第九章酵母菌基因工程
初中生物酵母菌教案设计
初中生物酵母菌教案设计一、教学目标：1. 知识与技能：（1）了解酵母菌的结构特点和生物学特性；（2）掌握酵母菌在食品制作中的应用，如蒸馒头、做面包等；（3）学会使用显微镜观察酵母菌。
2. 过程与方法：（1）通过观察、实验等途径，探究酵母菌的生存条件；（2）学会制作酵母菌临时装片，观察酵母菌的结构；（3）培养学生合作交流、分析问题、解决问题的能力。
3. 情感态度价值观：（1）培养学生对生物科学的兴趣；（2）培养学生关爱生命、保护生态环境的意识；（3）培养学生热爱生活、关注日常食品安全的观念。
二、教学内容：1. 酵母菌的结构特点：细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、液泡。
2. 酵母菌的生物学特性：单细胞真菌，营养方式为异养，繁殖方式为出芽繁殖和孢子繁殖。
3. 酵母菌在食品制作中的应用：蒸馒头、做面包、酿酒等。
4. 酵母菌的生存条件：水分、适宜的温度、有机物等。
三、教学重点与难点：重点：酵母菌的结构特点、生物学特性及其在食品制作中的应用。
难点：酵母菌的生存条件实验的设计与分析。
四、教学准备：1. 教学用具：显微镜、酵母菌临时装片、实验器材等。
2. 教学资源：酵母菌图片、视频资料等。
3. 学生分组：每组4-5人，每组配备一套实验器材。
五、教学过程：1. 导入新课：通过提问方式引导学生回顾细菌和真菌的相关知识，引出酵母菌。
2. 自主学习：学生阅读教材，了解酵母菌的结构特点和生物学特性。
3. 合作探究：学生分组讨论，分析酵母菌在食品制作中的应用。
4. 实验观察：学生分组进行酵母菌临时装片制作，使用显微镜观察酵母菌的结构。
6. 作业布置：学生完成课后练习，如绘制酵母菌的结构示意图等。
7. 课后反思：教师对本节课的教学效果进行反思，为学生提供反馈。
六、教学延伸：1. 家庭作业：（1）收集酵母菌在生活中的应用实例；（2）绘制酵母菌的结构示意图；（3）观察生活中常见的真菌，了解其特点和作用。
2. 课外实践活动：（1）邀请面包师或酿酒师来校讲解酵母菌在食品制作中的应用；（2）组织学生参观酵母菌生产基地，了解酵母菌的生产过程；（3）开展酵母菌种植活动，让学生亲身体验酵母菌的生长过程。
微生物遗传第九章酵母菌遗传
将特定基因插入到酵母菌基因组的特定位置，以研究 基因表达和调控。
基因定点突变技术
通过寡核苷酸引物或锌指核酸酶，对特定基因进行定 点突变，以研究蛋白质结构和功能。
酵母菌功能基因组学研究
全基因组表达谱分析
01
通过高通量测序技术，对酵母菌全基因组表达情况进行检测和
分析，以研究基因表达调控机制。
蛋白质组学研究
02
对酵母菌蛋白质表达、修饰和相互作用进行研究，以揭示蛋白
质功能和调控机制。和变化进行研究，以揭示代谢
途径和调控机制。
酵母菌与其他生物的基因交流与进化
基因转移与重组
研究酵母菌与其他生物之间基因的转移和重组，以揭示基因进化 机制。
基因共进化
研究不同生物之间基因的共进化关系，以揭示生物协同进化的规 律。
生物质转化
酵母菌可以将木质纤维素等生物质转化为燃料和化学品。通过基因工程手段改良酵母菌的木质素降解酶系和代谢 途径，可以提高生物质的转化效率。例如，利用基因工程技术提高酵母菌对木质素的降解能力，可以用于生物质 转化的工业生产。
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酵母菌遗传
• 酵母菌概述 • 酵母菌的遗传基础 • 酵母菌的基因操作 • 酵母菌遗传学研究进展 • 酵母菌遗传学应用前景
01
酵母菌概述
酵母菌的形态与分类
形态
酵母菌通常为单细胞，呈圆形、椭圆 形或圆柱形，直径一般为2-3微米。
分类
酵母菌属于真菌界，是单细胞真菌， 有数百种之多，主要分为酿酒酵母、 毕赤酵母、假丝酵母等。
要点三
药物筛选
