基因與基因組

基因

基因是DNA分子中含有特定遺傳信息的一段核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位

基因的分類（按照是否具有轉(zhuǎn)錄以及翻譯的功能）

1、編碼蛋白質(zhì)的基因：它具有轉(zhuǎn)錄和翻譯功能，包括編碼酶和結(jié)構(gòu)蛋白的結(jié)構(gòu)基因以及編碼阻遏蛋白的調(diào)節(jié)基因。

2、只有轉(zhuǎn)錄功能而沒有翻譯功能的基因：包括tRNA基因和rRNA基因

3、不轉(zhuǎn)錄的基因：對基因表達起調(diào)節(jié)控制作用，包括啟動基因和操縱基因。啟動基因和操縱基因有時被統(tǒng)稱為控制基因。有些區(qū)域的功能還不清楚。

基因組文庫（genomic library）是將某種生物的全部基因（DNA）切成適當長度的片段，連接在載體上，轉(zhuǎn)化到宿主細胞中而構(gòu)建的克隆總體。

cDNA文庫是以生物的總mRNA為模板，用逆轉(zhuǎn)錄酶合成互補的雙鏈cDNA，然后連接到載體上，轉(zhuǎn)化宿主細胞后構(gòu)建的基因文庫。

基因組（genome）

基因組是指含有一個生物體生存、發(fā)育、活動和繁殖所需要的全部遺傳信息的整套核酸。

基因組中不同的區(qū)域具有不同的功能，有些是編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，有些是復(fù)制及轉(zhuǎn)錄的調(diào)控信號，有些區(qū)域的功能尚不清楚。功能基因組是指由表達基因構(gòu)成的基因組；基因組結(jié)構(gòu)是指不同功能區(qū)域在整個DNA分子中的分布情況

1、基因組大小

不同的生物體，其基因組的大小和復(fù)雜程度各不相同。進化程度越高的生物體一般其基因組越大也越復(fù)雜。卻又不盡然，萬物萬物之靈的人類的單倍基因組DNA含量（haploid DNA content，C值）只有3×10 9 bp，而肺魚的C值居然比人高10多倍。人和肺魚親緣關(guān)系相去甚遠，很難相互比較。

在親緣關(guān)系相近的物種間，C值仍然相差很大，兩棲類的不同物種間C值可相差100倍，被子植物不同物種間C值相差達1000倍，藻類5000倍，魚類350倍，節(jié)肢動物250倍。在原生動物不同物種間C值相差竟高達5800倍。表明C值的大小并不說明遺傳復(fù)雜性的高低，而只說明基因組中自私DNA(selfish DNA)的多少。

2、基因組結(jié)構(gòu)

基因的功能取決于DNA的一級結(jié)構(gòu)，一個基因組的核酸可分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)兩類序列（編碼區(qū)為mRNA、rRNA、tRNA以及其他各種RNA編碼；非編碼區(qū)又可分為信號序列和非信號序列兩類）。信號序列包括：復(fù)制起點、增強子、啟動子、終止子及一切由調(diào)節(jié)蛋白識別和結(jié)合的序列；非信號序列是指間隔區(qū)（間隔區(qū)并非不含有信息，信息不表現(xiàn)為核苷酸的順序，而表現(xiàn)為序列的長度）。

真核基因的內(nèi)含子并非編碼序列，但其中含有重要信息，如5’剪接位點、3’剪接位點、3’剪接位點上游20~40nt及套索中間體分枝點附近的序列，都有嚴格要求；其余部分含有的信息較少，不易劃出明確的界線。原核細胞由于DNA分子較小，必須充分利用有限的核苷酸序列，因此非編碼序列比例很小，這也是真核基因組與原核基因組的最大區(qū)別。

DNA非編碼區(qū)大都是一些大量的重復(fù)序列，這些重復(fù)序列或集中成簇，或分散在基因之間，可能在DNA復(fù)制、調(diào)控中具有重要意義，并與生物進化、種族特異性有關(guān)。

