分子生物学线粒体基因组

1、会计学1分子生物学线粒体基因组分子生物学线粒体基因组 植物植物线粒体基因组不仅特别大，线粒体基因组不仅特别大，还表现出很大的差异性，如西瓜与甜还表现出很大的差异性，如西瓜与甜瓜线粒体基因组的差异。而动物线粒瓜线粒体基因组的差异。而动物线粒体基因组则小得多，大小也比较接近体基因组则小得多，大小也比较接近。但植物。但植物mtDNA所包含的有功能的遗所包含的有功能的遗传信息量并不比动物传信息量并不比动物mtDNA大多少，大多少，主要是因为植物主要是因为植物mtDNA含有很多内含含有很多内含子及重复序列，基因间的间隔区也很子及重复序列，基因间的间隔区也很大。大。mtDNA突变快。细胞培养的突变快。细胞

2、培养的mtDNA与正常植物中的与正常植物中的mtDNA有较大有较大的的不同。不同。 第1页/共17页生物种类生物种类mt DNA (kb)生物种类生物种类mt DNA (kb)人人16.569小麦小麦430鼠鼠16.295油菜油菜221牛牛16.298甘蓝甘蓝219鲸鲸16.398菠菜菠菜327鸡鸡16.775玉米（育系）玉米（育系）570海胆（海胆（P. lividus)15.697玉米（雄性不玉米（雄性不育系）育系）540海星海星16.260西瓜西瓜330果蝇果蝇16.019甜瓜甜瓜2600土壤线虫土壤线虫13.794黄瓜黄瓜1500酵母酵母84蚕豆蚕豆285红藻（红藻（C. merole

3、)32.211绿豆绿豆400第2页/共17页 为了避免分离提纯线粒体为了避免分离提纯线粒体DNA时带时带来的人工损伤，将线粒体制品包埋到低来的人工损伤，将线粒体制品包埋到低熔点琼脂糖凝胶中，然后用去垢剂和蛋熔点琼脂糖凝胶中，然后用去垢剂和蛋白酶白酶K处理以释放处理以释放DNA,这种方法叫胶块这种方法叫胶块内提取法，内提取法，DNA分子结构基本上是完整分子结构基本上是完整的。然后将胶块放在制备好的琼脂糖胶的。然后将胶块放在制备好的琼脂糖胶样品池中跑脉冲电泳。在这种电泳中，样品池中跑脉冲电泳。在这种电泳中，环状环状DNA分子的泳动与分子量比它高得分子的泳动与分子量比它高得多的线状多的线状DNA分子

4、相似（分子相似（100kb环状环状DNA分子与分子与2200kb线状线状DNA分子相似分子相似）。）。 第3页/共17页 mtDNA既有环状分子，也有线状既有环状分子，也有线状分子，在一种生物体内也可能两种形分子，在一种生物体内也可能两种形态的分子同时存在。态的分子同时存在。 动物动物mtDNA大部分是环状分子，大部分是环状分子，周长约周长约5.05.8m，这不仅用电镜可，这不仅用电镜可以观察到，而且用以观察到，而且用CsCl密度梯度离心密度梯度离心可以分离到它们的超螺旋分子。然而可以分离到它们的超螺旋分子。然而最近用人的细胞株最近用人的细胞株mtDNA的研究表明的研究表明，有，有1%左右是线

5、状的，左右是线状的，50%是环状的是环状的，其余是一种，其余是一种连环多聚体。连环多聚体。第4页/共17页 从脉冲场凝胶从脉冲场凝胶电泳上电泳上mtDNA的行的行为看，大多数植物和真菌的为看，大多数植物和真菌的mtDNA表表现出是线状分子，但也有很多植物中现出是线状分子，但也有很多植物中有环状分子。在一些植物线粒体中，有环状分子。在一些植物线粒体中，含有大小不等的许多环状分子。如在含有大小不等的许多环状分子。如在烟草培养细胞中，整个线粒体基因组烟草培养细胞中，整个线粒体基因组以一个亚基因组环的群体存在，大环以一个亚基因组环的群体存在，大环与小环、小环与小环之间与小环、小环与小环之间有联系。有联

6、系。 第5页/共17页 根 据根 据 “ 主 宰 染 色 体 模 型主 宰 染 色 体 模 型 ” （master chromosome model），有），有些植物线粒体基因组可以用单个环状些植物线粒体基因组可以用单个环状DNA分子来代表，这个分子包含了所分子来代表，这个分子包含了所有的遗传信息，故称之为有的遗传信息，故称之为“主宰染色主宰染色体体”。如果主宰染色体上有许多正向。如果主宰染色体上有许多正向重复序列对的话，通过分离重组就会重复序列对的话，通过分离重组就会产生许多大小不等的环状分子。产生许多大小不等的环状分子。 第6页/共17页同向重复同向重复反向重复反向重复第7页/共17页第8

