第7章基因水平转移
第七章 转基因食品的质量控制(4)
第七章转基因食品的质量控制（4）学习目标：通过本章学习1.掌握转基因食品的概念；2.了解转基因食品的安全性评价体系；3.了解转基因食品的检测方法；4.掌握转基因食品的质量和标识管理办法。
第一节转基因食品概况一、转基因食品概念用基因工程方法将有利于人类的外源基因转入受体生物体内，改变其遗传组成，使其获得原先不具备的品质与特性的生物，称之为转基因生物。
在联合国公约《生物安全议定书》上，称做“改性活生物体” Living Modified Organisms ，简称LMOs（是指任何具有凭借现代生物技术获得的遗传材料新异组合的活生物体，其中包括不能繁殖的生物体、病毒和类病毒），或者叫“遗传饰变生物” Genetically Modified Organisms ，GMOs 。
例如：科学家将北极鱼的基因移植到西红柿身上，使西红柿可以抗寒；将人类生物激素基因移植到鲤鱼身上，使鲤鱼可以生长得更快更大；将土壤微生物的毒蛋白基因移植到水稻身上，使水稻可以抗虫，就成为转基因水稻。
转基因食品是转基因生物的产品或者加工品，美国食品药品管理局(FDA)使用“生物工程食品”(bioengineeredfood)一词、欧洲使用“新型食品”(Novel foods)一词，把转基因食品包括在内。
在欧盟新型食品条例中将转基因食品定义为：“一种由经基因修饰的生物体生产的或该物质本身的食品。
”这包括了经修饰的基因物质和蛋白质等。
转基因食品可以是活体的，能够遗传或者复制遗传材料，例如转基因的油菜籽、番茄、大豆等为活体。
也可以是非活体的，例如大豆油、豆腐等。
目前市场上的转基因食品主要来源于植物性的转基因生物，转基因动物还不多，几乎没有商业化的生产。
二、转基因食品的种类1.按照来源分类转基因食品按照来源不同可分成三类：①转基因植物食品。
在转基因食品中数量最多，是由转基因农作物生产、加工而成。
②转基因动物食品：由转基因动物生产的肉、蛋、奶等及其加工产品。
(整理)第7章生物化学习题
生物化学习题第七章生物氧化第一作业一、名词解释1、底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。
2、生物氧化：有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化。
3、电子传递体系：代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经一系列传递体，最后将质子和电子传递给氧而生成水的全部体系称为呼吸链，也称电子传递体系或电子传递链4、氧化磷酸化作用：伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化。
二、问答题1．比较生物氧化与体外燃烧的异同点。
相同点：终产物都是二氧化碳和水；释放的总能量也完全相同。
不同点：体外燃烧是有机物的碳和氢与空气中的氧直接化合成CO2和H2O ，并骤然以光和热的形式向环境散发出大量能量。
而生物氧化反应是在体温及近中性的PH 环境中通过酶的催化下使有机物分子逐步发生一系列化学反应。
反应中逐步释放的能量有相当一部分可以使ADP 磷酸化生成ATP ，从而储存在ATP 分子中，以供机体生理生化活动之需。
一部分以热的形势散发用来维持体温。
第二作业２．呼吸链的组成成分有哪些？试述主要和次要的呼吸链及排列顺序。
组成成分：NAD+，黄素蛋白（辅基FMN、FAD），铁硫蛋白，辅酶Q，细胞色素b、c1、c、a、a3。
主要的呼吸链有NADH氧化呼吸链和FADH2氧化呼吸链。
呼吸链排列顺序：FAD（Fe-S）↓NADH→（FMN）→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2（Fe-S）3．试述氧化磷酸化的偶联部位；用哪些方法可以证明氧化磷酸化的偶联部位?三个偶联部位：NADH和CoQ之间；CoQ和Cytc之间；Cytaa3和O2之间证明方法：①计算P/O比值：β-羟丁酸的氧化是通过NADH呼吸链，测得P/O比值接近于3。
琥珀酸氧化时经FAD到CoQ，测得P/O比值接近于2，因此表明在NAD+与CoQ之间存在偶联部位，抗坏血酸经Cytc进入呼吸链，P/O比值接近于1，而还原型Cytc经aa3被氧化，P/O比值接近1，表明在aa3到氧之间也存在偶联部位。
分子生物学复习7-9
第七章基因的表达与调控（上）——原核基因表达调控模式（一）基本概念1．基因表达：细胞在生命过程中，把蕴藏在DNA中的遗传信息经过转录和翻译，转变成为蛋白质或功能RNA分子的过程称为基因表达。
2．基因表达调控：围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式都统称为基因表达调控。
rRNA或tRNA的基因经转录和转录后加工产生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA 的基因表达，因为rRNA或tRNA就具有在蛋白质翻译方面的功能。
3．组成型表达：指不大受环境变动而变化的一类基因表达。
如ＤＮＡ聚合酶，ＲＮＡ聚合酶等代谢过程中十分必需的酶或蛋白质的表达。
管家基因：某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因。
管家基因无论表达水平高低，较少受到环境因素的影响。
在基因表达研究中，常作为对照基因适应型表达：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。
应环境条件变化基因表达水平增高或从无到有的现象称为诱导，这类基因被称为可诱导的基因；相反，随环境条件变化而基因表达水平降低或变为不表达的现象称为阻遏，相应的基因被称为可阻遏的基因。
4．结构基因：编码蛋白质或功能性RNA的任何基因。
所编码的蛋白质主要是组成细胞和组织基本成分的结构蛋白、具有催化活性的酶和调节蛋白等。