酵母菌在药物筛选中也具有应用价值 。通过基因工程技术构建能够模拟人 类疾病的酵母菌模型，可以用于新药 筛选和药物作用机制研究。例如，利 用酵母菌模拟帕金森病等疾病模型， 用于药物筛选和机制研究。
酵母菌在基因工程中的应用
酵母菌在基因工程中的应用酵母菌是一类单细胞真核生物，是生物科学研究中的一种常见模式生物。
它们普遍存在于自然界中，可以在发酵食品的制备以及生命科学研究领域发挥着重要的作用。
在基因工程领域中，酵母菌更是被广泛应用，成为了基因工程领域的重要工具之一。
下面我们就来看看，酵母菌在基因工程领域中都有哪些应用吧。
一. 酵母菌作为表达宿主酵母菌是一类常见的蛋白表达宿主，能够快速高效地表达蛋白质，是一种常见的蛋白质产生工具。
一般来说，通过基因工程手段将需要表达的蛋白质的基因导入酵母菌中，利用其自身繁殖特性，迅速高效地表达出需要的蛋白质。
此外，在表达蛋白质的过程中，酵母菌的生长条件相对简单，可以通过温度、氧气、营养等因素的控制来实现高效的表达。
二. 酵母菌在药物研究中的应用当前，越来越多的药物研发都依赖于基因工程技术，而酵母菌则成为了药物研发中的重要工具之一。
通过将需要研发的靶点基因导入酵母菌中，可以模拟药物对生物体内靶点的作用过程。
此外，还可以通过酵母菌对药物副作用的研究，为药物的准确作用机制提供参考。
三. 酵母菌在癌症研究中的应用对于癌症的研究一直以来都是生物学家们所关注的重要问题之一。
而酵母菌则成为了癌症研究中的重要研究工具之一。
通过将癌症相关基因导入到酵母菌中，并通过对其复制、修复和细胞凋亡等过程的研究，可以更好地理解癌症的发生机制和治疗过程，为癌症的诊断和治疗提供更好的参考。
四. 酵母菌在基因组研究中的应用对于生命科学研究而言，基因组研究是一项重要的研究领域。
而目前，酵母菌的基因组研究也在不断地发展。
利用酵母菌基因组研究这一工具，可以揭示基因与生物型之间的关系，探寻基因突变造成遗传性疾病的可能机制，还可以帮助人们更好地理解基因间相互作用，促进基因工程技术的发展。
总之，随着基因工程技术的不断发展，酵母菌作为一种常见的模式生物，也在越来越多的领域中发挥着重要的作用。
通过其快速高效的蛋白表达能力以及对生物学过程的模拟研究，酵母菌为人们揭示了生物世界中的许多秘密。
基因工程在酵母菌中的应用
基因工程在酵母菌中的应用酵母菌是一种非常常见的单细胞真菌，被广泛应用在工业生产、基因工程、生物学研究等领域。
其中，基因工程在酵母菌中的应用越来越受到关注，因为它可以通过改变酵母菌的基因来产生更高效、更安全、更低成本的产品。
一、酵母菌的基因工程基因工程（Genetic Engineering）、也称基因修饰（Genetic Modification），是指人工干预生物基因的技术。
通过将外源基因从别的物种引入到酵母菌中，或者利用已有技术将酵母菌原有的基因进行修改，来达到目的。
以酿酒酵母为例，使用基因工程技术可以让酵母在发酵过程中增强种类芳香、味道、颜色等方面的特性，减少酒类生产中对添加剂的依赖。
此外，基因工程还可以增强酵母在生产生物质和生产酶等方面的能力，提高生产效益和质量。
二、基因工程在生物药品中的应用随着基因工程技术的发展，越来越多的药品开始使用酵母菌系统进行生产，因为酵母菌可以产生大量的复杂蛋白，在药品生产中发挥重要作用。
1. 重组蛋白重组蛋白是由酵母菌制造的人造蛋白质，它由通过DNA技术人工合成的基因进行控制。
重组蛋白可以用于治疗多种疾病，如肿瘤、结缔组织疾病、感染症等。
2. 抗生素一些抗生素是由酿酒酵母制造的，包括属于毒素类的青霉素、链霉素和司云生素等。
这些抗生素可以用于治疗许多细菌感染病，如耳炎、肺炎、中耳炎、胃肠炎等。
三、基因工程在生物燃料中的应用生物燃料是使用生物质或燃料酒精等生物产物，进行发电或其他能源生产的一种新型能源，基因工程在此方面的应用也十分广泛。
1. 生物酒精将酿酒酵母与一种名为琼脂糖的发酵物混合后，然后加入蔗糖，在发酵的过程中，酵母细胞可以将蔗糖转化成酒精。
用于生产生物酒精的酿酒酵母与市面上的酿酒酵母相比，有着更高的酒精浓度和收率，可以使得生产效益更高。
