02章-1：基因组和基因组结构特征

分子诊断学导图笔记，基因组和基因组结构特征知识点总结。

基因组

• 概念
  • 一个细胞或一种生物的整套遗传物质，包括基因和非编码DNA
  • 或指一套染色体中完整的DNA序列
• 原核生物基因组
  • 基因组特点
    • 基因组较小(远小于真核生物基因组大于病毒基因组)
    • 基因组常仅由一条环状双链DNA分子组成类核结构，只有一个复制起始点
    • 广泛存在操纵子结构(多顺反子)
    • 结构基因
      • 基因是连续的 无内含子 转录后不需剪接
      • 基因间存在重复序列 短而少
      • 一般为单拷贝，但编码rRNA和tRNA的基因往往是多拷贝
      • 编码顺序一般不重复
    • 具有编码同工酶的基因
    • 基因组中存在可移动的DNA序列(转座因子)，其遗传效应可引起基因突变、重排和引入新的基因
      • 转座子
        • 类型
          • DNA转座子
          • 反转录转座子
            • 指通过RNA为中介，反转录成DNA后，进行转座的转座因子。只出现在真核生物基因组中
        • 效应的意义
          • 引起基因突变——插入或切离
          • 改变染色质的结构（缺失、倒位等）
          • 可以插入新的基因
          • 产生新的变异，促进生物进化
  • 质粒
    • 定义
      • 生物体细胞内携带的染色体外的核酸分子，能进行自主复制
    • 结构
      • 环状双链DNA分子，每条链上的核苷酸通过共价键彼此头尾相连，没有游离的末端，这种结构称为共价闭合环状DNA
    • 质粒基因的特性
      • 自主复制（在宿主细胞内）
      • 质粒可以转移（分子量小的无自主转移能力）
      • 带有选择性标记
      • 不相容性
        • 两种亲缘关系密切（具有相同复制起始位点和分配区）不同质粒不能共存于一个宿主菌
    • 分类
• 病毒基因组
  • 特点
    • 与细菌或真核细胞相比，病毒的基因组很小，但病毒基因组大小相差较大
    • 病毒基因组的组成、形式多样
      • 组成
        • 可以由DNA组成，也可以由RNA组成
      • 形式
        • 闭环/线性
          • DNA病毒基因组二者都有 RNA病毒基因组多为线性
        • 单链/双链
          • DNA病毒基因组多为双链RNA病毒基因组多为单链
        • 单一分子/分段
          • DNA病毒基因组都为单一分子 RNA病毒基因组二者都有
  • DNA病毒
    • 双链DNA:多为动物病毒
    • 单链DNA:动物病毒中微小病毒，绝大部分噬菌体
  • RNA病毒
    • 双链RNA
    • 单链正股RNA
      • 病毒RNA的碱基序列与mRNA完全相同者
    • 单链负股RNA
      • 病毒RNA的碱基序列与mRNA不完全相同
  • 噬菌体
    • 基因是连续的；而真病毒基是真核细胞病毒的基因是不连续的，具有内含子
  • 除了逆转录病毒以外除了逆转录病毒以外，一切病毒基因组都是单倍体，每个基因在病毒颗粒中只出现一次。逆转录病毒基因组有两个拷贝
  • 基因重叠即一段DNA片段有两个或两个以上ORF，能够编码两种或两种以上的多肽链
    • 作用
      • 经济利用基因组
      • 调控基因表达
    • 类型
      • 一个基因完全在另一个基因里面
      • 部分重叠
      • 两个基因只有一个碱基重叠
  • 病毒基因组的大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部份不被翻译。不翻译的DNA顺序顺序通常是基因表达的控制序列
  • 病毒基因组核酸序列中功能上相关的蛋白质的基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位，形成一个功能单位或转录单元—多顺反子mRNA
  • 病毒基因组含有不规则的结构基因
    • 几个结构基因的编码区无间隔
    • 有些mRNA没有5’端的帽结构：翻译增强子
    • 结构基因本身没有翻译起始序列：无5’端的帽结构、翻译增强子、起始密码
• 人类基因组
  • 核内核基因组
    • 结构特征
      • 线性DNA、二倍体（diploid）,基因组包括22条常染色体和X、Y性染色体
      • 基因组3×109bp，约包含2.5万个编码蛋白质基因，另外有数千个RNA基因
      • 不编码序列（non-coding seq，NCS）估计占97%，包括调控序列，内含子、假基因、重复序列、转座因子和大量的未知功能序列
    • 组成结构
      • 单一序列(非重复序列、单拷贝序列）
    • 重复序列
      • 串联重复序列（又称为简单重复序列或卫星DNA（satellite DNA））
        • 卫星DNA/小卫星DNA/微卫星DNA
      • 散在重复序列
        • 大多不编码蛋白质，一般具有种特异性
          • ① 短散在元件
            • 例如：Alu家族
              • 分布
                • 分散在整个人或其它哺乳动物基因中、间隔DNA、内含子等。约占人基因组10%，重复约100万次
              • 功能
                • hnRNA加工成熟、转录调节
          • ② 长散在元件
            • 主要为L1型，5’端有启动子序列，3’端有AATAAA信号和PolyA尾，编码对LINE RNA高度特异性的逆转录酶，可自主性发生转座
      • （多）基因家族和假基因
        • （多）基因家族
          • 指由某一祖先基因经过重复和变异所产生的一组基因，其核苷酸序列或编码产物的结构具有一定程度的同源性
            • ①基因家族成员成簇地分布在某条染色体上，它们可同时发挥作用，合成某些蛋白质
            • ② 基因家族的成员分布不同染色体上，这些不同成员编码一组功能上紧密相关的蛋白质
        • 假基因（pseudogene）
          • 基因组中因突变而失活的基因，它和同家族中的活跃基因在结构上和DNA序列上有相似性，但是没有蛋白质产物
  • 线粒体基因组