【正文】 、染色體、基因和基因組 p16基因位于第 9號(hào)染色體上，產(chǎn)物 P16的分子量是 ，可與細(xì)胞周期素 D競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合 CDK4，使細(xì)胞分裂停止，抑制細(xì)胞的增殖。多種惡性腫瘤內(nèi)均發(fā)現(xiàn)有 p16基因的突變失活。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 在正常情況下，抑癌基因通過它們的蛋白產(chǎn)物 (核蛋白 )控制細(xì)胞生長(zhǎng) (如 Rb、p53)或通過酶激活蛋白使癌基因失活(如 NF1)若抑癌基因的功能喪失，則可能促進(jìn)細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 除了 p53p16外，新的抑癌基因正在不斷涌現(xiàn)，如與乳腺癌發(fā)生有密切關(guān)系的BRCA1和 BRCA2，與胰腺癌有關(guān)的DPC4，與腎細(xì)胞癌有關(guān)的 VHL等抑癌基因已被發(fā)現(xiàn)；還有與肝癌有關(guān)的M6P/IGF2r基因，以及 FHIT基因等也是抑癌基因的候選者。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 一、基因組定義 二、基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 三、基因組的染色體倍數(shù)性和數(shù)目 四、遺傳圖譜、物理圖譜和基因圖譜 五、人類基因組 第三節(jié) 基因組 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 一、基因組定義 基因組是細(xì)胞中全部遺傳物質(zhì)的總和。對(duì)于噬菌體和細(xì)菌來(lái)說(shuō) ， 就是指單個(gè)染色體上的全部基因， 對(duì)于二倍體真核生物來(lái)說(shuō) ，基因組是指維持配子或配子體正常功能的最基本的一套染色體以及所攜帶的全部基因。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 真核生物的 基因組中絕大部分的 DNA存在于細(xì)胞核中的染色體上（核基因組），還有一小部分存在于線粒體或葉綠體中（細(xì)胞器基因組）。 對(duì)于個(gè)別的 RNA病毒來(lái)說(shuō)，他們的基因組是由 RNA組成的。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 基因組不是基因的簡(jiǎn)單隨機(jī)組合，而是有功能性的高級(jí)結(jié)構(gòu)。不同生物的基因組的復(fù)雜程度是不同的，表現(xiàn)在組成基因組的 堿基大小 不同、基因的 結(jié)構(gòu)不同 、基因在基因組中的 組織方式 不同。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 二、基因組的結(jié)構(gòu)特征 1 原核生物基因組的結(jié)構(gòu)特征 細(xì)菌的一條 DNA分子就是一條染色體，由DNA 、 RNA和蛋白質(zhì)等構(gòu)成，其中 DNA占80%。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 1）基因組較小，單個(gè)基因也較小，平均在 1 kb左右。 （ 2）單個(gè)染色體呈環(huán)狀，其中有的蛋白質(zhì)與 DNA特異性結(jié)合，有的不是特異性結(jié)合。沒有真核染色體中的組蛋白。 （ 3）功能相關(guān)的基因串聯(lián)存在而高度集中，組成操縱子形式進(jìn)行基因表達(dá)控制。例如大腸桿菌中有 260多個(gè)操縱子。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 4）大部分基因是單拷貝的單一序列 DNA，有一些基因是多拷貝的；重復(fù)序列少，不存在高度重復(fù)序列。蛋白質(zhì)基因多為單拷貝基因， RNA基因多為多拷貝 （ 5） DNA大部分用來(lái)編碼蛋白質(zhì)。 （ 6）有重疊基因。 （ 7）基因幾乎沒有內(nèi)含子。 （ 8）基因轉(zhuǎn)錄成多順反子。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 2 真核生物基因組的結(jié)構(gòu)特征 （ 1）真核生物基因組 DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成染色體，儲(chǔ)存于細(xì)胞核內(nèi)，除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞內(nèi)的基因的基因組是雙份的（即二倍體）。 （ 2）基因組較大，單個(gè)基因平均 16 kb，并且變化較大，最小基因與細(xì)菌中的基因類似，最大的基因是人的肌肉營(yíng)養(yǎng)不良蛋白基因 2500 kb。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 3） DNA和組蛋白結(jié)合形成染色體，而且一般是多條。 （ 4）大多數(shù)基因是斷裂基因，含有內(nèi)含子。內(nèi)含子的數(shù)目在不同的基因中不同，且差異很大。 （ 5）基因中有重復(fù)序列，而且存在高度重復(fù)序列。衛(wèi)星 DNA是高等真核生物基因組中重復(fù)程度最高的重復(fù)序列。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 6）基因有單拷貝和多拷貝兩種形式。 （ 7）基因家族化是基因組中最顯著的特征之一，它們來(lái)源于共同的一個(gè)祖先基因。 （ 8）基因多轉(zhuǎn)錄成單順反子，但可以翻譯成多種多肽鏈（可變剪切）。