分子遗传复习纲要doc.docx

1、分子遗传复习纲要doc1、 一基因一酶假说：由此Beadle和btum提出：基因突变会引起酶的改变，从而阻断了这个酶所催 化的生化反应，造成突变型对被阻断的生化反应的产物的需要和依赖，这就是 一基因一酶的假说。2、 操纵子学说：Jacob和Monodl961年发表的操纵子理论是遗传学的一个里程 碑(landmark)o操纵基因和受它调控的结构基因从紧密连锁、协调表达形成结构和功能统一的操 纵子，整个操纵子受调节基因的调节，调节基因的产物是阻遏蛋白；在没有诱导 物时，阻遏物与操纵基因结合阻遏结构基因丛的表达，当出现诱导物时阻遏物转 而和诱导物结合，释击操纵基因这样RNA多聚酶得以通过操纵基因区段

2、，导致结 构基因的转录和转译。3、 操纵子模型的意义：1 他所做的酶活性诱导测定对当时的生物化学家来说都是个难题。2 用遗传分析结果推论岀分子生物学模型。3 提出了蛋白质与DNA结合的概念。4 描述了 “阻遏物”的调节因子概念.4、 Pa Ja Mo操纵子模型的遗传学实验验证：实验原理：通过F因子，给lacl-或lacOc的突变菌输入野生型lacl或lacO基 因，观察其对卩-半乳糖莒酶活性的影响。实验1：组成型突变lacT- lacZ+ 输入F菌株F lacl+ lacZ-结果成乳糖诱导型 菌，说明F菌株的lacl+能弥补原菌株的lad-缺陷，即：lacl对lacZ是反式 作用(trans-

3、acting)。实验2：组成型突变lacl+ lacOc lacZ+输入F菌株F lacI+lacO+ lacZ-成为组成型 表达菌,说明F菌株的lacO+不能弥补原菌株的lacOc缺陷,BP： lacO对lacZ 是顺式作用(cis-acting)o实验3：野生型lacl+ lacZ+输入F菌株超突变F lacls lacZ+成组成型不表达，说 明超突变lads编码的阻遏物能作用于野生型菌操纵子的0区。lacls失去与 诱导物的结合能力,不能使0区暴露，而成组成型不表达证明阻遏蛋口能够与bcO结合：放射性标记阻遏蛋口 + ScO+DNA在甘油梯 度中混合沉降出现有放射性的DNA带；放射性标记

4、阻遏蛋白+ LacOcDNA在甘油 梯度中混合沉降岀现的DNA带没有放射性，证明阻遏蛋白与LacO+ DNA结合。第二章 原核生物基因组第一节 组织与结构特点1、原核牛物基因组特点：lo小，单一 DNA复制起点，整个基因组为一个复制子2。具单一染色体，成环状3O非全长与蛋白结合4。很少重复序列，很少无特定功能的不编码序列.5o功能密切相关基因成操纵子或高度集屮，并常转录 成多顺反子mRNA.2、 大肠杆菌基因组中的操纵子：功能相关的基因前后相连，上游加上启动子和 操纵基因构成协同转录的遗传单位-一操纵子。3、 大肠杆菌基因组：总共有2 584个操纵子约73%操纵子只含一个基因，16.6% 含2

5、个基因，4. 6%含3个基因，6%含4个及以上基因4、 重叠基因Overlapping Genes：是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序 列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分。5、 基因重叠的方式：1）内含:E基因在D基因之内，B基因在A基因之内：2）首尾 重叠：3）三个基因的三重重叠（A B K）, 4）反向重叠:5）操纵子重叠：第二节 原核生物转座遗传因子1. 转座遗传因子（transposable genetic elements）：是指不顾常规的 遗传重组法则（即不依赖于序列的同源重组）而把彼此无关的DNA片段连在一起从而在细菌或高等 生物的染色体以及染色体以外

