染色質、染色體、基因和基因組(2)-資料下載頁

　　

【正文】 、染色體、基因和基因組 p16基因位于第 9號染色體上，產物 P16的分子量是 ，可與細胞周期素 D競爭結合 CDK4，使細胞分裂停止，抑制細胞的增殖。多種惡性腫瘤內均發現有 p16基因的突變失活。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 在正常情況下，抑癌基因通過它們的蛋白產物 (核蛋白 )控制細胞生長 (如 Rb、p53)或通過酶激活蛋白使癌基因失活(如 NF1)若抑癌基因的功能喪失，則可能促進細胞的惡性轉化。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 除了 p53p16外，新的抑癌基因正在不斷涌現，如與乳腺癌發生有密切關系的BRCA1和 BRCA2，與胰腺癌有關的DPC4，與腎細胞癌有關的 VHL等抑癌基因已被發現；還有與肝癌有關的M6P/IGF2r基因，以及 FHIT基因等也是抑癌基因的候選者。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 一、基因組定義 二、基因組的結構特點 三、基因組的染色體倍數性和數目 四、遺傳圖譜、物理圖譜和基因圖譜 五、人類基因組 第三節 基因組 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 一、基因組定義 基因組是細胞中全部遺傳物質的總和。對于噬菌體和細菌來說 ， 就是指單個染色體上的全部基因， 對于二倍體真核生物來說 ，基因組是指維持配子或配子體正常功能的最基本的一套染色體以及所攜帶的全部基因。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 真核生物的 基因組中絕大部分的 DNA存在于細胞核中的染色體上（核基因組），還有一小部分存在于線粒體或葉綠體中（細胞器基因組）。 對于個別的 RNA病毒來說，他們的基因組是由 RNA組成的。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 基因組不是基因的簡單隨機組合，而是有功能性的高級結構。不同生物的基因組的復雜程度是不同的，表現在組成基因組的 堿基大小 不同、基因的 結構不同 、基因在基因組中的 組織方式 不同。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 二、基因組的結構特征 1 原核生物基因組的結構特征 細菌的一條 DNA分子就是一條染色體，由DNA 、 RNA和蛋白質等構成，其中 DNA占80%。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 （ 1）基因組較小，單個基因也較小，平均在 1 kb左右。 （ 2）單個染色體呈環狀，其中有的蛋白質與 DNA特異性結合，有的不是特異性結合。沒有真核染色體中的組蛋白。 （ 3）功能相關的基因串聯存在而高度集中，組成操縱子形式進行基因表達控制。例如大腸桿菌中有 260多個操縱子。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 （ 4）大部分基因是單拷貝的單一序列 DNA，有一些基因是多拷貝的；重復序列少，不存在高度重復序列。蛋白質基因多為單拷貝基因， RNA基因多為多拷貝 （ 5） DNA大部分用來編碼蛋白質。 （ 6）有重疊基因。 （ 7）基因幾乎沒有內含子。 （ 8）基因轉錄成多順反子。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 2 真核生物基因組的結構特征 （ 1）真核生物基因組 DNA與蛋白質結合形成染色體，儲存于細胞核內，除配子細胞外，體細胞內的基因的基因組是雙份的（即二倍體）。 （ 2）基因組較大，單個基因平均 16 kb，并且變化較大，最小基因與細菌中的基因類似，最大的基因是人的肌肉營養不良蛋白基因 2500 kb。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 （ 3） DNA和組蛋白結合形成染色體，而且一般是多條。 （ 4）大多數基因是斷裂基因，含有內含子。內含子的數目在不同的基因中不同，且差異很大。 （ 5）基因中有重復序列，而且存在高度重復序列。衛星 DNA是高等真核生物基因組中重復程度最高的重復序列。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 （ 6）基因有單拷貝和多拷貝兩種形式。 （ 7）基因家族化是基因組中最顯著的特征之一，它們來源于共同的一個祖先基因。 （ 8）基因多轉錄成單順反子，但可以翻譯成多種多肽鏈（可變剪切）。