原核及病毒基因組

1基因組II—原核與病毒基因組2提綱1、1、原核生物基因組2、病毒生物基因組3無真正細胞核的的單細胞或多細胞的低等生物:細菌（Bacteria）古細菌（Archaea）放線菌Actonomyce）立克次氏體、螺旋體、支原體（無細胞壁）、衣原體…一、原核生物基因組4形態(tài)與細胞組成：無核膜，無細胞核（擬核或類核）；無微纖維系統(tǒng)（無肌球、肌動蛋白），細胞質(zhì)不能流動，無偽足、吞噬作用等現(xiàn)象）；鞭毛（非微管）由幾條螺旋或平行的蛋白質(zhì)絲構(gòu)成；核糖體（70S）散在于細胞內(nèi)，無線粒體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、液泡和質(zhì)體（植物）、中心粒(低等植物和動物)等細胞器；單位膜系統(tǒng)由細胞膜內(nèi)褶而成，發(fā)揮氧化磷酸化電子傳遞功能或光合作用（藍細菌在類囊體內(nèi)）或化能營養(yǎng)。繁殖方式：簡單二分裂方式繁殖，無有絲分裂或減數(shù)分裂;遺傳物質(zhì)：一條環(huán)狀雙螺旋脫氧核糖核酸絲（不與組蛋白結(jié)合），無染色體（有的原核生物其主基因組外還有更小能進出細胞的質(zhì)粒DNA）；遺傳物質(zhì)的傳遞：細胞間通過接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導（無性行為）進行；原核生物基本特點單倍體生物：一條染色體(主基因組，游離于細胞質(zhì)中)+質(zhì)粒+轉(zhuǎn)座因子5原核生物基因組計劃http://mbgd.genome.ad.jp/6E.coliGenomeProject：/genome/167大腸桿菌有多個亞群，目前共有29個亞種基因組測序（11/2011）。7大腸桿菌基因組大小約4.5-5.6M（質(zhì)粒大小0.1-0.9M），基因數(shù)目大約在4400-5900個（其中有大量與代謝相關的基因，另大多數(shù)rRNA基因集中于基因組復制起點oriC位置附近），GC含量50%左右，基因具有操縱子結(jié)構(gòu)，含有假基因。8幽門螺桿菌（Helicobacterpylori）基因組目前測定菌株30株，有多個亞群，目前共有30株菌株進行了基因組測序（11/2011），基因組大小1.5M左右，基因1400-1600個左右，GC含量為39%左右。萎縮性胃炎和胃潰瘍，胃癌9原核生物基因組的特點1、基因組呈共價閉合環(huán)狀雙鏈狀態(tài)，散布在細胞中，有時相對集中形成類核/擬核（Nucleoid）超螺旋DNA與膜相連：與DNA復制、轉(zhuǎn)移有關類核（擬核）：位于中央?yún)^(qū)，DNA與支架蛋白（ScaffoldingProtein)和RNA高度盤繞，以復合體形式形成較致密的區(qū)域。

