分子细胞遗传学技术64页PPT

五、基因突变
细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传 特征的变化。这种核酸序列的变化称为基因突变。
DNA序列中涉及单个核苷酸或碱基的变化称为点突变。点 突变通常有两种情况：一是一个碱基或核苷酸被另一种碱 基或核苷酸所替换；二是一个碱基的插入或缺失。
DNA链中某一个碱基被另一个所替换，这种替换的结果有 时可以不影响其所翻译的蛋白质的结构和功能。这种突变 称为同义突变。
二、基因的表达
• 1、转录 • 2、翻译
RNA分子是单链的，RNA在细胞核内产生，然后进入细 胞质，在蛋白质的合成中起重要作用。
RNA分子结构
RNA是核糖核酸的缩写，它与脱氧核糖核酸（DNA）的主要 差别在于： （1）RNA大多是单链分子； （2）含核糖而不是脱氧核糖； （3）4种核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶 （U）代替了胸腺嘧啶（T）。
（4） 原核和真核的mRNA一般都以AUG作为翻译起始的密 码子，GUG和UUG比较少见，但两者翻译的起始机制不同。原 核mRNA在5’端起始密码子AUG的上游有4~6个碱基的多嘌呤 序列，协助翻译过程的启动。在真核细胞中，转录完成后 mRNA被修饰加上了5’端帽子结构，该5’端帽子结构提供了
信号作用，使之能够从核内输送到细胞质，也让40S核糖体
1按 碱基互补的原则，合 成 一 条 单 链 RNA ， DNA 分子携带的遗传信息 被转移到RNA中，细胞 中的这一过程被称为 转录。转录发生在细 胞核中。
转录的开始与终止是 由启动子和终止子控 制的。
在真核生物细胞核中，DNA 链上具有不能编码蛋白质 的核苷酸片段即内含子和 编码蛋白质的核苷酸片段 即外显子。转录后新合成 的 mRNA 是 未 成 熟 的 mRNA ， 又称为前体mRNA或核内非 均一RNA，这些RNA需要经 过一定的加工过程。包括 剪 接 除 去 内 含 子 ， 5' 端 加 一个7-甲基鸟苷酸“帽子 ” 和 在 3' 端 加 上 一 个 多 聚 腺苷酸尾。

基因克隆和测序技术
基因克隆
基因克隆是指将特定的DNA片段插入到 载体中，通过复制和表达获得目的基因 的过程。基因克隆是基因工程的核心技 术之一，为基因功能研究和基因治疗提 供了重要的手段。
VS
基因测序
基因测序是指对DNA分子进行测定的技 术，通过测定DNA的序列，可以了解基 因的结构和功能，为基因诊断和治疗提供 依据。目前常用的基因测序技术有第二代 测序技术和第三代测序技术。
针对性的治疗方案。例如，针对肿瘤细胞的基因突变，可以设计特定的
靶向药物。
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干细胞治疗
通过对干细胞进行遗传修饰，可以用于治疗一些难以治愈的疾病，如
帕金森病、糖尿病等。细胞遗传学为干细胞治疗提供了理论基础和技术
支持。
细胞遗传学在农业中的应用
作物改良
通过基因工程手段，将优良性状基因导入农作物中，培育抗逆、 抗病、高产的转基因作物，提高农业生产效益。
基因表达调控是细胞对外部刺激和内部信号的响应，通过调 节转录和翻译过程来控制基因产物的合成。
突变和基因重组
突变是指基因序列的改变，可能导致 遗传信息的丢失或改变，影响基因表 达和蛋白质功能。
基因重组是生物体在DNA复制、修复 和细胞分裂过程中，染色体上基因的 重新排列组合过程。
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细胞周期和染色体数目变异
20世纪50年代以后，随着DNA双螺 旋结构的发现和分子生物学技术的不 断发展，分子遗传学逐渐成为研究重 点。
20世纪初，科学家们发现了染色体和 基因的存在，并开始研究它们在遗传 中的作用。
细胞遗传学的研究领域和方向
染色体结构和功能
研究染色体的组成、结构、复 制、分裂和重组等过程，以及
染色体异常与疾病的关系。

