真核生物基因组结构

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1、第四章真核生物基因组结构第一节真核生物基因组的组成C值（C-value）：一个物种单倍体基因组的DNA含量，通常称为该物种的C值。每个物种的C值是相对恒定的，不同物种的C值差异极大。一般随着生物结构和功能复杂程度的增加而C值增大，即：生物细胞中的C值具有从低等生物到高等生物逐渐增加的趋势。一、真核生物基因组的大小支原体细菌酵母霉菌蠕虫昆虫鸟类两栖类哺乳类1010109108107106低等动物的C值大于高等动物如：两栖类的C值大于哺乳类肺鱼的C值比哺乳动物大10－15倍同一门中的动物C值变化很大

2、如：两栖类中的C值变化很大，可相差100倍家蝇的比果蝇的大6倍指C值与生物进化复杂性之间不相对应的现象，也叫C值反常理论。说明真核生物基因组中许多的DNA序列不编码蛋白质。表现：☆C值悖理理论（C-valueparadox)植物鸟类哺乳动物爬行动物两栖动物硬骨鱼软骨鱼棘皮动物甲壳动物昆虫软体动物蠕虫霉菌藻类真菌格兰氏阳性菌格兰氏阴性菌支原体阴影部分为一个门内C-值的范围二、真核生物基因组的基因数量不同物种编码基因差别很大，从500个到50000个，有100倍的差距。真核生物的基因数量通常在600

3、0到50000之间。人的基因组的全长为大约3X109对碱基，编码3-4万个基因；但某些寄生的真核生物，如脑微孢子虫，基因数量可能不超过3000个，比很多细菌的基因数量还少。其中，C是单链DNA在t时刻的浓度。k＝复性速度常数三、真核生物基因组的非重复序列和重复序列DNA复性动力学DNA的复性过程遵循二级反应动力学。DNA复性过程中复性的速度用公式表示：dC/dt=-kC02对上式积分后重排，得出复性动力学方程：C／C0＝1／（1＋kC0t）C0为单链DNA的起始浓度，C为单链DNA在t时刻的浓度

4、，单位mol/L。t为复性时间,单位为s（秒）。重组速率常数k的单位为L/mol，取决于阳离子的浓度、温度、片段大小和DNA序列的复杂性。当C/C0=1/2时的C0t值定义为C0t1/2C/C0=1/2=1/(1+kC0t(1/2))Cot(1/2)=1/k(mol.Sec/L)即复性反应完成一半时在控制反应条件（初始浓度、温度、离子强度、片段大小）相同的前提下，DNA分子的C0t(1/2)值，取决于核苷酸的排列复杂性。DNA序列的复杂度(complexity)X：最长的没有重复序列的核苷酸对的

5、数值。AAAAAAAAX=1ATCGATCGATCGX=4N=105X=105DNA序列的复杂性、初始浓度、片段大小、温度、离子强度DNA复性的影响因素：X=kCot1/2相同核苷酸数量的DNA，复杂性小的DNA分子复性快，Cot(1/2)值小；复杂性大的DNA分子复性慢，Cot(1/2)大。Cot曲线：表示复性速度与DNA顺序复杂性的关系。Cot(1/2)=1/k(mol.Sec/L)Cot曲线2.利用复性动力学鉴定基因组序列原核生物Cot曲线的特点：形状相似（跨越2-3个数量级），Cot（1

6、／2）不相同－－单一序列，只是复杂性不同。复杂性X1不同原核生物的Cot曲线复性分数（1-c/c0）CotP74图－16真核生物DNA复性曲线的模式图复性反应分为三相，每相代表不同复杂长度的序列类型根据复性动力学特征的不同，将真核生物DNA序列分为4类：零时复性序列快速复性序列中速复性序列慢速复性序列1）零时复性序列：具有反向重复结构（也称回文结构），可在同一条链内形成双链区，变性后再复性时，在链间复性之前就已发生链内复性，因此不遵循二级反应动力学方程。由于这种序列的复性速度非常快，在动力学上称

7、为零时（或瞬时）复性序列。DNA复性后可出现发卡形结构。这种序列常常是DNA复制酶、转录酶以及特异蛋白质的结合部位。2）快速复性序列：也叫高度重复序列（Highlyrepetitivesequence）大部分集中于异染色质区，特别是在着丝粒和端粒区，往往没有转录功能。占基因组的10-60%,长度6～200bp，重复次数在105以上。P74图－16真核生物DNA复性曲线的模式图复性反应分为三相，每相代表不同复杂长度的序列类型3）中速复性序列：基因组中重复次数<105的重复顺序,重复单位平均长度约3

8、00bp;复性速度快于单拷贝顺序，慢于高度重复顺序。多与单拷贝基因间隔排列。多为非编码序列，如Alu序列也有编码基因产物的，如rDNA、tDNA、组蛋白基因家族,一般往往以基因家族的形式存在。也叫中度重复序列(moderaterepetitivesequences)Alufamily（Alu家族）：长约300bp的片段，大多数片段含有一个限制性内切酶AluⅠ的酶切位点（AGCT）;均匀分散在整个基因组中的非重复序列间;在人类基因组中占1％～3％;4）慢速复性序列：C0t1/2一般在103mol.