基因及其研究方法
利用克隆,PCR、分子杂交方法
研究多元化的基因
基因类别
结构基因 包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因，
也包括编码阻遏蛋白和激活蛋白的基因。
调控基因 包括调节基因、启动基因和操纵基因。
Operon:
rDNA,tDNA……
思考
? 操纵子 （ operon）？
? 操纵基因 （ operator）？
? 调节基因 （ regulatory gene）？
操纵子
J,Monod与 F,Jacob
断裂基因（ Splite Gene）
? 70年代由 R,J,Roberts和 P,A,Sharp首先报道。
10S?珠蛋白前体 RNA以及其 15S?珠蛋白 mRNA
与小鼠 ?珠蛋白基因杂交形成 R环的电镜图
Intron,Extron
卵清蛋白基因及其与 mRNA或 cDNA的杂交图
1978年,Gilbert提出内含子、外显子概念。
mRNA剪切
插入序列的生物学功能
1 在 mRNA加工中改变拼接方式或途径可
以增加基因片断的利用，使 DNA信息储
藏量增加 。
2 内含子的存在可能 有利于进化 过程。
3 控制 RNA拼接系统可以 调控基因 的表达。
4 内含子的 相对性 。
肌球蛋白轻链 LC1与 LC3基因
TATA TATA AATAAA
1 2 3 4 5 6 7 8 9
转录
加 工
1 4 5 6 7 8 9 polyA
LC1mRNA
LC3mRNA
2 3 5 6 7 8 9
酵母细胞色素 b基因的内含子 2参与编码成熟酶，成熟
酶又反过来参与内含子 2的剪接，产生成熟的 mRNA
内含子编码内切酶
插入序列与间隔区
?插入序列
内含子
?间隔区
转录间隔区
非转录间隔区
剪切的思考
－ Crick1978年提出的几个问题
? 剪切作用若是通过酶来作用的，酶是 如
何识别 RNA上特定位点 的？
? 剪切酶有没有 特异性？不同 RNA是否需
要不同的酶？
? 切除的 RNA是以 线状还是环状 存在的？
命运如何？
? 内含子有无 调控 作用？
前体 mRNA的拼接
? 核酶的发现及意义
1981年,T,Cech和 S,Altman
? 剪接识别顺序
Chambons rule GT------AG
? 内含子结构
? SnRNA在 RNA剪接中的作用。
(small nuclear RNA)
U-SnRNA 90-400nt
编码核苷酸比实际多,Why？
? 1978年,Sanger分析了 ΦΧ174中的
核苷酸,5386个。
? 9个基因，编码 2000个氨基酸。
?
? Barrell（ Sanger实验室）
重叠基因
噬菌体 ?X174的重叠基因
各基因的功能,A,DNA单链合成和双链的复制； B,C,D，单链的
合成和（或）包装； F,G,H，噬菌体衣壳的结构蛋白； J，参与病
毒颗粒构成的一种小的碱性蛋白； K，产物未知； E，细胞裂解
基因重叠的方式
? 包含
? 首尾重叠
? 三个基因的三重重叠
? 反向重叠
? 操纵子重叠
跳跃基因
1950年,B,McClintock发现玉米中的 Ac-Ds系统。
转座子
转座子转移
原核生物的转座模型
转座带来的基因重排
转座子的遗传学效应
? 引起 插入突变 。
? 插入位置上出现 新基因 。
? 原来位置上 保持或切离 着原有的转座子。
? 造成插入位置上受体 DNA形成 正向重复
序列。
? 调节基因活动 的开关。
? 增加 同源序列的整合 。
C值矛盾
不同门类生物的 C值分布
基因特性
? 结构基因，调控基因
? 操纵子，操纵基因
? 断裂基因,Intron,Extron
? 重叠基因
? 跳跃基因，转座子
? C值矛盾
DNA分析方法与技术
组成 Hemoglobin的四种多肽链在发育中是变化的。
我们要做什么？
? 将庞大的 DNA链切成小的可操作片断。
? 对要保存和进一步研究的 DNA片断进
行扩增。
? 证明、获取 DNA片断中所需基因。
? 对感兴趣的片断进行表征。
限制性内切酶
常用限制性内切酶
种类及特性
W,Arber和 H,O,Smith
限制性内切酶的剪切方式
切点出现的频率及片断大小
部分消化和完全消化
DNA限制酶分析
其它工具酶
? 连接酶
T4 DNA Ligase 1967
? 修补工具酶
