真核生物基因组
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第七章真核生物的遗传分析重点:真核生物的基因组;真菌的遗传分析;真核生物重组的分子机制。
难点:顺序四分子分析。
第一节真核生物基因组一、C值悖论二、N值悖论三、真核生物基因组DNA的复杂度一、C值悖论基因组(genome):一个物种单倍体的染色体数目及其所携带的全部基因称为该物种的基因组。
genome -- The complete set of sequences inthe genetic material of an organism. Itincludes the sequence of each chromosomeplus any DNA in organelles.C值(C-value):是指生物体的单倍体基因组所含DNA总量。
每种生物各有其相对恒定的C值,不同物种的C值之间有很大差别。
最小的C值是支原体,小于106bp;最大的C值是某些显花植物和两栖动物,可达1011bp。
C值同生物的进化有什么关系? 生物的C值,即基因组的DNA总量是不是随着生物的进化而相应地增加?一方面,随着生物结构和功能复杂程度的增加,需要的基因数量和产物种类越多,因此C值也相应地增加。
另一方面,在结构与功能相似的同一类生物中,以及亲缘关系很近的物种之间,则看不到这种规律。
因此,物种的C值及其进化复杂性之间没有严格的对应关系,这种现象称为C值悖理(C —value paradox)。
C-value paradox:the lack of direct relationshipbetween the C value and phylogenetic complex.人们对C值悖理已经提出许多解释:包括基因组的部分或完全加倍、转座、返座已加工假基因、DNA 复制滑动、不等交换和DNA扩增等。
Petrov等又提出一个解释是:各种生物基因组的大小是由于基因组中长期积累起来的过量的非编码DNA被清除的速率不同所造成的结果,即DNA丢失的速率愈慢,那么基因组DNA含量愈高。
真核生物的基因组结构与功能分析真核生物是指在生命进化过程中逐渐形成的一类生物,其基本特征之一是存在真核细胞核。
真核生物的基因组结构较为复杂,包含多个线性染色体和一些质粒。
对基因组结构的分析与理解,对于揭示其生物功能和进化机制是至关重要的。
一、真核生物的基因组结构真核生物的基因组大小较大,同一物种不同个体之间的基因组大小存在较大的差异。
基因组大小与细胞大小和复杂度之间存在着类似关联性。
人类基因组大小约为3亿个碱基对,其中蛋白编码基因仅占大约2%。
真核生物的基因组在基本结构上与细菌大相径庭,主要包括以下几个方面。
1. 染色体染色体是真核生物中最重要、最基本的遗传物质,是基因在生物体内的物质传递介质,是遗传信息的载体。
在精细结构上,真核细胞中存在很多复杂的染色体结构,如核小体、类固醇激素受体、平衡染色体等。
2. 基因组复制真核生物的基因组复制主要包括原核生物和真核生物的不同模式,其中原核生物中存在着DNA单线复制机制,而真核生物则采用DNA复制机器进行自我复制。
与原核生物不同的是,真核生物的DNA复制机器必须满足染色体的线性特性和复杂的三维结构,包括多个酶和蛋白质。
3. 基因只读基因只读是指通过读取基因组中的基因序列,进而达到生物高效功能表达和调节的过程。
真核生物基因组的序列阅读具有高度异质性,不同物种、不同个体之间存在大量的序列差异,这在一定程度上阻碍了对真核生物的功能研究。
二、真核生物的基因组功能分析真核生物的基因组分析主要包括以下几个方面。
1. 蛋白编码基因预测蛋白编码基因是真核生物基因组的重要组成部分,对真核生物的基因组进行蛋白编码基因预测,可以揭示其生物功能和进化机制。
目前,已经建立了多种基于序列、结构、相对位置等的蛋白编码基因预测算法与工具,如Glimmer、InterProScan、Pfam等。
