第四章 基因精细结构的遗传分析
学习要点：
１ 基因概念及其发展；
2 最小重组值及其计算
3 利用顺反试验、互补试验鉴定两个
突变型是否属于同一基因的原理；
4 缺失作图的原理
第一节 基因的概念
一 基因的概念及其发展
（一）遗传因子 由 1866年 孟德尔提出
(二）染色体是基因载体 由 1910年 Morgan证实
1926 Morgan发表, 基因论,
一个基因一个酶 1941Beadle,Tatum提出
（三） DNA是遗传物质 1944年,Avery证明
（四）基因是一段有功能的 DNA序列
DNA双螺旋模型 1953年 Watson和 Crick提出
遗传中心法则 1957年 Crick提出
顺反互补试验 1957年 Benzer提出：顺反子
三联遗传密码的破译 Nirenberg等 1961-67年：
70年代：可移动基因的证实、隔裂基因和重叠基因的发现等。
近代基因的概念, 基因是一段有功能的 DNA序列，是一个
遗传功能单位，其内部存在有许多的重组子和突变子。
突变子,指改变后可以产生突变型表型的最小单位。
重组子,不能由重组分开的基本单位。
（五）操纵子模型,1961年 F Jacob和 Monod提出
(六 ) 跳跃基因和断裂基因的发现
二 基因的类别用其相互关系
（一） 结构基因,指为蛋白质氨基酸编码的基因。
（二） rRNA基因和 tRNA基因：只转录、不翻译的基因。
（三） 启动子和操纵子基因：不转录、不翻译，与相
关物结合，对转录起调控作用的基因。
三 基因和ＤＮＡ
DNA (1)
染色体 蛋白质 (1.5-2.5) 组蛋白 (1)
RNA (0.05) 非组蛋白 (0.5-1.5)
基因大小,500-6000bp;
第二节 重组测验
一 拟等位基因
拟等位基因,P100
例如：果蝇眼色：
红色,+
杏红色,Wa
白 色,W
其它色
P 杏红眼♀ X 白眼♂
Wa/Wa ? W/Y
F1 杏红眼
?
F2 杏红眼 白眼 红眼
1/1000
可能原因,A：基因突变
B：基因内重组
因为基因自然突变率很低（ 10-6）
因此，基因突变被排除
P 杏红眼 ♀ X 白眼 ♂
Wa + + W
Wa + Y
↓
F1 杏红 ♂ X 杏红眼 ♀
Wa + Wa +
Y + W
↓ ?
F2 杏红眼 杏红 杏红 白眼 红眼
Wa + Wa + Wa + W +
Wa + + W Y Y
基因内重组
+ +
Wa W 配子
+ + + + Wa W Wa W
Wa + 或 Y 或 Wa + Y
比较,F1 杏红♀ 基因型 红眼♀ 基因型
Wa + 反式 Wa W 顺式
+ W + +
→
二 噬菌体突变型
１ 快速溶菌突变型：
2 宿主范围突变型,
3 条件致死突变型：
表 4-1 野生型与几种突变型的区别
类 型 不同大肠杆菌平板上噬菌斑表型
B K(?) S
野生型 小噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑
rI 大噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑
rII 大噬菌斑 无噬菌斑（致死） 小噬菌斑
rIII 大噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑
1 噬菌体杂交实验
r47r+ X r+r104
B
10-6 10-2
B K(?)
亲组合,r47r+,r+r10,r+r+
重组合,r+r+,r47r104，
共 525 共 370
2 重组值的计算
重组值＝ 重组噬菌斑数 X 100％
总噬菌斑数
三 Benzer的重组测验
＝ 0.0141％
＝ 在 K(?)上生长的噬菌斑数 X2X100％
在 B上生长的噬菌斑数
＝ 370X102 X2 X100％
525X106
第三节 互补试验 P103
rIIA+B X rIIAB+
一 互补试验的概念和原理
1 互补试验的概念,
rII A+ B
rII A B+
EcoliK(?)
EcoliK(?)
