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文献综述
肌抑素基因的结构、功能及应用
何俊，宣莹莹，吴兵兵，陈究成，
刘贺山，朱俊靖，傅衍，牛冬
*
（浙江大学动物科学学院，浙江杭州310029）
摘要：肌抑素（myostatin ）属于TGF-β超家族成员，是动物骨骼肌生长的主要负调控因子。对肌抑素基因及其功能的研究，有助于提高畜禽的
产肉性能和肉品质，也有利于治疗人类肌萎缩症等肌肉疾病。另外，肌抑素还具有降低脂肪含量，修复骨组织等功能。本文对肌抑素基因的结构、功能及应用进行了简要概述。
关键词：肌抑素；骨骼肌；基因结构和功能；负调控因子中图分类号：S813
文献标识码：A
文章编号：0529-
5130（2011）03-0094-04长久以来，畜禽饲养产业的一个重要经济指标，
就是肌肉的产量和质量。育种学家一直寻求培育出肉质优良，瘦肉率高，饲料转化率高的畜禽品种。1997年发现一种新的生长因子，对肌肉生长具有负调节作用，证明属于TGF-β（转化生长因子-β）超家族，
命名为肌抑素（myostatin ）［1］
。研究证明肌抑素的表达及基因多态性和肌肉的数量呈正相关
［2－3］
。著名的
比利时蓝牛和皮尔蒙特牛具有天然的肌肉肥大特性，
称为双肌牛。该双肌性状正是由于肌抑素基因的突变造成的
［4－5］
。不仅如此，肌抑素在治疗人类肌肉萎缩
症和肌营养不良等顽疾方面也有重要应用，对其的研究目前已成为分子生物学领域的一大热点。
1
肌抑素及其基因的结构
肌抑素是TGF-β超家族的成员，又称为GDF-8（生长分化因子-8）。McPherron 等［1］以小鼠肌抑素基因的C 端cDNA 为探针，筛选克隆人、鼠、猪、牛、
羊、鸡等动物的肌抑素基因，分析序列结果得出，在不同物种之间肌抑素基因中编码活性氨基酸的序列具有高度保守性，人、鼠、猪和鸡之间保守性更达到100%。人的肌抑素基因位于染色体的2q33.2，有3个外显子和2个内含子穿插而成，有3个转录起始
位，转录的mRNA 为3.1kb ［6］
。小鼠的肌抑素基因仅1个阅读框，编码376个氨基酸。牛的肌抑素基因也有2个内含子和3个外显子，第1和第2个外显子的长度分别为506和374bp ，由于poly （A ）（聚A 结构）的不同，第3个外显子有不同的长度，1701、
收稿日期：2010-11-15
基金项目：浙江省科技计划优先主题重点国际科技合作项目（2009C14022）；浙江省科技计划公益性农业项目（2009C32079）。
作者简介：何俊（1986-），男，博士研究生。
*通讯作者：牛冬，副教授，主要从事动物遗传育种与繁殖研究，E-
mail ：annieseh@https://www.doczj.com/doc/0b10584416.html, 。1812或1887bp ，转录起始位在起始子上游133bp ，
且仅有1个。猪的肌抑素基因位于染色体15q2.3［1］
。肌抑素合成后被分泌到肌细胞外形成前体蛋白。位于前部的是糖基化位点，接着是由4个氨基酸（RSRR ）组成的蛋白酶加工位点，即活性区域。在此区域蛋白被酶切，N-端为疏水性的信号肽和前体蛋白序列，C-端含有9个保守的半胱氨酸残基，由二硫键形成二聚体，再分泌到血液中，只有二聚体形式
的肌抑素才能和受体结合并发挥其生物学功能［7］
。
肌抑素虽属于TGF-β超家族，但与其他成员同
源性较低，最高仅45%，故归为新的一类生长因子，GDF-8。它与其他的TGF-β超家族成员（如激活素A ）比较，虽然氨基酸序列以及总体结构大致相同，但螺旋结构处有较大不同，激活素A 有一系列的甘氨酸和丝氨酸残基，而肌抑素则是较多的疏水性的氨
基酸残基［8］
。因此，肌抑素除了能有效的与TGF-β1型受体Alk5（激活素受体样激酶-5）结合，也能结合Alk4（激活素受体样激酶-4）受体，而活化素A 仅能结合后者
