河南大学遗传学

由DNA、RNA、蛋白质组成，蛋白质主要是参与 DNA折叠的，称类组蛋白，最多的是HU蛋白。 DNA是呈高度螺旋的，以不规则小体存在即拟核， 在对数期的细胞中，拟核不只1个。
大肠杆菌的染色体
三、细菌染色体的复制 1、必要条件： 与复制有关的蛋白质、酶和复制起点，其 中DnaA和DnaB蛋白是必需的，它们突变后， 复制不能启动。
4288个基因，4.6×106bp 遗传信息的连续性 功能相关的结构基因组成操纵子 结构基因单拷贝及rRNA多拷贝 基因的重复序列少而短
1、编码蛋白质的基因 多数以操纵子的形成组织存在； 蛋白质基因多是单拷贝的，整个基因组共有2584个转录单 元。 转录单元指由启动子，结构基因，终止子共同组成的一般 DNA顺序。 2、编码RNA的基因组
2、基因组：单倍体细胞所含的全套遗传物质（核基 因）。 细胞器基因组：如线粒体，叶绿体基因组等。 基因组的大小，不同生物是不同的.
核基因组
染色体
基因（核DNA）
遗 传 物 质
质体基因组(DNA) 细胞器 基因组 细胞质 基因组 非细胞器 基因组 叶绿体基因组(ctDNA) 线粒体基因组(mtDNA) 共生体基因组（果蝇因子） 附加体基因组（细菌质粒）
四、细菌染色体 的分离机制
1.4 真核生物染色体及其复制
真核DNA与组蛋白和非组蛋白结合以染色
体的形式存在于细胞核中。

组蛋白：碱性蛋白质，染色体的结构蛋白，主要 有5种 非组蛋白：量没有组蛋白多，种类很多，常见的 15-20种。

一、真核生物染色体的组成和结构 1、染色质和核小体

核小体：组成染色体的基本单位，由DNA和组蛋白组成。
Griffith进行了以下几组实验： （1）动物实验
RII型活菌
健康 健康
SIII型活菌
健康
病死
Griffith 转化试验 示意
健康
健康
SIII型热死菌 健康
病死
RII型活菌 健康
病死
混合培养 SIII型活菌
（2）细菌培养实验
平皿培养 热死SIII菌————— 不生长 活 RII 菌—————长出RII菌 +活RII菌 热死SIII菌————— 长出大量RII菌和10-6SIII菌
5~~7×109 8．0×107 4．5×107 4．6×106 2．0×105 4．8×104 3．5×103
~~4，000 5，000~6，000 >500 ~~1，027 ~~135 ~~35 3
微生物与人类基因组计划
人类基因组计划 (Human Genome Project) 1985年提出； 1990年正式开始实施； 2001年2月，测序工作完成； 后基因组时代（Postgenome Era）
3、三级结构：主要是形成超螺旋结构



