遗传学课件第2章-基因与基因组.ppt

1、第二章第二章 基因与基因组基因与基因组Genes and genomes 教材名称教材名称:医学遗传学医学遗传学目 录第一节第一节 基因和基因突变基因和基因突变1一、基因的结构一、基因的结构 二、基因的功能二、基因的功能 三、基因突变三、基因突变 四、基因突变的细胞分子生物学效应四、基因突变的细胞分子生物学效应 2第二节第二节 人类基因组学人类基因组学一、人类基因组计划一、人类基因组计划 二、后基因组计划二、后基因组计划 一、真核细胞的基因结构一、真核细胞的基因结构 大多数真核生物的结构基因是不连续的，在大多数真核生物的结构基因是不连续的，在编码区内常常被不编码的序列隔开，为编码区内常常被不编

2、码的序列隔开，为断裂基断裂基因（因（split gene）。第一节第一节 基因和基因突变基因和基因突变回文结构回文结构终止子终止子GCGC框：调节转录的活动。框：调节转录的活动。CAATCAAT框框:促进转录促进转录增强子增强子沉默子沉默子人类人类 珠蛋白基因结构图珠蛋白基因结构图内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）外显子外显子 3（E3）105 146外显子外显子 2（E2）31 1045 3 转录起始点转录起始点 TATA框框RNA聚合酶结合聚合酶结合决定转录起始点决定转录起始点CAAT框框RNA聚合酶结合聚合酶结合控制转录频率控制转录频率外显子外显子 1（E1）1 30AATAA

3、A 回文顺序回文顺序 结构基因结构基因编编 码码 区区非编码区非编码区外显子：具有编码意义外显子：具有编码意义内含子：无编码意义（内含子：无编码意义（55GTGT、33AGAG；GT-AGGT-AG法则）法则）启动子启动子TATATATA框框:识别转录起始点识别转录起始点mRNAmRNA裂解信号裂解信号(AATAAA)(AATAAA)GC框框 GC框框 转录终止信号转录终止信号内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）外显子外显子 3（E3）105 146外显子外显子 2（E2）31 1045 3 TATA框框RNA聚合酶结合聚合酶结合决定转录起始点决定转录起始点CAAT框框RNA聚合酶结合

4、聚合酶结合控制转录频率控制转录频率外显子外显子 1（E1）1 30AATAAA 回文顺序回文顺序 内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）外显子外显子 3（E3）105 146外显子外显子 2（E2）31 1045 3 外显子外显子 1（E1）1 30AATAAA 回文顺序回文顺序 内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）内含子内含子1（I1）内含子内含子2（I2）5 3 外显子外显子 3（E3）105 146外显子外显子 2（E2）31 104外显子外显子 1（E1）1 30AATAAA回文顺序回文顺序 外显子外显子 3（E3）105 14

5、6外显子外显子 2（E2）31 104 5 3 外显子外显子 1（E1）1 30AATAAAAAAAAAAAAAAAAmGmGDNA转录转录剪接剪接戴帽戴帽加尾加尾成熟的成熟的mRNA hnRNA加工加工三、基因突变三、基因突变（一）基因突变的概念（一）基因突变的概念 1突变突变 突变（突变（mutation）是指遗传物质是指遗传物质发生的可遗传的变异。发生的可遗传的变异。广义的突变可以分两类：广义的突变可以分两类：染色体畸变染色体畸变（chromosome aberration）,即染色体数目和结构的改变；即染色体数目和结构的改变；基因突变（基因突变（gene mutation）。狭义的突变

6、，即一般所指的突变仅指基因突变。狭义的突变，即一般所指的突变仅指基因突变。基因突变（基因突变（gene mutation）是指基因在结构是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。上发生碱基对组成或排列顺序的改变。当基因中一个或一对碱基改变时，称为当基因中一个或一对碱基改变时，称为点突点突变（变（point mutation）。3诱发突变和自发突变诱发突变和自发突变 突变突变诱发突变（诱发突变（induced mutation）自发突变（自发突变（spontaneous mutation）诱发突变诱发突变物理因素：电离辐射，紫外线。物理因素：电离辐射，紫外线。化学因素：亚硝酸盐、甲磺酸乙酯

