【正文】 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。 (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。這是人類基因組計(jì)劃的終極目標(biāo)。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。這樣就可以將 DNA片段按照正確的順序排列。 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。 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。將染色體放在載玻片上，使其變性成單鏈。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。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。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。采用輻射雜種作圖的計(jì)算單位為 厘鐳 （ cR）。物理圖譜的距離根據(jù)作圖采用的方法而異。 目前 RFLP已經(jīng)不再使用了。 （ 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。 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(méi)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。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?？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。 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。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。 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(guò)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。 （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(guò)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。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(guò)程中的分離頻率 厘摩（ cM） 來(lái)表示的。 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。有時(shí)染色體的倍數(shù)也可以用 C值表示。 （ 8）基因多轉(zhuǎn)錄成單順?lè)醋?，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 （ 6）基因有單拷貝和多拷貝兩種形式。 （ 5）基因中有重復(fù)序列，而且存在高度重復(fù)序列。 （ 4）大多數(shù)基因是斷裂基因，含有內(nèi)含子。 （ 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。 （ 8）基因轉(zhuǎn)錄成多順?lè)醋印? （ 6）有重疊基因。 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。 （ 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。 （ 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。 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 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)。 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）。 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。 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(guò)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(guò)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 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。在各種人體腫瘤中，有50%以上的 p53發(fā)生缺失或變異，所以 p53的研究在分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)及腫瘤學(xué)界受到極大關(guān)注。其他還有 NFl基因、 WT1基因、結(jié)腸腺瘤性息肉（ APC）基因和結(jié)腸癌缺失（ DCC）基因等。反之，抑癌基因失活會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞過(guò)度分裂增殖而產(chǎn)生腫瘤癌細(xì)胞。實(shí)際上 癌基因 是涉及細(xì)胞重要功能的一些正?；虻耐蛔冃停?原癌基因 的正常功能被描述為產(chǎn)生癌基因的概念是不正確的，然而由于這一名稱已被廣泛應(yīng)用，再要改變已為時(shí)過(guò)晚。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 現(xiàn)已知道，大約有 60種 癌基因 與癌的發(fā)生有關(guān)。我們身體中的每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有許多基因，控制正常的細(xì)胞功能，這些基因在正常細(xì)胞中以 非激活 的形式存在，故又稱為 原癌基因 。 這種變化的原因包括原癌基因的點(diǎn)突變、過(guò)度擴(kuò)增、基因重排、基因缺失等。 2 腫瘤細(xì)胞中一些原癌基因具有高水平的表達(dá)成過(guò)度表達(dá)，而且原癌基因的表達(dá)程度和次序發(fā)生紊亂，不再具有細(xì)胞周期特異性。原癌基因產(chǎn)物可分為以下幾類： 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 1 生長(zhǎng)因子 ，如 sis(PDGFβ)， fgf家族(int2， csf1等 ) 2 生長(zhǎng)因子受體 (質(zhì)膜 )：具酪氨酸蛋白激酶活性，如 neu， ht， met， erbB，trk， fms， ros1等。當(dāng)原癌基因失去調(diào)控，使細(xì)胞過(guò)度增殖時(shí)會(huì)形成腫瘤。由于基因含有內(nèi)含子，而且存在復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄后加工方式，順?lè)醋优c基因不再成這種簡(jiǎn)單的對(duì)等關(guān)系，一般認(rèn)為順?lè)醋觾H相當(dāng)于外顯子。