负超螺旋：左手螺旋，与双螺旋方向相反，最常 见。 正超螺旋：右手螺旋，与双螺旋方向相同。 将DNA分子一端固定，另一端朝双螺旋相反方向 旋转5圈后使两端封闭，该DNA分子就成为超盘 绕5次的负超螺旋。
左旋
右旋
L=T+W（L=DNA双链交叉的次数，T为双螺旋盘绕数，W是超螺旋数）
微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促 进下开始的,最开始是作为模式生物,后来不断发展, 已成为研究微生物学的最有力的手段。
http://www.tigr.org/tdb/mdb/mdb.html
截止到2001年4月： 43种微生物完成了全基因组测序； 100多个正在进行之中；
三、大肠杆菌基因组
二、真核生物染色体复制
1、真核生物染色体复制的特点 ①真核细胞染色体复制只在S期。
②复制子只有起始点，没有终止点，也是双向复制， 它的终止靠的是相邻复制子汇合。 ③复制子比原核小，复制速度也慢。 ④染色体在全部完成复制之前，起点不再启动，快 速生长时靠的是采用更多的复制起点。
2、真核生物的DNA聚合酶及有关蛋白质 真核生物的DNA聚合酶数量很多，有5种 主要的。
吸附 10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离 离心
上清液中含 15%放射性
沉淀中含 85%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中
吸附
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
上清液中含 75%放射性
沉淀中含 2Leabharlann Baidu%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
患典型症状，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒
子。
HR
HR的蛋白质外壳
HMV
HMV的核酸
HR 抗血清
TMV 抗血清
抗血清处理，证明杂 种病毒的蛋白质外壳 来自病毒1，而非病 毒2 杂种病毒的后代的 蛋白质外壳表现为 病毒2，而非病毒1
遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质
病毒的拆开和重组实验
1.2 DNA的结构和复制 一、DNA的结构
（3）S型菌的无细胞抽提液试验 活R菌+S菌无细胞抽提液——长出大量R菌 和少量S菌
以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞内可 能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型 细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII 型细胞。
1944年，美国科学家Avery等人又对实验进行了修改： • 加热杀死的S型菌——体外培养——没有生长现象 • 活的R型菌——体外培养——只能分离出R型菌 • 二者混合培养——能同时分离出S型菌和R型菌（S型菌 能分离给后代）； • 从加热杀死的S型菌分离种种物质，如蛋白质、荚膜多 糖、DNA、RNA等，分别与R型菌体外培养 DNA能使R型转化为S型。所以DNA是肺炎双球菌的遗传 物质。
长出S菌
只有R菌
只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S 型。且 DNA 纯度越高，转化效率也越高。说明 S 型菌株转 移给R型菌株的，是遗传因子。
Avery在四十年代以更精密的实验设计重复了以上实验
二、噬菌体感染实验

A. D. Hershey和M. Chase， 1952年
2、复制过程：起始——延伸——终止
①起始：识别复制起点，合成引物，在起点 形成引物—模板复合物，按碱基配对加上 第一个核苷酸，这个阶段最重要，因为调 控主要发生在复制起始阶段。
②延伸： 主要是DNA聚合酶Ⅲ的作用 回环模型
③终止：终止位点（ter），终止蛋白Tus识别 ter序列，并阻止复制叉移动 。
一些真核生物和原核生物基因组的比较
生 物 单倍体的染色体 数 23 4 7 1 1 1 1 分子量约数 核苷酸对数 已知基因数
人 黑腹果蝇 粗糙脉孢菌 大肠杆菌 噬菌体T4 噬菌体λ 噬菌体MS2
3~~5×1012 7．9×1010 2．8×1010 2．5×109 1．1×108 3．2×107 1．1×106



四、φX174噬菌体的基因组 较小，20面体，DNA为单链环状，序列分 析由Sanger1977年确定。

rRNA：以转录单元的形式串联在一起，每一个转 录单元以16s—23s—5s的顺序串联排列，16s和 23srDNA以及它们之间的间隔序列广泛用到微生 物的分类鉴定中，与蛋白质基因的单拷贝相比， rDNA以多拷贝数存在。

tRNA：tRNA的种类较多，tRNA基因也有转录单 元，K12有86个tRNA基因，形成43个转录单元。 多数基因以基因簇的形式存在，在复制起点附近。 重复序列：比真核少，而且大多是短重复序列， 主要的有REP、ERIC、Chi等，它们都与染色体的 重组有关，Rhs是最大的重复序列。 插入序列和转座子：是染色体的重要组成成分， 在接合作用中起作用。 噬菌体及其残迹：K12除λ-phage外，还含有一些 缺陷性的和隐蔽原噬菌体。
（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中
在DNA中存在着包括 合成蛋白质外壳在内 的整套遗传信息。
三、病毒重建实验
为了证明核酸是遗传物质，H. Fraenkel-Conrat （1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行了著 名的植物病毒重建实验。 将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将 其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA 在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其
第一章 微生物的遗传物质
1.1 证明遗传物质的三个经典实验 一、细菌的转化（transformation） 1、转化的概念：一种生物接受了另一种生物的遗传 物质而表现出后者的遗传性状，或发生遗传性状 改变的现象。 2、转化实验介绍：F.Griffith，1928 研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球 菌） SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性 RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性
3、复制的几种主要方式 双链环状DNA有3种复制方式：θ型、滚环 型、D型。 ①θ型复制
②滚环复制 φX174，
细菌质粒的复制方式
③D环复制： 线粒体DNA的复制方式
1.3 原核生物的染色体及其复制 一、染色体数目和大小

