微生物遺傳酵母菌遺傳

微生物遺傳酵母菌遺傳第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.1概論酵母屬于真核生物，是單細胞真菌，生長較快，目前已知有1000多種酵母?？蓪⒔湍阜殖扇悾盒纬涉咦拥闹晗祵儆谧幽揖蛽泳?。不形成孢子但主要通過芽殖來繁殖的稱為不完全真菌，或者叫“假酵母”。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日通過出芽進行無性生殖，也可以通過形成子囊孢子進行有性生殖。無性生殖：在環(huán)境條件適合時，從母細胞上長出一個芽，逐漸長到成熟大小后與母體分離。有性生殖：營養(yǎng)狀況不好時，一些可進行有性生殖的酵母會形成孢子（一般是四個），在條件適合時再萌發(fā)。酵母生活史第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.2酵母的基因組和染色體3.2.1酵母基因組1996年完成釀酒酵母全基因組的測序，是真核生物中最早被測序的生物。12068kb；6607ORFs。平均每隔2kb就存在一個編碼蛋白質(zhì)的基因（線蟲6Kb，人30Kb），即整個基因組有72％的核苷酸順序由開放閱讀框組成。平均ORF長度1.4Kb。第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日VerifiedORFs:4726→4887→4952UnerifiedORFs:

1069→910→846DubiousORFs:812→810GraphicalViewofProteinCodingGenesOct11,2008Dec11,2010Oct31,2011第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.2.2酵母染色體-16條染色體染色體長度（kb）基因數(shù)tRNA基因數(shù)rRNA基因數(shù)I23010720II813392130III315160100IV1532747270V577278200VI270130100VII109151536140VIII563276110IX440220100X745358240XI667314160XII1078506220XIII924457210XIV784398160XV1091566200XVI948461170總數(shù)16120685885275140第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日

