【正文】 ?！　　≡谌祟惢蚪M中有 12個(gè)大的基因簇，如 α珠蛋白基因簇、 β 珠蛋白基因簇和組蛋白基因簇等。 　　　（一）簡單多基因家族　 　 　 簡單多基因家族是指由一個(gè)或數(shù)個(gè)基因以串聯(lián)方式重復(fù)排列 ，各個(gè)基因含有 單一的轉(zhuǎn)錄單元和非轉(zhuǎn)錄區(qū) 。各基因結(jié)構(gòu)相似 ,它們?cè)诨蚪M內(nèi)分散成若干個(gè)基因簇?！?　 　 編碼 5SrRNA的基因是一個(gè)典型的簡單多基因家族。　 　 　 在高等真核生物中，有 4種 rRNA， 即 28S、18S、 5SrRNA。 　其中 28S、 18S、 這三種為 主體rRNA， 它們的基因組成重復(fù)單元由 RNA聚合酶共轉(zhuǎn)錄成一個(gè)大分子量的 rRNA前體 ，然后再切割成 3個(gè)獨(dú)立的 rRNA分子 。，三者基因如上排列，形成一個(gè)重復(fù)單位，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，每個(gè)重復(fù)單元之間由非轉(zhuǎn)錄區(qū)相隔開。編碼 3個(gè) rRNA的基因保守性很強(qiáng)，但非轉(zhuǎn)錄區(qū)的保守性則較弱，在不同生物中的長度變化很大。非轉(zhuǎn)錄區(qū)主要與轉(zhuǎn)錄功能有關(guān)，存在轉(zhuǎn)錄必要的啟動(dòng)區(qū)和增強(qiáng)區(qū)。上述重復(fù)單元分散在不同的染色體上?！?　 　 5SrRNA基因是 獨(dú)立的串聯(lián)重復(fù)單位，受另一個(gè)啟動(dòng)子的控制，每個(gè)重復(fù)單元由 5SrRNA基因和轉(zhuǎn)錄區(qū)之前的非轉(zhuǎn)錄區(qū)組成。5SrRNA一般由保守的 120bp組成，非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)富含 AT對(duì)?！?　 　 重復(fù)單元拷貝數(shù)差異很大，例如非洲爪蟾約 有 2萬個(gè) 5SrRNA基因拷貝 （圖 39）圖 39 非洲爪蟾卵母細(xì)胞型 5S rRNA基因放入串聯(lián)重復(fù)單元 　 　 　 一種是 卵母細(xì)胞型 ，一種是 體細(xì)胞型 ，大多數(shù)是后一種類型，構(gòu)成一個(gè)或幾個(gè)基因簇，幾乎所有染色體上都有5SrRNA基因家簇?！?　 　 這么大的數(shù)目足以滿足卵子發(fā)生時(shí)期蛋白質(zhì)迅速合成的要求。（二）復(fù)雜的多基因家族 復(fù)雜的多基因家族由幾個(gè) 相關(guān)基因家族構(gòu)成 ，基因家族間由間隔序列分開并作為獨(dú)立的單位被轉(zhuǎn)錄。其各成員并不都相同 ,各成員可集中作為一個(gè)單位重復(fù)多達(dá) 4次 ,或分散存在。每個(gè)基因有獨(dú)自的轉(zhuǎn)錄方向 ,各重復(fù)單位含有多個(gè)不同的轉(zhuǎn)錄單位及非轉(zhuǎn)錄區(qū)。 真核生物，尤其是高等真核生物含有三類組蛋白：1）與復(fù)制無關(guān)，主要存在于不再分裂已完成分化的組織中，基因?yàn)閱慰截悾?）組織專一性的，基因?yàn)閱慰截?，如鳥類及兩棲動(dòng)物紅細(xì)胞中專一的組蛋白 H5；3）與復(fù)制有關(guān)的 H2A， H2B， H3， H4及 H1等 5種基因。所說組蛋白的基因家族即此類。這 5種基因作為一個(gè)單元重復(fù)數(shù)百次，并形成若干基因家族。它們不含內(nèi)含子，產(chǎn)物 mRNA之一端無polyA下圖是海膽和果蠅組蛋白基因家族的示意圖。圖 310 組蛋白基因結(jié)構(gòu)示意圖　 組蛋白基因家族中 5個(gè)基因串聯(lián)成一個(gè)單位，它們又多拷貝組織成串聯(lián)的重復(fù)基因簇?；蛑g由非轉(zhuǎn)錄的間隔區(qū)隔開，且間隔區(qū)短而互不相同?！?　 