大肠杆菌染色体基因组的结构和功能
大肠杆菌表达系统详细表格
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T7表达系统
大肠杆菌T7噬箘体具有一套专一性非常强的转录 体系，利用这一体系中的元件为基础构建的表达系统 称为T7表达系统。T7噬箘体基因1编码的T7 RNA聚合 酶选择性的激活T7噬箘体启动子的转录。它是一种高 活性的RNA聚合酶，合成mRNA的速度比大肠杆菌RNA聚 合酶快5倍，并可以转录某些不能被大肠杆菌RNA聚合 酶有效转录的序列。在细胞中存在T7 RNA聚合酶和T7 噬箘体启动子的情况下，大肠杆菌宿主本身基因的转 录竞争不过T7噬箘体转录体系。最终受T7噬箘体启动 子控制的基因的转录能达到很高的水平。
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启动子
核糖体结合位点 复制起点
转录终止子
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常用的大肠杆菌表达载体
1. Lac启动子的表达载体 2. Trp启动子的表达载体 3. PL启动子的表达载体
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Lac启动子的表达载体
lac启动子：控制编码β-乳糖苷酶的lacZ基因 转录的序列，可以被IPTG所诱导，所以加入诱导物 后，可以诱导启动子下游的外源基因的表达。
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2>. 转录终止子
启动子封堵作用：由一个上游启动子驱动的转录 作用，当其通读过下游启动子时，便会使该启动子的 功能受到抑制，将这种由一个启动子的功能活性抑制 另一个启动子转录的现象，叫做启动子封堵作用。
转录终止子还能增强mRNA分子的稳定性，从而提 高蛋白质产物的水平。
分生-第二章Di
Chapter 2 Structure & Function of Genome (16hr)
Section 1. Structure & Function of Genome
Genome of Virus Genome of Bacteria Mitochondria DNA Eukaryotic Genome Section 2 . Structure & Function of Nucleic Acids
更为有趣的是，有些真核病毒的内含子或其中的一部
分，对某一个基因来说是内含子，而对另一个基因却是 外显子。
(二)牛乳头瘤病毒基因组结构和功能 • papillomavirus感染人,动物皮肤、粘膜并引起乳头状 瘤病变的一种DNA病毒。
• 根据病毒感染的宿主不同可以分为：
牛乳头瘤病毒（BPV），人乳头瘤病毒（HPV）等。
• HBV已确定的基因有4个：
病毒核壳（C），包膜蛋白（S），聚合酶，蛋 白质X。 • 所有这些基因都在负链DNA（长链）上，其中S基 因完全重叠于聚合酶基因中，X基因与聚合酶基 因、C基因重叠，C基因与聚合酶也有重叠。
与HBV基因表达有关的信号序列有4种：
[1] [2] [3] [4] 启动子 增强子 polyA附加信号 糖皮质激素敏感因子（GRE）。
2. only one , or DNA, or RNA. but DNA or RNA may
细菌菌株基因型及基因符号说明
大肠杆菌基因型及遗传符号说明前言：实验室的一般大肠杆菌拥有4288条基因，每条基因的长度约为950bp，基因间的平均间隔为118bp（基因Ⅷ）。
E.coli基因组中还包含有许多插入序列，如λ-噬菌体片段和一些其他特殊组份的片段，这些插入的片段都是由基因的水平转移和基因重组而形成的，由此表明了基因组具有它的可塑造性。
利用大肠杆菌基因组的这种特性对其进行改造，使其中的某些基因发生突变或缺失，从而给大肠杆菌带来可以观察到的变化，这种能观察到的特征叫做大肠杆菌的表现型(Phenotype)，把引起这种变化的基因构成叫做大肠杆菌的基因型（Genotype）。
具有不同基因型的菌株表现出不同的特性。
分子克隆中常用的大肠杆菌及其遗传标记按Demerec等1966年提出的命名原则，采用的菌株所有的基因都假定处于野生型状态，除非在基因型上另外注明。
大肠杆菌基因型的表示方法（Demerec, et, al. 1966）：一、一般规则：1、根据基因产物或其作用产物的英文名称的第一个字母缩写成3个小写斜体字母来表示。
例如：DNA Adenine Methylase→dam。
2、不同的基因座，其中任何一个突变所产生的表型变化可能相同，其表示方法是在3个小写斜体字母后加上一个斜体大写字母来表示区别。
例如：Recombination→recA、recB、recC。
3、突变位点应通过在突变基因符号后加不同数字表示。
如supE44（sup基因座E的44位突变）。
如果不知道几个等位基因中哪一/几个发生了功能性突变，则用连字符“-”代替大写字母，如trp-31。
4、细菌的基因型中应该包含关于其携带的质粒或附加体的的信息。
