《酵母菌遗传》PPT课件.ppt
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1、酵母菌遗传酵母菌概述酵母菌概述酵母菌:一种单细胞真菌,属于兼性厌氧菌;个体形态有球状、卵圆、椭圆、柱状和香肠状等。酵母菌具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等,酵母菌虽属于真核微生物,同时又具有原核生物的某些特征,例如形成菌落特征与细菌相似,生长速度快等。1996年完成酿酒酵母全基因组的测序,是当时完成测序的最大基因组,也是真核生物中第一个被测序的生物。一、酵母菌的基因组和染色体二、酵母线粒体基因组及其遗传三、酵母菌中的质粒四、酵母基因表达的调控五、接合型基因及其基因型转换六、酵母菌的载体系统七、酵母双杂交系统第一节第一节 酵母菌的基因组和染色体酵母菌的基因组
2、和染色体一、酵母菌的基因组一、酵母菌的基因组1.酿酒酵母的单倍体细胞含有16条染色体,总长度为12068kb,其中第条染色体最短(230kb),第条染色体最长(1532kb)。2.基因组中没有明显的操纵子结构,有间隔区和内含子。3.酿酒酵母染色体基因组中,有5885个可能是编码蛋白质的ORF,每个ORF约为1.4kb,而基因间的平均间隔为600bp。(这这说说明明酵酵母母基基因因比比其其它它高高等等真真核核生生物物基因排列紧密。)基因排列紧密。)4.基因组含有52个完整的Ty因子(反转座子)。第一节第一节 酵母菌的基因组和染色体酵母菌的基因组和染色体1.1.核小体:核小体:DNADNA和组蛋白
3、(和组蛋白(H2AH2A、H2BH2B、H3H3和和H4H4)酿酿酒酒酵酵母母中中无无H1H1(有有丝丝分分裂裂中中维维持持染染色色质质的的高高度度超超螺旋)螺旋)2.2.着丝粒(着丝粒(centromerecentromere):点着丝粒和区域着丝粒点着丝粒和区域着丝粒3.3.端粒端粒(telomere)(telomere):末端重复序列和蛋白质末端重复序列和蛋白质4.4.复复制制起起点点:控控制制DNADNA复复制制起起始始的的一一段段DNADNA序序列列ARSARS ARSARS若若克克隆隆到到质质粒粒中中,可可使使质质粒粒DNADNA在在酵酵母母中中自自主主复制。复制。1 1)ARSA
4、RS的结构的结构 A A:ACSACS在所有的在所有的ARSARS都完全相同或相似都完全相同或相似 ARS BARS B:ACSACS的的3 3末端末端 C C:A A1.着丝粒着丝粒概念着丝粒是真核细胞染色体DNA上的一段特殊序列。在有丝分裂和减数分裂时,纺锤丝与着丝粒结合,将染色体拉向细胞的两极。主要类型:点着丝粒(着丝粒序列很短酿酒酵母)区域着丝粒(着丝粒序列较长脉胞菌、果蝇、人)1.着丝粒着丝粒 在酿酒酵母中,所有染色体的CEN序列的长度均大于130bp,由53依次分为 CDE、CDE和CDE三个区。CDE和CDE是两个共有序列,位于两侧,中间是CDE,CDE的核苷酸序列中(A+T)含
5、量超过90,所以容易弯曲。2.端粒端粒端粒是真核生物线性染色体两端的特殊DNA-蛋白质复合体结构,这种复合体结构是由DNA重复序列和与之相结合的蛋白质分子构成的。在大多数生物中,端粒DNA只是由几个碱基组成的DNA重复单位通过串联重复而形成,长度从20bp到几个kb不等。酿酒酵母端粒DNA的长度约为300bp,其DNA重复单位为:5C1-3A3G1-3T在大多数生物中,端粒DNA的旁边还常含有由中等重复序列组成的DNA。在酵母中,与端粒相连的DNA有两类:X保守性较差,长度为0.33.7kb,存在于大多数染色体上。Y高度保守,长度为6.7kb酿酒酵母中2/3的端粒含有14个拷贝的Y。X和Y作用
