真核生物染色体基因组的结构和功能

　　Alu家族：Alu家族是哺乳动物包括人基因组中含量最丰富的一种中度重复顺序家族，在单倍体人基因组中重复达30万-50万次，约占人基因组的3-6％。Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点（AG↓CT）从而将其切成长130和170bp的两段，因而定名为Alu序列（或Alu家族）。Alu序列分散在整个人体或其他哺乳动物基因组中，在间隔DNA，内含子中都发现有Alu序列，平均每5kbDNA就有一个Alu顺序。已建立的基因组中无例外地含有Alu顺序。Alu顺序具有种的特异性，人的Alu顺序制备的探针只能用于检测人的基因组中的Alu序列。由于在大多数的含有人的DNA的克隆中都含有Alu顺序，因此，可以这样认为，用人的Alu序列制备的探针与要筛选的克隆杂交，阳性者即为含有人DNA克隆，阴性者不含有人DNA。序列分析表明人类Alu顺序是由两个约130bp的正向重复构成的二聚体，而在第二个单体中有一个31bp的插入序列，该插入序列在Alu家族的不同成员之间核苷酸顺序相似但不相同。每个Alu顺序两侧为6-20bp的正向重复顺序，不同的Alu成员的侧翼重复顺序也各不相同。Alu序列的5'端比较保守，但富含脱氧腺苷酸残基的3'端在不同的Alu成员中是有变化的。在相近的生物体中Alu家族在结构上存在相似性，一般认为灵长类基因组中的Alu顺序多为由两个130bp的正向重复组成的二聚体，而啮类动物则为由一个130bp左右的DNA片段组成的单体。Alu序列在不同的哺乳动物之间存在着一定的相似性，但其序列相差较大，不会产生交叉杂交。Alu顺序广泛散布于整个基因组的原因可能是由于Alu顺序可由RNA聚合酶转录成RNA分子，再经反转录酶的作用形成cDNA,然后重新插入基因组所致。也有人认为Alu序列两侧存在着短的重复顺序，使得Alu顺序很象转座子，因此推测Alu顺序可能也是能够移动的。这可能是它们在整个基因组中含量如此丰富，颁布如此广泛的原因之一。Alu家族的功能是多方面的，由于在许多核内不均一RNA(hnRNA)中含有大量的Alu顺序，而且，Alu顺序含有与某些真核基因内含子剪接接头相似的序列，因而，Alu顺序可能参与hnRNA的加工与成熟。Alu序列在人基因组中不寻常地大量存在，提示它与遗传重组及染色体不稳定性有关。最近发现在人的组织细胞中存在自然发生的染色体外双链环状DAN，被称为人类质粒（human plasmid），而这些质粒又毫无例外地含有Alu顺序。还有研究表明，Alu顺序中的某些区段有形成Z-DNA的能力。另外，Alu顺序可能具有转录调节作用。

　　KpnⅠ家族：KpnⅠ家族是中度重复顺序中仅次于Alu家族的第二大家族。用限制性内切酶KpnⅠ消化人类及其它灵长类动物的DNA，在电泳谱上可以看到4个不同长度的片段，分别为1.2,1.5,1.8和1.9kb，这就是所谓的KpnⅠ家族。KpnⅠ家族成员顺序比Alu家族更长（如人KpnⅠ顺序长6.4kb），而且更加不均一，呈散在分布，属于中度重复顺序的长分散片段型。尽管不同长度类型的KpnⅠ家族（称为亚类，subfamily）之间同源性比较小，不能互相杂交，但它们的3'端有广泛的同源性。KpnⅠ家族的拷贝数约为3000￣4800个，占人体基因组的1％,与散在分布的Alu家族相似，KpnⅠ家族中至少有一部份也是通过KpnⅠ顺序的RNA转录产物的cDNA拷贝的重新插入到人基因组DNA中而产生的。

　　Hinf家族：这一家族以319bp长度的串联重复存在于人体基因组中。用限制性内切酶HinfⅠ消化人体DNA，可以分离到这一片段。Hinf家族在单位基因组内约有50 100个拷贝，分散在不同的区域。319bp单位可以再分成两个亚单位，分别为172bp和147bp,它们之间有70%的同源性。

　　多聚dＴ－dＧ家族：这一家族的基本单位是dＴ－dＧ双核苷酸，多个dＴ－dＧ双核苷酸串联重复在一起，分散于人体基因组中。已经发现，这个家族的一个成员位于人类δ和β珠蛋白基因之间，含有17个dＴ－dＧ双核苷酸组成的串联重复顺序。在人基因组中，dＴ－dＧ交替顺序达106拷贝，这些顺序的平均长度为40bp。人们推测，这样一个短的串联重复顺序可能是基因转变（gene conversion）或不等交换（unequal crossing-over）的识别信号。另外，这些嘌呤和嘧啶的交替顺序有助于Z-DNA的形成，在基因调节中可能起着重要的作用。中度重复顺序除了包括以上非编码区域外，许多编码区如rRNA基因，tRNA基因，组蛋白基因等在基因组中也多次重复，属于中度重复顺序。

　　rRNA基因：在原核生物如大肠杆菌基因组中，rRNA基因一共是七套；在真核生物中rRNA基因的重复次数更多。在真核生物基因组中18S和28S,rRNA基因是在同一转录单位中，低等的真核生物如酵母中，5SrRNA也和18S,28SrRNA在同一转录单位中；而在高等生物中，5SrRNA是单独转录的，而且其在基因组中的重复次数高于18S和28S基因。和一般的中度重复顺序不一样，各重复单位中的rRNA基因都是相同的。rRNA基因通常集中成簇存在，而不是分散于基因组中，这样的区域称为rDNA，如染色体的核仁组织区（nucleolus organizer region）即为rDNA区。18S和28SrRNA基因构成一个转录单位。从转录单位上转录下来的rRNA前体经过酶切成为18S和28SrRNA。在哺乳动物和两栖动物中，18S和28SrRNA之间一同被转录下来的间隔区经过加工成为5.8SrRNA(在大肠杆菌中该区含有tRNA序列)。rRNA前体的其它部份被降解成核苷酸。真核生物中每个转录单位约长7-8kb（在哺乳动物中长13kb），其中编码rRNA的部份占70-80％（哺乳动物中只占50％左右）。一个rRNA基因簇（rDNA簇）含有许多转录单位，转录单位之间为不转录的间隔区，该间隔区由21-100bp片段组成的类似卫星DNA的串联重复顺序。转录单位和不转录的间隔区构成一个rDNA重复单位。由于不转录的间隔区中类似卫星DNA的串联重复次数不一样，因此，在不同生物及同种生物的不同rDNA重复单位之间不转录间隔区的长短相差甚大。非洲爪蟾的rDNA簇中，由类似卫星DNA的重复序列交替排列构成。5'端为一固定长度的独特顺序；后面的重复区域是由97bp的重复单位组成；另外两个重复区域是由60bp或81bp的重复单位构成；由于每个重复区域中重复单位的重复次数在不同的rDNA重复单位中不一样，因而造