这些符号包括菌株携带的质粒或附加体、质粒或附加体上的突变基因座和突变位点。
其基因符号应与基因座的表示符号明显区别，符号的第一个字母大写、不斜体并位于括号内；质粒或附加体上的突变基因座和突变位点的基因符号的表示方法与染色体上突变基因座、突变位点的符号相同。
真核生物染色体基因组的结构和功能
真核生物染色体基因组的结构和功能真核生物的基因组一般比较庞大，例如人的单倍体基因组由3×106bp硷基组成，但人细胞中所含基因总数大概会超过3万个。
这就说明在人细胞基因组中有许多DN A序列并不转录成mR NA用于指导蛋白质的合成。
研究发现这些非编码区往往都是一些大量的重复序列，这些重复序列或集中成簇，或分散在基因之间。
在基因内部也有许多能转录但不翻译的间隔序列（内含子）。
因此，在人细胞的整个基因组当中只有很少一部份（约占2-3％）的DNA序列用以编码蛋白质。
真核生物基因组有以下特点。
1.真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因的基因组是双份的（即双倍体,diploi d），即有两份同源的基因组。
2.真核细胞基因转录产物为单顺反子。
一个结构基因经过转录和翻译生成一个mRNA分子和一条多肽链。
3.存在重复序列，重复次数可达百万次以上。
4.基因组中不编码的区域多于编码区域。
5.大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的。
6.基因组远远大于原核生物的基因组，具有许多复制起点，而每个复制子的长度较小。
高度重复序列：高度重复序列在基因组中重复频率高，可达百万(106)以上。
在基因组中所占比例随种属而异，约占10-60％，在人基因组中约占20％。
高度重复顺序又按其结构特点分为三种（1）反向重复序列这种重复顺序约占人基因组的5％。
反向重复序列由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成。
变性后再复性时，同一条链内的互补的拷贝可以形成链内碱基配对，形成发夹式或“+”字形结构。
反向重复间可有一到几个核苷酸的间隔，也可以没有间隔。
没有间隔的又称回文结构，这种结构约占所有反向重复的三分之一。
大肠杆菌中的基因表达
PL 和 PR 表达系统
宿主菌中没有 cI 基因产物，PL、PR 启动子的高强度直接转录，带有PL
或 PR 启动子的表达载体在普通大肠杆菌中相当不稳定。
对宿主菌的要求
用溶源化 l 噬菌体的大肠杆菌作 PL、PR 启动子表达载体的宿主菌
N4830-1，POP2136 等菌株已经溶源化 cI 857(ts) l 噬菌体， 可用作表达外源基因时的宿主菌。 把 cI 857(ts) 基因组装在表达载体上 宿主菌选择范围更大
cAMP激活CAP，CAP–cAMP复合物与 lac 操纵子上专一位点结合
后，能促进 RNA 聚合酶与 –35、–10 序列的结合，进而促进 Plac
介导的转录。
基因工程中使用的 lac 启动子均为抗葡萄糖代谢阻遏的突变型，即 Plac UV5
cAMP
CAP lacI
RNRANA 聚聚合合酶酶
Plac
二、大肠肝菌中的基因表达
2. 影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素
（3）表达产物的稳定性： 组建融合蛋白； 利用信号肽； 特异性突变； 位点特异突变，改变二硫键位置； 宿主蛋白酶缺陷。
二、大肠肝菌中的基因表达
2. 影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素
（4）细胞的代谢负荷： 细胞大量生长时，抑制外源基因的表达； 宿主细胞的生长与重组质粒的复制分开；
二、大肠肝菌中的基因表达
2. 影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素
（1）外源基因的拷贝数：与载体在宿主中的拷贝数直接相关。 （2）外源基因的表达效率：启动子的强弱，SD序列和ATG的间距等。
A、启动子的强弱：目的基因插入表达载体启动子的下游，可增加
基因的表达。lac、trp、 tac、bla。
B、核糖体结合位点的有效性 C、SD与ATG的间距：影响非融合蛋白的合成水平 D、密码子组成：设计引物或合成基因时选择大肠杆菌“偏爱”的密码
大肠杆菌的突变类型
大肠杆菌的突变类型简介大肠杆菌（Escherichia coli）是一种常见的革兰氏阴性细菌，存在于人体和其他动物的肠道中。
它是一种重要的研究对象，因为它具有丰富的遗传变异性和易于培养的特点。
大肠杆菌的突变类型是指在其基因组中发生的变异事件，这些变异可以导致细菌在适应环境压力、抵抗药物或产生新功能方面发生改变。
突变类型大肠杆菌的突变类型可以分为以下几类：1. 点突变（Point Mutation）点突变是指基因组中单个核苷酸发生改变的突变事件。
这种突变可能包括碱基替换、插入或缺失等。
碱基替换是最常见的点突变类型，其中一个碱基被另一个碱基取代。
这种突变可能会导致密码子改变，从而影响蛋白质合成过程。
2. 编码区域突变（Coding Region Mutation）编码区域突变是指大肠杆菌基因组中编码蛋白质的区域发生的突变。
