第一章 绪论
分子生物学:从分子水平研究生物大分子的结构与功能,从而阐明生命现象本质的科学,主要研究领域包括蛋白质体系,蛋白质-核酸体系,蛋白质-脂质体系。
DNA重组技术:将不同来源的DNA片段,共价整合到有复制功能的DNA中去的技术。
分子生物学研究以下四个方面内容:DNA重组技术,基因表达调控,生物大分子结构与功能,基因组,功能基因组与生物信息学。
第二章 染色体和DNA
染色体:是指细胞分裂时期出现的一种可以被碱性染料强烈染色,并具有一定形态,结构特征的复合物,是遗传信息的载体,由DNA,RNA(主要是还未完成转录而与模板DNA相连接的哪些RNA,其含量不到DNA的10%)和蛋白质构成具有储存,传递遗传信息的作用。
细菌DNA是一条相对分子质量在10⑼左右的共价,闭合双链分子,通常也被称为染色体。
作为遗传物质染色体具有如下特征:1,分子结构相对稳定。2,能够自我复制,使亲子代之间保持连续性。3,能够知道蛋白质的合成。4,能够产生可遗传的变异。
真核细胞染色体的组成:
1,蛋白质,包括组蛋白与非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白,它们与DNA组成核小体。通常可以用2mol/L的氯化钠或0.25mol/L HCl /硫酸处理染色质使组蛋白与DNA分开,然后用离子交换柱层析分离。
不重复序列,一般只有一个或者几个拷贝,占DNA总量的40%-80%,结构基因基本上属于不重复序列。中度重复序列,这类序列的重复次数为10⑴-10⑷,占总DNA的10%-40%各种rRNA,tRNA以及某些结构基因如组蛋白基因等都属于这一类。高度重复序列——卫星DNA,这类DNA只在真核生物中发现,占基因组的10%-60%,由6-100个碱基组成,在DNA链上串联重复成千上万次。实验室中常常用CsCl密度梯度离心将卫星DNA与其他DNA分开,形成两个以上的峰,即含量较大的主峰和高度重复序列小峰,后者又称为卫星区带。卫星DNA是不转录的,其功能不明,可能与染色体的稳定性有关。
HMG蛋白质:高迁移率族蛋白。是指一系列染色质相关蛋白。
DNA结合蛋白:非组蛋白,与DNA复制或转录有关的酶或调节物。
核小体:构成染色质的基本结构单位,由核心颗粒和连接区DNA组成。由H2A H2B H3 H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bp DNA组成。
真核生物基因组结构特点:
1,真核基因组庞大
2,有大量重复序列
3,大部分为非编码序列
4,真核基因组的转录产物为单顺反子
5,真核基因是断裂基因,有内含子存在
6,存在大量顺式作用原件,包括启动子,增强子,沉默子等
7,真核基因组中存在大量的DNA多态性。DNA多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异,主要包括单核苷酸多态性( single nucleotide polymorphism , SNP)和串联重复序列多态性(tandem repeats polymorphism)两类
8,真核基因组具有端粒结构,端粒是真核生物线性基因组DNA末端的一种特殊结构,它是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体其DNA序列相当保守。具有保护线性DNA的完整复制,保护染色体末端和决定细胞寿命等功能。
由DNA和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。
原核生物基因组特点:
1,结构简练
