第3节 单一顺序和重复顺序

等位小卫星DNA是指小卫星中含有的重复序列数目 相同；反之，不等位小卫星DNA是指小卫星中含有 的重复序列数目不同。
卫星小卫星 微卫星DNA之间的基本差异
卫星DNA ： 基本单位长度 171 bp 小卫星DNA：基本单位长度15-65 bp
微卫星DNA：基本单位长度2-8 bp
人类Vห้องสมุดไป่ตู้TRs的第一个探针
五. 高度重复顺序
• 卫星DNA (satellite DNA) • 隐蔽卫星DNA(cryptic satellite) 自私 DNA（selfish DNA） 伊甸园 DNA (Garden of Eden DNA） • 小卫星 (minisatellite ) • 重复序列可变数（variable number tandem repeat VNTRs） • DNA指纹（DNA fingerprints）
有一些比较复杂的卫星DNA据推测可能是从简单的 短序列重复发展变化而来的。
一般这些序列中的GC含量与其 他的主体DNA不同（例如小鼠 中为30%，低于其主体DNA的 42%GC含量）。所以在进行氯 化铯密度梯度超离心时，这些 DNA由于密度小，会与主体的 DNA带分开而出现在上面，所 以称为卫星DNA。
基因簇（gene cluster）：基因家族中的各成员 紧密成簇排列成大串的重复单位，定于染色体的 的特殊区域。 基因簇少则可以是由重复产生的两个相邻相关基 因所组成，多则可以是几百个相同基因串联排列 而成。他们属于同一个祖先的基因扩增产物。 也有一些基因家族的成员在染色体上排列并不紧 密，中间还含有一些无关序列。但总体是分布在 染色体上相对集中的区域。
着丝粒
基因
LINE
基因
VNTR 基因 SINEs
基因
VNTR
LINE
rDNA
核仁形成区
图 10－37(a)真核生物染色体上的各种重复顺序和结构元件
基因和 基因相 关顺序 编码顺序 (20－30％) (< 10%) 人类基因组 (3×109bp) 基因以 外非编 码顺序 (70-80%)
非编码顺序 ( > 90%)
• • • • • • 1985年由Alec Jeffries制备 在肌红蛋白基因的第一个内含子中 分离出132bp的重复顺序 内含4个长33bp的重复单位 内有13bp为核心顺序 （GGAGGTGGGCAGG）
L1 家族
• 长6500bp左右 • 称为长的分散因子（long interspersed elements, LINEs） • 在基因组中约6万个拷贝 • 由RNA多聚酶II转录的。 • 属于一种转座因子
也有的卫星DNA密度比主体DNA密度大，出现在
主体DNA的下面。
隐秘的卫星DNA是指与主体DNA的密度类似，使
用氯化铯密度梯度超离心不能分开的高度重复
序列，但是可以通过其他的方法将其分离出来。
人们开始时认为这些高度重复的DNA序列没有什么
功能。近来发现与DNA复制、基因表达的调节、基 因的转位、减数分裂时染色体的配对等过程有重 要关系。
回文结构的意义： 1）是限制性内切酶的识别位点。 2）具有调节基因的表达作用,如色氨酸操纵子的 前的弱化子。 3）转录终止时的识别结构。 4）有利于稳定RNA的结构和行使功能。
5）基因工程中DNA序列的方便操作。
三. 轻度重复顺序和中度重复顺 序
• 轻度重复顺序 在基因组中含有2-10拷贝 ， 酵母tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。 • 中度重复顺序 长约300bp 基因组中约有10-几千个拷贝的顺序 如rRNA和tRNA基因 tRNA基因一般都分布于基因组中，而 rRNA常集中分布于核仁形成区。 •
书 临 汉 字 翰 林 书
画 上 荷 花 和 尚 画
在高度重复序列中，有一种是反向重复序列，也 叫回文结构；长度不等，从几个核苷酸到几百个 核苷酸等。
这种反向重复序列在基因组中很多，据推测可
能与基因的复制、转录等调控有关。 与DNA结合的蛋白质多以二聚体的形式结合，这 时会发现结合位点的DNA多具有回文结构的特点。