6、DNA分子之间来冋转移位置的DNA片段。2. 极性突变（polarity mutation）:即在操纵子屮，一个结构基因发生突变 后，不但影响该基因的表达，还影响下游基因的表达,但如果下游基因发生突变则 不影响上游基因的表达，这种作用上有方向性的突变称为极性突变.3. 极性突变不是缺失突变、不是点突变、不是碱基对替换所致：1. 这些极性突变能够发生恢复突变，所以不可能是缺失突变；2其恢复突变率不因诱变剂的处理而提高，说明它们不是点突变；3. 它们不被碱基类似物所恢复，所以不是碱基对的替换所致.4. 原核生物转座成分一-类别：插入序列inserted sequence, IS：除带有与转座有关基

7、因外不带有任何其他 基因的转座因子。转座子transposon, Tn：除带有与转座有关基因外，述带有其他基因的转座 因子叫做转座子。转座噬菌体mutator phage, Mu：这种噬菌体能插入染色体许多位置；在宿主细 胞中引起插入突变。5. 用转移性质粒，非转移性质粒检测转座子的存在。6. 复制转座模型必须说明：共联体，复制转座，靶子重复序列，内部解离位 点等已知现象7. 转座子的遗传学效应：引起出现新插入突变。插入位置上出现新基因。引起 缺失、倒位、重复。原來位置上保持或切离着原有的转座子。造成插入位置上受 体DNA形成正向重复序列。调节基因活动的开关。增加同源序列的整合。8. 检测转座

8、子存在的：9. 原核牛物的转座模型：10. 非复制型转座模型：第三章 真核生物基因组第一节真核生物基因组1、真核生物基因组特点：1. 包裹若干染色体，不呈环状。2。 基因组大。(细菌4.6x106,真核108-10bp)每一染色体有许多复制起点，有 多个复制子。3O DNA全长与组蛋白稳定结合。4。有相当大部分重复序列。及短串重复。5o具有大部分不编码序列。6o具需要吋以可控方式重排和扩增。7o 一 mRNA转译一多肽，单顺反子，无操纵子。8。转录，翻译不偶联。9真核生物除核基因组，还有生命必须的细胞器基因组。2、 C值悖理：物种的C值和它进化复杂性之间没有严格对应关系，这称为C值 悖理(C

9、value paradox),复性动力学动力学复杂长度化学复杂长度重复频率重复序列：卫星 DNA(satellite DNA)a-卫星 DNA(a - satellite DNA)Y-卫星 DNA(y- satellite DNA)3、 不同序列的总长度称为序列复杂性：4、 根据碰憧理论及所得数据可得两个结论：1无重复序列，C0tl/2与基因组大小成正比2. 在有重复序列的复性反应中，COt 1/2不因其基因组人小而增减，而与DNA序 列重复频率成反比.5、 卫星DNA(Satellite DNA)：卫星DNA是一类高度重复序列许多真核基因组 DNA切成数千bp后，经CSC1密度梯度离心，除形

10、成一条主带外，往往形成卫星带, 卫星带中的DNA称为卫星DNA.6、 Alu家族：在人类短分散重复序列中Alu成分约占1/31/2.每一重复序列 为300 bp,经Alul内切酶可切成130和170的两个片段，因有Alul内切酶切点 AGCT,故称Alu家族。7、 基因家族gene family：同一物种或不同物种中具有一致的或相似的顺序组 成的基因成员：即功能和结构相似的一系列基因。1 基因簇(gene cluster):同一基因家族成簇地集中在彼此靠近成串排列在 一起的串联重复基因。如组蛋白基因家族就成簇地集中在第7号染色体长臂3 区2带到3区6带区域内；2 基因家族：不同成员成簇地分布不

11、同染色体上，这些不同成员编码一组功能上 紧密相关的蛋白质，如珠蛋白基因家族。8、 基因家族类别：1. 简单的多基因家族：如 5sRNA基因 1-2千 /ICh.rRNA基因 200次2. 复杂的多基因家族：如hDNA 组蛋白基因丛1200次3不同场合表达的多基因家族：如珠蛋口基因4假基因 pseudogene9、 假基因(pseudogene):指具有与功能基因相似的序列，但由于有许多突变导 致失去了原有的功能，所以假基因是没有功能的基因，常用表示。10、 假基因的由来：假基因与有功能的基因同源，原来也可以是有功能的基 因,经重复，且重复基因在结构上发生了较大变化，因而失去了功能，这些基因便