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 人的基因組中只有 1％的序列是用來編碼蛋白質的 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 酵母基因組排列的非常緊湊 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 真核生物的基因數目從6千到 4萬，但是與基因組的大小或生物的復雜程度無關 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 在細菌和原始細菌中基因的數目與基因組的數目成正比 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 已測序的生物中含有的基因數目 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 三、基因組的染色體倍數性和數目 基因的劑量 ——指一個細胞中某基因的拷貝數 細胞的倍數性 ——指細胞中整套染色體的拷貝數，真核細胞就是指染色體的數目，如 2倍體細胞， 4倍體細胞等 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 真核生物的單倍體數目代表基因組基因組一份拷貝的染色體數目，就是一套染色體的數目； 配子細胞是單倍體，大多數真核生物的體細胞是 2倍體，生殖細胞是單倍體； 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 C值 是指單倍體基因組中 DNA的含量，可以用堿基對或分子量來表示。有時染色體的倍數也可以用 C值表示。 一般來說，隨著是生物復雜程度的提高，物種的 C值也越來越高，但是物種的 C值高低與物種的高等或低等無直接關系。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 核型 是用來描述總染色體數目和性染色體構像的方式。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 四、遺傳圖譜、物理圖譜和基因圖譜 又叫連鎖圖譜或遺傳連鎖圖譜。是指基因或 DNA序列在染色體上的相對位置與遺傳距離，遺傳距離通常是以基因或 DNA片段在染色體交換過程中的分離頻率 厘摩（ cM） 來表示的。 cM越大，兩者之間的距離越遠。 （一） 遺傳圖譜 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 果蠅的基因連鎖圖 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 通過遺傳圖分析，我們可以大致了解各個基因或 DNA片段之間的相對距離與方向，了解哪個基因更靠近著絲粒，或靠近端粒。遺傳距離是通過遺傳連鎖分析得到的，研究中使用的 DNA標記越多，越密集，所得到的遺傳連鎖圖的分辨率越高。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 構建遺傳圖譜的基本原理 真核生物在減數分裂過程中，染色體會發生重組和交換，這種重組和交換的概率會隨著染色體上任意兩點之間的相對距離的遠近而發生相應的變化，由此就可以推斷出同一條染色體上兩點間的相對距離和位置關系，得到的這張圖譜就可以顯示出標記之間的相對距離，這種相對距離叫做遺傳距離，這樣的圖譜就叫做遺傳圖譜。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 遺傳圖譜中距離的單位是厘摩（ cM），是指兩點之間的平均交換率為 1%時的距離。不同物種中這個單位實際代表的堿基數目是不同的。 一般這個重組頻率數值不會大于 50%，因為如果等于或大于 50%，這兩個基因就不完全連鎖，發生隨機交換了。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 構建遺傳圖譜的基本方法： 雜交實驗和家系分析 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 在遺傳作圖中使用的“ 路標 ”有許多種。最初時使用的標記是可以代表 可見表型的基因 。可是這種基因的數目非常的有限，尤其當多個基因影響同一個性狀時，遺傳分析往往陷入困境。后來發現了具有生化特征的表型基因 可以滿足要求，所以就利用一些生化性狀基因來作圖。如人的 ABO型血型分析，血清蛋白核免疫蛋白（人類白細胞抗原， HLA）變異研究都是利用生化表型的例子。這些生化特征是屬于多等位基因。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 但是即使這樣，可以使用的基因的數目還是不夠多，而且許多性狀都與多個基因有關；更重要的是高等生物基因組中含有許多內含子，間隔序列，重復序列，其中根本沒有任何基因可以使用；并且只有部分基因的等位基因成員可以使用常規的實驗予以區分，所以產生的遺傳圖是不完整的，必須尋找其他的更為有效的標記。