第4章++基因组与基因组计划

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1、第4章基因组与基因组计划一、基因组基因组(genome)是由winklerH.在1920年提出来的(原意为GENE与chromosOME的组合)。1.基因组的定义：1)表示一个生物物种所有染色体的总和(细胞遗传学定义)；（就细菌和噬菌体而言，它们的基因组是指单个染色体上所含的全部基因，而二倍体真核生物的基因则是指维持配子或配子体正常功能的最基本的一套染色体及其所携带全部基因。）2)所有核酸分子的总和(生化遗传学定义)；3)所有基因的总和(经典遗传学定义)。4)结构是功能的基础，基因组的结构是基因组中所有基因的功能活动的基础。因此．基因组的现代生物学定义是指导一个物种的结构与功能的所有遗

2、传信息的总和。（分子遗传学定义）2.基因组学:基因组学(genomics)是美国的RoderickH.于1986年提出来的。这一名词现已作为“研究基因组的结构与功能的科学”而被普遍接受。可以说，基因组学是人类基因组计划所孕育、并随人类基因组的进展而发展的一门新的学科。二、人类基因组1．人类基因组的物理结构10人类基因组由两类不同的组分构成（1）核基因组（nucleargenome）：由大约32亿碱基对（bp）组成[或者300万千碱基对（kb）或3000兆碱基对（Mb）。核基因组分为24个线性DNA分子，最短的55Mb，最长的250Mb。（2）线粒体基因组（mitochondrionge

3、nome）：是一个长为16569bp的环状DNA分子，它有许多拷贝，位于线粒体中。32亿碱基对如果按照5号字体打印，人类基因组序列长度可为5000公里。2．人类基因组的遗传内容以人类βT细胞受体基因座一个50kb的区段为例。βT细胞受体基因座是一个长达685kb的DNA区段，编码与免疫应答相关的蛋白。此50kb的区段包含下列遗传内容：（1）一个基因：该基因称为TRY4,编码胰蛋白酶原，是消化酶胰蛋白酶的无活性前体。这个基因与免疫应答毫无关系，只是位于βT细胞受体基因座而已。（2）两个基因片段：即V28和V29-1，编码βT细胞受体的一部分，该基因座由此而得名。V28和V29-1的特殊性

4、在于它们不是完整的基因，而是一个基因片段。表达之前，它们必须与该基因座的其它基因片段相连（DNA重排）。该过程发生在T淋巴细胞中。TRY4、V28和V29-1像其它的人类基因一样，是不连续的，由外显子和内含子组成。外显子加在一起是1414bp,占该50kb片段的2.8%。（3）一个拟基因：该拟基因叫做TRY5，它与胰蛋白酶原家族的功能成员有很近的关系。（4）52个重复序列：这是一些在基因组的多处都能发现的序列——全基因组范围的重复序列（genome-widerepeatsequence）,主要有4个类型，分别是LINE(longinterspersednuclearelement,长散

5、布核元件)、SINE(shortinterspersednuclearelement,短散布核元件)、LTR（longterminalrepeat,长末端重复）和DNA转座子（DNAtransposon）。加起来共占全序列的39.1%.(5)两个微卫星：一个是GA重复16次5’-GAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGA-3’另一个是TATT重复6次所成5’-TATTTATTTATTTATTTATTTATT-3’(6)剩余的50％是一些既非基因也非重复序列，功能和意义未知的单拷贝DNA序列。103．其它生物的基因组（1）基因组大小（2）C值悖论（矛盾）：基因组的大

6、小与生物的复杂性是相符的，最简单的真核生物，如真菌有最小的基因组，高等的真核生物，如脊椎动物和显花植物有最大的基因组。这样我们有理由认为，一个生物的复杂性与该生物基因组中的基因数目有关，也就是说高等生物需要更大的基因组以安置更多的基因。但是，这种相关性并非很精确：酿酒酵母的核基因组大约是12Mb,是人类核基因组的0.004倍，如果按照这个法则，那么酿酒酵母基因组中应该包括0.004×40000=160个基因，而实际上酿酒酵母基因组大约有6000个基因。多年来，生物复杂性和基因组大小之间关系的不确定性被看做是一个难题，即所谓的C值悖论。随着对基因组的研究，C值悖论可以找到合理答案：复杂程

7、度低的生物中基因组的空间被节省下来了，因为基因是紧密排列的。1996年完成的酿酒酵母基因组序列正说明了这一点。比较酿酒酵母第三号染色体一个50kb区段和人类基因组的一个50kb的DNA片段，发现酿酒酵母DNA具有下列显著特征：（1）比人类基因组区段包含更多基因。酵母三号染色体的该区段有26个编码蛋白质的基因和两个编码转运RNA的基因。这28个基因占该50kb序列的66.4%。（2）酿酒酵母基因很少是断裂基因。酵母三号染色体的该区段中没有一个基因