DNA聚合酶 I 大片断 Klenow 1971
? 末端加工酶
S1核酸酶, 碱性磷酸单脂酶
? 末端转移酶
人工加 polyA 或 polyT 尾
? 反转录酶
DNA扩增
PCR反应
DNA片断的克隆
载体,
A specialized DNA sequence that can enter
a living cell,signal its presence to an
investigator by conferring a detectable
property on the host cell,and provide a
means of replication for intself and
foreign DNA inserted into it,
载体的条件,
a 复制起点
b 适宜的限制酶切点
c 选择标记
载体的类型
克隆载体
穿梭载体
表达载体
质粒 噬菌体 人工染色体
质粒载体
噬菌体载体
粘粒载体
酵母人工染色体
基因文库的建立
A collection of DNA clones that
contains multiple copies of
nearly every fragment in the
whole genome inserted into a
suitable vector and placed into
storage.
重组 DNA的鉴定
遗传学方法
免疫学方法
如鸡的原肌球蛋白基因的检测
肌球蛋白的免疫血清为抗体
表达产物为抗原
重组 DNA的鉴定
核酸分子杂交
重组 DNA的鉴定
Southern杂交－检测 DNA
Southern杂交－检测 DNA
Northern杂交－检测 RNA
如何进行分子遗传研究？
? 限制性内切酶
? PCR
? 载体
? 基因文库
? DNA检测的几种方法
利用克隆,PCR、分子杂交方法
研究多元化的基因
基因类别
结构基因 包括编码结构蛋白和酶蛋白的基因，
也包括编码阻遏蛋白和激活蛋白的基因。
调控基因 包括调节基因、启动基因和操纵基因。
Operon:
rDNA,tDNA……
思考
? 操纵子 （ operon）？
? 操纵基因 （ operator）？
? 调节基因 （ regulatory gene）？
操纵子
J,Monod与 F,Jacob
断裂基因（ Splite Gene）
? 70年代由 R,J,Roberts和 P,A,Sharp首先报道。
10S?珠蛋白前体 RNA以及其 15S?珠蛋白 mRNA
与小鼠 ?珠蛋白基因杂交形成 R环的电镜图
Intron,Extron
卵清蛋白基因及其与 mRNA或 cDNA的杂交图
1978年,Gilbert提出内含子、外显子概念。
mRNA剪切
插入序列的生物学功能
1 在 mRNA加工中改变拼接方式或途径可
以增加基因片断的利用，使 DNA信息储
藏量增加 。
2 内含子的存在可能 有利于进化 过程。
3 控制 RNA拼接系统可以 调控基因 的表达。
4 内含子的 相对性 。
肌球蛋白轻链 LC1与 LC3基因
TATA TATA AATAAA
1 2 3 4 5 6 7 8 9
转录
加 工
1 4 5 6 7 8 9 polyA
LC1mRNA
LC3mRNA
2 3 5 6 7 8 9
酵母细胞色素 b基因的内含子 2参与编码成熟酶，成熟
酶又反过来参与内含子 2的剪接，产生成熟的 mRNA
内含子编码内切酶
插入序列与间隔区
?插入序列
内含子
?间隔区
转录间隔区
非转录间隔区
剪切的思考
－ Crick1978年提出的几个问题
? 剪切作用若是通过酶来作用的，酶是 如
何识别 RNA上特定位点 的？
? 剪切酶有没有 特异性？不同 RNA是否需
要不同的酶？
? 切除的 RNA是以 线状还是环状 存在的？
命运如何？
? 内含子有无 调控 作用？
前体 mRNA的拼接
? 核酶的发现及意义
1981年,T,Cech和 S,Altman
? 剪接识别顺序
Chambons rule GT------AG
? 内含子结构
? SnRNA在 RNA剪接中的作用。
(small nuclear RNA)
U-SnRNA 90-400nt
编码核苷酸比实际多,Why？
? 1978年,Sanger分析了 ΦΧ174中的
核苷酸,5386个。
? 9个基因，编码 2000个氨基酸。
?
