【正文】 2022/5/24 魯云霞制作 1 第三章 基因組的結(jié)構(gòu)與功能 ? 重點(diǎn)： 基因組的概念 ， 各類生物基因組的特點(diǎn) 。 ? 難點(diǎn)： 各類生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 。 ? 基本要求： ? 掌握 基因組的概念、各類生物基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)； ? 熟悉 基因的轉(zhuǎn)位與插入； ? 比較和了解 各類生物基因組的差異。 2022/5/24 魯云霞制作 2 基因組概述 ? 從簡單的病毒到復(fù)雜的高等動(dòng)植物細(xì)胞，都有一套決定于生物基本特征和功能的遺傳信息，貯存于病毒或細(xì)胞的核酸中； ? RNA和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息都以基因的形式貯存于 DNA（或 RNA）中； ? DNA中有大量非編碼序列 ，在真核生物中高達(dá) 95%以上； ? 含有一種生物的一整套遺傳信息的遺傳物質(zhì)，稱為基因組。 ? 病毒、原核生物及真核生物所貯存的遺傳信息量有巨大的差別，其基因組的結(jié)構(gòu)與組織形式上也各有特點(diǎn)。 2022/5/24 魯云霞制作 3 本章主要內(nèi)容 ? 第一節(jié) 基因組的概念 ? 第二節(jié) 病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 第三節(jié) 原核生物的基因組 ? 第四節(jié) 真核生物基因組 ? 第五節(jié) 基因組變異的意義 ? 第六節(jié) 人類基因組學(xué)簡介 2022/5/24 魯云霞制作 4 第一節(jié) 基因組是一套完整單倍體的遺傳物質(zhì)的總和 一 、 基因組儲(chǔ)存了生物體整套的遺傳信息 ? 基因組 （ genome） 泛指一個(gè)細(xì)胞或病毒的全部遺傳信息 。 在真核生物體中 ， 基因組是指一套完整單倍體 DNA(染色體 DNA)和線粒體DNA的全部序列 ， 既包括編碼序列 ， 也包括大量存在的非編碼序列 。 ? 人類基因組包含 22條常染色體和 X、 Y兩條性染色體上的全部遺傳物質(zhì) （ 核基因組 ） 以及胞漿線粒體上的遺傳物質(zhì) （ 線粒體基因組 ） 。 某些病毒的基因組由 RNA組成 。 2022/5/24 魯云霞制作 5 二、不同生物基因組蘊(yùn)含的遺傳信息量有著巨大的差別 ? 基因組的大小通常以其 DNA含量來表示，單倍體基因組中的全部 DNA量稱為 C值（ Cvalue）； ? 不同生物的基因組大小差異很大?；蚪M大小和DNA含量隨著生物進(jìn)化復(fù)雜程度的增加以及生物結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜程度的增加而逐步上升； ? C值矛盾：如人的 C值只有 109bp，肺魚的 C值為1011bp； ? 基因組的大小與基因的數(shù)目沒有直接的線性關(guān)系。 2022/5/24 魯云霞制作 6 不同生物物種的基因組大小比較 類別 基因組（ bp） 基因數(shù)目 數(shù)量級 乙肝病毒 3125（部分單鏈） 5 103 λ噬菌體 48531 60 104 EB病毒 172282 80 105 大腸桿菌 106 3000 106 人 類 3 109 3萬～ 4萬 109 2022/5/24 魯云霞制作 7 三、不同生物基因組的結(jié)構(gòu)與組織形式也明顯不同 ? 原核生物的基因組一般較小，結(jié)構(gòu)比較簡單； ? 病毒基因組的大小和結(jié)構(gòu)差異較大； ? 真核生物基因組一般較龐大，但結(jié)構(gòu)基因在基因組中所占的比例較小，其中編碼序列更小，且存在大量重復(fù)序列； ? 人的基因組中只有 2~3% 的 DNA序列是編碼序列。 2022/5/24 魯云霞制作 8 基因組信息 人類基因組： ? 編碼區(qū)域只占 2%3% ?對于非編碼序列，尚不清楚其含義或功能 ?非編碼區(qū)域?qū)τ谏顒?dòng)具有重要的意義 包括 內(nèi)含子 、簡單重復(fù)序列、移動(dòng)元件、假基因 重復(fù)序列 : 大衛(wèi)星（ macrosatellite） DNA 小衛(wèi)星（ minisatellite） DNA 微衛(wèi)星（ microsatellite） DNA 順式調(diào)控元件 : 啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子 2022/5/24 魯云霞制作 9 第二節(jié) 不同病毒基因組的核酸具有不同特點(diǎn) ? 病毒（ virus）是最簡單的生命形式，遺傳信息的延續(xù)構(gòu)成了生命活動(dòng)的主要內(nèi)容。 ? 病毒基因組的主要功能就是保證基因組的復(fù)制及其向子代傳遞，整套基因組所編碼的蛋白質(zhì)都是與基因復(fù)制、病毒顆粒包裝以及向其它宿主細(xì)胞傳遞密切相關(guān)，有些蛋白質(zhì)可影響宿主細(xì)胞基因表達(dá)和增殖，通過促進(jìn)細(xì)胞的增殖而有利于病毒復(fù)制繁衍。 