7、页/共17页第9页/共17页翻翻译译装装置置rRNA 26S 18S 5StRNA核糖体蛋白小核糖体蛋白小亚基亚基 大大亚基亚基rrn 26rrn 18rrn 5至少至少16种种rps 1, rps 3, rps 7, rps 12, rps 13, rps 14, rps 19rpl 1, rpl 2, rpl 5, rpl 16呼呼吸吸链链复复合合体体亚亚基基NADH脱氢脱氢酶酶cyt b cyt c 氧化酶氧化酶ATP合酶合酶cyt c 生物发生生物发生保守保守ORFnad 1, nad 2, nad 3, nad 4, nad 4L, nad 5, nad 6,nad 7, nad 9

8、cyt bcox 1, cox 2, cox 3atp 1, atp 6, atp 9至少至少4个基因个基因已知至少已知至少10个个第10页/共17页密码密码核核叶绿体叶绿体线粒体线粒体哺乳动哺乳动物物果蝇果蝇粗糙脉粗糙脉孢菌孢菌酵母酵母植物植物UGA终止终止色色色色色色色色终止终止AGA、AGG精精终止终止丝丝精精精精精精AUA异亮异亮甲硫甲硫甲硫甲硫异亮异亮甲硫甲硫异亮异亮AUU异亮异亮甲硫甲硫甲硫甲硫甲硫甲硫甲硫甲硫异亮异亮CGG精精精精精精精精精精色和色和精精CUU、CUC、CUA、CUG亮亮亮亮亮亮亮亮苏苏亮亮第11页/共17页 动物线粒体基因不含内含子，植物线粒体基因含有内动物线粒

9、体基因不含内含子，植物线粒体基因含有内含子（但也有少数低等植物如红藻线粒体基因没有内含子）含子（但也有少数低等植物如红藻线粒体基因没有内含子）。内含子可分为。内含子可分为类内含子和类内含子和类内含子。类内含子。类内含子具有类内含子具有“中部核心结构中部核心结构”（centrol core structure），该结构在），该结构在RNA剪接中起作用，构成这种二级结构的是四个剪接中起作用，构成这种二级结构的是四个1012个个碱基的保守序列；没有这种碱基的保守序列；没有这种“中部核心结构中部核心结构”的内含子属于的内含子属于类内含子。有些内含子中还具有类内含子。有些内含子中还具有ORF，其序列类似

10、于，其序列类似于RNA成熟酶（即内切酶）或逆转录酶。成熟酶（即内切酶）或逆转录酶。 高等植物线粒体基因中没有发现高等植物线粒体基因中没有发现类内含子存在。类内含子存在。 第12页/共17页第13页/共17页 从脉冲场凝胶从脉冲场凝胶电泳上电泳上mtDNA的行的行为看，大多数植物和真菌的为看，大多数植物和真菌的mtDNA表表现出是线状分子，但也有很多植物中现出是线状分子，但也有很多植物中有环状分子。在一些植物线粒体中，有环状分子。在一些植物线粒体中，含有大小不等的许多环状分子。如在含有大小不等的许多环状分子。如在烟草培养细胞中，整个线粒体基因组烟草培养细胞中，整个线粒体基因组以一个亚基因组环的群

11、体存在，大环以一个亚基因组环的群体存在，大环与小环、小环与小环之间与小环、小环与小环之间有联系。有联系。 第14页/共17页 根 据根 据 “ 主 宰 染 色 体 模 型主 宰 染 色 体 模 型 ” （master chromosome model），有），有些植物线粒体基因组可以用单个环状些植物线粒体基因组可以用单个环状DNA分子来代表，这个分子包含了所分子来代表，这个分子包含了所有的遗传信息，故称之为有的遗传信息，故称之为“主宰染色主宰染色体体”。如果主宰染色体上有许多正向。如果主宰染色体上有许多正向重复序列对的话，通过分离重组就会重复序列对的话，通过分离重组就会产生许多大小不等的环状分子。产生许多大小不等的环状分子。 第15页/共17页 根 据根 据 “ 主 宰 染 色 体 模 型主 宰 染 色 体 模 型 ” （master chromosome model），有），有些植物线粒体基因组可以用单个环状