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 人的基因組中只有 1％的序列是用來(lái)編碼蛋白質(zhì)的 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 酵母基因組排列的非常緊湊 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 真核生物的基因數(shù)目從6千到 4萬(wàn)，但是與基因組的大小或生物的復(fù)雜程度無(wú)關(guān) 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 在細(xì)菌和原始細(xì)菌中基因的數(shù)目與基因組的數(shù)目成正比 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 已測(cè)序的生物中含有的基因數(shù)目 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 三、基因組的染色體倍數(shù)性和數(shù)目 基因的劑量 ——指一個(gè)細(xì)胞中某基因的拷貝數(shù) 細(xì)胞的倍數(shù)性 ——指細(xì)胞中整套染色體的拷貝數(shù)，真核細(xì)胞就是指染色體的數(shù)目，如 2倍體細(xì)胞， 4倍體細(xì)胞等 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 真核生物的單倍體數(shù)目代表基因組基因組一份拷貝的染色體數(shù)目，就是一套染色體的數(shù)目； 配子細(xì)胞是單倍體，大多數(shù)真核生物的體細(xì)胞是 2倍體，生殖細(xì)胞是單倍體； 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 C值 是指單倍體基因組中 DNA的含量，可以用堿基對(duì)或分子量來(lái)表示。有時(shí)染色體的倍數(shù)也可以用 C值表示。 一般來(lái)說(shuō)，隨著是生物復(fù)雜程度的提高，物種的 C值也越來(lái)越高，但是物種的 C值高低與物種的高等或低等無(wú)直接關(guān)系。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 核型 是用來(lái)描述總?cè)旧w數(shù)目和性染色體構(gòu)像的方式。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 四、遺傳圖譜、物理圖譜和基因圖譜 又叫連鎖圖譜或遺傳連鎖圖譜。是指基因或 DNA序列在染色體上的相對(duì)位置與遺傳距離，遺傳距離通常是以基因或 DNA片段在染色體交換過程中的分離頻率 厘摩（ cM） 來(lái)表示的。 cM越大，兩者之間的距離越遠(yuǎn)。 （一） 遺傳圖譜 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 果蠅的基因連鎖圖 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 通過遺傳圖分析，我們可以大致了解各個(gè)基因或 DNA片段之間的相對(duì)距離與方向，了解哪個(gè)基因更靠近著絲粒，或靠近端粒。遺傳距離是通過遺傳連鎖分析得到的，研究中使用的 DNA標(biāo)記越多，越密集，所得到的遺傳連鎖圖的分辨率越高。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 構(gòu)建遺傳圖譜的基本原理 真核生物在減數(shù)分裂過程中，染色體會(huì)發(fā)生重組和交換，這種重組和交換的概率會(huì)隨著染色體上任意兩點(diǎn)之間的相對(duì)距離的遠(yuǎn)近而發(fā)生相應(yīng)的變化，由此就可以推斷出同一條染色體上兩點(diǎn)間的相對(duì)距離和位置關(guān)系，得到的這張圖譜就可以顯示出標(biāo)記之間的相對(duì)距離，這種相對(duì)距離叫做遺傳距離，這樣的圖譜就叫做遺傳圖譜。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 遺傳圖譜中距離的單位是厘摩（ cM），是指兩點(diǎn)之間的平均交換率為 1%時(shí)的距離。不同物種中這個(gè)單位實(shí)際代表的堿基數(shù)目是不同的。 一般這個(gè)重組頻率數(shù)值不會(huì)大于 50%，因?yàn)槿绻扔诨虼笥?50%，這兩個(gè)基因就不完全連鎖，發(fā)生隨機(jī)交換了。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 構(gòu)建遺傳圖譜的基本方法： 雜交實(shí)驗(yàn)和家系分析 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 在遺傳作圖中使用的“ 路標(biāo) ”有許多種。最初時(shí)使用的標(biāo)記是可以代表 可見表型的基因 ?？墒沁@種基因的數(shù)目非常的有限，尤其當(dāng)多個(gè)基因影響同一個(gè)性狀時(shí)，遺傳分析往往陷入困境。后來(lái)發(fā)現(xiàn)了具有生化特征的表型基因 可以滿足要求，所以就利用一些生化性狀基因來(lái)作圖。如人的 ABO型血型分析，血清蛋白核免疫蛋白（人類白細(xì)胞抗原， HLA）變異研究都是利用生化表型的例子。這些生化特征是屬于多等位基因。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 但是即使這樣，可以使用的基因的數(shù)目還是不夠多，而且許多性狀都與多個(gè)基因有關(guān)；更重要的是高等生物基因組中含有許多內(nèi)含子，間隔序列，重復(fù)序列，其中根本沒有任何基因可以使用；并且只有部分基因的等位基因成員可以使用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)予以區(qū)分，所以產(chǎn)生的遺傳圖是不完整的，必須尋找其他的更為有效的標(biāo)記。