因(遺傳因子)是產生一條多肽鏈或功能RNA所的全部核苷酸序列。因支著生命的本構和性能。儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過的全部息。環境和遺傳的互相依賴,演繹著生命的繁衍、細胞分裂和蛋白質合成等重要生理過。生物體的生、長、衰、病、老、死等一切生命現都與因有關。它也是決定生命健康的內在因素。因此,因有雙重屬性:物質性(存在方)和息性(本屬性)。

帶有遺傳息的DNA片稱為因,其他的DNA序列,有些以自身構發揮作用,有些則參與調控遺傳息的表現。組成簡單生命最少要265到350個因。(這涉因工作組的力量,人的因工作組與蠅的本相似)

中文

因

外文

Gene

作用

記錄和傳遞遺傳息

應用學

細胞生物學

遺傳學

分子生物學

性

穩定性、決定性狀發育、可變性

快

導航

因分因點認識過重疊因區分相互作用因與環境因表達因變異因沉默因診斷因重組因療法因突變因調控因計因識因檢測應用領域因功能因起源響

在格雷戈爾·孟德爾之前,人們曾認為遺傳是一個混合過,但是孟德爾實存在一種不可分割和獨立的遺傳單,後來人們實這種遺傳單就是存在於染色體上的因——一DNA序列。孟德爾在因水平上揭示了有性生殖的遺傳過(稱之為“分離定”與“自由組合”定),雖然他那時不道因的實存在形[1]。注意因和DNA是全不同的概念。

因曆史

因是控製生物性狀的本遺傳單。

dna

19紀60年,奧地利遺傳學家格雷戈爾·孟德爾就出了生物的性狀是由遺傳因子控製的觀點,但這僅僅是一種邏輯推理。20紀初,遺傳學家摩爾過蠅的遺傳實驗,認識到因存在於染色體上,在染色體上是呈線性排列,從而得出了染色體是因載體的結論。1909年丹麥遺傳學家約翰遜(W.Johansen,1859~1927)在《精密遺傳學原理》一書中正出“因”概念。

20紀50年以後,隨著分子遺傳學的發,尤其是沃森和克裏克出DNA雙螺旋結構以後,人們進一認識了因的本質,因是有遺傳效應的DNA片。結還表明,條染色體隻含有1~2個DNA分子,個DNA分子上有多個因,個因含有成上千個脫氧核苷酸。自從RNA病毒發現之後,因的存在方不僅僅隻存在於DNA上,還存在於RNA上。由於不同因的脫氧核糖核苷酸的排列順序(堿序列)不同,因此,不同的因就含有不同的遺傳息。1994年中院曾邦哲出係統遺傳學概念與原理,探討貓之為貓、虎之為虎的因邏輯與語言,出因之間相互關係與因組邏輯結構其序化表達的發生。

因分

結構因

因中編碼RNA或蛋白質的堿序列。

(1)原核生物結構因:連續的,RNA合成不要剪加工;

(2)核生物結構因:由外顯子(編碼序列)和內含子(非編碼序列)兩部分組成。

非結構因

結構因兩側的一不編碼的DNA片(側翼序列),參與因表達調控。

(1)順作用:能響因表達,但不編碼RNA和蛋白質的DNA序列;

其中包括:

啟動子:RNA聚合酶異性識結合和啟動轉錄的DNA序列。有方向性,於轉錄起始點上遊。

上遊啟動子:TATA盒上遊的一些定DNA序列,反作用因子可與這些結合,調控因的轉錄效率。

反應:與激的息分子體結合,能調控因表達的異DNA序列。

增子:與反作用因子結合,增轉錄性,在因意置都有效,無方向性。

沉默子:因表達負調控,與反作用因子結合,抑製轉錄性。

Poly(A)加尾號:結構因末端守的AAUAAA順序下遊GT或T富含區,多聚腺苷酸化異因子識,在mRNA3′端加約200個A。

(2)反作用因子:能識和結合定的順作用,響因轉錄的一蛋白質或RNA。[2]

因點

因有兩個點:一是能忠實地複製自己,以生物的本征;二是在繁衍後上,因能夠“突變”和變異,當精卵或母體到環境或遺傳的響,後的因組會發生有害缺陷或突變。絕大多數產生疾病,在定的環境下有的會發生遺傳。也稱遺傳病。在正的條下,生命會在遺傳的礎上發生變異,這些變異是正的變異。