原核生物的结构基因一般成簇排列，真核生物独立存在。
结构基因簇由单一启动子共同调控。
调节基因：参与其他基因表达调控的RNA或蛋白质的编码基因。
①调节基因编码的调节物质通过与DNA上的特定位点结合控制转录是调控的关键。
②调节物与DNA特定位点的相互作用能以正调控的方式（启动或增强基因表达活性调节靶基因，也能以负调控的方式（关闭或降低基因表达活性）调节靶基因。
操纵子：由操纵基因以及相邻的若干结构基因所组成的功能单位，其中结构基因的转录受操纵基因的控制。
（二）原核基因调控的分类和主要特点一、原核生物的基因调控特点：（1）基因调控主要发生在转录水平上，形式主要是操纵子调控.（2）有时也从DNA水平对基因表达进行调控，实质是基因重排。
基因水平转移的评判方法和转移方式研究进展
Ｍ ｅ ｈｏｄ ｏ ｈｅ ｉ ｎｔｆｃ ｔｏｎ ｏ ｉ ｏｎ ａ ｅ ｒ ｎｓ ｅ ｔ ｓ ｆ ｒ ｔ ｄｅ ｉ ａ ｉ ｆｈｏｒ ｚ ｔ ｌｇ ｎｅ ｔ ａ ｆ ｒ ｉ
ｐ ｅ ｏ ｎ ｎｉ ｌ ｒａｉ ． ｈｓ ａｅ ｅｃ ｂ ｓｈ ｏ ｃｐ ｆ ｏ ｚｎａ ｇｎ ａ ｓ ｒｔｅｓ ｄ ｒ ｒｕ ｇｎ ｈ ｒ ｈｎ ｍｅｏ ａ ｇ ｓ Ｔ ｉｐ ｐ ｒ ｓｒ ｅ ｅ ｎｅ ｔ ｒ ｏｔｌ ｅ ｅ ｒ ｆ ，ｈ ａ ａ ｆ ｄ ｉｇａ ｏｉ ｎ ｌｏ ｎ ｍｓ ｄ ｉ ｔ ｃ ｏ ｈｉ ｔ ｎ ｅ ｔ ｎ ｄ ｏｊ －
（ ＨＧＴ ｅ ｅ ｔ ａ ｄｐ ｏ ｒｓ ｅａｅ ｅｄ ） ｖ ｎ ｓ ｎ ｒ ｇ ｅｓ ｎｒｌｔｄｆ ｌｓ ｉ ｉ
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Ａ ｂｓｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｈｏｒｚ ｔ ｌｇ ｎｅｔａ ｓ ｅ ｓｔ ｅ ｅ ｅ ｃ ｎ ｔ ｅ ｆｅ ｅ ｔｏｒ ａ ｉｍ ｓｏ ｉ ｅ ｅ ｇａ ｅｌ ｓ ｉ ｏｎ ａ ｅ ｒ ｎ ｆｒｉ ｈｅ ｇ ｎ ｘ ｈａ ｇｅｂｅ ｗｅ ｎ ｄｉ ｒ ｎ ｇ ｓ ｒｄ ｆ ｒ ｎｔｏｒ ｎ ｌ ，ｗｈｉｈ ｏ ｃ ｓ ｎ ｅ ｃ ｃ ｕｒ
微生物课件(周德庆)第七章Part 1 遗传变异的物质基础
内容提纲♠遗传变异的物质基础♠基因突变和诱变育种♠基因重组和杂交育种♠基因工程♠菌种的衰退、复壮和保藏一、几个基本概念u遗传(heredity)：生物体最本质的属性之一。
指生物的上一代将自己的一整套遗传因子传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的特性。
u遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和；是一种内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。
u表型（phenotype）：指某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境条件下的具体体现。
是一种现实性。
基因型+环境条件代谢发育表型几个基本概念u变异(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传物质的结构或数量发生的改变，亦即遗传型的改变。
变异的特点：a.在群体中以极低的几率出现，一般为10-6～10-9；b.性状变化的幅度大；c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。
u饰变（modification）：指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。
特点是：a.几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化；b.性状变化的幅度小；c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。
引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。
例如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色的灵杆菌素；在37℃下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25℃，又恢复产色素的能力。
二、微生物是生物学基础研究中最热衷的模型生物n个体的体制极其简单；n营养体一般都是单倍体，方便建立纯系；n易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；n繁殖速度快；n易于积累不同的中间代谢产物或终产物；n菌落形态特征的可见性和多样性；n环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性；n易于形成营养缺陷型；n各种微生物一般都有相应的病毒；n存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；一、三个经典实验证明了遗传变异的物质基础是DNAl经典转化实验l噬菌体的感染实验l植物病毒的重建实验（一）转化实验光滑型（S）粗糙型（R）有荚膜菌落光滑分泌毒素致病无荚膜菌落粗糙无毒不致病1.实验材料：肺炎双球菌：球形细菌，常成双或成链排列，可使人患肺炎，也可使小鼠患败血症而死亡。
(NEW)朱玉贤《现代分子生物学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
4.3 名校考研真题详解 第5章 分子生物学研究法（上）——DNA、RNA及蛋白质操作技术