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 基因之外的作圖標(biāo)記統(tǒng)稱為“ DNA標(biāo)記” ，與基因標(biāo)記一樣， DNA標(biāo)記也必須有多態(tài)性，常使用的 DNA標(biāo)記有 3種： （ 1）限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（ RFLP） （ 2）簡(jiǎn)單序列長(zhǎng)度多態(tài)性（ SSLP）：包括小衛(wèi)星和微衛(wèi)星序列等。 （ 3）單核苷酸多態(tài)性（ SNP） 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性 (RFLP)是 1980年提出的，是第一代分子標(biāo)記?；驹O(shè)想是，由于同源染色體同一區(qū)段 DNA序列的差異，當(dāng)使用限制性內(nèi)切酶處理時(shí)，可產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的酶切片段，這些片段使用電泳分離后可以直接顯示不同個(gè)體之間同一位點(diǎn)的 DNA組成的差異，從而將不同序列的片段標(biāo)記在不同的 DNA序列上。 目前 RFLP已經(jīng)不再使用了。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 2） 物理圖譜 是采用分子生物學(xué)技術(shù)直接將 DNA分子標(biāo)記、基因或克隆標(biāo)定在基因組的實(shí)際位置。物理圖譜的距離根據(jù)作圖采用的方法而異。采用限制性片段作圖與克隆作圖的圖距單位為 DNA的分子長(zhǎng)度，即 堿基對(duì) （ bp）。采用輻射雜種作圖的計(jì)算單位為 厘鐳 （ cR）。 物理圖譜構(gòu)建的方法 ： 輻射雜種和克隆作圖 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 最為常用的幾種物理作圖方法有 4種： （ a）限制性作圖 （ b）依靠克隆的基因組作圖 （ c）熒光標(biāo)記的原位雜交 （ FISH） （ d）順序標(biāo)簽位點(diǎn)（ STS）：目前最常用 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 最簡(jiǎn)單的就是比較不同的限制性內(nèi)切酶所產(chǎn)生的DNA片段的大小，然后計(jì)算各種 DNA片段長(zhǎng)度，選擇其中正確的排列順序。但是當(dāng) DNA片段太長(zhǎng)，切割形成的 DNA片段長(zhǎng)度相同時(shí)等會(huì)使得片段之間的排序變的異常復(fù)雜以至與無(wú)法進(jìn)行。所以一般只適用于小片段的 DNA作圖，其長(zhǎng)度的上限取決于作圖使用的內(nèi)切酶的切點(diǎn)的頻率，一般在 50 kb以下。使用一些非常稀有的內(nèi)切酶可以使這個(gè)長(zhǎng)度增加到1000 kb以上。 （ a）限制性作圖 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ b）熒光標(biāo)記的原位雜交 （ fluorescent in situ hybridization FISH） 與同位素雜交的原理相同，只是標(biāo)記物不同。FISH的熒光信號(hào)可以在顯微鏡下檢測(cè)，直接顯示探針與染色體雜交的位置。 熒光標(biāo)記的原位雜交中，雜交的靶子是完整的染色體，由雜交信號(hào)提供作圖信息。將染色體放在載玻片上，使其變性成單鏈。探針一般使用長(zhǎng)的DNA，一般大于 40 kb，使用同位素或熒光標(biāo)記。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 熒光標(biāo)記的原位雜交所提供的基因探針位置是非常粗略的，只能給出大概的位置，或?qū)⒒蚨ㄎ辉谀囊粭l染色體。分辨率與雜交的技術(shù)和染色體在制備時(shí)所處的狀態(tài)有關(guān)。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 著絲粒熒光原位雜交 顯示著絲粒在染色體上的位置 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 順序標(biāo)簽位點(diǎn)是一小段長(zhǎng)度在 100500bp之間的 DNA順序，每個(gè)基因組中只有一個(gè)拷貝，非常容易分辨。當(dāng) 2個(gè)DNA片段均含有同一片段時(shí)，說(shuō)明他們的序列之間有重疊，即 STS存在于重疊區(qū)。這樣就可以將 DNA片段按照正確的順序排列。 （ c）順序標(biāo)簽位點(diǎn)（ sequence tagged site, STS） 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 物理圖譜實(shí)際上是基因圖譜和遺傳圖譜的中間類型，遺傳圖譜過于粗略，沒有物理圖譜，測(cè)序得到的大量核苷酸序列將無(wú)法正確的排序。所以基因組計(jì)劃中，基因組的物理圖譜的構(gòu)建是非常重要的一件事情。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 即將生物基因組中含有的所有基因全部標(biāo)記出來(lái)構(gòu)成的圖譜。這是人類基因組計(jì)劃的終極目標(biāo)。 構(gòu)建基因圖譜的方法很多，在此不再介紹。 (3) 基因圖譜 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 五、人類基因組計(jì)劃 人類基因組就是人體一個(gè)細(xì)胞內(nèi)包含的所有遺傳物質(zhì)的總稱。包括 23對(duì)染色體和線粒體中的所有 DNA序列。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 人類基因組計(jì)劃研究的歷程 20世紀(jì) 70年代的時(shí)候，就有的實(shí)驗(yàn)室