12、形成假基因。(重复基因命运的一种)第二节 断裂基因(Spl i te Gene)发现基因断裂现象：1977 美麻省理工学院夏普Sharp博士&冷泉港实验室罗伯 茨Roberts,在冷泉港研讨会上发表了可以看到这种环状突起的电子显微镜拍摄 的照片。 即在猴类病毒SV40和腺病毒adenovirus)中发现断裂基因(splitgene)。2割裂基因(split gene)：是指基因的编码序列被非编码序列割裂开来，在编 码序列中间插入了许多间隔序列，这种间隔序列是不编码氨基酸的序列，称为内 含子(intron)3 剪接splicing：.将前体RNA中由内含子部分转录的RNA序列(居间序列IVS)

13、被切除，并由外显子部分转录的RNA序列连接起来，这一过程称为剪接spl icing.4.在剪接屮，有两种基本的机理：1核内前体tRNA屮内含子切除是依靠具有 自我剪接能力的内含子切割和连接反应来进行。2.除了核内前体tRNA中的内 含子以外，其它所有内含子均由转酯反应剪接的.5基因的选择性剪接：应用同样的pre-mRNA来产生具有不同结合方式外显子 的 mRNAs.6. 选择性剪接以多种方式进行：(1) 利用不同的外显子(2) 两个相互排斥的外显子的剪接(3) 半个起始位点，多个加poly (A)位点(4) 多个5,剪接位点竞争同一 3,剪接位点内含子保留和框式外显子(6)非剪接位点的序列参与

14、调节7. 外显子的扑获(exon trapping)： 1.设计带有一套完整的剪接位点的外显子 和内含子序列一-剪接盒载体.2.当外源片段也带有剪接体和受体位点，剪接即进 行.3再利用载体上的已知序列为引物，反转录PCR合成cDNA,该cDNA即为所要捕获的外显子&断裂基因的意义：1 有利于储存较多的信息，增加信息量：-般说，一个基因只转录出一-种mRNA, 但是一些断裂基因以不同的剪接方式可以产生两种以至多种mRNA,于是编码不 同功能的多肽。2 有利丁变异和进化：虽然单个碱基的改变有时可以引起氨基酸的变更而造成蛋 白质的变化，但是很难产生重大改变而形成新的蛋白质。更何况如这些单个碱基 突变

15、发牛在密码子第三位上往往是沉默的，于是大大地降低了突变的效应。而在 断裂基因中如果突变发生在内含子与外显子结合部位，那么就会造成剪接方式的 改变，结果使蛋口质结构发生大幅度的变化，从而加速进化。3 增加重组机率：内含子有可能不断地增减造成新的剪接方式，一方面形成新的 基因，另一方面在剪接过程中无疑地会增加重组频率；同时在断裂基因中，由于 内含子的存在，基因长度增加，于是也增加了重组频率。4 可能是基因调控装置：内含子可能在基因表达中有一定的调控作用，在基因转 录水平上以及在合成了 mRNA以后的加工过程屮起着调控基因表达的作用。第三节真核生物转座因子1. Ac能自主转座，而Ds不能自主转座。2

16、. Ac因子的分离。Wx （蜡质基因）的分离。3. Spm和Ac家族Z间功能相似也有区别。以上请看书、笔记！4o用转座子DNA做为标签（探针）克隆发生插入突变的基因，即转座子标签法 transposon tagging。操作思路：1）用具有转座了的亲木杂交2） 对子代进行突变体筛选3） 用突变株DNA构建基因文库4） 用转座子做探针分离突变基因中Tn5） 对筛选的Tn两端序列，亚克隆,作探针6） 筛选野牛基因文库获得所要基因5. 标签法使用条件：lo亲本之一必需含有活跃的转座子。2o所用Tn为已分离 与克隆的一即序列己知。3o需进一步监定克隆基因（因为转座子不仅插入冃的 基因这一处）。4。耍获

