6.基因组解剖

中英联合实验室16基因组解剖中英联合实验室2基因组活性结构基因的组成基因表达调控序列，DNA结合蛋白与特定核苷酸序列的结合活体中DNA总是与蛋白质结合在一起，形成染色体高级结构。染色体始终处在动态的构型变化之中。染色体的微观结构在基因的表达调控中扮演了重要角色中英联合实验室3真核生物基因组解剖原核生物基因组解剖转座因子与分散重复序列串接重复序列及其分布人类基因组草图序列中的编码基因拟南芥基因组编码基因中英联合实验室4一.真核生物基因组解剖真核生物核基因组核型（karyotype）：即细胞分裂中期染色体按照大小与着丝粒的位置依次排列，组成的每种生物特有的染色体组图像中英联合实验室5带型（bandingpattern）：某些染料与中期染色体特异性结合使染色体不同部位产生着色差异。Q带：喹丫因染色G带：温和蛋白酶处理后吉姆萨染色。G带图显示，深着色区与浅着色区相间分布，表明染色质的组成是非均一性R带：加热碱性溶液处理中英联合实验室6中英联合实验室7异染色质：碱性染料染色时着色较深的染色质组分组成型异染色质：所有细胞中，一种持久性结构，不含任何基因，总保持致密的组成状态。除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态，形成多个染色中心，如着丝粒和端粒、Y染色体大部分区域兼性异染色质：非持久性，特定细胞类型或一定的发育阶段,原来的常染色质聚缩,丧失基因转录活性,变为异染色质异染色质化--关闭基因活性的一种途径异染色质结构紧密，使控制基因表达的蛋白无法接近常染色质：间期核内染色质纤维折叠压缩程度低,处于伸展状态,用碱性染料染色时着色浅的染色质。常染色质状态是基因转录的必要条件而非充分条件中英联合实验室8异常染色体小染色体：染色体体积较小，富含基因鸡的基因组有39条染色体，其中33条为小染色体，DNA量1/3，基因数75%，基因密度高6倍B染色体：正常染色体的断片，源于非正常的细胞核分裂事件，常见于植物（因为植物常为多倍体）存活力降低在细胞分裂过程中会逐渐丢失中英联合实验室9DNA环中英联合实验室10CpG岛：基因组中富含GC（60%-70%）的DNA片段，长度1-2kb多数位于管家基因和大部分组织专一性表达基因的5’侧翼区及基因的第一个外显子区未甲基化在染色体上不均匀分布，与基因分布频率一致与基因相连，作为寻找基因的依据中英联合实验室11中英联合实验室12染色体各区段之间重组频率重组率随染色体长度的增加而递减大多数染色体近着丝粒区重组率受到抑制，远着丝粒区重组率趋向增加中英联合实验室13真核生物细胞器基因组多为环状DNA多拷贝，但遗传行为为单一基因型人体细胞线粒体数目平均为800个，每个线粒体有10个基因组拷贝植物细胞叶绿体基因组为5000个/细胞。大小与生物复杂性无关。均比核基因组小很多。脊椎动物线粒体基因组的特征：基因之间很少有间隔顺序；核糖体RNA基因极短；某些基因缺少终止密码子，需要在RNA编辑时产生叶绿体基因组：物种间变化不大；高等植物中有2段反向重复区段，可阻止基因组内部重组，使其更稳定中英联合实验室14人类与酵母线粒体基因组中英联合实验室15中英联合实验室16遗传内容：线粒体基因组均含rRNA和某些呼吸链成分的基因，或含tRNA基因及核糖体蛋白基因等；特别是胞质蛋白进入线粒体的蛋白基因叶绿体基因组均含rRNA和tRNA基因、与光合作用有关的蛋白质及核糖体蛋白基因等起源：内共生理论，即线粒体和叶绿体是游离细菌与远古真核细胞结合形成的。细胞器基因与细菌基因序列相似性高于同源的核基因基因表达过程与细菌很相似疑问：哺乳动物染色体中含有线粒体DNA，但细胞器基因组很少含有核基因成分中英联合实验室17中英联合实验室18二.原核生物基因组解剖细菌染色体：一般为许多30-100kb的独立超螺旋环组成质粒：小分子环状DNA，或可整合到染色体上，往往携带的基因对细菌的生存不是必需的，很多可在不同细胞中转移DNA包装方式：大肠杆菌有与DNA结合的HU蛋白，古细菌有类似组蛋白的组分中英联合实验室19中英联合实验室20基因组紧凑，基因间很少间隔，大肠杆菌基因组中非编码序列仅占11%，有利于基因组的快速复制与繁殖操纵子：含一组彼此邻接的结构基因，基因间隔仅1-2bp，是细菌基因存在的常见形式中英联合实验室21与能量代谢有关的基因生物大肠杆菌流感嗜血杆菌生殖道支原体数目24311231满足单细胞存活所必需的最少基因数是多少？