微生物题库复习organism基因组碱基序列的可遗传改变

Lecture10-1BacterialMutation Mutation变异/突变：Aheritablechangeinthebasesequenceofthegenomeofanorganism生物组碱基序列的的可遗传改变Wildtype野生型：AstrainisolatedfromnatureGenotype型：Aprecisedescriptionofthegenesanorganismhas对生物所具有的Phenotype表现型：Theobservablepropertiesofanorganism生物可观察到的特征Genotype：三个小写字母跟一个大写字母一个大写字母,Phenotype：一个大写字母+两个小写字母++-（表示有或无）His SelectionformutantsNegativeselection反向选择:Negativeselectionwhichisnotforthemutantbutagainstparentaltype Penicillinselection青霉素选择法IsolationofNutritionalAuxotrophs:ReplicatingmethodandPenicillinSelection营养缺陷型的分离:平板法与青霉素负选择法NutritionalmutationAuxotroph营养缺陷型AnutritionalmutantthathasarequirementforagrowthfactorPrototroph原养型:ThewildtypeparentforanutritionalmutationReplicatingmethod-apowerfultoolforscreening平板法用于筛PenicillinSelectionforAuxotrophs营养缺陷型与原养型相比处于竞争的不利地位,不能直接选出。青霉素只杀死正在preliminaryincubation，菌群去除青霉素后转移到含生长因子的平板上生长。Molecularbasisofmutation——遗传物质碱基序列改变是变异的分子基础Base-pairsubstitutionFrameshiftmutation BackmutationsorReversionsPointmutationsarereversiblerestorationofthewildtypephenotypeSamesiterevertantsIfthebackmutationisnotonlyatthesamesitebutalsoleadstothewild-typesequence,itisaTruerevertant真回复子：不在同一位点导致逆转成野生型Itmaycauserestorationofawild-typephenotypebecauseofseveraltypesofsuppressormutationsthatrestoretheoriginalphenotype.几种抑制子突变导致逆转Suppressormutation抑制突变：新突变恢复了原突变所造成的功能丧失Typesofsuppressormutations:amutationsomewhereelseinthesamegenecanrestoreenzymefunctionsuchasinaframeshiftmutation);在相同的某处的一个突变可以导致回复突变（如移码突amutationinanothergenemayrestorethefunctionoftheoriginalmutatedgeneandthewild-typephenotype;在不同的一个突变导致回复突变amutationinanothergenemayresultintheproductionofanotherenzymethatcanrecethemutantbyintroducinganewmetabolicpathway.在另一个的突变导致MutationratesSpontaneousmutation10-4-10-8inagene(1000bplong)pershortrepeatsMutationsinRNARNA组的突变率比DNA组高1000倍。一些RNA聚合酶具有校对活activities，RNA没有类似的机制。MutagenesisandMutagensChemicalmutagens化学诱变剂： ogs碱基类似5-Bromouracil5-溴尿嘧啶（ATtoGC）2-Aminopurine2-氨基嘌呤（ATtoGC）Physicalmutagens物理诱变剂：Radiation射线TwomaincategoriesofmutagenicelectromagneticradiationNon-ionizingi.e.,UVradiation)非电离辐射（紫外线PurinesandpyrimidinesstronglyabsorbUVPyrimidinedimerisoneeffectofUVIonizingi.e.,X-rayscosmicraysand Ionizewaterand radicalsdamagemacromoleculesinthecellBiologicalmutagens生物诱变物质：transposonThreeTypesofDNARepairSystems DNA修复系统Directreversalmutatedbaseisstillrecognizableandcanberepairedwithoutreferringtootherstrand直接修复：突变碱基可以被识别及在不参照其他链时被修复Repairofsinglestranddamage:damagedDNAisremovedandrepairedusingoppositestrandastemte单链破坏修复：损伤的DNA被移除并以互补链为模板修复Repairofdoublestranddamage双链破坏修复：abreakintheSOSregulatorysystem:当DNA损毁很大时启动，具有很大的错误倾向，允许进TranslesionsynthesisallowsDNAtobesynthesizedwithnotemte跨损伤合成DNA修复机制，其中一些是错误倾向修复。