高级植物生理学第一章 植物生理与分子生物学

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1、高级植物生理学（专题一）植物生理与分子生物学二、高等植物基因结构及表达调控1、真核基因组结构特征2、植物的基因组3、植物基因的结构4、植物基因的表达调控启动子上游调节区起点外显子1外显子2外显子3RNA-5′DNA一个结构基因终点单顺反子①真核基因是单顺反子（cistron），一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链。原核生物是多基因操纵子。1、真核细胞基因结构的特征例外：C.elegans有13500个基因，约25%是多顺反子。启动子上游调节区起点基因1基因2基因3RNA-5′DNA三个结构基因

2、终点多顺反子大肠杆菌乳糖操纵子mRNA编码3条多肽链，色氨酸操纵子mRNA编码5条多肽链真核生物rRNA基因结构ETSITS不转录间隔18S5.8S28S45SrNA前体rRNA基因真核rRNA基因是多考贝（中度重复序列）；三种rRNA基因总是按18S、5.8S、28S顺序排列；此基因簇是串联重复的，簇与簇之间由不转录间隔分开；间期核中rDNA浓缩成核仁，在核仁中被转录、加工。18S5.8S28S核小体DNA核小体螺线管超螺线管染色单体②真核基因组是以染色体（质）形式存在，小部分DNA是裸露的。D

3、NA(基因)mRNA编码区尾部区起始密码终止密码extronintron前导区③真核基因组中存在着重复序列。高度重复序列；中度重复序列；单一序列。④真核基因属于断裂基因，编码序列中存在有内含子。⑤真核基因转录调控区很大，可远离启动子上千个碱基。⑥真核基因的表达——转录和翻译存在着时间和空间间隔。⑦真核基因表达的调控可从染色体结构至翻译后加工多个层次（水平）上进行。原核生物基因表达真核细胞基因表达2、植物的基因组基因（gene）？基因组（genome）？基因组学（genomics）？遗传物质单元，在

4、染色体上占据特定位置、具有某种特定遗传功能的DNA序列。编码一个完整mRNA的一段DNA序列。基因有两个特点：一、忠实复制自己：以保持生物的基本特征；二、基因能够突变：为自然选择贮备了材料；基因是遗传的物质基础，是DNA分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因通过复制把遗传信息传递给下一代，使后代出现与亲代相似的性状。突变绝大多数会导致疾病，另外的一小部分是非致病突变。非致病突变给自然选择带来了原始材料，使生物可以在自然选择中被选择出最适合自然的个体。基因可分

5、为：①结构基因：编码蛋白质的基因。包括编码酶和结构蛋白的基因；②调节基因：编码作用于结构基因的阻遏蛋白或激活蛋白的基因；③没有翻译产物的基因：RNA基因，转录成为tRNA和rRNA基因；④不转录的DNA区段：调控序列，如启动子、操纵子、增强子等等。（顺式作用元件）基因的属性：结构单位，功能单位，突变单位。基因组：一个生物遗传物质的总和。细胞中的全部DNA。植物的基因组：细胞核基因组+细胞质基因组叶绿体基因组+线粒体基因组基因组学：研究基因组的结构、功能和进化的科学。基因组研究包括两方面的内容：以全

6、基因组测序为目标的结构基因组学（structuralgenomics）以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functionalgenomics)2.1植物基因组的复杂性（3）植物基因组中重复序列变化极大;拟南芥和一些多倍体植物中:20%;小麦、豌豆中，80%以上基因是重复序列；（1）植物除了细胞核基因组外，还有细胞质基因组；（2）植物基因组的长度差异是整个生物界最大的；拟南芥单倍体基因组：6.3×107bp；百合单倍体基因组：1.0×1011bp；物种碱基对数目/物理长度/cm（×108bp/细胞

7、）拟南芥(Arabidopsisthaliana)1.253.8栽培稻(Oryzasativm)4.313.1普通小麦(TriticumAestivum)160493一粒小麦(TriticumMonococcum)57173玉米(Zeamays)2370贝母（Fritillariaassyriaca）10003039人类(Hemosapiens)31102大肠杆菌(E.coli)0.0420.14玉米叶绿体0.00160.006玉米线粒体0.00570.02一些物种细胞核基因组(二倍体)大小基因组

8、的复杂性是指基因组中不同序列的总和，用DNA变性和复性实验检测；可用参数：Cot1/2表示；Co：复性时相同（单链）DNA的浓度；t：复性的时间Cot1/2：一半DNA复原成双链所用的时间；基因组越复杂，Cot1/2值越大。基因组的序列可分为单一序列（singlecopysequence）和重复序列（repetitivesequence）植物基因组中的重复序列：高度重复序列：重复几百万次，一般是少于10bp的片段；中度重复序列：几十到上千次，约300~500bp相近顺序；单一序列：