［9］
。
2肌抑素的表达区域
研究表明，肌抑素在机体很多部位都有不同程度
地表达。利用Western-blot （蛋白质印迹法）和免疫组织化学方法发现，肌抑素在猪的肺脏、肝脏、小
脑、胰脏、脾脏、心脏、脂肪等组织中均有较多分布，在肾脏、子宫和骨骼肌中相对较少，主要在存在肌细胞的组织中分布，在肝脏中沿肝被皮向肝内组织分布逐渐降低。鸡和牛肌抑素也在类似的组织中表达。另外，在鸡的乳腺中也发现肌抑素的表达。牛的不同肌肉组织中有不同的表达，后肢中后肢肌、股二头肌和半膜肌表达量最高，其余部位较低，而在隔膜肌和心肌中则未发现其表达
［10］
。除哺乳动物外，鱼
类肌抑素的表达区域更为广泛，Ko 等［11］
发现除骨骼
肌外，肌抑素还在眼、腮、大脑、性腺等组织中表达，甚至在幼鱼期都能发现肌抑素的表达，可见鱼类中肌抑素的作用和哺乳动物不同，可能并非负调控肌肉生长。
肌抑素在动物胚胎发育时期就能检测到，一般在出生后含量较高，断奶后降低，成年后该基因继续表达，几乎在所有骨骼肌中均有表达，不同动物以及同种动物不同组织表达变化的时间会有所差异。Hosoyama等［12］在血清中发现有肌抑素的存在，且其含量在出生后升高，断奶后逐渐降低。
肌抑素在不同体型物种间的表达程度可能存在差异。研究牛和鼠的肌抑素基因，发现二者活性氨基酸序列基本相同，但是二者长度相同（1200bp）的启动子之间存在的一定的结构差别，包括1个TATA 框，1个CACCC框，2个富含AT碱基区域（AT1和AT2）和1个回文结构（PAL），结果导致了鼠的肌肉当中肌抑素的表达量远远高于牛的肌肉。将牛肌抑素基因启动子插入到鼠肌抑素基因上，鼠肌抑素的表达量明显降低。进一步研究发现，鼠肌抑素基因启动子的TATA框、CACCC框和AT1序列突变成牛肌抑素基因启动子的相应序列后，其表达量明显降低，而AT2和PAL的突变结果则相反［13］。然而是否所有不同体型的动物品种间都存在这种差别，还有待进一步研究证实。
3肌抑素的功能
肌抑素通过细胞质内的TGF-β信号转导分子Smads，将信号直接从细胞膜传到细胞核，控制MyoD（肌源性决定因子）的活性，信号分子通过与碱性区及调控区的E框结合，干扰MyoD-E-box的形成，抑制成肌细胞的分化及形成肌管，从而阻碍了肌肉的生长［14］，将细胞停留在G1期，而不能到S 期［15］。然而也有研究认为，肌抑素还能影响肌细胞从G2期进入到M期。肌抑素的作用可能是通过p21（细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂家族成员）进行调控的，因为在相关试验处理中发现p21水平和肌抑素正相关。Thomas等［16］发现，在p21水平上升的同时Cdk2（细胞周期素依赖性激酶-2）蛋白有所降低，增加了p21与Cdk2的比率，导致Cdk2活性下降。通过免疫沉淀反应发现，肌抑素可通过syndecan-4（多配体聚糖-4）和PKC-alpha（蛋白激酶C-α）反应传导信号到细胞核［17］，可见肌抑素的信号转导途径不止一种。
通过基因敲除试验发现，试验组比对照组的小鼠个体大，重量是其2 3倍，而且是由肌肉增加造成的，且肌肉结构正常，肌纤维比对照组增加约50%，胫骨肌的增幅更高达80%［1］。后来的试验也发现了类似的结果，骨骼肌纤维数目比野生型高出86%，DNA含量增加约50%［18］，说明肌抑素的负调节作用是包括抑制骨骼肌肌纤维数量和体积增加的双重效果。
研究还发现试验组小鼠的脂肪含量也相应减少，肌抑素基因突变纯和体的小鼠比野生型的脂肪减少70%［18－19］，但肌抑素对脂肪的沉积作用是通过直接作用于脂肪代谢过程还是由于骨骼肌信号反应缺失而间接影响脂肪代谢，目前尚不清楚。
