第四章 基因精第四章 基因精细结构的构的遗传分析分析本章学时：3学时本章重点：都很重要遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 l主要内容：主要内容：1、基因的概念、断裂基因与重叠基因、基因的概念、断裂基因与重叠基因2、重、重组测验3、互、互补测验4、缺失作、缺失作图5、基因的功能、基因的功能2024/8/192遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 基因概念的基因概念的发展展l遗传因子因子l基因基因l基因的本基因的本质是核酸是核酸l一基因一一基因一酶、一基因一多、一基因一多肽l顺反子反子l操操纵子子l隔裂基因（断裂基因）隔裂基因（断裂基因）l重叠基因重叠基因l跳跳跃基因（可基因（可动基因）基因）2024/8/193遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 遗传因子lMendel用用A、、B、、C等符号代表某个性状，等符号代表某个性状，表明生物的性状是由表明生物的性状是由颗粒性的粒性的遗传因子因子负责传递的l遗传因子在体因子在体细胞中成胞中成对存在，在生殖存在，在生殖细胞中胞中单个存在2024/8/194遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 基因l1909年，用年，用“gene”表述表述Mendel的的遗传因子，但没有提出概念。
因子，但没有提出概念l1910年年Morgan等等证明基因位于染色体上；明基因位于染色体上；l1926年年发表表《《基因基因论》》，建立了，建立了遗传的的染色体学染色体学说提出基因是个功能、突提出基因是个功能、突变和交和交换“三位一体三位一体”的概念2024/8/195遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 基因的本质是核酸l1928年Griffithl1944年Avery等l1952年Hershey和Chasel1956年Conrat2024/8/196遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 一基因一酶（多肽）l1941年Beadle和Tatum2024/8/197遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 DNA双螺旋模型l1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋模型假说l1957年Crick提出中心法则l1961年Crick又提出三联体遗传密码2024/8/198遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 顺反子反子l1957年Benzer分析了基因内部的精细结构，提出顺反子概念l打破了“三位一体”的基因概念，把基因具体化为DNA分子上特定的一段顺序2024/8/199遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 顺反子反子l顺反子cistron：指不同突变之间没有互补的功能区域。
一个顺反子就是一个功能水平上的基因2024/8/1910遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 操操纵子子operonl1961，Jacob和Monod提出大肠杆菌乳糖操纵子模型包括一个操纵基因operator，一个调节基因regulatory gene和三个结构基因structure gene2024/8/1911遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 乳糖操纵子2024/8/1912遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 l超基因（super gene）指作用于一种性状或作用于一系列相关性状的几个紧密连锁的基因基因家族（gene family）l假基因（pseudo gene）指具有与功能基因相似的序列，但由于有许多突变以致失去了原有的功能2024/8/1913遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 隔裂基因（断裂基因）隔裂基因（断裂基因）split genel1977年年Sharp和和Roberts等等报道基因内部道基因内部有有间隔隔顺序序（（spacer sequence））2024/8/1914遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 隔裂基因（断裂基因）隔裂基因（断裂基因）split genel1978年年Gilbort创用了内含子用了内含子 (intron) 和外和外显子子 (exon) 两个名两个名词，内含子是指在成熟，内含子是指在成熟的的mRNA中不出中不出现的的顺序序, ,Exon是指在成是指在成熟的熟的mRNA中出中出现的的编码顺序。
序 l内含子片段可以内含子片段可以转录，但在，但在RNA加工加工时被被剪切掉内含子是相内含子是相对的，一个基因的内的，一个基因的内含子可能是另一个基因的外含子可能是另一个基因的外显子 2024/8/1915遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 2024/8/1916遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 2024/8/1917遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 2024/8/1918遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 断裂基因的意断裂基因的意义l有利于储存更多信息l有利于变异和进化l增加重组几率l可能的基因调控作用Richard J. RobertsPhillip A. Sharp1993年年诺贝尔生理学或医学生理学或医学奖2024/8/1919遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 重叠基因重叠基因 overlapping genel传统的基因概念是互不沾染、单个分离的l1973，Weiner等研究噬菌体时发现，有两个基因在编码生成蛋白质时是从同一个起点开始的即两个基因序列可能部分重叠l1978年，Sanger分析了phagex174的序列，发现有些密码是重读的，即存在重叠基因。