受精是指成熟获能后的精子与卵子结合形成 受精卵的过程。
23，X 23，Y
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第四节 基因组和基因
一、DNA是遗传物质
19世纪60年代，染色体含DNA能引起遗 传性状
20世纪初，倾向于染色体中的蛋白质是 遗传物质
1944年，Avery 等对肺炎双球菌的转化 实验研究证明了遗传物质是DNA，从而 奠定了分子遗传学的基础。
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1、有丝分裂
有丝分裂：指一个细胞分裂产生两个在遗传上与亲代完全相 同 的细胞的过程。
特点：DNA复制1次（染色体复制1次） 细胞分裂1次，产生2个子细胞 染色体数目仍是2n
意义：细胞增殖，子细胞保持了与母细胞相同的全套遗传物 质，从而保证了机体所有细胞的染色体数目恒定。
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有丝分裂的过程——细胞周期：指细胞从前
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3、粗线期 Pachytene stage
NO
四分体
特点： 1）二价体→四分体（tetrad） 2 ） tetrad 非 姐 妹 染 色 单 体 之 间 发 生 交 换 - 可 见 交 叉 crossing-over，染色体重组/gene重组，互换的C学基 础。 3）合成的DNA为P-DNA，以单链修复形式合成， 又称DNA修复形式合成，与chr中DNA重组有关。
第二章 遗传的细胞和分子基础
1
第一节 真核细胞的结构
第二节 人类染色体
第三节 细胞分裂 第四节 基因组和基因 第五节 基因突变
2
本章提示:
染色质（常染色质，异染色质，兼性异染色质， 结构异染色质） 减数分裂，过程，意义，细胞学基础 同源染色体 DNA结构的特征及生物学意义 Gene，基因组，单一顺序，重复顺序，基因家族， 基因簇，假基因，断裂基因 真核生物基因结构，线粒体基因组 基因突变，突变热点，突变类型，动态突变。

• 启动子：指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成
起始转录复合物的区域。
• 终止子：在转录过程中，提供转录终止信号的DNA序列
● 原核生物中的转录单位多为多顺反子，有操纵子构造；
真核生物中的转录单位多为单顺反子，无操纵子构造； ● 转录原点记为+1，其上游记为负值，下游记为正值
upstream start point
此说明什么？
1956年E. Volkin和 L.Astrachan：
用同位素脉冲一追踪标记：
说明T2噬菌体新合成的RNA的碱基比 和T2的DNA碱基比相似，而和细菌的碱 基比不同。由于T2感染细菌时注入的是 DNA，而在细胞里合成的是RNA
此说明什么？
最令人信服的证据是Hall.B.D和 Spiegeman. S
downstream
第二节 原核生物的转录
研究转录涉及到两个方面： 其一是RNA合成的酶学反响； 其二是RNA合成的起始、延伸、终止
和释放各阶段；
一．大肠杆菌的RNA聚合酶
大肠杆菌的RNA聚合酶是目前了解最详细的RNA聚合酶 在一个大肠杆菌细胞中，大约有7000个RNA聚合酶分子，
二、RNA合成和DNA复制的区 别
〔1〕转录时只有一条DNA链为模板，而复制时两条链 都可作为模板；
〔2〕转录时形成的DNA-RNA杂合双链不稳定，RNA 合成后释放；而DNA复制叉形成后一直翻开，新 链和模板链形成聚合双链；
〔3〕RNA合成不需引物，而DNA复制需引物； 〔4〕转录的底物是rNTP，复制的底物是dNTP； 〔5〕两者使用的聚合酶系不同。
DNA-RNA的杂交实验：
将T2噬菌体感染E.coli后产生的RNA别离 出来，分别与T2和E.coli的DNA进展分 子杂交，结果这种RNA只能和T2的DNA 形成“ 杂种〞链，而不能和E.coli的 DNA进展杂交。

兼性（功能）异染色质：指不同细胞类型或 不同发育时期出现的异染色质区。
1. 染色体的形态特征 2. 染色体的超微结构 3. 染色体的大小和数目 4. 染色体分带 5. 核型和核型分析
3 染色体的大小和数目 3.1 染色体的数目 同一物种的染色体数目是相对稳定的； 染色体数目有种属差异。 数目：大多数12-50条染色体； 瓶儿草1260条； 甲虫4条； 人类46条，22对常染色体， 2条性染色体。
到分裂后期，着丝粒分裂，两条染色单体分离。
1. 染色体的形态特征 2. 染色体的超微结构 3. 染色体的大小和数目 4. 染色体分带 5. 核型和核型分析
2 染色体的超微结构 染色质是一种纤维状结构，即染色质丝，
由若干核小体成串排列而成。
2.1 核小体
2.2 特殊结构的染色体
2.3 常染色质和异染色质
1.2 副缢痕和随体
副缢痕：每个染色体上除了主缢痕，个别染色体 上还有一个较淡的缢缩部位；
副缢痕常出现在短臂上，与随体相连； 随体：与副缢痕相连的圆形或椭圆形小体。 副缢痕往往与核仁的形成
有关，的粗线期，染色体上呈线性排列的 念珠状颗粒，是DNA局部收缩形成的。
2.2.2多线染色体
昆虫细胞多见。 特点： ①体积巨大： 染色体多次复制而不分离。 ②多线性：每条多线染色体由500-4000条解旋的染色
体合并在一起形成。 ③体细胞联会：同源染色体紧密配对，并合并成一
个染色体。 ④横带纹：染色后呈现出明暗相间的带纹。 ⑤膨突和环：某些带区疏松膨大，形成胀泡。此处
1.4 端粒
染色体上的末端染色粒，当缺失时，该染色 体无正常功能。
功能：保护染色体的完整性和稳定性，防止 染色体末端被酶解或两条染色体的端区融合、 丢失或重排。