含定遺傳息的核苷酸序列,是遺傳物質的最小功能單。除某些病毒的因由核糖核酸(RNA)構成以外,多數生物的因由脫氧核糖核酸(DNA)構成,在染色體上作線狀排列。因一詞染色體因。在核生物中,由於染色體在細胞核內,所以又稱為核因。於線粒體和葉綠體等細胞中的因則稱為染色體外因、核外因或細胞質因,也可以分稱為線粒體因、質粒和葉綠體因。

因的複製與表達

在的二倍體的細胞或個體中,能維配子或配子體正功能的最數目的一套染色體稱為染色體組或因組,一個因組中包含一套因。相應的全部細胞質因構成一個細胞質因組,其中包括線粒體因組和葉綠體因組等。原核生物的因組是一個單純的DNA或RNA分子,因此又稱為因帶,也稱為它的染色體。

因在染色體上的置稱為座,個因都有自己定的座。在同源染色體上占相同座的不同形態的因都稱為等因。在自然群體中往往有一種占多數的(因此視為正的)等因,稱為野生型因;同一座上的其他等因一般都或間地由野生型因過突變產生,相對於野生型因,稱它們為突變型因。在二倍體的細胞或個體內有兩個同源染色體,所以一個座上有兩個等因。如這兩個等因是相同的,那麼就這個因座來講,這種細胞或個體稱為純合體;如這兩個等因是不同的,就稱為雜合體。在雜合體中,兩個不同的等因往往隻表現一個因的性狀,這個因稱為顯性因,另一個因則稱為隱性因。在二倍體的生物群體中等因往往不止兩個,兩個以上的等因稱為複等因。不過有一部分早認為是屬於複等因的因,實際上不是正的等,而是在功能上密切相關、在置上又鄰的幾個因,所以把它們另稱為擬等因。某些表型效應差異極少的複等因的存在很容易忽視,過殊的遺傳學分析可以分辨出存在於野生群體中的幾個等因。這種從性狀上難以區分的複等因稱為同等因。許多編碼同工酶的因也是同等因。

屬於同一染色體的因構成一個連鎖群(見連鎖和換)。因在染色體上的置一般不反映它們在生理功能上的性質和關係,但它們的置和排列也不全是隨機的。在細菌中編碼同一生物合成途徑中有關酶的一係列因排列在一起,構成一個操縱子(見因調控);在人、蠅和小鼠等不同的生物中,也發現在作用上有關的幾個因排列在一起,構成一個因複合體或因簇或者稱為一個擬等因係列或複合因。

隨便吃體重卻不漲?這歸功於瘦因

蝌蚪線譜

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認識過

從孟德爾定的發現,一多年來人們對因的認識在不斷深化。

1866年,奧地利學者G.J.孟德爾在他的豌豆雜實驗論文中,用大寫字母A、B等表顯性性狀如圓粒、子葉黃色等,用小寫字母a、b等表隱性性狀如皺粒、子葉綠色等。他沒有嚴格地區分所觀察到的性狀和控製這些性狀的遺傳因子。但是從他用這些符號所表示的雜結來看,這些符號正是在形上表著因,而至在遺傳學的分析中為了方便起見仍沿用它們來表因。

因的分離定

20紀初孟德爾的工作重新發現以後,他的定又在許多動植物中得到驗。1909年丹麥學者W.L.約翰森出了因這一詞,用它來何一種生物中控製何性狀而其遺傳規又符合於孟德爾定的遺傳因子,出因型和表現型這樣兩個術語,前者是一個生物的因成分,後者是這些因所表現的性狀。

1910年國遺傳學家兼胚胎學家T.H.摩爾在蠅中發現白色複眼(whiteeye,W)突變型,首說明因可以發生突變,而由此可以道野生型因W+有使蠅的複眼發育成為紅色這一生理功能。1911年摩爾又在蠅的X連鎖因白眼和短翅兩係的雜子二中,發現了白眼、短翅蠅和正的紅眼長翅蠅,首出於同一染色體上的兩個因可以過染色體換而分處在兩個同源染色體上。換是一個普遍存在的遺傳現,不過到20紀40年中為止,還從來沒有發現過換發生在一個因內部的現。因此當時認為一個因是一個功能單,也是一個突變單和一個換單。

20紀40年以前,對於因的化學本質不了解。到1944年O.T.埃弗裏等實肺炎雙球菌的轉化因子是DNA,首用實驗明了因是有遺傳效應的DNA片。

1955年S.本澤用大腸杆菌T4噬菌體作材,快溶菌突變型rⅡ的因精細結構,發現在一個因內部的許多點上可以發生突變,可以在這些點之間發生換,從而說明一個因是一個功能單,但不是一個突變單和換單,因為一個因可以包括許多突變單(突變子)和許多重組單(重組子)(見互補作用)。

