chapter6基因的精细结构.

Genomics,2012-2013,NWU2020/1/111Chapter7基因的精细结构Section1基因概念的发展Section2重组测验Section3互补测验Section4缺失作图Section5基因的功能Genetics,2012-2013,NWU2020/1/112Section1基因概念的发展①遗传因子：孟德尔提出②基因:1906年Bateson提出Genetics1909年Johannson提出Gene1、早期的基因概念Genetics,2012-2013,NWU2020/1/113①基因是位于染色体上的遗传单位Sutton和Boveri：遗传的染色体学说摩尔根：证明基因以直线形式排列在染色体上②“三位一体”的基因概念三位：功能单位、突变单位、交换单位一体：基因2、经典的基因概念Genetics,2012-2013,NWU2020/1/114①从分子水平探索基因的结构和功能，基因是DNA分子上具有遗传效应的片段，由一定数量和一定顺序的核苷酸组成，含有特定的遗传信息。②微生物遗传学的深入研究证明，基因并不是不可分割的最小单位。——Benzer：首先把“分子基因”的概念引入遗传学，以T4噬菌体为材料进行了研究工作，正式提出“顺反子”这个概念。3、近代基因概念Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1154、现代基因概念基因是DNA分子上带有遗传信息的特定核苷酸序列区段。基因由重组子、突变子序列构成的。重组子是DNA重组的最小可交换单位；突变子是产生突变的最小单位；重组子和突变子都是一个核苷酸对或碱基对(bp)。顺反子：Benzer将顺反测验所确定的最小遗传功能单位称为顺反子(cistron)，顺反子内发生的突变间不能互补。Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1161955年，美国的S.Benzer（本泽）用大肠杆菌T4噬菌体作为材料，研究快速溶菌（rapidlysis）突变型rⅡ的基因精细结构。Section2重组测验Genetics,2012-2013,NWU2020/1/117表4-1野生型与几种突变型的区别类型不同大肠杆菌平板上噬菌斑表型BK()S野生型rII+小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rI大噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rII大噬菌斑无噬菌斑（致死）小噬菌斑rIII大噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑Genetics,2012-2013,NWU2020/1/118r47++r1041、Benzer的重组测验Genetics,2012-2013,NWU2020/1/119重组值＝重组噬菌斑数X100％总噬菌斑数＝0.0141％＝在K()上生长的噬菌斑总数X2X100％在B上生长的噬菌斑总数＝370X102X2X100％525X1062、重组值的计算Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1110该方法称重组测验（recombinationtest），以遗传图方式确定突变子间的空间关系。Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1111该法极灵敏，理论上可测到两个rII突变间重组频率为0.002%。实际观察的最小重组频率为0.02％，即0.02个图距单位，未发现小于该数值的重组频率。Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1112T4染色体:1.8X105bp，1500cM0.02cM相当于2bp，（0.02／1500）1.8X105=2.4bp认为基因内相邻核苷酸位置上的突变可能重组，由此可见重组子的单位可小到相当于一个核苷酸对Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1113重组测验以遗传图距确定突变的空间关系互补测验则是确定突变的功能关系。Section3互补测验一、互补测验原理和方法Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1114如T4的rII区有3000多个突变型都有相同表型：对E.coliK寄主细胞致死，但可在B菌株细胞中增殖。是否它们都影响同一种遗传功能？即rII中这3000多个突变型是属于一个基因还是属于几个基因？为了划分这种功能单位界限，必须进行互补测验Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1115用不同rll突变型成对组合，同时感染E.coliK菌株如果被双重感染的细菌能产生子代噬菌体，那么必然是一个突变型补偿了另一个突变型所不具有的功能，两个突变型称彼此互补如果双重感染的细菌不产生子代噬菌体，那么这两种突变型一定有一个相同功能受到损伤。互补测验原理Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1116互补测验方法——斑点测试法Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1117二、顺反子（基因）1、顺反子也就是基因的同义词。顺反子可以包含一系列突变单位──突变子。顺式构型：是两个突变座位位于同一染色体上反式构型：是两个突变座位位于不同的染色体上Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1118比较顺式和反式构型个体的表型,判断两突变是否发生在一个基因座位内的测验。通过测验确定两个表型效应相似的突变位点是否位于同一个顺反子或基因内。2、顺反验验Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1119顺式测验反式测验突变位点在同一顺反子内AB+－AB突变位点在不同的顺反子内+AB+AB图顺反测验结果的图解。当顺式有功能，而反式没有功能时，突变位点在同一顺反子内；当顺式有功能，而反式也有功能时，突变位点突变位点在不同顺反子内。Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1120顺反子间互补Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1121三基因内互补(p106)1基因内互补的机理Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1122Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1123基因间互补基因内互补发生机率普遍存在只少数能发生缺失突变能发生互补不能发生酶活性同野生型明显低于野生型（仅25%）2、基因内互补与基因间互补的区别基因间互补—顺反子间互补基因内互补—顺反子内互补，等位互补Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1124AmproripUC19(3kb)MCS(Multiplecloningsites,多克隆位点）LacpromoterlacZ’GeneXWithIPTG+x-gal,蓝白斑筛选如α互补Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1125互补、回复突变和重组1.均可恢复野生型2.回复突变和重组涉及基因型的改变3.互补反映基因产物间的相互作用区别：Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1126互补作图相互间不发生互补的突变叫－－－互补群,它们对应于同一顺反子.进行许多突变间成对互补分析，可构建互补图这个方法可以确定生化途径中包含的基因数量,但没有对基因间的物理联系加以说明Genetics,2012-2013,NWU2020/1/11271，2345123451－－＋＋＋2－－＋＋＋3＋＋－－－4＋＋－－＋5＋＋－＋－Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1128果蝇突变体A、B、C、D、E、F、G都具有相同的表型——眼中缺少红色素。对它们进行互补测验结果如下：+表示互补，-表示不互补A-B-C-D-E-F-G-G-+-++++-F--++-+-E-++-+-D--++-C-++-B-+-A--这些突变在几个基因中？哪些突变在同一个基因中？Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1129顺反子、突变子与重组子的概念辨析1.顺反子（cistron）：Benzer把在反式构型中不能互补的各个突变型在染色体上所占的一个区域称为一个顺反子。基因功能不可分割单位。顺反子可以包含一系列突变单位──突变子2.突变子（muton）一个顺反子内部能发生突变的最小单位。一个突变子可以小到只有一对碱基。3.重组子（recon）：由于基因内的各个突变子之间有一定距离，所以彼此间能发生重组，这样，基因就有了第三个内涵──“重组子”。由于基因内的各个突变子之间有一定距离，所以彼此间能发生重组，这样，基因就有了第三个内涵──“重组子”Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1130RⅡ突变型点突变（pointmutation）缺失突变（deletionmutation）Section4缺失作图1.点突变是单个位点的突变，缺失突变是多个位点的突变2.点突变可以发生回复突变，缺失突变是不可逆的3.不同点突变之间可以发生重组，同一区段内的缺失突变不能发生重组。区别：Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1131+-+-+-点突变之间可以重组缺失突变与点突变之间不能重组Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1132一系列的点突变系一组重叠缺失突变系一、缺失作图的条件Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1133二、缺失作图的原理凡是能和某一缺失突变型进行重组的点突变，它的位置一定不在缺失范围内，凡是不能重组的点突变，它们的位置一定在缺失范围内。Genetics,2012-2013,NWU2020/1/11341.将待测点突变（X）先与几个最大的缺失突变体分别杂交，从中找出最小不重组和最大可重组缺失突变；2.从最小不重组区（PB242）中减去与之重叠的最大重组区（A105）=点突变的位置（A5区内）。3.将点突变与A5区内的几个缺失突变体分别杂交，根据结果确定：点突变就在A5区内的c2区内。三、缺失作图的方法：（P107）Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1135待测突变型rⅡ548Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1136这一方法也适用于其他基因定位。Benzer根据这一原理方便地把数千个独立的rII突变定位在rII遗传图上更小的区段内，这种方法称为缺失作图（deletionmapping）。比重组作图简便且精确。因为重组作图工作量大，为了确定一个新突变的位点，往往要进行大量杂交分析。Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1137如果实验得到a1a1和a2a2两种表型相同的果蝇突变品系，如何判断a1和a2是同一基因的突变还是不同基因的突变?如果是同一基因突变，如何判定是同一位点的突变还是不同位点的突变。通过互补实验检测.两种突变型杂交,如果F1代全部为野生型,说明是不同基因,否则是同一基因.F1代相互交配,如果群体足够大,出现少量野生型的是同一基因不同位点,没有出现野生型的是同一位点突变Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1138Section5基因的功能(p113)------一基因一酶假说1941年G.Beadle和E.Tatum用链孢霉为材料研究基因功能，提出一基因一酶假说假设分离的5种突变体1、2、3、4和5，不能合成生长所需物质G，同时该合成途径中A、B、C、D和E都是必需的,可以用以下方法确定这些物质的合成顺序Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1139由此可确定它们的合成顺序为：E→A→C→B→D→G同时也可以确定几种突变体分别的突变位点为：54213E→A→C→B→D→GGenetics,2012-2013,NWU2020/1/1140一个基因一种酶的实验依据分析得出:基因arg1arg2arg3↓↓↓酶1酶2酶3↓↓↓前体物鸟aa瓜aa精aa添加的氨基酸菌株鸟氨酸瓜氨酸精氨酸I——生长II—生长生长III生长生长生长链孢霉精氨酸依赖型的不同菌株对添加的氨基酸的反应Genetics,2012-2013,NWU2020/1/1141一个基因一种酶的局限性(1)并非所有的基因都为蛋白质编码；(2)有的酶由