操作简便，探针标记后稳定，可与多种技术结合， 可成功地帮助细胞遗传学家做出回顾性分析 方法敏感，能迅速得到结果，24小时就可以完成检测
人员培训较快
标本来源丰富，间期细胞，分裂中期细胞、分化或未分 化细胞及死亡或存活的细胞皆可以被检测
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FISH在白血病及实体瘤 中的应用
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方案
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多发性骨髓瘤
• 标准的预后指标 (与预后有关)
– 血清 β2-微球蛋白 – C-反应蛋白 (CRP) – 骨髓浆细胞形态学 – 浆细胞增殖 (浆细胞标记指标) – 基因组标记 (非常重要 )
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多发性骨髓瘤
应用FISH方法确定的三个预 后组 : – 预后差: t(4;14)(p16;q32); t(14;16)(q32;q23), 17p13- ( 24.7 个月) – 预后中等: 13q14(42.3 个月) – 预后好: 其他 (50.5 个 月)
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有丝分裂—中期的核型分析
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染色体组核型分析
• G-带 (Giemsa) – 富含AT的区域颜色较深 – 优点 • 能看到整个基因组 • 显示每一单个染色体 – 缺点 • 分辨率(5-10Mb) • 进行细胞培养
• 其他会用到的核型分析技术 – R, Q, C, 和 NOR 带
（1）诊断
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(2)微小残留病灶检测
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检测肿瘤细胞的常见方法
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(3)预后
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从DNA编码链上5’端到3’端方向的三联体核苷酸密码子（triplet codon）序列与蛋白质的N端到C端的氨 基酸序列相对应，这种对应关系称为遗传密码（genetic codon）。 DNA中的遗传信息是由信使RNA（messenger RNA, mRNA）介导而决定蛋白质的一级结构。 其中61个密码子编码各种氨基酸，3个密码子使蛋白质合成终止，故称终止密码子（termination codon）。 几种密码子编码同一种氨基酸，这称为密码子的简并性（degeneracy of the codon）。编码同一种氨基酸的 两种以上的密码子称为简并密码子（degenerate codon）或称同义密码子（synonym）。 密码子最后一位碱基因特异性降低的现象称为第三碱基的简并性（third-base degeneracy）。 除极少数例外，所有生物的遗传密码都是相同的，这种密码子的通用性（universality）表明生物是从共同 祖先而来的
1941年， Beadle和Tatum对粗糙脉孢菌 （Neurospora crassa）的进化突变型进行 研究时才发现了Garrod 的工作，明确提 出了“一个基因一个酶”（one gene-one enzyme）的理论。后来将“一个基因一 个酶”改为 “一个基因一种多肽”（one gene-one polypeptide）。这表明基因是通 过控制多肽的合成而影响生物遗传性状 的发育和表达（图1-4）。
1、分子遗传学的涵义 遗传学是以基因作为研究的核心，是研究基因的结构、功能、变异、传递和表达规律的学科。分 子遗传学是遗传学的一个分支学科，是在分子水平上研究基因的结构与功能以揭示生物遗传和变 异以及表达的分子机制。它研究的范畴包含基因在生命系统中的储存、组织结构、基因的复制与 传递的分子机制、基因表达与调控规律、基因表达产物的结构与功能、基因变异的分子机制、基 因在控制细胞分裂、生长和分化以及形态发生与个体发育中的作用机制 2、分子遗传学研究的任务 （1）研究遗传物质的分子结构与传递机制 遗传物质必须具备的特性是：①贮存并表达遗传信息；②.能把遗传信息传递给子代；③.物 理和化学性质稳定；④.含有遗传重组和变异的信息。 DNA；RNA；半保留复制， （2）研究遗传信息表达的分子机制 中心法则