海膽的 5種主要組蛋白的基因 串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)單元 ，它們 多拷貝地 組成 串聯(lián)的重復(fù)基因簇 ，在整個(gè)海膽基因組中重復(fù)約 1000次?！　　? 基因簇中每一個(gè)基因分別被轉(zhuǎn)錄成 單順反子 RNA， 沒有內(nèi)含子 ，而且各基因在同一條 DNA鏈上按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個(gè)基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的速度都受到調(diào)節(jié)?！　? 在不同組織中以及發(fā)育的不同時(shí)期表達(dá)不同套的 組蛋白 基因。 　　果蠅中這 5種組蛋白的基因也是成簇并串聯(lián)重復(fù)，但基因簇中每個(gè)基因都按照各自的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。 組蛋白基因家族是重復(fù)序列中唯一已知具有蛋白質(zhì)編碼功能的基因 ?！?　 　 組蛋白基因在 DNA開始合成前短暫地表達(dá)，基因活性與細(xì)胞周期密切相關(guān)，當(dāng)一段 DNA被復(fù)制出來，馬上就有組蛋白與它偶聯(lián)形成 核小體 。　 　 　 因此，在合成 DNA的短時(shí)間內(nèi)必須大量合成組蛋白，這可能是組蛋白基因串聯(lián)成簇的一個(gè)原因。 （三）受發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族各成員分別在不同組織細(xì)胞中與時(shí)間上表達(dá) 　 人類 珠蛋白 基因家族是典型的由發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族。血紅蛋白是珠蛋白的四聚體，由兩個(gè) A和兩個(gè) B亞基組成，與動(dòng)物中的氧和 CO2的運(yùn)輸有關(guān)?！　　?人類珠蛋白基因簇有二種類型： α 珠蛋白基因簇 和 β 珠蛋白基因簇　 　 　 α 珠蛋白基因簇位于 16號(hào) 染色體上，包括一個(gè)活化的 ζ ， 一個(gè)假基因 ψζ ， 2個(gè) α 基因， 2個(gè)假基因 ψα 和一個(gè)未知功能的 θ 基因，兩個(gè) α 基因編碼同樣的蛋白質(zhì)。　 　 　 β 珠蛋白基因位于 11號(hào) 染色體上，大約50 kb長，包括 5個(gè)有功能的基因（ ε 、 2γ 、δ 和 β ）， 還有一個(gè)假基因 ψβ 。圖 311 珠蛋白基因家族結(jié)構(gòu)圖　 　 　 兩個(gè) γ 基因編碼的蛋白只有 一個(gè)氨基酸殘基的差別 ，即 G蛋白在 13位是甘氨酸，而 A蛋白在這個(gè)位置上是丙氨酸 ?！?　 　 在發(fā)育的 不同階段 ，由 不同的 α 類和 β 類亞基 各 兩個(gè) 組成血紅蛋白的 四聚體 （表 34）。胚胎期（ 8周以前）HbGower1HbGower2HbPortland胎兒期（ 8～ 41周）HbF成人期HbA(98%)HbA2(2)ζ2ε2α2ε2ζ2γ2α2γ2α2β2α2δ2表 34 表明了不同發(fā)育階段血紅蛋白的亞基組成　 　 　 在人類 珠蛋白基因簇 中， 基因排列的方式與它們?cè)趥€(gè)體發(fā)育階段表達(dá)的順序一致。　 　 　 首先是 胚胎期 表達(dá)的基因，然后是胎兒期、成年期的基因 ?！?　 　 在 α 簇中，胚胎的 ζ 鏈基因在 2個(gè) α鏈（ α2 和 α1 ） 基因的前面， α2 和 α1分別是胎兒和成年血紅蛋白的成分；　　　　 　 　 在 β 簇中，胚胎的 ε 鏈基因排在最前面，接著是胎兒的 2個(gè) γ 鏈基因，最后是成年的 δ 和 β 鏈基因?！?　 　 α 珠蛋白基因簇和 β 珠蛋白基因簇都是從左至右依次轉(zhuǎn)錄的。 六 .