这种突变可能导致蛋白质结构或功能的改变。
一种常见的编码区域突变是错义突变，其中一个氨基酸被另一个氨基酸取代，从而影响蛋白质的功能。
3. 非编码区域突变（Non-Coding Region Mutation）非编码区域突变是指大肠杆菌基因组中不编码蛋白质的区域发生的突变。
这些区域包括启动子、转录因子结合位点和调控序列等。
非编码区域突变可能会影响基因的表达水平或调控模式。
4. 插入序列和缺失（Insertion and Deletion）插入序列和缺失是指大肠杆菌基因组中插入或删除DNA片段的事件。
这些片段可以是外源性DNA、转座子或重复序列等。
插入和缺失事件可能会导致基因组重排、框架移位或新功能产生。
5. 倍体化（Polyploidy）倍体化是指大肠杆菌细胞中染色体数量增加的现象。
这种现象通常由染色体复制错误引起，导致细胞中存在多个染色体副本。
倍体化可能会增加细菌的适应能力和生存能力。
突变的影响大肠杆菌的突变可以对其生物学特性产生重要影响，包括：1. 耐药性的产生大肠杆菌突变可能导致其对抗生素的耐药性增加。
分子生物学-基因与基因组
杂交的双方是待定位的核酸和已知核酸序列，已知核酸序列称探针。
(1) 克隆基因定位法
用已克隆基因的cDNA探针与保留在杂种细胞内的人染色体DNA序列进行分子杂交,来确定克隆基因所在的染色体位置的方法。
核酸分子杂交技术
克隆基因定位法
HindⅢ酶切人基因组DNA
人白蛋白cDNA探针
人细胞
人-CHO杂种细胞
（二）基因作图的方法:
1、遗传图谱:
#2022
2、物理图谱:
作图的基本方法:
以特异DNA序列为界标所展示的染色体图,它能反映生物基因组中基因或标记间的实际距离,图上界标之间的距离是以物理长度即核苷酸对数如bp、kb、Mb等来表示的。这些特定的DNA序列可以是多态的,如RFLPs,但主要是非多态的如STS、STR、EST和特定的基因序列等。 自上而下作图(top-down mapping) 自下而上作图(bottom-up mapping)
单倍体基因组和单拷贝基因 除了retro-v外，所有的病毒基因组都是单倍体，每个基因在某个病毒颗粒中只出现一次，即只有1套基因。
节段性基因 如flu-v由6-7个片段构成，各段在天然状态下不连接，而且可以转录成6-7个片段相应的 mRNA。单独的片段没有感染性，感染要一起感染才发挥作用。
基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔序列很小。功能相关蛋白质基因在基因组的1个或几个特定部位，丛集成簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的mRNA模板。如腺病毒晚期基因。 不规则的结构基因 几个结构基因的编码区无间隔，编码区是连续的,翻译后切割成几个蛋白质.例如脊髓灰质炎病毒基因组. 有的mRNA（=gene）没有5′帽子，但有翻译增强子。如脊髓灰质炎病毒RNA 5′端没有帽子结构,但5′端有741个碱基可形成特殊的空间结构,称翻译增强子,核糖体通过结合翻译增强子而开始翻译。
大肠杆菌基因组和代谢相关基因的研究
大肠杆菌基因组和代谢相关基因的研究大肠杆菌是一种广泛存在于自然界的细菌，也是人类肠道中最常见的菌类之一。
它拥有一个相对简单的基因组，而且基因组中含有大量的代谢相关基因，因此成为微生物代谢学和分子生物学研究的重要对象。
近年来，科学家们在大肠杆菌基因组和代谢相关基因的研究方面取得了大量的进展。
大肠杆菌基因组的特点大肠杆菌的基因组约有4.6百万个碱基对，主要由单一的圆形染色体组成。
与其他生物相比，大肠杆菌的基因组异常简单。
由于其基因组的规模相对较小，大肠杆菌的遗传表达水平较高。
同时，它也是一种广泛应用于基因工程的模式微生物。
大肠杆菌代谢相关基因的研究代谢是生物体维持生命活动的重要途径，而大肠杆菌中大约有2000个基因与代谢相关。
这些基因编码的酶负责合成能量、生长和耐受各种环境压力所需的物质。
此外，大肠杆菌也是一种重要的产生酶制剂的微生物。
大肠杆菌代谢相关基因的分类大肠杆菌的代谢相关基因主要分为以下几类：1.碳水化合物代谢相关基因碳水化合物代谢是生物体维持生命活动的重要途径，大肠杆菌的碳水化合物代谢主要分为糖酵解和异生作用两类。
其中糖酵解途径是其最重要的代谢途径之一。
大肠杆菌的糖酵解途径包含了环磷酸型途径、直线型途径和剪切型途径等多种不同的途径，其中直线型途径是最主要的途径之一。
2.氨基酸代谢相关基因大肠杆菌能够利用多种氨基酸作为碳源和能源来生长。
其代谢途径主要包括氨基酸降解途径和氨基酸合成途径两种。
在氨基酸降解途径中，大肠杆菌将氨基酸降解为酮酸、氨和一些其他代谢产物，如丙氨酸和谷氨酸等。
而在氨基酸合成途径中，则是将一些合成中间体和小分子化合物最终合成为氨基酸。
3.核酸代谢相关基因核酸是基因组和遗传信息的主要组成部分之一，也是细胞分裂和生长的必备物质。
大肠杆菌能够合成核苷酸，同时也有一些核酸降解途径。
大肠杆菌的核酸代谢相关基因主要分为核苷酸合成相关基因和核苷酸降解相关基因等。