病毒基因組

病毒簡介

病毒是最小的生命體，直徑只有20~300nm。其基本構(gòu)造為一層外殼蛋白(capsid)包圍著核酸和數(shù)種酶；有些病毒在外殼蛋白外還有一層由宿主細胞構(gòu)成的被膜(envelope)，被膜內(nèi)有病毒基因編碼的糖蛋白。病毒必需進入宿主細胞中借助細胞內(nèi)的一些酶類和細胞器才能使病毒得以復(fù)制。外殼蛋白（或被膜）有保護病毒基因組和識別、侵襲特定宿主細胞的功能。

1、病毒分類（7類）

病毒的遺傳物質(zhì)是單鏈或雙鏈的DNA或RNA。

雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA、正單鏈RNA、負單鏈RNA、反轉(zhuǎn)錄RNA及反轉(zhuǎn)錄DNA病毒

2、病毒的結(jié)構(gòu)

病毒的外殼結(jié)構(gòu)主要有兩種：螺旋形和二十面體（煙草花葉病毒(tobacco mosaic virus，TMV)是典型的螺旋形病毒，其他大部分病毒的外殼是二十面體）

3、病毒的生命周期（life cycle）

1）附著(attachment)：病毒必需附著於宿主細胞的表面。病毒的表面蛋白質(zhì)能與特定的受體結(jié)合。若宿主細胞膜具有這種特定的受體，病毒就能附著在上面。由于病毒的表面蛋白質(zhì)隨種類而異，不同種類的病毒會感染不同的宿主細胞。

2）滲入(penetration)：附著于細胞似的病毒能夠借助胞飲作用(endocytosis)、病毒包膜與宿主細胞膜融合(fusion)或其他機制滲入宿主細胞。

3）脫殼(uncoating)：許多病毒進入宿主細胞后即受到宿主細胞的酶或經(jīng)本身的酶作用脫去外殼。有些病毒（例如皰疹病毒）則沿細胞骨架運行至細胞核，在細胞核孔處去掉外殼。

4）復(fù)制(replication)：在宿主細胞內(nèi)，病毒能復(fù)制本身的核酸和合成構(gòu)成病毒的各種蛋白質(zhì)，然后再組合成完整的病毒。

5）釋放(release)：溶解性病毒（大多無包膜）在宿主細胞內(nèi)大量復(fù)制，所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)會破壞宿主細胞膜，病毒就可出來感染其他細胞。具有包膜的病毒大多利用出芽(budding)方式脫離宿主。出芽過程中病毒可從宿主細胞膜獲得所需的雙脂層。

感染細菌的病毒特稱為噬菌體(bacteriophage，phage)，它的生命周期有兩種：溶菌性(lytic)及溶原性(lysogenic)。溶菌性和其他溶解性病毒一樣會破壞宿主細胞膜而脫離。

病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點

1、不同病毒基因組大小差異較大

2、病毒基因組是DNA或是RNA：每種病毒顆粒中只含有一種核酸，病毒基因組的DNA和RNA可以是單鏈或雙鏈、環(huán)狀或線性分子。大多數(shù)DNA病毒的基因組是雙鏈DNA分子；大多數(shù)RNA病毒的基因組是單鏈RNA分子。

3、多數(shù)RNA病毒的基因組是由連續(xù)的核糖核酸鏈組成，但有些病毒的基因組RNA由不連續(xù)的幾條核酸鏈組成。

4、基因重疊：病毒基因組有基因重疊現(xiàn)象，即同一段DNA片段能夠編碼2種甚至3種蛋白質(zhì)分子。重疊基因的編碼區(qū)往往與16SrRNA有短序列互補且互補區(qū)靠近起始密碼子AUG處?；蛑丿B使較小的基因組能夠攜帶較多的遺傳信息。（線粒體和質(zhì)粒DNA也有基因重疊現(xiàn)象）