2,存在转录单元,原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因,往往从集在基因组的一个或几个特定部位,形成功能单位或转录单元,它们可被一起转录为含多个mRNA的分子,叫多顺反子mRNA。
3,有重叠基因
DNA
DNA二级结构:
生物体内,无论是DNA二级结构还是高级结构,都是时刻变化的,即在二级结构的和各种构相间,高级结构的各种构相间,存在一个动力学平衡。DNA二级结构可分为两类:一类是右手螺旋,如A-DNA 和B-DNA 。一类是左手螺旋,即Z-DNA。DNA通常是以右手螺旋形式存在的。
DNA右手螺旋的几种构象及其动态平衡:
B-DNA钠盐结构含水量较高,是大多数DNA在细胞中的构象。
A-DNA的结构 在相对湿度75%以下时,X射线衍射分析表明DNA的构象不同于上述B-DNA的结构特点,虽然也是右手双螺旋,但碱基对于中心轴的倾角发生改变,螺旋宽而短,每圈螺旋包含11个碱基对。
Z-DNA
DNA双链的变性和复性:人们常通过检测DNA溶液的紫外吸光度变化来监控DNA的变性过程。
DNA复制涉及拓扑异构酶,解旋酶,单链结合蛋白,引物合成酶,DNA聚合酶,DNA连接酶
一般把生物体内能独立复制的单位称为复制子,复制时,双链DNA要解开成两股分别进行,所以,这个复制起始点呈叉子形式,被称为复制叉。复制叉从复制起始点开始沿着DNA链连续移动。可产生两个复制叉,双向复制。
从细菌,酵母,线粒体,叶绿体中鉴定出的复制起始点的共同特点是含有丰富的AT序列。通常,细菌,病毒,线粒体的DNA分子都是作为单个复制子完成复制的。真核生物基因组可以同时在多个复制起始位点进行双向复制。真核生物复制子并非同时起作用。
复制子中控制复制终止的位点称为复制终止点。环形大肠杆菌DNA,复制从双向进行,到复制起始位点180度的地方便是复制终止位点。
复制方向,通过放射自显影实验可以判断DNA复制的方向性。先用低放射性的
前导链DNA的合成以5'——>3'方向,随着亲代双链DNA的解开而连续进行复制(目前只发现了5'——>3'方向的DNA合成酶)。后随链合成过程中,一段亲本DNA单链首先暴露出来,然后以与复制叉相反的方向合成一系列冈崎片段,然后把它们连接成完整的后随链。这样的复制在生物界具有普遍性,被称为双螺旋DNA的半不连续复制。
线性DNA双链的复制:复制叉生长方式有单一起始点的单向和双向,多个起始点的双向。
环状DNA双链的复制:θ型,前导链DNA开始复制前,复制原点的核酸序列被转录生成短RNA链,作为起始DNA复制的引物。
滚环型,是单向复制的一种特殊方式。
D环型
原核生物DNA复制的特点
如下图为大肠杆菌DNA复制起始点(oriC)保守序列分布图:(其中DnaA是DNA解旋酶)
1,DNA双螺旋的解旋
DNA在复制时,复制起始点双链首先解开,形成复制叉,这是一个有多种蛋白质及酶参与的复杂过程。例如:拓扑异构酶Ⅰ,解链酶,Dna蛋白等。一旦局部解开双链,就必须有SSB蛋白来稳定解开的单链,以保证该局部结构不会恢复成双链,接着由引发酶等组成引发体迅速作用于两条单链DNA上。无论是前导链还是后随链都需要一段RNA引物以起始子链DNA的合成。如下为其中重要的酶与蛋白质:
1,DNA解链酶( DNA helicase) DNA解链酶能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。大部分DNA解链酶可沿着后随链模板的5'-->3'方向并随着复制叉的前进而移动,另一种解链是沿着前导链模板的3'-->5'方向移动,推测Rep蛋白和特定DNA解链酶分别在DNA两条母链前协同作用,以解开双链DNA。
2,单链结合蛋白( single-strand binding protein, SSB蛋白) SSB协同效应,SSB结合DNA单链随着结合的增多而变得更加容易。(真核生物不具有此特点) SSB蛋白的作用是保持单链的存在,并没有解链的作用。