4.脂质代谢相关基因脂质在生物体内发挥着多种重要的生物活动功能，包括结构支持、信号传导和代谢调节等。
大肠杆菌及其染色体
• 这些方法需要固定的细胞因 而样品破坏。 • 此外，抗体相互作用可导致 降低效率。
荧光蛋白
• 在活细胞中，利用含有绿色荧光蛋白（ GFP ）融 合蛋白，彻底让我们直观地观察和理解细胞组织 的功能。 • 利用不同的荧光蛋白质，就可以在同一时间追踪 多种成分的活体细胞。
荧光原位杂交（ FISH ）
总结与展望
• E.coli 是典型的真细菌代表，原核生物中， 迄今为止利用面最广，利用价值最大，如 工程菌。
• 通过E.coli染色体的研究对其他细菌的复制 研究具有参考和启示的作用。 • 在遗传和生物学进化上有价值。
2.DNA子链的延伸
• 主要包括两个不同但相互有联系的事件，即前导链和滞后 链的合成。由DNA helicase解开双螺旋，由拓朴异构酶消 除DNA链上的扭曲力，SSB结合使DNA单链稳定。 • 前导链的合成：由DnaG（primase，引物酶）在复制起始 位点附近合成一个RNA引物，然后由polII把dNTP加到该 引物上。
• • • • •
1.DNA复制的起始
• 大肠杆菌中的复制起始位点是oriC,全长245 bp。 • 该序列在所有细菌复制起始位点中都是保守的。
• 大约20个左右的DnaA蛋白首先与OriC中的4个9碱基重复 区相结合； • 识别并使3个13碱基串联重复区DNA形成开环结构； • DnaB蛋白在DnaC的帮助下与未解链序列结合。每六个 DnaB蛋白形成一组并与一条DNA母链结合，可在不同方 向同时起始DNA的复制。当细胞中存在足够的SSB和 DNA解旋酶时，DnaB的解链效率非常高。
人类染色体的原位杂交
阻遏子-启动子的荧光系统 ( FROS)
• FROS是第一个在活细胞中直观具体地观察染色体行为的方 法。利用了不同的荧光蛋白基因变异型（GFP、YFP、RFP） 具有不同的发射光谱，把他们融合到LacI和TetR等不同的 抑制子中，在细胞中，这些融合蛋白表达，并与lacO和 tetO等特异性位点结合从而插入并结合到染色体中。 • 可以用荧光显微镜观察，使得染色体可视化。 • 但是，这种方法要求利用转座子在染色体中建造一系列随 机结合位点（ lacO和tetO ） • 需要防止这种抑制作用过度。 • FROS允许快速摄像和微速摄影，同时可以跟踪两个或三种 颜色（激光共聚焦）。
大肠杆菌的基因型-概述说明以及解释
大肠杆菌的基因型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述大肠杆菌是一种常见的革兰氏阴性杆菌，属于肠道菌群中的重要成员。
它在自然界和人体内广泛存在，并且具有广泛的基因型多样性。
这使得大肠杆菌成为了微生物遗传学和进化生物学领域的研究模型。
在大肠杆菌中，基因型是指该菌株拥有的基因组合和基因的分布情况。
大肠杆菌的基因型可以通过不同的方法进行分类和鉴定。
目前主要的分类方法包括单核苷酸多态性分析、基因片段分析和全基因组测序等。
通过这些方法，我们可以更全面地了解大肠杆菌的基因型组成和种群结构。
大肠杆菌的基因型在其功能和特点方面具有重要意义。
大肠杆菌是一种典型的益生菌，它在人体内具有多种有益作用，包括帮助消化吸收、维持肠道稳定性和参与免疫调节等。
不同基因型的大肠杆菌可能具有不同的功能特点，比如某些基因型可能携带耐药基因或致病因子，导致感染和疾病的发生。
因此，对大肠杆菌基因型的研究有助于我们深入了解其功能机制和生态适应能力。
总之，大肠杆菌作为一种常见的菌株，其基因型具有多样性和重要性。
通过研究大肠杆菌的基因型，我们可以深入探索其功能特点和生态适应能力，进一步促进微生物遗传学和进化生物学的研究。
未来，我们可以通过结合多样的研究方法和技术，进一步挖掘和解析大肠杆菌基因型的奥秘，并探索其在人体健康和疾病中的作用。
文章结构是指文章部分之间的逻辑关系和组织，它有助于读者理解文章的内容和思路。
本文的结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 大肠杆菌的基因型分类2.2 大肠杆菌基因型的功能和特点3. 结论3.1 大肠杆菌基因型的重要性3.2 未来研究的方向文章结构部分是为了描述本文的组织结构，它有助于读者了解文章的内容安排和逻辑关系。
在本文中，我们首先介绍引言部分，包括概述、文章结构和目的。
在概述中，我们简要介绍了大肠杆菌的基因型。
在文章结构中，我们明确了本文的结构和章节安排，帮助读者理解文章的整体框架。
大肠杆菌基因型说明
大肠杆菌基因型及遗传符号说明前言：实验室的一般大肠杆菌拥有4288条基因，每条基因的长度约为950bp，基因间的平均间隔为118bp（基因Ⅷ）。
E.coli基因组中还包含有许多插入序列，如λ-噬菌体片段和一些其他特殊组份的片段，这些插入的片段都是由基因的水平转移和基因重组而形成的，由此表明了基因组具有它的可塑造性。
利用大肠杆菌基因组的这种特性对其进行改造，使其中的某些基因发生突变或缺失，从而给大肠杆菌带来可以观察到的变化，这种能观察到的特征叫做大肠杆菌的表现型(Phenotype)，把引起这种变化的基因构成叫做大肠杆菌的基因型（Genotype）。
