基因组进化的模式基因水平的进化VIP免费

第13章基因组进化的模式基因水平的进化新基因的产生新基因产生的主要方式:1)基因加倍之后的趋异，是新基因产生的主要方式。2)结构域洗牌,即不同的结构域加倍或重组,产生创新功能基因。真核生物约19%的基因产生于外显子洗牌。3)基因裂变与融合,一分为二或者合二为一。原核生物约0.5%的基因由此产生。4)嬗变,由非编码顺序转变为编码顺序（罕见）。HOX基因家族的加倍与形态创新果蝇含有一个与体节分化有关的HOX基因家族。脊椎动物的祖先整个Hox基因簇连续两次加倍，形成了4个Hox基因簇。哺乳动物4个Hox基因簇分布在4条不同的染色体上，分别称为Hox-A、Hox-B、Hox-C和Hox-D。这4个Hox基因簇中，有的基因簇发生了局部的基因重复或缺失，因此现存哺乳动物总共只有39个Hox基因。Hoxc-6基因在鸡和蛇胚胎中的表达模式Hox基因决定动物个体重复结构的形态，数目及其进化，如像脊椎动物的脊椎骨数目与类别。图左为鸡胚胎发育时期的脊椎组成，Hoxc-6基因控制7数胸椎的模式，蓝色部分将发育为肋骨。图右为乌蛇胚胎，Hoxc-6基因的表达调控使乌蛇胸椎数目（蓝色）极度扩展，从头部一直延伸到尾部。HOX基因簇的进化Hox基因家族在动物的发育与体节模式确定中起着极其重要的作用。哺乳动物的4个Hox基因簇的来源可以追溯到原始的Hox-Evx/Meox基因的加倍，趋异与缺失，代表基因进化的一种主要方式。基因重复与适应性进化-球蛋白基因哺乳动物现存球蛋白基因经历过前后5次加倍与趋异。原和原球蛋白的祖先基因在约5亿年前加倍，在2亿年之后球蛋白和球蛋白祖先基因又出现加倍，随之各自发生分离。现存的肌球蛋白和球蛋白的功能发生了趋异，适应了生物进化的需要：胎儿期表达的球蛋白可满足从母体血液吸收氧的功能，成年表达的球蛋白与氧结合能力减弱。β-球蛋白基因加倍趋异哺乳动物和禽类β-球蛋白基因有着共同的祖先。原始β-球蛋白基因（pβ1和pβ2)和调控顺序（LCR和增强子）在经历一次加倍后，分为两支进化：一支向真哺乳亚纲和袋鼠发展；一支成为禽类现存β-球蛋白基因（p,Ε，pβA和pβB）的先祖。PNAS98：1327-1329,2001基因的进化速率是不相同的1）生物信息学研究发现，与基础代谢有关的基因相对比较保守，进化速率较慢；调控基因涉及表达模式的确定，进化速率较快；2）涉及环境适应性的基因进化速率相对较快。人类和黑猩猩的进化树中，与免疫、细胞凋亡和精子发育相关的基因演变的速度甚至比随机突变还要快。因为病毒和其他病原体的进化速度很快，人类免疫系统不断受到新出现的病毒的威胁，因此，与抵抗疾病相关的基因进化更加迅速。外显子洗牌外显子洗牌(Exonshuffling)系指产生新基因的一种分子机制。来自不同基因的两个或多个外显子，经过异位(ectopiclly)重组或加倍形成新的具有外显子-内含子结构的基因。外显子洗牌的依据：1）外显子编码的多肽链往往形成一个相对独立的结构域（module）；2）内含子处独立的结构域之间；3）氢键或二硫键出现在外显子编码多肽链内部；4）重复的外显子多肽链产物和重复的结构或功能单元对应；5）非同源基因同源外显子编码相似的多肽结构。蛋白质创新-功能域洗牌组织血纤蛋白溶酶原激活因子（tissueplasminogenactivator，TPA）是功能域洗牌的一个例子。TPA基因有4个外显子，最上游的外显子编码一个指形模块，来自纤连蛋白。第2个TPA外显子指令一个生长因子结构域，来自表皮生长因子基因。后面2个外显子编“Kringle”结构，使TPA与血纤维蛋白凝块结合，来自血纤维蛋白溶原酶基因。MolEvol40:331-336，1995外显子洗牌的分子机制-逆转录介导的外显子整合L1介导的外显子洗牌a)在L1的3‘端连接反向标记基因neo，当中插入一段内含子。SD和SA分别为mRNA加工剪接的供体位和受体位。neo基因两端连接异源启动子（L1pA和SV40pA）和Poly(A)加尾信号。b)转化HeLa细胞后，反义neomRNA的转录物经逆转录后整合到寄主染色体中。c)当逆转录产物插入寄主染色体基因的内含子时，该基因转录后产生融合mRNA。d)融合mRNA翻译表达Neo蛋白，使转化细胞获得对G418的抗性，在筛选培养基上可正常生长。Science283：1530-1534，1999定向DNA洗牌不同生物的同源基因编...