除了对肌肉发育有负调控作用，肌抑素缺失的小鼠的骨骼骨痂的大小比野生型多60%，比杂合型多20% 25%，骨组织面积比野生型增加40%，比杂合型增加约20%［20－21］。由此可知，肌抑素的生物作用不仅限于其对肌肉发育的调节作用，还对骨骼修复起到一定效果，至于其作用机理以及肌抑素是否还有其他生物学功能，还需深入研究。
4肌抑素的应用
由于肌抑素对骨骼肌发育具有明显的调节功能，对其的研究和应用成为提高畜禽生产性能的一个重要途径。天然肌抑素基因突变形成的双肌牛，如比利时蓝牛和皮尔蒙特牛，不但瘦肉率高，产肉性能好，饲料利用率和肉质也比一般肉牛好。然而随之而来的缺陷则是繁殖能力的降低，如性成熟推迟以及成活率较低。因此，一般生产只用双肌公牛作为父本，通过人工授精与普通母牛杂合产生的后代作为饲养肉牛。肌抑素基因敲除的“超级鼠”的成功，则为解决这一瓶颈提供了一条新的思路。
目前已有一些用基因工程表达的肌抑素蛋白来免疫动物的研究报道。马现永等［22］用大肠杆菌表达的猪肌抑素蛋白肌肉注射25日龄小白鼠和21日龄雏鸡，分别饲养至95d和98d后与对照组相比，注射肌抑素的小白鼠体重最高增加17.17%，鸡体重最高增加14.27%。吕文发等［23］用大肠杆菌表达的鸡肌抑素蛋白肌肉注射免疫25日龄小白鼠并观察生长状况，结果与对照组相比小鼠体重明显增加。马毅等［24］应用重组鸡肌抑素蛋白注射母鼠，注射后对照组和试验组在妊娠后期2组之间体重出现差异，分娩后这种差异消失，而仔鼠出生重量在2处理组中差异极显著。Ma等［25］将猪肌抑素的重组蛋白注射小鼠，试验组比对照组平均体重增加10.5%，差异显著。还有研究用大肠杆菌表达的重组牛肌抑素蛋白经纯化、复性后接种小鼠，结果复性高剂量组小鼠体重的增长与对照组相比差异显著［26］。
另一方面，肌抑素在治疗人类一些疾病方面成了
一个新的突破口。如肌肉萎缩症，肌营养不良，甚至艾滋病以及其他疾病导致的肌肉不可逆的萎缩和散失，都检测到高浓度的肌抑素，可以认为肌抑素是导致这些现象的罪魁祸首。Liu等［27］建立了一个坐骨神经损伤的模型，在鼠的腓肠肌内，观察肌肉萎缩和肌抑素表达量的情况，发现在28d内肌肉萎缩情况呈抛物线变化，而肌抑素表达量则呈一条正好相反的抛物线。Hamrick等［28］发现当抑制肌抑素功能后，萎缩的肌肉可以逐渐恢复。卵泡抑素又称激活素结合蛋白（follistatin），本是一种能很好抑制肌抑素活性的糖蛋白，但缺点是其同时也抑制其他TGF-β超家族成员，相反FLRG（卵泡抑素关联基因）和GASP-1（生长和分化相关因子相关血清蛋白-1）则特异性强，较之卵泡抑素更为可行［8，29－30］。Kinouchi等［31］利用RNA 干扰技术，以端胶原（atelocollagen）作为介导，将特定的siRNAs（干扰性核糖核酸）制成纳米粒结构，注入正常和肌肉病变鼠的肌肉和静脉中，特异性地引起局部和全身性的肌抑素基因mRNA沉默，数周后所有老鼠的肌肉都出现明显增长。这为肌肉萎缩的治疗提供了一条安全有效的新途径。国外的制药公司也开发了一种名为MYO-029的抗体蛋白，已进入临床试验阶段，对肌肉萎缩患者是个福音，但伴随的也有对该药作为兴奋剂被滥用的质疑，可见建立规范的使用制度和检测方法也须同步。
对肌抑素的研究表明，它除了负调控骨骼肌生长外，还有其他作用，如帮助骨痂的形成，抑制脂肪细胞增殖生长等，对损伤骨组织的修复以及治疗日益增长的肥胖症等也有新的启发。对肌抑素的全面了解亟待进一步的深入研究。
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对我国家禽常见营养代谢病临床诊疗
与防控研究的概述
王仍瑞1，2，谢侃1，王小龙1*，孙卫东1*
（1．南京农业大学动物医学院，江苏南京210095；
2．厦门动植物检验检疫局，福建厦门361012）
摘要：本文对家禽营养代谢病的概念（或定义）、我国学者近年来对国内家禽常见营养缺乏症以及代谢性疾病的临床诊疗与防控研究概况及成就作了简要的综述，并为减少因家禽营养代谢病造成损失所必须进行的防控研究方向提出了一些建议。