17、得目的性状突变株，需要对子代进行。大量筛选，因为突 变株岀现频率为10-410-6,该频率和不稳定性是选择突变株的依据。6. 异源植物中转座子标签研究。第四章癌基因和抑癌基因的遗传与变异1. 癌基因（oncogene）：即能在体外引起细胞转化，在体内诱发肿瘤的基因 （viral oncogene ,vonc）o2. 原癌基因（proto- oncogene）: “即致癌活性基因的无活性原型，或细胞 癌基因c-onc”病毒癌基因都在细胞屮发现了它的同源序列，这些序列被称为细胞癌基因 （Cellular oncogene, conc）o3. 原癌基因表达的特点：1）、正常细胞中原癌基因的表达水平一

18、般较低，而且是受生长调节的，其表达主 要有三个特点：1 具有分化阶段特异性；2 细胞类型特异性；3 细胞周期特异性。2) 、肿瘤细胞屮原癌基因的表达有2个比较普遍和突出的特点：1 一些原癌基因具有高水平的表达一-成过度表达2 原癌基因的表达程度和次序发生紊乱，不再具有细胞周期特异性。3) 、细胞分化与原癌基因表达在分化过程中，与分化有关的原癌基因表达增加，而与细胞增殖有关的 原癌基因表达受抑制。3. 病毒癌基因源丁细胞癌基因：4. 原癌基因被激活的机制：1. 病毒插入:ALV整合到c-onc上游如同获得强promoter2. 获得个 enhancer3 基因突变4 染色体易位(基因重排，融合基

19、因)5基因扩增6. 抑癌基因失活7. 基因领域效应5. 基因领域效应对原癌基因表达的影响：当基因与基因Z间的间隔距离称为gene territories基因与基因之间的间隔距离与两个基因的总距离长度相关， 同一 DNA链上 两个具有相同转录方向的基因间隔少于上述规定长度时，影响有效转录，这即基因领域效应。6. 癌基因的协同致癌:活化的ras基因能使MH3T3恶性转化，但不能使REF 细胞实现恶性转化。转化活性的区别在于两种细胞性质的不同：NIII3T3是已建 立的，能在离体条件下无限生长的细胞系(由活化相关基因所致)，它能和活化 的ras基因合作，进一步使恶性转化得以完成7. 扌印癌基因(an

20、ti-oncogene) tumor suppressor gene：是指：由于它的存在和表达使细胞不癌变和机体不生癌的基因都可称为抑癌基 因或抗癌基因。以参与细胞周期调控的形式，对正常细胞的增殖起负调控作用， 抑制细胞的恶性转化。括： 1癌基因产物的拮抗物基因.2. 细胞生长抑制基因.3. 诱导细胞分化的基因.4. 抵消致癌物作用的基因。8. 癌基因和抑癌基因的主要区别：在功能上，抑癌基因在细胞生长中起负调节作用，抑制增殖，促进分化、成熟和 衰老，或引导多余细胞进入程序化死亡(programmed death) , 乂称细胞凋亡 (apoptosis),原癌基因作用相反。在遗传上，从致癌角度

21、,原癌基因激活后是显性的，激活后即促进细胞增殖和癌 变，而抑癌基因在细胞水平上突变后是隐性的，只有纯合才致癌。在突变发生的细胞类型上，抑癌基因可在体细胞，也可在生殖细胞中发生突变， 而原癌基因只能在体细胞中发生突变9. 抑癌基因抑癌机制？请看书、笔记。p53的抑癌机理：P53gene产生P53蛋白结合到P21gene上游激活P21gene 表达，产生P21蛋白竞争抑制Cyctin与CDK结合，从而抑制G1进入S期，抑 制了细胞增殖，抑制细胞癌变。第五章遗传标记及其利用第一节遗传标记概述1、 遗传标记:是指可以明确反映遗传多态性的生物特征。遗传标记可帮助研究生 物的遗传与变异。可以用于:连锁分析