重疊基因的類型：一個基因包含在另一個基因里、部分重疊、兩個基因只有一個堿基重疊、兩個基因共用一段相同的堿基順序，但解讀框不同。

5、病毒基因組的大部分是編碼蛋白質(zhì)的，只有非常小的部份不被翻譯

6、病毒基因組DNA序列中功能相關(guān)的基因往往叢集存在，形成一個轉(zhuǎn)錄單元（可被一起轉(zhuǎn)錄成為含有多個mRNA的分子，稱為多順反子mRNA（poly cistronie mRNA），然后再加工成各種蛋白質(zhì)的模板mRNA。）

7、除了反轉(zhuǎn)錄病毒外，病毒基因組都是單倍體，每個基因在病毒顆粒中只出現(xiàn)一次。反轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個拷貝。

8、噬菌體的基因是連續(xù)的，而真核病毒的基因具有內(nèi)含子。除正鏈RNA病毒外，真核細胞病毒的基因都是先轉(zhuǎn)錄成mRNA前體，再經(jīng)加工才能切除內(nèi)含子成為成熟的mRNA。（有些真核病毒的內(nèi)含子或其中的一部分，對某一個基因來說是內(nèi)含子，而對另一個基因卻是外顯子）

HBV基因組的結(jié)構(gòu)和功能

B型肝炎病毒（hepatitis B virus, HBV）屬于DNA病毒。它的基因組DNA兩股鏈一長一短。因此一部分（2/3）是雙鏈結(jié)構(gòu)，另一部分只有單鏈。HBV為了能在細胞內(nèi)獨立復(fù)制，病毒在很小的基因組中盡量容納大量的遺傳信息。因而HBV的基因組結(jié)構(gòu)顯得特別精密濃縮，充分利用其遺傳物質(zhì)。有基因重疊現(xiàn)象。HBV只有4個基因，其中X基因是造成肝癌的主要因素。編碼的X蛋白質(zhì)負責(zé)調(diào)控；S基因（surface）編碼鑲嵌于包膜上的蛋白質(zhì)；C基因（capsid）編碼構(gòu)成核殼的蛋白質(zhì)；P基因（polymerase）編碼聚合酶。S基因完全重疊于P基因中，X基因與P基因以及C基因與P也有重疊。所有這些ORF都在“－”鏈DNA（長鏈）上。

1、HBV DNA的復(fù)制過程

HBV DNA進入宿主細胞， “+”鏈DNA延伸到全長，成為完整的雙螺旋DNA，以負鏈為模板轉(zhuǎn)錄出“+”鏈RNA，這些RNA可作為mRNA，也可作為前基因組（pregenome）和DNA pol及引物蛋白一起組裝成為未成熟的病毒核心。未成熟病毒核心以RNA反轉(zhuǎn)錄出全長的“-”鏈DNA，RNA被降解。再以“-”鏈為模板合成“+”鏈DNA，將“-”鏈DNA的缺口橋聯(lián)起來，這時病毒外殼已成熟。

HIV基因組的結(jié)構(gòu)與功能

HIV屬于RNA病毒，含有雙份的基因組RNA以及逆轉(zhuǎn)錄合成DNA的細胞tRNA引物。在它的復(fù)制過程中，需先將RNA反轉(zhuǎn)錄成DNA。所以這類的RNA病毒又稱為反轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)。

gag編碼核心蛋白，pol編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶，env編碼外殼蛋白

病毒的RNA在末端有同向重復(fù)序列(Direct repeat)，緊挨5’端的是80~100nt的U5區(qū)。在3’端前是170~1350nt的U3區(qū)。DR片段在將RNA逆轉(zhuǎn)錄為DNA時被用來產(chǎn)生大量的同向重復(fù)序列，這些重復(fù)序列能在線形DNA找到

逆轉(zhuǎn)錄對于逆轉(zhuǎn)錄病毒的遺傳具有重要作用

①由于逆轉(zhuǎn)錄酶無DNA聚合酶那樣具有校正功能，所以它是一種高度的易錯過程。逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組中可產(chǎn)生許多突變，并導(dǎo)致快速的遺傳分化。

