第五章 基因精细结构的遗传分析

第五章基因精细结构的遗传分析第一节基因的概念第二节重组测验第三节互补测验第四节缺失作图第五节断裂基因和重叠基因第六节基因的功能第一节基因的概念一、基因概念的发展二、基因的类别及其相互关系三、基因与DNA一、基因概念的发展(一)遗传因子——控制生物性状的符号(二)染色体是基因的载体(三)DNA是遗传物质(四)基因是有功能的DNA片段(五)基因的调节控制——操纵子模型(六)跳跃基因(七)断裂基因(八)重叠基因(九)假基因指基因家族中不产生有功能的基因产物，但是在结构和DNA序列上与有功能的基因具有相似性。二、基因的类别及其相互关系1.编码蛋白质的基因，即有翻译产物的基因。如结构蛋白、酶等结构基因和产生调节蛋白的调节基因。2.只转录产生相应的RNA，没有翻译产物，不产生蛋白质的基因。这些基因转录产物RNA不翻译，如编码tRNA、rRNA的基因。3.不转录的DNA区段。如启动基因、操纵基因。三、基因与DNA一个基因大约有500-6000个核苷酸对，但并非DNA分子上任一含有几千个核苷酸对的区段都是一个基因，基因是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段。第二节重组测验一、拟等位基因杏色眼(wa)、白色眼(w)、野生型(+)杏色眼(wa/wa)与白色眼果蝇(w/Y)杂交，F2应该只有两种亲本的表型，但是F2群体中出现红眼果蝇。由于F1雌蝇wa+/+w发生交换产生＋＋配子。Wa+/+w为反式排列，突变型＋＋／waw为顺式排列，野生型。顺反位置效应：由于排列方式不同而表型不同的现象。拟等位基因：紧密连锁的功能性等位基因但不是结构性的等位基因称为拟等位基因。二、噬菌体突变型噬菌体形态突变型寄主范围的突变型条件致死突变型三、Benzer的重组测验Benzer所用的T4噬菌体的rII突变型是遗传学研究中所用的第一个条件致死突变型。T4野生型和rⅡ突变型的区别参见下表。双重感染试验重组频率＝（2＊rII＋噬菌斑数／噬菌斑总数）＊100%＝（2＊大肠杆菌K菌株上的噬菌斑数／大肠杆菌B上的噬菌斑数）＊100%0.02图距单位＝1.8＊105bp＊0.02／1500＝2.4bp最小的结构单位本泽尔将最小重组单位定义为重组子(recon)。基因也并非最小突变单位。Benzer提出用突变子(muton)来描述基因突变的最小单位。但以后研究显示：突变子和重组子都是一个核苷酸对或者碱基对(bp)。所以基因内每个碱基均可能发生突变，任意两个碱基间均能发生交换重组。第三节互补测验互补测验（顺反测验）：即根据顺式表现型和反式表现型来确定两个突变体是否属于同一个基因（顺反子）。互补测验：两个突变型同时感染大肠杆菌K菌株时，可以互相弥补对方的缺陷，共同在菌内增殖，释放原来的两个突变型。那么就必定是一个突变型补偿了另一个突变型所不具有的功能，这两个突变型就称为彼此互补。二、基因内互补基因内互补：同一基因内两个不同位点突变使两条原来相同的多肽链转变成两条分别在不同位点上发生变异的多肽链，而后将这两条多肽构成双重杂合子，这两者配合起来，有可能表现出程度不同的恢复酶活性部位，这种现象称为基因内互补。第四节缺失作图一、缺失作图原理缺失作图必须具有一组重叠缺失突变系作为工具，把要测定的突变型和这一系列缺失突变型分别进行重组测验。凡是能和某一缺失突变型进行重组的，它的位置一定不在缺失范围内，凡是不能重组的，它的位置一定在缺失范围内。缺失1缺失2abc细线表示缺失区，二者分别与各种突变体杂交，缺失2只有与a区中突变体杂交才能产生野生型重组体，缺失1只有与c区突变体杂交才能产生野生型重组体，但2个缺失与b区的突变体杂交均不能产生野生型重组体。二、缺失作图方法在0.5ml大肠杆菌B菌株培养物中加入1滴缺失型噬菌体和1滴待测的rⅡ突变噬菌体，几分钟之后，取1滴菌液加在灭菌的纸条上，铺在长有大肠杆菌K菌株的平板上，经过培养后如果在纸条覆盖的区域内形成清晰的噬菌斑，则说明他们之间能够发生重组，产生了野生型噬菌体。通过两个步骤把没有定位的rⅡ突变定位在rⅡ区域47个小片段上。第一步将待测的突变型与最上方的7个“大缺失”突变型分别进行杂交，以确定这一突变位点所属的大范围。第二步将待测的突变型进一步与有关的“小缺失”突变型分别进行杂交，以缩小这一突变位点所属的范围。第五节断裂基因与重叠基因一、外显子与内含子把DNA序列中被转录成为mRNA的片段称为外显子。而在成熟mRNA上未反应出的DNA区段称为内含子。二、重叠基因的发现与重叠方式（一）重叠基因的发现英国剑桥分子生物学家Sanger分析噬菌体φX174DNA全序列后，发现它只有5378个核苷酸却组成了9个基因，这九个基因编码了2000个氨基酸，按照三联体密码子的原则应该有6000个核苷酸，实际数和理论数相差600多个核苷酸。这是什么原因呢？研究发现φX174基因组中有些密码是重读的，也就是重叠密码，从而形成重叠基因。（二）重叠的方式①大基因之内包含小基因②前后两个基因首尾重叠③3个基因之间三重重叠④反向重叠：DNA双链都转录，密码读框都相同，但是方向不同，所以形成不同的蛋白质。⑤重叠操纵子：重叠基因不仅仅是结构基因之间的重叠，也有结构基因与调控序列的重叠，以及调控序列之间的重叠。第六节基因的功能总的来说，基因有控制遗传性状和活性调节的功能。基因通过复制把遗传信息传递给下一代，并且通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物的个体性状表现。基因还可以通过控制结构蛋白的成分，直接控制生物的性状。一、Garrod的先天性代谢缺陷20世纪初，英国医生Garrod首先发现了人类当中几种先天性代谢缺陷病，如苯丙酮尿症是由一个常染色体隐性基因决定的，因为这种隐性基因不能产生苯丙氨酸羟化酶，不能把体内的苯丙氨酸转变成酪氨酸，苯丙氨酸积累起来，只能通过苯丙氨酸转移酶的作用，从另一代谢途径转变成有毒的苯丙酮酸，苯丙酮酸从尿液中排出，因此可以通过尿液被检查出来而确诊，所以称为苯丙酮尿症。英国医生Garrod认为代谢缺陷是由于缺少某些酶。因此他第一个提出了基因和酶之间的关系，认为基因是通过控制酶和其他蛋白质合成来控制细胞代谢的。二、一个基因一种酶假说Beadle和Tatum利用脉孢霉的生物合成途径来完成实验。他们首先利用X射线对分生孢子进行诱变，接着先在完全培养基上培养，然后转入基本培养基上检查这些分生孢子生长的情况。野生型分生孢子当然可以生长，处理过的分生孢子其中有一些不能生长，这些称为营养缺陷型，但是在补加了某种物质的培养基上就可以生长了。三、一个结构基因一条多肽链的证据