A第章基因组相同和基因章.pptx

第一节第一节 同一机体不同组织细胞基因相同同一机体不同组织细胞基因相同一一.遗传学证据遗传学证据同一个体细胞的染色体和基因组相同同一个体细胞的染色体和基因组相同 果蝇幼虫细胞的多线染色体上有许多特征性的条带，其单倍体基果蝇幼虫细胞的多线染色体上有许多特征性的条带，其单倍体基因组约有因组约有5150个不同的条带，在整个幼虫和成体不同组织细胞个不同的条带，在整个幼虫和成体不同组织细胞中染色体数目是相同的，染色体上条带的图型也保持不变，条中染色体数目是相同的，染色体上条带的图型也保持不变，条带的数目与基因的数目有明显的相关性带的数目与基因的数目有明显的相关性.唾液腺、马氏管、直肠唾液腺、马氏管、直肠和消化道中的染色体和消化道中的染色体二二.胚胎学证据胚胎学证据已分化细胞仍然具有发育成为其它细胞的潜能已分化细胞仍然具有发育成为其它细胞的潜能分分离离的的海海胆胆的的2-16细细胞胞期期胚胚胎胎卵卵裂裂球球，每每个个都都能能发发育育为为正正常常的的胚胎表明早期胚胎卵裂球是全能的胚胎表明早期胚胎卵裂球是全能的蝾螈蝾螈16-细胞期胚胎卵裂球具有发育为完整个体的潜能细胞期胚胎卵裂球具有发育为完整个体的潜能已决定或已分化的细胞仍然具有发育为其它细胞的能力已决定或已分化的细胞仍然具有发育为其它细胞的能力转转决决定定(transdetermination)：果果蝇蝇幼幼虫虫成成虫虫盘盘(imaginal discs，图图)细细胞胞，分分化化为为确确定定命命运运的的成成虫虫细细胞胞。这这种种决决定定是是稳稳定定的的;但但在在一一定定条条件件下下其其命命运运也也会会改改变变，如如触触角角盘盘经经过过多多次次移移植植将将分分化形成成虫的腿、翅或嘴。化形成成虫的腿、翅或嘴。成成虫虫盘盘细细胞胞这这种种不不按按已已决决定定的的命命运运分分化化为为一一定定类类型型器器官官，而而是是分化为成体其它器官的现象称为转决定分化为成体其它器官的现象称为转决定果蝇成虫盘对应成体的器官果蝇成虫盘对应成体的器官转转分分化化或或组组织织变变形形(metaplasia)，指指由由已已分分化化的的细细胞胞转转分分化化为为其它细胞类型的现象。其它细胞类型的现象。如如蝾蝾螈螈的的晶晶状状体体再再生生(下下图图)。除除去去晶晶状状体体原原基基，其其腹腹侧侧虹虹膜膜可可再再生生新的晶状体；新的晶状体；除去视网膜原基，色素视网膜便可再生新视网膜。除去视网膜原基，色素视网膜便可再生新视网膜。三三.分子生物学的证据分子生物学的证据不同组织的细胞具有完全相同的核基因组不同组织的细胞具有完全相同的核基因组DNA核核酸酸分分子子杂杂交交(nucleic acid hybridi-zation)证证明明有有机机体体不不同同组组织织细细胞胞具具有量和序列完全相同的核基因组有量和序列完全相同的核基因组DNA。原原位位杂杂交交(in situ hybrization)进进一一步步显显示示已已分分化化细细胞胞仍仍然然含含有有不不表表达达的其它组织专一性基因。的其它组织专一性基因。第二节第二节 核潜能的限制核潜能的限制一一.在发育中核潜能被限定在发育中核潜能被限定Briggs和和King(1952,1960)用用核核移移植植技技术术(下下图图)在在豹豹蛙蛙中中所所得得结结果果显显示：发育时期愈晚，体细胞核指导发育为蝌蚪的百分率愈小示：发育时期愈晚，体细胞核指导发育为蝌蚪的百分率愈小.