2. 生物柴油利用基因工程技术获得的淀粉酵母株，可以将淀粉直接转化成脂肪酸甲酯（生物柴油）；利用酿酒酵母株，在发酵过程中将纤维素分解为糖分，再将糖分转化成脂肪酸甲酯，生产生物柴油。
外源基因在酵母体系中表达
C.albicans hyphal n.r cell wall Ag
Spinach
2
phosphoribulokinase
S/Mut+ Halaas, et al (1995)
Shiba, et al (1995)
S/Mut+
S/Mut+, S/MutS( 30,000 copies/c ell) S/MutS
fragment C
Pertusis
3
antigen P69
Mouse EGF 0.45
Aprotinin 0.8
Kunitz
1
protease
inhibitor (A-
beta-PP)
Human
4
serum
albumin(HS
A)
HIV-1
1.25
gp120
and
0.02
I/Mut+ and Muts I/Muts S/Muts S/Mut+/Muts S/Mut+
第一代酵母基因工程表达系统是以酿酒酵 母表达系统为典型代表。
第二代酵母基因工程表达系统的典型代表 就是近年来倍受关注的毕赤酵母表达系统 等为代表的甲醇酵母表达系统：
1987年Cregg等首次报道甲醇营养型毕 赤酵母(Methy1otrophic Pichia pastoris)表达 外源蛋白以来，由于它具有表达效率高， 遗传稳定，产物可分泌表达等优点，己成 为近年来极受青睐的真核基因表达系统。
S:284
ds Fv (di-sulfide-bonded n.r S/n.r Luo, et al (1995), J.
single chain antibodies) n.r
酵母菌的基因工程
酵母菌的蛋白修饰分泌系统
蛋白质的分泌运输机制 信号肽及其剪切系统 分泌型蛋白的糖基化修饰
酵母菌克隆表达质粒的构建
含有CEN的YCp质粒的构建 • CEN为酵母菌染色体DNA上与染色体均匀 分配有关的序列。将CEN插入到ARS质粒 中，获得的新载体称为YCp。 • YCp质粒具有较高的有丝分裂稳定性，但拷 贝数通常只有1-5个。
酵母菌克隆表达质粒的构建
含有TEL的YAC质粒的构建 • 利用酵母菌的端粒TEL.CEN.ARS等DNA元 件构建人工酵母染色体，可以克隆扩增大 片段的外源DNA，这是构建YAC载体的基 本思路 • YAC载体的装载量 用于启动转录蛋白质结构基因的酵母菌Ⅱ 型启动子由基本区和调控区两部分组成， 基本区包括TATA盒和转录起始位点。 调控区位于基本区上游几百碱基对的区域 内，由上游激活系列（UAS）和上游阻遏 序列（URS）等顺式元件组成。 利用启动子探针质粒可从酵母菌基因组中 克隆和筛选具有特殊活性的强启动子，另 一种方法是从已有的启动子中构建杂合启 动子
使啤酒酵母中异源蛋白产量提高和质量改善的突变
突变
产生的异源蛋白
增加产量（倍数）
作用位点
SSC1 SSC2 rgrl osel NDS ss1l rho
凝乳酶原 牛生长因子 3-10 凝乳酶原 牛生长因子 鼠α—淀粉酶 5-10 β—内啡肽 7-12 人血清蛋白 溶酶原活化剂抑制因子2型 10 α1 —抗胰蛋白酶P 人溶菌酶 10 人溶菌酶 10 人表皮因子 NDE
酵母菌表达系统的选择
多型汉逊酵母表达系统 多型汉逊酵母也是一种甲基营养菌。其自主复制序 列HARS已被克隆，并用于构建克隆表达载体， 但与巴斯德毕赤酵母相似，这种载体在受体细胞 有丝分裂时显示出不稳定性。所不同的是， HARS质粒能高频自发地整合在受体的染色体 DNA上，甚至可以连续整合100多个拷贝，因此 重组多型汉逊酵母的构建也是采取整合的策略。 目前，包括乙型肝炎表卖弄抗原在内的数种外源蛋 白在该系统中成功表达。
酵母菌的应用及原理
酵母菌的应用及原理1. 引言酵母菌是一种单细胞真菌，广泛存在于自然界中，包括空气、土壤和水体等环境中。