7、化学因素：亚硝酸盐、甲磺酸乙酯生物因素：病毒。生物因素：病毒。4突变热点突变热点 DNA分子上的各个部分有着不同的突变频分子上的各个部分有着不同的突变频率，即率，即DNA分子某些部位的突变频率大大高分子某些部位的突变频率大大高于平均数，这些部位就称为于平均数，这些部位就称为突变热点（突变热点（hot spots of mutation）（二）基因突变的种类（二）基因突变的种类1、碱基替换、碱基替换 一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基置换突变碱基置换突变。转换（转换（transition）颠换（颠换（transversion）：嘌呤：嘌呤嘌呤，嘧啶嘌

8、呤，嘧啶嘧啶嘧啶 ：嘌呤：嘌呤嘧啶，嘧啶嘧啶，嘧啶嘌呤嘌呤TGCA如：如：GGC-GGU 甘氨酸甘氨酸如：色氨酸如：色氨酸 UGG-GGG 甘氨酸甘氨酸AAG-赖氨酸赖氨酸 UAG-终止密码终止密码AAACCCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGGAAACCCGTACACGGCCGCCGGAAATTTGGGCATGTGCCGTTTAAACCCGTACACGGCAAATTTGGGCATGTGCCGTTTAAACCCGTACACGGC整码突变整码突变3.3.整码突变整码突变 在在DNADNA链的密码子之间插入或丢失一个或几个链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子密码子，则合成的肽链将增加或减

9、少一个或几个氨，则合成的肽链将增加或减少一个或几个氨基酸，但插入或丢失部位的前后氨基酸顺序不变，基酸，但插入或丢失部位的前后氨基酸顺序不变，称为称为整码突变（整码突变（codon mutation）或或密码子插入或丢密码子插入或丢失（失（codon insertion or deletion）。）。4.动态突变动态突变 在基因的非编码区或基因内，有些三核苷酸在基因的非编码区或基因内，有些三核苷酸（CAG、CGG）在传代过程中会发生明显增加，）在传代过程中会发生明显增加，而导致基因功能发生改变，称为而导致基因功能发生改变，称为动态突变动态突变(dynamic mutation)。abcdefga

10、bcdefg错误配对错误配对adefgabc bcdefg不等交换不等交换adefgabcbcdefg缺失缺失bc（上）（上）/重复重复bc（下）（下）错误配对和错误配对和不等交换不等交换 5.5.染色体错误配对不等交换染色体错误配对不等交换 5.5.染色体错误配对不等交换染色体错误配对不等交换 减数分裂期间，同源染色体间的同源部分减数分裂期间，同源染色体间的同源部分发生联会和交换，如果联会时配对不精确，会发生联会和交换，如果联会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失和部分基发生不等交换，造成一部分基因缺失和部分基因重复。这种突变常用解释大段多核苷酸的丢因重复。这种突变常用解释大段多

11、核苷酸的丢失和重复失和重复.血红蛋白融合基因血红蛋白融合基因和和的形成机理的形成机理（四）基因突变的生物学效应（四）基因突变的生物学效应1变异后果轻微变异后果轻微 2造成正常人体生物化学组成的遗传学差异造成正常人体生物化学组成的遗传学差异 3可能给个体的生育能力和生存带来一定的可能给个体的生育能力和生存带来一定的好处好处 4产生遗传易感性产生遗传易感性 5引起遗传性疾病引起遗传性疾病6致死突变致死突变 基因组（基因组（genome）是一个生命体遗传信是一个生命体遗传信息的总和。息的总和。一般是指一种生物的细胞中所带有的全部遗传一般是指一种生物的细胞中所带有的全部遗传信息。信息。人类基因组包括人