形成可能時機：DNA復制、細胞分裂10RNA和蛋白質(zhì)支架(易受RNA和蛋白酶水解而斷裂）負超螺旋DNA（80%）呈放射花瓣狀，結(jié)構(gòu)域類核11共價環(huán)閉超螺旋DNA(1)解超螺旋環(huán)狀DNA(2)解環(huán)線性DNA(3)2電泳遷移方向31122、基因組DNA小，基因數(shù)目少（1500-5900個），種間DNA大小差異大，GC含量差異大(菌種鑒定和分類標準），基因多為單拷貝基因（編碼rRNA、tRNA基因多拷貝，利于核糖體的快速組裝和蛋白質(zhì)合成）13143、基因組只有一個復制起始點，功能相關的基因大多成簇地串聯(lián)排列（操縱子結(jié)構(gòu)）在染色體上，結(jié)構(gòu)基因無內(nèi)含子，基因連續(xù)分布，為多順反子。DNA復制時，需在特定的位點起始，這些特定核苷酸排列片段，就是復制起始點（originofreplication，復制子）。原核生物中，復制起始點通常為一個，而真核生物有多個。15422bp大腸桿菌染色體DNA復制起始點oriC反向重復序列（回文結(jié)構(gòu)）：復制酶的識別啟動子：轉(zhuǎn)錄可能對大腸桿菌染色體DNA復制起始有重要作用具有3’-OH（自由羥基）；原核生物中約為10~16個核苷酸，真核生物中約為10個核苷酸；自主復制序列（ARS）引物合成酶解旋酶解旋酶單鏈結(jié)合蛋白SSB單鏈結(jié)合蛋白SSB16自主復制序列（Autonomouslyreplicatingsequence，ARS）復制子中啟動DNA復制的序列，A．T富集區(qū)，該區(qū)域內(nèi)有若干個位點，如其中這些位點發(fā)生突變會影響復制起始功能。在原核生物和真核生物基因組中都發(fā)現(xiàn)有ARS序列。J.Bacteriol.

August1996

vol.178

no.15

4420-4428A區(qū)B區(qū)AT富含區(qū)串聯(lián)重復序列：鏈局部折疊536bpABF1識別位點ABF：ARS-bindingfactor17操縱子結(jié)構(gòu)操縱子（Operon）：原核基因功能單位，含有一個啟動子序列和多個結(jié)構(gòu)基因。指數(shù)個功能上相關的基因串聯(lián)在一起，連同上游的調(diào)控區(qū)和下游的轉(zhuǎn)錄終止信號構(gòu)成基因的表達單位。半乳糖苷酶滲透酶轉(zhuǎn)乙酰酶調(diào)節(jié)基因操作子18單順反子(Monocistron)：一個基因編碼一條多肽鏈或RNA鏈，每個基因轉(zhuǎn)錄有各自的調(diào)節(jié)元件。多順反子（Polycistron）：受同一個控制區(qū)調(diào)控的一組基因。它們前后排列，并一起轉(zhuǎn)錄、翻譯，得到一組功能相關的蛋白質(zhì)或酶（通常是氨基酸序列的不同剪輯形成）。194、除主基因組外，原核生物往往還具有質(zhì)?；蚪M質(zhì)粒（Plasmid）：－獨立于核基因組外的環(huán)狀或線性的共價閉合環(huán)狀DNA/RNA分子?？汕度肽承┤玖希ㄤ寤义V）有較強的抗切割和抗變性能力幾乎所有已知質(zhì)粒都為環(huán)狀超螺旋DNA分子（酵母殺傷質(zhì)粒為RNA分子）自主復制：有復制調(diào)控[ori+rep+cop]、分裂分配、分裂控制和位點特異重組四大系統(tǒng)基因轉(zhuǎn)移：常用作基因工程載體，用來轉(zhuǎn)移目的基因（最大10Kb）。

