原核生物基因组 (2)精选PPT.ppt

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1、关于原核生物基因组(2)第1页，讲稿共37张，创作于星期日生物分界图生物分界图第2页，讲稿共37张，创作于星期日原核生物原核生物环状环状DNADNA位于细胞质中位于细胞质中,不具成形的细胞核不具成形的细胞核细胞器无膜细胞器无膜细菌细菌,立克次体立克次体,支原体支原体,蓝藻蓝藻第3页，讲稿共37张，创作于星期日第一节第一节 原核生物基因组的一般特征原核生物基因组的一般特征 第二节第二节 质粒质粒 第三节第三节 基因转移基因转移 第4页，讲稿共37张，创作于星期日第一节第一节 原核生物基因组的一般特征原核生物基因组的一般特征一、原核生物基因组的结构一、原核生物基因组的结构二、原核生物的类核结构二、

2、原核生物的类核结构第5页，讲稿共37张，创作于星期日一、原核生物基因组的结构一、原核生物基因组的结构1.基因组基因组DNA分子量较小分子量较小,106107bp之间，位于细胞中央，形成一之间，位于细胞中央，形成一个致密的区域，称为类核个致密的区域，称为类核(nucleoid)。不同细菌染色体基因组长度比较不同细菌染色体基因组长度比较不同细菌染色体基因组长度比较不同细菌染色体基因组长度比较细菌名细菌名nt细菌名细菌名ntBacillus anthracis5,392,168Salmonella typhimurium 4,857,432Escherichia coli 4,639,675 Sta

3、phylococcus aureus2,821,361 Mycobacterium tuberculosis4,347,292 Streptococcus pyogenes 1,895,017Neisseria meningitidis2,184,406 Vibrio cholerae 4,056,157 Pseudomonas aeruginosa,6,264,404 Yersinia pestis4,653,728Salmonella typhi 4,809,037 第6页，讲稿共37张，创作于星期日2.存在操纵子存在操纵子(operon)结构结构乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon

4、)的结构的结构 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA第7页，讲稿共37张，创作于星期日 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原核生物的结构基因多数是单拷贝，连续排列没有内含子原核生物的结构基因多数是单拷贝，连续排列没有内含子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成分成分成分 4 4.编码顺序一般不重叠编码顺序一般不重叠 基因重叠基因重叠:基因组基因组DNA中某些序列被两个或两个以上的中某些序列被两个或两个以上的中某些序列被两个或两

5、个以上的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。基因所共用。这些基因序列之间互相有重叠。基因所共用。这些基因序列之间互相有重叠。基因所共用。这些基因序列之间互相有重叠。5.具有编码同工酶的不同基因具有编码同工酶的不同基因具有编码同工酶的不同基因具有编码同工酶的不同基因 如如如如E.coli E.coli 含有两个乙酰乳酸合含有两个乙酰乳酸合含有两个乙酰乳酸合含有两个乙酰乳酸合成酶基因成酶基因成酶基因成酶基因第8页，讲稿共37张，创作于星期日不同细菌基因组不同细菌基因组GCGC含量比较含量比较细菌名细菌名GC%细菌名细菌名GC%Bacillus anthracis35

6、%Salmonella typhimurium 52%Escherichia coli 50%Staphylococcus aureus33%Mycobacterium tuberculosis66%Streptococcus pyogenes 38%Neisseria meningitides52%Vibrio cholerae 47%Pseudomonas aeruginosa,58%Yersinia pestis 48%Salmonella typhi52%6.不同原核生物间，不同原核生物间，GC含量差异较大。含量差异较大。第9页，讲稿共37张，创作于星期日7.非非编编码码区区内内主主要

7、要是是一一些些调调控控序序列列 在在基基因因组组中中编编码码序序列列只只占占50%，复复制制起起始始区区、复复制制终终止止区区、转转录录起起始始区区和和终终止区等存在非编码区域。止区等存在非编码区域。8.存在可移动存在可移动DNA序列序列 如插入序列、转座子等。如插入序列、转座子等。第10页，讲稿共37张，创作于星期日Whole genome of E.coli 第11页，讲稿共37张，创作于星期日二、原核生物的类核结构二、原核生物的类核结构类核类核(nucleoid):原核生物基因组原核生物基因组DNA位于细胞的中央区，与支架蛋位于细胞的中央区，与支架蛋白和白和RNA结合在一起，以复合体的形

