遗传学第10章

七、近代的基因概念发展
转座因子（跳跃基因）
细胞中能改变自身位置的一段DNA顺序， 称为转座因子（transposable element）， 也称为跳跃基因（jumping gene）。
1951年，McClintock 提出转座因子的概念， 1983年获诺贝尔奖。
1、玉米中的转座因子
解离因子（dissociator，Ds）：非自主转座；影 响邻近基因的作 用 激活因子（ activator ，Ac）： 自主转座；解除Ds 对C的抑制作用； 无其他表型效应
结构、功能、发育和繁殖的各种信息；
※ 必须能精确复制，使后代细胞和亲
代细胞具有相同的遗传信息；
※ 必须能变异，如果没有变异，就不
会有进化。
1928年Griffith F. 在肺炎双球菌感染小鼠的实 验中最早发现了转化现象，开启了对“转化因子 的研究”;
1944年，Avery O. T.等在肺炎双球菌转化实 验中证明了遗传物质是DNA ，而不是多糖、蛋 白质 。 直到 1950 年，虽然附 着在活性 DNA 上的蛋白 质含量已降低到0.02％， 顽固者仍然在质疑 。
二、染色体是基因的载体
1903年，Sutton W. 和Boveri T. 提出 遗传的染色体学说—基因位于染色体上。 细胞遗传学诞生。
Morgan等通过伴性遗传、 连锁交换规律、基因定位 的工作证明基因位于染色 体上，呈直线排列， 1926 年出版《基因论》。 因其卓越工作，荣获 1933 年度诺贝尔奖。 该时期，细胞遗传学发展迅速，成就巨大。
2、原核生物中的转座因子
1）插入序列（insertion sequences,IS）
IS是一类较小的转座因子，可以从染色体的一 个位置转移到另一个位置，或从质粒转移到染色 体上。IS本身没有任何表型效应，只携带和它转 座作用有关的转座酶基因。
2）转座子（transposon ,Tn）
是一类较大的转座因子，两端具有IR，除了会 有与它的转座作用有关的基因外，还带有抗药基 因。
n
有时形成 异核体
n
混合培养
偶尔
核融合
二倍 体核
分生 孢子
2n 2n 菌落
腺嘌呤缺陷型ad16、ad8 2n是腺嘌呤缺陷型 ad16和ad8是同一基因突变的结果
二倍体后代中出现约0.14%的野生型 ?
ad16和ad8是同一基因的不同突变位点
体细胞交换或有丝分裂交换：交换发生在二倍体 菌丝的有丝分裂中，而不是发生在减数分裂中。
rⅠ rⅡ rⅢ
T4野生型和几种突变型的区别
rx和ry 之间 = 的重组值
2(r+ 噬菌斑数) 总噬菌斑数
100%
2在E.coli K(λ)平板上长出的噬菌斑数
=
在E.coli B平板上长出的噬菌斑数
100%
重组测验（recombination test）：以遗 传图的方式确定突变子之间的空间关系。 理论上，基因内相邻核苷酸位置上的突变 是可能重组的。
基因的编码顺序由许多非编码区域隔开， 使阅读框不连贯。 出现在mRNA分子中的基因序列称为外显 子（exon ），不出现在mRNA分子中的基 因序列称为内含子（intron）。
真核生物的基因一般都有内含子，原核生物 的基因一般没有内含子。不同基因其内含子的 大小及数目不同。
断裂基因的生物学意义：
Seymour Benzer
1、位置效应
雌果蝇
基因型 16A区的数目 小眼数 基因型
雄果蝇
16A区的数目 小眼数
+/+ +/B +/BB
2 3 4
780 360 45
+
1 2 3
740 90 30
B BB
B/B BB/BB
4
6
70
25
+/BB个体中，两个B在同一染色体上，称 为顺式（cis）排列；在B/B个体中，两个B 在不同的染色体上，称为反式（ trans ）排 列。
ad16 + + ad8 ad16 复制 + ad8 + 体细胞 交换 + ad16 +
ad8
ad16 + ad16 +
+ + ad8 ad8
着丝粒的 随机趋向 突变型 ad16 ad16 野生型 + + + ad8 + ad8 ad16 + + ad16 + ad8 + 突变型
野生型
ad8
பைடு நூலகம் 一个基因