许许多多实实验验证证明明，随随着着个个体体发发育育的的进进行行，体体细细胞胞核核指指导导发发育育的的潜潜能能越越来来越越限限定定，似似乎乎丧丧失失了了指指导导完完全全发发育育的的能能力力。核核潜潜能能限限定是稳定的和具有一定的组织特异性。定是稳定的和具有一定的组织特异性。二二.细胞核潜在全能性的研究细胞核潜在全能性的研究为为真真正正研研究究核核潜潜能能采采用用了了核核克克隆隆(nuclear cloning，下下左左图图)，每每个个核核克克隆隆有有其其特特征征性性的的表表现现型型，同同一一克克隆隆的的核核不不仅仅指指导导发发育育的的能能力力基基本本一一致致，而而且且发发育育被被阻阻断断的的阶阶段段也也一一致致。经经过过几几代代克克隆隆这些特征保持不变。这些特征保持不变。通过核克隆可大大提高指导发育的能力。通过核克隆可大大提高指导发育的能力。通通过过低低温温处处理理受受体体卵卵降降低低其其分分裂裂速速度度和和通通过过精精胺胺处处理理供供体体核核提提高高其其分分裂裂速速度度，使使二二者者分分裂裂速速度度匹匹配配，同同样样提提高高核核移移植植后后指指导导发发育的能力。育的能力。由于核移植技术不断改进，由于核移植技术不断改进，1966年年Gurdon将爪蟾蝌蚪肠细胞核移将爪蟾蝌蚪肠细胞核移植到去核卵，得到有生殖能力的成体。证明植到去核卵，得到有生殖能力的成体。证明已分化的肠细胞的已分化的肠细胞的细胞核能指导完全的发育过程细胞核能指导完全的发育过程，产生不同类型的体细胞，说明，产生不同类型的体细胞，说明了细胞核的全能性。了细胞核的全能性。蝌蚪红细胞蝌蚪红细胞DNA停止复制，不合成停止复制，不合成RNA，将其核移入去核卵恢复将其核移入去核卵恢复DNA复制并发育出游泳蝌蚪。复制并发育出游泳蝌蚪。从从两两栖栖类类克克隆隆实实验验结结果果的的分分析析可可归归纳纳出出以以下下结结论论：伴伴随随发发育育的的进进行行有有机机体体的的体体细细胞胞存存在在着着普普遍遍的的核核潜潜能能限限定定的的现现象象，这这种种限限定定是是确确定定的的，而而且且具具有有供供体体核核的的特特异异性性。其其次次，分分化细胞核基因组具有产生蝌蚪全部细胞类型的潜能化细胞核基因组具有产生蝌蚪全部细胞类型的潜能。后来核移植技术也用于哺乳动物后来核移植技术也用于哺乳动物(下图下图)。克克隆隆羊羊Dolly的的诞诞生生(1997)亦亦说说明明体体细细胞胞核核发发育的全能性育的全能性。这这是是人人类类首首次次成成功功的的用用哺哺乳乳动动物物体体细细胞胞成成年年母母羊羊乳乳腺腺上上皮皮细细胞胞核核为为供供体体，经经过过多次核移植多次核移植而获得的后代而获得的后代.随随后后克克隆隆猴猴、克克隆隆牛牛、克克隆隆羊羊等等一一系系列列克克隆动物的研究也获得了成功。隆动物的研究也获得了成功。获获得得克克隆隆哺哺乳乳动动物物的的技技术术路路线线如如图图，移移植植的供体核都来源于成体动物的体细胞。的供体核都来源于成体动物的体细胞。这这说说明明，绝绝大大多多数数动动物物细细胞胞的的核核都都具具有有潜潜在的全能性在的全能性.第三节第三节 基因组相同的例外基因组相同的例外基因组改变基因组改变一、一、染色质消减染色质消减(chrompsone diminution)：如马蛔虫体细胞的前体细如马蛔虫体细胞的前体细胞在卵裂期间约胞在卵裂期间约80%的的DNA丢失丢失。