②逆轉(zhuǎn)錄可對促進遺傳重組。由于在每個病毒粒子中包裝的兩條RNA都被用作逆轉(zhuǎn)錄模板，所以在這兩條鏈間便可發(fā)生重組。由于突變可產(chǎn)生兩條不同的RNA，重組后將產(chǎn)生一種在遺傳學(xué)上不同于任一親代的病毒。

原核生物基因組

原核染色體基因組結(jié)構(gòu)特點

1、原核染色體基因組通常由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成。整個染色體DNA幾乎全部由功能基因與調(diào)控序列所組成，有密碼子重疊和基因重疊現(xiàn)象。染色體相對聚集成一個類核（nucleoid）區(qū)域。

2、功能相關(guān)的基因構(gòu)成操縱子，或高度集中。并常轉(zhuǎn)錄成為多順反子的mRNA。幾乎每個基因序列都與它所編碼的蛋白質(zhì)序列呈線性對應(yīng)狀態(tài)。

3、結(jié)構(gòu)基因一般是單拷貝，但rRNA的基因往往是多拷貝（多拷貝的rRNA的基因可能有利于核糖體的快速組裝，便于在急需蛋白質(zhì)合成時在短時間內(nèi)生成的大量核糖體）

真核生物基因組

真核生物基因組的特點

1、基因組遠大于原核生物的基因組，具有多個復(fù)制起點，而每個復(fù)制子的長度較小。

2、真核生物基因組DNA與組蛋白等構(gòu)成染色質(zhì)，被包裹在核膜內(nèi)，核外還存在遺傳成分(如線粒體DNA等)。體細胞一般是二倍體（diploid），即有兩份同源的基因組。

3、真核生物基本上不存在操縱子結(jié)構(gòu)，一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條mRNA，即mRNA是單順反子，許多蛋白是由相同或不同的亞基構(gòu)成，因此涉及多個基因的協(xié)調(diào)表達。

4、非編碼區(qū)存在大量重復(fù)序列，重復(fù)序列或集中成簇，或散在分布于基因間

5、基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。并且，編碼蛋白質(zhì)的基因一般是不連續(xù)的，即有外顯子和內(nèi)含子，在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)剪接成成熟mRNA后，才能翻譯成蛋白質(zhì)。（人類基因組中可能僅有3%左右的序列是編碼區(qū)（coding region），真核生物的基因分布比原核生物稀疏）

DNA序列的特性

1、高度重復(fù)序列(high repetitive sequences)

高度重復(fù)序列在基因組中重復(fù)頻率可高達10 6 以上，因此復(fù)性速度很快。序列長度一般為10~300bp的較短序列。在基因組中所占比例隨種屬而異，約占10~60％，人基因組中約占20％。

1）高度重復(fù)序列的種類

重復(fù)順序出現(xiàn)頻率可高達10 6 ~10 8 。序列長短不一，占基因組的1~30%

①反向重復(fù)序列：反向重復(fù)序列由兩個相同順序的互補拷貝在同一DNA鏈上反向排列而成。這種重復(fù)順序復(fù)性速度極快。

②串聯(lián)重復(fù)序列：由2~172bp重復(fù)單位排列成串而形成的。由于堿基組成不同于其他部份，在等密度梯度離心時與主體DNA分開，稱衛(wèi)星DNA（衛(wèi)星DNA只發(fā)現(xiàn)于真核生物，占基因組10%~60%。）。

串聯(lián)重復(fù)序列包括

（a）衛(wèi)星DNA（satellite DNA）：重復(fù)區(qū)涵蓋100kb~5Mb，大部分位于染色體著絲點。

（b）小衛(wèi)星(minisatellite)DNA：主要包括重復(fù)單位在9~80bp之間的可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列（variable number oftandem repeats，VNTR）和端粒。VNTR大多位于非編碼區(qū)，重復(fù)的數(shù)目隨個體差異很大?？捎糜贒NA指紋(DNA finger printing)。人類端粒的重復(fù)序列是TTAGGG，涵蓋10~15kb，老化后可能變短。

