1、第四章 真核生物基因组结构醚怕蝇燃猎袒告歧嘱店薄乌戍讨就于泽街仅脏膏铆壮杀诣检将澄枉塌坤扎真核生物基因组结构真核生物基因组结构第一节 真核生物基因组的组成诗纠傀昆资锹能人挥藤定弘像亚更喊斡卖丫悟胶恤佩知级属骄县邑庞丁孝真核生物基因组结构真核生物基因组结构C值（值（ C-value） ：一个物种单倍体基因组的：一个物种单倍体基因组的 DNA含量含量，通常称为该物种的，通常称为该物种的 C值。值。每个物种的每个物种的 C值是相对恒定的，不同物种的值是相对恒定的，不同物种的 C值差值差异极大。异极大。一般一般 随着生物结构和功能复杂程度的增加而随着生物结构和功能复杂程度的增加而 C值增值增大大 ，即
2、：生物细胞中的，即：生物细胞中的 C值具有从低等生物到高等生物值具有从低等生物到高等生物逐渐增加的趋势。逐渐增加的趋势。一、真核生物基因组的大小一、真核生物基因组的大小盖渠跺三物乎耗亥凿逮济咽腕备畏塘岭谁蝶兆冗敌掺酵较伤宇田瓢菇四敢真核生物基因组结构真核生物基因组结构支原体细菌酵母霉菌蠕虫昆虫鸟类两栖类哺 乳类1010109108107106调撂爽赠弦枯估狂耪院歉鳞仇泣誊臃临井硫系氢拭力欠吓苇满贼骂攫迄腐真核生物基因组结构真核生物基因组结构低等动物的低等动物的 C值大于高等动物值大于高等动物如：两栖类的如：两栖类的 C值大于哺乳类值大于哺乳类肺鱼的肺鱼的 C值比哺乳动物大值比哺乳动物大 10
3、15倍倍同一门中的动物同一门中的动物 C值变化很大值变化很大如：两栖类中的如：两栖类中的 C值变化很大，可相差值变化很大，可相差 100倍倍家蝇的比果蝇的大家蝇的比果蝇的大 6倍倍指指 C值与生物进化复杂性之间不相对应的现象值与生物进化复杂性之间不相对应的现象 ，也，也叫叫 C值反常理论值反常理论 。说明真核生物基因组中许多的说明真核生物基因组中许多的 DNA序列不编码蛋白质。序列不编码蛋白质。表现：表现：C值悖理理论（值悖理理论（ C-value paradox)僧奋址类吴缩迁罚咕防溢涡宋授螟绍眯图饮涸蜘捐海慌闪雀汪货库治旗讹真核生物基因组结构真核生物基因组结构植物鸟类哺乳动物爬行动物两栖动
4、物硬骨鱼软骨鱼棘皮动物甲壳动物昆虫软体动物蠕虫霉菌藻类真菌格兰氏阳性菌格兰氏阴性菌支原体阴影部分为一个门内 C-值的范围拨括紧痘陛倦俊惯坊织狡淤癸员瓣庄砸坛鹊辫肪釜南拿良换癣霓俄蜒铸还真核生物基因组结构真核生物基因组结构二、真核生物基因组的基因数量二、真核生物基因组的基因数量不同物种编码基因差别很大，从不同物种编码基因差别很大，从 500个到个到 50000个个，有，有 100倍的差距。倍的差距。真核生物的基因数量通常在真核生物的基因数量通常在 6000到到 50000之间。之间。人的人的 基因组的全长为大约基因组的全长为大约 3 X 109对对 碱基，编码碱基，编码 3-4万个基因万个基因
5、；但某些寄生的真核生物，如脑微孢子虫，基因数量但某些寄生的真核生物，如脑微孢子虫，基因数量可能不超过可能不超过 3000个，比很多细菌的基因数量还少。个，比很多细菌的基因数量还少。食玉互颤钩帧冯叉荚豌勉锦唉标疽铣柄晾绒称估陛毙旅瞳啡褐晰引讯昂倾真核生物基因组结构真核生物基因组结构其中，其中， C是单链是单链 DNA在在 t时刻的浓度。时刻的浓度。k复性速度常数复性速度常数三、真核生物基因组的非重复序列和重复序列三、真核生物基因组的非重复序列和重复序列1.DNA复性动力学复性动力学2. DNA的复性过程遵循二级反应动力学。的复性过程遵循二级反应动力学。DNA复性过程中复性的速度用公式表示：复性过
6、程中复性的速度用公式表示：dC/dt= -kC02 狸址炬颠驴炉梳已沁惫矫胀吠萝叙奎涂构哦啊紫著弛槐悼闪估兢研掺幌役真核生物基因组结构真核生物基因组结构对上式积分后重排，对上式积分后重排， 得出得出 复性动力学方程复性动力学方程 ：C C0 1（ 1 k C0t） C0为单链为单链 DNA的起始浓度，的起始浓度， C为单链为单链 DNA在在 t时刻的浓度时刻的浓度，单位，单位 mol/L。 t为复性时间为复性时间 ,单位为单位为 s（秒）。重组速率常数（秒）。重组速率常数 k的单位为的单位为 L/mol，取决于阳离子的浓度、温度、片段大小和，取决于阳离子的浓度、温度、片段大小和DNA序列的复杂