关键词：家禽营养缺乏症；家禽代谢病；临床诊疗；防控研究的成就与建议
中图分类号：S858.3文献标识码：A文章编号：0529-5130（2011）03-0097-07
家禽营养代谢疾病是指家禽营养性疾病（avian nutritional diseases）和家禽代谢紊乱性疾病或称家禽代谢病（avian metabolic disorder）的总称。前者是指家禽机体所需的某些营养物质绝对性和相对性的缺乏所致的疾病；后者是指由诸如遗传因素、内分泌紊乱、或其他因素所引起的家禽机体内的一个或多个代谢过程异常，进而导致家禽机体内环境紊乱而发生的疾病。在兽医临床上家禽营养缺乏症（avian nutritional deficiency）是家禽代谢病中较为常见多发的一种。在我国改革开放的初期尤为常见。
收稿日期：2010-11-11
基金项目：江苏省自然科学基金“HIF-1对肉鸡VEGF等的调控及FSKX对其信号通路的影响”（BK2008340）；国家自然科学基金（30571366）。
作者简介：王仍瑞（1984-），女，助理兽医师。
*通讯作者：王小龙，教授，主要从事畜禽营养代谢病防控方面的研究，E-mail：wangxiaolong888@https://www.doczj.com/doc/0b10584416.html,；孙卫东，副教授，主要从事畜禽营养代谢病防控方面的研究，E-mail：swd100@https://www.doczj.com/doc/0b10584416.html,。
近年来，由于养禽业集约化程度不断提高，人们不断地追求饲料转换率（feed conversion ratio，FCR），使家禽营养代谢病有与日俱增之势，加之其所造成的经济损失相当可观，因此家禽营养代谢病业已引起国内外学者与养殖者的密切关注。他们从病因学、病理学、营养学、分析化学和饲料分析等多学科相互交叉的角度对家禽营养代谢病进行研究。
综观国内外家禽营养代谢病防治研究的历史，大致可呈现出以下趋势和特点：一方面，人们正从单一的营养缺乏症研究逐步转变为对那些抑制生长，减弱免疫能力和养分之间相互作用的更为复杂、更为微妙的研究中去。例如：对某些发育性疾病的研究（肉鸡腹水综合征，肉鸡猝死综合征，肉鸡胫骨软骨发育不良）已成为国内外肉鸡业三大研究热点课题。另外，在养殖业中滥用抗生素与添加剂的现象，已经对那些片面追求“FCR”
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真核细胞的基因结构 在遗传学上通常将能编码蛋白质的基因称为结构基因。真核生物的结构基因是断裂的基因。一个断裂基因能够含有若干段编码序列，这些可以编码的序列称为外显子。在两个外显子之间被一段不编码的间隔序列隔开，这些间隔序列称为内含子。每个断裂基因在第一个和最后一个外显子的外侧各有一段非编码区，有人称其为侧翼序列。在侧翼序列上有一系列调控序列(图1)。 调控序列主要有以下几种：①在5′端转录起始点上游约20～30个核苷酸的地方，有TA TA框(TATA box)。TA TA框是一个短的核苷酸序列，其碱基顺序为TATAATAAT。TA TA 框是启动子中的一个顺序，它是RNA聚合酶的重要的接触点，它能够使酶准确地识别转录的起始点并开始转录。当TATA框中的碱基顺序有所改变时，mRNA的转录就会从不正常的位置开始。②在5′端转录起始点上游约70～80个核苷酸的地方，有CAAT框(CAAT box)。CAAT框是启动子中另一个短的核苷酸序列，其碱基顺序为GGCTCAATCT。CAAT框是RNA 聚合酶的另一个结合点，它的作用还不很肯定，但一般认为它控制着转录的起始频率，而不影响转录的起始点。当这段顺序被改变后，mRNA的形成量会明显减少。