8、式存在，经高度盘旋聚集形成一结合在一起，以复合体的形式存在，经高度盘旋聚集形成一个较为致密的区域。个较为致密的区域。中央部分中央部分RNA和支架蛋白和支架蛋白外围部分双链闭环的超螺旋外围部分双链闭环的超螺旋DNA每个每个DNA环是一个独立的功能区，完成不同区域基因表达调控。环是一个独立的功能区，完成不同区域基因表达调控。第12页，讲稿共37张，创作于星期日类核结构照片图类核结构照片图第13页，讲稿共37张，创作于星期日第二节第二节 质质 粒粒一、质粒的结构与理化性质一、质粒的结构与理化性质二、质粒的命名与分类二、质粒的命名与分类三、质粒的生物学特征三、质粒的生物学特征 第14页，讲稿共37张，

9、创作于星期日什么是质粒什么是质粒(plasmid)?是细菌细胞染色体以是细菌细胞染色体以外的能独立复制并能稳定外的能独立复制并能稳定遗传的共价闭合环状遗传的共价闭合环状DNADNA（covalently closed covalently closed circular DNAcircular DNA，cccDNA)cccDNA)分子。分子。质粒有质粒有DNA和和RNA质粒之分，本书主要介绍质粒之分，本书主要介绍DNA质粒质粒。第15页，讲稿共37张，创作于星期日一、质粒的结构与理化性质一、质粒的结构与理化性质1.质粒的结构质粒的结构 通常有三种构型通常有三种构型:共价闭环共价闭环DNA分子分

10、子 半开环半开环DNA分子分子 线性线性DNA分子分子质粒的理化性质质粒的理化性质 具有核酸分子的一般理化特性，如可嵌入某些染料具有核酸分子的一般理化特性，如可嵌入某些染料(溴化溴化乙锭乙锭,EB）,具有较强的抗切割和抗变性的具有较强的抗切割和抗变性的 能力。能力。第16页，讲稿共37张，创作于星期日第17页，讲稿共37张，创作于星期日二、质粒的命名与分类二、质粒的命名与分类（一）质粒的命名一）质粒的命名 原则：原则：用小写字母用小写字母 “p”代表质粒，后面一般有代表质粒，后面一般有2个大写字母代表，个大写字母代表，如如pUC118、pMT-18T、pBR322等等。第18页，讲稿共37张，

11、创作于星期日（二）质粒的分类（二）质粒的分类1.复制机理复制机理 严紧型严紧型 松弛型松弛型2.功功 能能 F质粒质粒 R质粒质粒 Col质粒质粒3.转移方式转移方式 接合型接合型 可移动型可移动型 自传递型自传递型4.大大 小小 小型小型(1.5kb-15kb)大型大型(60kb-120kb)5.宿主范围宿主范围 窄宿主谱型窄宿主谱型 广宿主谱型广宿主谱型 第19页，讲稿共37张，创作于星期日三、质粒的生物学性质三、质粒的生物学性质1.质粒的主要成分质粒的主要成分 环状超螺旋环状超螺旋DNA分子，分子量分子，分子量41061108dal2.质粒的转移质粒的转移 分子量在分子量在2.5107d

12、al以上的质粒有转移能力，可发生在同一菌属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。株。3.质粒的复制质粒的复制 主要由主要由4个遗传控制系统决定个遗传控制系统决定:复制调控系统复制调控系统 分配系统分配系统 细胞分裂控制系统细胞分裂控制系统 位点特异重组系统位点特异重组系统4.质粒带有选择标记质粒带有选择标记第20页，讲稿共37张，创作于星期日 同一类群的不同同一类群的不同质粒通常不能在同一质粒通常不能在同一菌株内菌株内稳定共存，稳定共存，当当细胞分裂时就会分别细胞分裂时就

13、会分别进入进入不同的子代细胞不同的子代细胞，这种现象叫做质粒的这种现象叫做质粒的不相容性不相容性。质粒的不相容性质粒的不相容性?(incompatibility)第21页，讲稿共37张，创作于星期日第三节第三节 基基 因因 转转 移移一、基因转移的方式一、基因转移的方式二、原核生物的转座子二、原核生物的转座子第22页，讲稿共37张，创作于星期日一、基因转移的方式一、基因转移的方式1.接合接合(conjugation)又称又称“细菌杂交细菌杂交”，是遗传物质通过细胞间，是遗传物质通过细胞间的直接接触而进行的转移和重组。的直接接触而进行的转移和重组。当细胞与细胞、当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接

