基因和基因组

分子生物学基因和基因组思维导图，包含基因的概念、 基因类型、结构基因组学、基因组等。

基因和基因组

• 基因的概念
  • 生物的性状是由遗传因子决定的 1866年Mendel豌豆杂交
  • 染色体为基因的载体 19世纪后期 遗传的染色体学说
  • 基因的连锁与交换规律 20世纪初T.Morgan
  • 一个基因一个酶学说 G.Beadle&E.Tatum
  • 基因的化学本质是DNA 1944年O.Avery肺炎链球菌转化实验
  • 顺反子概念把基因具化为DNA分子的一段序列 1957S.BenzerT4噬菌体快速溶菌
  • 操纵子学说和结构基因、调节基因、操纵基因等概念 mRNA携带着从DNA到蛋白质合成所需要的信息
  • 狭义：基因是编码多肽链或RNA所必需的的全部核苷酸序列 为保证转录所必需的调控序列 以及编码区上游5端和下游3端的非编码序列 广义：DNA或RNA分子中有特定遗传功能的一段序列
• 基因类型
  • 基因家族和基因簇
    • 串联重复基因
      • 基因家族的各成员紧密成簇排列而成的串联重复单位 定位于染色体的特殊区域
    • 分散的基因家族
      • 家族成员分散在染色体较远的位置 甚至分散在多条染色体上 各成员在序列上有明显差别
    • 简单的多基因家族
      • 重复单位内转录区的序列几乎相同 非转录的间隔序列则有所不同
    • 复杂的多基因家族
      • 由几个相关基因构成独立的转录单元，家族间由间隔序列分开
    • 受发育调控的复杂多基因家族
      • 受发育调控
    • 基因超家族
      • 由多个基因家族组成的 更大的基因家族
  • 假基因
    • 有些成员的DNA序列和结构与有功能的基因相似 但不能表达产生有功能的基因产物
      • 缺乏有功能的调控区，使其不能进行正常的基因转录
      • 虽然能转录，但由于突变或缺失等 引起mRNA加工缺陷而不能翻译
      • mRNA的翻译被提前终止
      • 虽然能翻译，但生成的是无功能的肽链
  • 重叠基因
    • 具有独立性，但部分序列重叠的基因
      • 一个基因的核苷酸序列完全包含在另一个基因的核苷酸序列中
      • 两个基因的核苷酸序列的末端密码子相互重叠
  • 移动基因
    • 可以从染色体的一个位置转移到另一个位置 甚至在不同染色体之间转移
      • 转座
        • 在转座酶的作用下，转座因子从原来位置上切离下来 然后插入新的位置，或复制一份，再插入染色体上新的位置
      • 易位
        • 染色体断裂后，通过连接而转移到另一条染色体上
  • 断裂基因
    • 含有内含子的基因
      • 生物学意义
        • 增加基因表达产物的多样性
        • 促进重组
        • 增加基因组的复杂性
        • 含有开放阅读框（ORF)
        • 含有部分剪切信号
        • 影响基因表达
        • 生成长链非编码RNA和小非编码RNA
      • 研究方法
        • DNA与mRNA杂交
        • 比较基因组DNA和cDNA的限制性内切核酸酶图谱
• 功能基因组学
  • 蛋白质组学
  • 生物信息学
• 结构基因组学
  • 染色体作图
    • 遗传作图
    • 物理图谱
  • 重叠群的建立
    • 序列标签位点 STS
  • 高分辨率遗传图谱的制作
    • 限制性片段长度多态性标记 RFLP
    • DNA重复序列的多态性标记
    • 单核苷酸多态性标记 SNP
  • 序列测定
    • 鸟枪法
  • 基因定位
• 基因组
  • 病毒的基因组
    • 病毒的基因组很小只能编码少数蛋白质 病毒基因组通常有基因重叠
    • 病毒基因组可由DNA或RNA组成 但一种病毒不会两者兼有 核酸的结构可以是单链或双链、闭合环状或线状分子
    • 功能上相关的基因一般成簇 转录产物一般为多顺反子mRNA
    • 噬菌体的基因是连续的 但多数真核细胞的病毒含有不连续基因
  • 原核生物（细菌)的基因组
    • 基因组通常仅有一个环形或线形双链DNA 与蛋白质结合成类核
    • 有操纵子结构，数个相关的结构基因串联在一起 受同一调控区调节，合成多顺反子mRNA
    • 非编码DNA所占比例很少
    • 基因组DNA只有一个复制起点，具有多种调控区 还有少量重复序列，比病毒基因组复杂
    • 具有与真核生物基因组类似的可移动DNA序列
    • 细菌的自主遗传物质-质粒 细菌染色质外的可以自主复制的DNA分子 大多数为环状超螺旋双链DNA
  • 真核生物的基因组
    • 基因组大
    • 有染色体结构 一般有多条呈线状的染色体 每条染色体有多个复制起点
    • 重复序列和可移动序列多 转录产物为单顺反子mRNA
    • 多数基因为断裂基因
    • 基因表达的调控复杂
  • 真核生物基因组的重复序列
    • 高度重复序列
      • 卫星DNA
    • 中度重复序列
      • 分散重复序列
        • 短分散元件
        • 长分散元件
      • 串联重复序列 TRS、SSR、STR
        • 基因组学和亲子鉴定
    • 低度重复序列
      • 单拷贝序列
  • 线粒体基因组 mtDNA
    • 双链环状DNA
    • 具有rRNA、tRNA、ATPase基因和细胞色素氧化酶
    • 突变率高
    • 遗传的半自主性
  • 叶绿体基因组 ctDNA
    • 双链环状DNA
    • 两个反向重复序列
    • 与光合作用密切相关的蛋白和一些核糖体蛋白
• 光合细胞分裂素