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9.1 基因与基因组
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:1637    更新时间:2011/4/15
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9.1.1 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:

①编码蛋白质的基因,它具有转录和翻译功能,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只有转录功能而没有翻译功能的基因,包括tRNA基因和rRNA基因;

③不转录的基因,对基因表达起调节控制作用,包括启动基因和操纵基因。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。

 

基因组文库(genomic library)是将某种生物的全部、基因(DNA)切成适当长度的片段,连接在载体上,转化到宿主细胞中而构建的克隆总体。

cDNA文库是以生物的总mRNA为模板,用逆转录酶合成互补的双链cDNA,然后连接到载体上,转化宿主细胞后构建的基因文库。

 

9.1.2 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。

 

9.1.2.1 C值

不同的生物体,其基因组的大小和复杂程度各不相同。进化程度越高的生物体一般其基因组越大也越复杂。却又不尽然,万物万物之灵的人类的单倍基因组DNA含量(haploid DNA content,C值)只有3×109bp,而肺鱼的C值居然比人高10多倍。人和肺鱼亲缘关系相去甚远,很难相互比较。

 

在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。

 

表明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。

 

 

9.1.2.2 基因结构

基因的功能取决于DNA的一级结构。一个DNA分子能携带多少基因。若以1000~1500bp编码1个基因计算,猿猴病毒SV40基因组DNA有5000bp,可编码5种基因。

 

人类基因组DNA含3×109bp,理论上可编码200万以上的基因,因存在内含子而每个基因可长达5000~8000bp,少数可达20000bp。这样推算人类基因组相当于40~60万个基因。而现在知道人类基因组所含基因只有2~2.5万个,只占全部基因组的3%,其余90%多属于非编码区,没有直接的遗传学功能。

 

一个基因组的核酸可分为编码区和非编码区两类序列。

编码区为mRNA、rRNA、tRNA以及其他各种RNA编码。

非编码区又可分为信号序列和非信号序列两类。

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。

非信号序列是指间隔区。

 

间隔区并非不含有信息。如细菌启动子-35区和-10区之间的核苷酸顺序不求一致,但过长、过短都是不合适的。它作为间隔区但它含有信息。这信息不表现为核苷酸的顺序,而表现为序列的长度。

又如MS2外壳蛋白结构基因上游的非编码序列不得少于30nt,否则,翻译效率要降低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、3’剪接位点上游20~40nt及套索中间体分枝点附近的序列,都有严格要求;其余部分含有的信息较少,不易划出明确的界线。

 

果蝇乙醇脱氢酶基因Adh有两个内含子,其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。如缺失其中之一或两个都缺失,则转录水平下降5倍。但两者之中并无典型的增强子序列。Adh内含子是否是特例并不清楚。

 

DNA非编码区大都是一些大量的重复序列,这些重复序列或集中成簇,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。

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,这也是真核基因组与原核基因组的最大区别。

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