原核生物基因組

原核生物基因組第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三生物分界圖第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三原核生物環(huán)狀DNA位于細(xì)胞質(zhì)中,不具成形的細(xì)胞核細(xì)胞器無膜細(xì)菌,立克次體,支原體,藍(lán)藻第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)

原核生物基因組的一般特征

第二節(jié)

質(zhì)粒

第三節(jié)

基因轉(zhuǎn)移

第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)原核生物基因組的一般特征一、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)二、原核生物的類核結(jié)構(gòu)第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三一、原核生物基因組的結(jié)構(gòu)1.基因組DNA分子量較小,106~107bp之間，位于細(xì)胞中央，形成一個(gè)致密的區(qū)域，稱為類核(nucleoid)。不同細(xì)菌染色體基因組長(zhǎng)度比較細(xì)菌名nt細(xì)菌名ntBacillusanthracis5,392,168Salmonellatyphimurium

4,857,432Escherichiacoli

4,639,675Staphylococcusaureus2,821,361Mycobacteriumtuberculosis4,347,292Streptococcuspyogenes1,895,017Neisseriameningitidis2,184,406

Vibriocholerae

4,056,157Pseudomonasaeruginosa,6,264,404Yersiniapestis4,653,728Salmonellatyphi

4,809,037

第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.存在操縱子(operon)結(jié)構(gòu)乳糖操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)

調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列

結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙酰基轉(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三?3.原核生物的結(jié)構(gòu)基因多數(shù)是單拷貝，連續(xù)排列沒有內(nèi)含子成分

?4.編碼順序一般不重疊

基因重疊:基因組DNA中某些序列被兩個(gè)或兩個(gè)以上的基因所共用。這些基因序列之間互相有重疊。

?5.具有編碼同工酶的不同基因如E.coli含有兩個(gè)乙酰乳酸合成酶基因第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三不同細(xì)菌基因組GC含量比較細(xì)菌名GC%細(xì)菌名GC%Bacillusanthracis35%Salmonellatyphimurium52%Escherichiacoli50%Staphylococcusaureus33%Mycobacteriumtuberculosis66%Streptococcuspyogenes38%Neisseriameningitides52%Vibriocholerae47%Pseudomonasaeruginosa,58%Yersiniapestis48%Salmonellatyphi52%6.不同原核生物間，GC含量差異較大。第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三7.非編碼區(qū)內(nèi)主要是一些調(diào)控序列在基因組中編碼序列只占50%，復(fù)制起始區(qū)、復(fù)制終止區(qū)、轉(zhuǎn)錄起始區(qū)和終止區(qū)等存在非編碼區(qū)域。8.存在可移動(dòng)DNA序列如插入序列、轉(zhuǎn)座子等。第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三WholegenomeofE.coli

第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三二、原核生物的類核結(jié)構(gòu)類核(nucleoid):原核生物基因組DNA位于細(xì)胞的中央?yún)^(qū)，與支架蛋白和RNA結(jié)合在一起，以復(fù)合體的形式存在，經(jīng)高度盤旋聚集形成一個(gè)較為致密的區(qū)域。中央部分－RNA和支架蛋白外圍部分－雙鏈閉環(huán)的超螺旋DNA每個(gè)DNA環(huán)是一個(gè)獨(dú)立的功能區(qū)，完成不同區(qū)域基因表達(dá)調(diào)控。第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三類核結(jié)構(gòu)照片圖第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)

質(zhì)粒一、質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)二、質(zhì)粒的命名與分類三、質(zhì)粒的生物學(xué)特征

第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三什么是質(zhì)粒(plasmid)?

是細(xì)菌細(xì)胞染色體以外的能獨(dú)立復(fù)制并能穩(wěn)定遺傳的共價(jià)閉合環(huán)狀DNA（covalentlyclosedcircularDNA，cccDNA)分子。質(zhì)粒有DNA和RNA質(zhì)粒之分，本書主要介紹DNA質(zhì)粒。第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三一、質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)1.

