现代遗传学6.基因的概念和结构

Rh血型的遗传机制
恒河猴红细胞（Rhesus monkeys抗原） 兔抗猴血清 检测人红细胞。 85％ 产生凝集反应 15％ 无凝集反应 定名恒河猴红细胞抗原为Rh抗原。 免疫家兔
1952年Murray发现动物的Rh抗血清与人类的Rh抗原不反应， 提出动物与人的抗原是两种不同抗原。 1963年定名： 人类为Rh抗原， 动物为LW抗原
6.操纵子的发现修正了有一个基因就有一条多肽或决定
一个蛋白质功能的就是基因的说法。
1944年Beadle研究脉胞菌突变——提出一基因一酶学说； 后来研究血红蛋白时发现蛋白质可由不同肽链组成，而突变只影响一 条肽链——提出了一基因一多肽学说； 60年代，Jacod和Monod研究细菌基因调控时发现基因是可分的，功能 上是有差别的。 结构基因—决定合成某种蛋白质 调节基因—编码阻遏或激活结构基因转录的蛋白质基因 无翻译产物的基因



4.1944年Avery首次证实基因是由DNA构成， 及1953年DNA双螺旋模型的提出，人们认为 基因是具有一定遗传效应的DNA片段。 5.1955年，Benzer通过顺反互补实验发现一个 基因内部的许多位点上可以发生突变，并且可 能在这些位点间发生交换，说明一个基因并不 是一个突变单位和一个交换单位。
第六章 基因的概念和结构

复等位基因（multiple alleles） 顺反子（cistron） 超基因（super gene） 假基因 (pseudo gene) 可动基因( mobile gene) 染色体外基因
第一节 基因的概念与发展
一、发展历程
1.1865年 Mendel——遗传因子 2.1909年 丹麦Johanssen——基因 3.1910年—40年代 Morgan等认为基因是三合一体，即基因既是一个功 能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。
ABO血型系统遗传方式


一对分别都是AB血型的夫妻，所生的子女 A型 AB型 B型 ¼ ½ ¼ 某一人群B 血型占0.45，O血型占0.36，计算 该群体中A和AB血型的比例。
估测人群中血型比例




设IA基因的频率为P，IB基因的频率为Q，I 的 基因频率为r，A型人的比率为A, O型人的比率 为O 。 O=r2 r=√A+O A+O=p2+2pr+r2=(p+r)2=(1-q)2 1-q=√A+O Q=1- √A+O P=1-q-r

ABO血型的异常遗传现象
有一AB血型男子与O血型女子结婚，生了一 个O型孩子，分析其原因。 CIS AB 9q34同源染色体不等交换。
Fra Baidu bibliotek
ABO血型的新生儿溶血症
O血型的母亲怀有A，B，AB型血型的胎儿， 在母亲胎盘异常情况下，临产时会出现母亲的 抗体进入新生儿血液中，与婴儿的抗原产生免 疫反应，造成婴儿溶血。
ABO血型的遗传特例
A O B A
O
AB （？） 孟买血型

1952年在印度孟买市发现，在我国极其稀有， 有这种血型的人在全国所占的比率仅为十几万 分之一，国内仅有约30例报道。正因为“类孟 买血型”非常珍稀，其价值和意义也就尤显重 大。 其红细胞上没有或有少量Ａ、Ｂ抗原而无Ｈ 抗原，血清中除有抗Ａ、抗Ｂ抗体外，尚有抗 Ｈ抗体，唾液中有Ａ、Ｂ、Ｈ物质。这种血型 的人需要输血时有３个途径：自身储血、亲属 间同型互助、他人捐献。

一个2倍体的正常细胞最多只能有复等位基因中 的2个。 2个等位基因，可以组成3种基因型 3个等位基因，可以组成6种基因型 4个等位基因，可以组成10种基因型 n个等位基因，可以组成 n + n(n-1)/2种基 因型。 其中纯合体为n 个 , 杂合体为n(n-1)/2个。
血液成分
抗凝离心处理： 上层成分： 血浆，抗体，蛋白质 中层成分： 白细胞，血小板 下层成分： 红细胞 不抗凝处理 上层成分： 血清，抗体，无纤维蛋白原 下层成分： 红细胞，白细胞，血小板
基因结构
基因的不同类型