6、:非必需,对端粒的稳定、染色体断裂后的修复以及在减数分裂中染色体联会方面都起辅助作用。3.复制起点复制起点 酵母的复制起点是指染色体上控制DNA复制起始的一小段DNA序列,通常称为自主复制序列(autonomously replicatory sequence,ARS)。自1979年首次发现酿酒酵母的ARS以来,已在酿酒酵母中约有400个ARS,ARS/40kb。但这些ARS的使用频率不同,变动在0-100%之间。(1)自主复制序列ARS的结构酿酒酵母中,ARS是长度为100200bp、富含AT的DNA片段。根据其在质粒中的稳定性,可分为三个结构域:其中A和B最为重要A结构域:构域:保守序列,
7、称为ARS共有序列(ACS)。所有ARS都含有一个完全相同或非常相似的ACS。ACS内单一碱基的突变能降低或消除其起始功能。B结构域:构域:位于ACS的3末端,长度约80bp。C结构域:构域:ACS的5末端,富含AT,C结构域间不具有同源性,也不含共有序列。(2)ARS-结合蛋白酿酒酵母复制的起始可能是通过蛋白质与ARS相互作用而引起的。与ARS结合的蛋白有六种,分子质量分别:120kD、72kD、62kD、57kD、53kD和 50KD,这些蛋白以复合物的形式存在并与ACS结合,这种蛋白质复合 体 称 为 起 始 识 别 复 合 物(ORC)。ORC与A区结合,也与B区结合。另外,Abflp
8、也是一种主要的ARS结合的蛋白,能提高复制效率。(3)ARS启动染色体复制的活性酿酒酵母基因组中约有400个ARS,但并不是所有的ARS在原染色体上都具有自主复制活性。可是,将这些染色体上的ARS克隆到质粒上后,却都有自主复制活性。从使用的时序来看,可分为两类:位于不同位点表现的活性不同,靠近端粒的ARS,一般不表现活性。S前期S后期第二节第二节 酵母线粒体基因组及其遗传酵母线粒体基因组及其遗传线粒体是真核细胞重要的代谢中心之一。线粒体真核细胞重要的代谢中心之一。线粒体DNA(mtDNA)编码线粒体自身所需的rRNA、tRNA以及某些蛋白质如细胞色素和ATP酶等。(一)呼吸缺陷突变株(一)呼吸
9、缺陷突变株酵母可以通过呼吸和发酵这两种代谢形式来取得能量,在有氧条件下呼吸,缺氧条件下发酵。小菌落突变株:吖啶黄处理野生酵母后,出现很多在好气条件下生长缓慢的突变株。(缺少细胞色素a、b以及细胞色素c氧化酶)分离性小菌落:染色体上基因发生了突变类型中性小菌落:完全丢失了线粒体DNA抑制性小菌落:丢失了部分线粒体DNA(二)酵母线粒体基因组的物理图谱及其特点(二)酵母线粒体基因组的物理图谱及其特点1.酵母线粒体DNA是周长约26m的环状DNA分子,其大小为84kb。2.绝大多数的mtDNA中没有重复核苷酸序列。3.线粒体是半自主性的,能复制并传递给后代,还能转录所编码的遗传信息,合成线粒体某些自
10、身特有的多肽,但是并非自给自足。第三节第三节 酵母菌中的质粒酵母菌中的质粒(一)2m质粒环环状状且且周长为2m的DNA双双链链、5050100100个个拷拷贝贝,只携带与复制和重组有关的4个蛋白质基因(REP1、REP2、REP3和FLP),不不赋赋予予宿宿主主细细胞胞遗遗传传表表型型,属于隐蔽质粒。属于隐蔽质粒。1.特征:质粒上有两个600bp长的反向重复序列(IR),这两个IR中间由一个大单一区域和小单一区域所间隔。2.在两个IR上各有一个FRT(专一性重组位点),由于这两个FRT间的相互重组,产生A型和B型两种互变异构型的混合质粒。REP1REP3REP2FLPA-typeB-typeR
11、EP1REP3REP2FLPFRTFRTFRTFRT(二)(二)嗜杀现象嗜杀现象 19631963年,年,BevanBevan和和MakowerMakower发现酿酒酵母中某些菌株可产生毒素而发现酿酒酵母中某些菌株可产生毒素而杀死其他酵母的现象。杀死其他酵母的现象。嗜杀株(嗜杀株(killerkiller):产生毒素的菌株:产生毒素的菌株 敏感株敏感株:对毒素敏感的菌株:对毒素敏感的菌株 中性株中性株:既不产毒素又不敏感的菌株:既不产毒素又不敏感的菌株 该特性由两种具有自我复制能力的细胞遗传因子该特性由两种具有自我复制能力的细胞遗传因子-双链线状双链线状RNA(dsRNA)RNA(dsRNA)
