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第四章 基因与基因组.ppt

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基因家族各成员之间相似程度以及组织方式不同。 大部分有功能的基因家族成员之间相似程度很高。 但也有些家族成员间的差异很大,甚至还有无功能的假基因(pseudogene),如珠蛋白基因家族。 2.3.2 基因簇 基因家族的成员在染色体上的分布形式也不同,有成簇存在的,也有散布的。 基因家族的各成员紧密成簇排列成大段的串联重复单位,定位于染色体的特殊区域,称为基因簇(gene cluster)。它们是同一个祖先基因扩增的结果。 总体来说,基因簇各成员分布在染色体上相对集中的区域。 也有一些基因簇在染色体上的排列并不是十分紧密,中间也会包含一些无关的序列。 基因簇内部也包含没有生物功能的假基因。 基因簇内各序列间的同源性大于基因簇间的序列同源性。` 2.6.1 转座子的概念及发现 转座子 (transposon 或 transposable element)是基因组内相对独立的、可移动序列,它们不必借用噬菌体或质粒的形式就可以从基因组的一个部位直接转移到另一个部位,这个过程称为转座(transposition)。 转座子每次移动时携带着转座必需的基因一起在基因组内跃迁,所以转座子又称跳跃基因(jumping gene)。 转座子是基因组的正常组成成分,不以独立的形式存在(如噬菌体或质粒DNA)。 转座的发生不依赖于转座子和靶位点之间任何的序列同源性,在基因组内由一个部位直接转移到另一个部位。 转座以很低的频率发生,而且转座子的插入是随机的。 转座子有时插入到一个结构基因或基因调节序列内,引起基因表达的改变。 转座子也可以引起基因组序列的重排,它们的移动也和进化有关。 转座元件首先是由Barbara McClintock于40年代在玉米的遗传学研究中发现的,她称之为控制元件(controlling element)。 因为它不仅能够在基因组内转移,而且还能够改变基因的活性并引起功能的改变。 现在认为转座子存在于地球上所有的生物。 2.6.2 转座子的分类 转座子分为两个基本类型: 一种是以编码蛋白质的DNA序列的形式存在,其编码的蛋白能直接操作DNA,从而使转座子能够在基因组内繁殖其自身。 另一种与反转录病毒有关,并且它们可移动的特性来自于它们能由RNA转录物产生DNA拷贝,这种DNA拷贝然后被整合到基因组的新位点。 2.6.3 转座子的作用 转座元件可直接或间接地促进基因组的重排。 转座子的间歇的活动性似乎为自然选择提供了一个不确定的靶部位。 转座子是位于基因组内的一个独立的实体(“自私DNA” )。 转座子与基因组的这种关系相当于寄生虫与宿主的关系。 转座子的扩增可能通过产生有害的结果而得到平衡。 在原核和真核细胞内都发现了通过DNA移动的转座子的存在。 2.6.4 插入序列IS 最简单(最早被鉴定)的转座子被称为插入序列IS(insertion sequences, IS)。IS元件是细菌染色体和质粒的正常组成部分。 最早被鉴定的转座元件是细菌操纵子中的自主插入序列。这种插入阻止了插入部位基因的转录和/或翻译。 IS元件是独立的结构单位,每个元件只编码为自身转座所需要的蛋白质。 IS元件的末端为短的反向末端重复序列(inverted terminal repeats),通常这两个拷贝密切相关,但并不完全一样。 IS元件具有一个典型的结构,它的末端为反向重复序列,而与其相连的宿主DNA的末端为短的正向重复序列。 反向重复序列标明了转座子的末端。 当在一段DNA序列中见到这种结构类型时,可被用来鉴别转座子。 2.6.5 复合型转座子 一些转座子除了具有与转座有关的功能外,还携带药物抗性(或其他)标志,这些转座子被命名为Tn(Trans-poson)。 复合型转座子(composite transposons)的中心区携带药物抗性标志,两侧为由IS元件组成的臂。 因为臂由IS组成,每个 IS具有通常的反向重复末端结构,因此复合型转座子具有同样的短的反向重复末端。 一个功能性的 IS结构单位能转座它本身或整个转座子。 2.6.6 转座发生的机制 转座子插入到一个新的部位的通常步骤是: 在靶DNA上制造一个交错的切口; 然后转座子与突出的单链末端相连接,并填充切口。 交错末端的产生和填充解释了在插入部位产生靶DNA正向重复的原因。 链的切口之间的交错决定了正向重复的长度。 2.6.7 三种不同类型的转座 (1)复制型转座 (replicative transposition): 作为自身移动的一个部分,转座子被复制,一个拷贝仍然保留在原来的位置上,而另一个则插入到一个新的部位,这样转座过程伴随着转座子拷贝数的增加。 (2) 非复制型转座 转座元件作为一个物理实体直接由一个部位转移到另

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