22、、基因定位、遗传作图及基因转移等。1 形态标记:是指那些能够明确显示遗传多态性的外观性状的相对差异。即相对 的形态特证和生理特性。与目标性状紧密连锁，表型上可识别的等位基因突变体2 细胞遗传标记Cytological Genetic Markers:是指能明确显示遗传多态性的 细胞学特征。例如:染色体结构特征和数量特征等。3 生化遗传标记(Biochemical Genetic Markers ):是以动、植物体内的某些生 化性状为遗传标记，主要指血型、血清蛋白及同工酶、等位酶。同工酶isozyme； isoenzyme: 是指催化的化学反应相同，酶蛋白的分子结 构不同、理化性质乃至免疫学性质

23、不同的一组酶(Prakeish ct al. 1969)。也 即作用的专一底物相同，酶分子的形式不同。等位酶(allozyine)：是指同一基因位点的不同等位基因所编码的一种酶的不同 形式2、 分子遗传标记(DNA分子标记)：是以个体间遗传物质内核昔酸序列变异为基 础的遗传标记，是DNA水平遗传多态性的直接的反映。DNA水平的遗传多态性 表现为核昔酸序列的任何差异，包括单个核昔酸的变异。3、 依据检测手段，DNA标记可分为四大类：第一类为基于DNA-DNA杂交的DNA标记。该标记技术是利用限制性内切酶酶解及 凝胶电泳分离不同生物体的DNA分子，然后用经标记的特异DNA探针与之进行杂 交，通过放

24、射自显影或非同位素显色技术來揭示DNA的多态性。其屮最具代表性 的是发现最早和应用广泛的RFLP标记。第二类为基于PCR的DNA标记。根据所用引物的特点，这类DNA标记可分为随机 引物PCR标记和特异引物PCR标记。1 随机引物PCR标记：包括RAPD标记、ISSR标记等，其中RAPD标记使用较 为广泛。随机引物PCR所扩增的DNA区段是事先未知的，具有随机性和任意性， 因此随机引物PCR标记技术可用于对任何未知基因组的研究。2 特异引物PCR标记：包括SSR标记、STS标记等，其中SSR标记已广泛地 应用于遗传图谱构建、基因定位等领域。特异引物PCR所扩增的DNA区段是事先 已知的明确的，具

25、有特异性。因此特异引物PCR标记技术依赖于对各个物种基因 组信息的了解。第三类为基于PCR与限制性酶切技术结合的DNA标记。即限制性片段长度多态性 PCR产物的RFLP分析(PCR-RFLP),这类DNA标记可分为二种类型：1 一种是通过对限制性酶切片段的选择性扩增来显示限制性片段长度的多 态性，如AFLP标记。2 另一种是通过对PCR扩增片段的限制性酶切來揭示被扩增区段的多态性， 如 CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic Sequence)标记。第四类为基于单核营酸多态性的DNA标记。如：SNP标记。它是由DNA序列中因 单个碱基的变异而引起的遗传多态性。目

26、前SNP标记一般通过DNA芯片技术进行 分析。4、分子遗传标记的特点： 数量多，遍及整个基因组。2. 多态性高，自然界中生物都存在许多等位突变，无需专门创造特殊的遗传材 料3. 中性，不影响目标性状的表达，与不良性状 无必然连锁4. 直接以DNA形式表现，在生物体各发育阶段，各种组织均可检测到。5. 许多分子标记表现为共显性（codominance）,能够鉴别出纯合基因型与杂 合基因型，提供完整的遗传信息。第二节 限制性片段长度多态性分RFLP1、 限制性片段长度多态性分析：指利用限制性内切酶将等位基因DNA切成不同 长度片段，表明内切酶的识别序列有差异，这种差异反映在酶切片段的长度和数 目上

