有谁知道《遗传学》中,什么是重叠基因?什么是断裂基因?

有谁知道《遗传学》中,什么是重叠基因?什么是断裂基因?
有谁知道《遗传学》中,什么是重叠基因?什么是断裂基因?

有谁知道《遗传学》中,什么是重叠基因?什么是断裂基因?
重叠基因（everlapping gene）：指两个或两个以上的结构基因共同一段DNA顺序的现象
重叠基因

原核生物和一些病毒或噬菌体的基因组比较小,核苷酸对是极其有限的,那么怎样有效地利用这些有限碱基来编码更多的遗传信息呢?在生物中存在着一种十分巧妙的机制——重叠基因 (overlapping gene).它的道理就像我们古代的回文诗一样,如：
莲人在绿杨津
采 一
玉漱声歌新阙
其读法是：采莲人在绿杨津,在绿杨津一阙新,一阙新歌声漱玉,歌声漱玉采莲人.本来需要28个字才能表达完的一首诗,现在利用前后两句之间的几个字的重叠,结果只用了14个字就完成了.重叠基因也正是如此,利用碱基的重叠来编码更多的信息.
重叠基因是在1977年首先发现的,当时美国著名的科学家Sanger建立了测序方法,他就用这种测序方法对环状单链的噬菌体F×174进行了测序.结果测出其基因组由5386个核苷酸组成,共有11个基因,构成3个转录单位,由3个启动子（pA,pB,pD）启动.（图10-4）基因的产物都已被分离,它们所含的氨基酸已远远地超过了5386个碱基所能编码的量,即F-174含有的5386Nt最多能编码1795个氨基酸,若每个氨基酸的平均分子量为110,则总的蛋白质分子量为197,000D,但实际测出的蛋白质总分子量却为262,000D.将全部DNA顺序和蛋白质的氨基酸顺序进行比较,发现B基因在A0基因之中,K基因跨在A-C两基因的连接处,和A0基因的尾部,C基因的首部相重叠,E基因在D基因内部.类似的情况在别的噬菌体如G4、微小病毒和SV40也有发现.重叠基因不仅可经济利用基因组,而且可能起表达调控的作用

重叠基因仅在噬菌体和病毒中存在,在真核生物中尚未发现重叠基因.这可能因为前者基因组比较小,但又必须要编码一些维持其生命和繁殖的基因,在选择的压力下,保留了这种重叠基因的形式.
在本世纪70年代以前,人们一直认为遗传物质是双链DNA,在上面排列的基因是连续的.Robert and Sharp彻底改变了这一观念.他们以腺病毒作为实验对象,因为它的排列序列同其他高等动物很接近,包括人.结果发现它们的基因在DNA上的排列由一些不相关的片段隔开,是不连续的.
他们的发现改变了科学家以往对进化的认识,对于现代生物学的基础研究以及生物进化论具有重要的奠基作用,对于肿瘤以及其他遗传性疾病的医学导向研究,亦具有特别重要的意义.
真核生物的基因组十分复杂,DNA的含量也比原核生物的大得多.噬菌体由于基因组很小,但又要编码一些必不可少的蛋白,碱基显然不够用,这样不仅几乎所有的碱基都参加编码,而且在进化中还出现了“重叠基因”,以有限的基因编码更多的遗传信息.真核基因组正好相反,DNA十分富余,这样不仅无需“重叠基因”,而且很多序列不编码,如重复序列、间隔序列 (spacer) 和间插序列(intervening sequence) 即内含子(intron)等.但不编码并不等于没有功能.有的我们可能还不了解,如重复序列.间隔区和间插序列这两个概念是不同的,间隔区是指基因间不编码的部分,有的转录称转录间隔区（TS）,有的不转录称为非转录间隔区(NTS）.间插序列是指基因内部不编码的区域,也称内含子,在初始转录本中存在此序列,但在加工后将被切除掉,所以常不作为翻译的信息.间隔区常常含有转录的启动子和其它上游调节序列.有的内含子也可以编码,如成熟酶和内切酶等.
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3-3).
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TATA框(TATA box). TATA框是一个短的核苷酸序列,其碱基顺序为TATAATAAT.TATA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AATAAA,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3-4).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.AATAAA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.