3,DNA拓扑异构酶( DNA topoisomerase)(正向超螺旋:两股以右旋方向缠绕的螺旋,在外力往紧缠的方向捻转时,会产生一个左旋的超螺旋,以解除外力捻转造成的胁变。这样形成的螺旋为正超螺旋。反之为负超螺旋。)大多数天然状态下的DNA分子都具有适度的负超螺旋,可以形成部分单链结构,利于蛋白质与DNA的结合。拓扑异构酶能够消除解链造成的正超螺旋的堆积。
2,DNA复制的引发
引发酶在DNA模板上合成一段RNA链,被称为引物,primer,接着由DNA聚合酶从RNA引物3'端开始合成新的DNA链。前导链和后随链都需要合成RNA引物,只是前导链相对简单,后随链比较复杂。
后随链的引发过程往往由引发体来完成。引发体由6种蛋白质,n , n' , n" , Dna B, DnaC 和 I 共同组成,只有当引发体把这6种蛋白质合在一起,并与引发酶进一步组装后形成引发体( Dna B即解螺旋酶,Dna C 是原核生物中一种与复制起始相关的辅助因子,其功能是帮助Dna B结合于复制起点,保证复制起始过程的顺利进行)
3,复制的延伸
复制的延伸,前导链和后随链是同步的,前导链持续合成,由全酶异二聚体中的一个亚单位和前导链模板结合,在引物RNA合成的基础上,连续合成新的DNA。后随链的合成分段进行,形成中间产物冈崎片段,再通过共价连接成一条连续完整的新DNA链。
4,复制的终止
除Tus蛋白以外,链的终止看起来不需要太多蛋白质的参与。当复制叉前移,遇到约22个碱基的重复性终止序列( Ter)时,Ter-Tus复合物能使DnaB不再将DNA解链,阻止复制叉的继续前移,等到相反方向的复制叉到达后停止复制,其间仍有50-100bp未被复制,由DNA修复机制填补。其后两条链解开。在DNA拓扑异构酶Ⅳ的作用下使复制叉解体,释放子链DNA。
5,DNA聚合酶
现已发现在大肠杆菌中存在DNA聚合酶Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ,有关DNA聚合酶Ⅰ Ⅱ Ⅲ归纳如下表:( DNA聚合酶Ⅰ是第一个被鉴定出来的DNA聚合酶,但它不是复制大肠杆菌染色体的主要聚合酶,该蛋白可被蛋白酶切割成两部分,C端区域又称Klenow片段,同时具有DNA聚合酶活性和3'-5'核酸外切酶活性,既可以合成DNA也可以降解DNA,保证DNA复制的准确性 ,N端区域具有5'-3'核酸外切酶活性。该酶被认为在切除由紫外线照射而形成的嘧啶二聚体中起着重要作用。它也可以用于除去冈崎片段5'端RNA引物,使冈崎片段间缺口消失,保证连接酶将片段连接起来。)
DNA聚合酶Ⅱ具有5'-3'方向聚合酶活性,但酶活性很低。
DNA聚合酶Ⅲ包含7种不同的亚单位和9个亚基。生物活性形式为二聚体。它即有5'-3'方向聚合酶活性,也有3'-5'核酸外切酶活性。该酶活性较强,是大肠杆菌DNA复制中链延长反应的主导聚合酶。
DNA聚合酶IV和V主要在SOS修复过程中发挥功能。
6,滑动DNA夹极大地增加了DNA聚合酶的持续合成能力。
真核生物DNA复制的特点
真核生物DNA的复制与原核生物DNA复制有很多不同,例如真核生物每条染色体上可以有多处起始点,而原核生物只有一个起始点。真核生物的染色体在全部完成复制之前,各个起始点上DNA的复制不能再开始,而在快速生长的原核生物中,复制起始点上可以连续开始新的DNA复制,表现为虽只有一个复制单元,但可有多个复制叉。
目前为止酿酒酵母的复制起始点已经被鉴定出来,长150bp左右,包括数个复制起始所必须的保守区,将这个特殊序列作为一个部件来构建一个环装DNA分子,这个核外DNA分子是能够在酵母细胞中自我复制。