③在5′端转录起始点上游约100个核苷酸以远的位置，有些顺序可以起到增强转录活性的作用，它能使转录活性增强上百倍，因此被称为增强子。当这些顺序不存在时，可大大降低转录水平。研究表明，增强子通常有组织特异性，这是因为不同细胞核有不同的特异因子与增强子结合，从而对不同组织、器官的基因表达有不同的调控作用。例如，人类胰岛素基因5′末端上游约250个核苷酸处有一组织特异性增强子，在胰岛素β细胞中有一种特异性蛋白因子，可以作用于这个区域以增强胰岛素基因的转录。在其他组织细胞中没有这种蛋白因子，所以也就没有此作用。这就是为什么胰岛素基因只有在胰岛素β细胞中才能很好表达的重要原因。④在3′端终止密码的下游有一个核苷酸顺序为AA TAAA，这一顺序可能对mRNA的加尾(mRNA尾部添加多聚A)有重要作用。这个顺序的下游是一个反向重复顺序。这个顺序经转录后可形成一个发卡结构(图2)。发卡结构阻碍了RNA聚合酶的移动。发卡结构末尾的一串U与转录模板DNA中的一串A之间，因形成的氢键结合力较弱，使mRNA与DNA杂交部分的结合不稳定，mRNA就会从模板上脱落下来，同时，RNA聚合酶也从DNA上解离下来，转录终止。AA TAAA顺序和它下游的反向重复顺序合称为终止子，是转录终止的信号。
细菌基因组的结构和功能 细菌和病毒一样同属原核生物，因而细菌基因组的结构特点在许多方面与病毒的基因组特点相似，而在另一些方面又有其独特的结构和功能。本节首先介绍细菌染色体基因组的一般结构特点，然后再具体介绍大肠杆菌染色体基因组 的结构和功能。 1细菌染色体基因组结构的一般特点 （1）细菌的染色体基因组通常仅由一条环状双链 DNA分子组成细菌的染色体相对聚集在一起，形成一 个较为致密的区域，称为类核（nucleoid）。类核无 核膜与胞浆分开，类核的中央部分由RNA和支架蛋白 组成，外围是双链闭环的DNA超螺旋。染色体DNA通 常与细胞膜相连，连接点的数量随细菌生长状况和不同的生活周期而异。在DNA链上与DNA 复制、转录有关的信号区域与细胞膜优先结合，如大肠杆菌染色体DNA的复制起点（OriC）、复制终点（TerC）等。细胞膜在这里的作用可能是对染色体起固定作用，另外，在细胞分裂时将复制后的染色体均匀地分配到两个子代细菌中去。有关类核结构的详细情况目前尚不清楚。 （2）具有操纵子结构（有关操纵子结构详见基因表达的调控一章）其中的结构基因为多顺反子，即数个功能相关的结构基因串联在一起，受同一个调节区的调节。数个操纵子还可以由一个共同的调节基因（regulatorygene）即调节子（regulon）所调控。 （3）在大多数情况下，结构基因在细菌染色体基因组中都是单拷贝但是编码rRNA的基因rrn往往是多拷贝的,这样可能有利于核糖体的快速组装，便于在急需蛋白质合成时细胞可以在短时间内有大量核糖体生成。 （4）和病毒的基因组相似，不编码的DNA部份所占 比例比真核细胞基因组少得多。 （5）具有编码同工酶的同基因（isogene）例如，在 大肠杆菌基因组中有两个编码分支酸（chorismicacid） 变位酶的基因，两个编码乙酰乳酸（acetolactate）合成 酶的基因。 （6）和病毒基因组不同的是，在细菌基因组中编码 顺序一般不会重叠，即不会出现基因重叠现象。 （7）在DNA分子中具有各种功能的识别区域如复制 起始区OriC，复制终止区TerC,转录启动区和终止区等。 这些区域往往具有特殊的顺序，并且含有反向重复顺序。
