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1、MolecularBiology分子生物学Lecture3 12Sep 2016 Th 18 00 GraduateSchoolofChineseAcademyofAgricultural Sciences 中国农业科学院研究生院 GSCAAS Chapter2 Theinterruptedgene 断裂基因 2 1Introduction2 2RestrictionendonucleasesareakeytoolinmappingDNA 限制性内切核酸酶是DNA作图中的关键工具 2 3 2 3Organizationofinterruptedgenesmaybeconserved 断裂基因的
2、组成结构可能是保守的 2 4 2 4Genescanbeisolatedbytheconservationofexons 通过外显子的保守性可以分离基因 2 6 2 5SomeDNAsequencescodeformorethanoneprotein 一些DNA序列编码一种以上蛋白质 2 8 2 6Themembersofagenefamilyhaveacommonorganization 基因家族成员具有共同的组织结构 2 11 KeyConcepts Eukaryoticgenomescontaininterruptedgenesthatconsistofanalternationofex
3、ons representedinthefinalRNAproduct andintrons removedfromtheinitialtranscript TheexonsequencesoccurinthesameorderinthegeneandintheRNA butaninterruptedgeneislongerthanitsfinalRNAproductbecauseofthepresenceoftheintrons 关键概念 真核生物基因组包含的断裂基因由间隔的外显子 最终以RNA产物体现 和内含子 从初始转录物中去除的序列 组成 外显子 外元 序列在基因和RNA中的顺序是一致
4、的 但由于内含子 内元 的存在 断列基因的长度大于它的最终RNA产物的长度 2 1Introduction TheexonsarethesequencesrepresentedinthematureRNA Bydefinition agenestartsandendswithexons correspondingtothe5 and3 endsoftheRNA TheintronsaretheinterveningsequencesthatareremovedwhentheprimarytranscriptisprocessedtogivethematureRNA 外显子的序列包含在成熟RNA
5、中 也可以是 基因起始 结束于外显子 对应于RNA的5 和3 端 内含子是插入序列 在初始转录物加工成成熟RNA时被除去 Figure2 1InterruptedgenesareexpressedviaaprecursorRNA Intronsareremovedwhentheexonsaresplicedtogether ThemRNAhasonlythesequencesoftheexons 内含子从断裂基因中去除后形成信使RNA 外显子1 剪接去除内含子 前体mRNA 前体RNA 非mRNA 的长度决定基因的区域 每个编码区域在基因中是彼此分离的 图2 1断裂基因表达成前体RNA 内含子
6、剪切除去后 外显子剪接连接在一起 而mRNA只有外显子的序列 2 2RestrictionendonucleasesareakeytoolinmappingDNA 限制性核酸内切酶是DNA作图中的关键工具 2 3 KeyConcepts RestrictionendonucleasescanbeusedtocleaveDNAintodefinedfragments Amapcanbegeneratedbyusingtheoverlapsbetweenthefragmentsgeneratedbydifferentrestrictionenzymes 关键概念 限制性内切核酸酶可以用来将DNA剪
7、切成特定的片段 用不同的限制性内切核酸酶作用 可产生一系列DNA片段 通过叠加方法可用于DNA作图 物理图谱 物理图谱 PhysicsMap 物理图谱描绘DNA上可以识别的标记的位置和相互之间的距离 以碱基对的数目为衡量单位 这些可以识别的标记包括限制性内切酶的酶切位点 基因等 物理图谱不考虑两个标记共同遗传的概率等信息 对于人类基因组来说 最粗的物理图谱是染色体的条带染色模式 最精细的图谱是测出DNA的完整碱基序列 物理图谱是利用限制性内切酶将染色体切成片段 再根据重叠序列确定片段间连接顺序 以及遗传标志之间物理距离 碱基对 bp 或千碱基 kb 或兆碱基 Mb 的图谱 bpisanabbr
8、eviationforbasepairs distancealongDNAismeasuredinbp RestrictionenzymesrecognizespecificshortsequencesofDNAandcleavetheduplex sometimesattargetsite sometimeselsewhere dependingontype bp是碱基对的缩写 用以测量DNA中的距离 限制性核酸内切酶可以识别双链DNA上的特异的短序列并切开双链结构 根据基因的不同类型 切割可以在靶位点或其它位置 RestrictionmapisalineararrayofsitesonDN