5.1 复习笔记 5.2 课后习题详解 5.3 名校考研真题详解 第6章 分子生物学研究法（下）——基因功能研究技术 6.1 复习笔记 6.2 课后习题详解 6.3 名校考研真题详解 第7章 原核基因表达调控 7.1 复习笔记 7.2 课后习题详解 7.3 名校考研真题详解 第8章 真核基因表达调控 8.1 复习笔记 8.2 课后习题详解 8.3 名校考研真题详解
② T2噬菌体感染大肠杆菌实验
a．在分别含有35S和32P的培养基中培养大肠杆菌。
b．用上述大肠杆菌培养T2噬菌体，分别制备含35S的T2噬菌体和32P的
T2噬菌体。
c．分别用含35S的T2噬菌体和32P的T2噬菌体感染未被放射性标记的大 肠杆菌。
d．培养一段时间后，将混合液离心，检测子代噬菌体放射性。上清液 主要是噬菌体，沉淀物主要是大肠杆菌。
（4）基因组、功能基因组与生物信息学研究
基因组计划是一项国际性的研究计划，其目标是确定生物物种基因组所 携带的全部遗传信息，并确定、阐明和记录组成生物物种基因组的全部 DNA序列。
功能基因组学相对于测定DNA核苷酸序列的结构基因组学，其研究内容 是在利用结构基因组学丰富信息资源的基础上，应用大量的实验分析方 法并结合统计学和计算机分析方法来研究基因的表达、调控与功能，以 及基因间、基因与蛋白质之间和蛋白质与底物、蛋白质与蛋白质之间的 相互作用和生物的生长发育等规律。功能基因组学的研究目标是对所有 基因如何行使其职能从而控制各种生命现象的问题作出回答。
严格地说，重组DNA技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他
可能使生物细胞基因组结构得到改造的体系。
第7章 基因表达调控-原核
7原核生物基因表达调控7.1基因表达的调控7.2转录水平的调控7.3翻译水平的调控7.1基因表达的调控基因表达包括：①基因经转录、翻译产生有生物活性的蛋白质的过程。
②rRNA 或tRNA 的基因经转录和加工产生成熟的rRNA 或tRNA 的过程。
生物的遗传信息是以基因的形式储藏在细胞内的DNA （或RNA ）分子中的。
随着个体的发育，DNA 有序地将遗传信息，通过转录和翻译的过程转变成蛋白质，执行各种生理生化功能，完成生命的全过程。
从DNA 到蛋白质或RNA 的过程，叫做基因表达(gene expression)，对这个过程的调节就称为基因表达调控(gene regulation 或gene control)。
原核生物基因表达调控的层次DNA水平的调控：通过DNA重排等机制来调节基因表达。
转录水平的调控：调控DNA模板上转录特异mRNA的速度，这是生物在进化过程中选择的最经济的调控方式。
翻译水平的调控：mRNA合成后，通过控制多肽链的形成速度调控。
原核中，操纵子是调控表达的基本单位，调控主要在转录水平。
7.1.1基因表达适应环境的变化生物只有适应环境才能生存，当环境条件变化时，生物体就要改变自身基因表达状况，以调整体内执行相应功能蛋白质的种类和数量，从而改变自身的代谢、活动等以适应环境。
细胞中有些蛋白质的数量几乎不受环境变化影响，称为组成性蛋白，如糖酵解中的酶。
随环境变化而变化的蛋白为适应性蛋白，这是由基因表达调控的。
①组成性表达(constitutive expression) 指不随环境变化而变化的基因表达。
组成性表达的产物为组成性蛋白，是细胞或生物体整个生命过程中必不可少的，这类基因可称为看家基因(housekeeping gene)。
基因表达几乎不受环境影响的原因可能是由于操纵子或调节基因突变造成的：即形成的有活性的阻遏蛋白不能与操纵子结合，或不能形成有活性的阻遏蛋白。
这类基因中大多数是在生物个体其它组织细胞、甚至在同一物种的细胞中都是持续表达的，是细胞基本的基因表达，这是生物在进化过程中形成的遗传特性。
第7章原核生物基因表达的调控
Z编码β-半乳糖苷酶：将乳糖水解成葡萄糖和半乳糖。
Y编码β-半乳糖苷透过酶：使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透过大肠杆
菌细胞壁和原生质膜进入细胞内。
A编码β-半乳糖苷乙酰基转移酶：乙酰辅酶A上的乙酰基转到β-半乳糖苷
上，形成乙酰半乳糖。
gene
正调控
调控蛋白
负调控
结构基因表达
▪ 负调控：抑制基因表达的调控方式 ▪ 正调控：促进基因表达的调控方式
B、特殊代谢物的调控
诱导(induction)
阻遏(repression)
inducer
gene
repressor
gene
特殊代谢物
诱导 阻遏
结构基因表达
诱导物、可诱导基因 阻遏物、可阻遏基因
无葡萄糖、 有乳糖-----cAMP水平高 （2）cAMP与CRP结合形成有活性的
CRP- cAMP 复合物 （3）CRP-cAMP 与Plac结合 （4）增强了RNA聚合酶与启动子的结合
（5）lacZ， lacY 、 lacA高表达
105
40
105
41
乳糖、G存在与否及与操纵子正、负控因素、 基因开放与关闭情况如下：
CRP
Binding
RNA
Promoter
Operator
CRP
Pol. Repressor
cAMP
LacZ
LacY
LacA
Repressor mRNA
STOP
Right there
CRP
Polymerase
cAMP
Repressor
cAMP
CRP
第七章++基因治疗
肽链合成减少，引
起患者溶血性贫血
。
β 地贫的基因治疗
基因转移的治疗 向患者的造血干细胞导入正常的β珠蛋白基因 反义核酸修复 通过反义核酸与目标mRNA特异性杂交，导致异常表达 的mRNA降解，或修饰mRNA的剪接或阻碍的翻译。
3. 囊性纤维化（CF）
cftr基因突变引起 正常的CFTR引导氯离子穿过细胞 膜 患者肺细胞分泌过量的黏液，呼 吸困难
溶液类型对基因表 达有影响：
重组DNA可贮存 于5%~30%的蔗 糖溶液中 也可用生理盐 水或PBS
裸露DNA的转移方法
直接注射法
电穿孔法
微粒子轰击法
2. 脂质体法
人造单层膜，是一 种脂质双层包围水 溶液的脂质微球.
