第三章 基因组学

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（四）质粒的基本特性
1.自主复制 的影响。 质粒的复制是自主调节的，不受染色体复制调节因素 利用相同复制系统的质粒不能共存于同一个
2.质粒的不相容性 细胞内。
3.质粒的转移性 在自然条件下，在些质粒可以通过细菌接合作用在 细菌细胞间传递。 基因工程中常用的质粒载体缺乏转移所需的基因，但可采用人工 方法转化到细菌细胞中。
膜蛋白,可阻止四环素进入细胞,使细菌抗四环素。
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4.质粒发现和研究意义 1）理论意义 质粒能够复制、传递和表达遗传信息，从分子 遗传学观点来看是一种有机体，是比病毒更原始的生命形式。 2）实践意义 是基因工程的重要载体（vector），能把外源 基因（目的基因）送到宿主细胞中去克隆扩增或克隆表达。 ①质粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，基因工程的重要 任务之一就是严格改造质粒的同时，控制质粒不传递，若一个 致癌质粒可以传递就会传到处都是。
5.基因序列是连续的，无内含子结构。
50kb
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6.编码区和非编码区在基因组中约各占50%。 7.基因组中的重复序列很少。编码蛋白质结构基因多为单拷 贝，但编码rRNA的基因往往是多拷贝的。 8.具有编码同功酶的基因（isogene） 。
9.细菌基因组中存在可移动的DNA序列，包括插入序列和转 座子。 10.原核基因的基本结构特点： 启动子（promoter）、操纵基因（operator）、调控 序列、结构基因（structure gene）、终止子 （terminator）。
2.质粒是双链的DNA分子，大小在1—200kb之间。
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从生化学来说，除酵母的杀伤质粒（killer plasmid） 是RNA外，其余质粒是染色体外的cccDNA分子。 从遗传学来说，质粒是与宿主染色体有别的复制子（真 核细胞分裂过程中，DNA分成许多复制单位，该单位称为复 制子）。在细胞分裂时能恒定传递给子代细胞的独立遗传 因子或能在胞内寄生和复制的复制子。
2.与人类有一些共同的生物学规律，如：
（1）遗传物质都是DNA； （2）主要的功能分子都是蛋白质；
（3）基因密码是通用的等。
3.尤其是E.coli,是分子克隆 “明星“,基因工程主要的工程菌，因为基 因工程的主要工作是克隆基因在原核系统中表达。
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一、原核生物基因组结构与功能的特点
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*噬菌体（phage）—是侵袭细菌的病毒，主要由蛋白质和核 酸组成。 噬菌的生活周期分为①溶菌周期和②溶原周期。 溶原性噬菌体（温和噬菌体）→宿主菌→将自身DNA整合到细 菌染色体中→和细菌染色体一起复制→随细菌增殖传到细菌 子代中去，不产生子代Phage.
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第一节
原核基因组
nucleoid
Prokaryotic genome 以细菌为代表讲述，有称bacteria genome。
质粒plasmid
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第一节
因为： 1.结构简单，取材便利，易于培养。
原核基因组
细菌对分子生物学有重要贡献，是基因工程研究的主要材料之一。
段（也称跳跃基因，jumping gene）。转位也是DNA重组的
一种形式。
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移动基因最早由美国冷泉港实验室（cold spring Harbor
Laboratory）的女科学家B.MClintock于上个世纪40年代晚期
在玉米中首次发现的。60年代，为J.A.Shapirc研究大肠杆菌 高效突变实验证实。1983年荣获诺贝尔生物学医学奖。
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Barbara McClintock 1902-1992
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可转座的噬菌体（transposable
phage）
(1)包括Mu和D108两种噬菌体，一类温和噬菌体。 (2)感染细菌后，可以整合到细菌染色体中，插入位点是随 机的，可以插到结构基因内部，引起突变，Mu即 Mutator(突变子)因此得名。 (3) 插入时，一个拷贝留在原位，新合成的拷贝插入新的 部位。
structural gene
乳糖操纵子 lac operon
ß-galactoside permease透酶 y ß-galactoside transacetylase 半乳糖苷乙酰转移酶 a
