第3节-单一顺序和重复顺序.课件.ppt

1、第三节第三节 单一顺序和重复顺单一顺序和重复顺序序一一.单一顺序单一顺序(Unique sequence )二二.重复顺序重复顺序 短片段的重复顺序可分为三种类型：（1）正向重复正向重复(direct repeats)又叫顺向重复；（2）反向重复反向重复(inverted repeats) ；（3）回文顺序回文顺序 (Palindromic sequence) 5 GTGAGCTCAC 3 3 CACTCGAGTG 5 单一序列（非重复序列）：单一序列（非重复序列）： 基因在基因组中只有一个或几个拷贝，真核细胞中占40%-70%。真核细胞的大多数基因是单拷贝的，但是单一序列中只有百分之几的序列

2、是编码基因的。而原核基因组中，大多数的单一序列是编码基因的。正向重复：正向重复： 正向重复(direct repeats)又叫顺向重复，这种重复序列的方向是相同的。比如l噬菌体噬菌体的复制起点中的重复序列以及真核转座因子Ty，copia的两端，插入序列，转座子转座子的两端的宿主宿主序列以及端粒端粒结构等反向重复反向重复( (Invertedrepeats ) )： 同一个序列的两个拷贝在一个分子中以相反的方向重复，相邻重复组成回文序列。由反方向互补的两个DNA片段组成，两个反转重复序列又叫回文序列(palindrome sequence)。呈两侧对称的序列，常存在于插入序列和转座子两端的结构元

3、件中。画上荷花和尚画书临汉字翰林书正反相同在高度重复序列中，有一种是反向重复序列反向重复序列，也叫回文结构回文结构；长度不等，从几个核苷酸到几百个核苷酸等。这种反向重复序列在基因组中很多，据推测可能与基因的复制、转录等调控有关。与DNA结合的蛋白质多以二聚体的形式结合，这时会发现结合位点的DNA多具有回文结构的特点。回文结构的意义：1）是限制性内切酶的识别位点。2）具有调节基因的表达作用,如色氨酸操纵子的前的弱化子。3）转录终止时的识别结构。4）有利于稳定RNA的结构和行使功能。5）基因工程中DNA序列的方便操作。三三.轻度重复顺序和中度重复顺轻度重复顺序和中度重复顺序序 轻度重复顺序 在基因

4、组中含有2-10拷贝 ， 酵母tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。 中度重复顺序 长约300bp 基因组中约有10-几千个拷贝的顺序 如rRNA和tRNA基因 tRNA基因一般都分布于基因组中，而rRNA常集中分布于核仁形成区。 NTS NTS TS 18s TS 5.8s TS 28s TS 图10.29 非洲爪蟾rRNA基因的串联重复排列 TS：可转录的间隔(spacer)顺序 NTS：不可转录的间隔顺序 H1 H4 H2B H3 H2A海胆(R) 6000bp海胆(S) 6540bp海胆(L) 7240bp H1 H3 H4 H2A H2B果蝇 4800bp H1 H3 H2B H2A

5、 H4蝾螈 9000bp 图 10-31 组蛋白基因簇的重复单位 图例： 基因； 间隔区； 转录方向 2 1 G A 图10-30 人 类 血 红 蛋 白 的 和 基 因 簇 晚期胚 早期胚 成体 ho h1 h2 h3 1maj 2min 小鼠 4 3 1 兔 H 鸡 kb 60 50 40 30 20 10 0 图 10-32 脊椎动物中的-珠蛋白基因簇和假基因 四四 Alu家族家族 长约300bp；Alu顺序也称为短的分散因子（short interspersed elements, SINEs）。 由RNA多聚酶III转录的。 在基因组中30 万个拷贝； 在170bp处有一AluI 的

6、酶切位点； 由两个130bp的串联重复顺序组成； 在二聚体的右半部有31bp插入序列，此插入 顺序来自7SL RNA。Alu顺序有何应用价值？ 在人基因组中AluAlu基因家族基因家族是一个中等重复序列，长度在300bp左右，单倍体基因组中有30万份，分散在各染色体上。 在170 bp处有一个限制性酶切位点Alu。基因组中平均每5kb出现一次Alu序列，因此在基因的内含子以及基因附近的序列中有许多。Alu家族的每一个成员都很相似，由130 bp的串联重复组成，常见的是二聚体形式，在右半部分的中部有一个31 bp的无关序列插在中间。这个插入序列（IS）来自7SL（是信号识别蛋白SRP的一个成分）