结构和性质与细胞 膜极为相似，二者 易于融合，DNA由于 细胞的内吞作用进 入细胞。
IVa2和VA均为病毒RNA聚合酶的亚基编码基因。
腺病毒载体的构建
第一代腺病毒载体缺少E1a和 E1b基因，取代的是治疗基因。 包装细胞基因组含有E1基因；但第一代腺病毒载体产生炎症， 而且基因表达快速衰退；
第二代腺病毒载体在删除E1的基础上，或者突变E2区或直接 除掉E2或E4区，基因型为E1－\E2－或E1－\E4－。由于保留有 E3区，可抑制宿主的免疫反应。 第三代腺病毒载体正在开发，目的是尽可能多删除全部的反 式序列基因，以降低病毒基因的表达，但腺病毒载体的生产 及治疗基因在细胞内的稳定性可能有影响。
复制缺陷型病毒
可感染分裂和非分裂细胞 病毒颗粒稳定，易于浓缩和纯化 可导入多种靶细胞，并持续表达 无致癌性
Gelsinger Case
微生物学：第七章微生物的遗传和变异
第二节、微生物的突变
基因突变
染色体畸变
DNA损伤的修复
概念
突变：指遗传物质发生数量或结构变化的现象。 变异：突变导致性状的改变叫变异。 基因突变：指一个基因内部遗传物质结构或 DNA序列的任何变化，包括一对或少数几对的 缺失、插入或置换，导致遗传性状的变化。 基因型：指贮藏在遗传物质中的信息，即DNA 碱基序列。 表型：指可观察或检测到的个体性状或特征，是 特定的基因型在一定环境条件下的表现。
实验室里通过提取获得 双链ＤＮＡ有转化能力，单链没有.
感受态
受体细胞能接受转化的生理状态称为感受态， 只有处于感受态的细菌才能接受转化因子， 从出现到消失约为４０分钟(对数期的中期)
感觉态出现原因
细菌失去部分细胞壁的结果 细菌在细胞表面产生某种Ｅ引起
感受态的决定决定因素
细胞遗传性决定 和菌龄有关 环腺苷酸CAMP可提高1000 倍 Ca2+能促使细胞进入感受态
原理 步骤
DNA只含P不含S
Pr 只含S不含P
1：用含同位素Ｓ35, P32的培养基培养大肠杆菌 2：让T2感染上述大肠杆菌使其打是S35P32标记
3： 吸附
10分钟后 搅动
离心
上清液 沉淀
结果：上清液中含15%放射击性；沉淀中含85%放射性
植物病毒的重建实验
植物病毒蛋白质和RNA可以人为地分开, 同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒.
喷入T1保温
6个平板共353个菌落
6个平板共28个菌落
影印培养试验
原始敏 感菌种
无药 培养基
含药 培养基
基因突变机制
碱基的置换 移码突变
染色体畸变
1 诱变的机制
(1)碱基的置换
微生物第七章总结
二，遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式
（一）7个水平
1.细胞水平：真核和原核微生物的大部分DNA都集中在细胞核或核区中。
1.光复活作用：把经UV照射后的微生物立即暴露于可见光下时，就可以出现明显降低其死亡率的现象，即光复活作用。经了解，经UV照射后带有嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一种光激活酶——光解酶结合，这种复合物在300-500nm可见光下时，此酶会因获得光能而激活，并使二聚体重新分解成单体。
2.切除修复：是活细胞内一种用于被UV等诱变剂损伤后DNA的修复方式之一，又称暗修复。，这是一种不依赖可见光，只通过酶切作用去除嘧啶二聚体，随后重新合成一段正常DNA链的核酸修复方式。
1.Luria等的变量试验2.Newcombe的涂布试验3.Lederberg等的影印平板培养法。实验过程详见书P204-206
（五）基因突变及其机制：基因突变的机制是多样的，可以是自发的或诱发的，诱发的又可分仅影响一对碱基对的点突变和影响一段染色体的畸变。
1. 诱发突变：简称诱变，是指通过人为的方法，利用物理，化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂。
1.诱变育种的基本环节：见书P214
2.诱变育种中的几个原则：
（1）选择简单有效的诱变剂 艾姆氏实验：是一种利用细菌营养缺陷型的回复突变来检测环境或食品中是否存在化学致癌剂的方法。
（2）挑选优良的出发菌株 出发菌株：就是用于育种的原始菌株。
第7章基因治疗精品PPT课件
1、内源基因的变异 2、外来生物的入侵
基因致病
基因结构的异常 基因表达的异常
2
基因诊断常用技术
• 核酸分子杂交： • PCR： • 生物芯片： DNA芯片或基因芯片 • 基因测序：
3
血友病A基因诊断
• 病因：factor VIII 基因缺陷 （碱基取代、缺失或插入等）， 使凝血因子VIII 无活性或不 稳定，导致凝血障碍。
10
基因治疗的两种途径
ex vivo
靶细胞
载体 目的基因
in vivo
11
基因治疗的总体策略
1、基因矫正（修正）（gene correction）：未实现 2、基因置换 （gene replacement）： 3、基因修饰（增补）（gene augmentation）： 4 、基因激活（gene activation）： 5 、基因失活（干预）（gene interference ）：反
细胞生长分裂
10天 Gene表达
IL-2刺激C分裂
回输患儿体内
1~2月治疗一次, 10个月 患儿体内ADA水平达正常人的25%
22
基因治疗基本过程 例2
• 逆转录病毒载体 +FⅨcDNA
重组体
5` LTR FⅨ neo SV PSO LTR 3`
①导入仓鼠细胞（CHO ）→FⅨ表达；
②导入乙型血友病患者皮肤成纤维细胞（体外培养） →FⅨ表达；
18
7.2 基因治疗的载体
7.2.1 逆转录病毒载体 7.2.2 腺病毒载体 7.2.4 单纯疱疹病毒
19
7.2.1 逆转录病毒载体