假基因　 　 　 在多基因家族中，某些成員 并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物 ，但其結(jié)構(gòu)和 DNA序列與有功能的基因具有 相似性 。這些非編碼序列在序列上與活性的基因相似，但不具有功能，不能轉(zhuǎn)錄或翻譯生成成熟的 mRNA或蛋白，或產(chǎn)生過早終止的無活性肽鏈，或由于錯(cuò)誤的閱讀框架形成無活性的蛋白。這些基因稱為假基因?！?　 　 假基因與有功能的基因 同源 ，原來 也可以是有功能的基因 ，由于發(fā)生 缺失（ deletion）、 倒位 (inversion)與點(diǎn)突變 (point mutation)等 ，使這一基因 失去活性 ，成為無功能的基因，即形成了假基因。它往往存在于真核生物的多基因家族中 　 假基因常用符號(hào) ψ 來表示。 如珠蛋白基因簇中的 ψα1 表示與 α1 基因相似的假基因?！　　〖倩虻母拍钍?1977年 G..Jacq等人根據(jù)對(duì) 非洲爪蟾 5SrRNA基因簇 的研究提出的?！　　?5SrRNA基因重復(fù)單位約 700bp， 其中有活性的編碼序列約 120bp， 而相鄰的一個(gè)有 101bp的序列的基因與具有編碼活性序列的 5S基因的前 101堿基序列是完全相同的，但 缺少了 19bp片斷 ?！　? 所以在體內(nèi)從未檢測出過這段與5SrRNA基因的復(fù)本序列基本相同的基因轉(zhuǎn)錄出的 rRNA， 說明它是沒有表達(dá)活性的．　　　 DNA序列分析表明：這個(gè)假基因上缺乏正常轉(zhuǎn)錄的 起始信號(hào) 。 1980年 Leder首次發(fā)現(xiàn)老鼠 α－球蛋白基因 ψα－ 3基因中無內(nèi)含子；1982年 Temin證實(shí)小雞的 β－微管蛋白家族中存在一種沒有功能的基因成員。以后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多種類似的基因。正是 1978年以后，在真核生物結(jié)構(gòu)基因均已被證實(shí)為具有內(nèi)含子的間隔基因的時(shí)代背景下， Leder發(fā)現(xiàn)了不具有內(nèi)含子的無功能的 α－球蛋白基因。這種假基因的概念才引起了科學(xué)界的極大關(guān)注。 　 許多假基因都是同 “ 親本基因 ” （parental gene） 連鎖的 ，而且共同編碼區(qū)及側(cè)翼序列的 DNA具有很高的同源性?！?　 珠蛋白基因家族中的假基因是研究的較為深入的例子?！　? 　 Α 基因家族中的假基因 ψζ 、 ψα1 和ψα2 。 ψα1 同 3個(gè)有功能的 α 珠蛋白的基因密切相關(guān)，將 ψα1 假基因的核苷酸序列同 α2 功能基因比較發(fā)現(xiàn)，兩者在 上游序列 及 間隔序列的 同源性達(dá) 73％ 。　 　 　 據(jù)此可知， ψα1 假基因是 α2 功能基因 突變 而來的，由于堿基突變而不能產(chǎn)生有功能的蛋白質(zhì)。　　在 β 家族中，假基因 ψβ1 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是： （ 1）缺乏內(nèi)含子剪接加工的 5， 共同序列；（ 2） PolyA的信號(hào)由 AATAAA突變成 AATGAA；（ 3） 轉(zhuǎn)錄起始密碼子 ATG為 GTG所取代；（ 4）從 38氨基酸開始有 20個(gè)核苷酸缺失，造成一個(gè) 終止密碼 ，使肽鏈提前終止?！　　「鶕?jù)珠蛋白的情況推斷，每 4個(gè)基因序列中就可能存在有一個(gè)假基因。 隨著分析技術(shù)的提高，會(huì)對(duì)較小的基因簇進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn) 更多的假基因。 根據(jù) 假基因形成原因 可將其劃分為 功能基因積累突變型假基因 和 加工假基因，后者本質(zhì)上歸類于非病毒類反轉(zhuǎn)座子 。