我们把酵母的复制起始点称为自主复制序列( autonomously replicating sequence, ARS)。其他真核生物中也有类似酵母ARS元件的顺序。不同ARS序列的共同特征是具有一个被称为A区的11个A-T碱基对的保守序列。真核生物复制的起始需要起始点识别复合物 ( origin recongnition complex , ORC)参与,ORC结合于ARS。
真核生物DNA复制叉的移动速率大约只有 50 bp/s 不到大肠的1/20。
已发现的真核生物DNA聚合酶有15种以上。哺乳动物细胞中主要有5种DNA聚合酶,分别称为DNA聚合酶α,β,γ,δ,ε其特性如下:
真核细胞的DNA聚合酶和细菌DNA聚合酶基本性质相同,均以dNTP为底物,需要Mg离子激活,聚合时必须有模板链和具有3'-OH末端的引物链。链的延伸方向为5'-3'。但真核细胞的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶活性,推测一定有另外的酶在DNA复制中起校对作用。
DNA聚合酶α的功能主要是引物合成,即能起始前导链和后随链的合成,它与引发酶( primase)形成复合体,因其具有引发,延伸的双重功能,所以被称为pol α 的引发酶。
DNA复制的调控:
原核细胞,不同细胞中DNA链的延伸速率几乎是恒定的,只是复制叉数量不同。迅速分裂的细胞具有较多复制叉,分裂缓慢的细胞复制叉较少并出现复制的间隙。
1, 大肠杆菌染色体DNA的复制调控
迅速分裂的细胞具有较多复制叉。
染色体的复制与细胞分裂一般是同步的,但复制与细胞分裂不直接偶连。复制终止能引发细胞分裂。
复制的功能单位复制子与转录的操纵子相似,由起始物位点和复制起始点两部分组成。起始物位点编码 复制调节蛋白质,复制起始点与调节蛋白相互作用并启动复制。起始物位点突变使复制停止并导致细胞死亡。
DNA复制的调控主要发生在起始阶段,一旦开始复制,如果没有意外阻力,就可以一直复制下去直到完成。大肠杆菌复制起点有oriC和oriH两种,其中oriC是首选的复制起始点。
2, ColE1质粒DNA的复制调控
ColE1是一个6646碱基对的小质粒,在宿主细胞内拷贝数为20~30。 ColE1 DNA复制不依赖于本身编码的蛋白质,而完全依靠宿主DNA聚合酶 Ⅰ 。质粒DNA编码两个负调控因子Rop蛋白和反义RNA( RNA1),它们控制了起始DNA复制所必须的引物合成。引物RNA前体的转录起始于复制起始点上游555个核苷酸处,需经过RNaseH加工后产生有555个核苷酸的引物,然后由DNA聚合酶Ⅰ在引物的3'末端起始DNA合成。RNA1的编码区在引物RNA编码区的5'末端,转录方向与引物RNA相反,因此与引物RNA的5'末端互补。RNA1通过氢键配对与引物RNA前体相互作用,阻止了RNaseH 加工引物前体,使其不能转化为有活性的引物而对复制起负调控的作用。
RNA1不仅控制质粒的拷贝数而且决定了质粒的不相容性。RNA1与引物RNA分子的相互作用是可逆的,因此细胞内RNA1的浓度决定了ColE1质粒的复制起始频率。另一个负调控因子Rop蛋白能提高RNA1与引物前体的相互作用,从而加强了RNA1的负调控作用。
3,真核细胞DNA的复制调控
真核细胞的生活周期可分为4个时期:G1,S, G2,M期。G1是复制预备期,S期为复制期,G2为有丝分裂准备期,M为有丝分裂期。DNA复制只发生在S期,真核细胞中DNA复制有3个水平的调控: 1,细胞生活周期水平调控 也称为限制点调控,即决定细胞停留在G1期还是进入S期。 2,染色体水平调控 决定复制子按一定顺序在S期起始复制。 3,复制子水平调控 决定复制的起始与否。这种调控从单细胞到高等生物是高度保守的。此外,真核生物复制起始还包括转录活化,复制起始复合物的合成和引物合成阶段,许多参与复制起始蛋白的功能与原核生物中相类似。复制起始点ARS片段中都有14bp的核心序列,其中序列为 A/ TTTTATPuTTA/T 的11个核苷酸是高度保守的,这个区域的点突变是ARS失去复制起始功能。