（c）微衛(wèi)星(microsatellite)DNA：重復(fù)單元1~6bp的短串聯(lián)接重復(fù)（short tandem repeats，STR），微衛(wèi)星DNA里的重復(fù)數(shù)目亦隨個體而異，廣泛被用於DNA指紋。在人細胞組中衛(wèi)星DNA約占5-6％。

③散布重復(fù)序列：散布重復(fù)序列可看成是一種轉(zhuǎn)座子(transposable elements)，它們借DNA重組機制而轉(zhuǎn)移。經(jīng)過許多代的遺傳累積，DNA的某段序列會散布各處。由于突變的結(jié)果，每個重復(fù)單位的序列并非完全相同。

2）高度重復(fù)順序的功能

①參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)：反向序列常存在于DNA復(fù)制起點區(qū)的附近。許多反向重復(fù)序列也是一些蛋白的結(jié)合位點。

②參與基因表達的調(diào)控：DNA的重復(fù)順序可以轉(zhuǎn)錄到hnRNA分子中，有些反向重復(fù)順序可以形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，對穩(wěn)定RNA分子免遭分解有作用。

③參與轉(zhuǎn)座作用：轉(zhuǎn)座子的末端一般都包括反向重復(fù)順序。由于這種順序可以形成回文結(jié)構(gòu)，因此在轉(zhuǎn)位作用中即能連接非同源的基因，又可被參與轉(zhuǎn)位的特異酶所識別。

④與進化有關(guān)：高度重復(fù)順序的核苷酸序列具有種屬特異性，但相近種屬又有相似性。

⑤同一種屬中不同個體的高度重復(fù)順序的重復(fù)次數(shù)不一樣，這可以作為每一個體的特征，即DNA指紋

⑥衛(wèi)星DNA成簇的分布在染色體著絲點附近，可能與減數(shù)分裂時染色體配對有關(guān)，即同源染色體之間的聯(lián)會可能依賴于具有染色體專一性的特定衛(wèi)星DNA順序。

2、中度重復(fù)序列

中度重復(fù)序列(moderate repetitive sequences)指在基因組中重復(fù)頻率10~10 5 的順序，序列長100~5000bp；在基因組中所占比例約占10~40％。分布于結(jié)構(gòu)基因之間、基因簇中、以及內(nèi)含子中。中度重復(fù)順序一般具有種特異性；在適當?shù)那闆r下，可以應(yīng)用它們作為探針區(qū)分不同種哺乳動物細胞的DNA。中度重復(fù)序列一般不編碼蛋白質(zhì)。功能可能類似于高度重復(fù)順序。有些中度重復(fù)順序是編碼蛋白質(zhì)或rRNA的結(jié)構(gòu)基因。

3、單拷貝序列

單拷貝序列(single copy sequences)在單倍體基因組中只出現(xiàn)一次或數(shù)次，又稱低度重復(fù)順序。占哺乳類基因組的50~80%，人基因組中約占65%。序列長750~2000bp，相當于一個結(jié)構(gòu)基因的長度。單拷貝順序中只有一小部分編碼蛋白質(zhì)。在基因組中，單拷貝順序一般與重復(fù)序列相間排列。單拷貝基因通過基因擴增仍可合成大量的蛋白質(zhì)。

真核生物的結(jié)構(gòu)基因兩側(cè)有非編碼區(qū)，在基因內(nèi)部有間隔序列(intervening sequences)，稱為內(nèi)含子(intron)，編碼區(qū)稱為外顯子(exon)。內(nèi)含子與外顯子相間排列，轉(zhuǎn)錄時一起被轉(zhuǎn)錄下來。因此整個生物的基因是斷裂基因，轉(zhuǎn)錄成RNA后經(jīng)過剪接切除內(nèi)含子成熟為mRNA。

多基因家族與假基因

1、多基因家族（multi gene family）

多基因家族是一群具相似序列的基因，編碼在結(jié)構(gòu)和功能上相關(guān)聯(lián)的一個蛋白質(zhì)家族（包括在結(jié)構(gòu)和功能上相關(guān)的rRNA和tRNA）的若干個基因