一般以环状、双链，共价闭合的形成存在，一般 只有1条。
二、细菌染色体的结构
4、端粒酶的作用 ①端粒：真核染色体末端特殊的结构，含有重复序 列，并结 合蛋白质。 功能：－ 染色体末端的保护性“帽子” － 参与间期核三维结构的建立 － 有利于染色体末端的复制 端粒DNA组成单一，富含G的重复序列，不含遗传信息。
②端粒酶
1.5 基因结构和基因组 一、基因结构和基因概念的发展 1、基因结构 ORF
1944 年 O.T.Avery 、 C.M.MacLeod 和 M 。 McCarty 从热死 S 型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分， 并在离体条件下进行了转化试验：
①加S菌DNA ②加S菌DNA及DNA酶以外
活R菌
的酶 ③加S菌的DNA和DNA酶 ④加S菌的RNA ⑤加S菌的蛋白质 ⑥加S菌的荚膜多糖
•以SV40 DNA复制为代表，除聚合酶外还需要 有一些有关的蛋白质
3、真核DNA复制 ①复制起点
最低限度ori64bp，分为3个功能区，其中中心区T抗原结 合位点Ⅱ很重要，缺失可导致复制功能的丧失。3个序列高 度保守，间隔序列不保守，但对长度要求严格，T抗原结合 位点Ⅰ和Ⅲ起调控作用。
②复制过程
2、基因概念的发展
移动基因（跳跃基因）：转座子
断裂基因：内含子、外显子 重叠基因：同一段DNA不同的读码或终止方式， 产生不同的表达产物。一般常见于原核生物。
A
B A B
假基因：与正常基因序列高度同源，但是不表 达。
二、基因组学 1、基因组学：研究生物体基因和基因组的结构组成、 不稳定性及功能的一门学科。 结构基因组学：基因组成结构、序列特征、基因作 用和定位。 功能基因组学：序列与功能的关系，表达调控，基 因和环境关系。
1、一级结构：指碱基不同的排列顺序 2、二级结构：DNA通过 分子间相互作用形成的双 链或双螺旋分子。




B-DNA：最常见，是Watson和Crick提出的双 螺旋模型，是钠盐存在，92%湿度下的结构， 3.4nm，10bp。 Z-DNA：1979年Rich等发现的，左手螺旋， 分子骨架呈锯齿型，4.46nm，12bp，碱基靠 近螺旋的外表面，不是体内DNA或RNA的主 要形式。 A-DNA：75%湿度下的结构，2.8nm，11bp， 20℃倾斜，RNA中也存在。 A-DNA的意义在于它是RNA及RNA与DNA杂 合体的主要螺旋形式。

催化超螺旋化或回到松驰状态的酶类称为 拓扑异构酶，可分为Ⅰ型和Ⅱ型。
二、DNA的复制特点和几种主要复制方式 1、半保留复制：CsCl密度梯度离心证实。
2、复制起点、方向和复制单位
定点起始：称复制起点（ori），原核只有一个起点， 真核有多个起点，酵母菌的起点也叫自主复制序 列（ARS）。 复制子：复制区，原核只有1个，真核有多个复制子。

染色质：细胞静止期在光学镜下看到的颗粒状的物质，是 由许多核小体连接形成的串珠状，染色质折叠，浓缩形成 染色体。
2、染色体及染色体包装模型
核小体→染色质纤丝→超螺旋环 →中央骨架→染色单体→中期染 色体（2条姐妹染色单体）

长度压缩 8000~10000倍
J. Painta & D. Coffey (1984) 提出的“染色体骨架—放射环结构模型”