H3
H4
H2A
H2B 4800bp
H2B
H2A
H4 9000bp
图例：
图 10-31 组蛋白基因簇的重复单位 基因； 间隔区； 转录方向
δ
ψδ ψα ψα α 2 α 1 θ
ε
Gγ A γ
ψβ
δ
β
图 10-30 人 类 血 红 蛋 白 的 α 和 β 基 因 簇
晚期胚 ψ 小鼠
早期胚 β ho β
第三节
单一顺序和重复顺 序
一. 单一顺序 (Unique sequence ) 二. 重复顺序 短片段的重复顺序可分为三种类型： （1）正向重复(direct repeats)又叫顺向重复； （2）反向重复(inverted repeats) ； （3）回文顺序 (Palindromic sequence) 5‘ GTGAGCTCAC 3’ 3’ CACTCGAGTG 5’
族更长（如人KpnⅠ顺序长6.4kb），而且更加不
均一，呈散在分布，属于中度重复顺序的长分散 序列。 KpnⅠ家族的拷贝数约为3000－4800个， 占人体基因组的1％ 。
Hinf家族：这一家族以319bp长度的串联重复存 在于人体基因组中。用限制性内切酶HinfⅠ消 化人体DNA，可以分离到这一片段。Hinf家族在 单位基因组内约有50－100个拷贝，分散在不同 的区域。319bp单位可以再分成两个亚单位，分 别为172bp和147bp,它们之间有70%的同源性。
NTS
NTS
TS
18s
TS 5.8s TS
28s
TS
图 10.29 非洲爪蟾 rRNA 基因的串联重复排列 TS：可转录的间隔(spacer)顺序 NTS：不可转录的间隔顺序
H1 海胆(R) 海胆(S) 海胆(L) H1 果蝇 H1 蝾螈 H3
H4
H2B
H3
H2A 6000bp 6540bp 7240bp
不同的基因家族中成员的数目不等，功能也各异。 基因家族的成员有的位于同一条染色体上，串联 在一起，而有的分散在不同的染色体上。 如果有的成员因为变异而失去了原有的功能， 或不能再进行表达形成有功能的产物，则称为 假基因。
典型的基因家族： 1．tRNA 基因 单倍体人基因组 中 1300 个 tRNA 基因，tRNA 基因簇； 2．rRNA 基 因 >l00copy．rRNA 基因簇(重复单元 28S、18S、 5.8s-rRNA) 3．组蛋白基因 30-40copy．定位：7q32q36 组蛋白基因簇(重复单位：H1，H2A，H2B，H3、 H4)。4．珠蛋白基因 α类：16p13，基因簇(24Kb)： 5‘-ζ-Ψζ-Ψα1-α2-α1-3’ β类：11p15，基因簇(60Kb)： 5‘- ζ-Gr-Ar-Ψβ-δ-β-3’。
高度重复是一种简单的重复序列，有的重复单 位不超过6 bp，但是重复的次数可以达到几十 万次之多，故称为高度重复序列，也叫做卫星 DNA。
卫星DNA：是高等真核生物基因组重复程度最高的 成分，由非常短的串联多次重复DNA序列组成，一 般占基因组的10%-30%。因为其序列复杂性不高， 所以有时称为简单序列DNA；卫星DNA以大的基因 簇分布（100-3000 kb），常位于异染色质的着丝 粒，可能在染色体的功能中起作用。
h1
成体 ψ h2 ψ h3 β 4 β
maj 1
β ψβ
min 2
β 3 ρ
β 1 β ε
兔 β H 鸡
kb 60
50 图 10-32
40
30
20
10
0
脊椎动物中的β -珠蛋白基因簇和假基因
四 Alu家族
• 长约300bp；Alu顺序也称为短的分散因子（short interspersed elements, SINEs）。 • 由RNA多聚酶III转录的。 • 在基因组中30 万个拷贝； • 在170bp处有一AluI 的酶切位点； • 由两个130bp的串联重复顺序组成； • 在二聚体的右半部有31bp插入序列，此插入 顺序来自7SL RNA。 Alu顺序有何应用价值？