2022/5/24 魯云霞制作 10 2022/5/24 魯云霞制作 11 一 、病毒基因組核酸的主要類型 ? 病毒基因組 （ virus genome） 的核酸有 DNA， 也有RNA， 但不會(huì)二者共存 。 ? 按照核酸的性質(zhì)、基因組結(jié)構(gòu)及復(fù)制的特點(diǎn)，可以將病毒基因組分為以下幾類： ? ① 雙鏈 DNA如腺病毒是線狀雙鏈，乳頭瘤病毒是環(huán)狀雙鏈； ? ② 單鏈 DNA：如 Φ X174； ? ③ 雙鏈 RNA如輪狀病毒 含有正負(fù)兩條 RNA鏈； ? ④ 單鏈負(fù)股 RNA如流感病毒 需要先合成與其互補(bǔ)的mRNA； ? ⑤ 單鏈正股 RNA如 SARS；逆轉(zhuǎn)錄病毒通常引起人和動(dòng)物的腫瘤，如 HIV可作為 mRNA行使模板功能。 2022/5/24 魯云霞制作 12 SARS病毒簡介 ? SARS冠狀病毒屬于單股正鏈 RNA病毒； ? RNA分子不分節(jié)段， 5端有甲基化帽， 3端有 polyA結(jié)構(gòu)，基因組長度在 27000～ 30000堿基之間； ? 5端約 2/3的區(qū)域編碼病毒 RNA聚合酶蛋白，后 1/3的區(qū)域編碼結(jié)構(gòu)蛋白，依次為 S蛋白 (spike protein)， E蛋白(envelop protein)， M蛋白 (membrane protein)， N蛋白(nucleocapsid protein)等 。 ? 在結(jié)構(gòu)蛋白編碼區(qū)可能的 ORF中，能編碼在已知蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫中未找到任何同源序列的未知蛋白 PUP (predicted unknown protein) 。 2022/5/24 魯云霞制作 13 2022/5/24 魯云霞制作 14 部分 RNA病毒基因組可以被反轉(zhuǎn)錄成 DNA ? 逆轉(zhuǎn)錄病毒是一類特殊的單股正鏈 RNA病毒，通常引起人和動(dòng)物的腫瘤； ? 逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組一般包括 3個(gè)基本的結(jié)構(gòu)基因，即 gag、 pol、 env， 分別編碼核心蛋 白、逆轉(zhuǎn)錄酶和膜蛋白。 2022/5/24 魯云霞制作 15 逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組結(jié)構(gòu)； 線狀 DNA 中的 LTRs；整合到宿主細(xì)胞時(shí)發(fā)生的 U3和 U5分別缺失 2個(gè)堿基對和出現(xiàn) 46bp的靶 DNA重復(fù) 逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組結(jié)構(gòu) 2022/5/24 魯云霞制作 16 二、病毒基因組結(jié)構(gòu)與功能的特點(diǎn) ? ① 不同病毒基因組大小相差較大 ? 乙肝病毒（ HBV） DNA為 ，所含信息量較少，只能編碼幾種蛋白質(zhì)；而痘病毒基因組 DNA長達(dá) 300kb，可編碼幾百種蛋白質(zhì)。 ? ② 不同病毒基因組可以是不同結(jié)構(gòu)的核酸 ? 病毒基因組的核酸可能是 DNA，也可能是RNA；可能是單鏈，也可能是雙鏈；可能是閉合環(huán)狀分子，也可能是線性分子。 2022/5/24 魯云霞制作 17 ? ③ 病毒基因組有連續(xù)的也有不連續(xù)的 ? DNA 病毒基因組均由連續(xù)的 DNA分子組成；多數(shù) RNA病毒基因組也由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但有些則以不連續(xù)的核糖核酸鏈組成。 ? ④ 病毒基因組的編碼序列大于 90％ ? 病毒基因組的大部分是用來編碼蛋白質(zhì)的，只有很小部分不編碼蛋白質(zhì)。 ? ⑤ 單倍體基因組 除逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個(gè)拷貝外，至今發(fā)現(xiàn)的病毒基因組都是單倍體，每個(gè)基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。 2022/5/24 魯云霞制作 18 ? ⑥ 基因有連續(xù)的和間斷的 感染細(xì)菌的病毒（噬菌體）基因組與細(xì)菌基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似，基因是連續(xù)的；而感染真核細(xì)胞的病毒基因組與真核生物基因組結(jié)構(gòu)相似，有內(nèi)含子，基因是間斷的。 ? ⑦ 相關(guān)基因叢集排列 病毒基因組核酸序列中功能相關(guān)的幾個(gè)蛋白質(zhì)基因叢集在基因組的一個(gè)或幾個(gè)特定部位，形成一個(gè)功能單位或轉(zhuǎn)錄單元，受同一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制調(diào)節(jié)，它們可被一起轉(zhuǎn)錄成為多順反子 mRNA，然后加工成為各種蛋白質(zhì)的模板。 2022/5/24