人教版教学课件基因的表达、基因对性状的控制

基因的表达及其调控基因表达是生命过程中的核心机制它决定了生物体的特征和功能本课程将深入探讨基因表达的过程及其精密调控机制分子结构核苷酸双螺旋结构碱基配对DNA和RNA的基本组成单位，由磷酸DNA的特征结构，由两条互补的核苷A与T（或U），G与C通过氢键配对、五碳糖和碱基构成酸链组成，确保遗传信息的稳定性的复制与转录DNADNA解旋1解旋酶打开双螺旋结构，暴露出单链DNA模板引物合成2引物酶合成短的RNA引物，为DNA合成提供起始点链延伸3DNA聚合酶沿着模板链合成新的互补链校对修复4校对酶检查并修复可能出现的错误，确保复制的准确性的转录和加工RNA转录起始RNA聚合酶结合到DNA的启动子区域链延长RNA聚合酶沿着DNA模板链合成互补的RNA链转录终止RNA聚合酶在终止信号处停止转录并释放新生RNARNA加工新生RNA经过剪接、加帽和加尾等修饰过程蛋白质的合成转录1DNA信息被转录成mRNA翻译起始2核糖体识别mRNA起始密码子肽链延长3氨基酸按mRNA指令依次连接翻译终止4遇到终止密码子，肽链释放基因的调控转录水平调控1控制基因转录的开启和关闭转录后调控2调节RNA的加工、稳定性和运输翻译水平调控3控制蛋白质的合成速率蛋白质水平调控4调节蛋白质的修饰和降解启动子定义结构位于基因上游的DNA序列，控制包含TATA盒、CAAT盒等保守序基因转录的起始列元件功能调控提供RNA聚合酶和转录因子的结启动子强度决定基因表达的水平合位点和时空特异性转录因子识别特异序列激活或抑制转录转录因子能识别并结合到DNA上的特通过招募或阻碍RNA聚合酶来调控基定序列因表达协同作用多个转录因子可以相互作用，精细调控基因表达抑制因子定义作用机制调控网络能够抑制基因表达的蛋白质分子通过与DNA结合或与激活因子竞争来阻抑制因子与激活因子共同构成复杂的基止基因转录因调控网络操纵子1234结构基因启动子操纵基因调节基因编码功能蛋白的基因群RNA聚合酶结合位点调控蛋白结合位点编码调控蛋白的基因基因表达的调控转录调控1控制基因转录的启动和终止RNA加工调控2通过选择性剪接调控基因表达翻译调控3控制蛋白质的合成速率和数量蛋白质修饰4通过磷酸化等修饰调节蛋白质活性基因对性状的控制基因型决定表型多基因控制基因携带的遗传信息决定生物许多性状由多个基因共同控制体的特征环境影响环境因素也会影响基因的表达和性状的形成基因与表型基因型基因表达生理过程表型个体携带的特定基因组合基因被转录和翻译成蛋白质蛋白质参与各种生理活动最终表现出的可观察特征显性和隐性显性基因隐性基因在杂合子中表现出来的基因即使只有一个拷贝，也能决定表型在杂合子中被掩盖的基因需要两个拷贝才能表现出来基因组行为基因相互作用表观遗传调控不同基因之间可能存在复杂的相互作用DNA甲基化和组蛋白修饰影响基因表达基因网络基因组稳定性多个基因形成调控网络，共同影响表型DNA修复机制维持基因组的完整性单基因遗传孟德尔遗传1遵循分离定律和自由组合定律完全显性2杂合子表现为显性等位基因的表型共显性3杂合子同时表现两个等位基因的特征不完全显性4杂合子表现出中间型表型多基因遗传加性效应1多个基因的效应累加上位效应2一个基因影响另一个基因的表达多效性3一个基因影响多个性状基因互作4不同基因之间相互作用环境与遗传基因-环境相互作用表观遗传修饰适应性进化环境因素可能影响基因的表达某些基环境因素可能导致DNA甲基化等表观遗环境压力可能导致某些基因型在种群中因在特定环境下才会表现传修饰，影响基因表达得到保留和传递性状的表达基因激活特定基因在适当时间和组织中被激活转录与翻译基因信息被转录成RNA并翻译成蛋白质蛋白质功能蛋白质在细胞中执行特定功能表型形成蛋白质的作用最终导致可观察的性状量化遗传学遗传力QTL分析衡量遗传因素对表型变异的贡献定位控制数量性状的基因座程度选择反应基因组选择预测选择对性状的影响利用全基因组信息进行育种选择遗传变异突变重组基因流DNA序列的改变，可能影响基因功能染色体交换，产生新的等位基因组合不同种群间的基因交流基因突变点突变插入或缺失单个核苷酸的改变，可能导致核苷酸的增加或丢失，可能导氨基酸改变致移码突变染色体结构变异基因组变异包括倒位、缺失、重复和易位整个染色体数目的改变基因重组同源染色体配对1减数分裂时，同源染色体相互靠近交叉互换2同源染色体之间发生DNA片段交换独立分配3重组的染色体随机分配到配子中新组合形成4受精时，来自不同亲本的重组染色体结合连锁遗传连锁定义重组频率遗传图谱位于同一染色体上的基因倾向于一起遗连锁基因间的重组频率反映了它们在染基于重组频率构建的基因相对位置图传连锁程度取决于基因间的距离色体上的相对位置频率越低，距离越对于理解基因组织和进行遗传分析至关近重要性染色体遗传X连锁遗传Y连锁遗传位于X染色体上的基因遵循特殊的遗传模式只在男性中表现的基因，通过Y染色体传递剂量补偿性别决定X染色体失活机制平衡雌雄个体的基因表达SRY基因在Y染色体上，决定性别发育细胞质遗传线粒体DNA叶绿体DNA母系遗传，影响能量代谢在植物中，通常由母本遗传质粒在细菌中，可独立于染色体复制基因工程基因分离从生物体中提取目标基因基因改造修饰或重组DNA序列基因转移将改造后的基因导入宿主细胞表达筛选检测并筛选出成功表达的转基因生物克隆技术供体细胞准备1选择并培养供体体细胞去核卵细胞制备2从卵细胞中去除细胞核核移植3将供体细胞核转移到去核卵细胞中电融合与激活4融合细胞并激活胚胎发育胚胎培养与移植5培养早期胚胎并移植到代孕母体生物技术未来展望个性化医疗1基于个体基因组信息的精准治疗基因编辑作物2高产、抗病、营养强化的新品种合成生命3设计和构建人工生命系统基因驱动技术4控制有害生物种群的新方法。