结构基因: 为蛋白质或RNA编码的基因，其产 物为酶促反应的有 关 的功细胞组分，它不影 响其它基因的表达。 调节基因：为RNA或蛋白质编码的基因，但其 产物的主要作用是调节其它基因的表达。



操纵基因：无编码产物的一段DNA序列为DNA阻碍蛋白 或其它调节因子的结合位点，当该位点被相应的蛋白质 结合后影响从邻近基因启动子的转录起始。（也要曾使 用启动基因，但与操纵基因相似不编码相应产物，现在 称为启动子）。 功能性基因（functional gene）：基因家族中，仍然为 蛋白质或RNA编码的家族成员称。 假基因（Pseudo gene）：基因家族中已不为蛋白质或 RNA编码的家族成员 。
Rh血型的新生儿溶血症
Rh阳性血型的红细胞带有Rh抗原，无抗体。 Rh阴性血型的红细胞没有Rh抗原，有抗体 Rh阴性血型的母亲怀有Rh阳性血型的胎儿，在母 亲胎盘异常情况下，临产时会出现母亲的抗体进入新 生儿血液中，与婴儿的抗原产生免疫反应，造成婴儿 溶血。
Rh血型的遗传机制
Rh抗原受控与3个紧密连锁的基因座： Cc ； Dd； Ee。以单倍型方式传递。 当D基因存在时，为Rh阳性。d基因没有相应的抗原，是 Rh阴性血型。 单倍型：一条染色体上的基因组成。 CDE；CDe；CdE；Cde; cDE；cDe; cdE; cde;
二、基因概念的发展

初期的基因概念:
最初由孟德尔的杂交试验提出“遗传因子” （1900年W.Johanson丹麦)首先使用，后来， 称为基因，此时为一逻辑推理产物，是一种与 生物状状相应的符号，无实质内容。
基因与染色体的关系

摩尔根(Morgan)通过对果绳各种突变体的研究， 阐明了连锁交换规律和伴性遗传，并进一步推 理出基因在染色体上呈直线排列，因此基因是 一种化学实体，并决定性状。通过对各种遗传 性状的研究。认为基因是决定遗传性状的功能 单位是实变和重组的最小单位。
第二节 复等位基因（multiple alleles）


复等位基因: 一个群体中，一对同源染色体的同一基 因座上存在着2个以上的等位基因，这就是复等位基 因（multiple gene)。 复等位基因是生物遗传多态性在遗传上的直接原因。
几个概念

野生型：自然界中常见的基因型和表型 非等位基因之间的相互作用 互补基因、抑制基因、上位效应（书37页）
ABO血型系统的抗原与抗体
A血型
B血型 AB血型 O血型 A抗原 ＋ － ＋ － A抗体 － ＋ － ＋ B抗原 － ＋ ＋ － B抗体 ＋ － － ＋
ABO血型系统遗传方式
I A ; IB ; i ;
A血型： B血型： AB血型： O血型：
这些基因编码特定的红细胞抗原
IA I A ; IAi I BIB ; IBi IAIB ii
Rh血型的遗传机制
例题：具有CcDEe抗原的个体，可能由哪些基因型组 成？ CDE/cDe; CDe/cDE; CdE/cDe; CDE/cde; CDe/cdE; ( ? )
Rh血型的遗传机制
复合抗原： ce复合抗原；CE复合抗原； cE复合抗原……. 当ce 基因在一个单倍型上时，会出现ce复合抗原。 其抗体可与CDE/cDe的细胞反应。 如果母亲具有C,D,E抗原，父亲具有c,E,e抗原，子女可 能的表型是什么? 如果子女中有一个具有CcDEe抗原， 怎样推测他的单倍型和基因型？ CDE/CdE (CDE/CDE) X cdE/cde
7.新的发现——断裂基因，重叠基因，跳跃基因
比较DNA序列和成熟mRNA——内含子和外显子
①基因是实体，它的物质基础是DNA（或RNA）； ②基因是具有一定遗传效应的DNA分子中的特定核苷酸
序列； ③基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据 ④基因是可分的
按原初功能（基因的产物）基因可分为 编码蛋白质的基因（结构基因+调节基因） 无翻译产物的基因（如rDNA ，tDNA ，SnDNA ） 不转录的DNA区段（如启动子，操纵基因等）
A基因座的多态
A1 A2 A血型的基因型： A 1A 1 ; A 2A 2 ; A 1A 2 ; A 1O ; A 2O
杂合子基因的衰退作用
A： 80万 B： 75万 AB： 各42万
血型的表型改变 病人 住院时检测为B血型－－－出院以后为O型。 消化道E.coli K 12 感染，产生类B抗原物质。
ABO血型系统遗传方式
前体 H物质 Ａ抗原 B抗原 无抗原
双亲血型基因型： HhAo
子女血型基因型：
X
HhBo
X HHAA
hhBo
HhAB
ABO血型系统遗传方式