2024/8/1920遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 噬菌体X174的重叠基因?2024/8/1921遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 重叠基因重叠基因 overlapping genel增加编码效率，贮存更多的遗传信息；l调控作用2024/8/1922遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 跳跳跃基因基因 jumping genelMcClintock在玉米中发现可转移位置的遗传因子,1951年在冷泉港的学术研讨会上，以《染色体结构与基因表达》为题，公开了她六年辛勤努力的研究成果——跳跃基因学说 l1983年，麦克林托克获得了诺贝尔生理学及医学奖 2024/8/1923遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 跳跳跃基因基因 jumping genel1960’在大在大肠杆菌中杆菌中发现可移可移动位置的插位置的插入序列（入序列（Insert Sequence））l可可动基因（基因（mobile gene））l转座因子座因子Transposable element,–指指细胞中可以改胞中可以改变自身位置的一段自身位置的一段DNA顺序2024/8/1924遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 The fundamental physical and functional unit of heredity which carries information from one generation to the next; a segment of DNA, composed of a transcribed region and a regulatory sequence that makes possible transcription.基因（Gene） 一个基本的一个基本的遗传结构和构和功能功能单位，可以从位，可以从亲代代传给子代；它是一段包含了使子代；它是一段包含了使转录进行必需的行必需的调控控顺序和可序和可转录区域的区域的DNA。
2024/8/1925遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 基因的基因的类别l结构基因和调节基因l核糖体RNA基因和转移RNA基因l启动子和操纵子2024/8/1926遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 结构基因和构基因和调节基因基因l结构基因structural genel调节基因regulatory genesl可以转录并且能翻译成多肽链，分别构成结构蛋白、酶和阻遏蛋白或激活蛋白2024/8/1927遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 核糖体核糖体RNA基因和基因和转移移RNA基因基因lrDNA和和tDNAl只只转录成相成相应的的RNA不翻不翻译成多成多肽链lrRNA构成核糖体；构成核糖体；tRNA激活氨基酸激活氨基酸l这类基因都是多拷基因都是多拷贝基因基因2024/8/1928遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 启启动子和操子和操纵子子l启启动子子promotor和操和操纵子子operator都是不都是不转录的的DNA区段严格地格地说不是基因不是基因 ？？lPromotor是是转录时RNA聚合聚合酶与与DNA的的结合位点合位点l operator是是调节基因基因产物与物与DNA的的结合位点合位点2024/8/1929遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 重重组测验l果蝇眼色：杏色眼wa白色wl wa/wa与wY杂交，F2代应有2种表型。
？？l拟等位基因pseudoallele–紧密连锁的功能性等位基因lwa+/+w和++/waw基因型相同都为+wa+w，但两个突变基因在染色体上的位置不同 wa+/+w为反式排列表现为杏色眼； ++/waw为顺式排列表现为红色眼2024/8/1930遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 顺反位置效反位置效应l顺反位置效应cis-trans position effects–由于排列方式不同而表型不同的现象–顺式排列：2个突变位点在同一染色体上–反式排列： 2个突变位点在不同染色体上2024/8/1931遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 噬菌体突噬菌体突变型型l噬菌体突噬菌体突变类型型★噬菌斑大小★清晰度★寄主范围★条件致死突变2024/8/1932遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 E.coli的的T4phage rII突突变型型类型类型不不 同同 大大 肠肠 杆杆 菌菌 菌菌 斑斑 平平 板板 上上 表表 型型BK（（ ））S野生型野生型小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rI大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑rII大噬菌斑大噬菌斑 无（致死）无（致死） 小噬菌斑小噬菌斑rIII大噬菌斑大噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑2024/8/1933遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 Benzer 重重组实验示意示意图……E.coli Br47+和+r104同时感染E.coliB感染E.coli B感染E.coli K(λ)全部子代r47+,+r104,++,r47r104只有++E.coli BE.coli K(λ)双重感染双重感染2024/8/1934遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 在在E.coli K(λ) 中只有中只有 + +重重组子才能生子才能生长,而同而同样的的交互重交互重组子子r47r104 不能生不能生长,无法无法检出出,但其重但其重组率率和和++相同相同, 估算重估算重组频率率时需将需将++ 数乘以数乘以2。