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 七、基因與順?lè)醋拥年P(guān)系 在原核細(xì)胞中，順?lè)醋拥母拍羁梢哉J(rèn)為與基因是等同的。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 6）病毒的基因中有重疊基因存在。 （ 4）病毒基因組中含有啟動(dòng)子和操縱基因的結(jié)構(gòu)，這方面以 λ噬菌體研究的最為清楚。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 3）不同病毒的核酸大小差異很大，一般 DNA病毒較大， RNA病毒較小。 （ 2）大部分病毒的核酸是一條單鏈或雙鏈分子，只有少數(shù)幾種病毒由幾個(gè)核酸片段組成。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 5）葉綠體中含有的基因均是多拷貝的，具體數(shù)目在物種之間存在差異。 （ 3）各種生物的葉綠體基因非常保守，基因編碼光合作用有關(guān)的蛋白，有的基因有內(nèi)含子。 葉綠體的基因的特征在許多方面與線粒體中的基因有類似的特點(diǎn)： （ 1）大多數(shù)植物的葉綠體中含有的基因數(shù)目大致相同，為 200個(gè)左右，包括 rRNA基因、tRNA基因以及核糖體蛋白質(zhì)基因和與光合作用有關(guān)的一些蛋白質(zhì)的基因。 該假說(shuō)認(rèn)為，所有的現(xiàn)代人類均起源于 15萬(wàn)年前至 7萬(wàn)年前之間生活在非洲的古人類。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 利用人的線粒體基因特征可以研究人類的起源和進(jìn)化問(wèn)題。后研究發(fā)現(xiàn)，他患病的根源在于基因中微小的異常，但這種異常并非出現(xiàn)在核染色體 DNA上，而是在不太為人注意的線粒體 DNA上。 23歲時(shí)，他視力下降，患有白內(nèi)障、青光眼，且視網(wǎng)膜進(jìn)行性退化。 在美國(guó)，曾有一個(gè)看起來(lái)很健康的男孩， 5歲時(shí)莫明其妙地聽(tīng)覺(jué)減退， 18歲時(shí)聽(tīng)力完全喪失。線粒體的兩條鏈均編碼基因。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 不同生物的線粒體基因組大小不同，雖然一些生物的線粒體基因組很大，但編碼能力有限。 只編碼負(fù)責(zé)線粒體中的一小部分的基因 , 線粒體中的大部分蛋白和 RNA還需要由核基因編碼并輸送到線粒體中。 有一些基因無(wú)終止密碼子，需要在RNA編輯時(shí)產(chǎn)生。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 線粒體基因類似于原核基因，沒(méi)有內(nèi)含子或極少。脊椎動(dòng)物的線粒體 DNA長(zhǎng)度一般為 1617 kb,含有 37個(gè)基因，有些原生動(dòng)物和植物的線粒體 DNA為 330 kb到2500 kb，但是編碼能力有限。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 線粒體中 DNA的大?。焊叩戎参?250—2022 kb，酵母為 75kb，曲霉 32kb，爪蟾 17533 bp，牛 16338 bp，小鼠 16295 bp，人僅為 16569 bp。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 人體細(xì)胞線粒體數(shù)目平均為 800個(gè)，每個(gè)線粒體中含有 10個(gè)基因組拷貝，酵母平均為 65個(gè)線粒體，每個(gè)線粒體中有100個(gè)基因組拷貝。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 （ 1）線粒體 線粒體中 DNA含有的基因的遺傳方式是母性遺傳，或叫做 非孟得爾遺傳。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 細(xì)胞器中所需的大部分蛋白質(zhì)和 RNA分子都是由核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)中形成有功能的產(chǎn)物，然后再輸送到細(xì)胞器中。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 線粒體和葉綠體中均含有 DNA，其中都含有基因，可以編碼一定數(shù)量的蛋白質(zhì)和 RNA活性分子，如 tRNA等。 目前在細(xì)菌、噬菌體、植物、酵母、果蠅和哺乳動(dòng)物中均發(fā)現(xiàn)有跳躍基因的存在。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 等位小衛(wèi)星 DNA是指小衛(wèi)星中含有的重復(fù)序列數(shù)目相同；反之， 不等位小衛(wèi)星 DNA是指小衛(wèi)星中含有的重復(fù)序列數(shù)目不同。因?yàn)槠湫蛄袕?fù)雜性不高，所以有時(shí)稱為 簡(jiǎn)單序列 DNA； 衛(wèi)星 DNA以大的基因簇分布（ 1003000 kb），常位于異染色質(zhì)的著絲粒，可能在染色體的功能中起作用。 與 DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)多以二聚體的形式結(jié)合，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)合位點(diǎn)的DNA多具有回文結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 在高度重復(fù)序列中，有一種是 反向重復(fù)序列 ，也叫 回文結(jié)構(gòu) ；長(zhǎng)度不等，從幾個(gè)核苷酸到幾百個(gè)核苷酸等。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 人們開(kāi)始時(shí)認(rèn)為這些高度重復(fù)的 DNA序列沒(méi)有什么功能。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 也有的衛(wèi)星 DNA密度比主體 DNA密度大，出現(xiàn)在主體 DNA的下面。 第 2章 染色質(zhì)、染色體、基因和基因組 一般這些序列中的 GC含量與其他的主體 DNA不同（例如小鼠中為 30%，低于其主體 DNA的 42%GC含量）。319bp單位可以再分成兩個(gè)亞單位，分別為 172bp和 147bp,它們之間有 70%的同源性。用限制性內(nèi)切酶 HinfⅠ 消化人體DNA，可以分離到這一片段。 KpnⅠ家族的拷貝數(shù)約為 3000－ 4800個(gè)，占人體基因組的 1％ 。用限制性內(nèi)切酶 KpnⅠ 消化人類及其它靈長(zhǎng)類動(dòng)物的 DNA，在電泳譜上可以看到 4個(gè)不同長(zhǎng)度的片段