2. 生物信息分析真核生物的基因组分析需要大量的计算资源和分析工具,这就需要借助生物信息学的手段来实现。
简述真核生物基因组的结构特点
真核生物基因组的结构特点总结归纳如下:
1真核基因组庞大,一般都远大于原核生物的基因组。
2真核基因组存在大量的重复序列。
3真核基因组的大部分为非编码序列,占整个基因组序列的90%以上,该特点是真核生物与细菌和病毒之间最主要的区别。
4真核基因组的转录产物为单顺反子。
5真核基因是断裂基因,有内含子结构。
6真核基因组存在大量的顺式作用元件,包括启动子、增强子、沉默子等。
7真核基因组中存在大量的DNA多态性。
DNA多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异,主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性。
8真核基因组具有端粒结构。
真核生物基因组的特点
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一、真核生物基因组的特点
1、复杂的基因组
真核生物基因组通常非常复杂,其中含有各种各样的基因、控制序列和非编码序列。
真核生物基因组中存在的基因分布是非常分散的,而且基因的编码信息也相当复杂,所以被称为复杂的基因组。
2、高度信息密度
真核生物基因组的高度信息密度可以满足细胞机能的复杂性和
多样性。
真核生物基因组中的基因可作为特定机能的关键,其在基因组中的位置也很重要,因为基因的表达在基因组的某个特定位置受到其他一些基因的控制。
3、高基因重复率
真核生物基因组中存在一定水平的基因重复,这些重复序列的存在大大提高了基因组的复杂性和密度。
这些基因重复也可以用来检测基因定位因子及其功能。
4、特定的基因组结构
真核生物基因组的结构一般按照特定的模式进行组织,以适应生物体的特定需求。
这种结构使基因组中的基因能够更有效地执行其功能,这样就可以保证生物体的正常运行。
5、动态平衡
真核生物基因组具有非常复杂的结构,但它们之间仍然具有一定
程度的动态平衡。
这种动态平衡使得基因组能够不断地随着环境和活动变化进行改变和调节,从而保证生物体的正常运行和进化。
基因组的特点真核生物基因组的特点:1.基因组较大。
真核生物的基因组由多条线形的染色体构成,每条染色体有一个线形的DNA分子,每个DNA分子有多个复制起点;2.不存在操纵子结构。
真核生物的同一个基因簇的基因,不会像原核生物的操纵子结构那样,转录到同一个mRNA上;3.存在大量的重复序列。
真核生物的基因组里存在大量重复序列,通过其重复程度可将其分成高度重复序列、中度重复序列、低度重复序列和单一序列;4.有断裂基因。
大多数真核生物为蛋白质编码的基因都含有“居间序列”,即不为多肽编码,其转录产物在mRNA前体的加工过程中被切除的成分;5.真核生物基因转录产物为单顺反子;6.功能相关基因构成各种基因家族。
原核生物基因组的特点:1.基因组较小,通常只有一个环形或线形的DNA分子;2.通常只有一个DNA复制起点;3.非编码区主要是调控序列;4.存在可移动的DNA序列;5.基因密度非常高,基因组中编码区大于非编码区;6.结构基因没有内含子,多为单拷贝,结构基因无重叠现象;7.重复序列很少,重复片段为转座子;8.有编码同工酶的等基因;9.基因组的大部分序列是用来编码蛋白质的,基因之间的间隔序列很短;10.功能相关的序列常串连在一起,由共同的调控元件调控,并转录成同一mRNA分子,可指导多种蛋白质的合成,这种结构称操纵子。
病毒基因组的特点:1.不同病毒基因组大小相差较大;2.不同病毒基因组可以是不同结构的核酸;3.除逆转录病毒外,通常为单倍体基因组;4.有的病毒基因组是连续的,有的病毒基因组分节段;5.有的基因有内含子;6.病毒基因组大部分为编码序列;7.基因重叠,即同一段DNA片段能够编码两种或两种以上的蛋白质分子,这种现象在其他生物细胞中仅见于线粒体和质粒DNA。
真核生物是一类拥有真正的细胞核的生物。
