第二章 原核生物基因組教材

第二章原核生物基因組臨床生化教研室生物分界圖原核生物環(huán)狀DNA位于細胞質(zhì)中,不具成形的細胞核細胞器無膜細菌,立克次體,支原體,藍藻第一節(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)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，位于細胞中央，形成一個致密的區(qū)域，稱為類核(nucleoid)。不同細菌染色體基因組長度比較細菌名nt細菌名ntBacillusanthracis5,392,168Salmonellatyphimurium

4,857,432Escherichiacoli

4,639,675Staphylococcusaureus2,821,361Mycobacteriumtuberculosis4,347,292Streptococcuspyogenes

1,895,017Neisseria

meningitidis2,184,406

Vibrio

cholerae

4,056,157Pseudomonasaeruginosa,6,264,404Yersinia

pestis4,653,728Salmonellatyphi

4,809,037

2.存在操縱子(operon)結(jié)構(gòu)乳糖操縱子(lac

operon)的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶ZYAOPDNA?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中某些序列被兩個或兩個以上的基因所共用。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

含有兩個乙酰乳酸合成酶基因不同細菌基因組GC含量比較細菌名GC%細菌名GC%Bacillusanthracis35%Salmonellatyphimurium

52%Escherichiacoli50%Staphylococcusaureus33%Mycobacteriumtuberculosis66%Streptococcuspyogenes

38%Neisseriameningitides52%Vibrio

cholerae

47%Pseudomonasaeruginosa,58%Yersinia

pestis

48%Salmonellatyphi52%6.不同原核生物間，GC含量差異較大。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DNA序列如插入序列、轉(zhuǎn)座子等。WholegenomeofE.coli

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DNA環(huán)是一個獨立的功能區(qū)，完成不同區(qū)域基因表達調(diào)控。類核結(jié)構(gòu)照片圖第二節(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

什么是質(zhì)粒(plasmid)?

是細菌細胞染色體以外的能獨立復(fù)制并能穩(wěn)定遺傳的共價閉合環(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。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）,具有較強的抗切割和抗變性的能力。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個大寫字母代表，如pUC118、pMT-18T、pBR322等。（二）質(zhì)粒的分類1.復(fù)制機理嚴緊型松弛型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

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個遺傳控制系統(tǒng)決定:

復(fù)制調(diào)控系統(tǒng)分配系統(tǒng)細胞分裂控制系統(tǒng)位點特異重組系統(tǒng)4.質(zhì)粒帶有選擇標(biāo)記

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)細胞分裂時就會分別進入不同的子代細胞，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)座子一、基因轉(zhuǎn)移的方式1.接合(conjugation)

又稱“細菌雜交”，是遺傳物質(zhì)通過細胞間的直接接觸而進行的轉(zhuǎn)移和重組。當(dāng)細胞與細胞、或細菌通過菌毛相互接觸時，質(zhì)粒DNA從一個細胞（細菌）轉(zhuǎn)移至另一細胞（細菌）的DNA轉(zhuǎn)移稱為接合作用(conjugation)。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。3.轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction):

當(dāng)病毒從被感染的（供體）細胞釋放出來、再次感染另一（供體）細胞時，發(fā)生在供體細胞與受體細胞之間的DNA轉(zhuǎn)移及基因重組即為轉(zhuǎn)導(dǎo)作用(transduction)。λ噬菌體的生活史溶菌生長途徑(lysispathway)溶源菌生長途徑(lysogenicpathway)例目錄4.轉(zhuǎn)染(transinfection):

病毒侵入宿主細胞的過程。若是原核生物，轉(zhuǎn)染指噬菌體侵入細菌細胞過程。轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）:又稱轉(zhuǎn)座元件，是一類在細菌染色體、質(zhì)?；蚴删w之間自由移動并具有轉(zhuǎn)位特性的獨立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1.插入序列(insertionsequence，IS)

組成:700-2，000bp

一個轉(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，能整合到宿主基因組內(nèi)引起突變。轉(zhuǎn)座子的分類5’GGAATCGATCTTAAGATCGATTCC3’3’CCTTAGCTAGAATTCTAGCTAAGG5’反向重復(fù)序列(invertedrepeatsequence)：

在同一多核苷酸鏈內(nèi)的相反方向上存在的重復(fù)的核苷酸序列。在雙鏈DNA中反向重復(fù)可能引起十字形結(jié)構(gòu)的形成。

小結(jié)

◆原核生物基因組DNA通常由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，具有一個復(fù)制起點。基因組DNA與RNA和支架蛋白結(jié)合在一起構(gòu)成類核，并位于菌細胞中央?！舨倏v子結(jié)構(gòu)是其功能單位，其中結(jié)構(gòu)基因多數(shù)是單拷貝的、連續(xù)的、沒有內(nèi)含子成分，并能轉(zhuǎn)錄出多順反子型mRNA模板?！艋蚺c基因之間幾乎沒有間隔?！艟幋a順序一般不重疊，基因組中存在多種功能的識別區(qū)域及可移動的DNA序列。◆質(zhì)粒是染色體以外的能獨立復(fù)制并穩(wěn)定遺傳的共價閉合環(huán)狀DNA