四小件微生物遺傳m.g第五章

1、 第五章 真菌遺傳第一節(jié) 酵母菌遺傳第二節(jié) 絲狀真菌的 準性生殖 第一節(jié) 酵母菌遺傳一、 酵母菌染色體結(jié)構(gòu)二、酵母菌的質(zhì)粒三、 酵母菌接合型遺傳四、 酵母線粒體遺傳 酵母屬真核微生物，具有所有的膜結(jié)構(gòu)，但其基因組比真核生物小得多。釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）只是E.coli基因組的2.6倍，可以象細菌一樣分裂，在平板上形成單一的菌落，是在分子水平上研究真核生物遺傳學(xué)的模式系統(tǒng)。 釀酒酵母全基因組測序工作已于1996年告終。單倍體細胞含有16條染色體，總長度為1.2X107 bp。最短的染色體僅230kb，最長的達1532kb，共有5885個編碼蛋白質(zhì)的ORF。

2、一、酵母菌的染色體結(jié)構(gòu) 釀酒酵母染色體DNA與組蛋白結(jié)合形成核小體結(jié)構(gòu)，但沒有H1 組蛋白。1著絲粒（centromere） 著絲粒是真核染色體DNA上一段特殊序列。在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中，與紡錘絲結(jié)合，將染色體拉向細胞兩極。 點著絲粒(point centromere)，稱為著絲粒序列（CEN）。釀酒酵母著絲粒屬于此類。 區(qū)域著絲粒(regional centromere)。很長大于40kb，高等真核生物均具有這種著絲粒。釀酒酵母著絲粒序列約130bp,分為3個區(qū)： 5 CDE I， CDE II， CDE III 3 。 其中： CDE I 和 CDE III是2個共有序列，位于2側(cè)。

3、 中間由7886個左右核苷酸組成 CDE II ， CDE II中AT含量超過 90 ，容易彎曲。 每一著絲粒上附著一條紡錘絲。 下圖為酵母菌中3個不同的著絲粒序列：CEN3:ATAAGTCACATGAT 88bp(93%AT) TGATTTCCGAACEN11:ATAAGTCACATGAT 89bp(94%AT) TGATTTCCGAACEN4:AAAGGTCACATGCT 82bp(93%AT) TGATTTCCGAA CDE I CDE II CDE III 2端粒（telomere） 是真核生物（和某些原核生物）線性染色體兩端的特殊DNA與蛋白質(zhì)的復(fù)合體結(jié)構(gòu)。是由DNA重復(fù)序列和蛋白質(zhì)

4、結(jié)合構(gòu)成的。 端粒DNA是由幾個堿基組成的DNA重復(fù)單位通過串聯(lián)重復(fù)而形成。釀酒酵母端粒DNA的長度約為300bp。 5重復(fù)C13A：CACCACCCA 3重復(fù)G13T: GTGGTGGGT在酵母中，與端粒相連的DNA有2類序列： X和Y。X：為保守性很強的序列，長度0.33.7kb,多數(shù)染色體都有。 Y：高度保守，長度6.7kb，釀酒酵母2/3的端粒含有14個拷貝的Y區(qū)域。 X和Y對于端粒并非必需。對端粒的穩(wěn)定、染色體斷裂后修復(fù)以及減數(shù)分裂染色體聯(lián)會方面均有輔助作用。圖74 酵母端粒結(jié)構(gòu) 3復(fù)制起點 酵母的復(fù)制起點是指染色體上控制DNA復(fù)制起始的一小段DNA序列，通常稱為自主復(fù)制序列（ARS