DNA修复
下图为大肠杆菌中的DNA修复系统:
1,错配修复( mismatch repair)
DNA子链中的错配几乎完全能被修复。错配修复中母链起重要作用,该系统识别母链的依据来自于Dam甲基化酶,它能使位于5'-GATC序列中腺苷酸N⒍位甲基化。此后,只要两条DNA链上碱基配对出现错误,错配修复系统就会根据"保存母链,修正子链"的原则,找出错误碱基所在的DNA链,并在对应于DNA切口的方位启动下图所示两条修复途径之一,合成新的子链DNA片段。
2,切除修复
碱基切除修复,所有细胞都带有不同类型、能识别受损核酸位点的糖苷水解酶,它能特异性切除受损核苷酸上的N-β糖苷键,在DNA链上形成去嘌呤或嘧啶位点,统称为AP位点。一类DNA糖苷水解酶一般只对应于某一特定类型的损伤,如尿嘧啶糖苷水解酶就特异识别DNA中胞嘧啶自发脱氨形成的尿嘧啶,而不会水解RNA分子中尿嘧啶上的N-β糖苷键。
核苷酸切除修复,当DNA链上相应位置的核苷酸发生损伤,导致双链之间无法形成氢键,则由核苷酸切除修复系统负责修复。下图分别是大肠杆菌(左)和人类细胞(右)中的修复过程。损伤发生后,首先由DNA切割酶在已损伤的核苷酸的5'和3'位分别切开磷酸糖苷键,产生一个由12~13个核苷酸(原核生物)或27~29个核苷酸(人类或其他高等真核生物)的小片段,移去小片段后由DNA聚合酶Ⅰ(原核)或ε(真核)合成新的片段。并由DNA连接酶完成修复中的最后一道工序。
3,重组修复,又被称为"复制后修复",它发生在复制之后,机体细胞对在复制起始时尚未修复的DNA损伤部位可以先复制再修复,即跳过该损伤部位,在新合成链中留下一个对应于损伤序列的缺口,该缺口由DNA重组来修复:先从同源DNA母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处,然后再用新合成的序列补上母链空缺。
4,DNA的直接修复。生物体内还存在多种DNA损伤以后直接修复而并不需要切除碱基或核苷酸的机制。例如:DNA光解酶的作用下把光下经紫外线照射形成的环丁烷胸腺嘧啶二聚体及6-4光化物还原成单体的过程。
5,SOS反应,是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下,细胞为求生存而产生哦一种应急措施。SOS反应包括诱导DNA损伤修复,诱变效应,细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等,细胞癌变也与SOS反应有关。
DNA的转座
DNA的转座,或称移位( transposition),是由可移位因子( transposable element )介导的遗传物质重排现象。与DNA的同源重组相比,转座作用发生的频率虽然要低得多,但它仍然有着十分重要的生物学意义,这不仅因为它能说明细菌中发现的许多基因缺失或倒转现象,而且它常被用于构建新的突变体。已经发现转座这一命名并不十分准确,因为在转座过程中,可移位因子的一个拷贝常常留在原来位置上,在新位点上出现的仅仅是它的拷贝。因此,转座有别无同源重组,它依赖于DNA的复制。
转座子的分类和结构特征:
转座子分为两大类:插入序列( insertional sequence, IS)和复合型转座子。
插入序列:是最简单的转座子,它不含有任何宿主基因。它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。一个细菌细胞常带有少于10个IS。转座子常常被定位到特定的基因中,造成该基因突变。科学上用标准命名法对这些突变进行编号,如λ: : IS1表示有一个IS1插入到λ噬菌体基因组内。IS都是可以独立存在的单元,带有介导自身移动的蛋白,也可作为其他转座子的组成部分。