>2.5×107Da質(zhì)粒（F質(zhì)粒和R質(zhì)粒）可從供體細胞將副本移給受體細胞；<1×107Da質(zhì)粒一般無自我轉(zhuǎn)移能力。不相容性：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，當細胞分裂時就會分別進入不同的子代細胞選擇性標記：攜帶多種選擇性標記，利于實際工作中的篩選應用。生物學特征20降解質(zhì)粒：編碼一種特殊蛋白，可使宿主菌代謝特殊的分子，如甲苯或水楊酸。侵入性質(zhì)粒：如根癌農(nóng)桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)中發(fā)現(xiàn)的Ti質(zhì)粒嚴密型質(zhì)粒：1-2個拷貝松弛型質(zhì)粒：10-60拷貝F質(zhì)粒/致育質(zhì)粒R質(zhì)粒/耐藥性質(zhì)粒：帶有耐藥基因Col質(zhì)粒:大腸埃希菌素生長因子生產(chǎn)，典型EolE1結(jié)合型質(zhì)粒:攜帶有效接觸基因，促進細菌結(jié)合?？梢苿有唾|(zhì)粒:被動傳遞。自傳遞質(zhì)粒:兼具以上兩種功能。如F質(zhì)粒窄譜型質(zhì)粒廣譜型質(zhì)粒小型質(zhì)粒大型質(zhì)粒復制程度功能轉(zhuǎn)移方式宿主范圍大小質(zhì)粒作用方式21質(zhì)粒圖譜：http://www.shigen.nig.ac.jp/cvector/cvector.html22質(zhì)粒限制性圖譜：/PLASMID/GetAllVectors.do23質(zhì)粒基因組：http://www.genomics.ceh.ac.uk/plasmiddb/245、轉(zhuǎn)座元件/基因是原核生物基因組的重要特征DNA序列從原位上單獨復制或斷裂下來，插入另DNA序列位點，并調(diào)控其后基因的轉(zhuǎn)錄，此過程稱轉(zhuǎn)座(Transposition)而轉(zhuǎn)座元件（TranposableElement）是指可移動的基因成分，即能在一段DNA分子內(nèi)部或兩段DNA分子之間移動的DNA片段，又稱跳躍基因。TranposableElement25插入序列（InsertionSequence，IS）一類簡單的轉(zhuǎn)位因子，長度約700-2000bp，由一個轉(zhuǎn)位酶基因及兩側(cè)的反向重復序列（16-41bp）組成，除帶有與其轉(zhuǎn)座作用有關的基因外不帶任何基因。轉(zhuǎn)座元件轉(zhuǎn)座子（Transposon，Tn）4500-20,000bp之間，較大，轉(zhuǎn)座酶基因+其他基因。能引入新基因、基因突變和基因重排：DNA轉(zhuǎn)座元件逆轉(zhuǎn)座因子可轉(zhuǎn)座的噬菌體（Transposablephage）

具有轉(zhuǎn)座功能的溫和性噬菌體，能整到宿主基因組內(nèi)，如mu噬菌體。

IS1(768bp)IS2（1327bp）IS4(1428BP)IS5(1195bp)IS10R(1329bp)IS50R(1531bp)Tn1681(2088bp)Tn420(5000bp)Tn903&Tn5帶有kanRTn10帶有terR266、致病基因是致病原核生物基因的重要特征毒力基因（VirulenceGenes)/毒力島（PathogenicityIsland）毒力：同種病原微生物的不同株的致病力在程度上的差異。毒力是病原微生物株的特征，由毒力因子（鞭毛、毒素、酶等）決定，而毒力因子由毒力基因編碼和表達。毒力島：編碼毒力基因簇、不穩(wěn)定的核酸序列片段（20-100Kb）特點：兩側(cè)往往具有重復序列（RS）和插入序列（IS）；往往位于細菌染色體tRNA基因附近，或與其整合功能相關基因附近；不穩(wěn)定，往往具有可移動成分，如IS序列、整合酶、轉(zhuǎn)座酶、質(zhì)粒復制起始點其編碼產(chǎn)物多是分泌性蛋白和細胞表面蛋白，如溶血素、鞭毛、血紅素結(jié)合因子27幽門螺桿菌毒力島：CagE.coli：SPI1SPI2SH3SPI4SPI5沙門菌：SPI1SPI2SH3SPI4SPI528二、病毒生物基因組RNA正義單鏈病毒：遺傳物質(zhì)就是mRNA，可直接作為病毒復制以及翻譯蛋白模板，自我組裝成病毒顆粒，感染宿主，侵染能力強。RNA正鏈逆轉(zhuǎn)錄病毒是個例外，mRNA不具有模板活性，需逆轉(zhuǎn)錄酶存在才具有侵染能力。