12、类基因组包括细胞核内的核基因组细胞核内的核基因组细胞质内线粒体基因组细胞质内线粒体基因组 第二节人类基因组学第二节人类基因组学单一的或低单一的或低拷贝数序列拷贝数序列70%70%80%80%20%20%30%30%中度至高度重中度至高度重复序列基因复序列基因散在重复散在重复序列基因序列基因串联重复序列串联重复序列/成簇重复序列成簇重复序列60%60%40%40%10%10%90%90%基因和基因基因和基因有关数序列有关数序列基因外基因外DNADNA非编码非编码DNADNA基因基因编码编码DNADNA内含子非翻译内含子非翻译序列基因序列基因DNADNA片段片段假基因假基因10%10%90%90%

13、单一或中等重复单一或中等重复2 2个个rRNArRNA基因基因2222个个tRNAtRNA基因基因1313个蛋白编码个蛋白编码基因基因基因基因细胞核基因组细胞核基因组=3200Mb=3200Mb线粒体基因组线粒体基因组=16.6kb=16.6kb人类基因组人类基因组 人类基因组的组织成份人类基因组的组织成份 3.3.假基因假基因 假基因假基因（pseudogene)在多基因家族在多基因家族中，某些成员并不产生有功能的基因产物，称中，某些成员并不产生有功能的基因产物，称为假基因。为假基因。第三章 染色体和减数分裂第一节第一节 染色质与染色体染色质与染色体 1第二节第二节 人类正常染色体人类正常染

14、色体 2第三节第三节 减数分裂与配子发生减数分裂与配子发生3第一节第一节 染色质与染色体染色质与染色体 v 染色质和染色体均为遗传物质在细胞内的存在形式染色质和染色体均为遗传物质在细胞内的存在形式 v 1956年年，证实人类染色体为，证实人类染色体为46条条v 1960年年，制定了丹佛体制，制定了丹佛体制 v 1968年年，建立了高分辨显带技术，建立了高分辨显带技术v 1972年，年，制定了制定了人类细胞遗传学命名的国际体制人类细胞遗传学命名的国际体制 （An International System for Human Cytogenetics Nomenclature,ISCN）核小体核小

15、体 螺线管螺线管 袢环袢环 染色单体染色单体 第一节第一节 染色质与染色体染色质与染色体 v四、常染色质和异四、常染色质和异染色质染色质v 常染色质常染色质是核内螺旋化程是核内螺旋化程度低，较疏松状，染色较度低，较疏松状，染色较浅，具有转录活性，常位浅，具有转录活性，常位于核的中央部位和核仁内于核的中央部位和核仁内部的染色质。部的染色质。v 异染色质异染色质是核内螺旋化程是核内螺旋化程度较高，较凝集状态，染度较高，较凝集状态，染色较深，很少进行转录或色较深，很少进行转录或无转录活性，功能不活跃无转录活性，功能不活跃的染色质的染色质第一节第一节 染色质与染色体染色质与染色体 特征特征常染色质常染

16、色质异染色质异染色质数量数量占染色体的极大部分占染色体的极大部分占染色体的少部分占染色体的少部分分布分布常位于核中央、核仁常位于核中央、核仁内部内部常位于核膜内表面、核仁周边常位于核膜内表面、核仁周边染色染色染色较浅染色较浅染色较深染色较深复制复制正常复制正常复制复制比常染色质晚复制比常染色质晚形态形态折叠松散，呈疏松状折叠松散，呈疏松状折叠紧密，呈凝缩状折叠紧密，呈凝缩状DNA含单一和重复含单一和重复DNA序列序列 结构异染色质含重复结构异染色质含重复DNA序列；序列；功能异染色质含有活性基因功能异染色质含有活性基因 功能功能能进行转录能进行转录结构异染色质不能转录；功能异染结构异染色质不能

