来自当知百科
跳转到: 导航搜索
图1 几种不同生物的DNA复性曲线
图2 人工的DNA复性曲线

  在基因组脱氧核糖核酸中重复出现的核苷酸顺序。与此相对,只出现一次或少数几次的核苷酸顺序称为独特顺序或非重复顺序。凡是比真菌复杂的真核生物都含有数量可观的重复顺序,在原核生物中则尚未发现。研究重复顺序对了解生物进化和基因调控都有重要意义。

目录

复性动力学

  美国学者R.J.布里顿等在1968年首先通过 DNA分子的复性动力学研究证实了真核生物细胞中存在着重复顺序。加热可以使 DNA双链因碱基对间的氢键断裂而变为两条独立的单链,这一过程称为变性。逐渐降温又可以使两条互补的单链恢复成为双链,这一过程称为复性或退火。复性过程是二级反应,反应的速度取决于两个互补的单链片段相遇的机会,也就是取决于单链的浓度和反应时间。如果以复性的百分比为纵坐标,以反应时间(t,秒)和反应起始时的DNA单链的浓度(C0,核苷酸的克分子浓度)的乘积〔C0t,(克分子•秒)/升〕的对数为横坐标作图,则不同生物的DNA的复性进程常不相同(图1);总的趋势是生物的基因组越大,完成复性反应所需要的C0t值也愈大。复性达一半的 C0t值用C0t1/2表示。在特定的反应条件下,不同DNA有不同的C0t1/2值。它可以作为基因组的大小和顺序复杂性的表征。

  真核生物的DNA复性曲线通常不是一条简单的S型曲线,而是可以分解成为若干部分的复杂的曲线,说明它们的DNA顺序的复杂性。例如人的DNA复性曲线(图2)可以分解成为三个部分,分别代表高度重复顺序、中等重复顺序和非重复顺序。

类型

  各种不同类型的重复顺序的差别表现在三个方面:①每种重复顺序在基因组中出现的频率;②组成每个重复单位的核苷酸数;③每种重复顺序的特定的核苷酸顺序。 依照复性反应的 C0t值,可以将重复顺序分为高度重复顺序和中等重复顺序。前者的C0t1/2值一般在10-4~10-1之间,重复频率大于105,它们通常由简单的核苷酸顺序组成,每个重复单位的长度大约是10~300个核苷酸对。某些生物的细胞核内的 DNA经氯化铯密度梯度超离心后,在主带以外出现的一条卫星带,这是一部分碱基组成特殊而且高度重复的DNA,称为卫星DNA。卫星DNA是串联重复,在小鼠细胞总DNA中约占10%。卫星DNA往往分布在染色体着丝粒周围和端粒的异染色质区中。在显带染色中含卫星DNA的部位以C带的形式出现(见核型)。中等重复顺序的C0t1/2值一般在10-1~102之间,重复频率在102~105之间。 大部分中等重复顺序与基因组中的独特顺序相间排列,散布在整个基因组中,重复单位的一般长度大约是300±200个核苷酸对。许多中等重复顺序在细胞核中有它的相应的转录产物。至少有一部分这样的顺序属于有功能的基因,例如编码五种组蛋白的基因、核糖体RNA(rRNA)基因、5SRNA基因和各种转运RNA(tRNA)基因,这些基因在基因组中的重复频率往往在100~1000之间甚至更多。 它们在染色体上往往成串排列,形成基因簇。另一种特殊形式的重复顺序是倒置重复顺序,也称回文顺序。这是顺序相同而取向相反的重复顺序,C0t1/2值一般在10-5~10-4之间,变性后再复性时能在同一单链内形成“发夹”式构型。

  彼此间能够复性的重复单位的核苷酸顺序往往并不完全相同,这样一组重复顺序形成一个重复家族。实际上在任何一种生物中重复顺序都以重复家族的形式存在。在每种生物中一般都有若干重复家族;在相近的物种中存在着类似的重复家族。例如在人的基因组中有一个Alu重复家族(根据它们都有共同的限制酶 Alu的切点而命名)每个成员的长度大约是300个核苷酸对。Alu家族散布在整个基因组中。现在已经发现在灵长类以及其他哺乳动物中都有类似 Alu的重复家族。在这方面的研究将为基因组的进化提供重要的线索。

功能

  除了有已知基因功能的重复顺序外,有些重复顺序可以和核内不均一RNA中的成分进行分子杂交,这说明它们能够转录。但迄今还不能判明它们在细胞生命活动中的确切功能。此外还有一部分重复顺序,如卫星DNA则完全没有转录产物,它们显然不属于结构基因。

  目前对各种没有一般基因功能的重复顺序的生物学意义有几种推测:①一部分重复顺序可能是毫无意义的顺序,它们在基因组中随同其他DNA顺序一起复制,是基因组中的“寄生物”,或称“自私DNA”。②像卫星DNA这样的高度重复顺序可能参与染色体结构的维持,也可能与染色体配对和分离等行为有关,因此被称为“家务DNA”; ③一些散布的重复顺序可能作为基因间的间隔,组成所谓间隔 DNA;④部分中等重复顺序可能参与基因调控,因为曾经发现在动物个体发育的不同时期以及不同组织中所转录的重复顺序不同;⑤有些重复顺序在较长的进化过程中可能作为新基因的素材,因为重复顺序家族的成员似乎总是处在连续不断的变化之中。

起源

  布里顿于1968年提出突变复制假说,认为用进化的时间表来衡量,某种DNA顺序的倍增是一种突发的事件,重复顺序传给后代,并可能通过自然选择在种群中扩散。美国学者G.P.史密斯在1973年提出交换固定假说,它的基本前提是在姊妹染色单体间的不对等交换。他通过电子计算机模拟连续的交换过程,说明这种交换确实能导致重复顺序的形成。这两个假说都是推理性的,而且只能说明串接式重复顺序的出现。现在已有一些研究结果表明某些散布的重复顺序与倒置的重复顺序有类似于转座子的结构,例如酵母的Ty1顺序、果蝇的copia顺序、FB顺序和人的Alu顺序等,它们在基因组中的散布可能与转座子的转移现象有关(见转座因子)。

个人工具

变换
查看
操作
导航
工具箱