二、二、基因重排基因重排(gene rearrangement):如淋巴细胞在分化过程中如淋巴细胞在分化过程中免免疫球蛋白基因重排疫球蛋白基因重排，其基因组发生改变。，其基因组发生改变。B淋巴细胞是受到抗原刺激后产生抗体的细胞。这种淋巴细胞是受到抗原刺激后产生抗体的细胞。这种抗体对特异抗体对特异性抗原的选择性抗原的选择 涉及涉及B淋巴细胞分化过程中新基因的产生淋巴细胞分化过程中新基因的产生.抗抗体体分分子子由由两两对对多多肽肽亚亚基基组组成成，含含有有两两条条完完全全相相同同的的重重链链和和两两条完全相同的轻链条完全相同的轻链(下图下图)。抗抗体体分分子子每每条条肽肽链链分分为为变变区区和和恒恒区区：变变区区由由氨氨基基端端组组成成，其其结结构构决决定定抗抗体体分分子子的的特特异异性性；恒恒区区由由羧羧基基端端组组成成，它它决决定定抗抗体体分子的其它性质。分子的其它性质。编码抗体分子四条肽链的基因由编码抗体分子四条肽链的基因由DNA片段组成。片段组成。编码轻链的基因含三种编码轻链的基因含三种DNA片段片段：V 片段片段负责编码轻链变区的负责编码轻链变区的97个氨基酸个氨基酸，大约有，大约有300种不同序列的种不同序列的V片段；片段；J 片段负责编码片段负责编码轻链变区最后轻链变区最后15-17个氨基酸个氨基酸，有，有4-5个不同个不同序列的序列的J片段；片段；C 片段负责编码轻链恒区片段负责编码轻链恒区.在在B细胞分化过程中，一个细胞分化过程中，一个V片段和一个片段和一个J片段经过移动和剪接形成轻链变区基因片段经过移动和剪接形成轻链变区基因，即经过基因重排，其结果丢失了一些即经过基因重排，其结果丢失了一些DNA片段片段（下图）。（下图）。三三.基因扩增基因扩增(gene amplification):最最早早对对爪爪蟾蟾卵卵母母细细胞胞核核糖糖体体RNA(rRNA)进进行行研研究究。卵卵母母细细胞胞的的基因扩增从蝌蚪变态期开始，一直到卵母细胞成熟之前。基因扩增从蝌蚪变态期开始，一直到卵母细胞成熟之前。经经过过基基因因扩扩增增卵卵母母细细胞胞中中rDNA已已达达到到体体细细胞胞的的2X105倍倍，这这些些扩扩增增基基因因都都位位于于染染色色体体之之外外形形成成许许多多小小颗颗粒粒，从从电电镜镜下下观观察察到核仁增加到核仁增加(下图下图)两两栖栖类类核核糖糖体体RNA基基因因位位于于核核仁仁组组织织区区的的核核糖糖体体DNA以以成成串串重重复复的的形形式式排排列列(下下图图)。18S，5.8S和和28S三三种种rRNA基基因因连连接接在在一一起起，构成一个大的核糖体，构成一个大的核糖体RNA基因转录单位。基因转录单位。这这些些单单位位在在DNA链链上上串串联联重重复复约约5000次次。每每个个转转录录单单位位具具有有一一个个5 的的前前导导序序列列，以以后后依依次次是是 18S rRNA基基因因的的编编码码序序列列、转转录录间间隔隔、5.8S rRNA基基因因、转转录录间间隔隔、28S rRNA基基因因。这这些些基基因因之之间间没没有有内内含含子子，以以整整个个转转录录单单位位转转录录成成一一个个40S rRNA前前体体，再由后者产生三种再由后者产生三种rRNA。