第二章基因组的结构与功能 （一）选择题 A 型题 1．原核生物染色体基因组是 A．线性双链DNA分子 B．环状双链DNA分子 C．线性单链DNA分子 D．线性单链RNA分子 E．环状单链DNA分子 2．真核生物染色体基因组是 A．线性双链DNA分子 B．环状双链DNA分子 C．线性单链DNA分子 D．线性单链RNA分子 E．环状单链DNA分子 3．有关原核生物结构基因的转录，叙述正确的是 A．产物多为多顺反子RNA B．产物多为单顺反子RNA C．不连续转录 d．对称转录 E．逆转录4．原核生物的基因组主要存在于 A．质粒 B．线粒体 C．类核 D．核糖体 E．高尔基体 5．下列有关原核生物的说法正确的是 A．原核生物基因组DNA虽然与蛋白结合，但不形成真正的染色体结构 B．结构基因中存在大量的内含子 C．结构基因在基因组中所占比例较小 D．原核生物有真正的细胞核 E．基因组中有大量的重复序列 6．下列有关原核生物的说法不正确的是 A．原核生物的结构基因与调控序列以操纵子的形式存在B．在操纵子中，功能上关联的结构基因串联在一起C．在一个操纵子内，几个结构基因共用一个启动子 D．操纵元件也是结构基因E．基因组中只存在一个复制起点 7．真核生物染色质中的非组蛋白是 A．碱性蛋白质B．序列特异性DNA结合蛋白C．识别特异DNA序列的信息存在于蛋白上 D．不能控制基因转录及表达E．不参与DNA分子的折叠和组装 8．真核生物染色质的基本结构单位是 A．α-螺旋B．核小体 C．质粒 D．?-片层 E．结构域 9．关于真核生物结构基因的转录，正确的说法是 A．产物多为多顺反子RNAB．产物多为单顺反子RNAC．不连续转录D．对称转录E．新生链延伸方向为3'→5' 10．外显子的特点通常是 A．不编码蛋白质B．编码蛋白质C．只被转录但不翻译D．不被转录也不被翻译E．调节基因表达11．下列有关卫星DNA说法错误的是 A．是一种高度重复序列 B．重复单位一般为2~10 bp C．重复频率可达106 D．能作为遗传标记 E．在人细胞基因组中占5%~6%以上 12．下列有关真核生物结构基因的说法不正确的是 A．结构基因大都为断裂基因 B．结构基因的转录是不连续的 C．含有大量的重复序列 D．结构基因在基因组中所占比例较小 E．产物多为单顺反子RNA 13．染色体中遗传物质的主要化学成分是 A．组蛋白 B．非组蛋白 C．DNA D．RNA E．mRNA 14．真核生物染色质中的组蛋白是 A．酸性蛋白质 B．碱性蛋白质 C．一种转录因子 D．带负电荷 E．不带电荷 15．指导合成真核生物蛋白质的序列主要是 A．高度重复序列 B．中度重复序列 C．单拷贝序列 D．卫星DNA E．反向重复序列
病毒、真核和原核生物的基因组结构特点 病毒基因组结构特点： 1.病毒基因组所含核酸类型不同 2.不同病毒基因组大小相差较大 3.病毒基因组可以是连续的也可以是不连续的 4.病毒基因组的编码序列大 5.基因可以是连续的也可以是间断的 6.病毒基因组都是单倍体和单拷贝 7.基因重叠 8.病毒基因组功能单位或转录单位 9.病毒基因组含有不规则结构基因 （1）几个结构基因的编码区无间隔 （2）结构基因本身没有翻译起始序列 （3） mRNA没有 5’端的帽结构 原核生物基因组结构特点： 1.细菌等原核生物的基因组是一条双链闭环的DNA分子 2.具有操纵子结构 3.原核基因组中只有1个复制起点 4.结构基因无重叠现象 5.基因序列是连续的，无内含子，因此转录后不需要剪切 6.编码区在基因组中所占的比例远远大于真核基因组，但又远远小于病毒基 因组。非编码区主要是一些调控序列
7.基因组中重复序列很少 8.具有编码同工酶的基因 9.细菌基因组中存在着可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子 10.在DNA分子中具有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制终止区、转 录启动区和终止区等。这些区域往往具有特殊的序列，并且含有反向重复序列 真核生物基因组结构特点： 1）真核基因组远远大于原核生物的基因组。 2）真核基因具有许多复制起点，每个复制子大小不一。