1)功能基因積累突變型多數(shù)假基因具有與功能基因相同的結(jié)構(gòu)，如果發(fā)生了對(duì)基因表達(dá)過程中的一個(gè)階段或全部階段有阻斷作用的突變，就會(huì)使這些基因失去活性。這些變化包括消除起始轉(zhuǎn)錄的信號(hào)，阻止在外顯子與內(nèi)含子的連接點(diǎn)進(jìn)行剪接或過早地終止翻譯等。比如非洲爪蟾 5SrDNA家族和人的 α－球蛋白 ψα－ 1。兔的假基因 ψβ2具有通常外顯子和內(nèi)含子結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)與功能基因 β2非常相似?？墒窃?ψβ2的第 20個(gè)密碼子處缺失一個(gè)堿基對(duì)從而引起移碼突變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄提前終止。 另外有兩個(gè)內(nèi)含子也不遵守 GT—AG 規(guī)則分界序列。所以即使 ψβ2基因可以轉(zhuǎn)錄，這兩個(gè)內(nèi)含子也無法剪切，形成功能基因積累突變的假基因。 通常這種假基因是經(jīng)歷過幾次有害的突變?cè)诔纱貭钆帕械亩嗷蚣易鍍?nèi)假基因往往位于活性功能基因之間。2)加工假基因基因組中與 RNA轉(zhuǎn)錄物相似的失活基因稱為加工假基因。加工假基因最初是由 RNA的反轉(zhuǎn)錄物以某種隨機(jī)方式插入基因組中產(chǎn)生。一般來說假基因在總基因數(shù)目中只占一小部分，但小鼠編碼核糖體蛋白的活性基因含有約 15個(gè)加工假基因，所以在根據(jù)雜交數(shù)據(jù)推算基因數(shù)目時(shí)要考慮這類假基因的影響。目前所看到的只是在現(xiàn)存種群中幸存下來的假基因，其它一些假基因在過去可能早已被淘汰。假基因的清除可通過偶然的序列缺失或某位點(diǎn)積累突變，最終使其不再被當(dāng)作原基因家族成員 。關(guān)于假基因的形成途徑可能的途徑：DNA轉(zhuǎn)錄前體 RNA（ pre－ RNA）后經(jīng)剪接加工形成成熟的 RNA，再反轉(zhuǎn)錄成 cDNA，隨后插入到基因中，或者 DNA轉(zhuǎn)錄的前體 RNA經(jīng)加工形成成熟的 RNA，進(jìn)而與 DNA形成雜合雙鏈插入到基因中，形成無啟動(dòng)子、無內(nèi)含子、無終止子的加工型假基因，或反轉(zhuǎn)座假基因。這種進(jìn)化過程中的 “死胡同 ”（ deadend）的殘跡 也可能發(fā)生重復(fù) 。例如，羊的 β－珠蛋白基因中有兩個(gè)成體基因 βA和 βC。這兩個(gè)基因在距其上游幾千個(gè)堿基處都有一個(gè)假基因。此假基因之間的相關(guān)程度要比它們與成體的 β－珠蛋白基因之間的相關(guān)程度更大，但都有使基因失去活性的突變。同樣，兩個(gè)成體珠蛋白基因之間的相關(guān)程度比它們與兩個(gè)假基因之間的相關(guān)程度更大。這表明原來的 ψβ－ β結(jié)構(gòu)本身曾經(jīng)發(fā)生過重復(fù)，結(jié)果產(chǎn)生了兩個(gè)有功能的 β基因和兩個(gè)沒有功能的基因。關(guān)于假基因的生物學(xué)意義假基因是由 RNApolⅡ 介導(dǎo)的 mRNA所引起的遺傳學(xué)事件，具有遺傳穩(wěn)定的特點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)化具有整體性，無選擇壓力。無論其序列是否有功能，基因簇每個(gè)成員都會(huì)發(fā)生重復(fù)、缺失和重排。然后通過自然選擇在重復(fù)、缺失或重排的產(chǎn)物中進(jìn)行挑選，使基因得以進(jìn)化。假基因是基因進(jìn)化的死亡終端嗎？顯然這個(gè)結(jié)論沒有足夠的依據(jù)。 但它也部分地回答生物進(jìn)化的 C值矛盾。 七 .斷裂基因 一個(gè)基因的核苷酸序列中因插入了與編碼氨基酸無關(guān)的核苷酸序列，使一個(gè)完整的基因分隔成不連續(xù)的若干區(qū)段