• 正链RNA病毒
• 5’ gag- pol-
env 3’
分子生物学第七章原核生物基因表达调控
（三）、阻遏物 lac I 基因产物及功能
Lac 操纵子阻遏物 mRNA 是由弱启动子控制下组 成型合成的，该阻遏蛋白具有4个相同的亚基，每个亚 基均含347个氨基酸残基。
lacI 基因为组成型，通过启动子的上升突变体可获 得较多的阻遏蛋白；
阻遏物 2022/10/18
β-半乳糖苷酶 透过酶 转乙酰3酶2
2022/10/18
16
调节机理：
细胞中某一氨基酸或嘧啶的浓度发生改变
氨酰 – tRNA的浓度变化
核糖体在转录产物RNA上的结合位置不 同，使得RNA形成特定的二级结构 由RNA的二级结构判断基因能否继续转录
2022/10/18
17
3、降解物对基因活性的调节P252
葡萄糖效应或降解物抑制作用：细菌培养基中在 葡萄糖存在的情况下，即使加入乳糖、半乳糖等 诱导物，与其对应的操纵子也不会启动，这种现 象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。
这是通过阻止乳糖操纵子表达来完成的，这种 效应称为降解物抑制（catabolite repression）。
2022/10/18
35
（五）、cAMP与代谢物激活蛋白
葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸
甘油 某些代谢产物抑制活性
腺苷酸环化酶
ATP
cAMP
编码
cAMP-CAP
Crp基因
代谢物激活蛋白 CAP
葡萄糖对其它糖的代谢抑制，是通过对 cAMP的抑制完成的。
2022/10/18
22
一、酶的诱导 ——
lac 体系受调控的证据
两种含硫的乳糖类似物：
异丙基巯基半乳糖苷
（IPTG）
巯甲基半乳糖苷（TMG）
E. coli 在不含乳糖的培养基生 长时，β-半乳糖苷酶含量极低；
【教学】第七章 真核生物基因的表达调控
一、基因丢失（Gene loss）
在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因 而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆 虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢 失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖 细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。 例如：在蛔虫胚胎发育过程中，有27％DNA丢失。在高
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2、组蛋白和核小体对基因转录的影响
组蛋白扮演了非特异性阻遏蛋白的作用。组蛋 白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组 蛋白基因又能够恢复转录;
核小体结构影响基因转录，转录活跃的区域也 常缺乏核小体的结构。
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第三节 转录水平的基因表达调控
（ Transcriptional Regulation ）
翻译水平的调控 Translational Regulation
蛋白质加工水平的调控 Protein maturation and Processing
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第二节 DNA水平的基因表达调控
（Gene Regulation at DNA level）
❖基因丢失 ❖基因扩增 ❖基因重排 ❖DNA甲基化状态与调控 ❖染色体结构与调控
⑥ 许多增强子还受外部信号的调控， 如：金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强 子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。
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增强子的作用原理是什么呢？
增强子可能有如下3种作用 机制：
① 影响模板附近的DNA双螺 旋结构，导致DNA双螺旋弯 折或在反式因子的参与下， 以蛋白质之间的相互作用为 媒介形成增强子与启动子之 间“成环”连接，活化基因 转
1、根据基因表达调控的性质可分为两大类：
第一类是瞬时调控或称为可逆调控，它相当于原 核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控 包括某种底物或激素水平升降，及细胞周期不同 阶段中酶活性和浓度的调节。
分子生物学-13-4-第七章原核基因表达调控-Arb
因此只有在没有葡萄糖的时候，同时又有半乳糖的时候，启动子1才是开放的为什么gal 操纵子需要两个转录起始位点？（涉及半乳糖在细胞代谢中的双重功能）半乳糖两个作用： 可以作为唯一碳源供细胞生长; 与之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal ）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。
而启动子也有两个： galP1起始的转录——无内源葡萄糖、有外源半乳糖时进行，以保证碳源的供应。
galP2起始的转录——有内源葡萄糖、无外源半乳糖时进行，以保证细胞壁的合成需要。
