原核生物基因组 (2)讲稿

1、关于原核生物基因组 (2)第一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月生物分界图第二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月原核生物环状DNA位于细胞质中,不具成形的细胞核细胞器无膜细菌,立克次体,支原体,蓝藻第三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第一节 原核生物基因组的一般特征 第二节 质粒 第三节 基因转移 第四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第一节 原核生物基因组的一般特征一、原核生物基因组的结构二、原核生物的类核结构第五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月一、原核生物基因组的结构1.基因组DNA分子量较小, 106107bp之间，位于细胞中央，形成一个致密的

2、区域，称为类核(nucleoid) 。不同细菌染色体基因组长度比较细菌名nt细菌名ntBacillus anthracis5,392,168Salmonella typhimurium 4,857,432Escherichia coli 4,639,675 Staphylococcus aureus2,821,361 Mycobacterium tuberculosis4,347,292 Streptococcus pyogenes 1,895,017Neisseria meningitidis2,184,406 Vibrio cholerae 4,056,157 Pseudomonas ae

3、ruginosa,6,264,404 Yersinia pestis4,653,728Salmonella typhi 4,809,037 第六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月2.存在操纵子(operon)结构乳糖操纵子(lac operon)的结构 调控区CAP结合位点启动序列操纵序列 结构基因Z： -半乳糖苷酶Y： 透酶A：乙酰基转移酶ZYAOPDNA第七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 3.原核生物的结构基因多数是单拷贝，连续排列没有内含子成分 4.编码顺序一般不重叠 基因重叠: 基因组DNA中某些序列被两个或两个以上的基因所共用。这些基因序列之间互相有重叠。 5.具

4、有编码同工酶的不同基因 如E.coli 含有两个乙酰乳酸合成酶基因第八张，PPT共三十七页，创作于2022年6月不同细菌基因组GC含量比较细菌名GC%细菌名GC%Bacillus anthracis35%Salmonella typhimurium 52% Escherichia coli 50%Staphylococcus aureus33%Mycobacterium tuberculosis66%Streptococcus pyogenes 38% Neisseria meningitides52%Vibrio cholerae 47% Pseudomonas aeruginosa, 58

5、%Yersinia pestis 48% Salmonella typhi52%6.不同原核生物间，GC含量差异较大。第九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月7.非编码区内主要是一些调控序列 在基因组中编码序列只占50%，复制起始区、复制终止区、转录起始区和终止区等存在非编码区域。8.存在可移动DNA序列 如插入序列、转座子等。第十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月Whole genome of E.coli 第十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月二、原核生物的类核结构类核(nucleoid):原核生物基因组DNA位于细胞的中央区，与支架蛋白和RNA结合在一起，以复合体

6、的形式存在，经高度盘旋聚集形成一个较为致密的区域。中央部分RNA和支架蛋白外围部分双链闭环的超螺旋DNA每个DNA环是一个独立的功能区，完成不同区域基因表达调控。第十二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月类核结构照片图第十三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第二节 质 粒一、质粒的结构与理化性质二、质粒的命名与分类三、质粒的生物学特征 第十四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月什么是质粒(plasmid)? 是细菌细胞染色体以外的能独立复制并能稳定遗传的共价闭合环状DNA（covalently closed circular DNA，cccDNA)分子。质粒有DNA和RNA

7、质粒之分，本书主要介绍DNA质粒。第十五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月一、质粒的结构与理化性质1. 质粒的结构 通常有三种构型: 共价闭环DNA分子 半开环DNA分子 线性DNA分子质粒的理化性质 具有核酸分子的一般理化特性，如可嵌入某些染料(溴化乙锭, EB ）,具有较强的抗切割和抗变性的 能力。第十六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第十七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月二、质粒的命名与分类（一）质粒的命名 原则： 用小写字母 “ p”代表质粒，后面一般有2个大写字母代表，如pUC118、pMT-18T、pBR322等。第十八张，PPT共三十七页，创作于202