14、触时，质粒或细菌通过菌毛相互接触时，质粒DNA从一个从一个细胞（细菌）转移至另一细胞（细菌）的细胞（细菌）转移至另一细胞（细菌）的DNA转移称为转移称为接合作用接合作用(conjugation)。第23页，讲稿共37张，创作于星期日第24页，讲稿共37张，创作于星期日2.转化转化(transformation)受体菌直接吸收来自供体菌的受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，通过交换片段，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。传性状的现象。第25页，讲稿共37张，创作于星期日第26页，讲稿共37张，创作于星期日3.转导转

15、导(transduction):当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来、再次当病毒从被感染的（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感染另一（供体）细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的之间的DNA转移及基因重组即为转移及基因重组即为转导作用转导作用(transduction)。第27页，讲稿共37张，创作于星期日噬菌体的生活史噬菌体的生活史溶菌生长途径溶菌生长途径(lysis pathway)溶源菌生长途径溶源菌生长途径(lysogenic pathway)例例目目 录录第28页，讲稿共37张，创作于星期日第29页，讲稿共37张，创作于星期日4.转染转染(tr

16、ansinfection):病毒侵入宿主细胞的过程。若是原核生物，转染指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。噬菌体侵入细菌细胞过程。第30页，讲稿共37张，创作于星期日转座因子（转座因子（transposable element）:又称转座元件，是一类在细又称转座元件，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的独立菌染色体、质粒或噬菌体之间自由移动并具有转位特性的独立DNA序序列。列。转座子的遗传效应转座子的遗传效应1.引起突变引起突变 转座可引起多种突变转座可引起多种突变 插入失活插入失活 转录终止转录终止 缺失和倒位缺失和倒位2.引入新基因

17、引入新基因 某些抗生素的抗性基因某些抗生素的抗性基因3.引起生物进化引起生物进化 转座引起基因重排产生具有新的生物学功能的蛋白质。转座引起基因重排产生具有新的生物学功能的蛋白质。二、原核生物的转座子二、原核生物的转座子第31页，讲稿共37张，创作于星期日1.插入序列插入序列(insertion sequence，IS)组成组成:700-2，000bp 一个转位酶基因一个转位酶基因 两侧的反向重复序列两侧的反向重复序列2.转座子转座子(transposon，Tn)组成组成:4，500-20，000bp 转座酶基因转座酶基因 抗性基因抗性基因3.可专座噬菌体可专座噬菌体 具有转座功能的温和性噬菌体

18、，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。能整合到宿主基因组内引起突变。转座子的分类转座子的分类第32页，讲稿共37张，创作于星期日5 GGAATCGATCTTAAGATCGATTCC 33 CCTTAGCTAGAATTCTAGCTAAGG 5反向重复序列反向重复序列(inverted repeat sequence)：在同一多核苷酸链内的相反方向上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中反向重复可能引起十字形结构的形成。成。第33页，讲稿共37张，创作于星期日第34页，讲稿共37张，创

19、作于星期日 小小 结结 原核生物基因组原核生物基因组DNADNA通常由一条环状双链通常由一条环状双链DNADNA分子组成，具有分子组成，具有一个复制起点。基因组一个复制起点。基因组DNADNA与与RNARNA和支架蛋白结合在一起构成类和支架蛋白结合在一起构成类核，并位于菌细胞中央。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、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没有内含子成分，并能转录出多顺反子型mRNAmRNA模板。模板。基因与基因之间几乎没有间隔。基因与基因之间几乎没有间隔。编码顺序一般不重叠，

20、基因组中存在多种功能的识别区域及可移动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的DNADNA序列。序列。第35页，讲稿共37张，创作于星期日 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DNADNA分子。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，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。这些性状大多数对细菌是有利的。质粒通常有三种分子构型，即共价闭合环状质粒通常有三种分子构型，即共价闭合环状DNADNA分子、半开环分子、半开环DNADNA分

21、子和线性分子和线性DNADNA分子。分子。原核生物的基因转移主要有四种方式：接合、转化、转导和转座。其中原核生物的基因转移主要有四种方式：接合、转化、转导和转座。其中经转座后可引起三种主要遗传效应：基因突变、引入新基因及引起生物经转座后可引起三种主要遗传效应：基因突变、引入新基因及引起生物进化。进化。因此，研究原核生物基因组的结构和功能特点，对于进一步深入探索因此，研究原核生物基因组的结构和功能特点，对于进一步深入探索真核生物基因组以至人类基因组的结构特征都将有重要的价值。真核生物基因组以至人类基因组的结构特征都将有重要的价值。第36页，讲稿共37张，创作于星期日感谢大家观看第37页，讲稿共37张，创作于星期日