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1、第二章（第二章（2 2） 断裂基因断裂基因2021/6/41在真核生物基因的分子图谱完成之前，我们一直设在真核生物基因的分子图谱完成之前，我们一直设想真核生物基因与原核生物基因有着相同的组织结想真核生物基因与原核生物基因有着相同的组织结构，我们认为构成基因一定长度的构，我们认为构成基因一定长度的DNADNA和蛋白质之和蛋白质之间呈线性关系，但是比较了间呈线性关系，但是比较了DNADNA结构和相应的结构和相应的mRNAmRNA之后，我们发现在很多情况下两者之间存在差异，之后，我们发现在很多情况下两者之间存在差异， mRNAmRNA总是包含着这样一段核苷酸序列，这段序列按总是包含着这样一段核苷酸序
2、列，这段序列按照遗传密码原则编码相应的蛋白质产物，而基因中照遗传密码原则编码相应的蛋白质产物，而基因中则含有额外序列，它位于编码区域内，并且打断了则含有额外序列，它位于编码区域内，并且打断了最终翻译成蛋白质的序列。最终翻译成蛋白质的序列。2021/6/42目前我们认为，基因包括基因两侧的调控区域目前我们认为，基因包括基因两侧的调控区域，这个调控区域为起始和终止（某些情况下），这个调控区域为起始和终止（某些情况下）基因的表达需要。基因的表达需要。2021/6/43由断裂基因组成的由断裂基因组成的DNADNA序列被分成两个部分：序列被分成两个部分： 外显子外显子的序列包含在成熟的序列包含在成熟RN
3、ARNA中，精确地说，基中，精确地说，基因起始于一个外显子的因起始于一个外显子的55端，终止于另一个外显子的端，终止于另一个外显子的33端。端。 内含子内含子是插入序列，在初始转录物加工成成熟是插入序列，在初始转录物加工成成熟RNARNA时被除去。时被除去。 断裂基因与非断裂基因相比，其表达需要一个额断裂基因与非断裂基因相比，其表达需要一个额外的步骤。外的步骤。DNADNA转录成的转录成的RNARNA代表基因组序列。但这个代表基因组序列。但这个RNARNA只是一个前体分子，它不能翻译成蛋白质。它首先只是一个前体分子，它不能翻译成蛋白质。它首先要去除内含子，形成只含外显子的信使要去除内含子，形成
4、只含外显子的信使RNARNA，这个过程，这个过程称为称为RNARNA剪接剪接（RNA splicingRNA splicing）。剪接过程包括内含）。剪接过程包括内含子从初始转录物中精确去除，内含子去除后形成的子从初始转录物中精确去除，内含子去除后形成的RNARNA的两个末端连接在一起形成一个完整的共价分子。的两个末端连接在一起形成一个完整的共价分子。2021/6/442021/6/45基因的长度由初始基因的长度由初始RNARNA前体的长度决定，前体的长度决定，而不是由信使而不是由信使RNARNA决定。外显子（决定。外显子（exonexon）通常按照通常按照DNADNA中的相同排列顺序连接在一
5、中的相同排列顺序连接在一起。起。所有的外显子都来源于相同的所有的外显子都来源于相同的RNARNA分子，分子，它们的剪接只是一种分子内反应。通常不它们的剪接只是一种分子内反应。通常不存在不同存在不同RNARNA分子之间的外显子的连接，分子之间的外显子的连接，因此从剪接机制上排除了任何不同等位基因此从剪接机制上排除了任何不同等位基因序列之间的剪接。若基因中位于不同外因序列之间的剪接。若基因中位于不同外显子的突变不能由另一个突变互补，则把显子的突变不能由另一个突变互补，则把它们视为相同互补组中的成员。它们视为相同互补组中的成员。2021/6/46直接影响蛋白质序列的突变位于外显子中，直接影响蛋白质序
6、列的突变位于外显子中，那么内含子中的突变有什么作用呢？内含子那么内含子中的突变有什么作用呢？内含子的突变会不会影响蛋白质序列？的突变会不会影响蛋白质序列？ 既然内含子不包含在信使既然内含子不包含在信使RNARNA中，那么它们发生中，那么它们发生突变就不会直接影响蛋白质的结构。但是内含子的突变却突变就不会直接影响蛋白质的结构。但是内含子的突变却可以抑制信使可以抑制信使RNARNA产物的生成，比如抑制外显子的剪接。产物的生成，比如抑制外显子的剪接。这种类型的突变只作用于携带该基因的等位基因，因此，这种类型的突变只作用于携带该基因的等位基因，因此，它们不能被等位基因中的其他突变所互补并且像外显子一它