生理功能（可以理解为生物学意义？）无论从必要性和经济性考虑，都要有一个不依赖于cAMP-CAP 的启动子(s2) 进行本底水平的组成型合成，以及一个依赖于cAMP-CAP 的启动子(s1),进行高水平的调节，这样既可以满足细胞最基本的需要（细胞壁），又可以满足在没有葡萄糖而有半乳糖时，细胞能够利用半乳糖进行生长。
进一步解释:gal P2是不依赖于cAMP-CRP 的，相反： cAMP-CRP 对gal P2还起到一种抑制作用，这是因为其与结合位点的结合，会影响到RNA 聚合酶对gal P2的利用。
因此教材上（page257）认为：只有S2活性完全被抑制时，（S1）的调控作用才是有效的。
7.4.2 阿拉伯糖操纵子（arabinose operon)araB 基因、araA 基因和araD, 形成一个基因簇，简写为araBAD三个基因的表达受到ara 操纵子中araC 基因产物AraC 蛋白的调控。
C 蛋白有三个结合位点O2、O1和 I 。
I BADCRPO2O1C结构基因调节基因P BADaraC 基因是araBAD 的调节基因L核酮糖激酶L阿拉伯糖异构酶L核酮糖-5-磷酸-4-差相异构酶结合到ara I 的时候，由于araBAD的启动子本身与ara I有部分重叠，另外还可以引起上游序列回折弯曲，使得AraC同时与O2结合，从而使CRP 聚合酶也不能结合到启动子上，araBAD基因不转录。
第七章_微生物的遗传变异和育种
第七章_微⽣物的遗传变异和育种本科⽣物技术、⽣物科学专业《微⽣物学》分章节试题库（命题⼈：曾松荣）第2章真核微⽣物的形态、构造和功能（10分）第7章微⽣物的遗传变异和育种（15分）第7章微⽣物的遗传变异和育种⼀、选择题1、将细菌作为实验材料⽤于遗传学⽅⾯研究的优点是。
A.⽣长速度快B.易得菌体C.细菌中有多种代谢类型D.所有以上特点2、细菌直接摄取外界游离的DNA⽚段发⽣变异称为。
A 转导B 转化C 接合D 转换3、诱变育种是指利⽤各种诱变剂处理微⽣物细胞，提⾼基因的随机，通过⼀定的筛选⽅法获得所需要的⾼产优质菌株。
A 重组频率B 融合频率C 突变频率D 调控频率4、抗药性质粒（R因⼦）在医学上很重要是因为它们。
A.可引起某些细菌性疾病B.携带对某些抗⽣素的特定抗性基因C.将⾮致病细菌转变为致病菌D.可以将真核细胞转变为癌细胞5、F+ F-杂交时，以下哪个表述是错误的？A.F-细胞转变为F+细胞B.F+细胞转变为F-细胞C.染⾊体基因不转移D.细胞与细胞间的接触是必须的6、以下突变中哪个很少有可能产⽣回复突复？A.点突变B.颠换C.转换D.染⾊体上三个碱基的缺失7、准性⽣殖。
A.通过减数分裂导致基因重组B.有可独⽴⽣活的异核体阶段C.可导致⾼频率的基因重组D.常见于⼦囊菌和担⼦菌中8、游离于各种微⽣物细胞质中的⼩DNA分⼦称作下列哪种结构？A、质体B、质粒C、类菌质体D、间体9、携带不同基因的F因⼦称为。
A、F-菌株B、F′菌株C、F+菌株D、Hfr菌株10、以噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA⽚段带到受体细胞中，使后者获得前者的部分遗传性状的现象叫。
A、转化B、转导C、转换D、接合11、证明核酸是遗传变异物质基础的三个经典实验是。
A．转化、变量和涂布实验 B.转导、变量和影印培养实验C．彷徨、涂布和影印培养实验 D.噬菌体感染实验、病毒拆开重建实验以及转化实验12、在选育抗青霉素的菌株时，在培养基中必须加⼊青霉素，其作⽤是。
什么是基因水平转移？有哪些常见现象可以用该理论解释？
什么是基因水平转移？有哪些常见现象可以用该理论解释？问题的提出遗传学一般关心更为普遍的垂直传递，即亲代传递到子代，但知识表明，基因水平转移是一个重要的现象。
从水平基因转移来看，细菌抗药性的产生不仅仅是基因突变，和基因水平转移有关。
问题：什么是基因水平转移？有哪些常见现象可以用该理论解释？试题：科学研究显示人类在远古时代即可从周围环境获得必需的基因（即基因水平转移），而且该研究首次证明基因水平转移会在多种生物的机体间发生。
下列说法错误的是（）A.基因水平转移可以为生物进化提供原材料B.基因工程可看作是一种人为的基因水平转移C.基因水平转移的实质是基因重组D.转移至染色体和转移至线粒体D N A的外源基因在稳定性方面无明显差异解析：基因水平转移属于基因重组，可以为生物进化提供原材料，A正确；基因工程可按照人们的意愿定向改造生物的遗传物质，可看作是一种人为的基因水平转移，B正确；基因水平转移的实质是基因重组，C正确；叶绿体和线粒体内部的D N A不属于染色体组，属于细胞质D N A，因此转移至染色体和转移至线粒体D N A的外源基因在稳定性方面存在差异，D错误。
故答案为D。
水平基因转移（H G T），又称侧向基因转移（L G T），是指在差异生物个体之间，或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流。
从原理的角度来看，属于基因重组。
差异生物个体可以是同种但含有不同的遗传信息的生物个体，也可以是远缘的，甚至没有亲缘关系的生物个体。
单个细胞内部细胞器主要指的是叶绿体、线粒体及细胞核。
水平基因的转移，主要发生在微生物中，常常是由质粒介导，教材中R菌转变成S菌就是一种水平基因转移，它是仅次于基因垂直传递重要的基因交流。
水平基因转移是相对于垂直基因转移（亲代传递给子代）而提出的，它打破了亲缘关系的界限，使基因流动的可能变得更为复杂。
人工转基因工程就是一种水平基因转移。
例如，绿叶海天牛或绿叶海蜗牛，一种海生生物。
分子生物学07
(2) DNA顺序重复
轻度、中度、高度重复序列三种：
轻度重复序列：单拷贝基因；一个基因组中有一个或几个拷贝 的序列；例如结构基因基本上属于不重复序列，如蛋清蛋白、 蚕的丝心蛋白等。
中度重复序列：l0个至几百个拷贝的序列;各种rRNA、tRNA及 某些结构蛋白基因（如组蛋白基因）。