每一种真核生物都有一定的染色体数目，除了配子为单倍体外，体细胞一般为双倍体， 即含两份同源的基因组。 3）真核基因都出一个结构基因与相关的调控区组成，转录产物的单顺反子，即一分子mRNA只能翻译成一种蛋白质。 4）真核生物基因组中含有大量重复顺序。 5）真核生物基因组内非编码的顺序（NCS）占90%以上。编码序列占5%。 6）真核基因产断列基因，即编码序列被非编码序列分隔开来，基因与基因内非编码序列为间隔DNA，基因内非编码序列为内含子，被内含子隔 开的编码序列则为外显子。 7）真核生物基因组功能相关的基因构成各种基因家族，它们可串联在一起，亦可相距很远，但即使串联在一起成族的基因也是分别转录的。 8）真核生物基因组中也存在一些可移动的遗传因素，这些DNA顺序并无明显生物学功能，似科为自己的目的而级织，故有自私DNA之称，其移 动多被RNA介导，也有被DNA介导的。
第四章基因的结构和功能 一、教学目的和要求： １掌握基因概念及其发展； 2 掌握基因的重组测验 3 理解利用顺反试验、互补试验鉴定两个突变型是否属于同一基因的原理； 4 了解缺失作图的原理 二、教学重点： １基因概念及其发展； 2 基因的重组测验 三、教学难点： 缺失作图的原理 四、教学方法： 面授并辅以多媒体教学 五、教学内容 基因是一个特定的DNA或RNA片段，但并非一段DNA或RNA都是基因。 第一节基因的概念一、基因概念的发展 （一）遗传“因子”：孟德尔认为，生物性状的遗传由遗传因子所控制，性状本身不遗传。（二）染色体是基因的载体：摩尔根实验证明基因位于染色体上，并呈直线排列，提出了遗传学是连锁交换规律，建立了遗传的染色体学说，为细胞遗传学奠定了重要基础。并由此提出基因既是一个功能单位，是一个突变单位，也是一个交换单位的“三位一体”概念。∴经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功能单位。（三）DNA是遗传物质：1928年Griffith首先发现了肺炎球菌的转化，证实DNA是遗传物质而非蛋白质；Avery用生物化学的方法证明转化因子是DNA而不是其他物质。 （四）基因是有功能的DNA片段 20世纪40年代Beadle和Tatum提出一个基因一个酶的假说，沟通了蛋白质合成与基因功能的研究 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，明确了DNA的复制方式。 1957年Crick 提出中心法则，61年提出三联体遗传密码，从而将DNA分子结构与生物体结合起来 1957年Benzer用大肠杆菌T4噬菌体为材料，分析了基因内部的精细结构，提出了顺反子（cistor)的概念，证明基因是DNA分之上一个特定的区段，是一个功能单位，包括许多突变位点（突变子），突变位点之间可以发生重组（重组子） 理论上，一个基因有多少对核苷酸对就有多少突变子和的重组子，实际上，突变子数少于核苷酸对数，重组子数小于突变子数。 总之：顺反子学说打破了“三位一体”的基因概念，把基因具体化为DNA分子上特定的一段顺序--- 顺反子，其内部又是可分的，包含多个突变子和重组子。 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年法国分子生物学家Jacob和Monod通过对大肠杆菌乳糖突变体研究，提出了操纵子学说（operon theory）。阐明了基因在乳糖利用中的作用。
