Chapter 2Chapter 2I Interrupted Genesnterrupted Genes断裂基因断裂基因2.1 2.1 Introduction Introduction . . 简介简介 真核生物基因组包含的真核生物基因组包含的断裂基因断裂基因由间隔的由间隔的外外 显子显子( (exonexon表现在最终的表现在最终的RNARNA产物中的序列产物中的序列) ) 和和内含子内含子( (intronintron 从初始转录物中去除的序列从初始转录物中去除的序列) ) 组成组成. . 外显子序列在基因和外显子序列在基因和RNARNA中的顺序是一致的中的顺序是一致的, , 但由于内含子的存在但由于内含子的存在, ,断裂基因的长度大于它断裂基因的长度大于它 的最终的最终RNARNA产物的长度产物的长度. .断裂基因表达成前断裂基因表达成前 体体RNARNA, , 内含子剪内含子剪 切除去后切除去后, , 外显子外显子 剪接连接在一起剪接连接在一起, , 而而mRNAmRNA只含有外只含有外 显子的序列显子的序列. .2.2 2.2 An interrupted gene consists of An interrupted gene consists of exonsexons and and intronsintrons. . 断裂基因由外显子与内含子组成断裂基因由外显子与内含子组成. . 内含子只在内含子只在RNARNA的顺式剪接加工过程中被的顺式剪接加工过程中被 去除去除. . 只有外显子中的突变才会影响蛋白质的序只有外显子中的突变才会影响蛋白质的序 列列, , 但内含子中的突变会影响但内含子中的突变会影响RNARNA的剪接从的剪接从 而抑制蛋白质的产生而抑制蛋白质的产生. .外显子在外显子在mRNAmRNA中的顺序与其在中的顺序与其在DNADNA中的相同中的相同, , 但但 是基因长度与是基因长度与mRNAmRNA长度或蛋白质长度之间并不长度或蛋白质长度之间并不 相关相关. . 基因中基因中ABAB之间的距离短之间的距离短; ; 但在但在mRNAmRNA( (和蛋白和蛋白 质质) )中中ABAB之间的距离比之间的距离比BCBC之间的距离长之间的距离长. .2.3 2.3 Restriction Restriction endonucleasesendonucleases are a key tool in are a key tool in mapping DNAmapping DNA. . 限制性内切酶是限制性内切酶是DNADNA作图中的作图中的 关键工具关键工具. . 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶( (Restriction Restriction endonucleasesendonucleases) ) 可以用来将可以用来将DNADNA剪切成特定的剪切成特定的 片段片段. . 用不同限制性内切核酸酶作用用不同限制性内切核酸酶作用, , 可产生一系列可产生一系列 DNADNA片段片段, , 通过叠加方法则可用于通过叠加方法则可用于DNADNA作图作图. .限制酶作用产生的限制酶作用产生的 DNADNA 切割片段按切割片段按 照它们的大小而分照它们的大小而分 开开. .限制图谱表示的是限制图谱表示的是DNADNA上以限定长度而上以限定长度而 分开的所有位点的线性次序分开的所有位点的线性次序. . 该图确定了该图确定了 酶酶A A和酶和酶B B的酶切位点的酶切位点, , 它们由单酶切和它们由单酶切和 双酶切消化所产生的不同片段来确定双酶切消化所产生的不同片段来确定. .2.4 2.4 Organization of interrupted genes may be Organization of interrupted genes may be conserved.conserved. 断裂基因的组成结构可能是保守的断裂基因的组成结构可能是保守的 通过限制图谱或电子显微镜技术比较基因与通过限制图谱或电子显微镜技术比较基因与 它们的它们的RNARNA产物产物, , 如此内含子由于额外序列的如此内含子由于额外序列的 存在而能被检测出来存在而能被检测出来, , 但最终的定义是通过比但最终的定义是通过比 较序列而得出的较序列而得出的. . 比较不同生物的同源基因比较不同生物的同源基因, , 我们发现内含子的我们发现内含子的 位置通常是保守的位置通常是保守的, , 但是相应的内含子的长度但是相应的内含子的长度 变化可以很大变化可以很大. . 内含子通常不编码蛋白质内含子通常不编码蛋白质. .比较珠蛋白的比较珠蛋白的cDNAcDNA和基因组和基因组DNADNA的限制图的限制图 谱谱, , 我们发现基因有两个内含子而我们发现基因有两个内含子而cDNAcDNA中则中则 没有没有. . 在在cDNAcDNA和基因组和基因组DNADNA中中, , 外显子限制外显子限制 图谱的排列是一致的图谱的排列是一致的. . 内含子就是包含在基因中但在内含子就是包含在基因中但在mRNAmRNA中缺中缺 失的一段序列失的一段序列( (此处显示的是此处显示的是cDNAcDNA序列序列). ). 读框用交互开放和阴影区表示读框用交互开放和阴影区表示; ; 值得注意的值得注意的 是三个可能的读框被内含子中的终止密码是三个可能的读框被内含子中的终止密码 子所阻断子所阻断. .所有功能性所有功能性 - -珠蛋白基因都是三个外显子的珠蛋白基因都是三个外显子的 断裂基因结构断裂基因结构. . 图中标识的长度亦适用于哺乳图中标识的长度亦适用于哺乳 动物动物 - -珠蛋白基因珠蛋白基因. . 