具有不同基因型的菌株表现出不同的特性。
分子克隆中常用的大肠杆菌及其遗传标记按Demerec等1966年提出的命名原则，采用的菌株所有的基因都假定处于野生型状态，除非在基因型上另外注明。
大肠杆菌基因型的表示方法（Demerec, et, al. 1966）：一、一般规则：1、根据基因产物或其作用产物的英文名称的第一个字母缩写成3个小写斜体字母来表示。
例如：DNA Adenine Methylase→dam。
2、不同的基因座，其中任何一个突变所产生的表型变化可能相同，其表示方法是在3个小写斜体字母后加上一个斜体大写字母来表示区别。
例如：Recombination→recA、recB、recC。
3、突变位点应通过在突变基因符号后加不同数字表示。
如supE44（sup基因座E的44位突变）。
如果不知道几个等位基因中哪一/几个发生了功能性突变，则用连字符“-”代替大写字母，如trp-31。
4、细菌的基因型中应该包含关于其携带的质粒或附加体的的信息。
这些符号包括菌株携带的质粒或附加体、质粒或附加体上的突变基因座和突变位点。
其基因符号应与基因座的表示符号明显区别，符号的第一个字母大写、不斜体并位于括号内；质粒或附加体上的突变基因座和突变位点的基因符号的表示方法与染色体上突变基因座、突变位点的符号相同。
分生重点
一、名词解释1.断裂基因：真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。
2.单核苷酸多态性：SNP，由基因组DNA上的单个碱基的变异引起的DNA序列多态性。
是人群中个体差异最具代表性的DNA多态性，被认为是一种能稳定遗传的早期突变。
3.生物大分子：指的是作为生物体内主要活性成分的各种分子量达到上万或更多的有机分子。
常见的生物大分子包括蛋白质、核酸、脂类、糖类。
4.酚抽提法（SDS法）：以含EDTA、SDS及无DNA酶的RNA酶裂解缓冲液破碎细胞，经蛋白酶K处理后，用pH8.0的Tris饱和酚抽提DNA，重复抽提至一定纯度后，根据不同需要进行透析或沉淀处理获得所需的DNA样品。
5.凝胶过滤层析：又称凝胶色谱、排阻色谱或分子筛，是利用凝胶把分子大小不同的物质分离开的一种方法。
其机理是分子筛效应，在洗脱过程中，大分子不能进入凝胶内部，而沿凝胶颗粒间的空隙最先流出柱外；而小分子可以进入凝胶颗粒内部的多孔网状结构，路径长、流速慢，以至最后流出柱外。
因此，混合样品如同“过筛”一样，因分子大小的不同得以彼此分开。
6.巢式PCR：用两对引物，一对引物序列在模板的外侧，另一对引物序列在模板内侧（相对于第一对引物），第一对引物做PCR的扩增产物作为第二对引物退火的模板，再做PCR。
这样经过两次PCR放大，灵敏度得以提高，有时可以检测出单拷贝的目的基因。
也大大提高了PCR的特异性。
7.Real-time PCR：即实时荧光定量PCR技术，指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
荧光信号有非特异性荧光标记 SYBR Green；特异性荧光标记 TaqMan探针；Molecular Beacon。
8.变性：反应加热至94℃—95℃时，DNA双链间氢键断裂，形成两条单链，作为与引物结合及Taq DNA聚合酶延伸的模板。
大肠杆菌基因工程 (2)
大肠杆菌基因工程引言大肠杆菌(Escherichia coli)是一种广泛存在于自然界中的革兰氏阴性菌，它可以在动植物肠道中找到。
由于其生长快速、易于培养和转化，大肠杆菌成为了基因工程研究中最重要的模式生物之一。
大肠杆菌基因工程是通过改变大肠杆菌的遗传特征，实现对其功能的改造和优化，从而达到生产特定产物或解决特定问题的目的。
大肠杆菌基因工程的原理基因传递与插入大肠杆菌基因工程的核心在于将目标基因导入到大肠杆菌中。
目前常用的方法有以下几种：1.转化(transformation)：通过将外源DNA直接导入大肠杆菌细胞内，使其在细胞内复制和表达。
2.电转化(electroporation)：利用强电场将质粒DNA引入细胞内，使其与大肠杆菌细胞内的DNA重组。
3.病毒介导的转染(viral-mediated transduction)：使用病毒载体将目标基因导入大肠杆菌细胞内。
4.转座子介导的DNA转移(transposon-mediated DNAtransfer)：利用转座子将目标基因插入到大肠杆菌染色体的特定位点上。
基因表达与调控在大肠杆菌基因工程中，外源基因导入之后需要进行表达和调控，以产生所需的受体蛋白或产物。
常用的表达系统包括启动子-启动子区域-编码序列-终止子的结构。
其中，启动子可以选择适当的促进剂或抑制剂进行调节，以控制基因的表达水平和时机。
应用案例生物医药领域在生物医药领域，大肠杆菌基因工程被广泛应用于生产重组蛋白药物。
通过引入外源基因，大肠杆菌可以高效地合成重组蛋白，并通过分离和纯化得到高纯度的药物。
例如，利用大肠杆菌表达系统，可以生产出重组人胰岛素、生长激素等重要药物。
环境治理领域大肠杆菌基因工程还可以应用于环境治理领域。
例如，通过改造大肠杆菌的基因组，使其具有降解有机污染物的能力，可以用于处理工业废水和土壤污染。