核酸的结构与功能. 一、选择题 （一） A 型题 1 ．核酸的基本组成单位是 A ．磷酸和核糖 B ．核苷和碱基 C ．单核苷酸 D ．含氮碱基 E ．脱氧核苷和碱基 2 ． DNA 的一级结构是 A ．各核苷酸中核苷与磷酸的连接键性质 B ．多核苷酸中脱氧核苷酸的排列顺序 C ． DNA 的双螺旋结构 D ．核糖与含氮碱基的连接键性质 E ． C 、 A 、 U 、 G 4 种核苷酸通过3′ , 5′- 磷酸二酯键连接而成 3 ．在核酸中，核苷酸之间的连接键是 A ．糖苷键 B ．氢键 C ．3′ ,5′- 磷酸二酯键 D ．1′ , 3′- 磷酸二酯键 E ．2′ ,5′- 磷酸二酯键 4 ．核酸中稀有碱基含量最多的是 A ． rRNA B ． mRNA C ． tRNA D ． hnRNA E ． snmRNA 5 ．核酸的最大紫外光吸收值一般在 A ． 280nm B ． 260nm C ． 240nm D ． 200nm E ． 220nm 6 ．有关核酸酶的叙述正确的是 A ．由蛋白质和 RNA 构成 B ．具有酶活性的核酸分子 C ．由蛋白质和 DNA 构成的 D ．专门水解核酸的核酸 E ．专门水解核酸的酶 7 ． DNA 与 RNA 彻底水解后的产物是 A ．戊糖不同，碱基不同 B ．戊糖相同，碱基不同 C ．戊糖不同，碱基相同 D ．戊糖不同，部分碱基不同 E ．戊糖相同，碱基相同 8 ．关于 DNA 的二级结构，叙述错误的是 A ． A 和 T 之间形成三个氢键， G 和 C 之间形成两个氢键 B ．碱基位于双螺旋结构内侧 C ．碱基对之间存在堆积力 D ．两条链的走向相反 E ．双螺旋结构表面有大沟和小沟 9 ．关于 mRNA 叙述正确的是 A ．大多数真核生物的 mRNA 在5′ 末端是多聚腺苷酸结构 B ．大多数真核生物的 mRNA 在5′ 末端是 m 7 GpppN- C ．只有原核生物的 mRNA 在3′ 末端有多聚腺苷酸结构 D ．原核生物的 mRNA 在5′ 末端是 m 7 GpppN- E ．所有生物的 mRNA 分子中都含有稀有碱基 10 ．关于 DNA 热变性的描述正确的是 A ． A 260 下降 B ．碱基对可形成共价键连接
问：基因组学、转录组学、蛋白质组学、结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学研究有哪些特点？ 答：人类基因组计划完成后生物科学进入了人类后基因组时代，即大规模开展基因组生物学功能研究和应用研究的时代。在这个时代，生命科学的主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组研究和蛋白质组研究等。以功能基因组学为代表的后基因组时代主要为利用基因组学提供的信息。 基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学(struc tural genomics)和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学(functional genomics)。结构基因组学代表基因组分析的早期阶段，以建立生物体高分辨率遗传、物理和转录图谱为主。功能基因组学代表基因分析的新阶段，是利用结构基因组学提供的信息系统地研究基因功能，它以高通量、大规模实验方法以及统计与计算机分析为特征。 功能基因组学(functional genomics)又往往被称为后基因组学(postgenomics)，它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。 基因的功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等采用的手段包括经典的减法杂交，差示筛选，cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，但这些技术不能对基因进行全面系统的分析。新的技术应运而生，包括基因表达的系统分析，cDNA微阵列，DNA芯片等。鉴定基因功能最有效的方法是观察基因表达被阻断或增加后在细胞和整体水平所产生的表型变异，因此需要建立模式生物体。 功能基因组学