代表了遗传学领域中一个最重要的成就，他没能
得到诺贝尔奖金是很遗憾的”。
某些病毒为 RNA 病毒，其遗传信息由 RNA 携带。
五、DNA的分子结构
1953年，Watson J.和Crick F.提出了DNA的 双螺旋结构模型，揭示了遗传信息是如何储存 在DNA中，以及遗传性状何以在世代间得以保 持。分子遗传学的序幕拉开。他们获得1962年 诺贝尔奖。
操纵子（operon）
基因不仅是传递遗传信息的载体，又具有 调控其他基因表达活性的功能。 基因可以有其自身的产物，也可以没有产 物。
断裂基因和重叠基因
在一条DNA链上，从ATG开始到终止密码子 为止的连续核苷酸密码序列称为通读框（open reading frame）。
断裂基因（interrupted gene）
一般认为重叠基因不仅可以经济、有效地利 用遗传信息量，更重要的可能是便于对基因表 达起调控作用。
真核生物中也有重叠基因，如一个基因的 内含子是另一个基因的外显子。
互补（ complementation ）：指两个突
变型同时感染E.coli K时，可以相互弥补对 方的缺隙，共同在菌体内增殖，引起溶菌， 释放原来的两个突变型。
rⅡ区的部分连锁图
r47
H04 H01 H06
r51
B区
H02
A区
运用互补实验来确定有同一表型效应的 两个突变型是否属于同一顺反子。
随着分子生物学的发展，逐渐发现了许多与 McClintock 转座因子相同或相似的现象。例如， 20 世纪 60 年代末在大肠杆菌中发现了 F 因子、 “插入序列”（IS）等。 1976 年，在冷泉港召开的“ DNA 插入因子、 质粒和游离基因”专题讨论会上，明确地承认可 用 “转座因子”来说明所有能够插入基因组的 DNA片段。
由于基因在染色体上排列方式的不同 而表型不同的现象，称为位置效应
（position effect），或称为顺反位置效应 （ cis-trans position effect）。
基因在染色体上的位置有功能上的意 义。
2、曲霉中的试验
曲霉菌（Aspergillus nidulans） Strain A Strain B
Benzer的方法可用来测算一个基因内部不同 位点间的距离，它的精确度可达到十万分之一， 即0.001个图距单位，所以称为基因的精细作图。
4、互补测验 互补测验（complementation test）：确 定突变之间的功能关系。
许多突变型都有相同的表型，这些突变型是属 于一个基因呢，还是属于不同的基因？
+
4
+ + +
C
+ +
2
+ + + + B
1
+ + + + + D 3 F
E
5
A
Beadle和Tatum因该项工作和 Lederberg 在有 关细菌的基因重组和遗传物质结构方面的发现， 共同获得1958年度诺贝尔奖。
四、遗传物质是核酸
遗传物质必须具备的基本特点:
※ 必须能稳定地含有关于有机体细胞
Wilkins M.
Franklin R．
DNA的X射线衍射照片
六、基因是顺反子
1955年Benzer以噬菌体为材料，在分子水 平上提出了顺反子学说。
属于“最聪明的没 有获得诺贝尔奖的 人” ，是开创分子生 物学的重要人物，他 获得过几乎所有重要 的生物医学奖项—拉 斯卡奖、格拉芙奖、 沃尔夫奖等。
一个功能单位—控制单位性状； 基因是 一个突变单位—可以突变为不同的等位形式；
一个重组单位—基因之间发生重组；
三、基因的功能
Beadle G.W. 和 Tatum E. L. 以粗糙链孢霉为 材料，证明基因通过它所控制的酶决定着代谢中 生化反应步骤，进而决定生物性状， 1941 年提出 “一个基因一个酶”学说。
顺式（对照）
同一顺反子中 的突变位点
m1
╳
反式
m1
╳
m2
╳
+
m2
╳
+
+
+
野生型
m1
╳
突变型
没有互补
不同顺反子中 的突变位点
m2
╳
m1
╳
+
m2
╳
+
+
+
野生型
野生型
有互补
5、顺反子
一个不同突变之间没有互补的功能区称为顺 反子（cistron）。