5、）。釀酒酵母基因組中約有400個ARS，平均 40kb長的 DNA上就有一個ARS。ARS:Autonomously Replicatory Sequence ARS 結(jié)構(gòu):釀酒酵母ARS長度為100200bp,富含AT堿基。分為A、B、C三個結(jié)構(gòu)域，A、B 2個結(jié)構(gòu)域最重要。 結(jié)構(gòu)域A由11個核苷酸組成了保守序列，稱為ARS共有序列（ ARS consensus sequence），簡稱ACS。所有的ARS中都含有完全相同或非常相近的ACS。 ACS內(nèi)單一堿基突變就能降低或消除復(fù)制起始功能，證明它是ARS的必須因子。但ARS的活性需要B結(jié)構(gòu)域。ARS-結(jié)合蛋白 共有6種蛋白，大小分別是（kD

6、） ： 120, 72, 62, 57, 53 和 52。6種蛋白以復(fù)合體形式存在,稱為起始識別復(fù)合物，簡稱ORC (origin recognition complex)。 ORC與ARS共有序列ACS結(jié)合。 ORC特性類似原核生物DNA復(fù)制起始蛋白。ARS 啟動染色體復(fù)制的活性 實驗發(fā)現(xiàn)，有些ARS具有啟動染色體復(fù)制的活性，而有些只具有啟動質(zhì)粒復(fù)制的活性，不能啟動染色體復(fù)制，原因尚不明。 二、酵母菌的質(zhì)粒 1、 2質(zhì)粒 質(zhì)粒是獨立于染色體DNA復(fù)制的遺傳成分，且無細胞外形式。 多數(shù)酵母中含有一種典型的質(zhì)粒2質(zhì)粒。2質(zhì)粒是環(huán)狀 dsDNA分子，全長2m，含有6,318bp，含4個蛋白編碼基因

7、，4種蛋白只參與復(fù)制和重組，不賦予寄主任何表型，屬隱秘質(zhì)粒。 2質(zhì)粒具有2個600bp長的反向重復(fù)序列，其中各含有一個專一性重組序列（FRT）,經(jīng)該區(qū)域重組后，產(chǎn)生A、B型互變異構(gòu)的2質(zhì)粒。（p.171,圖78） 2、酵母嗜殺現(xiàn)象某些酵母能產(chǎn)生毒素殺死其它酵母，稱為嗜殺現(xiàn)象。產(chǎn)生毒素的酵母稱為嗜殺株（killer）。不產(chǎn)毒素、對毒素敏感的酵母稱為敏感株。既不產(chǎn)毒素又對毒素不敏感的稱為中性株。 3、 嗜殺毒素的來源： 來自2種能自我復(fù)制的細胞質(zhì)遺傳因子雙鏈線狀RNA。有M型和L型之分。RNA外通常有蛋白質(zhì)外殼包裹，象病毒粒子一樣存在于細胞質(zhì)中。但與病毒不同，不具有體外侵染的特性，故既稱為嗜殺質(zhì)粒

8、又稱為類病毒顆粒（virus- like particle）,分為M型和L型兩類。 外殼蛋白：M型和L型相同，由L-dsRNA編碼。L型：4.5kb的基因組，稱為L-dsRNA,含有2個ORF, 分別編碼外殼蛋白和RNA聚合酶。M型：含有2個相同的1.8kb RNA基因組，稱為M-dsRNA，編碼毒素蛋白 L型 M型 基因組 L-dsRNA, 4.5kb M-dsRNA, 1.8kb ,2個基 因 2個：RNA聚合酶 1個：毒素蛋白 外殼蛋白外殼蛋白 有 有 嗜殺質(zhì)粒可隨酵母菌接合作用廣泛傳播。幾乎所有酵母細胞中都含有L型類病毒，包括敏感型酵母，L型無嗜殺性，killer同時具有 L型和M型2

