真核生物的基因組比較龐大，并且不同生物種間差異很大，例如人的單倍體基因組由3.16×109 bp組成。在人細胞的整個基因組中實際上只有很少一部份（約占2%~3％）的DNA序列用以編碼蛋白質。
第一節 真核生物基因組特點
真核生物體細胞內的基因組分細胞核基因組與細胞質基因組，細胞核基因組是雙份的（二倍體，diploid），即有兩份同源的基因組；細胞質基因組可有許多拷貝。真核細胞基因轉錄產物為單順反子，一個結構基因經過轉錄和翻譯生成一個mRNA分子和一條多肽鏈。細胞核基因組存在重復序列，重復次數可達百萬次以上，大多為非編碼序列；因此，基因組中不編碼的區域多于編碼區域。大部分基因含有內含子，因此，基因是不連續的。真核生物基因組遠遠大于原核生物的基因組，具有許多復制起點，但每個復制子的長度較小。
一、細胞核基因組與細胞質基因組
（一） 細胞核基因組
細胞核基因組的DNA與蛋白質結合形成染色體（chromosome）。除配子細胞外，體細胞有兩個同源染色體，因此基因組有兩份同源的基因組。染色體儲存于細胞核內，是基因組遺傳信息的載體。
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基因組DNA在形成染色體時發生了高度的壓縮，其中核小體（nucleosome）的形成使DNA大約壓縮6~7倍，從核小體到形成30nm螺線管纖維（solenoidal fiber）又使DNA壓縮了6倍，30nm螺線管纖維再纏繞在一個由某些非組蛋白構成的中心軸（centralaxis）骨架上形成螺線管纖維環（loops）再一次使DNA壓縮，最后，從螺線管纖維環到包裝形成染色體是DNA壓縮程度最高的階段，因此染色體形成后DNA總共被壓縮了8100多倍。 |
（二） 線粒體基因組
線粒體基因組DNA（mitochondrial
DNA，mtDNA）為雙鏈環狀超螺旋分子，類似于質粒DNA，分子量小，大多在1~200×106之間，如人類mtDNA僅由16569bp組成。mtDNA的復制屬于半保留復制，可以是θ型復制，或滾環復制，或D環復制，由線粒體DNA聚合酶催化完成。
線粒體基因組主要編碼與生物氧化有關的一些蛋白質和酶，如：呼吸鏈中的細胞色素氧化酶有七個亞基，其中三個亞基由mtDNA編碼，其余四個亞基由細胞核DNA編碼；細胞色素還原酶有七個亞基，基中的一個亞基由mtDNA編碼；ATP酶含有十個亞基，其中四個亞基由mtDNA編碼。線粒體基因組可能還包括一些抗藥性基因。此外，線粒體基因組有自己的rRNA，tRNA，核糖體等系統，因此線粒體本身的一些蛋白質基因也可以在線粒體內獨立地進行表達。
近幾年的研究發現，哺乳動物mtDNA的遺傳密碼與通用的遺傳密碼有以下區別：①UGA不是終止密碼，而是編碼色氨酸的密碼；②多肽內部的甲硫氨酸由AUG和AUA兩個密碼子編碼，而起始甲硫氨酸由AUG、AUA、AUU和AUC四個密碼子編碼；③AGA、AGG不是精氨酸的密碼子，而是終止密碼子，因此，在線粒體密碼翻譯系統中有4個終止密碼子（UAA、UAG、AGA、AGG）。
二、單順反子結構
真核細胞結構基因為單順反子（monocistron），一個結構基因經過轉錄生成一個單順反子mRNA分子，翻譯成一條多肽鏈，真核生物基本上沒有操縱子結構。
三、斷裂基因
真核細胞基因組的大部分序列屬于非編碼區，不編碼具有生物活性的蛋白質或多肽。編碼區通常為結構基因，結構基因不僅在兩側有非編碼區，而且在基因內部也有許多不編碼蛋白質的間隔序列（intervening
sequences），因此，真核細胞的基因大多由不連續的幾個編碼序列所組成，稱之為斷裂基因（split gene）。
（一） 內含子與外顯子
內含子（intron）是結構基因中的非編碼序列，往往與編碼序列呈間隔排列。當基因轉錄后，在mRNA的成熟過程中被剪切（splicing）。
外顯子（exon）是結構基因中的編碼序列，當基因轉錄后，mRNA在成熟過程中切去內含子，外顯子才被拼接成完整的序列，成為成熟的mRNA作為指導蛋白質合成的模板。
（二） 間隔區DNA
真核生物基因之間存在編碼空白區或轉錄的空白區，稱之為間隔區DNA（spacer
DNA），這些序列往往在單拷貝的結構基因之側翼，并使結構基因彼此分開，間隔區DNA也可以存在于rDNA區。間隔區DNA大小與基因組的大小有關，一般來說，基因組愈大，間隔區DNA所占的比例也愈高。
四、重復序列
（一） 高度重復序列
真核生物基因組中普遍存在著重復序列，其中重復頻率高，可達百萬（106）以上的重復序列，稱之為高度重復序列。在人類基因組中約占20％。由于高度重復序列中堿基組成的復雜度很低，因此其復性速率很快。高度重復序列又按其結構特點分為三種：
1．反向（倒位）重復序列
這種重復序列復性速度極快，即使在極稀的DNA濃度下，也能很快復性，因此又稱零時復性部分，人基因組中約占5％。倒位重復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。變性后再復性時，同一條鏈內的互補的拷貝可以形成鏈內堿基配對而形成發夾式或“+”字形結構。倒位重復（即兩個互補拷貝）之間可有若干個核苷酸的間隔，也可以沒有間隔。沒有間隔的又稱之為回文（palindrome）結構，回文結構約占所有倒位重復的三分之一。
2．衛星DNA（satellite DNA） 重復序列的重復單位一般由2~10bp組成，且成串排列。由于這類序列的堿基組成不同于其他部份，可用等密度梯度離心法將其與主體DNA分開，因而稱為衛星DNA或隨體DNA。在人類基因組中衛星DNA約占5~6％。
3.
高度重復順序的功能主要有：①參與復制水平的調節。反向序列常存在于DNA復制起點區的附近；另外，許多反向重復序列是一些蛋白質（包括酶）和DNA的結合位點。②參與基因表達的調控。③參與轉位作用。幾乎所有轉位因子的末端都包含反向重復序列，長度由幾個bp到1400bp。④與進化有關。不同種屬的高度重復序列的核苷酸序列不同，具有種屬特異性，但相近種屬又有相似性。⑤與個體特征有關。同一種屬中不同個體的高度重復序列的重復次數不一樣，這可以作為每個個體的特征，即DNA指紋。⑥與染色體減數分裂時染色體配對有關。