常见的IS都是很小的DNA片段(约1千个碱基对),末端具有反向重复序列( inverted repeat),转座时往往复制宿主靶位点一小段(4~15碱基对) DNA,形成位于IS两端的正向重复序列。除IS1以外,所有已知IS序列都只有一个可读框,翻译起始点紧挨着第一个反向重复序列,终止点位于第二个反向重复序列或重复序列附近。IS1含有两个分开的可读框,只有移码通读才能产生功能型转座酶。
复合型转座子:复合型转座子( composite transposon)是一类带有某些抗药性基因(或其他宿主基因)的转座子,其两翼往往是两个相同或高度同源的IS,表明IS插入到某个功能基因两端时就可能产生复合型转座子。一旦形成复合型转座子,IS就不能单独移动,因为它们的功能被修饰了,只能作为复合体移动。
除了末端带有IS的复合转座子以外,还存在一些没有IS的,体积庞大的转座子(5000bp以上)——TnA家族。这类转座子带有3个基因,其中一个编码β-内酰胺酶( AmpR),另两个则是转座作用所必需的。下图是转座子TnA结构示意图。所有TnA类转座子两翼都带有38bp反向重复序列。
真核生物中的转座子
几乎所有高等生物基因组中都存在类似转座子序列,高等真核生物基因组的流动性可能比原核生物还要大。
早在20世纪初,遗传学家就已发现玉米中存在决定体细胞变异的"控制因子"(事实上就是转座子)。40多年前McClintock在美国康奈尔大学和冷泉港实验室所进行的开创性工作,打破了孟德尔关于基因固定排列于染色体上的概念。可以把玉米细胞内的转座子归纳为两大类:一类是自主性转座子( autonomous transposon);另一类是非自主性转座子( nonautonomous transposon)。前者具有自主剪切和转座的功能,后者单独存在时是稳定的,不能转座,当基因组中存在与非自主性转座子同家族的自主性转座子时,它才具备转座功能,成为与自主性转座子相同的转座子。同一家族的自主性转座子能为非自主性转座子的转座提供反式作用蛋白(转座酶),而不同家族间无此反应。玉米转座子同样具有具有典型的IS特征——在转座子的两翼有两个反向重复序列,在靶DNA插入位点有两个短的正向重复序列。
Ac-Ds系统( activator-dissociation system)即激活-解离系统,它通过非复制型机制进行转座。在这个体系中,自主性转座子Ac长4563bp,转录生成单一RNA,其产物为转座酶。成熟mRNA长3500bp,并含有一个长807个密码子的开放读码框,被4个内含子分隔成5个外显子。Ac转座子的两翼有11bp的反向重复序列,在其靶DNA位点复制形成8bp正向重复序列。Ac能够自主转座,并形成不稳定的基因突变,但不使染色体断裂;它能使Ds因子活化、转座,并通过Ds控制结构基因的表达。Ac的作用还表现为剂量效应,Ac的增加可以推迟Ds因子的解离和转座。
Ds元件属于非自主性转座子,又称解离因子,与Ac属于同一家族的转座子。已知所有的Ds都是Ac转座子的缺失突变体,如Ds9缺失了194bp,因此失去了转座酶的功能。当Ac转座子存在时,能活化Ds,使其在基因组内转座或插入结构基因之内,导致基因失活或改变结构基因的表达水平,也可使染色体特定部位断裂,引起缺失或重组。
非自主性转座子虽然缺失内源序列,但其两端转座特征序列却是完整的,只要细胞内有相应的转座酶活性,它就能恢复转座性能。与上述Ds不同的是Ds1家族,它们只与Ac两翼的11bp反向重复序列同源,暗示不同的转座酶只识别转座子两端的反向重复序列,或者一小部分内源序列。