高度重复序列：从几百到几百万个，通常说的卫星DNA就属于 高度重复序列。
顺式作用元件：是指那些与结构基因表达调控
相关、能够被基因调控蛋白特异性识别和结合 的特异DNA序列。包括启动子、上游启动子元 件、增强子、加尾信号和一些反应元件等。
反式作用因子：是指真核细胞内含有的大量可 以通过直接或间接结合顺式作用元件而调节基 因转录活性的蛋白质因子。
增强子：位于真核基因中远离转录起始点，能 明显增强启动子转录效率的特殊DNA序列。它 可位于被增强的转录基因的上游或下游，也可 相距靶基因较远。
从不连续基因到成熟mRNA之间存在着一个基因转录的中间体,叫做初级 转录物，叫做不均一核RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA), 这个 基因的初级转录物既含有外显子又含有内合子序列，
从不均一核RNA到成熟mRNA要经过一转录后的加工拼接过程。
真核生物基因的不连续性和转录后加工是真核基因有别于原核基因的又 一重要特征。
5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是随机分布的，基因的5' 端和3' 端往往富含甲 基化位点，而启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受抑制的程度密 切相关。对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性。 当这一类启动子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可以恢复其 转录活性。若进一步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转录活性。 因为甲基化对转录的抑制强度与MeCPl（methyl CpG-binding protein l）结 合DNA的能力成正相关，甲基化CpG的密度和启动子强度之间的平衡决定 了该启动子是否具有转录活性。
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第一节：细菌的可移动遗传元件
细菌的可移动遗传元件
分为核心基因库和易变基因库
核心基因库：位于染色体DNA上，大部分编码负责细胞基
本功能的蛋白质 易变基因库 DNA具有移动元件的特征 细菌的可移动遗传元件：噬菌体、质粒、转座因子、整合
子、基因岛
第一节：细菌的可移动遗传元件
质粒
其基因转移对于细菌的生长繁 殖及进化过程有重要的作用
第一节：细菌的可移动遗传元件
转座因子(transport element, TE)
DNA分子具有转座因子，帮 助DNA分子在位点之间转移 不具有自我复制功能，但是 它们具有可复制插入后的宿 主DNA 插入寄主DNA后，导致基因失活 插入时在靶DNA位点产生一个短的同向重复顺序
细菌中能自我复制的染色体 外DNA遗传元件
质粒为最常用水平基因转移 工具 分为接合型质粒和非接合型 质粒
质粒与染色体DNA
质粒
第一节：细菌的可移动遗传元件
噬菌体的基因转移元件
噬菌体是感染细菌、真菌、放 线菌或螺旋体等细菌病毒总称， 具有病毒特有的一些特性：个 体微小；不具完整细胞结构； 只含单一核酸
或低表达，都会造成质粒的复制障碍
毒性基因
• 无论亲缘关系的远近，某些外源基因会在宿主细胞内产生毒素。
这些基因的高剂量及过量表达都会导致基因转移失败
第五节：水平基因转移环境修复意义
环境污染修复菌株相关的代谢移动原件（18种）
第五节：水平基因转移环境修复意义
细菌适应污染环境与进化过程（例1：硝基甲苯降解）
基因组岛（例：细菌水平基因转移与进化的工具）
细菌通过变异、重组和水平基因转移进行进化 除了核心基因编码必要的代谢功能，基因组同时拥有大量附属基因。这 些基因可通过水平基因转移获得，细菌受益于这些基因 水平基因转移由基因岛（genomic islands, GEIs）协助实现 GEIs分泌DNA片段，可移动或不可移动，取决于相关的菌体
转化(transformation)
某一基因型的细胞从周围介质 中吸收来自另一个基因型细胞 的游离DNA而使它的基因型和 表型发生相应变化 发生在细菌生长的特定阶段， 感受态因子蛋白释放于介质中 促进DNA进入细胞内 转化方式广泛用于实验室中基 因转移的实验中，通过人工诱 导形成的感受态细菌，具有吸 收外源DNA的能力
优势
易于识别，不是细菌基因组正常 组分
可经诱导产生，易于制备
第一节：细菌的可移动遗传元件
整合子(integron)
运动性DNA分子，可捕获和整 合外源性基因，使之转变为功能 性基因的表达单位
基因盒(gene cassette)
能够被整合到整合子上或是整合 子上切除的移动元件 整合子会转移抗性基因，如图addB基因属于aad基因家族(编码氨基酸甘 转移酶，作用于不同的氨基糖苷类抗生素，使其钝化，介导耐药性) aadB主要介导庆大霉素等 基因盒-整合子系统是细菌基因组中的基因克隆和表达单位，能携带位 点特异性重组系统组分，形成多种耐药基因的组合、排列 使受体菌获得新的生物学性状，以及微生物新种的形成
大量GEIs能够整合进入宿主并通过转化、转移和转导进入新宿主
GEIs决定了细菌的大部分进化，因为它们参与散播基因，包括抗性基因、 病毒基因以及形成新代谢路径的代谢基因
取决于基因模块的组成，同一种GEIs可促进不同类型微生物的进化，例
如致病菌和环境微生物
第一节：细菌的可移动遗传元件
基因组岛（例：细菌水平基因转移与进化的工具）
那么外源DNA在宿主细胞内被限制修饰系统酶切降解。
表面排斥
具有同种的或亲缘相近的两种质粒不能同时稳定地保持在一个细胞内。