3.2.3酵母基因組特點鑲嵌結(jié)構(gòu)多數(shù)酵母染色體由不同程度的、大范圍的GC豐富DNA序列和GC缺乏DNA序列鑲嵌組成。這種GC含量的變化與染色體的結(jié)構(gòu)、基因的密度以及重組頻率有關(guān)。第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日GC含量高的區(qū)域一般位于染色體臂的中部，這些區(qū)域的基因密度較高；GC含量低的區(qū)域一般靠近端粒和著絲粒，這些區(qū)域內(nèi)基因數(shù)目較為貧乏。酵母的遺傳重組即雙鏈斷裂的相對發(fā)生率與染色體的GC豐富區(qū)相耦合，而且不同染色體的重組頻率有所差別，較小的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅸ號染色體的重組頻率比整個基因組的平均重組頻率高。第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日酵母基因組遺傳豐余的主要結(jié)構(gòu)DNA重復序列：如開放閱讀框或者基因的間隔區(qū)包含大量的三核苷酸重復染色體末端重復：具有長度超過幾十個kb的高度同源區(qū)，它們是遺傳豐余的主要區(qū)域，重組頻繁。單個基因重復：如rDNA成簇同源區(qū)：位于多條染色體的同源大片段，各片段含有相互對應(yīng)的多個同源基因，它們的排列順序與轉(zhuǎn)錄方向十分保守，同時還可能存在小片段的插入或缺失。第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日31％編碼蛋白質(zhì)的酵母基因或者開放閱讀框與哺乳動物編碼蛋白質(zhì)的基因有高度的同源性。孤兒基因酵母基因組中有10%基因(約653個)與其它生物中功能未知的蛋白質(zhì)的基因具有同源性，被稱為孤兒基因?qū)蚬聝夯蚣易?orphanpairsorfamily)；約25％的基因(～1544個)則與所有已發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)的基因沒有同源性，屬首次發(fā)現(xiàn)的新基因，是真正意義上的孤兒基因。這些孤兒基因的發(fā)現(xiàn)是酵母基因組計劃的重要收獲，第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.2.4染色體的結(jié)構(gòu)三種DNA序列結(jié)構(gòu)：著絲粒、端粒和復制起點著絲粒（centromere）是真核細胞染色體DNA上的一段特殊序列，富集了衛(wèi)星DNA，也就是短的DNA串聯(lián)重復序列。是真核生物細胞在進行有絲分裂和減數(shù)分裂時，染色體分離的一種“裝置”。著絲粒是染色體分離的一種裝置，也是姐妹染色單體在分開前相互聯(lián)結(jié)的位置。絲粒序列（centromericsequences,CEN）：酵母約200bp，較短（點著絲粒）；區(qū)域著絲粒：40Kb-幾個Mb。第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日端粒端粒（Telomere）位于真核生物線形染色體兩端，由DNA重復序列和蛋白質(zhì)構(gòu)成的復合體，作用是保持染色體的完整性。端粒通常是由富含鳥嘌呤核苷酸(G)的短的串聯(lián)重復序列組成。端粒的重復序列不是在染色體DNA復制時連續(xù)合成的，而是由端粒酶(telomerase)合成后添加到染色體的末端。釀酒酵母的端粒序列約為300bp.第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日復制起點酵母的復制起點是指酵母染色體上控制DNA復制起時的一小段DNA序列，通常稱為自主復制序列（ARS）釀酒酵母中約有400個ARS，平均20-50kb一個，長度為100-200bp，富含AT。第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.3線粒體基因組及其遺傳每個酵母細胞約含10-50個線粒體線粒體DNA（mtDNA）編碼線粒體自身所需的rRNA（2，21s和15s）,tRNA（16）以及某些蛋白質(zhì)，如細胞色素和ATP酶，周長26μm的環(huán)狀DNA分子，84kb。特點絕大多數(shù)無重復序列半自主性第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.4酵母質(zhì)粒的生物學特性3.4.12μm質(zhì)粒大多數(shù)酵母菌株含有一種稱之為2μm的質(zhì)粒①封閉環(huán)狀的雙鏈DNA分子，周長約2μ(6kb左右)，以高拷貝數(shù)存在于酵母細胞中，每個單倍體基因組含60-100個拷貝；②各含約600bp長的一對反向重復序列；③由于反向重復序列之間的相互重組，使2μ質(zhì)粒在細胞內(nèi)以兩種異構(gòu)體(A和B)形式存在；④該質(zhì)粒只攜帶與復制和重組有關(guān)的4個蛋白質(zhì)基因(REP1、REP2、REP3和FLP)，不賦予宿主任何遺傳表型，屬隱蔽性質(zhì)粒。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.4.2嗜殺現(xiàn)象由雙鏈線狀RNA決定嗜殺質(zhì)粒：蛋白外殼包裹，又稱類病毒顆粒，分為L-型和M-型第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日3.5酵母基因表達的調(diào)控第一類：瞬時調(diào)控（可逆性調(diào)控）對環(huán)境變化的反應(yīng)第二類：發(fā)育調(diào)控（不可逆調(diào)控）決定生長、分化、發(fā)育第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)錄調(diào)控順式作用元件上游激活序列（UAS）:100—1500bpTATA元件：40—120bp轉(zhuǎn)錄起始位點反式作用因子TATA結(jié)合蛋白（通用轉(zhuǎn)錄因子）遠程調(diào)控因子（蛋白間的相互作用：接頭）第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日反式轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子在結(jié)構(gòu)上是組件式的,即這些因子往往由兩個或兩個以上相互獨立的結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，其中有DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DNAbindingdomain，DB）轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域（activationdomain，AD）DB識別DNA上的特異序列，并使轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域定位于所調(diào)節(jié)的基因的上游，AD可同轉(zhuǎn)錄復合體的其他成分作用，啟動它所調(diào)節(jié)的基因的轉(zhuǎn)錄。二個結(jié)構(gòu)域不但可在其連接區(qū)適當部位打開，仍具有各自的功能，而且不同兩結(jié)構(gòu)域可重建發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用。第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日酵母雙雜交酵母雙雜交系統(tǒng)（yeasttwo-hybridsystem）是在酵母體內(nèi)分析蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的基因系統(tǒng)，也是一個基于轉(zhuǎn)錄因子模塊結(jié)構(gòu)的遺傳學方法。第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日釀酒酵母細胞分裂的遺傳控制細胞分裂分為有絲分裂和減數(shù)分裂減數(shù)分裂過程包括接合型遺傳控制、細胞接合和減數(shù)分裂。第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日A和α單倍體細胞Asg基因和αsg基因（sg,specificgene）hsg基因：只在單倍體內(nèi)表達的基因MATα編碼α1（激活αsg基因）和α2（抑制Asg基因）MATa編碼a1（只在單倍體表達）和a2（與結(jié)合無關(guān)）MATα/MATa（二倍體）：α2和a1協(xié)同抑制α1和hsg基因的表達，α2抑制Asg基因的表達，使細胞無結(jié)合能力。第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日整合質(zhì)粒（yeastintegrationplasmid，YIp）含有酵母的篩選標記（URA3、HIS3、LEU2基因）。但缺乏酵母的復制起始位點，所以，它只有整合到酵母染色體中才能穩(wěn)定。第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日自我復制型酵母載體-YEp系列YEp系列含有2μ質(zhì)粒的復制起始部位和rep基因片段，和選擇基因LEU2。該質(zhì)?？稍诮湍钢挟a(chǎn)生特異的重組酶，使YEp很快與酵母內(nèi)源質(zhì)粒重組。重組一旦發(fā)生，YEp載體則很快復制并擴增。因此YEp質(zhì)?？截悢?shù)多并且較穩(wěn)定。YEp13是一個穿梭質(zhì)粒，包含pBR322的完整序列，因此可以在大腸桿菌也可以在酵母中進行選擇。YEp的結(jié)構(gòu)第二十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日畢赤酵母外泌表達系統(tǒng)是整合型載體。常見的表達載體有pPIC3、pPIC9、pHIL-D1、pA0804、pA0815、pPSC3K等。包含醇氧化酶