第11章 基因组的进化

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1、第十一章基因组的进化第一节基因组进化的分子基础第二节基因组进化的模式第一节基因组进化的分子基础1.突变1.1突变的机制自发的错误(spontaneouserror)，在复制过程中这些突变逃脱了DNA聚合酶的校正而保留在新合成的子链中。但在下一轮DNA复制时，子代链与祖代链在错配的位置将发生碱基代换。来自亲代DNA分子的某一单链，在复制时以这条已发生碱基改变的单链作为模板合成新链。由此产生的子代DNA中，会将这一变异一直保留下去。第一节基因组进化的分子基础1.突变1.1突变的效应突变对基因组的影响同义突变错义突变终止

2、突变连读突变移码突变突变对多细胞生物的影响功能丧失突变（loss-of-functionmutation）：通常是一个减弱或消除蛋白质活性的突变造成的结果。多数功能丧失突变是隐性性状。功能获得性突变（gain-of-functionmutation）：这类突变不常见，突变必须提供一种异常的蛋白质活性。第一节基因组进化的分子基础2.重组2.1同源重组——Holliday模型Holliday模型描述的重组发生在2个同源双链分子之间，也包括彼此间只有小段区域同源的分子或同一分子中2个同源区段之间的重组。在一条单链产生缺口

3、单链侵入D环形成异源双链同源重组的起始（MeselsonRadding模型）2条同源DNA分子ABabDNA分子间单链交换组成异源双链DNA连接酶ABabHolliday结构分叉迁移ABabABab形成叉口(chi)垂直分割相互交换水平分割同源重组的Holliday模型第一节基因组进化的分子基础ABabAbaB第一节基因组进化的分子基础2.重组2.2位点专一性重组区段之间存在广泛的同源性并非重组的必要前提，在2个DNA分子之间有时只有很短的共同序列也能起始重组过程，这类重组称为位点专一性重组(site-specif

4、icrecombination)。2.3双链断裂重组模型基因转换(geneconversion)的DNA双链断裂重组模型。3.转座3.1DNA转座3.2逆转录转座第二节基因组的进化模式λDNAPOP’BOB’att位点细菌DNABOP’POB’λ噬菌体基因组整合到大肠杆菌染色体DNA中λ噬菌体基因组和大肠杆菌基因组各有一个att位点，每个都有一个称为O的相同的中间顺序和两侧顺序组成。大肠杆菌O两侧序列为B和B’（表示bacterialattsite)，噬菌体O两侧序列为P和P’（表示phageattsite）。第一

5、节基因组进化的分子基础哺乳动物DNA双链断裂重组模型此机制中合成的DNA都是以同源分子区段作为模板从断裂处开始拷贝，这是基因转换的分子基础。因为由外切核酸酶从缺口处开始切除的单链顺序现在由未切割的同源分子单链所取代。酵母中交配型的基因转换具有类似的机制。RPARAD50MRE11NBS1RAD52RAD54RAD511.同源搜寻2.单链侵入3.DNA合成DNA连接酶解离酶同源重组第二节基因组进化的模式1.遗传系统的起源1.1RNA世界由于具有催化活性RNA的发现，关于生命系统起源的研究才发生了根本性的改变。称为核酶

6、的RNA包括rRNA和tRNA可以完成多种生化反应：(1)自我剪接，三种内含子的加工能力；(2)催化切断其他RNA，如mRNA和rRNA的加工中切除内含子；(3)合成多肽键，这是rRNA分子的重要功能之一；(4)催化核苷酸的合成。RNA催化活性的发现解决了以往关于先有多聚核苷酸还是先有多肽链的两难困境，表明最初的生化系统整个地集中在RNA。第二节基因组进化的模式1.遗传系统的起源1.1RNA世界初始RNA分子新互补拷贝自发多聚体化初始模板核苷酸早期RNA世界RNA分子的拷贝在RNA多聚酶进化之前，与RNA模板结合的

7、核糖核酸能自发地聚合。这一过程很不精确，但可产生许多RNA序列。第二节基因组进化的模式1.遗传系统的起源1.2基因组的起源编码RNA分子转变为第一个DNA分子第一个拷贝的DNA分子核苷酸脱氧核糖核苷酸TACT还原dAdCdGGTACdTdCdATCGdCdGdARNA拷贝DNARNA第二节基因组进化的模式1.遗传系统的起源1.2基因组的起源RNA世界如何转变为DNA世界？为什么会出现RNA向蛋白质的转变？RNA的催化活性转移到蛋白质是RNA原始基因组功能的根本性改变，使RNA与蛋白质的分工逐渐明朗，进而提高了整个生

8、化系统的效率。RNA的编码功能转移到更为稳定的DNA是一种必然趋势。OHOHOH5´3´RNA一级结构第二节基因组进化的模式1.遗传系统的起源1.2基因组的起源RNA世界向DNA世界的过渡可以概括为：地球上最早出现的生物大分子为RNA，RNA同时具有催化与编码两种功能。RNA可以催化肽键形成并合成蛋白质，此后RNA与蛋白质联手以RNA为模板合成DNA。这是一