7、们不能被等位基因中的其他突变所互补并且像外显子一样是同一互补组的组成成分。样是同一互补组的组成成分。 影响剪接的突变通常是有害的。这种突变大部分影响剪接的突变通常是有害的。这种突变大部分是在外显子和内含子的连接处发生单个碱基的置换，这样是在外显子和内含子的连接处发生单个碱基的置换，这样就导致产物中外显子的丢失和内含子的不切除，或使在异就导致产物中外显子的丢失和内含子的不切除，或使在异常位点发生剪接。最通常的结果是产生一个终止密码子，常位点发生剪接。最通常的结果是产生一个终止密码子，从而导致蛋白质序列的截短。引起人类疾病的约从而导致蛋白质序列的截短。引起人类疾病的约15%15%的点的点突变是由剪
8、接的破坏而引起的。突变是由剪接的破坏而引起的。2021/6/47只有在已知只有在已知DNADNA功能或已经鉴功能或已经鉴定出突变的情定出突变的情况下才能得到况下才能得到该该DNADNA的限制性的限制性酶切图谱？酶切图谱？2021/6/482021/6/492021/6/410断裂基因仅存在于真核生物中吗？内含子通常不具备可读框，去除内含子后内含子通常不具备可读框，去除内含子后mRNAmRNA序列才序列才会产生一个完整的读框。会产生一个完整的读框。所有种类的基因都有可能被打断，如编码蛋白质的核所有种类的基因都有可能被打断，如编码蛋白质的核基因、编码基因、编码rRNArRNA的核仁基因和编码的核仁
9、基因和编码tRNAtRNA的基因。在低的基因。在低等真核生物的线粒体和叶绿体基因中，我们也发现了等真核生物的线粒体和叶绿体基因中，我们也发现了断裂基因。断裂基因并非只存在于真核生物中，也存断裂基因。断裂基因并非只存在于真核生物中，也存在于细菌和噬菌体中，尽管在原核生物基因组中发现在于细菌和噬菌体中，尽管在原核生物基因组中发现断裂基因的概率非常低。断裂基因的概率非常低。2021/6/4112021/6/412外显子序列保守而内含子序列变化多端是由于外显子和内含子中发生突变的概率不同的结果？2021/6/4132021/6/4142021/6/415外显子捕捉技术外显子捕捉技术分离基因分离基因外显
10、子捕获外显子捕获(exon trapping) (exon trapping) 是是构建一种载体，从其插入片段中构建一种载体，从其插入片段中识别和回收外显子序列，从而克识别和回收外显子序列，从而克隆目的基因。凡是有内含子和外隆目的基因。凡是有内含子和外显子的基因在转录后都要经过显子的基因在转录后都要经过RNARNA剪接，这就需要有剪接供体剪接，这就需要有剪接供体(splicing donor(splicing donor，SD)SD)位点和剪位点和剪接受体接受体(splicing acceptor(splicing acceptor，SA)SA)位点。因此，位点。因此，SASA位点可作为基因位
11、点可作为基因的标志。的标志。pETVpETV咀载体的克隆位咀载体的克隆位点上游有一个点上游有一个“外显子捕获序列外显子捕获序列”(exon trap cassette)(exon trap cassette)，可用来，可用来识别载体的插入片段中有无识别载体的插入片段中有无SASA位位点。点。2021/6/4162021/6/4172021/6/418大多数基因由一条大多数基因由一条DNADNA序列组成，这个序列组成，这个DNADNA序列只编序列只编码一种蛋白质（尽管基因两端可能包含非编码区域码一种蛋白质（尽管基因两端可能包含非编码区域或编码区内含有内含子），但是，也存在或编码区内含有内含子），
12、但是，也存在DNADNA单条单条序列编码一种以上蛋白质的情况。序列编码一种以上蛋白质的情况。 重叠基因重叠基因（overlapping geneoverlapping gene）发生在相对简单）发生在相对简单的情况下，其中一条基因是另一条基因的一部分，的情况下，其中一条基因是另一条基因的一部分，基因的第二部分（或第一部分）独立地用来翻译一基因的第二部分（或第一部分）独立地用来翻译一种蛋白质，这种蛋白质代表整条基因翻译出的蛋白种蛋白质，这种蛋白质代表整条基因翻译出的蛋白质的第一（或第二）部分。质的第一（或第二）部分。2021/6/419重重叠叠基基因因2021/6/420可变剪接可变剪接2021