特例： 临床中发现有一位病人在验血中确 定为B血型，在接受O型血的输血后，引起凝 血反应。 在对供血者血液重新检测时发现，其血细胞在 与抗A血清反应时，初时无反应，2个小时后 呈凝集反应。所以确定供血者为A型，而不是 O型。
基因的本质——DNA
1944年，O.T. Avery等通过肺炎球菌的转 化实验，证实了基因的本质为DNA, 为DNA上 的功能单位。1953年，J.D.Watson, F.H. Crick根据对DNA化学的研究，提出DNA结构 的右手双螺旋模型。


顺反子概念的提出
1955年，S.Benzer通过对T4噬菌体精细结构的研究提出了顺反子 (Cistron)，突变子（muton）和重组子（recon）的概念。 顺反子：为一种多肽链编码的核苷酸序列,是一个功能单位。 经进一步研究证明，突变子和重组子均为一核苷酸对。 顺反子学说否定了一个基因一个酶的假说，因而也否定了基因是决 定遗传性状的功能单位，突变和重组的最小单位等概念，从基因的 产物来看，基因概念经历了从性状——酶——多肽链的发展过程。
ABO血型系统遗传分析
Z 前提 z h Se se H（h） H H 孟买型 类孟买型 H A抗原 B抗原 无抗原
A，B抗原 无抗原 无抗原
有一犯罪嫌疑人在犯罪现场留下的唾液鉴 定血型是O型，但是在重点检查某一嫌疑人时， 检测出该人的血型是B型，在其它举证都确凿 的情况下，已经确认该人是犯罪人，为什么会 出现体液与血液血型不一致的现象？


基因的分子生物学定义


基因是编码有功能的蛋白质多肽链或RNA所必 需的全部核苷序列。 包含：编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，转 录所必须的调控序列，编码区上游区域的非编 码序列，内含子，编码区下游区域的非编码序 列。
基因的不连续性

在1977年以前，都认为基因是一种为蛋白质或多肽编码的连续的核苷 酸序列，因为当时对基因各种精细结构的研究都是从原核生物开始的， 而在原核基因中很少有基因是间断的。后来在对真核生物基因进行研究 时经常发现，真核基因比其相应的mRNA长得多，开始也未认为真核基 因是间断的，因为真核基因在表达方面存在明显的时空特异性，因此认 为基因的一端或两端存在一些不转录的序列，但对基因表达的调节具有 重要作用的序列。但从核RNA（hnRNA）和mRNA的大小进行比较发现， 核RNA比相应的mRNA长，而与真核基因的大小相似，因此有一部分序 列在初始转录中存在，而在mRNA从 核转运到胞质之前被除去了，也即 是说真核基因中存在着一些可能被转录但不为蛋白质或多肽编码的序 列——真核基因是间断。随着对真核基因的深入研究，现已发现，绝大 多数真核基因都是间断的，包括外显子(exon)和内含子(intron)两个大的 部分。
血型遗传学
1667年 法国 Denys首次把羊血输给病人。 1818年 英国 Blundell首次人之间输。 1900年 奥地利 Landsteiner发现了ABO血型系统 1926年奥地利 Landsteiner发现了MN血型系统 1927年奥地利 Landsteiner发现了P血型 1939年奥地利 Landsteiner发现了Rh血型
Rh血型的遗传机制
表型为 Rh阴性的母亲与Rh阴性的父亲生有一女和一子。女儿为Rh阴性， 抗原与父亲相同为c,e,儿子是Rh阳性，抗原是C,D,e, 分析其遗传机制。 母亲 CDe/cde 父亲cde /cde 女儿 cde/cde 儿子CDe/cde X1 前体 D 有Rh 抗原 X0 无前体 X0 X1 X0 X0 D 无 Rh 抗原