染色体上染色体上 rRNA 基因转录单位一样，非转录间隔区的长短不一基因转录单位一样，非转录间隔区的长短不一样样.通过基因扩增可转录产生大量的通过基因扩增可转录产生大量的RNA，但基因扩增并不是，但基因扩增并不是普遍现象，其机制尚不完全清楚。普遍现象，其机制尚不完全清楚。第十三章第十三章 染色质水平基因活性的调控染色质水平基因活性的调控真真核核生生物物的的DNA主主要要集集中中在在细细胞胞核核内内并并与与蛋蛋白白质质结结合合构构成成以以核核小小体为基本单位的染色质体为基本单位的染色质(chromatin)结构。结构。染染色色质质根根据据在在细细胞胞分分裂裂期期间间折折叠叠压压缩缩的的状状况况分分为为异异染染色色质质(heterochromatin)和和常常染染色色质质(euchromatin)。染染色色质质结结构构发发生生变变化是基因转录的前提化是基因转录的前提。第一节第一节 异染色质异染色质异染色质存在结构型和机动型异染色质存在结构型和机动型，前者不变形，不转录；后者变形，前者不变形，不转录；后者变形后具转录活性。如雌性哺乳动物两个后具转录活性。如雌性哺乳动物两个X染色体中一个随机失活染色体中一个随机失活一一.X染色体失活染色体失活1949年年Barr和和Bertram发现雌猫细胞核核膜附近有染色较深的颗发现雌猫细胞核核膜附近有染色较深的颗粒，命名为粒，命名为巴氏小体巴氏小体(Barr body)，以后认识到是一个失活的以后认识到是一个失活的X染染色体。它广泛存在于雌性哺乳动物中。色体。它广泛存在于雌性哺乳动物中。Mary Leon(1961)认为两个认为两个X染色体在发育某一阶段必然有一个发染色体在发育某一阶段必然有一个发生随机失活生随机失活(random inactivation)。这种失活不可逆，其后代亦然这种失活不可逆，其后代亦然在在卵卵子子减减数数分分裂裂时时失失活活的的X染染色色体体可可恢恢复复活活性性，保保证证完完整遗传信息，但其机制不清整遗传信息，但其机制不清(右图右图)二二.水蜡虫的染色体失活水蜡虫的染色体失活水水蜡蜡虫虫雌雌性性个个体体细细胞胞中中不不具具有有兼兼性性染染色色质质，但但是是雄雄性性个个体体细细胞胞一一整整套套单单倍倍体体父父源源性性染染色色体体经经历历异异染染色色质质化化而而失失去去转转录录活活性性，甚甚至至本本来来在在雄雄性性亲亲代代细细胞胞中中具具有有转转录录活活性性的的常常染染色色质质在在传传递递给雄性子代时也转变成异染色质给雄性子代时也转变成异染色质。(这这样样)在在雄雄性性动动物物的的细细胞胞核核中中存存在在一一套套单单倍倍体体母母源源性性常常染染色色质质和和一一套套单单倍倍体体父父源源性性异异染染色色质质。在在精精子子发发生生减减数数分分裂裂时时，异异染染色色质质化化的的染染色色质质不不进进入入精精子子的的细细胞胞核核，精精子子细细胞胞核核中中仅仅具具一一套单倍体母源性的遗传信息套单倍体母源性的遗传信息.精精子子与与卵卵子子结结合合受受精精，如如果果产产生生雄雄性性后后代代，精精子子携携带带来来的的染染色色体体再再次次经经历历异异染染色色质质化化而而失失去去转转录录活活性性(下下图图)。结结果果在在雄雄性性个个体体中中除除少少数数组组织织中中出出现现异异染染色色质质化化逆逆转转的的情情况况之之外外，进进行行表表达的基因几乎全部是母源性的。达的基因几乎全部是母源性的。