、、、AGCCGACTATGTCGAAGCTT、、、、、、GCTTGACTATAAGACA、、、 、、、TCGGCTGATACAGCTTCTAA、、、、、、CGAACTGATATTCTGT、、、5 3‘、、、TCGGCTGATACAGCTTCTAA、、、、、、CGAACTGATATTCTGT、、、5‘ 、、、TCGGCTGATACAGCTTCTAA、、、、、、CGAACTGATATTCTGT、、、 转录调控区 贮存RNA或蛋白质结构信息区 贮存RNA或蛋白质结构信息区 RNA 转录终止区
三、染色体外的遗传物质———质粒 染色体外的遗传物质———质粒 （一）概念 1.质粒（plasmid） 质粒（plasmid） 是独立于许多细菌及某些真核细胞染 色体外共价闭合环状的DNA分子（ DNA分子 色体外共价闭合环状的DNA分子（covalant closed circular, cccDNA），能独立复制的最小遗传单位。 cccDNA），能独立复制的最小遗传单位。 ），能独立复制的最小遗传单位 2.质粒是双链的DNA分子，大小在1 200kb之间，和病毒不同， 2.质粒是双链的DNA分子，大小在1-200kb之间，和病毒不同， 质粒是双链的DNA分子 之间 它们没有衣壳蛋白（ DNA）。 它们没有衣壳蛋白（裸DNA）。
基因组（genome） 基因组（genome）
一套完整单倍体遗传物质的总和 1个配子（精子或卵子），1个单倍体细胞或1个病 ），1 个配子（精子或卵子）， 个单倍体细胞或1 毒所包含的全套基因，称为基因组。 毒所包含的全套基因，称为基因组。
生物体C值 基因组的大小通常以一个基因组的 生物体 值：基因组的大小通常以一个基因组的DNA 含量来表示。每种生物各有特定的 值 含量来表示。每种生物各有特定的C值。
IR Transposase Gene 有用基因 IR
五、细菌的限制—修饰系统 细菌的限制 修饰系统
细菌的限制细菌的限制-修饰系统是分别由特定的基因编码的限制酶 和修饰酶组成的二元系统。 和修饰酶组成的二元系统。 1.防御外源性DNA入侵。 1.防御外源性DNA入侵。 防御外源性DNA入侵 2.构成细菌种属和菌株之间交叉繁殖屏障，但又允许外 2.构成细菌种属和菌株之间交叉繁殖屏障， 构成细菌种属和菌株之间交叉繁殖屏障 源DNA有某些遗漏，利于物种进化。 DNA有某些遗漏，利于物种进化。 有某些遗漏 3.基因工程重要的工具酶。（350/400） 3.基因工程重要的工具酶。（350/400） 基因工程重要的工具酶。（350/400 甲基化酶 1.保护自身DNA不受限制酶切割（限制）。 1.保护自身DNA不受限制酶切割（限制）。 保护自身DNA不受限制酶切割 2.影响DNA分子构象，利于基因表达调控。 2.影响DNA分子构象，利于基因表达调控。 影响DNA分子构象
TS target site靶位点 靶位点 Transposase gene 转位酶基因 IR inverted repeated 反向（倒 反向（ 转重复顺序） 转重复顺序）
IS的形体图 IS的形体图
插入序列转座
插入序列(insertion sequences, IS)组成： 组成： 插入序列 组成 二个分离的反向重复(inverted repeats, IR)序列 二个分离的反向重复 序列 特有的正向重复序列 一个转座酶（ 一个转座酶（transposase)编码基因 编码基因
二.病毒基因组结构与功能特点 (一)DNA或RNA )DNA或 1种病毒基因组只是 1种病毒基因组只是1种核酸 种病毒基因组只是1
病毒核酸可以是ssDNA dsDNA或RNA分子 ssDNA、 （二）病毒核酸可以是ssDNA、dsDNA或RNA分子 （三）基因重叠 即同一段DNA可以编码2 即同一段DNA可以编码2种或以上的基因产物 DNA可以编码
（四）质粒的基本特性 1.自主复制 质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素的影响。 1.自主复制 质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素的影响。 复制调控系统由质粒上的复制起点（ori），质粒的rep基因和cop基因组成。 复制调控系统由质粒上的复制起点（ori），质粒的rep基因和cop基因组成。 ），质粒的rep基因和cop基因组成 Rep蛋白启动质粒的复制，cop基因本身或其表达产物可抑制复制作用， Rep蛋白启动质粒的复制，cop基因本身或其表达产物可抑制复制作用，从 蛋白启动质粒的复制 基因本身或其表达产物可抑制复制作用 而控制质粒的拷贝数。 而控制质粒的拷贝数。 2.质粒的不相容性 2.质粒的不相容性 利用相同复制系统的质粒不能共存于同一个细胞内。 利用相同复制系统的质粒不能共存于同一个细胞内。
