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基因組分子生物學遺傳學領域,基因組是指生物體所有遺傳物質的總和。這些遺傳物質包括DNA或RNA(病毒RNA)。

基因組包括編碼DNA和非編碼DNA、線粒體DNA葉綠體DNA

研究基因組的科學稱為基因組學。

中文名:基因組

外文名:Genome

組 成:DNA 和RNA(病毒

類 型:生物遺傳


簡介

分子生物學遺傳學領域,基因組指生物體所有遺傳物質的總和。這些遺傳物質包括DNA或RNA(病毒RNA)。

基因組DNA包括編碼DNA非編碼DNA、線粒體DNA和葉綠體DNA。

基因組這個術語由德國漢堡大學植物學教授Hans Winkler於1920年創建。

研究基因組的科學稱為基因組學。

分類

病毒基因組

病毒基因組可以由RNADNA組成。 RNA病毒的基因組包含單鏈或雙鏈RNA,也包含一種或多種單獨的RNA分子。 DNA病毒基因組可以是單鏈雙鏈DNA。大多數DNA病毒基因組由單個線性DNA分子組成,但有些由DNA病毒基因組由環狀DNA分子組成 [1]

原核基因組

原核生物和真核生物基因組由DNA組成。古細菌有一個環狀染色體組成的DNA基因組 ;[2] 。大多數細菌也有一個環狀染色體,然而,一些細菌物種含有線性染色體 [3] 或多個染色體。大多數原核生物基因組中不含有重複DNA ;[4] 。一些共生細菌基因組種含有高比例的假基因,例如Serratia symbiotica基因組種只有約40%的DNA編碼蛋白質 [5] 。 一些細菌基因組還含有輔助遺傳物質,它們在質粒中存在。為此,基因組這個詞不應該用作染色體的同義詞。

真核基因組

真核基因組由一條或多條線性DNA染色體組成。組成真核生物基因組的染色體的數量差異很大,傑克跳線螞蟻無性線蟲的基因組每個只有一對染色體 ;[6] ,而蕨類物種有720對染色體 。人類細胞具有22對常染色體和1對性染色體。

除了細胞核中的染色體外,真核生物的細胞器葉綠體線粒體都有自己的DNA和染色體,因此,也有「線粒體基因組」和「質體基因組」的說法。與它們來源的細菌一樣,線粒體和葉綠體都含有環狀染色體。[7]

與原核生物不同,真核生物具有蛋白質編碼基因的外顯子 -內含子組織和一定數量的重複DNA。哺乳動物植物基因組的大多數由重複DNA組成 。

編碼序列

攜帶合成蛋白質遺傳信息的DNA序列是編碼序列。不同物種中編碼序列占基因組的比例差異很大。較大的基因組不一定含有更多的基因,並且複雜真核生物中非重複DNA的比例隨着基因組大小的增加而減少 。簡單的真核生物秀麗隱杆線蟲果蠅中,編碼DNA比例高於重複DNA ,而更複雜真核生物基因組則往往主要由重複DNA組成。一些植物和兩棲動物基因組中重複DNA的比例超過80% 。同樣,人類基因組中只有2%編碼DNA。

非編碼序列

非編碼序列包括內含子,非編碼RNA的序列,調控DNA和重複DNA。人類基因組的98%屬於非編碼序列。基因組的重複DNA有串聯重複序列和分散重複序列 ;[8]

轉座子

轉座子(TEs)是具有特定結構的DNA序列,它們可以在基因組中跳動,位置不固定 [[9] 。I類TE通過複製和粘貼機制跳動位置,II類TE從基因組中切除並插入新位置。

TE的運動是真核生物基因組進化的驅動力,因為它們的插入可以破壞基因功能,TE之間的同源重組可以導致基因的複製,TE還可以將外顯子和調節序列改組到新的位置 ;[10]

反轉錄轉座子

反轉錄轉座子可以轉錄成RNA,然後在另一個位點被複製到基因組中 ;[11] 。反轉錄轉座子可分為長末端重複序列(LTR)和非長終端重複序列(非LTR)兩大類反轉錄轉座子 。

基因組大小

基因組大小是一個拷貝的單倍體基因組中DNA鹼基對的總數。

基因組大小與原核生物和低等真核生物的形態複雜性呈正相關 。然而,在軟體動物和上述所有其它高等真核生物之後,這種相關性已不再存在 ,主要是因為重複DNA的緣故。

基因組改變

生物體所有細胞都源自同一個單細胞,因此它們應該具有相同的基因組。但是,在某些情況下,細胞間會出現差異。細胞分裂期間的DNA複製和環境誘變劑的作用都可導致體細胞發生突變。在某些情況下,這種突變會導致癌症,因為它們會導致細胞更快地分裂並侵入周圍組織。 在減數分裂期間,二倍體細胞分裂兩次以產生單倍體生殖細胞。在此過程中,重組導致遺傳物質從同源染色體重新洗牌,因此每個配子具有獨特的基因組。

基因組進化

基因組不僅僅是生物體基因的總和,基因組還含有其它可以考慮特定基因及其產物的特徵。

複製在基因組的塑造過程中起了重要作用。複製的範圍包括短串聯重複序列的延伸、基因簇的複製、整個染色體甚至整個基因組的複製。這種複製可能是創造遺傳新性狀的基礎。

視頻

人類基因組的奧秘

參考文獻

  1. | The University of Texas Medical Branch at Galve
  2. [Samson, R.Y., Bell, S.D .Archaeal chromosome biology:Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology ,2014:24 (5–6), 420–427. doi:10.1159/000368854]
  3. [Chaconas, G., Chen, C.W.Replication of Linear Bacterial Chromosomes: No Longer Going Around in Circles:The Bacterial Chromosome,2005:525–540]
  4. [Koonin, E.V., Wolf, Y.I.Constraints and plasticity in genome and molecular-phenome evolution:Nature Reviews Genetics,2010:11 (7), 487–98. doi:10.1038/nrg2810]
  5. [Land, M., Hauser, L., Jun, S.R., Nookaew, I., Leuze, M.R., Ahn, T.H., Karpinets, T., Lund, O., Kora, G., Wassenaar, T., Poudel, S., Ussery, D.W.Insights from 20 years of bacterial genome sequencing :Functional & Integrative Genomics,2015:15 (2),141–161. doi:10.1007/s10142-015-0433-4.]
  6. [Khandelwal, S.Chromosome evolution in the genus Ophioglossum L:Botanical Journal of the Linnean Society,1990:102 (3), 205–217. doi:10.1111/j.1095-8339.1990.tb01876.x]
  7. [Lewin.Genes VIII (8th ed.).Upper Saddle River, NJ:Pearson/Prentice Hall,2004:ISBN 978-0-13-143981-8]
  8. [Stojanovic, N (ed.) .Computational genomics : current methods.Wymondham:Horizon Bioscience ,2007:ISBN 978-1-904933-30-4]
  9. [Padeken, J., Zeller, P., Gasserm S,M.Repeat DNA in genome organization and stability:Current Opinion in Genetics & Development,2015:31, 12–19. doi:10.1016/j.gde.2015.03.009]
  10. [Kazazian, H.H .Mobile elements: drivers of genome evolution:Science,2004:303 (5664), 1626–1632. doi:10.1126/science.1089670]
  11. [Deininger, P.L., Moran, J.V., Batzer, M.A., Kazazian, H.H.Mobile elements and mammalian genome evolution:Current Opinion in Genetics & Development,2003:13 (6), 651–658. doi:10.1016/j.gde.2003.10.013]