SOSregulatorysystem:DNA修复过程是在没有模板的指导下进行了，可导致产SOSLexALexADNARecA抑LexA蛋白抑制recA和DNA修复uvrA、umuD的活化，但抑制不彻底完全的保真度fidelity是不存在的，因为这了进化突变率是可以改变的，导致了突变率的改变MutagenesisandCarcinogenesis:TheAmesTest致突变性与性:试验可造成细胞突变的化学物有可能造成人的致突变不等于性，但相关性很高，在细菌实验系统中无致突变性的化合物不一定无性TwoelementsmaketheAmestestmuchmoreUsestrainsofbacteriathatalmostexclusivelyuseerror-pronepathwaystorepairDNAdamage.DNA损毁错误倾向通路的菌株Useliverenzymepreparationstoconvertthechemicalsintotheiractivemutagenic/carcinogenicforms.使用肝酶试剂转化到肝酶致突变/的活化形式GeneticExchangeInProkaryotes bination遗传重组GeneticelementsGeneticelements: smidsMolecularEventsin bination同源重组：不同来源的同源DNA序列间（序列基本相同）的交流Molecularmechanismof bination重组的分子机NickNickformationStrandinvasionResolutionofheteroduplexcomplex异源双链复合(SSB)single-strandedbindingselectivemediumTransformation转化：DonorDNAisintheenvironment供体DNA游离于境Transduction转导DonorDNAistransferredby 通过转ConjugationDonorDNAistransferredviacell-to-cellcontactandaconjugativesmid通过细胞间接触和接合质粒转运Griffith'sexperimentswith Competence感受态cellscapableoftakingupDNAandbeing(a)Bindingds(a)BindingdsDNAbyamembraneboundbindingPassageofoneofthetwostrandsintothecellwhilenucleasedegradestheotherstrand.Thesinglestrandinthecellisboundbyspecificproteins,and binationwithhomologousregionsofthebacterialchromosomemediatedbyRecAproteinoccurs. binationdoesnotoccur,ingDNAcannotreplicateandwillbeTransductionGeneralizedtransduction普遍性转导:宿主细胞的DNA都能成为成熟毒粒的一部分而代替组。有缺陷的毒粒随机整合，可以是低毒Specializedtransduction局限性转导:DNA被直接整合到病毒组上——通常代替一部分温和的DNA错误的切割并Conjugation接合Essential宿主的转座子，包含编码转移功能的trapilus结合，然后靠近形成杂交对,DNA再转移到受体细胞MechanismofDNAtransferDuringConjugation：可用滚环机制rollingcirclereplicationDNA的结合转移机理.F质粒通过滚环转移到F-受体细胞中环合成转移链TheFormationofHfrStrainsandChromosomeF+:FHfr:细胞拥有整合的F质粒(高频重组整合发生与F质粒的插入序列IS位点.一旦整合，质粒不再控制自己的但traoperon子功能不变，可以合作菌Hfr菌株在结合转导后仍为Hfr菌株.转移过程往往被中断,所以只有一部分Interruptedmating中断杂交:结合细胞可以通过搅拌离心来分离。搅拌和配对的时间越长，HfrF-的数量越多F’smid:带有的F质Mechanism:IntegratedFsmidsmaybeexcisedfromthechromosome,incorporationofchromosomalgenesintotheliberatedFsmidispossible.:transposableelements转座因子:DNA分子内作为一个单元从一个位置移动到DNA片段。在所有三域生物中都有细菌中主要的转座因子：transposons转座子insertionsequences插入序列都有编码转座酶的transposase，末端都有反向重复序列invertedrepeats（tnp，Insertionsequence其结合，最后单链形成双链，Conservative保守转座：转座子从一个位置切除到另一个位置再插入（不变）Replicative型转座:一个新的转座子产生并插入第二个位置（加倍）在性转座子，没有转座因子从供点切割下来发生导致2个转座，cointegrateLecture12-1MicrobialGenomesandGenome组：完整的遗传信息，包含、调控序列和非编码DNAGenomics组学：研究组的分子组织，信息量和产物的学科Structuralgenomics结构组学Functionalgenomics功能组学Sequencing：测定DNA或RNA精确的顺 Shotgunsequencing鸟枪法：需要随机序列，无已知序列，电脑分析重复序overlap列进行片段排列；4.proofread454sequencingsystemMassivelyparallelliquidhandling genome:Howtolocateputativegenes组注释（定位Annotation注释：将组中的原始序列转化成列表，利用生物信息学方法和工具，对基因组所有的生物学功能进行高通量注释OpenreadingframesORFs)DNA序列可以被翻译产生已知的FunctionalORF功能性开放阅读框编码细白的阅读框包含起始子和终止子，超过100个子。