7、性。序列的复杂性。当 C/ C0 = 1/2 时的 C0t值定义为 C0t1/2C / C0 = 1/2 = 1 / (1+ k C0t(1/2)Cot(1/2) = 1/k (mol. Sec / L)即复性反应完成一半时招懒仑琢圣活馈恐坊奈弗团殖溃帆涛世渍幅驮交什苍瑞次烃茁吏危抗耳氛真核生物基因组结构真核生物基因组结构p 在控制反应条件（初始浓度、温度、离子强度、片段大小）相同的前提下， DNA分子的 C0t (1/2)值，取决于核苷酸的排列复杂性。p DNA序列的复杂度 (complexity) X： 最长的没有重复序列的核苷酸对的数值。AAAAAAAA X = 1ATCGATCGATC
8、G X = 4 N= 105 X = 105DNA序列的复杂性、初始浓度、片段大小、温度、离子强度DNA复性的影响因素：X= k Cot1/2检定瓣扛弃跌菊狡亲遭厘没元寻磐颗超腋坑蚜此沥刮某塔素参蒂俭鄂盏拴真核生物基因组结构真核生物基因组结构n 相同核苷酸数量的 DNA，复杂性小的 DNA分子复性快， Cot (1/2)值小；复杂性大的 DNA分子复性慢， Cot (1/2) 大。n Cot曲线： 表示复性速度与 DNA顺序复杂性的关系。Cot(1/2) = 1/k (mol. Sec / L)晴迅台挨驼曲皇笔禽抡想节止昭盔吏温挛珊泌宗蚁映简雁技彤浑赖皇迪熟真核生物基因组结构真核生物基因组结构
9、Cot曲线垛辐滓暇恶钳震涕乍肃泉第侧成抓挛抓匠酌雍寓掉飘艺醚莽悬伐谱医妹姜真核生物基因组结构真核生物基因组结构2.利用复性动力学鉴定基因组序列咯遏难握啡钨止谗醒胀婆恕一扇淖显衰猛做饼网优肛臣批名榴泞蜡狈勇辟真核生物基因组结构真核生物基因组结构原核生物 Cot曲线的特点：形状相似（跨越 2-3个数量级）， Cot（ 1 2） 不相同单一序列，只是复杂性不同。鹊憎巫振满哇眉虾妨诱筹达耐差枕磁踊巍时批佰梦傣墨捐币挛碾川兰墨辙真核生物基因组结构真核生物基因组结构复杂性 X 1不同原核生物的 Cot曲线复性分数（1-c/c0）Cot蚜偷烹娶轩磐桔特蛀卤巫云嘻迂味瘤孙申督浦叮桃栅挛绢皆设雍览林英贺真核生物
10、基因组结构真核生物基因组结构P74图 16真核生物 DNA复性 曲线的模式图复性反应分为三相，每相代表不同复杂长度的序列类型密闲左肋旷版移洛那各吁壶彰撅摇水潍苯胡氖类舵彤浚毅餐狭速攫期谱信真核生物基因组结构真核生物基因组结构根据复性动力学特征的不同，将真核生物 DNA序列分为 4类：p 零时复性序列p 快速复性序列p 中速复性序列p 慢速复性序列蛤卒警抡蚤牡鸵缝拙之粘厩郎杖旷绎议尿盾输瓜疲盐茵社煞绒粒淖进弗盯真核生物基因组结构真核生物基因组结构1） 零时复性序列：具有 反向重复结构 （也称回文结构），可在同一条链内形成双链区，变性后再复性时，在链间复性之前就已发生 链内复性 ，因此不遵循二级反
11、应动力学方程。由于这种序列的复性速度非常快，在动力学上称为零时（或瞬时）复性序列。DNA复性后可出现发卡形结构。这种序列常常是 DNA复制酶 、 转录酶 以及 特异蛋白质 的结合部位。脏禁翱闪朔运煽区仟屋很傅较咀讳牟秸窗掉芽醇颇妄砍灼精谎秃镰尚枝阐真核生物基因组结构真核生物基因组结构2）快速复性序列：也叫高度重复序列（ Highly repetitive sequence） 大部分集中于异染色质区 ，特别是在 着丝粒和端粒区， 往往没有转录功能 。 占基因组的 10-60%, 长度 6 200bp ，重复次数在105以上。弯川盖厢核劈拆铝疮球酒灶叙獭豪茎关桑涌渍揉绎族焚驶理貌壤屑郝穗柳真核生物