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一、原核生物基因组结构与功能的特点
4.结构基因几乎无重叠现象，基因组中任何一段DNA不会 用于编码2种蛋白质。
小型质粒，无接合和自传递能力， 也可心通过转化作用进入受体细胞 ，这类质粒种类较多，几乎每种细菌 都可以含有2种以上。
2)大型质粒>15kb
多属接合型或自传递型，大型质粒只 能通过细菌的接合作用由一个细菌 传到另一个细菌。（如F质粒）。
基因工程一般用小型质粒。
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原核生物基因的调控序列
启动子 promoter 终止子 terminator 操纵元件 operator
promoter
p o operator z y structural gene
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terminator a t
一、原核生物基因组结构与功能的特点 3.具有操纵子结构。 操纵子（operon） 是指数个功能相关的结构基因串联 在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动和操 纵区）及其下游的转录终止信号构成的基因表达单位。
p
o
z
y
a
t terminator
promoter operator
ß-galactosidase半乳糖苷酶 z
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（二）质粒的分类 1.按质粒的复制机理，分为2类： 1）严谨控制型（stringent contrd type） 2）松弛控制型（relaxed control type） (1)拷贝数少，一般<10个，分子量大； (2)复制受限，受细菌宿主DNA复制系 统的控制； (1)拷贝数多，10-200个，分子量小； (2)复制不受细菌DNA复制系统限制， 仅需DDDPI，其拷贝数可至10003000之多，该性质对基因工程十分有利。
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3.质粒与宿主细胞的关系 （1）质粒对宿主的生存不是必需的。 （2）质粒离开宿主就无法生存。
（3）质粒经常为宿主执行一些适当的遗传功能。
（4）质粒赋于宿主各种有利的表型。 如抗生素抗性基因：
Ampr
Tetr
酶，水解β-内酰胺环,解除氨关毒性,使细菌抗氨。
(3) 特点是这类质粒可以自传递； (4)严谨控制机理（低拷贝原因），
3）分子量小，不具备自传递能力； 4）基因工程使用松弛型（高拷贝数） 质粒，以获得列多的基因产物。
*拷贝数（copy number)—细胞所含的按每—基因组计算的某种质粒或基因的数目。
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2.按分子量大小，分为2类 1）小型质粒，<15kb
基因组（genome）
细胞或生物中，一套完整单倍体遗传特质的总和（包括一种 生物所需的全套基因及间隔序列）称为基因组。 基因组的功能是贮存和表达遗传信息。 人类基因组包含常染色体和XY两条性染色体上的全部遗传物 质（核基因组）以及线粒体上的遗传物质（线粒体基因组）。 * 1个配对（精子或卵子），1个单倍体细胞或1个病毒所包 含的全套基因，称为基因组。
基因的基本结构
5’、、、AGCCGACTATGTCGAAGCTT、、、、、GCTTGACTATAAGACA、、、3’ 3‘、、、TCGGCTGATACAGCTTCTAA、、、、、CGAACTGATATTCTGT、、、5‘ 转录调控区 贮存RNA或蛋白质结构信息区 转录终止区
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三.转位因子 转位因子（transposable element） 即可移动的
基因成分（可移动基因，movable gene），是指能够在一 个DNA分子内部或两上DNA分子之间移动的DNA片段。在细菌 中指在质粒和染色体之间或在质粒和质粒之间移动的DNA片
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②作为基因工程载体的3个特点： A. 独立自主的复制； B. 便利地加以检测（抗生素抗性）； C. 容易引进宿主细胞中去，也易从宿主细胞中分离纯化 （提质粒）。 质粒符合上述3个条件。 基因工程中主要使用人工构建的质粒。
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终止子：
3’
GC丰富区、AT丰富区
DNA 5’…GCCGCCAGTTCGGCTGGCGGCATTTT… RNA 5’…GCCGCCAGUUCGGCUGGCGGCAUUUU
…3’
U U G A C C G C C G C
5’
G G 强终止子：有反向重复顺序， C U 可形成茎环结构，其后面为 G poly(T)结构，转录终止无需ρ G 因子。 C G G C A U U U U-OH 3’
表型和基因型 1、某一机体可以观察到的特征称为表型（phenotype）， 2、与表型相应的基因组成称为基因型（genotype）。 等位基因 二倍体细胞有2套基因，一套来自父本，另一套 来自母本，每个细胞的全部基因均由2套基因组成，每一对基 因称做等位基因。