rII A+ B
rII A B+
2 互补试验的原理
表型 有无功能互补 结论
反式, A+ B
A B+
反式, A+ B
A B+
3 互补试验方法 —— 斑点测试法
4 互补试验的意义
突变型 － 属同一顺反子
野生型 ＋ 属不同顺反子
二 顺反子（基因）
2 顺反试验,指将两个拟突变分别处于顺式和反式，
根据其表型确定两个突变是否是同一基因的试验。
3 判断方法, 顺式 反式 分析结论：两突变
+ +/- - + -/- +
表现型 野生型 野生型 属于两个顺反子
表现型 野生型 突变型 属于同一顺反子
1 顺反子的概念
三 基因内互补
1 基因内互补的机理
基因间互补 基因内互补
发生机率 普遍存在 只少数能发生
缺失突变 能发生互补 不能发生
酶活性 同野生型 明显低于野生型 （ 仅 25%）
2 基因内互补与基因间互补的区别
第四节 缺失作图
一 缺失的特点
1 多 bp的缺失；
2 具不可逆性；
3 有部分相同缺失突变型间不能通过重组恢复
野生型表型。
二 缺失作图的优点：简便、精确
三 缺失作图的条件
四 缺失作图的原理 P107
原理：凡是能重组的，点突变一定不在缺失区内；
凡是不能重组的，点突变一定在缺失区内。
五 缺失作图的方法
步骤：如图 4-7
1 将待测点突变（ X） 先与几个最大的缺失突变体
分别杂交，从中找出最小不重组和最大可重组
缺失突变；
2 从最小不重组区（ PB242）中减去与之重叠的最
大重组区（ A105） =点突变的位置（ A5区内）。
3 将点突变与 A5区内的几个缺失突变体分别杂交
根据结果确定：点突变就在 A5区内的 c2区内。
C2
第五节 断裂基因与重叠基因
一 隔裂基因：
1 概念：
隔裂基因,外显子内含子外显子内含子外显子内含子外显子
成熟 mRNA 帽 5′ AAAA… 拖尾序列
? 剪接加工
前体 mRNA
( hnmRNA)
? 转录
2 Chambon规则（ GT— AG规则）
内含子,5`端 G90T90———— A85G853`
可能是剪接酶的识别信号。
3 断裂基因的意义
（ 1） 有利于储存较多的遗传信息量；
（ 2） 有利于变异与进化；
（ 3） 增加重组机率；
（ 4） 内含子可能是调控装置 。
通读基因,指从起始密码 ATG开始到终止密码
为止,所核苷酸都为氨基酸编码基因 。
二 重叠基因
（一）重叠基因的概念 P110
重叠基因,是指两个或两个以上的基因共有
一段 DNA序列。
（二）重叠基因的发现, 1978年,Sanger
?X174DNA全长,5386核苷酸
编码的 9种蛋白全长,2000个氨基酸；
3X2000 = 6000核苷酸
（三）基因重叠的方式 如图 4-9
1 大基因内包含小基因,
如,B基因包含在 A基因内, E基因完全包含水量在 D基因内 。
2 前后两基因首尾重叠,
例 1,如：基因 D 终止
?X174DNA序列,5`— T— A— A— T— G— 3`重叠一个碱基
基因 J 起始
例 2,如：基因 A 终止
?X174DNA序列 5`—— A— T— G— A— 3` 重叠 4个碱基
基因 C 起始
3 三个基因之间重叠
基因 B phe 终止
基因 A ser Asp Glu
G4 DNA序列 -T-T-C-T-G-A-T-G-A-A-A-
基因 K 起始 Val
4 反向重叠
5 重叠操纵子
（三）基因重叠的意义及危害
第六节 基因的功能
一 先天性代谢缺陷与基因突变
1909年,Garrod发表“先天性代谢异常”
例如,蛋白质 蛋白质
? ?
苯丙氨酸 ? 酪氨酸 ? 3.4二羟苯丙氨酸
↓ ↓
对羟苯丙酮酸 黑色素
↓
尿黑酸
↓
乙酰醋酸
↓
CO2 + H2O
↓
苯丙酮酸
(苯丙酮尿症 )
(黑尿症 )
(白化病 )
二 一个基因一种酶假说
（一）生物合成过程
基因,a b c d
↓ ↓ ↓ ↓
酶,A B C D
代谢物,1 → 2 → 3 → 4 → 5
前体物 色素原 a 色素原 b 红色 紫色
检测的物质
A B C D E G
突 1 — — — + — +
2 — + — + — +
变 3 — — — — — +
4 — + + + — +
体 5 + + + + — +
突 变 型, 5 4 2 1 3
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
代谢过程, E → A → C → B → D → G
（二）突变型与合成缺陷
（三）一个基因一种酶的实验依据