一个顺反子是一个功能水平上的基因；是 DNA 分子上的一个特定的区段，就其功能而言是一个 独立的单位。但在这一特定的 DNA片段内含有许 多突变位点，称为突变子（ muton ），即突变后 可以产生变异的最小单位（或者是 DNA中构成基 因的一个或若干个核苷酸）；这些突变位点之间 可以发生重组，称为重组子（ recon ），即不能 由重组分开的最小单位。
McClintock 在美国遗传学界是享有盛誉的女 科学家，从30年代开始研究玉米， 有关玉米染色
体的鉴定、分裂过程、连锁交换、结构变异、断
裂· 融合 · 桥循环等都与她有关，她还成功地阐明
了脉孢菌减数分裂的全过程。
虽然是用经典遗传学方法完成的，但她同时 也开启了通往分子遗传学的另一扇门。这是 McClintock在细胞学水平上对基因的追踪，尽管 当时人们还不知道DNA的本质。
ad16
反式排列
╳
+
ad8
╳
+
突变型
ad16
顺式排列
╳
ad8
╳
+
+
野生型
基因内的不同位点上可以发生突变， 基因内的不同突变位点之间可以发生重组。
3、重组测验
类型 不同大肠杆菌菌斑平板上表型 B 野生型 小噬菌斑 大噬菌斑 大噬菌斑 大噬菌斑 K（‫）ג‬ 小噬菌斑 大噬菌斑 无噬菌斑 小噬菌斑 S 小噬菌斑 大噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑
Beadle G.W.
Tatum E. L.
他们获得了多种粗糙脉胞菌的营养缺陷型 突变体，结合突变体不能合成产物的生化合成 途径，分析突变与生化途径的关系。生化遗传 学确立了。
突变
A
B b
C
D
A B C D 1 2 3 4
● 该物质的生化合成途径已知
5
● 每种突变体是单一基因突变的结果
检测的物质 A 突 变 体 1 2 3 4 5 B C D E F
有利于储存较多的遗传信息； 增加重组频率； 有利于变异和进化； 内含子有调控作用。
英国科学家罗伯茨Richard J. Roberts 和 美国科学家夏普Phillip A. Sharp因发现断 裂基因而共同获得1993年度诺贝尔奖。
重叠基因（overlapping gene）
指两个或两个以上的基因共有一段 DNA序 列。
第十章 基因的本质
基因概念的发展 基因表达的调控
第一节 基因概念的发展
遗传因子 染色体是基因的载体
基因的功能
遗传物质是核酸
DNA的分子结构
基因是顺反子
近代基因概念
一、遗传因子
经过八年的豌豆杂交试 验， 1866 年发表《植物杂 交试验》论文，提出了分 离规律和独立分配律。认 为生物性状由遗传因子决 定，性状本身是不能遗传 的，控制性状的遗传因子 才是遗传的。
Ac 因子有转座酶基因，是自主性因子； Ds 是 Ac 发生了缺失或其他变化，丢失了内部序列， 丧失了转座酶活性，但是留下了完整的转座酶作 用位点，具有转座的能力。
玉米中的转座现象
由于 Ds 基因解离的时间有早有晚、有长有短， 表现在籽粒上的色斑就有大有小。换句话说，玉 米籽粒（或叶片）之所以出现色斑，以及色斑的 大小，既决定于色素基因 C 的表达，也是由于另 外一个或多个基因调节和控制的结果。 转座因子的机理是从 1944年至1950年才完全 弄清楚。 McClintock 1950年发表了《玉米易突变位点 的由来与行为》，1951年发表了《染色体结构和 基因表达》两篇论文。
1952年Hershey A.D.和Chase M.的噬菌体 复制实验，进一步证明DNA的遗传功能。 Hershey主要因病毒复制方面的成绩获1969 年度诺贝尔奖。 1955年， Avery去世。他曾多次获得提名， 后来诺贝尔奖评审委员会惋惜地承认： “ Avery 于 1944 年关于 DNA 携带遗传信息的发现
Mendel G. J. （1822-1884）
英国生物学家Bateson W.是孟德尔理论 的捍卫者和宣传者，他以香豌豆为材料， 得到了性状连锁的实验结果。1906年，创 造遗传学“genetics” 。 丹麦遗传学家 Johansen W. 1909 年发表“纯系学说”，明确 区分“基因型”和“表现型”， 提出“ gene ”的概念，代替了遗 传因子。谈家桢先生在美期间翻 译为“基因”。