? Barrell（ Sanger实验室）
重叠基因
噬菌体 ?X174的重叠基因
各基因的功能,A,DNA单链合成和双链的复制； B,C,D，单链的
合成和（或）包装； F,G,H，噬菌体衣壳的结构蛋白； J，参与病
毒颗粒构成的一种小的碱性蛋白； K，产物未知； E，细胞裂解
基因重叠的方式
? 包含
? 首尾重叠
? 三个基因的三重重叠
? 反向重叠
? 操纵子重叠
跳跃基因
1950年,B,McClintock发现玉米中的 Ac-Ds系统。
转座子
转座子转移
原核生物的转座模型
转座带来的基因重排
转座子的遗传学效应
? 引起 插入突变 。
? 插入位置上出现 新基因 。
? 原来位置上 保持或切离 着原有的转座子。
? 造成插入位置上受体 DNA形成 正向重复
序列。
? 调节基因活动 的开关。
? 增加 同源序列的整合 。
C值矛盾
不同门类生物的 C值分布
基因特性
? 结构基因，调控基因
? 操纵子，操纵基因
? 断裂基因,Intron,Extron
? 重叠基因
? 跳跃基因，转座子
? C值矛盾
DNA分析方法与技术
组成 Hemoglobin的四种多肽链在发育中是变化的。
我们要做什么？
? 将庞大的 DNA链切成小的可操作片断。
? 对要保存和进一步研究的 DNA片断进
行扩增。
? 证明、获取 DNA片断中所需基因。
? 对感兴趣的片断进行表征。
限制性内切酶
常用限制性内切酶
种类及特性
W,Arber和 H,O,Smith
限制性内切酶的剪切方式
切点出现的频率及片断大小
部分消化和完全消化
DNA限制酶分析
其它工具酶
? 连接酶
T4 DNA Ligase 1967
? 修补工具酶
DNA聚合酶 I 大片断 Klenow 1971
? 末端加工酶
S1核酸酶, 碱性磷酸单脂酶
? 末端转移酶
人工加 polyA 或 polyT 尾
? 反转录酶
DNA扩增
PCR反应
DNA片断的克隆
载体,
A specialized DNA sequence that can enter
a living cell,signal its presence to an
investigator by conferring a detectable
property on the host cell,and provide a
means of replication for intself and
foreign DNA inserted into it,
载体的条件,
a 复制起点
b 适宜的限制酶切点
c 选择标记
载体的类型
克隆载体
穿梭载体
表达载体
质粒 噬菌体 人工染色体
质粒载体
噬菌体载体
粘粒载体
酵母人工染色体
基因文库的建立
A collection of DNA clones that
contains multiple copies of
nearly every fragment in the
whole genome inserted into a
suitable vector and placed into
storage.
重组 DNA的鉴定
遗传学方法
免疫学方法
如鸡的原肌球蛋白基因的检测
肌球蛋白的免疫血清为抗体
表达产物为抗原
重组 DNA的鉴定
核酸分子杂交
重组 DNA的鉴定
Southern杂交－检测 DNA
Southern杂交－检测 DNA
Northern杂交－检测 RNA
如何进行分子遗传研究？
? 限制性内切酶
? PCR
? 载体
? 基因文库
? DNA检测的几种方法