它们的基因组结构与原核生物不同,具有以下几个特点:1.基因组大小不一:真核生物的基因组大小不一,从数百万到数十亿个碱基对不等。
这是因为真核生物的基因组中不仅包含编码蛋白质的基因,还包含其他功能基因,如调控基因、功能未知基因等。
2.基因组有组织结构:真核生物的基因组呈现出组织结构,分布在染色体上。
染色体是由DNA 和蛋白质构成的,在细胞核内进行染色体分离和细胞分裂过程中发挥重要作用。
3.基因组中含有多种基因:真核生物的基因组中含有多种基因,包括编码蛋白质的基因、调控基因、功能未知基因等。
这些基因在基因组中的分布不均匀,有的集中在染色体的某些区域,有的分布在整个基因组的各个部分。
4.基因组中含有冗余信息:真核生物的基因组中含有大量冗余信息,即同一基因的多个副本。
这是因为真核生物的基因组经常经历染色体重组,使得同一基因的多个副本分布在染色体的不同位置,从而增加了基因组的冗余度。
冗余信息在基因组的稳定性中起着重要作用,可以在基因组遭受损伤时提供替代品。
5.基因组中含有跨基因区:真核生物的基因组中含有跨基因区,即与编码蛋白质无关的DNA 序列。
这些序列可能具有调控基因表达的功能,也可能是遗传信息的载体。
跨基因区在基因组的结构和功能中发挥着重要作用。
总的来说,真核生物的基因组结构具有复杂性和多样性,与原核生物相比具有较大的差异。
这些差异决定了真核生物的生物学特征,如多倍体、染色体分离、细胞分裂、发育等。
研究真核生物的基因组结构,不仅有助于我们了解真核生物的生物学特征,还能为我们提供重要的基础知识,帮助我们解决生物学问题。
真核生物细胞核基因组的特点
真核生物细胞核基因组与原核生物基因组相比,具有以下主要特点:
1.基因组大小更大
真核生物细胞核基因组的大小通常在几百万到几十亿碱基对之间,大大超过原核生物。
这是由于真核基因组包含大量的非编码DNA序列。
2.线性分子结构
真核生物的DNA分子以线性形式存在于细胞核内,而不是环状结构。
3.含有间隔子
真核基因的编码序列常常被非编码的内含子序列所间隔,需要剪切才能形成成熟mRNA。
而原核基因一般不含内含子。
4.基因组分为多条染色体
真核基因组通常由多条线性染色体DNA分子组成,每条染色体携带成百上千个基因。
5.含有大量重复序列
真核基因组中存在大量的高度重复和中度重复的非编码DNA序列。
6.基因表达受精细调控
真核生物基因的转录和翻译过程受多种调控机制的复杂调节,如染色质重塑、转录因子等。
7.存在序列可移动性
真核基因组中存在转座子和反转录病毒等可移动的DNA序列元件。
8.基因组进化较缓慢
由于真核生物有性生殖,其基因组进化速率较原核生物慢。
总的来说,真核生物细胞核基因组不仅规模大、结构复杂,而且基因表达和进化模式也与原核生物有所不同,反映了真核生物更高级的遗传调控水平。
真核生物基因组的特点 -回复
真核生物基因组的特点有以下几个方面:
1. 基因组大小:真核生物的基因组通常比原核生物和病毒的基因组要大。
真核生物基因组的大小范围广泛,从几万个碱基对到几十亿个碱基对不等。
2. 基因密度:相比于原核生物,真核生物的基因密度较低。
真核生物的基因通常具有较多的非编码区域和间隔序列。
3. 基因副本数:真核生物的基因组中存在许多基因家族,即多个亲缘关系密切的基因。
这些基因可能会经历基因重复、基因家族扩张等过程。
4. 内含子:真核生物基因组的基因通常具有内含子,即非编码序列片段,它们在基因转录后会被剪切掉。
5. 组蛋白修饰:真核生物基因组的DNA通常被染色质蛋白修饰,以调控基因的表达。
这些修饰包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化、甲基化等。
6. 染色体结构:真核生物的基因组通常以染色体的形式存在,染色体是DNA与蛋白质组成的复杂结构,能够保护和组织基因。
总的来说,真核生物基因组相比于原核生物基因组更为复杂。
这些特点反映了真核生物对更高级的基因调控和功能的需求。