1969年J.夏皮羅等從大腸杆菌中分離到乳糖操縱子,使它在離體條下進行轉錄,實了一個因可以離開染色體而獨立地發揮作用,於是顆粒性的遺傳概念加立。隨著重組DNA技術和核酸的順序分析技術的發,對因的認識又有了新的發,主要是發現了重疊的因、斷裂的因和可以移動置的因。

重疊因

重疊因示意圖

重疊因是在1977年發現的。早在1913年A.H.斯蒂文已在蠅中明了因在染色體上作線狀排列,20紀50年對因精細結構和順反置效應等的結也說明因在染色體上是一個著一個排列而不重疊。但是1977年F.桑格在測定噬菌體ΦX174的DNA的全部核苷酸序列時,卻意外地發現因D中包含著因E。因E的第一個密碼子(見遺傳密碼)從因D的中央的一個密碼子TAT的中間開始,因此兩個部分重疊的因所編碼的兩個蛋白質非但大小不等,而氨酸也不相同。在某些核生物病毒中也發現有重疊因。

斷裂的因也是在1977年發現的,它是內部包含一或幾最後不出現在成熟的mRNA中的片的因。這些不出現在成熟的mRNA中的片稱為內含子,出現在成熟的mRNA中的片則稱為外顯子。如下麵這一因,有三個外顯子和兩個內含子。在幾種哺乳動物的核因、酵母菌的線粒體因以某些感染核生物的病毒中都發現了斷裂的因。內含子的功用以轉錄後的加工機製是核生物分子遺傳學的一個吸引人的課。

功能、和數目到目前為止在蠅中已經發現的因不下於1000個,在大腸杆菌中已經定的因大約也有1000個,由因決定的性狀雖然千差萬,但是許多因的原初功能卻本相同。

1945年G.W.比德爾過對脈孢菌的,出了一個因一種酶假設,認為因的原初功能都是決定蛋白質的一級結構(編碼組成肽鏈的氨酸序列)。這一假設在20紀50年得到充分的驗。

區分

20紀60年初F.雅各布和J.莫諾發現了調節因。把因區分為結構因和調節因是著眼於這些因所編碼的蛋白質的作用:凡是編碼酶蛋白、血紅蛋白、膠原蛋白或晶體蛋白等蛋白質的因都稱為結構因;凡是編碼阻遏或激結構因轉錄的蛋白質的因都稱為調節因。但是從因的原初功能這一角度來看,它們都是編碼蛋白質。原初功能(因的產物)因可分為:

圖一

①編碼蛋白質的因。

②沒有翻譯產物的因。

③不轉錄的DNA區。

一個生物體內的各個因的作用時間不相同,有一部分因在複製前轉錄,稱為早因;有一部分因在複製後轉錄,稱為晚因。一個因發生突變而使幾種看來沒有關係的性狀同時變,這個因就稱為多效因。

數目不同生物的因數目有很大差異,已經RNA噬菌體MS2隻有3個因,而哺乳動物的一細胞中至少有100萬個因。但其中極大部分為重複序列,而非重複的序列中,編碼肽鏈的因估計不超過10萬個。除了單純的重複因外,還有一些結構和功能都相似的為數眾多的因,它們往往緊密連鎖,構成所謂因複合體或因家族。

等因:於一對同源染色體的相同置上控製某一性狀的不同形態的因。不同的等因產生如發色或血型等遺傳征的變化。等因控製相對性狀的顯隱性關係遺傳效應,可將等因區分為不同的。在個體中,等因的某個形(顯性的)可以比其他形(隱性的)表達得多。等因(gene)是同一因的另外“版本”。如,控製卷舌運動的因不止一個“版本”,這就解釋了為麼一些人能夠卷舌,而一些人卻不能。有缺陷的因版本與某些疾病有關,如囊性纖維化。值得注意的是,個染色體(e)都有一對“複製本”,一個來自父親,一個來自母親。這樣,我們的大約3萬個因中的一個都有兩個“複製本”。這兩個複製本可能相同(相同等因allele),也可能不同。圖一顯示的是一對染色體,上麵的因用不同顏色表示。在細胞分裂過中,染色體的外觀就是如此。如比較兩個染色體(男性與女性)上的相同部的因帶,你會看到一些因帶是相同的,說明這兩個等因是相同的;但有些因帶卻不同,說明這兩個“版本”(等因)不同。