真核生物的遗传分析

真核生物的遗传分析思维导图。主要包括真核生物的基因组、真核生物的遗传重组、真核生物的基因转变、真核生物的体细胞交换与基因定位等内容

真核生物的遗传分析

• 真核生物的基因组
  • 真核生物与原核生物细胞与基因组结构的区别
    • 细胞中不含有由核膜包围的细胞核生物称为原核生物，由核膜包围的细胞核的生物称为真核生物
    • 区别：大小、细胞核、染色体（形状、数目、组成、DNA序列）、基因表达、细胞分裂、内膜、细胞骨架、运动细胞器、呼吸作用和光合作用酶的分布、核糖体、营养方式、细胞壁
    • 遗传物质存在状态的主要区别
      • ①真核生物的遗传物质是DNA，该DNA与组蛋白结合构成核小体，核小体是构成染色体的基本结构单位。原核生物的遗传物质是DNA或RNA，其染色体也是单纯的DNA或RNA
      • ②真核生物的染色体一般为多条，即多个连锁群，并且有核膜所包被而组成细胞核。原核生物的染色体往往只有一条，没有膜包围，遗传物质分布于整个细胞中，或集中在一个没有明确界限的低电子密度区域中，该区域称为拟核
      • ③真核生物基因组由核基因组和细胞器基因组组成，核基因组为线性DNA分子。细胞器基因组主要有线粒体基因组和叶绿体基因组，都为环状DNA分子。原核生物的基因组为环状DNA分子。没有内膜系统，细胞内未达到分区化，原核生物质粒DNA基因对细胞的生存往往不是必须的
      • ④真核生物的染色体上具有一个着丝粒，在细胞分裂过程中出现纺锤体，原核生物染色体无着丝粒，在细胞分裂过程中则不会出现纺锤体，而是采取二分或出芽方式进行分裂
  • 真核生物基因组的结构特点
    • 一个物种的单倍体的染色体数目及其所携带的全部基于称为该物种的基因组。基因组是生物体内遗传信息的集合。
    • C值悖理
      • 一个物种基因组的DNA含量是相对恒定的，它通常称为该物种DNA的C值，即单倍体基因组的DNA含量
      • C 值的大小并不能完全说明生物进化的程度和遗传复杂性的高低，也就是说，物种的C值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系，这种现象称为C值悖理，或称C值佯谬
    • N值悖理
      • 基因数目与生物在进化树上的位置不存在正相关的事实称为N值悖理或N值佯谬
      • N值悖理说明，生物体的复杂性不仅仅是基因数目的函数，随着生问题复杂性的增加，基因的大小和基因结构的复杂性也增加
    • 真核生物基因组DNA序列的复杂性
• 真核生物的遗传重组
  • 遗传重组的概述
    • 遗传重组是DNA双螺旋间的遗传物质断裂并发生重组，从而改变基因组成和排列顺序，导致生物体的变异，产生新的性状过程
    • 发生在细胞减数分裂的过程中，也发生在高等真核生物 的体细胞有丝分裂过程中，在核基因、叶绿体基因或线粒体基因间也会发生基因重组。总之，只要有DNA就会发生重组
    • 遗传重组是生命的基本现象之一，也是生物适应与进化以及动植物育种工作的基础
    • 根据DNA序列的要求和所需蛋白质因子的不同可将遗传物质分为
      • 同源重组
        • 是依赖于大范围的DNA同源序列的联会，重组可以发生在联会部分的任何位点上，一般而言，两条染色体交换对等部分，但偶尔也会发生同源序列间的联会，重组可以发生在联会对等的部分，但偶尔也会发生同源不等交换
      • 位点专一性重组
        • 只依赖于小范围内同源序列的联会，而且重组也只限于在这一小范围内
      • 异常重组
        • 完全不依赖与DNA序列间的同源性
  • 同源重组的机制
    • 同源重组发生在减数分裂前期
      • 同源重组又称普遍性重组，它的发生是依赖于较大范围的DNA同源序列的联会
      • 真核生物的遗传重组发生在减数分裂时期的同源染色体的非姐妹染色单体之间，而且染色体或DNA分子之间相互交换对等的部分
    • 同源重组的分子模型
      • Holliday模型
      • 双链断裂起始重组模型
• 真核生物的基因转变
  • 异常分离与基因转变
  • 基因转变的类型
    • 染色单体转变
    • 半染色单体转变
  • 基因转变的分子机制
    • 两个杂种分子均未矫正，复制后异常的4+：4g或（3:1:1:3）的分离
    • 一个杂种分子矫正为+，或矫正为g时，则发生另一种类型的半染色单体转变，前者修复后出现5:3d 分离，后者子囊孢子的异常分离比为3:5
    • 两个杂种分子都被校正到+或g时，修复后出现6+：2g或（2+；6g)的异常分离
    • 当两个杂种分子都按原来两个亲本的遗传结构进行修复时，则减数分裂4个产物恢复成G-C,G-C,A-T,A-T的正常配对状态，子囊孢子分离正常，呈现4+：4g的结果
• 真核生物的体细胞交换与基因定位
  • 体细胞交换与单倍体化
    • 在真核细胞的体细胞中也会发生基因重组
    • 由于原养型菌落细胞含有来自两个亲本的体细胞核，因此称为异核体。大量的异核体中的核仍保持单倍体状态，但有少数单倍体的细胞核融合成为二倍体的细胞核或合核体
    • 从大量二倍体分生孢子中也可以得到少数体细胞分离子，所谓体细胞分离子是重组体和非整倍体或单倍体的总称。在这里产生非整倍体或单倍体的过程称为单倍体化，产生重组体的过程称为体细胞交换
    • 单倍体化过程实际是在有丝分裂过程中染色体一再不发生分离的结果
    • 杂合二倍体的体细胞交换是产生分离子的第二个途径
  • 有丝分裂交换与基因定位
    • 真核生物基因定位一般是通过有性过程中细胞的减数分裂、同源染色体联会、基因间的重组率来确定基因的位置的。
• 真核生物基因的消除与扩增和重排
  • 基因消除
    • 通过丢失染色体，丢失某些基因而消除这些基因的活性的现象称为基因消除（或基因消减）
  • 基因扩增
    • 是指基因组内某些基因的拷贝数专一地大量增加的现象
  • 基因重排
    • 是指DNA分子的核苷酸序列的重新排列，序列的重排不仅是可形成新的基因，还可以调节基因表达