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 基因之外的作圖標記統稱為“ DNA標記” ，與基因標記一樣， DNA標記也必須有多態性，常使用的 DNA標記有 3種： （ 1）限制性片段長度多態性（ RFLP） （ 2）簡單序列長度多態性（ SSLP）：包括小衛星和微衛星序列等。 （ 3）單核苷酸多態性（ SNP） 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 限制性片段長度多態性 (RFLP)是 1980年提出的，是第一代分子標記。基本設想是，由于同源染色體同一區段 DNA序列的差異，當使用限制性內切酶處理時，可產生長度不同的酶切片段，這些片段使用電泳分離后可以直接顯示不同個體之間同一位點的 DNA組成的差異，從而將不同序列的片段標記在不同的 DNA序列上。 目前 RFLP已經不再使用了。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 （ 2） 物理圖譜 是采用分子生物學技術直接將 DNA分子標記、基因或克隆標定在基因組的實際位置。物理圖譜的距離根據作圖采用的方法而異。采用限制性片段作圖與克隆作圖的圖距單位為 DNA的分子長度，即 堿基對 （ bp）。采用輻射雜種作圖的計算單位為 厘鐳 （ cR）。 物理圖譜構建的方法 ： 輻射雜種和克隆作圖 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 最為常用的幾種物理作圖方法有 4種： （ a）限制性作圖 （ b）依靠克隆的基因組作圖 （ c）熒光標記的原位雜交 （ FISH） （ d）順序標簽位點（ STS）：目前最常用 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 最簡單的就是比較不同的限制性內切酶所產生的DNA片段的大小，然后計算各種 DNA片段長度，選擇其中正確的排列順序。但是當 DNA片段太長，切割形成的 DNA片段長度相同時等會使得片段之間的排序變的異常復雜以至與無法進行。所以一般只適用于小片段的 DNA作圖，其長度的上限取決于作圖使用的內切酶的切點的頻率，一般在 50 kb以下。使用一些非常稀有的內切酶可以使這個長度增加到1000 kb以上。 （ a）限制性作圖 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 （ b）熒光標記的原位雜交 （ fluorescent in situ hybridization FISH） 與同位素雜交的原理相同，只是標記物不同。FISH的熒光信號可以在顯微鏡下檢測，直接顯示探針與染色體雜交的位置。 熒光標記的原位雜交中，雜交的靶子是完整的染色體，由雜交信號提供作圖信息。將染色體放在載玻片上，使其變性成單鏈。探針一般使用長的DNA，一般大于 40 kb，使用同位素或熒光標記。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 熒光標記的原位雜交所提供的基因探針位置是非常粗略的，只能給出大概的位置，或將基因定位在哪一條染色體。分辨率與雜交的技術和染色體在制備時所處的狀態有關。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 著絲粒熒光原位雜交 顯示著絲粒在染色體上的位置 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 順序標簽位點是一小段長度在 100500bp之間的 DNA順序，每個基因組中只有一個拷貝，非常容易分辨。當 2個DNA片段均含有同一片段時，說明他們的序列之間有重疊，即 STS存在于重疊區。這樣就可以將 DNA片段按照正確的順序排列。 （ c）順序標簽位點（ sequence tagged site, STS） 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 物理圖譜實際上是基因圖譜和遺傳圖譜的中間類型，遺傳圖譜過于粗略，沒有物理圖譜，測序得到的大量核苷酸序列將無法正確的排序。所以基因組計劃中，基因組的物理圖譜的構建是非常重要的一件事情。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 即將生物基因組中含有的所有基因全部標記出來構成的圖譜。這是人類基因組計劃的終極目標。 構建基因圖譜的方法很多，在此不再介紹。 (3) 基因圖譜 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 五、人類基因組計劃 人類基因組就是人體一個細胞內包含的所有遺傳物質的總稱。包括 23對染色體和線粒體中的所有 DNA序列。 第 2章 染色質、染色體、基因和基因組 人類基因組計劃研究的歷程 20世紀 70年代的時候，就有的實驗室