在人基因组中Alu基因家族是一个中等重复序列， 长度在300bp左右，单倍体基因组中有30万份，分 散在各染色体上。 在170 bp处有一个限制性酶切位点Alu。基因组中 平均每5kb出现一次Alu序列，因此在基因的内含 子以及基因附近的序列中有许多。
Alu家族的每一个成员都很相似，由130 bp的
反向重复(Inverted repeats )：
同一个序列的两个拷贝在一个分子中以相反 的方向重复，相邻重复组成回文序列。
由反方向互补的两个DNA片段组成，两个反转 重复序列又叫回文序列(palindrome sequence)。呈两侧对称的序列，常存在于插 入序列和转座子两端的结构元件中。
正反相同
中度/高度 重复顺序 (20～30％) 单一/低度 重复顺序 (70～80％)
5'前导顺序，3'拖尾顺序 因突变而失去功能 假基因 加工假基因 基因片断(丢失了 5'和 3'端顺序，不能表达的基因) 短分散顺序(SINEs)―如 Alu 顺序 分散的重复顺序 (40%) 长分散顺序(LINEs) 卫星 DNA(长 100～5000kb) 成簇的重复顺序 小卫星 DNA(长 100bp～20kb,VNTRs) (60%) 微卫星 DNA(4bp,CA 重复)
串联重复组成，常见的是二聚体形式，在右半
部分的中部有一个31 bp的无关序列插在中间。 这个插入序列（IS）来自7SL（是信号识别蛋 白SRP的一个成分）。
31 bp IS
Alu家族的广泛存在说明其可能具有某种功能， 但是目前还不十分了解。
在小鼠体中有一种和Alu序列同源的序列叫做 B1家族，约有5万个成员。重复单位为130 bp，
图 10－37（b）人类基因组的序列
非重复序列 单 一 序 列 轻度重复序列
一个基因组中只有一个拷贝
一个基因组中有2-10个拷贝
DNA
中度重复序列
一个基因组中有10-几百个拷贝
高度重复序列
一个基因组中有几百-几百万个拷贝
卫星DNA
小卫星DNA12-100 bp
微卫星DNA1-5 bp
• 基因簇（gene cluster）：功能相关，紧密连锁 • 基因家族（gene family）：起源相同，结构功能相似 • 假基因（pseudogene） • 加工假基因（processed pseudogenes）。 有以下的特点： ⑴缺少正常的内含子； ⑵3’末端有多聚腺苷酸； ⑶5’端的结构和mRNA的5’端十分相似； ⑷两侧有顺向重复顺序的存在 。 对以上特点作何推论？ • 因此人们推测它似乎和mRNA一样经过了转录后加 工，因此也称其为加工假基因；
单一序列（非重复序列）：
基因在基因组中只有一个或几个拷贝，真核
细胞中占40%-70%。真核细胞的大多数基因是 单拷贝的，但是单一序列中只有百分之几的 序列是编码基因的。而原核基因组中，大多 数的单一序列是编码基因的。
正向重复：
正向重复(direct repeats)又叫顺向重复，
这种重复序列的方向是相同的。比如l噬菌体 的复制起点中的重复序列以及真核转座因子 Ty，copia的两端，插入序列，转座子的两端 的宿主序列以及端粒结构等
基因家族(gene family)：一组功能相似且核苷酸 序列具有同源性的基因。可能由某一共同祖先基 因经重复和突变产生。基因家族的特点：①基因 家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇 (gene cluster) 或 串 联 重 复 基 因 (tandemly repeated genes)，如 rRNA、tRNA 和组蛋白的基 因；②有些基因家族的成员也可位于不同的染色 体上，如珠蛋白基因；③有些成员不产生有功能 的基因产物，这种基因称为假基因。Ψa1 表示与 a1相似的假基因。
相当于Alu序列的一个单体，和Alu序列的同源
性为70%-80%。
KpnⅠ家族是中度重复顺序中仅次于Alu家族的第
二大家族。用限制性内切酶KpnⅠ消化人类及其它
灵长类动物的DNA，在电泳谱上可以看到4个不同
长度的片段，分别为1.2,1.5,1.8和1.9kb，这就
是所谓的KpnⅠ家族。KpnⅠ家族成员顺序比Alu家