1）簡單多基因家族：各成員相同或基本相同

2）復(fù)雜的多基因家族：各成員不完全相同，但功能相關(guān)，串聯(lián)在一起成為一個重復(fù)單位

3）由發(fā)育階段控制的多基因家族：同一個多基因家族的成員可成簇地分布在一條染色體上，也可以分布在不同的染色體上

2、假基因（paeudo gene）

假基因是在同一多基因家族中并不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物的基因

1）非處理過假基因(nonprocessed pseudo genes)：由成簇的重復(fù)基因突變而來，也稱傳統(tǒng)性假基因(conventional pseudo genes)。重復(fù)基因有多個副本，若其中幾個發(fā)生突變個體仍能生存而將此變異傳至后代。

2）處理過假基因(processed pseudo genes)：處理過假基因大多來自于DNA重組。假基因可能是mRNA經(jīng)反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生cDNA，再整合到DNA中形成的，因此該假基因沒有內(nèi)含子，兩側(cè)有順向重復(fù)序列。在這個過程中，可能同時會發(fā)生缺失，倒位或點突變等變化，而使假基因不能表達

超基因（Super gene）：在一個基因簇內(nèi)含有幾百個功能相關(guān)的基因（超基因可能是由于基因擴增后又經(jīng)過功能和結(jié)構(gòu)上的輕微改變而產(chǎn)生的，但仍保留了原始基因的結(jié)構(gòu)及功能的完整性）

自私DNA(selfish DNA)

在哺乳動物基因組中有大量的非編碼序列，如高度重復(fù)序列，內(nèi)含子，間隔DNA等。其中只有很小一部分具有調(diào)節(jié)功能，絕大部分都沒有功能。在這些非編碼順序中雖積累了大量缺失、重復(fù)或其它突變，但對生物并無影響，它們的功能似乎只是自身復(fù)制，稱這類DNA為自私DNA或寄生DNA(parasite DNA)。

限制性片段長度多態(tài)性

若DNA序列中的某個堿基突變產(chǎn)生了某種限制性內(nèi)切酶的位點。利用此限制性內(nèi)切酶消化時會產(chǎn)生與正常不同的限制性片段。這樣，在同種生物的不同個體中會出現(xiàn)不同長度的限制性片段類型，即限制性片段多態(tài)性（Restriction Fragment Length Polymorphism，RFLP）。RFLP分為兩類型：①點多態(tài)性  ②由于DNA分子內(nèi)部發(fā)生較大的順序變化所產(chǎn)生的多態(tài)性

在同種生物的不同個體間，盡管其蛋白質(zhì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和功能完全相同或僅存在細微的差異，但在DNA水平卻存在差異，尤其在不編碼蛋白質(zhì)的區(qū)域以及沒有重要調(diào)節(jié)功能的區(qū)域差異更大。由于DNA順序上的大多數(shù)突變是不影響生物體表型的中性突變，因而無法用傳統(tǒng)的遺傳學(xué)方法來研究。

1、點多態(tài)性

點多態(tài)性（point polymorphism）是由于限制性內(nèi)切酶位點上發(fā)生了單個堿基突變而使這一限制性位點發(fā)生丟失或獲得而產(chǎn)生的多態(tài)性。

2、高變區(qū)DNA與DNA指紋

DNA分子內(nèi)部發(fā)生較大的順序變化產(chǎn)生的多態(tài)性又可分成兩類：①由于DNA順序上發(fā)生突變?nèi)缛笔?、重?fù)、插入所致。②是近年發(fā)現(xiàn)的所謂“高變區(qū)”

高變區(qū)（highly variable region）是由多個串聯(lián)重復(fù)順序組成的，不同個體高變區(qū)內(nèi)串聯(lián)重復(fù)的拷貝數(shù)不同而造成高變區(qū)長度不同，而使高變區(qū)兩側(cè)限制酶識別位點的固定位置隨高變區(qū)的大小而發(fā)生相對位移。其突出特征是限制性內(nèi)切酶識別位點本身的堿基沒有發(fā)生改變，改變的只是它在基因組中的相對位置。

