1.5 基因及基因组结构与特点.doc

基因及基因组的结构与特点 §1 基因与基因组 一. 基 因 基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。 根据基因是否具有转录和翻译功能分为： 分 类 说 明 ① 蛋白质编码基因 转录和翻译功能：包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节基因； ② 只转录不翻译的基因 包括tRNA基因和rRNA基因 ③ 不转录基因 包括启动基因和操纵基因，对基因表达起调节控制作用。启动基因和操纵基因有时被统称为控制基因，有些区域的功能还不清楚。 二. 基因组（genome） 基因组是指含有一个生物体生存、发育、活动和繁殖所需要的全部遗传信息的整套核酸。 基因组中不同的区域具有不同的功能，有些是编码蛋白质的结构基因，有些是复制及转录的调控信号，有些区域的功能尚不清楚。 功能基因组是指由表达基因构成的基因组。 基因组结构是指不同功能区域在整个DNA分子中的分布情况。 1. C值 不同生物体的基因组大小和复杂程度各不相同，进化程度越高的生物体一般基因组越大也越复杂 单倍基因组DNA含量（haploid DNA content）称为C值。 C值矛盾： 人类基因组的C值只有3×109bp，肺鱼的C值比人高10多倍； 亲缘关系相近的物种间，C值仍然相差很大：两栖类的不同物种间C值可相差100倍，被子植物不同物种间C值相差达1000倍，藻类5000倍，鱼类350倍，节肢动物250倍。在原生动物不同物种间C值相差竟高达5800倍。 C值的大小并不说明遗传复杂性的高低，而只说明基因组中自私DNA（selfish DNA）的多少。 2. 基因结构 一个基因组的核酸可分为编码区和非编码区两类序列。 （1）编码区：为mRNA、rRNA、tRNA以及其他各种RNA编码。 （2）非编码区：又可分为信号序列和非信号序列两类。大都是一些大量的重复序列，它们或集中成簇，或分散在基因之间，可能在DNA复制、调控中具有重要意义，并与生物进化、种族特异性有关。 1）信号序列包括：复制起点、增强子、启动子、终止子及一切由调节蛋白识别和结合的序列。 2）非信号序列是指间隔区：间隔区并非不含有信息，有时信息不表现为核苷酸的顺序，而表现为序列的长度。 MS2外壳蛋白结构基因上游的非编码序列不得少于30nt，否则翻译效率降低10倍； 真核基因的内含子并非编码序列，但其中含有重要信息，如5’剪接位点、3’剪接位点等；一些内含子的位置在不同物种之间保守，甚至其序列也有程度不同的保守。 真核基因组与原核基因组的最大区别：原核细胞由于DNA分子较小，必须充分利用有限的核苷酸序列，因此非编码序列比例很小。 §2 病毒基因组的结构和功能 一. 病毒简介 病毒是最小的生命体，直径只有20~300nm，其基本构造为一层外壳蛋白（capsid）包围着核酸和数种酶。 有些病毒在外壳蛋白外还有一层由宿主细胞构成的被膜（envelope），被膜内有病毒基因编码的糖蛋白。 病毒必需进入宿主细胞中，借助宿主细胞的一些酶和细胞器才能使自身得以复制。感染细菌的病毒特成为噬菌体。 X-晶体衍射解析的口蹄疫病毒外壳结构 根据病毒所含的核酸种类及复制策略分成7类：双链DNA、单链DNA、双链RNA、正单链RNA、负单链RNA、反转录RNA及反转录DNA病毒。 二. 病毒基因组的结构特点 1. 不同病毒基因组大小差异较大 乙肝病毒DNA只有3kb大小，只编码4种（6种）蛋白质； 痘病毒基因组为300kb，可编码病毒复制所涉及的酶类，甚至包括核苷酸代谢的酶类等几百种蛋白质——痘病毒对宿主的依赖性比乙肝病毒小。 2. 病毒基因组是DNA或RNA 每种病毒颗粒只含一种核酸； 病毒基因组的DNA或RNA可以是单链或双链、环状或线性分子。大多数DNA病毒的基因组是双链DNA分子；大多数RNA病毒的基因组是单链RNA分子。 病毒种类 基因组结构 乳头瘤病毒 环状双链DNA 腺病毒 线性双链DNA 脊髓灰质炎病毒 单链RNA 呼肠孤病毒 双链RNA 3. 多数RNA病毒的基因组由连续的核糖核酸链组成，但有些病毒的基因组RNA由不连续的几条核酸链组成。 流感病毒的基因组由8条RNA分子构成，每条RNA分子都含有编码蛋白质分子的信息； 呼肠孤病毒的基因组由10个双链RNA片段构成，每段RNA分子都编码一种蛋白质； 目前还未发现有节段性的DNA分子构成的病毒基因组。 4. 基因重叠 病毒基因组有基因重叠现象，即同一段DNA片段能够编码2种甚至3种蛋白质分子。基因重叠使较小的基因组能够携带较多的遗传信息。 1977年，Sanger在单链DNA病毒ΦX174中发现重叠基因。线粒体和质粒DNA也有基因重叠现象。 噬菌体ΦX174的遗传图谱 基因重叠示意图 重叠基因的类型 完全重叠 一个