备课素材：重叠基因及其意义-2024——2025学年度第二学期高中生物学必修二

重叠基因及其意义 先看一道试题: 重叠基因是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列,或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分。如图是某噬菌体DNA的单链片段,相关叙述正确的是( ) A.基因D和基因E编码的两种不同蛋白质中氨基酸序列大部分相同 B.基因D和基因E所编码的mRNA中起始密码子相同 C.如果第62位的ACG中的一个碱基发生了替换,基因D和基因E所对应的蛋白质不一定会发生改变 D.据图可知,基因重叠可以表达出氨基酸序列相同、空间结构不同的蛋白质 解析:题图中基因E和基因D的重复序列较多,但是转录时基因的起始点错位,因此二者编码的蛋白质的氨基酸序列大部分不同,A错误;由题图可知,基因D的起始密码子是UAG,具有E的起始密码子是UAC,不相同,B错误;由于密码子具有简并性,如果基因中碱基对发生了替换,对应位置编码的氨基酸不一定发生改变,因此蛋白质不一定会发生改变,C正确;据图可知,基因重叠的起始点有错位,因此可以表达出氨基酸序列不同的蛋白质,D错误。故答案为D。故答案为C。 此题涉及到了“重叠基因”,教材没有提到。 那么,什么是重叠基因?有什么意义? 重叠基因是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列,或是一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分。常见于原核生物和一些病毒或噬菌体中,但真核生物中的重叠基因目前也已有所报道。例如,大基因内包含小基因;前后两个基因首尾重叠一个或两个核苷酸;几个基因的重叠,几个基因有一段核苷酸序列重叠在一起,等等。 基因是DNA分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。 根据基因是否转录和翻译分为三类: 编码蛋白质的基因,它能转录和翻译,包括编码酶、结构蛋白、信号分子及转录因子的结构基因; 可转录生成 RNA而不能翻译成蛋白质的基因,包括编码tRNA和rRNA的基因; 不转录的基因,它对基因表达起调节控制作用,如启动基因和操纵基因。 1.重叠基因的发现 早在1913年A.H.斯特蒂文特已在果蝇中证明了基因在染色体上作线状排列,50年代对基因精细结构和顺反位置效应(是指由于两个突变基因在染色体上呈顺式排列时表型为野生型,反式排列表型为突变型,这种排列方式不同而表型不同的现象 )等研究的结果也说明基因在染色体上是一个接着一个排列而并不重叠。 重叠基因是在1977年发现的。1977年,F.桑格在测定噬菌体 X174的DNA的全部核苷酸序列时,却意外地发现基因D中包含着基因E。基因E的第一个密码子从基因D的中央的一个密码子TAT的中间开始,因此两个部分重叠的基因所编码的两个蛋白质非但大小不等,而且氨基酸也不相同。如图所示, X174的DNA的全部核苷酸序列结果测出其基因组由5386个核苷酸组成,共有9个基因,可合成11种不同的蛋白质。 在某些真核生物,如果蝇、人、秀丽新小杆线虫中都发现有重叠基因。 2.重叠基因的生物学意义 节约碱基 :重叠基因使得有限的DNA序列能够编码多种蛋白质,从而节省了碱基的使用,使得生物能够更有效地利用其遗传物质。 经济利用DNA遗传信息 :重叠基因的结构使得较小的基因组能够携带更多的遗传信息,这是生物对其遗传物质的一种经济和合理的利用方式。 参与基因调控 :重叠基因中不仅有编码序列,还有调控序列,这说明基因的重叠不仅是为了节约碱基,更重要的是可能参与对基因的调控。 在病毒基因组中明显 :重叠基因在病毒基因组中尤为明显,这种现象在其他生物细胞中仅见于线粒体和质粒DNA。通过这些方式,重叠基因在生物体的遗传和信息处理中起到了重要的作用。 学科网(北京)股份有限公司 $$