質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)通常有三種構(gòu)型:共價(jià)閉環(huán)DNA分子半開環(huán)DNA分子線性DNA分子２．質(zhì)粒的理化性質(zhì)具有核酸分子的一般理化特性，如可嵌入某些染料(溴化乙錠,EB）,具有較強(qiáng)的抗切割和抗變性的能力。第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三二、質(zhì)粒的命名與分類（一）質(zhì)粒的命名原則：用小寫字母“

p”代表質(zhì)粒，后面一般有2個(gè)大寫字母代表，如pUC118、pMT-18T、pBR322等。第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三（二）質(zhì)粒的分類1.復(fù)制機(jī)理嚴(yán)緊型松弛型2.功能F質(zhì)粒R質(zhì)粒Col質(zhì)粒3.轉(zhuǎn)移方式接合型可移動(dòng)型自傳遞型4.大小小型(1.5kb-15kb)

大型(60kb-120kb)5.宿主范圍窄宿主譜型廣宿主譜型

第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三三、質(zhì)粒的生物學(xué)性質(zhì)1.質(zhì)粒的主要成分環(huán)狀超螺旋DNA分子，分子量4×106～1×108dal2.質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移分子量在2.5×107dal以上的質(zhì)粒有轉(zhuǎn)移能力，可發(fā)生在同一菌屬或不同菌屬之間。結(jié)果使某些質(zhì)粒在致病菌中播散，形成多重耐藥菌株。3.質(zhì)粒的復(fù)制主要由4個(gè)遺傳控制系統(tǒng)決定:

復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)分配系統(tǒng)細(xì)胞分裂控制系統(tǒng)位點(diǎn)特異重組系統(tǒng)4.質(zhì)粒帶有選擇標(biāo)記第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

同一類群的不同質(zhì)粒通常不能在同一菌株內(nèi)穩(wěn)定共存，當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)就會(huì)分別進(jìn)入不同的子代細(xì)胞，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)粒的不相容性。質(zhì)粒的不相容性?(incompatibility)第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)

基因轉(zhuǎn)移一、基因轉(zhuǎn)移的方式二、原核生物的轉(zhuǎn)座子第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三一、基因轉(zhuǎn)移的方式1.接合(conjugation)

又稱“細(xì)菌雜交”，是遺傳物質(zhì)通過細(xì)胞間的直接接觸而進(jìn)行的轉(zhuǎn)移和重組。當(dāng)細(xì)胞與細(xì)胞、或細(xì)菌通過菌毛相互接觸時(shí)，質(zhì)粒DNA從一個(gè)細(xì)胞（細(xì)菌）轉(zhuǎn)移至另一細(xì)胞（細(xì)菌）的DNA轉(zhuǎn)移稱為接合作用(conjugation)。第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.轉(zhuǎn)化(transformation)

受體菌直接吸收來自供體菌的DNA片段，通過交換將其整合到自身的基因組中，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象。第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三3.轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction):

當(dāng)病毒從被感染的（供體）細(xì)胞釋放出來、再次感染另一（供體）細(xì)胞時(shí)，發(fā)生在供體細(xì)胞與受體細(xì)胞之間的DNA轉(zhuǎn)移及基因重組即為轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)。第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三λ噬菌體的生活史溶菌生長(zhǎng)途徑(lysispathway)溶源菌生長(zhǎng)途徑(lysogenicpathway)例目錄第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三4.轉(zhuǎn)染(transinfection):

病毒侵入宿主細(xì)胞的過程。若是原核生物，轉(zhuǎn)染指噬菌體侵入細(xì)菌細(xì)胞過程。第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）:又稱轉(zhuǎn)座元件，是一類在細(xì)菌染色體、質(zhì)?；蚴删w之間自由移動(dòng)并具有轉(zhuǎn)位特性的獨(dú)立DNA序列。轉(zhuǎn)座子的遺傳效應(yīng)1.引起突變轉(zhuǎn)座可引起多種突變插入失活轉(zhuǎn)錄終止缺失和倒位2.引入新基因某些抗生素的抗性基因3.引起生物進(jìn)化轉(zhuǎn)座引起基因重排產(chǎn)生具有新的生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。二、原核生物的轉(zhuǎn)座子第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三1.插入序列(insertionsequence，IS)

組成:700-2，000bp

一個(gè)轉(zhuǎn)位酶基因兩側(cè)的反向重復(fù)序列2.轉(zhuǎn)座子(transposon，Tn)

組成:4，500-20，000bp

轉(zhuǎn)座酶基因抗性基因3.可專座噬菌體具有轉(zhuǎn)座功能的溫和性噬菌體，能整合到