原核生物基因組

關(guān)于原核生物基因組第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日

什么是原核生物（prokaryote）？細(xì)菌、支原體、衣原體、立克次體、螺旋體、放線菌和藍(lán)綠藻等原始生物的總稱，是最簡單的細(xì)胞生物體。原核生物的概念第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日（一）原核生物基因組的特征1.基因組分子質(zhì)量較小2.環(huán)狀雙鏈DNA分子3.具有類核結(jié)構(gòu)4.廣泛存在操縱子結(jié)構(gòu)5.多為單拷貝6.結(jié)構(gòu)基因無重疊現(xiàn)象7.具有編碼同工酶的不同基因8.具有可移動的DNA序列9.非編碼區(qū)內(nèi)主要是一些調(diào)控序列第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日1.基因組分子質(zhì)量較小一般在106~107bp之間基因數(shù)目較少，約3500個2.環(huán)狀雙鏈DNA分子3.具有類核結(jié)構(gòu)第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

大腸桿菌的類核結(jié)構(gòu)模型+RNA松弛DNA環(huán)第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

4.廣泛的操縱子結(jié)構(gòu)

操縱子結(jié)構(gòu)是原核生物基因

組的功能單位，是原核生物基因組的一個突出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其中結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為多順反子第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日

操縱子

(operon)概念：在原核生物中，多個功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列，與上游共同的調(diào)控區(qū)和下游轉(zhuǎn)錄終止信號組成的基因轉(zhuǎn)錄單位。第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日AYZII乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：

透性酶A：

乙?；D(zhuǎn)移酶第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日乳糖乳糖半乳糖葡萄糖乙酰輔酶A輔酶A乙酰半乳糖+β-半乳糖苷酶乙酰基轉(zhuǎn)移酶透性酶lacZ基因編碼lacY基因編碼lacA基因編碼第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日CAPOPAYZ乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列終止序列CAP結(jié)合位點(diǎn)IRNAPol.PromoterOperatorCAP:catabolitegeneactivationprotein第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日

乳糖操縱子的調(diào)節(jié)機(jī)制阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)CAP的正性調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)

★沒有乳糖存在★僅有乳糖存在第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日CAPOPAYZ

IGene:OFFNomRNAproducts沒有乳糖存在時阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)RNAPol.第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日

Inducer

（半乳糖）CAPOPAYZIRNAPol.RNAPol.僅有乳糖存在時阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)？第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日5.除16S、23S、5SrRNA及tRNA外，原核生物的結(jié)構(gòu)基因均為單拷貝基因。結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子，RNA合成后不需剪切加工第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日6.結(jié)構(gòu)基因無重疊現(xiàn)象重疊基因:基因組DNA中的某些序列被兩個或兩個以上的基因所共有第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日7.具有編碼同工酶的不同基因結(jié)構(gòu)不完全相同的基因，但表達(dá)產(chǎn)物功能相同。如，在大腸桿菌基因組中有兩個編碼分支酸變位酶的基因，兩個編碼乙酰乳酸合成酶的基因。第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日8.具有可移動的DNA序列

轉(zhuǎn)座因子：能在基因組中從一個位點(diǎn)移至另一位點(diǎn)的DNA序列稱為轉(zhuǎn)座因子,又稱可轉(zhuǎn)座元件。插入序列（insertionsequence）2.轉(zhuǎn)座子（transposons）3.

可轉(zhuǎn)移性噬菌體（transposablephages）美國冷泉港實(shí)驗(yàn)室的女科學(xué)家B.MClintock第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日9.非編碼區(qū)主要是一些調(diào)控序列編碼區(qū)所占比例約50%。非編碼區(qū)常有反向重復(fù)序列，可形成特殊結(jié)構(gòu)，具有一定的調(diào)控作用。*IR（反向重復(fù)序列）：TGCGAT

....ACGCTAACGCTA

....TGCGAT

第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日（二）質(zhì)粒（plasmid）是存在于細(xì)菌、真菌等微生物的細(xì)胞中，獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自我復(fù)制的遺傳因子。第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)通常以共價閉合環(huán)狀的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日質(zhì)粒與宿主的關(guān)系：質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時能賦予宿主細(xì)胞以特殊的功能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日

質(zhì)粒的命名規(guī)則質(zhì)粒的名稱一般由三個英文字母及編號組成，第一個字母一律用小寫p表示，質(zhì)粒，plasmid;后兩個字母應(yīng)大寫，可以采用發(fā)現(xiàn)者人名、實(shí)驗(yàn)室名稱、表型性狀或其他特征的英文縮寫。編號為阿拉伯?dāng)?shù)字，用于區(qū)分屬于同一類型的不同質(zhì)粒，如pUC18和pUC19等。第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日

質(zhì)粒的分類

F質(zhì)粒R質(zhì)粒Col質(zhì)粒功能第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

F質(zhì)粒（fertilityfactor）

又稱致育因子或性因子存在于腸細(xì)菌屬、假單胞菌屬、嗜血桿菌、奈瑟氏球菌、鏈球菌等細(xì)菌中，決定性別并有轉(zhuǎn)移功能一種最有代表性的單拷貝的接合型質(zhì)粒62×106D，94.5kb，相當(dāng)于核染色體DNA2%的環(huán)狀雙鏈DNA，其中1/3基因（tra區(qū)）與接合作用有關(guān)。第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