7、。31 bp IS Alu家族的广泛存在说明其可能具有某种功能，但是目前还不十分了解。在小鼠体中有一种和Alu序列同源的序列叫做B1家族，约有5万个成员。重复单位为130 bp，相当于Alu序列的一个单体，和Alu序列的同源性为70%-80%。KpnKpn家族家族是中度重复顺序中仅次于Alu家族的第二大家族。用限制性内切酶Kpn消化人类及其它灵长类动物的DNA，在电泳谱上可以看到4个不同长度的片段，分别为1.2,1.5,1.8和1.9kb，这就是所谓的Kpn家族。KpnKpn家族成员顺序比家族成员顺序比AluAlu家家族更长（如人族更长（如人KpnKpn顺序长顺序长6.4kb6.4kb），而且

8、更加不均一，呈散在分布，属于中度重复顺序的长分散长分散序列序列。 Kpn家族的拷贝数约为30004800个，占人体基因组的1 。HinfHinf家族：家族：这一家族以319bp长度的串联重复存在于人体基因组中。用限制性内切酶Hinf消化人体DNA，可以分离到这一片段。Hinf家族在单位基因组内约有50100个拷贝，分散在不同的区域。319bp单位可以再分成两个亚单位，分别为172bp和147bp,它们之间有70%的同源性。 五五. 高度重复顺序高度重复顺序 卫星DNA (satellite DNA) 隐蔽卫星DNA(cryptic satellite) 自私 DNA（selfish DNA）

9、伊甸园 DNA (Garden of Eden DNA） 小卫星 (minisatellite ) 重复序列可变数（variable number tandem repeat VNTRs） DNA指纹（DNA fingerprints） 高度重复是一种简单的重复序列，有的重复单位不超过6 bp，但是重复的次数可以达到几十万次之多，故称为高度重复序列，也叫做卫星卫星DNADNA。卫星卫星DNADNA：是高等真核生物基因组重复程度最高的成分，由非常短的串联多次重复DNA序列组成，一般占基因组的10%-30%。因为其序列复杂性不高，所以有时称为简单序列简单序列DNADNA；卫星DNA以大的基因簇分布

10、（100-3000 kb），常位于异染色质的着丝粒，可能在染色体的功能中起作用。 有一些比较复杂的卫星DNA据推测可能是从简单的短序列重复发展变化而来的。一般这些序列中的GCGC含量含量与其他的主体DNA不同（例如小鼠中为30%，低于其主体DNA的42%GC含量）。所以在进行氯氯化铯密度梯度超离心化铯密度梯度超离心时，这些DNA由于密度小，会与主体的DNA带分开而出现在上面，所以称为卫星DNA。也有的卫星DNA密度比主体DNA密度大，出现在主体DNA的下面。隐秘的卫星隐秘的卫星DNADNA是指与主体DNA的密度类似，使用氯化铯密度梯度超离心不能分开的高度重复序列，但是可以通过其他的方法将其分离

11、出来。人们开始时认为这些高度重复的DNA序列没有什么功能。近来发现与DNA复制、基因表达的调节、基因的转位、减数分裂时染色体的配对等过程有重要关系。等位小卫星等位小卫星DNADNA是指小卫星中含有的重复序列数目相同；反之，不等位小卫星不等位小卫星DNADNA是指小卫星中含有的重复序列数目不同。卫星DNA ： 基本单位长度 171 bp小卫星DNA：基本单位长度15-65 bp微卫星DNA：基本单位长度2-8 bp卫星小卫星卫星小卫星 微卫星微卫星DNADNA之间的基本差异之间的基本差异人类VNTRs的第一个探针 1985年由Alec Jeffries制备 在肌红蛋白基因的第一个内含子中 分离出

12、132bp的重复顺序 内含4个长33bp的重复单位 内有13bp为核心顺序 （GGAGGTGGGCAGG）L1 家族 长6500bp左右 称为长的分散因子（long interspersed elements, LINEs） 在基因组中约6万个拷贝 由RNA多聚酶II转录的。 属于一种转座因子 着丝粒 基因 LINE 基因 VNTR 基因 SINEs 基因 VNTR LINE rDNA 核仁形成区 图 1037(a)真核生物染色体上的各种重复顺序和结构元件 5前导顺序，3拖尾顺序 非编码顺序 因突变而失去功能 基因和 ( 90%) 假基因 基因相 加工假基因 关顺序 编码顺序 基因片断(丢失了 5和 3端顺序，不能表达的基因) (2030) (l00copyrRNA 基因簇(重复单元 28S、18S、5.8s-rRNA) 3组蛋白基因 30-40copy定位：7q32-q36 组蛋白基因簇(重复单位：H1，H2A，H2B，H3、H4)。4珠蛋白基因 类：16p13，基因簇(24Kb)：5-1-2-1-3 类：11p15，基因簇(60Kb)：5- -Gr-Ar-3。