1 精氨酸缺陷型
补充培养基, 鸟 aa 瓜 aa 精 aa
菌株 I ― ― ＋
精氨酸突变型 菌株 II － ＋ ＋
菌株 III ＋ ＋ ＋
分析得出, 基因 arg1 arg2 arg3
↓ ↓ ↓
酶 1 酶 2 酶 3
↓ ↓ ↓
前体物 ? 鸟 aa ? 瓜 aa ? 精 aa
（四）一个基因一种酶的局限性
(1) 并非所有的基因都为蛋白质编码；
(2) 有的酶由多个基因编码；
(3) 有的一个基因控制多个酶；
(4) 有的 RNA具有催化活性；
（五）一个基因一种酶假说的意义
学习要点：
１ 基因概念及其发展；
2 最小重组值及其计算
3 利用顺反试验、互补试验鉴定两个
突变型是否属于同一基因的原理；
4 缺失作图的原理
第一节 基因的概念
一 基因的概念及其发展
（一）遗传因子 由 1866年 孟德尔提出
(二）染色体是基因载体 由 1910年 Morgan证实
1926 Morgan发表, 基因论,
一个基因一个酶 1941Beadle,Tatum提出
（三） DNA是遗传物质 1944年,Avery证明
（四）基因是一段有功能的 DNA序列
DNA双螺旋模型 1953年 Watson和 Crick提出
遗传中心法则 1957年 Crick提出
顺反互补试验 1957年 Benzer提出：顺反子
三联遗传密码的破译 Nirenberg等 1961-67年：
70年代：可移动基因的证实、隔裂基因和重叠基因的发现等。
近代基因的概念, 基因是一段有功能的 DNA序列，是一个
遗传功能单位，其内部存在有许多的重组子和突变子。
突变子,指改变后可以产生突变型表型的最小单位。
重组子,不能由重组分开的基本单位。
（五）操纵子模型,1961年 F Jacob和 Monod提出
(六 ) 跳跃基因和断裂基因的发现
二 基因的类别用其相互关系
（一） 结构基因,指为蛋白质氨基酸编码的基因。
（二） rRNA基因和 tRNA基因：只转录、不翻译的基因。
（三） 启动子和操纵子基因：不转录、不翻译，与相
关物结合，对转录起调控作用的基因。
三 基因和ＤＮＡ
DNA (1)
染色体 蛋白质 (1.5-2.5) 组蛋白 (1)
RNA (0.05) 非组蛋白 (0.5-1.5)
基因大小,500-6000bp;
第二节 重组测验
一 拟等位基因
拟等位基因,P100
例如：果蝇眼色：
红色,+
杏红色,Wa
白 色,W
其它色
P 杏红眼♀ X 白眼♂
Wa/Wa ? W/Y
F1 杏红眼
?
F2 杏红眼 白眼 红眼
1/1000
可能原因,A：基因突变
B：基因内重组
因为基因自然突变率很低（ 10-6）
因此，基因突变被排除
P 杏红眼 ♀ X 白眼 ♂
Wa + + W
Wa + Y
↓
F1 杏红 ♂ X 杏红眼 ♀
Wa + Wa +
Y + W
↓ ?
F2 杏红眼 杏红 杏红 白眼 红眼
Wa + Wa + Wa + W +
Wa + + W Y Y
基因内重组
+ +
Wa W 配子
+ + + + Wa W Wa W
Wa + 或 Y 或 Wa + Y
比较,F1 杏红♀ 基因型 红眼♀ 基因型
Wa + 反式 Wa W 顺式
+ W + +
→
二 噬菌体突变型
１ 快速溶菌突变型：
2 宿主范围突变型,
3 条件致死突变型：
表 4-1 野生型与几种突变型的区别
类 型 不同大肠杆菌平板上噬菌斑表型
B K(?) S
野生型 小噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑
rI 大噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑
rII 大噬菌斑 无噬菌斑（致死） 小噬菌斑
rIII 大噬菌斑 小噬菌斑 小噬菌斑
1 噬菌体杂交实验
r47r+ X r+r104
B
10-6 10-2
B K(?)
亲组合,r47r+,r+r10,r+r+
重组合,r+r+,r47r104，
共 525 共 370
2 重组值的计算
重组值＝ 重组噬菌斑数 X 100％
总噬菌斑数
三 Benzer的重组测验
＝ 0.0141％
＝ 在 K(?)上生长的噬菌斑数 X2X100％
在 B上生长的噬菌斑数
＝ 370X102 X2 X100％
525X106
第三节 互补试验 P103
rIIA+B X rIIAB+
一 互补试验的概念和原理
1 互补试验的概念,
rII A+ B
rII A B+
EcoliK(?)
EcoliK(?)
