真核生物基因组dna序列的复杂度

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1、第二节真核生物基因组DNA序列的复杂度一、重复序列的检测真核生物基因组DNAC值的巨大差异提出了一个重要的问题，是否C值愈大的物种就含有更多的基因？还是基因数目并未增加而是含有大量不编码蛋白质的重复序列DNA？如果是基因数目随着C值大小而增加，那么编码这些结构基因的单一DNA序列的数量也应随之增加，相反如基因组中DNA含大量不编码的重复序列，那么基因的数目就不一定与C值成比例增加。为此可通过复性动力学来检测基因组DNA序列的复杂性（sequencecomplesityofDNApoputation）。也就是通过DNA的变性（denaturation）和复性（renaturation

2、）反应的动力学过程分析DNA序列的性质，由于复性的速率取决于互补的DNA序列之间的随机碰撞，所以DNA复性是一个双分子二级反应。单链消失速度　　其中：C为单链DNA的浓度（单位是每升的核苷酸摩尔数）；　　t为时间（单位为s）；　　k为重组速率常数（单位是L／mol·s），k取决于阳离子浓度、温度、片段大小和DNA序列的复杂性。　　当t=0时，C＝C0，表明所有DNA都是单链，C0为DNA总浓度。复性的分数C／C0是起始浓度和经过时间的乘积C0t的函数，这样的函数绘成图称为C0t曲线（图7-3）。从方程式可见控制复性反应的参数是C0t，如当t＝t1/2时，即如果基因组中每一种基因只有

3、一个，即都是单拷贝序列，那么基因组愈大则基因组的复杂性愈大，复性速率愈小，k也愈小，所以C0t1/2与非重复序列的基因组大小呈正比。即图6-3表明，C0t1/2与基因组的大小成正比。其中polyU＋polyA，其kC0t1/2=1个核苷酸对，因而复性最快；MS2是RNA噬菌体，T4为DNA噬菌体，每个基因组的大小用箭头标于图的上方。二、DNA序列的类别不同生物基因组的C0t1/2是不相同的，C0t1/2的位置除了决定于基因组的大小以外，还取决于每个基因的核苷酸序列的重复次数，重复次数愈少则复性愈慢，C0t1/2的位置愈后，重复次数愈多，C0t1/2位置愈前。真核生物基因组的复性曲线

4、往往出现两个或3个明显不同的C0t1/2位置，说明这类基因组中包含着重复次数显然不同的几个成分（图7-4），该图是假设的一个真核生物基因组复性曲线。从上图可以看出，最后复性这部分DNA的C0t1/2＝630，它占全部DNA的45％，相当于3.0×108bp，重复频率为1；中间这部分DNA的C0t1/2=1.4，占全部DNA的30％，相当于60×105bp，该DNA序列重复频率为350；复性最快部分DNA的C0t1/2＝0.0013，占基因组DNA的25％，相当于340bp，重复频率为5×105。显然第一部分，即复性最慢的部分是单拷贝DNA序列，第二部分为少量重复或中度重复DNA序列

5、，第三部分为高度重复DNA序列。因此真核生物基因组序列大致可分为许多类型。（一）单拷贝序列（uniquesequence）亦称非重复序列（nonrepetitivesequence）在一个基因组中只有一个拷贝或2-3个拷贝。真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。不同生物基因组中单拷贝序列所占的比例是不同的（图7-5）。原核生物中一般只含有非重复序列，较低等的真核生物中大部分DNA也是单拷贝的。动物细胞基因组中将近50％DNA是中度或高度重复的，特别是植物和两栖类生物中单拷贝DNA序列降低，而中度和高度重复序列增加。从图中还可看出，随着生物的基因组大小的增加，非重复DNA片段长

6、度也随之增加，通常单拷贝序列比较短，只有1000bp左右，故所占的DNA的百分比也很低。两栖类和植物基因组C值的增加并非是单拷贝序列的增加，而是重复序列DNA比例的增加。非重复DNA很少达到2×109bp的。由此可见，非重复DNA含量和生物的相对复杂程度是一致的。而且大多数结构基因是位于基因组的非重复DNA序列之中。单拷贝的基因编码许多重要的蛋白质，例如，丝心蛋白单拷贝基因能够合成高达104的mRNA分子，每个mRNA分子又可合成出105个蛋白质分子，这充说明单拷贝基因的高度表达能力。当然也不是所有的单拷贝序列都是编码多肽链的结构基因，因为真核生物基因组中编码的序列不过只有百分之几

7、。（二）中度重复序列（moderatelyrepetitivesequence）中度重复序列中的重复单位平均长度约300bp，重复次数为10～102，人的珠蛋白（红血蛋白）基因属于这种少量重复序列，人的珠蛋白基因中除了包括已确定的8个珠蛋白功能基因和3个珠蛋白假基因外，还有一个近年发现的基因。假基因也属于少量重复序列。另一类中度重复序列的重复次数为103～105，该序列常以回文序列方式出现在基因组的许多位置上，一些回文序列中间间隔着单拷贝序列，另一些中间不存在单拷贝序