9、Acleavedbyvariousrestrictionenzymes RestrictionendonucleasescanbeusedtocleaveDNAintodefinedfragments Amapcanbegeneratedbyusingtheoverlapsbetweenthefragmentsgeneratedbydifferentrestrictionenzymes 限制图谱是DNA经不同限制性内切酶切割后的线性排列 限制性内切酶可将DNA切成一定长度的片段 利用由不同限制性内切酶切割所产生的片段之间的重叠性质可绘制DNA图谱 Figure2 3Fragmentsgener
10、atedbycleavingDNAwitharestrictionendonucleasecanbeseparatedaccordingtotheirsizes 图2 3限制酶作用产生的DNA切割片段能按照它们的大小而分开 电泳可根据大小分离片段 与对照相比的片段大小 对照含有一系列已知大小的片段 用限制性核酸内切酶切割 电泳 与对照DNA对比 Figure2 4ArestrictionmapisalinearsequenceofsitesseparatedbydefineddistancesonDNA ThemapidentifiesthesitescleavedbyenzymesAandB
11、 asdefinedbytheindividualfragmentsproducedbythesingleanddoubledigests 限制图谱 图2 4限制图谱表示的是DNA上以限定长度而分开的所有位点的线性次序 该图确定了酶A及B的酶切位点 它们由单酶切和双酶切消化所产生的不同片段来确定 2 3Organizationofinterruptedgenesmaybeconserved 断裂基因的组成结构可能是保守的 2 4 由于内含子额外序列的存在 并通过限制图谱或电子显微镜技术比较基因与它们的RNA产物而使内含子能够被检测出来 但最终的定义是通过比较序列而得出的 比较不同生物的同源基因
12、 我们发现内含子的位置通常是保守的 但是相应的内含子的长度变化可以很大 内含子通常不编码蛋白质 Figure2 5ComparisonoftherestrictionmapsofcDNAandgenomicDNAformouse globinshowsthatthegenehastwointronsthatarenotpresentinthecDNA TheexonscanbealignedexactlybetweencDNAandgene cDNA中缺失内含子的限制位点 限制位点 基因组DNA 图2 5比较 珠蛋白的cDNA和基因组DNA的限制图谱 我们发现基因有两个内含子而cDNA中则没有
13、 在cDNA和基因组DNA中 外显子限制图谱排列是一致的 Figure2 6AnintronisasequencepresentinthegenebutabsentfromthemRNA hereshownintermsofthecDNAsequence Thereadingframeisindicatedbythealternatingopenandshadedblocks notethatallthreepossiblereadingframesareblockedbyterminationcodonsintheintron 内含子序列mRNA中去除 阻断 图2 6内含子就是包含在基因中但
14、在mRNA中缺失的一段序列 此处显示的是cDNA序列 读框用交互开放和阴影区表示 值得注意的是三个可能的读框被内含子中的终止密码子所阻断 Figure2 7Allfunctionalglobingeneshaveaninterruptedstructurewiththreeexons Thelengthsindicatedinthefigureapplytothemammalian globingenes 珠蛋白基因具有相似的结构 但内含子的长度不同 图2 7所有功能性珠蛋白基因都是含三个外显子的断裂基因结构 图中标识的长度亦适用于哺乳动物 珠蛋白基因 内含子长度 包含 UTR Untrans
15、latedRegions 即非翻译区 是信使RNA mRNA 分子两端的非编码片段 5 UTR从mRNA起点的甲基化鸟嘌呤核苷酸帽延伸至AUG起始密码子 3 UTR从编码区末端的终止密码子延伸至多聚A尾巴 Poly A 的末端 珠蛋白基因globingene血红蛋白含2个 和2个 链 分别由 链珠蛋白基因和 链珠蛋白基因的信息而形成 哺乳动物的 链基因和 链基因在结构上相似 都是由2个内含子而分为3个外显子部分 链基因和 链基因的内含子1的长度约为120个碱基对 而对内含子2 链很长 例如人的 链基因之一的 2 内含子2含140个碱基对 而 链基因含849个碱基对 珠蛋白基因在哺乳类是数次重复
16、的结构 形成一种多重基因群 珠蛋白 英文名为 globin 是具有携带氧能力的蛋白质 在脊椎动物体内有两种类型 即存在于血液中血红蛋白和肌肉中肌红蛋白 目前在神经系统又发现了第三种珠蛋白 Figure2 8MammaliangenesforDHFRhavethesamerelativeorganizationofrathershortexonsandverylongintrons butvaryextensivelyinthelengthsofcorrespondingintrons 图2 8哺乳动物的DHFR基因具有相似的构成 即它有较短的外显子和较长的内含子 但相应的内含子之间的长度变化广泛 DHFR 二氢叶酸还原酶 dihydrofolatereductase DHFR基因具有一个不变的结构 Conservationofexonscanbeusedasthebasisforidentifyingcodingregionsbyidentifyingfragmentswhosesequencesarepresentinmultipleorganisms 外显子的保守性可以做为鉴定编码