8、2年6月（二）质粒的分类1.复制机理 严紧型 松弛型2.功 能 F质粒 R质粒 Col质粒3.转移方式 接合型 可移动型 自传递型4.大 小 小型(1.5kb-15kb) 大型(60kb-120kb)5.宿主范围 窄宿主谱型 广宿主谱型 第十九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月三、质粒的生物学性质1. 质粒的主要成分 环状超螺旋DNA分子，分子量41061108dal2. 质粒的转移 分子量在2.5107dal以上的质粒有转移能力，可发生在同一菌属或不同菌属之间。结果使某些质粒在致病菌中播散，形成多重耐药菌株。3. 质粒的复制 主要由4个遗传控制系统决定: 复制调控系统 分配系统 细胞

9、分裂控制系统 位点特异重组系统4. 质粒带有选择标记第二十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 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，这种现象叫做质粒的不相容性。质粒的不相容性 ?(incompatibility)第二十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第三节 基 因 转 移一、基因转移的方式二、原核生物的转座子第二十二张，PPT共三十七页，创作于2022年6月一、基因转移的方式1. 接合(conjugation) 又称“细菌杂交”，是遗传物质通过细胞间的直接接触而进行的转移和重组。当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒D

10、NA从一个细胞（细菌）转移至另一细胞（细菌）的DNA转移称为接合作用(conjugation)。第二十三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第二十四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月2. 转化(transformation) 受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，通过交换将其整合到自身的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。第二十五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第二十六张，PPT共三十七页，创作于2022年6月3.转导(transduction) : 当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来、再次感染另一（供体）细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因

11、重组即为转导作用(transduction)。第二十七张，PPT共三十七页，创作于2022年6月噬菌体的生活史溶菌生长途径(lysis pathway)溶源菌生长途径(lysogenic pathway)例目 录第二十八张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第二十九张，PPT共三十七页，创作于2022年6月4.转染(transinfection) : 病毒侵入宿主细胞的过程。若是原核生物，转染指噬菌体侵入细菌细胞过程。第三十张，PPT共三十七页，创作于2022年6月转座因子（transposable element）:又称转座元件，是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间自由移动并具有转位特性

12、的独立DNA序列。转座子的遗传效应1.引起突变 转座可引起多种突变 插入失活 转录终止 缺失和倒位2.引入新基因 某些抗生素的抗性基因3.引起生物进化 转座引起基因重排产生具有新的生物学功能的蛋白质。二、原核生物的转座子第三十一张，PPT共三十七页，创作于2022年6月1.插入序列(insertion sequence，IS) 组成: 700-2，000bp 一个转位酶基因 两侧的反向重复序列2.转座子(transposon，Tn) 组成: 4，500-20，000bp 转座酶基因 抗性基因3.可专座噬菌体 具有转座功能的温和性噬菌体， 能整合到宿主基因组内引起突变。转座子的分类第三十二张，P

13、PT共三十七页，创作于2022年6月5 GGAATCGATCTTAAGATCGATTCC 33 CCTTAGCTAGAATTCTAGCTAAGG 5反向重复序列 (inverted repeat sequence)： 在同一多核苷酸链内的相反方向上存在的重复的核苷酸序列。在双链DNA中反向重复可能引起十字形结构的形成。第三十三张，PPT共三十七页，创作于2022年6月第三十四张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 小 结 原核生物基因组DNA通常由一条环状双链DNA分子组成，具有一个复制起点。基因组DNA与RNA和支架蛋白结合在一起构成类核，并位于菌细胞中央。 操纵子结构是其功能单位，其中结构基因多数是单拷贝的、连续的、没有内含子成分，并能转录出多顺反子型mRNA模板。 基因与基因之间几乎没有间隔。 编码顺序一般不重叠，基因组中存在多种功能的识别区域及可移动的DNA序列。第三十五张，PPT共三十七页，创作于2022年6月 质粒是染色体以外的能独立复制并稳定遗传的共价闭合环状DNA分子。质粒可以移动，同时携带的遗传性状（如抗药性基因）也能随之转移，这些性状大多数对细菌是有利的。 质粒通常有三种