R質(zhì)粒（resistancefactor）

又稱抗藥性質(zhì)?；蚰退幮再|(zhì)粒具有使宿主菌對鏈霉素、四環(huán)素等抗生素產(chǎn)生抗藥性的基因群由抗性轉(zhuǎn)移因子（RTF）和抗性決定R因子組成。RTF，11MD，控制質(zhì)?？截悢?shù)及復(fù)制，可使耐藥性自一菌轉(zhuǎn)移至另一菌；R因子大小不固定，幾MD到100MD，含抗性基因。第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日又稱大腸桿菌素因子大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)，含編碼大腸桿菌素的基因大腸桿菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的細(xì)菌素，能通過抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專一地殺死其它腸道細(xì)菌。

Col質(zhì)粒（Colplasmid）凡帶Col因子的菌株，由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而對大腸桿菌素有免疫作用，不受其傷害。第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日復(fù)制機(jī)制松弛型質(zhì)粒（relaxedplasmid）嚴(yán)緊型質(zhì)粒（stringentplasmid）復(fù)制受到宿主細(xì)胞的嚴(yán)格控制，只在細(xì)胞周期的一定階段進(jìn)行復(fù)制不受到宿主細(xì)胞的嚴(yán)格控制，在整個細(xì)胞周期隨時可以復(fù)制第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)移方式接合型質(zhì)粒：只能使細(xì)菌接合，本身不被傳遞，含自我復(fù)制基因，接合基因可移動型質(zhì)粒：可被動傳遞，不能使細(xì)菌接合傳遞性質(zhì)粒：兼有接合和可移動的雙重性質(zhì)第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日質(zhì)粒的生物學(xué)特性

第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日

（一）質(zhì)粒的大小和拷貝數(shù)1.質(zhì)粒的大?。阂苑肿淤|(zhì)量MD或堿基對數(shù)kb表示，1MD的雙鏈DNA=1.65kb。質(zhì)粒的大小一般在1-200kb，最大的可達(dá)1400kb(如苜蓿根瘤菌質(zhì)粒pRm141a)第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日2.質(zhì)粒的拷貝數(shù)（copynumber）：指同一質(zhì)粒在每個細(xì)胞中的數(shù)量，不同的質(zhì)粒在同一細(xì)胞中的拷貝數(shù)有差異。復(fù)制子復(fù)制起始點(diǎn)+調(diào)控元件是確定某種質(zhì)粒特性的一個重要參數(shù)復(fù)制子決定其拷貝數(shù)第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日類型代表質(zhì)粒大?。╧b）拷貝數(shù)宿主表型特征致育因子F因子95-1001-3大腸桿菌,沙門氏菌,檸檬酸桿菌性纖毛、接合轉(zhuǎn)移R質(zhì)粒RP4541-3假單胞菌和其它G陰性菌性纖毛、接合轉(zhuǎn)移，抗Ap、Km、Nm、Tc

R1801-3G陰性菌抗Ap、Km、Su、Cm、Sm

R6981-3大腸桿菌,奇異變形桿菌抗Km、Nm、Su、Cm、Sm

R100901-3大腸桿菌,志賀桿菌,沙門氏菌Cm,Sm,Su,Tc,Hg

pSH621

金黃色葡萄球菌Gm,Tm,Km

pAD225

糞腸球菌Em,Sm,KmCol質(zhì)粒ColE1910-30大腸桿菌產(chǎn)大腸桿菌素E1

ColE2

10-15志賀桿菌產(chǎn)大腸桿菌素E2

ColDF13

陰溝桿菌產(chǎn)大腸桿菌素DF13毒性質(zhì)粒Ent（P307）83

大腸桿菌產(chǎn)腸毒素

K88質(zhì)粒

大腸桿菌粘附抗原

ColV-K302

大腸桿菌攝鐵載體,免疫機(jī)制抗性

pZA1056

金黃色葡萄球菌腸毒素B

Ti200

根癌農(nóng)桿菌誘導(dǎo)腫瘤代謝質(zhì)粒CAM230

假單胞菌樟腦降解

SAL56

假單胞菌水楊酰降解

TOL75

惡臭假單胞菌甲苯降解

pJP4

假單胞菌2,4-二氯苯乙酰降解

pSym

根瘤菌共生固氮

質(zhì)粒大小和類型

第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

(二)質(zhì)粒轉(zhuǎn)移性概念：指質(zhì)粒能從供體細(xì)胞把它的一個復(fù)本轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞質(zhì)粒在細(xì)菌間的轉(zhuǎn)移，需要供體和受體細(xì)胞間的直接接觸才能進(jìn)行，即接合作用可以在同種屬也可以不同種屬間轉(zhuǎn)移第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日（三）質(zhì)粒的復(fù)制復(fù)制所需的酶類和復(fù)制蛋白DNA聚合酶的利用復(fù)制的方向性復(fù)制的終止復(fù)制起始復(fù)制型第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日復(fù)制起點(diǎn)（ori）是一段特定的DNA序列，長約幾百堿基對，在其相關(guān)的調(diào)控元件中含有由質(zhì)?；蛩拗魅旧w編碼的、參與DNA合成起始調(diào)控因子的結(jié)合位點(diǎn)。在大多數(shù)質(zhì)粒中，與復(fù)制有關(guān)的蛋白質(zhì)基因位于它們的作用位點(diǎn)——ori序列附近，因此ori位點(diǎn)周圍的小范圍DNA是質(zhì)粒復(fù)制所必需的。如果質(zhì)粒DNA的大部分區(qū)域被去掉，而只保留質(zhì)粒的ori序列，而且質(zhì)粒是環(huán)狀的，則質(zhì)粒仍然能進(jìn)行復(fù)制。分子克隆中利用質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。第三十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日質(zhì)粒的復(fù)制型

θ型復(fù)制（主）單向復(fù)制雙向復(fù)制滾環(huán)復(fù)制第三十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日

（四）質(zhì)粒的標(biāo)記選擇標(biāo)記：