（四）连续的和不连续的基因 (五)节段性基因 (六)单倍体基因组和单拷贝基因 (七)编码区>非编码区（95%/5%） 编码区>非编码区（95%/5%） (八)基因常常成簇排列 (九)不规则的结构基因
二、原核生物基因组结构与功能的特点
1.基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成。 1.基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成。 基因组通常仅由一条环状双链DNA分子组成 2.基因组中只有 个复制起点。 2.基因组中只有1个复制起点。 基因组中只有1 3.具有操纵子结构。 3.具有操纵子结构。 具有操纵子结构 4.结构基因无重叠现象 基因组中任何一段DNA 结构基因无重叠现象， DNA不会用于 4.结构基因无重叠现象，基因组中任何一段DNA不会用于 编码2种蛋白质。 编码2种蛋白质。 5.基因序列是连续的，无内含子结构。 5.基因序列是连续的，无内含子结构。 基因序列是连续的 6.编码区和非编码区在基因组中约各占50%。 编码区和非编码区在基因组中约各占50% 6.编码区和非编码区在基因组中约各占50%。 7.基因组中的重复序列很少 基因组中的重复序列很少。 7.基因组中的重复序列很少。编码蛋白质结构基因多为单 拷贝，但编码rRNA rRNA的基因往往是多拷贝的 拷贝，但编码rRNA的基因往往是多拷贝的 8.具有编码同工酶的基因 isogene） 具有编码同工酶的基因（ 8.具有编码同工酶的基因（isogene） 9.细菌基因组中存在可移动的DNA序列， 9.细菌基因组中存在可移动的DNA序列，包括插入序列和 细菌基因组中存在可移动的DNA序列 转座子。 转座子。
（三）质粒的功能 质粒的功能主要通过质粒本身携带的基因编码蛋白质表现出 携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型。 来。携带质粒的宿主细胞可表现出相应表型。 1.性质粒 1.性质粒 即雄性细菌F质粒，它本身转到F 宿主细胞时， 即雄性细菌F质粒，它本身转到F-宿主细胞时，使后 者变成F 改变宿主细菌性别。 者变成F+，改变宿主细菌性别。
PMB和COLEI是两个密切相关的复制调控系统，带有PMB和COLEI复制调控系统 PMB和COLEI是两个密切相关的复制调控系统，带有PMB和COLEI复制调控系统 是两个密切相关的复制调控系统 PMB 的质粒是不相容的。但它们与带有PSC101 P15A复制调控系统是完全相容的 PSC101或 复制调控系统是完全相容的， 的质粒是不相容的。但它们与带有PSC101或P15A复制调控系统是完全相容的， 可以共存于一个细胞内。不相容性使质粒能够很容易被克隆。 可以共存于一个细胞内。不相容性使质粒能够很容易被克隆。 3.质粒的转移性 在自然条件下， 3.质粒的转移性 在自然条件下，在些质粒可以通过细菌接合作用在细菌 细胞内传递。基因工程中常用的质粒载体缺乏转移所需的基因（mob基因 基因）， 细胞内传递。基因工程中常用的质粒载体缺乏转移所需的基因（mob基因）， 不能通过接合作用在细胞间传递，但可采用人工方法转化到细菌细胞中。 不能通过接合作用在细胞间传递，但可采用人工方法转化到细菌细胞中。
2.抗生素抗性 2.抗生素抗性
抗药性（ 抗药性（R）质粒使细菌产生抗生素抗性， 质粒使细菌产生抗生素抗性， 这种抗药性抗性基因也可以转移到缺乏这种抗药基因的细菌体 使之产生抗药性。 内，使之产生抗药性。
3.产生毒素的质粒 3.产生毒素的质粒 col质粒能产生大肠杆菌素因子 如col质粒能产生大肠杆菌素因子 colicin），杀死不含该毒素的亲缘细菌。 ），杀死不含该毒素的亲缘细菌 （colicin），杀死不含该毒素的亲缘细菌。 4.降解复杂的有机化合物作为能源质粒。 4.降解复杂的有机化合物作为能源质粒。 降解复杂的有机化合物作为能源质粒 5.产生限制和修饰酶。 5.产生限制和修饰酶。 产生限制和修饰酶
一.真核生物基因组结构与功能的特点
1.有一定的染色体数目，配子为单倍体，体细胞一般为双倍体。 1.有一定的染色体数目，配子为单倍体，体细胞一般为双倍体。 有一定的染色体数目 2.基因组大于原核基因组，结构复杂，基因数多，有多个复制 2.基因组大于原核基因组，结构复杂，基因数多， 基因组大于原核基因组 起始点，每个复制子大小不一。 起始点，每个复制子大小不一。 3.为单基因结构，转录产物为单顺反子。 3.为单基因结构，转录产物为单顺反子。 为单基因结构 4.含有大量重复序列 4.含有大量重复序列 5.断裂基因 断裂基因（ gene） 在真核类结构基因组中， 5.断裂基因（split gene） 在真核类结构基因组中，编码顺 序被许多称为内含子的非编码区分割成几段称之。即由外 序被许多称为内含子的非编码区分割成几段称之。 显子和内含子相间排列组成的具有镶嵌结构的基因。 显子和内含子相间排列组成的具有镶嵌结构的基因。