此外，大肠杆菌的工程还可以用于制造生物能源，例如利用大肠杆菌产生生物柴油或生物氢。
病毒、细菌基因组结构与功能
泛基因阶段孟德尔的遗传因子阶段摩尔根的基因阶段顺反子阶段操纵子阶段现代基因阶段DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。
合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。
一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列、5′非翻译序列、内含子以及3′非翻译序列等所有的核酸序列（蛋白质基因和RNA基因）。
根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节基因第二类是只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因是指生物体全套遗传信息，包括所有基因和基因间的区域。
原核生物基因组：染色体基因组（chromosomal genome）染色体外基因组（extrachromosomal genome ）真核生物基因组：染色体基因组（chromosomal genome）染色体外基因组（extrachromosomal genome ）生物体的进化程度与基因组大小之间不完全成比例的现象称为 C value paradox，又称C值悖论）病毒基因组很小，且大小相差较大病毒基因组可以由DNA组成，或由RNA组成多数RNA病毒的基因组是由连续的RNA链组成基因重叠基因组的大部分可编码蛋白质，只有非常小的一部份不编码蛋白质形成多顺反子结构病毒基因组都是单倍体（逆转录病毒除外）噬菌体（细菌病毒）的基因是连续的，而真核细胞病毒的基因是不连续的1981年，美国首先发现获得性免疫缺陷征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS），其病原体是一种能破坏人免疫系统的逆转录病毒1986年，命名为：人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）HIV特异性地侵犯并损耗T细胞而造成机体免疫缺陷HIV如何感染免疫细胞并复制捆绑――当HIV病毒的gp120蛋白捆绑到T-helper细胞的CD4蛋白时，HIV 病毒附着到机体的免疫细胞上。
大肠杆菌基因型说明
大肠杆菌基因型及遗传符号说明前言：实验室的一般大肠杆菌拥有4288条基因，每条基因的长度约为950bp，基因间的平均间隔为118bp（基因Ⅷ）。
E.coli基因组中还包含有许多插入序列，如λ-噬菌体片段和一些其他特殊组份的片段，这些插入的片段都是由基因的水平转移和基因重组而形成的，由此表明了基因组具有它的可塑造性。
利用大肠杆菌基因组的这种特性对其进行改造，使其中的某些基因发生突变或缺失，从而给大肠杆菌带来可以观察到的变化，这种能观察到的特征叫做大肠杆菌的表现型(Phenotype)，把引起这种变化的基因构成叫做大肠杆菌的基因型（Genotype）。
具有不同基因型的菌株表现出不同的特性。
分子克隆中常用的大肠杆菌及其遗传标记按Demerec等1966年提出的命名原则，采用的菌株所有的基因都假定处于野生型状态，除非在基因型上另外注明。
大肠杆菌基因型的表示方法（Demerec, et, al. 1966）：一、一般规则：1、根据基因产物或其作用产物的英文名称的第一个字母缩写成3个小写斜体字母来表示。
例如：DNA Adenine Methylase→dam。
2、不同的基因座，其中任何一个突变所产生的表型变化可能相同，其表示方法是在3个小写斜体字母后加上一个斜体大写字母来表示区别。
例如：Recombination→recA、recB、recC。
3、突变位点应通过在突变基因符号后加不同数字表示。
如supE44（sup基因座E的44位突变）。
如果不知道几个等位基因中哪一/几个发生了功能性突变，则用连字符“-”代替大写字母，如trp-31。
4、细菌的基因型中应该包含关于其携带的质粒或附加体的的信息。
这些符号包括菌株携带的质粒或附加体、质粒或附加体上的突变基因座和突变位点。
其基因符号应与基因座的表示符号明显区别，符号的第一个字母大写、不斜体并位于括号内；质粒或附加体上的突变基因座和突变位点的基因符号的表示方法与染色体上突变基因座、突变位点的符号相同。
微生物学习题及答案 第八章
第8章微生物遗传四、习题填空题1．是第一个发现转化现象的。
并将引起转化的遗传物质称为。
2．Avery和他的合作者分别用降解DNA、RNA和蛋白质的酶作用于有毒的s型细胞抽提物，然后分别与混合，结果发现，只有DNA被酶解而遭到破坏的抽提物无转化活性，说明DNA是转化所必须的转化因子。
3．Alfred D．Hershey和Martha Chase用P32标记T2噬菌体的DNA，用S35标记的蛋白质外壳所进行的感染实验证实：DNA携带有1、2的。
4．H．Fraenkel Conrat用含RNA的烟草花叶病毒进行的拆分与重建，实验证明也是遗传物质。