转座作用的机制
转座时发生的插入作用有一个普遍的特征,那就是受体分子中有一段很短的(3~12bp)、被称为靶序列的DNA会被复制,使插入的转座子位于两个重复靶序列之间。不同转座子的靶序列长度不同,但对于一个特定的转座子来说,它所复制的靶序列长度都是一样的,如IS1两翼总有9bp的靶序列,而Tn3两端总有5bp的靶序列。研究发现,靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的DNA粘端。
转座可被分为复制型和非复制型两大类。复制型转座中,整个转座子被复制了,所移动和转位的仅仅是原转座子的拷贝。转座酶(transposase)和解离酶(resolvase)分别作用于原始转座子和复制转座子。TnA类转座主要是这种形式。与此相对应,在非复制型转座中,原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位,IS,Mu,及Tn5等都以这种方式转座。
转座作用的遗传学效应
转座子引发了许多遗传变异,如基因重排及质粒-染色体DNA整合等,DNA转座的遗传学效应主要有以下几个方面:
1,转座引起插入突变 各种IS,Tn转座子都可以引起插入突变。
2,转座产生新基因
3,转座产生的染色体畸变 当复制型转座发生在宿主DNA原有位点附近时,往往导致转座子两个拷贝之间的同源重组,引起DNA缺失或倒位,如下图。若同源重组发生在两个正向重复转座区之间就导致宿主染色体DNA缺失,若重组发生在两个反向重复转座区之间,则引起染色体DNA倒位,如下图:
4,转座引起的生物进化 由于转座作用,使原来的染色体上相距甚远的基因组合到一起,构成一个操纵子或表达单元,产生新的基因和蛋白质分子。
SNP
SNP是single nucleotide polymorphism的缩写,中文翻译为单核苷酸多态性,指基因组DNA序列中由于单个核苷酸(A,T,C,G)的突变而引起的多态性。染色体DNA同一位置上的每个碱基类型叫做一个等位位点。SNP已经成为继限制性酶切片段长度多态性(RFLP)和微卫星标记(SSR)之后的第三代遗传标记。
一个SNP表示在基因组某个位点上一个核苷酸的变化,这种变化可能是转换(C,T之间,G,A之间,嘌呤和嘌呤,嘧啶和嘧啶),也可能是颠换(C,A之间,G,T之间,C,G之间,A,T之间,嘌呤与嘧啶之间的替换)。具有转换型变异的SNP占SNP总量的2/3左右。转换的概率之所以高,是因为CpG二核苷酸上的胞嘧啶(C)残基是人类基因组中心最易发生突变的位点,其中大多数是甲基化的,可自发脱去氨基而形成胸腺嘧啶(T)。位于染色体某一区域的一组相关联的SNP等位位点被称为单倍型(haplotype),相邻SNP的等位位点倾向于以一个整体遗传给后代。根据SNP在基因组中的分布位置可分为基因编码区SNP(cSNP),基因调控区SNP(pSNP),基因间随机非编码区(rSNP)等三类。
传统SNP检测方法是采用已有技术,如限制性酶切片段长度多态性,PCR-单链构象多态性(PCR-SSCP),毛细管电泳及变性高效液相色谱(DHPLC)等。由于上述技术都必须通过凝胶电泳进行分析,通量受到限制。而且这些方法只能判断SNP的有无而不能知道确切的碱基类型,只有进行DNA序列分析才能确认所发现的SNP。因此,目前国际上最常见的仍然是通过DNA测序法获得新的SNP。
基因分型(genotyping)是指利用数据库中已有的SNP进行特定人群的序列和发生频率的研究,主要包括基因芯片技术,Taqman技术,分子导标(molecular beacon)技术和焦磷酸测序法(pyrosequencing)等。
1,基因芯片技术,
2,Taqman技术
3,分子导标技术
4,焦磷酸测序法
。。。完。。。
见分子生物学1