DNA指紋：人的衛(wèi)星DNA是由短的DNA片段（10bp左右）多次重復(fù)構(gòu)成的。重復(fù)片段的組成和拷貝數(shù)在不同個體及基因組的不同位置上不同。提取不同個體的基因組DNA，用其切點能識別序列為4個堿基而又不切割該重復(fù)片段的限制性內(nèi)切酶在重復(fù)片段的兩側(cè)切割基因組DNA，電泳分離。再與含有這些重復(fù)序列的特異性探針雜交，顯示有個體特異性的圖譜，即DNA指紋。DNA指紋技術(shù)用于親子鑒定和法醫(yī)上對罪犯的確認等領(lǐng)域。

線粒體基因組

線粒體是真核細胞內(nèi)能量生成的場所，也是脂肪酸和某些蛋白質(zhì)合成的場所。線粒體有自己的一套遺傳控制系統(tǒng)，同時也受到細胞染色體DNA的控制。

1、線粒體DNA的性質(zhì)

動物和酵母線粒體DNA（mtDNA）一般為雙鏈環(huán)狀分子，植物多為線形。（原生動物中的草履蟲和四膜蟲的mtDNA是線性分子）。mtDNA復(fù)制屬于半保留復(fù)制，可以是D環(huán)復(fù)制、θ型復(fù)制或滾環(huán)復(fù)制。

2、線粒體基因組

呼吸鏈中的某些蛋白質(zhì)或酶是mtDNA編碼的。線粒體有自己的rRNA，tRNA，核糖體等可以表達自己的基因合成一些蛋白質(zhì)。（在前體RNA分子中rRNA和mRNA被tRNA隔開。這些tRNA序列可作為核酸酶切割RNA前體的識別信息，RNA前體經(jīng)過割，可使tRNA、rRNA和mRNA自然分開，經(jīng)進一步加工成為成熟的rRNA、tRNA和mRNA分子，mRNA的polyA尾是在其前體與tRNA分開后加上的。）

線粒體的基因組至少包括：tRNA基因、rRNA基因、細胞色素氧化酶基因、ATP酶基因、細胞色素還原酶（b，c復(fù)合物）基因以及一些抗藥性基因。

3、線粒體的密碼系統(tǒng)

mRNA上的密碼子和tRNA上的反密碼子相對應(yīng)。20種氨基酸有61種密碼子，按擺動學(xué)說最少需要32種tRNA才能完全識別mRNA中的61個密碼子。但線粒體中tRNA的種類少于32種（人的mtRNA只有22種）。表明線粒體的密碼系統(tǒng)與通用的密碼系統(tǒng)不同。

1）哺乳動物線粒體DNA（mtDNA）的遺傳密碼的特點

UGA不是終止信號，而是Trp的密碼。因此，線粒體tRNA trp 可識別UGG和UGA兩個起始密碼子。在線粒體密碼系統(tǒng)中的4個終止密碼子（UAA，UAG，AGA，AGG）

2）線粒體tRNA的反密碼子的特點

一個tRNA可以識別4種密碼子，mttRNA結(jié)構(gòu)與細胞質(zhì)tRNA有區(qū)別，mttRNA三維結(jié)構(gòu)以及與mt核糖體的作用方式與細胞質(zhì)tRNA不同。

3）線粒體DNA的雙重遺傳控制

mtDNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄都是自己的聚合酶來完成的。mtRNA聚合酶只是一條簡單的多肽鏈，此酶對原核細胞轉(zhuǎn)錄酶抑制劑利福平敏感。線粒體的蛋白質(zhì)合成也受細菌蛋白質(zhì)合成抑制劑如氯霉素，鏈霉素的抑制。說明線粒體的許多組份不受細胞核的控制。

線粒形成的內(nèi)共生學(xué)說（endosymbio-nttheory）：在進化過程中原始的厭氣細菌吞噬了原核生物（如細菌，藍綠澡等）形成共生關(guān)系。寄生為共生者提供營養(yǎng)和保護，共生者為寄主提供能量生成系統(tǒng)。最終，共生者演化成細胞的組成成份──線粒體。