5．细菌在一般情况下是一套基因，即；真核微生物通常是有两套基因又称。
6．近年来对微生物基因组序列的测定表明，能进行独立生活的最小基因组是一种，只含473个基因。
7．大肠杆菌基因组为的DNA分子，在细胞中以紧密缠绕成的较致密的不规则小体形式存在于细胞中，该小体被称为。
8．大肠杆菌基因组的主要特点是：遗传信息的，功能相关的结构基因组成，结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝，基因组的重复序列少而短。
9．酵母菌基因组最显著的特点是，酵母基因组全序列测定完成后，在其基因组上还发现了许多较高同源性的DNA重复序列，并称之为。
10．詹氏甲烷球菌全基因组序列分析结果完全证实了1977年由等人提出的因此有人称之为“里程碑”的研究成果。
11．詹氏甲烷球菌只有40％左右的基因与其他二界生物有同源性，其中有的类似于，有的则类似于，有的就是两者融合。
12．质粒通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中，但从细胞中分离的质粒大多是3种构型，即型、型和型。
13．质粒首先发现于大肠杆菌中而得名，该质粒含有编码大肠菌素的基因，大肠菌素是一种细菌蛋白，只杀死近缘且不含质粒的菌株，而宿主不受其产生的细菌素的影响。
14．用一定浓度的吖啶橙染料或其他能干扰质粒复制而对染色体复制影响较小的理化因子处理细胞，可。
大肠杆菌中环状DNA复制机制研究
大肠杆菌中环状DNA复制机制研究大肠杆菌是一种常见的细菌，广泛存在于土壤、水体、动物肠道等环境中。
在肠道内，大肠杆菌是肠道微生态系统中的重要成员之一，有助于消化吸收、免疫调节等生理功能的维持。
然而，在某些情况下，大肠杆菌会引起消化道、泌尿系统等疾病，对人类健康产生影响。
因此，深入了解大肠杆菌的生物学特性及其致病机制，对于预防和治疗这些疾病具有重要的意义。
在大肠杆菌中，环状DNA（circular DNA）是一种常见的染色体形态。
相比于线性DNA，环状DNA的优势在于更加稳定，能够有效地保护基因组的完整性，并且在细胞分裂时更容易复制。
然而，环状DNA的复制机制还存在许多未知的问题，这也成为了细菌生物学家们长期以来关注的研究方向之一。
在大肠杆菌中，环状DNA的复制是由一种叫做DNA复制酶（DNA polymerase）的酶催化完成的。
这种酶能够在DNA模板的引导下，在新生链上加入相应的核苷酸，从而完成DNA的复制。
然而，在环状DNA的复制过程中，复制酶需要解决一个严峻的问题：如何从环状的DNA模板上启动新一轮的复制，避免复制过程中出现错配（mismatching），同时避免拓扑张力（topological tension）的产生？解决这个问题的关键，在于寻找一种合适的“起点”，作为复制酶在环状DNA上“着陆”的位置。
为了寻找这个“起点”，细菌生物学家们开发了一种名为DNA微处理（DNase I footprinting）的技术，用以在DNA序列上寻找特定的结合位点（binding sites）。
通过这种技术，科学家们发现在环状DNA的复制过程中，一个叫做DNAA的蛋白质起着至关重要的作用。
DNAA是一个早期参与DNA复制的蛋白质，其主要功能是介导环状DNA的复制起始过程。
DNAA能够在环状DNA的起始点上结合，并且调节其对DNA复制酶的启动活性。
在复制酶到达复制起始点时，DNAA会通过一系列构象变化，形成一个大的蛋白质复合物（protein complex），从而“开启”新一轮的复制过程。
细菌基因组结构与功能
细菌染色体上的基因似乎没有固定的格 局，相对位置的改变不会影响其功能。
大肠杆菌和与其分类关系上相近的其他 肠道菌，如志贺氏杆菌属（Shigella）、 沙门氏菌属（Salmonella ）等具有相似 的基因组结构 伤寒沙门氏杆（Salmonellatyphimurium） 与大肠杆菌的基因组结构几乎相同，有 10％的基因组序列和大肠杆菌相比发生 颠倒，但其基因的功能仍正常
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—2
大肠杆菌染色体基因组中已知的基 因多是编码酶类的基因
合成代谢酶类基因：氨基酸、嘌呤、 嘧啶、脂肪酸和维生素
分解代谢酶类基因：碳、氮化合物
另外，核糖体大小亚基中50多种蛋 白质的基因也已经鉴定了
原核生物 核蛋白体
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—3
具有双向复制，但不能同时进行
2. 染色体DNA通常与细胞膜相连： 连接点的数量随细菌生长状况和不
同的生活周期而异 在 DNA链上，与 DNA 复制、转录
有关的信号区域与细胞膜优先结合
大肠杆菌模式图
细菌染色体基因组结构的特点（三）
3. 具有操纵子结构： 结构基因为多顺反子，若干个功能
相关的结构基因串联在一起，受同 一个调节区的调节 数个操纵子还可以由一个共同的调 节基因（ regulatorygene ）即调节 子（regulon）所调控
弱终止子也有反向重复序列，但无 polyT 结 构，需要有终止蛋白参与才能使转录终止
原核生物终止子