12、决定的,它们通常以决定的,它们通常以蛋白质外壳包裹着的粒子状态蛋白质外壳包裹着的粒子状态存在于存在于细胞之中,细胞之中,不具有体外侵染的特性不具有体外侵染的特性。也称为类病毒颗粒(。也称为类病毒颗粒(virus-like virus-like particleparticle).分类:分类:L L型类病毒、型类病毒、M M型类病毒型类病毒 L-dsRNA:L-dsRNA:编码自身和编码自身和M M型的蛋白外壳和型的蛋白外壳和RNARNA聚合酶聚合酶 M-dsRNAM-dsRNA:编码杀伤毒素蛋白,分泌到细胞外。:编码杀伤毒素蛋白,分泌到细胞外。L型类病毒:含有4.5kb的双链RNAM型类病毒:
13、含有两条1.8kb双链RNA嗜杀型酵母敏感型酵母只含L型类病毒不含M型类病毒含L型类病毒和M型类病毒不含L型类病毒不含M型类病毒第四节第四节 酵母基因表达的调控酵母基因表达的调控根据其性质,真核基因调控分两类根据其性质,真核基因调控分两类:1、瞬间调控(可逆性控制)、瞬间调控(可逆性控制)2、发育调控(不可逆性控制)、发育调控(不可逆性控制)1.上游激活序列(upstream activating sequence UAS)2.TATA元件3.转录起始位点4.沉默子一、酵母基因的启动元件(顺式作用元件)二、酵母转录调控因子(反式作用蛋白)1.通用转录因子 结合在TATA序列附近,包括TFII-
14、A、TFII-B、TGII-D、TFII-E、TFII-F等。2.转录调控因子(结合在启动子上游)转录调控蛋白由两个独立的结构域组成:(1)DNA结合区(2)转录激活区1.TATA 区区结合蛋白合蛋白转录起始复合物由TATA元件附近序列及转录起始位点等顺式作用元件和多种通用转录因子及RNA聚合酶组成。成环假说2.GAL4转录因子和因子和gal基因的表达基因的表达调控控酵母半乳糖代谢酶基因(gal)表达可以被生长条件所控制。半乳糖通过转化为6-磷酸葡萄糖后进入糖酵解途径而被酵母利用。gal基因的转录是被严格调控的。gal1基因、gal7基因、gal10基因和gal12基因在没有半乳糖的条件下不表
15、达,而在半乳糖存在条件下表达水平提高约1000倍。3.GCN4转录调转录调控因子控因子GCN4能特异结合到许多氨基酸合成酶基因的启动子调控元件上,激活基因的转录。HAP1HAP2和HAP3都是转录因子,控制酵母细胞色素c基因CYC1和CYC7的转录。CYC1UAS由UAS1和UAS2两个位点组成。UAS1与葡萄糖抑制时基因的转录有关UAS1和UAS2共同作用是乳糖去阻遏时基因转录所必需的。4.HAP1 HAP2和和HAP3酵母细胞的单倍体类型是由接合型基因(MAT和MATa)决定的。MAT编码1和2两个蛋白调控因子,它们决定型细胞的表型。MATa编码a1蛋白,控制a型细胞的表型。5.1、2和和
16、a1调节蛋白调节蛋白一、酿酒酵母的生活史二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制1、a和单倍体细胞2、接合信息素信号的传递3、接合型基因MAT在接合过程中的调控作用三、接合型基因的转换1、酵母接合型基因的结构2、接合型转换机理第五节第五节 接合型基因及其基因型转换接合型基因及其基因型转换第五节第五节 接合型基因及其基因型转换接合型基因及其基因型转换一、酿酒酵母的生活史一、酿酒酵母的生活史一、酿酒酵母的生活史二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制1、a和单倍体细胞2、接合信息素信号的传递3、接合型基因MAT在接合过程中的调控作用三、接合型基因的转换1、酵母接合型基因的结构2、接合型转换机理第五节第五节 接合型基因
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