第三章基因组的结构与功能-上海中医药大学.ppt

1、第三章 基因组的结构与功能,基因组（genome）：,细胞或生物体中，一套完整单倍体的遗传物质的总和。,如人： 22常+ X， Y，+ 线粒体基因组,基因组的结构：,指不同的基因功能区域在核酸分子中的分布和排列情况。,基因组的功能：贮存和表达遗传信息。,第一节： 病毒基因组,一、病毒基因组核酸的主要类型,正股(+)：序列与mRNA相同的链 负股(-)：序列与mRNA互补的链,二、病毒基因组的特点,1基因组大小相差很大：,HBV：3.2kb 痘病毒：300 kb,2核酸结构多样性：,DNA 或RNA 单链或双链 合环状分子或线性分子,3基因组有连续的，有不连续的,大多数连续流感病毒：8条单链RN

2、A,4编码序列90%(基因组),5. 多为单拷贝,即每个基因只出现一次,6.基因有连续的和间断的 (有内含子),7.相关基因丛集: 功能上相关的基因排列在一起,8.有重叠基因,9.含有不规则结构基因,基因之间无间隔区. mRNA端无帽子结构. 结构基因本身无翻译起始序列,三、典型病毒基因组介绍,1. SV40病毒基因组,双链环状DNA：5243bp,早期转录区：一个基因（2个蛋白质 t，T）,调控区（400bp）：复制起始点，启动子，增强子,晚期转录区：先转录出一个多顺反子mRNA,VP1 mRNA,VP2 mRNA,VP3 mRNA,VP3比VP2N端少1/3,AUG 位于VP2和 VP3内

3、,2、逆转录病毒(retroviruses),（1）一般特征,病毒(+)股RNA为2个拷贝,基本结构为:,帽RU5PBDLSgagpolenv(onc) CPBU3Rpoly(A)n,病毒颗粒中有两条相同的正股RNA+两条来自宿主细胞的tRNA,A：编码区:所有逆转录病毒均含有3个基本结构基因,gag: 病毒衣壳蛋白pol: 肽链内切酶,一个逆转录酶,一个与前病毒整 合相关的酶env: 包膜蛋白,B：非编码区: 与基因组复制和基因表达有关,A: R区: 两端的重复序列,与cDNA合成有关B: 引物结合区(primer binding site, PB)C: U区: U3 含强启动子,起始转录R

4、NA. U5 与转录终止和加polyA有关D: DLS-C区: DLS:两条病毒(+)RNA链结合位点 : 包装信号:RNA装入病毒颗粒 C: 调控区.,（2）前病毒基因组的转录和翻译,A：逆转录病毒基因组的复制和转录都需要经过DNA中间体才能完成.,RNA病毒,DNA前病毒,RNA病毒,(cDNA),末端形成新的重复序列(U3-R-U5),称长末端重复序列(LTR) long terminal repeat,B：翻译,多顺反子mRNA,gag-pol(无起始密码子),90% 形成gag蛋白 10%形成gag- pol 蛋白 剪接后形成env mRNA,第二节 原核生物基因组,一、原核生物基因

5、组结构的特点：,1、基因组为环状双链DNA分子,2、只有一个复制起始点.,3、具有操纵子结构,指数个功能上相关的基因串联在一起,连同上游的调控区和 下游的转录终止信号构成基因的表达单位.,4、一般无重叠基因.,5、基因是连续的,无内含子,6、编码区在基因组中的比例, 真核基因组 病毒基因组,7、基因组中重复序列很少,8、具有编码同工酶的基因(isogene),9、存在可移动DNA序列,10、分子中有多功能识别区域,复制、转录起始区 复制、转录终止区,二、质粒（plasmid）,是细菌内携带的染色体以外的DNA分子,是共价闭合环状DNA（covalent closed circular DNA，

6、 cccDNA）,1、最大特点: 可独立复制,2、质粒的遗传控制,(1).复制控制系统: 控制质粒的拷贝数,复制起始点(ori) Rep基因: Rep蛋白结合于ori, 促进复制 过量可抑制复制 Cop基因: 抑制复制,(2).分配系统: 使质粒在细菌分裂时精确分配到子细胞中.,(3). 细胞分裂抑制系统: 控制细胞分裂,使细胞分裂与质粒 复制协调,(4).位点特异重组系统: 多聚体 单体,(细菌内) (分裂时),(5) 质粒的不相容性: 具有相同复制起始点和分配区的两种质粒不能共 存于一个宿主,这种现象称.,共存一宿主 两种质粒 不共存一宿主,另:凡经改建作为基因克隆载体的质粒必须包括三种共

7、同的组成成分:,复制基因(replicator) 选择性标记 克隆位点,三、转位因子(transposable element),指可移动的DNA 或跳跃基因(jumping gene),分子内 分子间,1940s, 美国冷泉港实验室(Cold Spring Harber Lab) 的女科学家B.McClintock(荣获1983年若贝尔生物医学奖)在玉米中首次发现.,1.分类及特征,插入序列(insertion sequence, IS):转位(座)子(transposon, Tn) 噬菌体Mu 和 D108,(1)插入序列:,较小,分子量2000 bp,含转座基因(转座酶) 决定宿主遗传性

8、状的基因,特征:,A:复合型: 一个基因 + 两侧臂(IS 或类IS序列) (图3-5),方向可相同可相反,不可单独存在,B: TnA族两侧无IS.(如(Tn3) ).,反向重复,反向重复,转座酶（TnpA）,阻遏和解离蛋白（TnpR）,-内酰胺酶,内解离区,Tn3 的分子结构,C：接合型: G(+) 球菌中发现,可在不同细菌间移动.无末 端反向重复序列,2、转位作用的机制(图3-7),单纯转座(简单转座)复制型转座,第三节 真核生物基因组,一 、特点,1、. 体细胞: 两套基因组 性细胞: 一套基因组,2、基因组结构复杂,数目庞大, 多个复制起始点,3、mRNA为单顺反子.,4、含大量重复序

9、列.,5、非编码序列占90%以上.,6、基因间有间隔区(spacer DNA),基因为断裂基因(split gene) 即内含子,外显子.,7、功能相关的基因串联在一起形成基因家族,8、存在可移动成分.,类似细菌的:如玉米中发现的.类似逆转录病毒的: 转位机制需RNA介导(图3-8),二、基因家族（gene family）或 多基因家族,指结构相似，功能相关的一组基因, 由同一祖先进化而来。,假基因: 进化中死亡的基因(无功能),用 表示,如:组蛋白基因家族:,5个成员: H1, H2A, H2B, H3, H4,5个基因串联排列形成一个重复单位,但不同生物中排列不同,海胆: H1-H4-H2B-H3-H2A果蝇: H2B- H2A- H4- H3- H1水螈: H1-H3-H2B-H2A-H4,三、基因超家族（gene superfamily） 或 超基因家族,在结构上有不同程度的同源性，但功能不一定相同。,如：免疫球蛋白基因超家族,随着技术的发展： 基因家族 基因超家族,如：丝氨酸蛋白酶基因家族 + 载脂蛋白 超家族,四、重复序列,1.高度重复序列： 重复频率 1052.中度重复序列: 重复频率 101-105,占基因总量的35% ( rRNA gene, tRNA gene, 组蛋白gene )3.单拷贝基因: 仅出现一次或少数几次. 大多数编码蛋 白质的基因.,