阻碍了外源基因通过接合或转化存在于新的宿主细胞内
启动子识别障碍
宿主细胞的RNA聚合酶不能有效地识别外源基因的转录信号
第四节：水平基因转移的障碍
复制障碍
• 质粒的复制需要多种蛋白质因子参与，其中一种蛋白质因子不表达
差异生物个体之间，或单个细胞内部细胞器之间所进行的 遗传物质的交流 水平基因转移不仅发生在细菌之间，而且也发生在细菌与 高等动物之间，甚至高等动物之间
意义
水平基因转移打破了亲缘关系的界限，使基因流动的可
ห้องสมุดไป่ตู้
能变得更为复杂
微生物水平转移增加了微生物的多样性；提高了微生物 适应新环境能力
第二节：水平基因转移的方式及机制
水平基因转移的特点
普遍性，水平基因转移广泛存在于各种生物中
连续性，原核生物基因组间的水平基因转移每时每刻都在进行
非复杂性，看家基因并不广泛参与基因转移
特异性，可在不同种属间相互转移
受环境影响，如受体菌是否处于感受态状态；外源选择压力
转移概率，受外源DNA的影响，如外源DNA转移入受体细菌概率
研究发现，硝基甲苯,这种物质只有在几株菌的协同作用下才能彻
底降解,每株菌只负责其中的一步或几步反应。 实验室培养过程分离到能编码全套降解基因从而能独自完全矿 化硝基甲苯的单一菌株。
硝基甲苯降解途径
单一菌株
Biodegradation, 2003 , 14 (1) :19 ～29
第五节：水平基因转移环境修复意义
第二节：水平基因转移的方式及机制
转座(transposition)
转座是指转座因子的基 因转移方式
分类
保守型转座属于非复制型转 座，在转座过程中复制型转 座过程中类似的交叉结构的 出现，但不形成共整合体 复制型转座，在转座过程中， 供体分子上的转座子首先被
转座酶在两端交错切开，最
终供体和受体形成共整合体
第一节：细菌的可移动遗传元件
基因组岛(genomic island，GI)
染色体上可移动遗传元件，通过水平基因转移而获得的外源DNA片段
位于细菌染色体；大小不一(10-200kb)；两端具有重复序列；携带插入序 列元件(IS)及整合酶基因(int1)等其他可移动遗传元件
第一节：细菌的可移动遗传元件
图：不同类型的GEIs
灰色阴影部分为自转移GEIs
FEMS MicrobiolRev 33 (2009) 376–393
第二节：水平基因转移的方式及机制
三要素
需要一种方式使得供体DNA被传递至受体细胞中 获得的DNA序列能够整合入受体基因组中， 或形成能自我复制的染色体外元件 获得的基因能够表达其功能
第一节：细菌的可移动遗传元件
基因组岛（例：细菌水平基因转移与进化的工具）
GEI的整合、发展和排除过程 可移动GEI的生存方式示意图如下： （1）被水平基因转移获得 （2）被特殊位点重组后与宿主染 色体结合 （3）通过基因重组所致的GEI的 发展：基因缺失(a)，或基 因获得(b) （4）从染色体中排除 （5）转入其他受体
污染物生物修复作用（例2：苯酚降解基因的转移）
向污染的油井中连续 6年投加含有苯酚降 解基因pheBA菌株
分离投加菌株后的污染 油井中Pseudomonas sp
原本不具有降解苯酚能 力的Pseudomonas sp菌 株，含有pheBA基因簇 利用HindIII酶切后的杂交结果(A), ORF1 (B), the junction of ORF1 (C), pheB (D), pheB (E), pheA (F), ORF2 Appl Environ Microbiol , 1997 , 63 (12) :4899～4906.
第七章
微生物基因水平转移
课时：4 学时
授课方式：讲授＋讨论
开课时间：2014年秋季学期
主要内容
细菌可移动遗传元件 水平基因转移方式及机制 水平基因转移生物进化意义 水平基因转移障碍 水平基因转移环境修复领域意义
第一节：细菌的可移动遗传元件
水平基因转移 (horizontal gene transfer)
第一节：细菌的可移动遗传元件
复杂转座子(complex transposon)
两端是短(30-40bp)的末端反 向复杂序列(IR)或同向重复序 列(DR)，中央是转座酶基因 和抗药性基因
接合型转座子 (conjugative transposon)
通过接合作用转移的转座子，末端没 有重复序列，但含有整合酶基因、切 离酶基因、接合型转移基因及抗生素 基因
最简单的转座因子，可独立存 在，也可以作为其它转座因子 的一部分存在于某些细菌
特点
在IS两端含有长度为10-40bp的反向重复序列，反向重复序列在IS
的切割和DNA链转移中起作用
大多数IS含有一个编码转座酶的长编码区。转座酶负责识别切割 转座子的两端及靶位点的切口
IS插入时，在靶位点产生短的同向重复序列，分布在IS的两侧
类型
DNA转座子(DNA transponson)，存在于原核生物和真核生物。转座 过程从DNA→DNA RNA转座子(RNA transponson)，存在于真核生物。转座过程是以 RNA为中间体，从DNA → RNA → cDNA → DNA
第一节：细菌的可移动遗传元件
插入序列 (Insertion sequence, IS)
方式
接合、转化、转导、转座、溶源性转换、细胞融合等
第二节：水平基因转移的方式及机制
接合(conjugation)
DNA通过胞间 直接物理连接 从供体菌转移 到受体菌，可 以介导属于不 同生物域的不 同物种之间遗 传物质的水平 转移 通过细菌的质粒 与接合型转座子 来实现接合
第二节：水平基因转移的方式及机制
GEI总体特性图 GEIs是一段大的DNA片 段，核酸特性不同于其 他染色体。GEI通常插 入于tRNA基因，靠近 DR酶 GEIs有与基因迁移相关 的编码子，例如整合酶, 转座酶和插入序列。根 据基因含量，GEIs被称 为致病性岛、共生岛、 代谢岛、抗性岛、适应 岛等