RNA負義單鏈病毒：遺傳物質(zhì)與mRNA互補，在核衣殼蛋白轉(zhuǎn)錄酶租用下轉(zhuǎn)錄成正鏈RNA分子。DNA病毒RNA病毒逆轉(zhuǎn)錄病毒亞病毒因子雙鏈DNA病毒單鏈DNA病毒雙鏈RNA病毒單鏈RNA病毒線性：皰疹病毒、腺病毒、痘病毒環(huán)狀：乳頭瘤、多瘤病毒、HBVM13噬菌體呼腸孤病毒正義負義單一分子：黃病毒、冠狀病毒、HCV分段基因：單一分子：絲狀病毒分段基因：沙粒病毒、流感病毒衛(wèi)星類病毒朊病毒蛋白質(zhì)病毒：克雅氏病、震顫病、瘋牛病、羊搔癢癥RNA衛(wèi)星環(huán)死病毒馬鈴薯纖塊莖病、柑桔裂皮病類病毒、草矮生類病毒HIV292.1、病毒基因組的特點1）基因組大小相差很大HBV：3.2kb痘病毒：300kb2）結(jié)構(gòu)分子具有多樣性乳頭瘤病毒/SV40：閉合雙鏈DNA病毒HBV病毒：閉合不完全雙鏈DNA病毒腺病毒：線性雙鏈DNA病毒脊髓灰質(zhì)炎病毒：單鏈RNA病毒呼腸孤病毒：雙鏈RNA病毒DNA病毒/RNA病毒單鏈DNA/RNA病毒雙鏈DNA/RNA病毒環(huán)狀分子/線性分子303）基因組多數(shù)是連續(xù)性（單一分子基因組），但RNA病毒往往不連續(xù)性（分段基因組）；4）編碼序列占基因組的90%以上，間隔區(qū)序列很少；5）多為單拷貝（單倍體），即每個基因只出現(xiàn)一次（除逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組有兩個拷貝）；6）相關基因叢集（功能上相關的基因排列在一起）、有重疊基因和不規(guī)則基因結(jié)構(gòu)序列。呼腸孤病毒：10條節(jié)段雙鏈RNA甲乙流感病毒：8條單鏈節(jié)段RNA丙型流感病毒：7段單鏈節(jié)段RNA包裝在同一個病毒顆粒內(nèi)，或在不同病毒顆粒內(nèi)，只有全部基因組序列都存在，才具備感染能力31重疊基因（OverlappingGene）:兩個或兩個以上的基因共用一段DNA序列噬菌體噬菌體Φ174：單鏈DNA病毒，5386bp，3個轉(zhuǎn)錄單位（含有11基因），3個啟動子（pA、pB、pD）將全部DNA順序和蛋白質(zhì)氨基酸順序進行比較，發(fā)現(xiàn)重疊基因32S:外膜蛋白P:聚合酶C:核殼蛋白X蛋白乙肝病毒基因組（theHepatitisBvirus，HBV）基因組長3.2kb，是帶有部分單鏈區(qū)的環(huán)狀雙鏈DNA分子，兩條鏈長度不等：長鏈為負鏈：L(-)，長度固定，攜帶有病毒全部的編碼信息；短鏈為正鏈：S(+)，長度不等，約1.6kb～2.8kb典型的DNA病毒，同時也是DNA逆轉(zhuǎn)錄病毒33S區(qū)段：S基因，pre-S1區(qū)段，pre-S2區(qū)段，變異率大約為10％和20％，逃避宿主免疫系統(tǒng)）。編碼外膜主蛋白S（HBsAg）、中蛋白和大蛋白，前S區(qū)與肝細胞漿膜受體結(jié)合，病毒嗜肝性。C區(qū)段：核心抗原（HBcAg，相對保守，變異率＜6％），水解C-端后變?yōu)榉置谛詄抗原（HBeAg）。抗－HBe一般有良好預后，Pre-C突變株不能被此抗原識別，仍應檢測病毒DNA。P區(qū)段：堿性蛋白（富含組蛋白），依賴于RNA的DNA聚合酶。X區(qū)段：一種