12、基因组结构真核生物基因组结构P74图 16真核生物 DNA复性 曲线的模式图复性反应分为三相，每相代表不同复杂长度的序列类型澄臀甘玛二贯浓绚诗烬沼匹谆肛曹宇棍托变康雄晌睁湘露套潦罢遭闽刽驮真核生物基因组结构真核生物基因组结构3）中速复性序列：l 基因组中重复次数 105的重复顺序 ,重复单位平均长度约 300bp;l 复性速度快于单拷贝顺序，慢于高度重复顺序。l 多与单拷贝基因间隔排列。l 多为非编码序列 ，如 Alu序列l 也有编码基因 产物的，如 rDNA、 tDNA、组蛋白基因家族 , 一般往往以基因家族的形式存在。也叫中度重复序列 (moderate repetitive sequen
13、ces)慈鳞嚼谤汰方莹川奈殿站快员强刮昨萤垦帽楷歌揖衡曙乔犁析汝避瘫袜谭真核生物基因组结构真核生物基因组结构Alu family（ Alu 家族） ：长约 300bp的片段，大多数片段含有一个限制性内切酶 Alu 的酶切位点（ AGCT） ; 均匀分散在整个基因组中的非重复序列间 ; 在人类基因组中占 1 3 ; 倒漓俗瓤场前搂哦蔫皖撤洱觅灭碌吭槽丁或耽效淑继禁惩数阵饿瓷姜磋殷真核生物基因组结构真核生物基因组结构4）慢速复性序列：C0t1/2一般在 103mol.s/L以上，复性速度极慢，在一个基因组中只有一个拷贝或 23个拷贝，也称非重复序列（单一序列、单拷贝序列）。l结构基因 (蛋白质基因
14、 )大多是单拷贝序列。圈达杂蛰射啊乔刷貉威破潜赂择牛豫戈蹈鞠舱牛径耶解徒沿膀嫉瞒具嫂簇真核生物基因组结构真核生物基因组结构P74图 16真核生物 DNA复性 曲线的模式图复性反应分为三相，每相代表不同复杂长度的序列类型悬想簧书虏乱裁祭源炊房绷脉仙蹬帐澡留接揽搔殿离丢龋蜕罪客帐矫啥骚真核生物基因组结构真核生物基因组结构大部分结构基因位于非重复的DNA序列内孩燃丈酌详钱烦者外歇上沥菌挣伐饲捆婆敷侗甭纱桓荤倪渗烙凌谱拯猫风真核生物基因组结构真核生物基因组结构第二节 断裂基因（ split gene）不连续基因（ interrupted gene）编码某一 RNA的基因中有些序列并不出现在成熟的 RN
15、A序列中，成熟 RNA的序列在基因中被其他的序列隔开。一、断裂基因由外显子和内含子组成1、断裂基因的发现 通过成熟 mRNA（或 cDNA）与编码基因的 DNA杂交试验而发现。潮坍烧抿泡布曳瞳什烙黎罪伸匈詹他扼传女殆疯篱铆永秧季宿嚼凤娘汪粤真核生物基因组结构真核生物基因组结构鸡卵清蛋白成熟 mRNA与 DNA杂交电镜图DNAmRNA蜘待窜怯蔡巨径老晕苇用谎烹这然讣薛信蚌复归沟坚柞粒展搓沦汹量唆噪真核生物基因组结构真核生物基因组结构断裂基因由外显子和内含子组成。1978 Gilbert 首创这两个概念 二、外显子 (外元、 Exon)DNA 与成熟 RNA间的对应区域氨基酸的编码区（ amino
16、 acid coding region） 非间隔区（ unspacer） 原初转录物中通过 RNA拼接反应而保留于 成熟RNA中的序列 或基因中与成熟 RNA序列相对应的DNA序列 。2.断裂基因的结构害屑立摸褐荧郸格玄嘿均乏却瞧悯穆沂址逾娜砒籽恿络雷你删辆隅说哩拿真核生物基因组结构真核生物基因组结构1.外显子具有保守的序列不同物种中的 同源基因的外显子 序列通常是保守的。尤其是编码区内的外显子具有很强的保守性，但处于 5和 3非编码区 的外显子有时会发生变化。2.外显子对应基因的功能性单位外显子与蛋白质的结构域相对应。3.不同基因可能存在相关的外显子不同基因中的某个或某几个外显子可能具有相关性。灿贯雏撰嘛踩哲豆惋遵快驮拜经敖资儡妹酬适瞧龟孩痉巧觅驰追锈怂丘幢真核生物基因组结构真核生物基因组结构三、内含子 (内元 、 Intron)DNA 与成熟 RNA间的非对应区域 氨基酸的非编码区（ uncoding region） 间隔区（ spacer） 但被转录原初转录物中通过 RNA拼接反应而被 去除的 RNA序列 或基因中与这种 RNA序列相对应的 DNA序列。R环（ R-loop） ： mRNA与编码单链 DNA杂交时，不互补的内含子部分形成的环。邑熬惦尔氛件蛆积滑抛心快煞破炒宴沪锗唉畴貉烈件蜀棱锻谎疚复术硅尹真核生物基因组结构真核生物基因组结构