2.5 2.5 ExonExon sequences are conserved but sequences are conserved but intronsintrons vary vary 外显子序列保守而内含子序列变化多端外显子序列保守而内含子序列变化多端 比较不同物种的相关基因比较不同物种的相关基因, , 我们发现相应的我们发现相应的 外显子序列通常是保守的外显子序列通常是保守的, , 而内含子序列则而内含子序列则 很少保守很少保守. . 编码蛋白质的序列通常处于选择压力之下编码蛋白质的序列通常处于选择压力之下, , 内含子由于没有选择压力内含子由于没有选择压力, , 因此比外显子的因此比外显子的 进化快得多进化快得多. .小鼠小鼠 majmaj和和 minmin珠蛋珠蛋 白基因在编码区密白基因在编码区密 切相关切相关, , 但在两侧区但在两侧区 域和大的内含子中域和大的内含子中 则不同则不同. .2.6 2.6 Genes can be isolated by the conservation Genes can be isolated by the conservation of of exonsexons. . 通过外显子的保守性可以分离基因通过外显子的保守性可以分离基因 通过确定在多种生物中出现的片段来通过确定在多种生物中出现的片段来 鉴定编码区域鉴定编码区域, , 而外显子的保守性可以而外显子的保守性可以 作为这种鉴定的基础作为这种鉴定的基础. . 外显子捕捉技术中用外显子捕捉技术中用 到一种特殊的剪接载到一种特殊的剪接载 体体. . 如果基因组片段中如果基因组片段中 含有一个外显子含有一个外显子, , 那么那么 它的序列可以在细胞它的序列可以在细胞 质质RNARNA中被发现中被发现; ; 但但 如果基因组片段中只如果基因组片段中只 由内含子中的序列组由内含子中的序列组 成成, , 那么剪接就不会发那么剪接就不会发 生生, , 且且mRNAmRNA中也不会中也不会 运输到细胞质中运输到细胞质中. .2.7 2.7 Genes show a wide distribution of sizesGenes show a wide distribution of sizes. . 基因大小的变化范围很大基因大小的变化范围很大 酵母中大多数基因是非断裂基因酵母中大多数基因是非断裂基因, , 但在高等生但在高等生 物中大多数基因是断裂基因物中大多数基因是断裂基因. . 外显子通常短小外显子通常短小, , 典型的外显子编码不到典型的外显子编码不到100100 个氨基酸个氨基酸. . 在低等真核生物中内含子短小在低等真核生物中内含子短小, , 但在高等真核但在高等真核 生物中内含子的长度变化范围在几十生物中内含子的长度变化范围在几十kbkb之间之间. . 一条基因的总长度主要由它的内含子所决定一条基因的总长度主要由它的内含子所决定. . 酵母中大多数酵母中大多数 基因是非断裂基因是非断裂 基因基因, , 但果蝇但果蝇 和哺乳动物中和哺乳动物中 大多数是断裂大多数是断裂 基因基因. . 酵母基因比较酵母基因比较 小小, , 而果蝇和哺而果蝇和哺 乳动物的基因乳动物的基因 大小的变化范大小的变化范 围广围广, , 有的基因有的基因 可以有很大的可以有很大的 变化变化. .编码蛋白质的编码蛋白质的 外显子通常很外显子通常很 短短. . 内含子大小的变内含子大小的变 化范围可以从很化范围可以从很 短到很长短到很长. .2.8 2.8 Some DNA sequences code for more than one Some DNA sequences code for more than one proteinprotein. . 一些一些DNADNA序列编码一种以上的蛋白质序列编码一种以上的蛋白质. . 交替使用起始或终止密码子可产生两种蛋白交替使用起始或终止密码子可产生两种蛋白 质质, , 其中一种蛋白质片段的结构与另一种相当其中一种蛋白质片段的结构与另一种相当. . 当两条重叠基因使用不同读框翻译时当两条重叠基因使用不同读框翻译时, , 非同源非同源 的蛋白质序列可以由相同的的蛋白质序列可以由相同的DNADNA序列翻译得到序列翻译得到. . 差异差异( (可变可变) )剪接方式可包含或去除一定的外显剪接方式可包含或去除一定的外显 子子, , 从而产生在一定区域出现或缺失的同源蛋从而产生在一定区域出现或缺失的同源蛋 白质白质, , 这可以采用包含或去除一些外显子或在这可以采用包含或去除一些外显子或在 两个外显子中选择其一的方式而实现两个外显子中选择其一的方式而实现. . 通过在不同的起始位点起始表达或在不同通过在不同的起始位点起始表达或在不同 的终止位点终止表达的终止位点终止表达, , 一条基因可以翻译一条基因可以翻译 出两种不同的蛋白质出两种不同的蛋白质. .通过使用不同的读框通过使用不同的读框, , 两条基因可共享一段两条基因可共享一段 DNADNA序列序列. .可变剪接产生肌钙蛋白可变剪接产生肌钙蛋白T T的的 和和 两种类型两种类型. .可变剪接使用相可变剪接使用相 同的前体同的前体mRNA, mRNA, 产生的产生的mRNAmRNA含含 有不同的外显子有不同的外显子 组合组合. . 2.12 2.12 Is all genetic information contained in Is all genetic information contained in DNA? DNA? 所有的遗传信息都包含在所有的遗传信息都包含在DNADNA中吗中吗? ? 基因的定义已经从基因的定义已经从“一条基因，一种蛋一条基因，一种蛋 白质白质”修改成修改成“一种蛋白质，一条基因一种蛋白质，一条基因 ” 在发育中，位置信息也很重要在发育中，位置信息也很重要复习题 什么是外显