rII A+ B
rII A B+
2 互补试验的原理
表型 有无功能互补 结论
反式, A+ B
A B+
反式, A+ B
A B+
3 互补试验方法 —— 斑点测试法
4 互补试验的意义
突变型 － 属同一顺反子
野生型 ＋ 属不同顺反子
二 顺反子（基因）
2 顺反试验,指将两个拟突变分别处于顺式和反式，
根据其表型确定两个突变是否是同一基因的试验。
3 判断方法, 顺式 反式 分析结论：两突变
+ +/- - + -/- +
表现型 野生型 野生型 属于两个顺反子
表现型 野生型 突变型 属于同一顺反子
1 顺反子的概念
三 基因内互补
1 基因内互补的机理
基因间互补 基因内互补
发生机率 普遍存在 只少数能发生
缺失突变 能发生互补 不能发生
酶活性 同野生型 明显低于野生型 （ 仅 25%）
2 基因内互补与基因间互补的区别
第四节 缺失作图
一 缺失的特点
1 多 bp的缺失；
2 具不可逆性；
3 有部分相同缺失突变型间不能通过重组恢复
野生型表型。
二 缺失作图的优点：简便、精确
三 缺失作图的条件
四 缺失作图的原理 P107
原理：凡是能重组的，点突变一定不在缺失区内；
凡是不能重组的，点突变一定在缺失区内。
五 缺失作图的方法
步骤：如图 4-7
1 将待测点突变（ X） 先与几个最大的缺失突变体
分别杂交，从中找出最小不重组和最大可重组
缺失突变；
2 从最小不重组区（ PB242）中减去与之重叠的最
大重组区（ A105） =点突变的位置（ A5区内）。
3 将点突变与 A5区内的几个缺失突变体分别杂交
根据结果确定：点突变就在 A5区内的 c2区内。
C2
第五节 断裂基因与重叠基因
一 隔裂基因：
1 概念：
隔裂基因,外显子内含子外显子内含子外显子内含子外显子
成熟 mRNA 帽 5′ AAAA… 拖尾序列
? 剪接加工
前体 mRNA
( hnmRNA)
? 转录
2 Chambon规则（ GT— AG规则）
内含子,5`端 G90T90———— A85G853`
可能是剪接酶的识别信号。
3 断裂基因的意义
（ 1） 有利于储存较多的遗传信息量；
（ 2） 有利于变异与进化；
（ 3） 增加重组机率；
（ 4） 内含子可能是调控装置 。
通读基因,指从起始密码 ATG开始到终止密码
为止,所核苷酸都为氨基酸编码基因 。
二 重叠基因
（一）重叠基因的概念 P110
重叠基因,是指两个或两个以上的基因共有
一段 DNA序列。
（二）重叠基因的发现, 1978年,Sanger
?X174DNA全长,5386核苷酸
编码的 9种蛋白全长,2000个氨基酸；
3X2000 = 6000核苷酸
（三）基因重叠的方式 如图 4-9
1 大基因内包含小基因,
如,B基因包含在 A基因内, E基因完全包含水量在 D基因内 。
2 前后两基因首尾重叠,
例 1,如：基因 D 终止
?X174DNA序列,5`— T— A— A— T— G— 3`重叠一个碱基
基因 J 起始
例 2,如：基因 A 终止
?X174DNA序列 5`—— A— T— G— A— 3` 重叠 4个碱基
基因 C 起始
3 三个基因之间重叠
基因 B phe 终止
基因 A ser Asp Glu
G4 DNA序列 -T-T-C-T-G-A-T-G-A-A-A-
基因 K 起始 Val
4 反向重叠
5 重叠操纵子
（三）基因重叠的意义及危害
第六节 基因的功能
一 先天性代谢缺陷与基因突变
1909年,Garrod发表“先天性代谢异常”
例如,蛋白质 蛋白质
? ?
苯丙氨酸 ? 酪氨酸 ? 3.4二羟苯丙氨酸
↓ ↓
对羟苯丙酮酸 黑色素
↓
尿黑酸
↓
乙酰醋酸
↓
CO2 + H2O
↓
苯丙酮酸
(苯丙酮尿症 )
(黑尿症 )
(白化病 )
二 一个基因一种酶假说
（一）生物合成过程
基因,a b c d
↓ ↓ ↓ ↓
酶,A B C D
代谢物,1 → 2 → 3 → 4 → 5
前体物 色素原 a 色素原 b 红色 紫色
检测的物质
A B C D E G
突 1 — — — + — +
2 — + — + — +
变 3 — — — — — +
4 — + + + — +
体 5 + + + + — +
突 变 型, 5 4 2 1 3
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
代谢过程, E → A → C → B → D → G
（二）突变型与合成缺陷
（三）一个基因一种酶的实验依据
1 精氨酸缺陷型
补充培养基, 鸟 aa 瓜 aa 精 aa
菌株 I ― ― ＋
精氨酸突变型 菌株 II － ＋ ＋
菌株 III ＋ ＋ ＋
分析得出, 基因 arg1 arg2 arg3
↓ ↓ ↓
酶 1 酶 2 酶 3
↓ ↓ ↓
前体物 ? 鸟 aa ? 瓜 aa ? 精 aa
（四）一个基因一种酶的局限性
(1) 并非所有的基因都为蛋白质编码；
(2) 有的酶由多个基因编码；
(3) 有的一个基因控制多个酶；
(4) 有的 RNA具有催化活性；
（五）一个基因一种酶假说的意义
