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1、1,第一节 基因的概念与发展,第12章 基因表达的调控,一、基因概念的演变 1、在功能上基因概念的演变 1）遗传因子是生物性状的符号 18571909 1857年Mendel作了8年的碗豆杂交实 验，创立了遗传学的第一、第二定 律，在他的植物的杂交实验论文中 把控制 性状的 某种东西叫做“遗传 因子” （Genetic factor) ,分别用A、B、C、D等字 母代替遗传因子，此因子就是生物性状的符号，例如：红花A用表示，白花用a表示。这种因子什麽东西，在什麽地方还不清楚。但是，在哪个年代Mendel提出了遗传因子的概念，认为子代的性状是由于得到了亲代的遗传因子，,这已经是一个伟大的进步，既
2、：生物的性状 有它的物质基础，打破了上帝决定一切的概念。 2）基因是位于染色体上的决定遗传性状的基本功 能单位 19091940,1909年，丹麦人约翰逊（Johansen) 1910年Morgan 、 Sturtevant、Briges 的工作， 提出基因在染色体上直线排列，不重复、不重叠、 不分割基因是 功能单位、突变单位、重组单位。 把基因物质化。提出“三位一体”的概念。但是还 不清楚基因到底是什麽东西，是啥样的化学实体 1927年，摩尔根的 弟子穆勒Muler 发现用X射线可以使果蝇的基因发生 突变，进一步证实了基因是实实在 在的化学实体，同时开创了基因突 变新领域。1946年获得诺贝
3、尔奖金,3）基因是决定某种酶的DNA片段 19401955 1940年，Beadle和Tatum用诱变剂处理红色面 包霉得到各种营养缺陷型突变体。其中一种是精 氨酸缺陷型，在此缺陷型又分成四种类型： argE argF argG argH,精氨酸缺陷型的生长反应 菌 株 基本 基+谷 基+鸟 基+瓜 基+精琥 基+精 野生型 + + + + + + arg E - - + + + + argF - - - + + + argG - - - - + + argH - - - - - +,谷氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨琥珀酸 精氨酸,精氨酸的代谢过程和酶作用位置 谷氨酸 argE酶 鸟氨酸 argF
4、酶 瓜氨酸 argG酶 精氨琥珀酸 argH酶 精氨酸,分析代谢途径 ：在那种物质上都不长，说明那种物质最靠前 在那种物质上都长，说明那种物质最靠后,分析基因作用位置: 在多种物质上都长，说明基因作用靠前.在多种物质上都不长，说明基因作用靠后 提出一个基因一种酶学说，1958年双双获诺贝尔奖金。但没有打破基因三位一体的概念,代谢途径分析,从竖行分析代谢途径 ： 在那种物质上都不长，说明那种物质最靠前。 在那种物质上都长，说明那种物质最靠后,谷氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨琥珀酸 精氨酸,1944年，Avery的细菌体外转化实验 证明N是遗传物质， 1952年，Hershey和Chase的噬菌 体重
5、组实验使生物学界承认N 是 遗传物质，1969年Hershey获诺贝尔奖金 1953年Watson和Crick以及威尔金斯发 现了双螺旋结构，因此，基因的概念 成为：基因是决定某种酶的DNA片 断。1962年三人同时获得诺贝尔奖金,4）基因是决定一条多肽链的DNA片段 19551961 A、顺反测验 (1955 Benzer ) 根据基因顺式排列和反式排列时的表现情况 来判断两个位点是否属于一个基因的测定方 法,T4噬菌体R区有2个位点： RA 、RB RA RB 两个位点都正常时可在大肠杆菌K菌株上生长 两个位点突变时不能在K菌株上生长 两个其中的1个位点突变时不能在K菌株上生长 这2个位点
6、属于一个基因的两个位点还是 两个基因呢？,13,他设计了顺反测验的方法分析T4噬菌体R区的 两个区域，描绘了基因的的精细结构，发表细 菌噬菌体遗传区的精细结构论文，提出了顺反 子(Cistron)的概念和基因是决定一条多肽链的 DNA片段的概念。 顺反子:一个不同突变之间没有互补的功能区.,r1 r2 顺式 野生型性状 r1 反式 r2 野生型性状,顺式时、反式时都为野生型性状，说明这 两个位点能互补，此两个位点 属于两个 不同的基因,发现RA区是一个基因位点， RB区是一个基因 位点，两个位点都正常时，每位点编码一条多肽 链，2条多肽链合起来形成一种酶，提出：一个基 因一条多肽链的学说，打破
7、了基因是一个功能单 位的概念。 在RA区: a + + b a b + + 在每个区的不同突变体之间也进行了一系列顺反 测验，混合感染试验，证明RA区是一个顺反 子，RB区是一个顺反子。,不生长，无互补,生长，有互补,17,18,图 227突变座位与互补图解,C、基因精细结构分析 突变子（muton)：可以突变的最小单位 发现A基因有800bp，既有800个突变位点，B基因 有500bp，既有500个突变位点 交换子（recon) ：可以发生交换的最小单位 A基因有800bp，既有800个交换位点，B基因有 500bp,既有500个交换位点 打破了基因“三位一体”的概念。,5）基因是实现一定遗