27、.这些不同的DNA片段在人群中呈现多态现象，以孟德尔方式遗传。最早用 于绘制遗传图。2、 RFLP的特点:1）处于染色体上的位置相对固定；2） 同一亲本及其子代相同位点上的多态性片段特征不变;有利于亲子鉴定.3） 同一凝胶电泳可显示不同多态性片段，表现为共显性；4） 普遍存在，自然发生，数量大，有较多等位基因，通常无害。3、 PCRRFLP是90年代在PCR和RFLP技术基础上发展起来，其分析步骤：1. DNA制备；2. DNA片段的扩增与酶切：选择好序列，据两翼序列设计引物 进行扩增与酶 切；3. 酶切片段的电泳分离与鉴定；4. 简单序列重复SSR标记的主要特点：（1） 数量丰富，广泛分布于

28、整个基因（2） 具有较多的等位性变异；（3） 共显性标记，可鉴别岀杂合子和纯合子；（4） 实验重复性好，结果可靠；（5） 由于创建新的标记时需要知道重复序列两端的序列信息，因此，开发有一定困难， 费用也较高。第三节 AFLP技术1、AFLP技术：是一项新的分子标记技术，是基于PCR技术扩增基因组DNA限制 性片段的技术。其原理：1） 这是一种筛选RFLP分子标记的方法.先将DNA样品釆用选定的限制性内切酶 （如EcoRI, Sau3A）消化，然后加上接头PCR引物.2） 接头PCR引物设计：根据限制酶接头添加选定的数个向外延伸的碱基，即向3方向延伸1-3个不同的碱基.3) 选择不同的引物扩放样

29、品DNA,经聚丙烯胺凝胶电泳分离标记的PCR产物.2、 AFLP标记的主要特点：(1) 由于AFLP分析可以采用的限制性内切酶及选择性碱基种类、数冃很多，所 以该技术所产生的标记数目是无限多的；(2) 典型的AFLP分析，每次反应产物的谱带在50-100条之间，所以一次分析 可以同时检测到多个座位，且多态性极高；(3) 表现共显性，呈典型孟德尔式遗传；(4) 分辩率高，结果可靠；(5) 但用于分析的试剂盒昂贵，实验条件要求较高。也存在假阳性带出现频繁、 技术复杂、成本高等缺点。3、 随机扩增多态 DNA 技术 RAPD(Random amplified polymorphic DNA):4、

30、RAPD技术的原理：随机引物可与单链的多个位点互补结合，但只有这些引物 的位置是在彼此可扩增的距离以内(引物距离为200-2000bp),才能扩增，一组 不连续的分子量为2002000bp的DNA片段才会产生。5、 单链构象多态性 SSCP ( single strand conformation polymorphism )： 是基于PCR扩增而新发展起来的DNA多态性分析技术SSCP的原理：单链DNA段呈复杂的空间折叠构象，这种立体结构主要是由其 内部碱基配对等分子内相互作用力来维持的，当有一个碱基发生改变时，会或多 或少地影响其空间构彖，使构彖发生改变，空间构彖有差异的单链DNA分子在

31、聚丙烯酰胺凝胶中受排阻大小不同.因此，通过非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳 (PAGE),可以非常敏锐地将构象上有差异的分子分离开.作者称该方法为单链构 象多态性(Single-Strand Conformation Polymorphism, SSCP)分析。第六章 人类基因组研究1. 人类基因组研究的意义：1) 在人类健康领域:有助于对遗传疾病的诊断、治疗、预防.2) 在基础科学领域：对基因结构、表达 调空；生长、分化、遗传、进化会有 深 入认识.3) 后基因组计划：研究3-4万基因表达、功能、生物学意义绘制生、死全过程 DNA联络图.4) 对牛物学，医学，农学以及社会的应响。2. 人类基因组计划的主要内容主要内容包括：1 人类基因组的基因图谱构建与序列分析:包括，对基因组的划分、标记、切割、 克隆、测序；2 人类基因的鉴定：结构、特性、功能；研究技术的建立；3 人类基因组研究的模式生物：果蝇、线虫、小鼠等；4 信息系统的建立。5 还有人类基因组研究的社会、法律与伦理问题，6 交叉学科的技术训练，7 技术的转让，8 研究计划的外延等共9方面的内容。3. 遗传作图(Ge