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—1
大肠杆菌基因组含有3500个基因，已 被定位的有900个左右 900个基因中，有260个基因已查明具 有操纵子结构，定位于75个操纵子中 已知的基因中，8 ％ 的序列具有调控 作用
简述大肠杆菌转录过程
简述大肠杆菌转录过程一、引言大肠杆菌是一种常见的细菌，广泛存在于自然环境中。
它是生命科学研究中最重要的模式生物之一，因为它的基因组结构和生物学特性已经被广泛研究和了解。
在这些研究中，转录是一个非常重要的过程。
二、转录的定义转录是指将DNA序列转化为RNA序列的过程。
在细胞内，DNA存储着所有遗传信息，但由于DNA分子很长且不便于运输和复制，所以人们需要将其信息转录成RNA分子。
RNA分子比DNA分子更加简单、轻便、易于运输和复制。
三、大肠杆菌基因组结构大肠杆菌的基因组由一个圆形染色体和一些质粒组成。
圆形染色体长约4.6兆碱基对（bp），其中包含了约4300个基因。
质粒则是一些小型环状DNA分子，它们通常包含了几十个到几百个基因。
四、细菌RNA聚合酶在大肠杆菌中，RNA聚合酶（RNAP）是负责转录过程的主要酶类。
RNAP由五个亚基组成，分别是α、β、β'、ω和σ。
其中，α亚基是RNAP的结构亚单位，而β、β'和ω亚基则是RNAP的功能亚单位。
σ亚基则是RNAP的调节亚单位，它可以选择性地与不同的DNA序列结合，并在转录过程中起到指导作用。
五、转录的过程1. 转录的启动转录启动是指RNAP将DNA模板上的一个特定序列（启动子）识别并结合时发生的过程。
在大肠杆菌中，启动子通常由两个重要元件组成：-10元件和-35元件。
这些元件可以通过与σ因子相互作用来形成一个复合物，从而促进转录启动。
2. 转录的延伸一旦RNAP与DNA序列结合，并且RNA链已经开始合成，转录就会进入延伸阶段。
在延伸阶段中，RNAP会沿着DNA模板向下滑动，并将RNA链不断地加长。
这个过程需要消耗能量，并且需要保持正确的核苷酸顺序。
3. 转录终止当RNA链加长到一定长度时，转录就会进入终止阶段。
在大肠杆菌中，有两种不同的终止方式：Rho因子依赖性和Rho因子非依赖性。
在Rho因子依赖性终止中，Rho蛋白会结合到RNA链上，并将其从DNA模板上解离。
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大肠杆菌染色体基因组的结构和功能
大肠杆菌染色体基因组是研究最清楚的基因组。
估计大肠杆菌基因组含有3500个基因，已被定位的有900个左右。
在这900个基因中，有260个基因已查明具有操纵子结构，定位于75个操纵子中。
在已知的基因中8％的序列具有调控作用。
大肠杆菌染色体基因组中已知的基因多是编码一些酶类的基因，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸和维生素合成代谢的一些酶类的基因，以及大多数碳、氮化合物分解代谢的酶类的基因。
另外，核糖体大小亚基中50多种蛋白质的基因也已经鉴定了。
除了有些具有相关功能的基因在一个操纵子内由一个启动子转录外，大多数基因的相对位置可以说是随机分布的。
如控制小分子合成和分解代谢的基因，大分子合成和组装的基因分布在大肠杆菌基因组的许多部位，而不是集中在一起。
再如，有关糖酵解的酶类的基因分布在染色体基因组的各个部位。
进一步发现，大肠杆菌和与其分类关系上相近的其他肠道菌如志贺氏杆菌属（Shigella）、沙门氏菌属（Salmonella）等具有相似的基因组结构。
伤寒沙门氏杆菌（Salmonellatyphimurium）几乎与大肠杆菌的基因组结构相同，虽然有10％的基因组序列和大肠杆菌相比发生颠倒，但是其基因的功能仍正常。
这更进一步说明染色体上的基因似乎没有固定的格局，相对位置的改变不会影响其功能。
在已知转录方向的50个操纵子中，27个操纵子按顺时针方向转录，23个操纵子按反时针方向转录，即DNA两条链作为模板指导mRNA合成的机率差不多相等。
在大肠杆菌染色体基因组中，差不多所有的基因都是单拷贝基因，因为多拷贝基因在同一条染色体上很不稳定，极易通过同源重组的方式丢失重复的基因序列。
另外，由于大肠杆菌细胞分裂极快，可以在20分钟内完成一次分裂，因此，携带多拷贝基因的大肠杆菌并不比单拷贝基因的大肠杆菌更为有利；相反，由于多拷贝基因的存在，使E.coli的整个基因组增大，复制时间延长，因而更为不利，除非在某种环境下，需要有多拷贝基因用来编码大量的基因产物，例如，在有极少量乳糖或乳糖衍生物的培养基上，乳糖操纵子的多拷贝化可以使大肠杆菌充分利用的乳糖分子。
但是，一旦这种选择压力消失，如将大肠杆菌移到有丰富的乳糖培养基上，多拷贝的乳糖操纵子便没有存在的必要，相反，由于需要较长的复制时间，这种重复的多拷贝基因会重新丢失。
大肠杆菌染色体基因组中，大多数rRNA基因集中于基因组的复制起点oriC的位置附近。
这种位置有利于rRNA基因在早期复制后马上作为模板进行rRNA的合成以便进行核糖体组装和蛋白质的合成。
从这一点上看，大肠杆菌基因组上的各个基因的位置与其功能的重要性可能有一定的联系。