17、转录；功能异染色质有时有转录活性色质有时有转录活性表表3-1 常染色质与异染色质的主要特征比较常染色质与异染色质的主要特征比较五、性染色质与五、性染色质与Lyon假说假说正常女性：正常女性：1 1个个X X染色质，正常男性染色质，正常男性：无：无X X染色质染色质4747，XXXXXX：2 2个个X X染色质染色质v无汗性外胚层发育不良无汗性外胚层发育不良-XR（二）染色质（二）染色质 第二节人类正常染色体第二节人类正常染色体 v一、人类染色体的数目、结构和形态一、人类染色体的数目、结构和形态v（一）人类染色体的结构、形态（一）人类染色体的结构、形态图3-4 染色体形态结构示意图着丝粒（着丝粒

18、（centromere）主缢痕（主缢痕（primary constriction）动粒（动粒（kinetochore）次缢痕次缢痕(secondary constriction)随体（随体（satellite）端粒（端粒（telomere）v（二）人类染色体的分类（二）人类染色体的分类中央着丝粒染色体中央着丝粒染色体 亚中央着丝粒染色体亚中央着丝粒染色体 近端着丝粒染色体近端着丝粒染色体(metacentric chromosome)(submetacentric chromosome)(acrocentric chromosome)v（三）人类染色体的核型（三）人类染色体的核型v核型（核型（

19、karyotype）是指一种生物体细胞中的全部）是指一种生物体细胞中的全部染色体组成，按照染色体的大小、形态特征进行染色体组成，按照染色体的大小、形态特征进行排列排列。v（三）人类染色体的核型（三）人类染色体的核型v核型（核型（karyotype）是指一种生物体细胞中的全部）是指一种生物体细胞中的全部染色体组成，按照染色体的大小、形态特征进行染色体组成，按照染色体的大小、形态特征进行排列排列。vDenver体制体制 人类染色体分组与形态特征人类染色体分组与形态特征(Denver体制体制)分组分组 编号编号大小大小 着丝粒位置着丝粒位置 副缢痕副缢痕随体随体A13最大最大中央（中央（1、3号）号

20、）亚中央（亚中央（2号）号）1号可见号可见B45次大次大亚中央亚中央C612,X中等中等亚中央亚中央9号可见号可见D1315中等中等近端近端有有E1618小小中央（中央（16号）号）亚中央亚中央(17、18号）号）16号可见号可见F1920次小次小中央中央G2122,Y最小最小近端近端有（有（21、22号）号）无（无（Y）v二、性染色体与性别决定二、性染色体与性别决定v人类性别决定机制人类性别决定机制:XX/XYv男性：男性：XYv女性：女性：XXv三、人类染色体的显带技术三、人类染色体的显带技术v（一）人类染色体标本制备（一）人类染色体标本制备v（二）染色体显带技术（二）染色体显带技术v1.

21、常用的显带技术常用的显带技术vG带带 Q带带 C带带vR带带 N带带 T带带v2.染色体高分辨显带染色体高分辨显带v 人类染色体人类染色体G显带核型显带核型Acridine Orange 人类人类1 1号染色体号染色体Q Q、G G、R R三种显带对比图三种显带对比图v 人类高分辨显带染色体人类高分辨显带染色体人类细胞遗传学命名的国际体制人类细胞遗传学命名的国际体制（An International System for Human Cytogenetics Nomenclature,ISCN）短臂（短臂（p）和长臂（）和长臂（q）界标（界标（landmark）区（区（region）带（带（band）v（三）人类染色体命名国际体制（三）人类染色体命名国际体制图3-8 人类1号染色体的界标、区、带（引自ISCN，2009）（三）人类染色体命名国际体制（三）人类染色体命名国际体制小结v1.1.真核基因的结构特点。真核基因的结构特点。v2.2.动态突变动态突变v3.3.核型分析核型分析v4.4.人类染色体命名国际体制人类染色体命名国际体制v5.5.减数分裂过程及意义减数分裂过程及意义v6.6.莱昂假说要点莱昂假说要点.