原核生物核糖体的起始翻译位点不在起始子，而在下游的ShineDalgarnosequence（AGGA，8个碱基分离起始子（ATG）——SD序列BioinformaticysesandGene，Bioinformatics生物信息学：将计算工具应用到DNA和蛋白质序列的学科，可分析，，组越长，ORF寄生性或内共生原核生物的组最 ysis生物信息学分析：组学分析的第一步是将获得的序列与已知组及已知功能的序列进行比较,以推知的功能及它的重要性.GeneDistributioninProkaryotes原核生物分布特1.代谢相关通常最多2.NA与转录占少部分3.非翻译性RNA通常很普遍4有功能的的数量占总ORF的量5.Hypotheticalproteins假定蛋白质：蛋白存在但GeneDistributioninBacteriaand1.古菌一般比细菌有更高比率的能量代谢辅酶2.古菌一般比细菌有更低比率的碳水许多与光合作用有关,一些为rRNA和tRNA编码，有内含子，自我剪切Mitochondrialgenomesencode:线粒体rRNAsandtRNAs13个蛋白叶绿体使用通用子,线粒体使用简化子.RNAeditingofgenomesofRNAeditingRNA编辑：几乎所有的细胞器组都是反向拼接核苷酸的程序性插入或删除受线粒体小RNAsmallRNAguide”CGeneFunctionandMicroarrays/DNAsilicachipsandTranscriptome/DNA与转录固定在上面。片段可以与不同的探针杂交，被电脑扫描和分析DNA中可包含上万的探Proteomics蛋白质组Proteome:在某一时期的一个细胞/组织/生物中的所有蛋白质.可用于分离,鉴定由于子的简并性degeneracy，不同的DNA序列不一定导致氨基酸序列的不同50%的序列相似性会有相似的功能TheEvolutionofGenefamilies:groupsofgenehomologs同Orthologs直系同源：于不同物种的最近的共同祖先的一些。相似但不HorizontalGeneTransferandGenomeHorizontalgenetransfer水平转移：遗传信息在细胞间转移，而不是传给自带。自然界很普遍，可以物种边界TransposonDNA在不同生物间转移。转座子也可以调节一个生物内的大规模相同插入序列的重组导致的重EvolutionofVirulence:PathogenicityIslandsChromosomalislands岛：细菌的外来区域包含一些有额外特性如毒性或共生集群Pathogenicityislands致病岛：包含毒性的EvolutionofVirulence:Pathogenicity岛外源区的额外的区域通常是反向重复序列碱基的组成和子的使用与其他VirulenceSymbiosisCoregenome组:物种的所有菌株都有Pangenome泛组:包括存在某些君主的所有可选择，但不是所有的菌株都GenomicsequenceofE.coli：88%codingforproteins；1%codingfortRNAandrRNA；0.5%isTerminatorsOriforDNAreplicationLecture13-2MetabolicDiversity:ThePhototrophicWayofPhotosynthesis光合作用:Phototrophscarryoutphotosynthesis光能营养型生物执行光合作用，autotrophsPhotoautotrophyATPCO2photoheterotroph-organiccarbon有机物绿色植物,藻类,NADPH,O2为副产物anoxygenicphototrophs不产氧光合生物:O2ChlorophyllsandBacteriochlorophylls叶绿素与菌绿素aab，不产氧光合生物产生菌绿素Photosyntheticpigmentsandtheirlocationwithinthecell光合色素及其细胞内定位Cyanobacteria-chlorophyllaa：吸收峰：680、Purplebacteria-bacteriochlorophyllaa870800590and360Chlorophylldiversityanditsecologicalsignificance色素多样性的生态优势：可更充分地利用电真核生物:叶绿体ChloroArrangementofbacteriochlorophyllmolecules菌绿素分子的排列：50-300个菌绿素形成一个Phycobilinsfunctioninlight-harvestingPhycobiliproteinsaremainantennapigmentsofcyanobacteriaandredalgae藻胆蛋白藻胆蛋白在一起形成phycobilisomes藻胆体，可以吸收的光AnoxygenicPhotosynthesis:purplebacteriaasexample（ （（ PP素，Qa,Qb,Cytc2——电子流Photophosphorylation光合磷酸化:电子生质子动势并活化ATP合成酶，从而产生ATPAutotrophyinPurpleBacteriaElectrondonors反向电子流：来自醌池的电子必须逆热力学梯度转移给NAD+（ReverseelectronflowtoproduceNAD(P)H）产氧光合作用包括两个光合系统——PSI（P700）PSII（P680）电子传递呈Z模式来自水的电子供给P680,然后再交给来自水的电子供给P680,然后再交给P700,由它开始NADP+的还原过程。noncyclicphotophosphorylation.ATP.电子在ATP形成过程中不流回到化能无机营养生物: obtaintheircarbonfromMixotrophicchemolithotrophs:化能无机异养营养生物:能量来自无机物,但碳源来自有机物ATP的形成:来自无机物的氧化如Hydrogenoxidationreducedsulfurcompoundsoxidationironoxidation/nitrification硝化ReducingpowerforCO2fixationReverseelectrontrans