第1章 基因组-基因组结构特征电子教案

不同物种的Dicer家族成员
假 基 因 (Pseudogenes）
定义: 来源于功能基因但已失去活性的DNA 顺序.
1) 重复假基因: 串接排列, 具有祖先基因的组成 特点, 具内含子和外显子,突变失活.
2) 加工假基因: 由RNA反转录再插入基因组中的 基因顺序, 无内含子.
3) 残缺假基因: 因不等交换使部分顺序缺失而失 去功能的假基因.
高胆固醇遗传病的机 制：胆固醇是细胞必 须的成分，由低密度 脂蛋白（LDL）颗粒转 运。LDL颗粒与细胞跨 膜受体蛋白结合，借 助胞内网格蛋白内吞 进入细胞。LDL受体 基因可因不等交换突 变成残缺假基因，因 失去功能使胆固醇阻 止在胞外，滞留在血 管引起高血压。
残缺假基因
无 效 假 基 因
高等动物中均含有编码L-古洛糖酸伽马内酯氧化酶(GULO)的基因，涉 及维生素C的合成。但在人类和黑猩猩中，GULO基因未加倍，但编码 序列发生了终止突变，产生无效蛋白。GULO无效假基因一直保留在 群体中未被淘汰，通常称其为单一假基因（ unitary pseudogenes ）。 The Journal of Biological Chemistry 269 (18): 13685–8 ，1994
人类和老鼠核基因组重叠基因
人类INK4a/ARF基因座含两个重叠基因:p14/ARF和p16/INK4a. 这两个基因分别由两个独立的启动子调控, 共享外显子2和3, p14/ARF含外显子1β, p16/INK4a 含外显子α.
基因内基因---线虫内含子中独立的基因
线虫基因组中一段30 kb的区段中含有8个基因，其中FGAM(甘氨酰胺合 成酶)基因长25 kb,有21个内含子。内含子9中含有一个独立的基因，内含 子11中含有4个独立的基因，基因内基因分别具有独立的外显子和内含子。
4) 单一假基因：由于点突变而失去功能的基因.
重复假基因
重复假基因: 串接排列, 具有祖先基 因的组成特 点, 含启动 子，内含子 和外显子,但 已突变失去 活性.
加工假基因
加工假基因: 由mRNA反转录再借助于细胞的逆转录机制插入基因组 中的基因顺序, 无内含子结构。全基因组范围分析人类基因组发现存 在19 724个假基因，与功能基因数目大致相当。这些假基因中约70% 属于加工假基因。 Genome Research 13:2559–2567，2006
第1章 基因组-结构特征
1) C值悖理 2) 基因组DNA的顺序组成 3) 顺序复杂性 4) 基因与基因家族 5) 真核基因组与原核基因组
C值 悖理
生物体的单倍 体基因组所含 DNA总量称为C 值。生物基因 组的大小同生 物的复杂性及 其在进化上所 处的地位无关， 这种现象称为C 值悖理(C— Value paradox)。
隔开基因
蓝细菌Synechocystis sp. PCC6803基因组中 编码DNA聚合酶III α 亚基的基因dnaE由两 个分开表达的区段组成， dnaE-n和dnaE-c, 位于 两条相反的DNA链的 不同区段。两个独立结 构的区段转录后翻译成 两段独立多肽链，经反 式剪接组成活性蛋白。
基因内基因--人类NF1基因第27内含子
经典遗传学: 决定表型的独立的遗传单位， 可在上下代之间传递。
分子遗传学: 由一段可转录的区域和调控区 域组成的DNA序列，表达单位。
Suzuki DT等,“An Introduction to Genetic Analysis”, 4th edit. , 2006
基因结构
分子生物学对基因的定义为：由不同的DNA片段共同组成的一个完 整的独立的表达单元，由调控区和转录区组成，有一个特定的表达 产物。表达产物可以是RNA分子，亦可为多肽分子。
假基因有没有功能?
有两层含义: 1) 相对于原来的功能基因而言,假基因已
失去正常功能。 2) 假基因可能产生了新的功能。
假基因也能转录，但功能缺失
1) 随着基因组数据的积累, 现在已知有不少假 基因仍然保持转录活性, 特别是起源于重复 基因的假基因和获得启动子的加工的假基 因。
2) 假基因的表达产物已失去原有功能, 如产生 残缺蛋白质。
含3个独立表达的基因
人类神经成纤维细胞瘤1(neurofubromatosis1)基因编码 GTPase 的激酶, 是致癌基因RAS的负调控因子, 长350 kp, 60个内含子, 蛋白质产物2839 aa. 27号内含子编码3个独 立表达的基因.
多重可选启动子基因
果蝇求爱基因(fru)有4个启动子:
Baidu Nhomakorabea
基因组DNA的顺序组成
1) 单一顺序: 基因组中只有单拷贝的顺序,分散 分布;
2) 中度重顺序: 拷贝数在1-10万, 长度50-1000bp 在基因组中分散分布;
3) 高度重复顺序: 集中分布，串接排列, 拷贝数 达数百万, 离心时形成卫星带.
不同物种基因组DNA顺序组成
什么叫基因?
1) “gene”一词的出现: 1905年, Johson首次提出. 2) “gene”一词的中文翻译最早出自谈家桢先生. 3) 基因的定义 (Genetics Glossary):
基因的 多重可选
启动子
果蝇求爱基因(fru)
有4个可选启动子，
14个外显子。在雄
性个体和雌性个体
中启用的启动子不
同，转录产物的加
工也不同。有共享
外显子，也有不同
外显子。
Dros. Info. Service 84:65-66，2001
基因家族
同一物种或不同物种中来自一个共同的祖先, 因 加倍趋异而产生的一组具有相似顺序组成的 基因成员: 1) 具有氨基酸顺序相似性; 2) 具有相同的功能域。
特殊结构基因
1) 重叠基因（overlapping gene） 2) 基因内基因 (gene in gene) 3) 反义基因 (antisense gene，正负链均编
码与转录) 4) 隔开基因 (separate gene)(由两段非连
续DNA组成的基因)
φX174基因组中的重叠基因
病毒基因组 的大小受到 外壳蛋白包 装体积的限 制，长度有 限，不能编 码足够数量 的基因。为 了维持生存， 存在不少重 叠基因。