8、传效应的核苷酸序列 1961-1969 1961年 ，Monord 和Jacobe对大肠杆菌乳糖代谢进 行研究， 提出了乳糖操纵子学说,I P O Z Y A 调节基因、结构基因：转录翻译形成蛋白质 操纵基因：仅转录不翻译不形成蛋白质 启动基因：不转录不翻译不形成蛋白质 因此，基因不一定都得有产物,：调节基因；：启动基因；：操纵基因； ：半乳糖苷酶基因；：半乳糖苷透性酶基 因；：转乙酰基酶基因。 由于他们开创了基因调控的研究领域，谱写了 分子遗传学的新的一章，1965年Monord 和 Jacobe双双获得诺贝尔奖金,1968年美国遗传学家普坦森(Ptashene) 吉尔伯特(Gilbert)
9、成功分离出一个具 有抑制功能的DNA片断，用实验和实物 证明了基因的调控机制 1969年，Shapiro分离出了大肠杆菌乳 糖操纵子,进一步证实乳糖操纵子学说,2、在结构上基因概念的演变 1）重复基因 (repetitive gene) 基因以多个拷贝存 在的现象 。 1968年美国学布里顿通过DNA的复性动力学研 究发现在真核细胞DNA中存在重复顺序 物种 5SRNA tRNA 大肠杆菌 7 60 啤酒酵母 140 250 黑腹果蝇 165 850 人类 2000 1300 非洲爪蟾 24000 1150,2）重叠基因: (Over-lapping gene)一基因与另一 基因存在共用一段核
10、苷酸序列的现象 重叠基因的发现 : 1977年 Sanger对一侏儒噬菌体 X174的DNA结构 和蛋白质进行研究,发现它能形成11种蛋白质,总分 子量为25万道而顿,按此量该噬菌体应该有6078个 核苷酸来编码,但是，此单链环状DNA仅有5386个核 苷酸,少692个核苷酸, 对这种现象的分析中发现 了重叠基因,重叠类型： 重叠一个核苷酸： 5 T A A T G 3 正链 3 A T T A C 5 负链 5 U A A U G 3 RNA UAA为D基因的终止码,AUG为J基因的 起始码,两个基因重叠一个核苷酸 重叠两个核苷酸: 5 A T G A 3 正链 3 T A C T 5 负链
11、 5 A U G A 3 RNA A基因的终止码UGA与C基因的起始码AUG 重叠两个核苷酸,部分重叠: K基因与A基因重叠83个核苷酸,与C基因 重叠85个核苷 酸 K 51 218 A 3973 133 C 390 完全重叠: E基因在D基因中,重叠322个核苷酸 E 518 840 D 390 845,B基因在A基因中,重叠388个核苷酸 B 5046 48 A 3973 133 三重重叠：1978年,有人发现Sv40病毒3个外壳蛋白基 因 Vp1、Vp2、Vp3三重重叠。有5234bp, 环状双链基因组分成10分钟长. Vp1 7-1.5 Vp2、 7-9.8 Vp3 7-9.8,G4
12、噬菌体：基因全长都与其它基因重叠，端区 与基因的最后个重叠，端与基因的 开头个重叠，在和两个位点上， 阅读框的三种方式都得到应用。（终止、起始、编码）,H,A,C,D,B,K,重叠操纵子：指结构基因与调控序列的重叠，调 控序列之间的重叠 重叠基因意义：在于经济有效的利用遗传信息， 不利一面是一个硷基的变化会影响 几个基因 真核生物基因重叠：如果蝇、海胆、人类某些基 因也发现有重叠，但不普遍 。真 核生物存在内含子、外显子，选择 性剪接时形成不同的蛋白质，这也 是基因重叠现象，大鼠肌钙蛋白T 基因此方式产生、两种产物,3）断裂基因：(splite gene) 含有可转译区段和不转 译区段的一类结
13、构基因 断裂基因的发现： 1977年美国生物化学家Sharp和英国生 物化学家Roberts以腺病毒为材料，发 现基因在排列上有一些不相关的片断隔 开，呈现不连续状态，发现了断裂基 因，1993年两人获诺贝尔奖金。Crick 称之为分子遗传学的一次“微型革命”,在Sharp和Roberts的实验发现割裂基因之前法国的 Chambon小组已经在研究鸡卵清蛋白基因的表达和 激素的关系时也发现了类似现象。但是，他们不能 解释这种现象。 1977年Berget在美国冷泉港作了一个关于断裂基 因的报告， Chambon受到启发，对他们的实验 进一步研究，在真核生物发现了断裂基因。 1978年，Gilbert把出 现在成熟的mRNA中的片 段叫做外显子（exon)，把不出现在成熟的 mRNA中的片段叫做内含子(intron),鸡卵清蛋白基因的结构（7700bp） 外显子 内含子 1、47（前导序列） A 2、185 B 3、51 C 4、129 D 5、118 E 6、143 F 7、156 G 8、1043 1872bp 5828bp,断裂基因的特征：内含子可多可少，可长可短