13、/6/4212021/6/422早期内含子模型：编编码的序列需要精密重码的序列需要精密重组，重组失败，则细组，重组失败，则细胞损伤。胞损伤。RNARNA的剪接为的剪接为了利用转录出的新链了利用转录出的新链的尝试，如果不成功的尝试，如果不成功还可利用原来的链。还可利用原来的链。则则RNARNA缺失时不产生损缺失时不产生损害性后果，但若害性后果，但若DNADNA缺缺失，则会产生损害性失，则会产生损害性的不稳定性。的不稳定性。2021/6/423与之相反的例子。无论内含子存在与否，我与之相反的例子。无论内含子存在与否，我们仍能发现一些们仍能发现一些rRNA rRNA 和和tRNAtRNA基因的可变剪
14、基因的可变剪接。似乎进化不能将基本基因连接在一起，接。似乎进化不能将基本基因连接在一起，最大可能就是连续的基因中插入内含子。最大可能就是连续的基因中插入内含子。2021/6/424 如果目前的蛋白质是由最初分开但后来组合在一起如果目前的蛋白质是由最初分开但后来组合在一起的祖先蛋白质进化而来，那么基因单位的增长可能经过几的祖先蛋白质进化而来，那么基因单位的增长可能经过几个连续的时期，一次增加一个外显子。在现在的基因结构个连续的时期，一次增加一个外显子。在现在的基因结构中能观察到基因的不同功能被拼凑在一起的现象吗？即，中能观察到基因的不同功能被拼凑在一起的现象吗？即，我们能将目前蛋白质的特殊功能等
15、同于单一外显子吗？我们能将目前蛋白质的特殊功能等同于单一外显子吗？ 这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。2021/6/425一些例子证明在基因结构和蛋白质结构之间一些例子证明在基因结构和蛋白质结构之间有着清楚的关系。免疫球蛋白就是其中一个有着清楚的关系。免疫球蛋白
16、就是其中一个最典型的一例，编码此基因的每个外显子与最典型的一例，编码此基因的每个外显子与蛋白质的一个已知功能的结构域完全一致。蛋白质的一个已知功能的结构域完全一致。2021/6/426很多例子表明基因的某些外显子可以通过特很多例子表明基因的某些外显子可以通过特殊的功能而被鉴定出来，如在分泌蛋白质中，殊的功能而被鉴定出来，如在分泌蛋白质中，它的第一个外显子编码多肽的它的第一个外显子编码多肽的N N端区域，通常端区域，通常是参与膜分泌的信号序列，胰岛素就是其中是参与膜分泌的信号序列，胰岛素就是其中一例。一例。2021/6/4272021/6/428 这种观念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外这种观
17、念解释了蛋白质结构的另一种特征：在外显子、内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位显子、内含子边界的位点所编码的氨基酸似乎通常位于蛋白质的表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少于蛋白质的表面。当一个模块添加到蛋白质中，至少大部分新近添加的模块的连接都是趋向位于蛋白质的大部分新近添加的模块的连接都是趋向位于蛋白质的表面。表面。2021/6/4292021/6/4302021/6/4312021/6/4322021/6/433思考1、 Interrupted gene2、 Overlapping gene3、 Alternative splicing4、 Intron5、 Exon6、 Southern blotting2021/6/4341、断裂基因仅存在于真核生物中。2、内含子的突变不会影响蛋白质序列。3、内含子的位置通常是保守的，而内含子的长度变化很大。4、外显子序列保守而内含子序列变化多端是由于外显子和内含子中发生突变的概率不同的结果。5、基因长度与mRNA长度或蛋白质产物长度之间并不相关。2021/6/4351、什么是染色体步移，染色体步移技术可应用于哪些方面？2、你倾向于早期内含子模型还是晚期内含子模型？请说明理由，并给出相反模型的论据的合理解释。2021/6/436部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
