原核及病毒基因组VIP

1,基因组II原核与病毒基因组,2,提纲,1、,1、原核生物基因组2、病毒生物基因组,3,无真正细胞核的的单细胞或多细胞的低等生物:细菌（Bacteria）古细菌（Archaea）放线菌Actonomyce）立克次氏体、螺旋体、支原体（无细胞壁）、衣原体,一、原核生物基因组,4,形态与细胞组成：无核膜，无细胞核（拟核或类核）；无微纤维系统（无肌球、肌动蛋白），细胞质不能流动，无伪足、吞噬作用等现象）；鞭毛（非微管）由几条螺旋或平行的蛋白质丝构成；核糖体（70S）散在于细胞内，无线粒体、高尔基体、内质网、溶酶体、液泡和质体（植物）、中心粒(低等植物和动物)等细胞器；单位膜系统由细胞膜内褶而成，发挥氧化磷酸化电子传递功能或光合作用（蓝细菌在类囊体内）或化能营养。繁殖方式：简单二分裂方式繁殖，无有丝分裂或减数分裂;遗传物质：一条环状双螺旋脱氧核糖核酸丝（不与组蛋白结合），无染色体（有的原核生物其主基因组外还有更小能进出细胞的质粒DNA）；遗传物质的传递：细胞间通过接合、转化或转导（无性行为）进行；,原核生物基本特点,单倍体生物：一条染色体(主基因组，游离于细胞质中)+质粒+转座因子,5,原核生物基因组计划,http:/mbgd.genome.ad.jp/,6,E.coliGenomeProject：/genome/167,大肠杆菌有多个亚群，目前共有29个亚种基因组测序（11/2011）。,7,大肠杆菌基因组大小约4.5-5.6M（质粒大小0.1-0.9M），基因数目大约在4400-5900个（其中有大量与代谢相关的基因，另大多数rRNA基因集中于基因组复制起点oriC位置附近），GC含量50%左右，基因具有操纵子结构，含有假基因。,8,幽门螺杆菌（Helicobacterpylori）基因组,目前测定菌株30株，,有多个亚群，目前共有30株菌株进行了基因组测序（11/2011），基因组大小1.5M左右，基因1400-1600个左右，GC含量为39%左右。,萎缩性胃炎和胃溃疡，胃癌,9,原核生物基因组的特点,1、基因组呈共价闭合环状双链状态，散布在细胞中，有时相对集中形成类核/拟核（Nucleoid）,超螺旋DNA与膜相连：与DNA复制、转移有关,类核（拟核）：位于中央区，DNA与支架蛋白（ScaffoldingProtein)和RNA高度盘绕，以复合体形式形成较致密的区域。形成可能时机：DNA复制、细胞分裂,10,RNA和蛋白质支架(易受RNA和蛋白酶水解而断裂）,负超螺旋DNA（80%）呈放射花瓣状，结构域,类核,11,共价环闭超螺旋DNA(1),解超螺旋环状DNA(2),解环线性DNA(3),12,2、基因组DNA小，基因数目少（1500-5900个），种间DNA大小差异大，GC含量差异大(菌种鉴定和分类标准），基因多为单拷贝基因（编码rRNA、tRNA基因多拷贝，利于核糖体的快速组装和蛋白质合成）,13,14,3、基因组只有一个复制起始点，功能相关的基因大多成簇地串联排列（操纵子结构）在染色体上，结构基因无内含子，基因连续分布，为多顺反子。,DNA复制时，需在特定的位点起始，这些特定核苷酸排列片段，就是复制起始点（originofreplication，复制子）。原核生物中，复制起始点通常为一个，而真核生物有多个。,15,大肠杆菌染色体DNA复制起始点oriC,具有3-OH（自由羟基）；原核生物中约为1016个核苷酸，真核生物中约为10个核苷酸；,引物合成酶,解旋酶,解旋酶,单链结合蛋白SSB,单链结合蛋白SSB,16,自主复制序列（Autonomouslyreplicatingsequence，ARS）,复制子中启动DNA复制的序列，AT富集区，该区域内有若干个位点，如其中这些位点发生突变会影响复制起始功能。在原核生物和真核生物基因组中都发现有ARS序列。,J.Bacteriol.August1996vol.178no.154420-4428,A区,B区,AT富含区,串联重复序列：链局部折叠,536bp,ABF1识别位点,ABF：ARS-bindingfactor,17,操纵子结构,操纵子（Operon）：原核基因功能单位，含有一个启动子序列和多个结构基因。指数个功能上相关的基因串联在一起，连同上游的调控区和下游的转录终止信号构成基因的表达单位。,18,单顺反子(Monocistron)：一个基因编码一条多肽链或RNA链，每个基因转录有各自的调节元件。,多顺反子（Polycistron）：受同一个控制区调控的一组基因。它们前后排列，并一起转录、翻译，得到一组功能相关的蛋白质或酶（通常是氨基酸序列的不同剪辑形成）。