《基因起源与进化》PPT课件

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1、新基因的起源与进化Theoriginandevolutionofnewgenes随着基因组数据的大量积累，人们越来越认识到不同生物在基因组大小及基因数目上存在巨大的差异。从仅含470个基因的支原体Mycoplasmagenitalium到约含3万多个基因的人类基因组，相差达数十倍；即使是果蝇等分化时间很短的近缘物种，其基因种类和数目也不尽相同。这种差异引出一个根本性的生物学问题：基因是怎样产生的？如果弄清基因形成和固定机理，科学家就能深入探讨物种的形成和分子进化、物种进化之间的关系，也能根据基因产生的规律设计新的生物活性药物。所以说，研究基因的起源机制，实际上是探究生命演变的根源，同时也具有

2、重要的应用科学意义。■被称为“生命编码”的基因序列，记录着最原始最真实的生命进化信息。但已经获得的基因组数据中，大多数的基因产生太早，在漫长的进化时间中积累的大量突变，早已湮没了大部分重要的进化信息。许多关于新基因起源的细节随着漫长的进化年代都丢失了。与那些古老的基因相比，年轻基因由于产生时间短，保留了大量进化过程中的重要信息，可以提供给人们新基因进化早期的结构、序列信息，有助于推断其起源机制及进化力量，是研究新基因产生的理想材料。因此，科学家迫切需要一些年轻的新基因起源实例，作为近距离观察新基因起源的分子机制和进化的动力学过程的研究材料。新基因起源研究现状人们对新基因起源问题的兴趣，可以追溯

3、到上世纪30年代。Haldane和Muller提出：通过基因重复可以产生新的基因。此后随着分子生物学实验手段的进步和遗传学的发展，染色体重复、基因家族和断裂基因等大量实验现象进入人们视野，在此基础上提出了一些新基因产生的假说。20世纪80年代中期以后大规模基因组序列信息的获得以及分子进化和群体遗传学理论的成熟，更使得在基因组水平的理论预测成为可能。然而由于基因组中的大多数基因产生太早，在漫长的进化时间中积累的大量突变早已湮没了大部分重要的进化信息，无论是基因最初产生的分子机制或是随后在群体中扩散并最终固定下来的群体动力学过程，都已无法直接观察和检测。20世纪90年代以前，有关这一问题的探讨基本

4、上是设想性或理论性的。人们迫切需要能够获得一些年轻的新基因起源的实例，使人们能够以实验的手段近距离观察并阐明新基因起源的分子机制和进化的动力学过程。1993年，华裔学者龙漫远在果蝇中发现了第一个年轻的基因—Jingwei基因（约2.5My），才使以实证方法研究新基因起源的分子机制成为可能，对新基因发生的研究掀开了新的一页。近年来，又有大约20来个新基因被报道，包括司芬克斯（sphinx）基因和猴王基因等。新基因的产生与进化（Sourcesandevolutionofnewgenes）研究一个新基因的起源的两个步骤首先，我们要知道一个新的基因结构在自然界的某一生物个体产生的突变步骤。其次，我们需

5、要知道这一单一个体的新基因扩散到一个物种所有个体的固定过程。AFGP,antifreezeglycoprotein;CGβ,chorionicgonadotropinβpolypeptide;Cid,centromereidentifier;DAF,decay-acceleratingfactor;HLA-DR-1,majorhistocompatibilitycomplexDR1;PGAM3,phosphoglyceratemutase3;Pgk2,phosphoglyceratekinase2;PMCHL,pro-melanin-concentratinghormone-like;RNAS

6、E,ribonuclease;Sdic,sperm-specificdyneinintermediatechain;UEV,tumoursusceptibilitygene.新基因产生的分子机制①外显子重排（exonshuffling）■外显子重排是指由来自不同基因的2个或多个外显子相互接合，或基因内部的外显子产生重复而形成新的基因结构。20世纪70年代，在真核生物中发现断裂基因后，Gilbert提出，通过内含子介导的重组，不同基因的外显子可发生互换，使得原基因结构发生变化，可能产生新的基因。■目前已知两种外显子重排：异常重组和逆转座子介导的外显子插入。此外，相邻基因间序列的缺失产生的基因融合

7、也可造成外显子重排。hamsterαA-crystallingenelow-densitylipoprotein(LDL)receptorPatthysurveyedproteindatabasessystematicallyandshowedthatexonshufflingoccurredinmanygenesofvertebrateandinvertebrateorganisms.Newge