300？最小基因组生物，生殖道支原体及其亲缘种分别含有470和679个基因生殖道支原体的470个基因中仅120个是该物种独有的中英联合实验室22三.转座因子与分散重复序列转座因子：可移动的遗传因子，在转座过程中，一个拷贝常留在原来位置上，在新位点上出现的仅是拷贝。依赖于DNA的复制DNA的直接转座插入序列IS（原核），P因子（果蝇），Ac-Ds（玉米）以RNA为中介进行转座（逆转座因子）逆转录转座子，逆转录病毒中英联合实验室23中英联合实验室24细菌的DNA转座因子插入序列复合转座子Tn3转座子可转座的噬菌体IR:反向重复序列中英联合实验室25中英联合实验室26逆转座因子LTR因子：含有长末端重复序列逆转录病毒的生活史：RNA，DNA，整合，内源逆转录病毒（ERVs）：是已经整合到脊椎动物染色体中的逆转录病毒基因组，一般无活性，不能扩增逆转录转座子：主要存在于植物、无脊椎动物和微生物等中，如玉米中的多数的分散重复序列逆转座子：缺少LTRLINE（长分散核因子），如人的LINE1SINE（短分散核因子）和MIR中英联合实验室27中英联合实验室28中英联合实验室29LTRgagpolLTR逆转录转座子LTR因子：内部含与转座相关的基因gag基因：编码病毒颗粒内部的蛋白质pol基因：编码逆转录酶和其他与复制有关的酶中英联合实验室30gag?polpoly(A)LINE，Longinterspersedneuclearelement：人类基因组中line1,6.1kb,3500个拷贝SINE：借用寄主的逆转座酶实现转座，人类Alu，百万拷贝，含有内启动子，具有转录活性，大量扩增MIR,mammalianwideinterspersedrepeat:只分布在哺乳动物中，起源于tRNA，含有内启动子中英联合实验室31真核生物分散重复序列的比较人类基因组的常染色体含有较之其他生物密度高得多的转座因子拷贝人类基因组中填充了大量古老的转座因子，housecleaning,非功能DNA半衰期，果蝇1200万年，人类8亿年人类基因组中2种重复序列家族Alu与LINE1占所有分散重复序列的60%，而其他生物仅为5%-25%中英联合实验室32中英联合实验室33中英联合实验室34四.串接重复序列及其分布串接重复序列：是通过某一祖先顺序的不等交换扩增的，大都首尾相连簇集。卫星DNA：DNA在介质氯化铯中作密度梯度离心，形成了不同的条带。根据荧光强度的分析，可以看到在一条主带以外还有一个或多个小的卫星带。这些在卫星带中的DNA即被称为卫星DNA。卫星DNA按其重复单元的核苷酸的多少，可以分为两类。小卫星序列：由几百个核苷酸对的单元重复组成。微卫星序列：由2个到20个左右的核苷酸对的单元重复成百上千次所组成。在基因组中分布广泛。中英联合实验室35五.人类基因组草图序列中的编码基因人类基因组总基因数25000，依据基因平均大小与人类基因组的比例80000，CpG岛与大多数管家基因相连，CpG岛约45000，而管家基因占总基因1/235000，依据22号染色体的测序结果31778，2000年国际人类基因组联合体公布26383，CeleraGenomics中英联合实验室36编码蛋白质基因编码序列仅占总DNA的1.5%左右单基因产生的蛋白质数为果蝇或线虫的5倍3种生物外显子平均长度接近，表明mRNA剪接机制在进化上的保守性（如下图），但内含子大小悬殊线虫果蝇人类外显子平均长度（bp）131114971340内含子平均长度（bp）2674873300中英联合实验室37编码RNA基因4种rRNA10种snRNA48种tRNA端粒酶RNA中英联合实验室38六.拟南芥基因组编码基因基因组最小且第一种被测序的高等植物125Mb，注解基因25498，基因结构紧凑，外显子长度250bp，内显子170bp，基因密度4.6kb编码蛋白质基因新陈代谢基因占10%基因组48%-60%与蛋白质合成有关的基因同其他真核生物具有广泛的相似性，说明不同生物在基本生物学方面具有强保守性转录因子基因数目1500，人类2000，线虫500，果蝇700编码RNA基因：41种tRNA，5种snRNA