内含子

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内含子(introns)是基因内的间隔序列,不出现在成熟的RNA分子中,在转录后通过加工被切除。大多数真核生物的基因都有内含子。需注意的是,在古细菌中也有内含子。

在转录后的加工中,从最初的转录产物除去的内部的核苷酸序列。术语内含子也指编码相应RNA内含子的DNA中的区域。

大多数真核结构基因中的间插序列(intervening sequence)或不编码序列。它们可以转录,但在基因转录后,由这些间插序列转录的部分(也可用内含子这个术语表示)经加工被从初级转录本中准确除去,才产生有功能的RNA。基因的编码部分称外显子。内含子常比外显子长,且占基因的更大比例。真核基因所含内含子的数目、位置和长度不尽相同,如鸡卵清蛋白基因的外显子被7个内含子隔开,鸡卵伴清蛋白基因有17个内含子,α-珠蛋白基因有2个内含子,卵粘蛋白基因有6个内含子等。

又称沉默DNA(silent DNA)。真核基因中的非翻译区,它不被表达于蛋白质分子或成熟的mRNA中。内含子把单个真核基因分成许多不连续的区域。内含子也可见于某些前核基因组,但较为少见,且也有许多调节功能。由核RNA转录产生的为不均一核RNA(hnRNA)含有内含子,经特殊的酶(如ribozyme)作用切去内含子序列,然后剩余的外显子(exon)被连接酶拼接成为成熟的mRNA。但是,还是有少数被切去的内含子可以发挥酶的作用,催化某些反应。  

内含子的发现

1977年国的Sharp和Roberts两组科学家分别同时发现了断裂基因(split gene),Crick称此为分子遗传学上的一次型革命,这项发现与1993年荣获了诺贝尔奖。

就在Sharp和Roberts发现内含子之前,法国的科学家Chambon也率领一个小组进行了有关实验。他们在思考一个问题,鸡的输卵管分泌卵清蛋白、卵粘蛋白和伴清蛋白,而其红细胞(鸟类的红细胞上有核的)只合成血红蛋白,那么两种组织之间DNA有什么不同呢?于是他们提取两种组织的DNA,分别用酶(EcoR1和HindIII)切成几段,走电泳,再用卵清蛋白mRNA来制备cDNA探针和以上两片进行southern杂交,结果两种组织中的DNA不论用哪一种酶来切,都出现了相同的多条阳性杂交带。实验表明不论是红细胞还是输卵管的细胞,虽基因表达不同,但DNA的结构没有差异。但令它们不解的是cDNA序列内并没有EcoRI和HindIII的切点,为什么会出现多条阳性带。

几个月以后Berget,Sharp小组和Roberts小组同时发现了腺病毒外壳蛋白六聚体基因(Hexon gene)前导区有断裂现象。他们用限制性内切酶EcoRI和HindIII分别消解腺病毒的DNA,得到了大小不同的很多片段,分别选择两种酶切片段中的最大的A片段DNA和Hexon的mRNA进行杂交,在电镜下可以观察到EcoRI酶切的A片段的3‘段可以和上述mRNA形成杂合双链,但在杂合双链的5‘端逸出3个单链DNA环,说明它们不能和mDNA完全互补。他们的解释是Hexon基因5‘端出现了断裂,即有些区域在mRNA中已被删除了,所以出现了不配对的单链环,而HindIII酶切的A片段是Hexon的3‘段区域,不含有这一断裂区域,故不出现单链环。

Berget在冷泉港作了有关发现断裂基因的学术报告,提出在Hexon基因内近5‘端有不编码的部分。Chambon听了报告后便意识到,他们的实验结果也是可以用断裂基因来解释的。即卵清蛋白的基因上可能有多个断裂区(内含子)。在这些断裂区上有酶切位点的存在,可将卵清蛋白基因切成大小不同的片段,但它们都可以和mRNA进行杂交。事后Chambon(1977,1981)等用Berget的实验方法进行了分子杂交,果然出现了7个单链DNA的环,表面有个断裂区的存在,虽然错过良机,但证实了自己的推测仍然是很值得称赞的事。

1977年继Sharp和Roberts后相继发现了兔子的b珠蛋白基因(Jeffregs.A.J和R.A.Flavell 1977)、鼠的b珠蛋白基因 (Leder P 1978) 和卵清蛋白基因(Chamber 1977)等的断裂基因。

1978年Gilbort创用了内含子 (intro) 和外显子 (exon) 两个名词,内含子是指在成熟的mRNA中不出现的序列Exon是指在成熟的mRNA中出现的编码序列。

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