9、種類病毒。 見p.171 圖79 三、酵母菌接合型遺傳 1. 釀酒酵母生活史 酵母的單倍體細胞有a型和型之分。接合型（mating type）分別由 mat a和 mat2個基因控制。相同接合型酵母細胞不能發(fā)生接合。酵母細胞可定期的相互轉(zhuǎn)換它們的接合型，證明所有酵母細胞中同時含有mat a 和mat兩個基因,但只有一個基因獲得表達。酵母的異宗配合（heterothallism）:2個不同接合型的酵母細胞可發(fā)生接合作用，經(jīng)減數(shù)分裂后形成子囊孢子。見圖713 2. 酵母接合型基因的結(jié)構(gòu)接合型基因MAT位于3號染色體上，兩側(cè)有兩個沉默基因HML和 HMR a，與MAT距離分別是180bp和150bp

10、 。參與接合型轉(zhuǎn)換的基因還有HO (homothalism)。經(jīng)序列分析發(fā)現(xiàn)，兩個沉默基因和MAT位點的表達基因均由W,X,Y,Z1,Z2五個部分組成。見圖釋HML和 HMR a的Y區(qū)均為各自的特異序列。Y a長度642bp, Y長度747bp。HML與MAT序列完全相同。HMR a與MAT a序列也完全相同，只是缺少W和Z2區(qū)。 3. 酵母接合型A和轉(zhuǎn)換的盒式機制 轉(zhuǎn)換時，由HO內(nèi)切酶引發(fā)，特異的切割MAT的Y區(qū)右側(cè)Y-Z交界處，使雙鏈斷裂，原來該位點的A或基因被降解，沉默的A或基因復(fù)制，插入到已空出的MAT座位上，替換該位點原有的接合型基因。見下圖接合型基因轉(zhuǎn)換過程屬同源重組。HO內(nèi)切酶在

11、整個酵母基因組中僅有這一個切點。 酵母 a 和基因的功能： 使細胞分泌肽類激素，稱為a 因子和因子。這些激素與接合型不同的細胞有很高的親和性。a細胞表面只有因子的受體，而細胞表面只有a因子的受體。四、 酵母線粒體遺傳線粒體是真核生物細胞中重要的細胞器，是代謝中心。每一酵母細胞含有1050個線粒體。線粒體DNA稱為mtDNA,可以自我復(fù)制，有著獨立的遺傳系統(tǒng)和翻譯系統(tǒng)。細胞繁殖時，線粒體的數(shù)量是通過原有線粒體的分裂而增加，不能新合成，只能來源于原有線粒體。酵母線粒體突變后，有氧條件下生長緩慢，稱為小菌落突變型。染色體基因突變也形成小菌落突變型?？赏ㄟ^雜交觀察性狀分離情況區(qū)分兩類不同基因突變。由染

12、色體基因控制的遺傳性狀，表現(xiàn)正常的分離比，而由細胞質(zhì)因子控制的遺傳性狀是沒有一定規(guī)律的。如線粒體基因和類病毒基因。第二節(jié)、絲狀真菌的準性生殖一、異核體 1 互養(yǎng)的排除 2 重組體和二倍體的排除 3 異核體的生物學(xué)意義及其在遺傳育種上的 應(yīng)用二、二倍體三、體細胞重組體的來源四、單元化過程準性生殖（Parasexual reproduction）準性生殖 是真菌除有性生殖以外的又一種導(dǎo)致基因重組的過程。可看作營養(yǎng)細胞的有性生殖。準性生殖 特點1、在營養(yǎng)細胞中進行2、整個基因組參與重組3、具有有性生殖的效果，無有性生殖的過程。4、分為3步：異核體形成、二倍體形成、體細胞交換和單元化。但時間上不連續(xù)。異核體？ 同一細胞內(nèi)存在著不同基因型的細胞核的菌絲體。異核體無性繁殖時形成2種類型的孢子。互養(yǎng)？（cross feeding） 2種缺陷類型的孢子培養(yǎng)在一起時，可通過培養(yǎng)基互相提供養(yǎng)料，從而出現(xiàn)生長的現(xiàn)象。雜合二倍體和單倍重組體的排除實驗異核體無性繁殖形成2種親本