,19,4、除主基因组外，原核生物往往还具有质粒基因组,质粒（Plasmid）：独立于核基因组外的环状或线性的共价闭合环状DNA/RNA分子。,可嵌入某些染料（溴化乙锭）有较强的抗切割和抗变性能力几乎所有已知质粒都为环状超螺旋DNA分子（酵母杀伤质粒为RNA分子）自主复制：有复制调控ori+rep+cop、分裂分配、分裂控制和位点特异重组四大系统基因转移：常用作基因工程载体，用来转移目的基因（最大10Kb）。2.5107Da质粒（F质粒和R质粒）可从供体细胞将副本移给受体细胞；1107Da质粒一般无自我转移能力。不相容性：同一类群的不同质粒通常不能在同一菌株内稳定共存，当细胞分裂时就会分别进入不同的子代细胞选择性标记：携带多种选择性标记，利于实际工作中的筛选应用。,生物学特征,20,降解质粒：编码一种特殊蛋白，可使宿主菌代谢特殊的分子，如甲苯或水杨酸。侵入性质粒：如根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)中发现的Ti质粒,严密型质粒：1-2个拷贝松弛型质粒：10-60拷贝,F质粒/致育质粒R质粒/耐药性质粒：带有耐药基因Col质粒:大肠埃希菌素生长因子生产，典型EolE1,结合型质粒:携带有效接触基因，促进细菌结合。可移动型质粒:被动传递。自传递质粒:兼具以上两种功能。如F质粒,窄譜型质粒广谱型质粒,小型质粒大型质粒,复制程度,功能,转移方式,宿主范围,大小,质粒,作用方式,21,质粒图谱：http:/www.shigen.nig.ac.jp/cvector/cvector.html,22,质粒限制性图谱：/PLASMID/GetAllVectors.do,23,质粒基因组：http:/www.genomics.ceh.ac.uk/plasmiddb/,24,5、转座元件/基因是原核生物基因组的重要特征,DNA序列从原位上单独复制或断裂下来，插入另DNA序列位点，并调控其后基因的转录，此过程称转座(Transposition)而转座元件（TranposableElement）是指可移动的基因成分，即能在一段DNA分子内部或两段DNA分子之间移动的DNA片段，又称跳跃基因。,TranposableElement,25,插入序列（InsertionSequence，IS）一类简单的转位因子，长度约700-2000bp，由一个转位酶基因及两侧的反向重复序列（16-41bp）组成，除带有与其转座作用有关的基因外不带任何基因。,转座元件,转座子（Transposon，Tn）4500-20,000bp之间，较大，转座酶基因+其他基因。能引入新基因、基因突变和基因重排：DNA转座元件逆转座因子,可转座的噬菌体（Transposablephage）具有转座功能的温和性噬菌体，能整到宿主基因组内，如mu噬菌体。,IS1(768bp)IS2（1327bp）IS4(1428BP)IS5(1195bp)IS10R(1329bp)IS50R(1531bp),Tn1681(2088bp)Tn420(5000bp)Tn903repetitivesequenceofbasesgag-groupspecificantigengene,encodesviralnucleopcapsidproteins:p24,anucleoidshellprotein,MW=24000;severalinternalproteins,p7,p15,p17andp55.pol-polymerasegene;encodestheviralenzyme,protease(p10),reversetranscriptase(p66/55;alphaandbetasubunits)andintegrase(p32).env-envelopegene;encodestheviralenvelopeglyocproteinsgp120(extracellularglycoprotein,MW=120000)andgp41(transmembraneglycoprotein,MW=41000).tat:encodestransactivatorproteinrev:encodesaregulatorofexpressionofviralproteinvif:associatedwithviralinfectivityvpu:encodesviralproteinUvpr:encodeviralproteinRnef:encodesaso-callednegativeregulatorp