重重组频率率 =2* rII + 噬菌斑数噬菌斑数噬菌斑噬菌斑总数数X 100 =2*E.coli K(λ) 菌株的噬菌斑数菌株的噬菌斑数E.coli B菌株上噬菌斑数菌株上噬菌斑数X 100这种方法称种方法称为重重组测验, ,可确定突可确定突变子子间的空的空间关系关系. .根据根据这种方法可种方法可证明基因明基因邻近核苷酸位置上的突近核苷酸位置上的突变也可能也可能发生重生重组. .重重组测验2024/8/1935遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 phage重重组测验l以遗传图的方式确定突变子之间的位置关系l可以计算的最小重组率为0.02%，即0.02个图距单位，大约相当于2个核苷酸对2024/8/1936遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 互互补试验lrII区有3000多个突变型，有相同的表型，是否属于一个基因还是几个基因？l重组测验是以遗传图距的方式确定突变的空间关系；互补测验则是确定突变的功能关系l Benzer斑点测试法（spot test）2024/8/1937遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 互互补试验lBenzer，T4噬菌体的不同突变型。
K B2024/8/1938遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 互互补试验l互互补complementation：反式排列：反式排列时，两个，两个隐性性突突变能表能表现为野生型的能力称野生型的能力称为互互补2024/8/1939遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 顺反子反子cistron不同突不同突变之之间没有互没有互补的功能区，一个的功能区，一个顺反子就是一个反子就是一个功能水平上的基因功能水平上的基因2024/8/1940遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 互互补实验示意示意图2024/8/1941遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 基因内互基因内互补lIntragenic complementationl两条不同位点两条不同位点发生突生突变的多的多肽链，构成，构成双重双重杂合子，有可能表合子，有可能表现出恢复不同程出恢复不同程度的度的酶活性部位活性部位l可以与互可以与互补作用区分开作用区分开–基因基因间互互补普遍存在，基因内互普遍存在，基因内互补少少见–基因内互基因内互补属于属于错义突突变–基因内互基因内互补的的酶活明活明显低于正常水平低于正常水平2024/8/1942遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 缺失作缺失作图—原理原理l点突点突变和缺失突和缺失突变–点突点突变是是单个位点突个位点突变，缺失突，缺失突变是多个位是多个位点突点突变–点突点突变可以回复，缺失突可以回复，缺失突变不能不能–点突点突变可以与其他点突可以与其他点突变发生重生重组，缺失突，缺失突变不能与缺失区的其他点突不能与缺失区的其他点突变互互补l可以建立一可以建立一组重叠缺失突重叠缺失突变型，用欲型，用欲测定的突定的突变与其分与其分别进行重行重组测验2024/8/1943遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 缺失作缺失作图—原理原理1.将缺失型和待将缺失型和待测突突变混合与混合与E.coli B菌株菌株培养培养2.取取1滴加在滴加在E.coli K(λ) 菌株平板上菌株平板上3.有噬菌斑表明有噬菌斑表明发生重生重组2024/8/1944遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 缺失作缺失作图lrII突突变区划分区划分为47个片段（个片段（图））l与与7个缺失大片段突个缺失大片段突变型型杂交，确定大范交，确定大范围l进一步与有关的缺失小片段一步与有关的缺失小片段杂交，确定小交，确定小范范围l进一步一步杂交确定具体的位置。
交确定具体的位置2024/8/1945遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 2024/8/1946遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 基因的功能基因的功能一、已知基因决定表型，即基因是一个独立的控制生物体的性状的功能单位，那么，基因又如何实现其功能？l例：苯丙酮尿症，由常染色体隐性基因决定，不能产生相应的酶Garrod提出基因和酶的关系，认为基因是通过控制酶和其他蛋白质的合成来控制细胞代谢的2024/8/1947遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 二、“ 一个基因一个酶” 假说Beadle 和Tatum 根据生化代谢途径中基因和酶的关系提出了“ 一个基因一个酶” 假说基因的功能基因的功能2024/8/1948遗传学经典课件第04章基因精细结构遗传分析 。