酵母菌具有许多重要的应用，尤其是在食品工业和医药领域。
本文将介绍酵母菌的应用范围及其背后的原理。
2. 食品工业中的应用酵母菌在食品工业中具有重要作用，主要应用有：•面包和面点制作酵母菌可以通过发酵作用使面团膨胀，增加面包和面点的松软度和口感。
在制作面包时，酵母菌会分解面团中的淀粉和糖类，产生二氧化碳气泡，使面包膨胀。
•啤酒酿造酵母菌是啤酒酿造过程中的重要微生物。
酵母菌在啤酒中进行糖类发酵，产生乙醇和二氧化碳，使啤酒发酵并具有独特的风味。
•葡萄酒酿造酵母菌在葡萄酒酿造中也扮演着重要角色。
通过葡萄的葡萄糖和果糖发酵，酵母菌可以将糖转化为乙醇，同时生成香气和风味物质，为葡萄酒增添独特的口感和香气。
3. 医药领域中的应用酵母菌在医药领域也有广泛的应用，具体应用包括：•药物生产酵母菌可以用于制造多种药物，例如抗生素、激素、维生素等。
酵母菌被用作生产药物的工具，通过将目标基因导入酵母菌中，使其产生特定的蛋白质药物。
•疫苗研发酵母菌在疫苗研发中也起到重要作用。
科学家可以将病毒或细菌的抗原基因导入酵母菌中，通过酵母菌表达并产生相关抗原蛋白，从而制备疫苗。
•基因研究酵母菌作为模式生物，在基因研究中被广泛应用。
酵母菌具有简单的基因组和易于操作的性质，使其成为研究基因功能和调控机制的理想工具。
4. 酵母菌的原理酵母菌实现应用的原理主要包括以下几个方面：•发酵作用酵母菌通过发酵作用将糖类转化为二氧化碳和乙醇等产物，从而实现酿造食品和药物的目的。
发酵作用是酵母菌应用的重要原理。
•基因表达酵母菌可以通过基因表达来产生特定的蛋白质，例如药物和抗原蛋白等。
科学家可以将目标基因导入酵母菌中，使其在生长过程中表达目标蛋白质。
•简单基因组酵母菌具有相对简单的基因组，使其成为研究基因功能和调控机制的理想模式生物。
酵母菌的基因组通过基因工程技术可以被修改和操控。
酵母菌的基因工程课件
拷贝数为50-100个，分别携带K1 K2两种能使多种酵母菌致死的毒
反向重复序列
pGKL1 8.9 kb
素蛋白编码基因（a b g），同时含有毒素蛋白抗性基因。
酵母菌克隆表达质粒的构建
含有ARS的YRp质粒的构建
ARS为酵母菌中的自主复制序列，0.8-1.5kb，染色体上每30-40kb 就有一个ARS元件。酵母菌自主复制型质粒的构建组成包括复制子、标 记基因、提供克隆位点的大肠杆菌质粒DNA。
原生质体转化法的一个显著特点是，一个受体细胞可同时接纳 多个质粒分子，而且这种共转化的原生质体占转化子总数的25%～ 33%。
酵母菌的转化程序
碱金属离子介导的酵母菌完整细胞的转化
7 酵母菌的基因工程
A 酵母菌作为基因工程受体菌的特征 酵母菌的分类学特征
酵母菌（Yeast）是一群以芽殖或裂殖方式进行无性繁殖的单细 胞真核生物，分属于子囊菌纲（子囊酵母菌）、担子菌纲（担子酵母 菌）、半知菌类（半知酵母菌），共由56个属和500多个种组成。如 果说大肠杆菌是外源基因最成熟的原核生物表达系统，则酵母菌是最 成熟的真核生物表达系统。
泛素降解途径衰减的酿酒酵母
UBI 4缺陷型： 在酿酒酵母菌中，泛素主要由UBI 4基因表达，UBI 4-突变株能 正常生长，但细胞内游离泛素分子的浓度比野生株要低得多， 因此UBI 4缺陷突变株是外源基因表达理想的受体
UBA 1缺陷型： UBA1编码泛素激活酶E1，UBA1突变株是致死性的，但其等位 基因缺陷是非致死性的，而且也能削弱泛素介导的蛋白降解
生物效应
改善重组蛋白分泌 提高重组蛋白表达 提高重组蛋白表达 提高重组蛋白表达 改善重组蛋白分泌 提高重组蛋白表达
作用位点
钙离子依赖型的ATP酶 转录后加工 转录水平 转录水平 羧肽酶Y 转录水平
酵母单杂交的原理及应用
酵母单杂交的原理及应用1. 引言酵母单杂交是一种基因工程技术，通过将不同的酵母菌株进行杂交，实现基因的转移和重组。
这种技术在生物医药领域和食品工业等多个领域有广泛的应用。
本文将介绍酵母单杂交的原理，以及其在生物学研究和应用领域的具体应用。
2. 酵母单杂交的原理酵母单杂交是基于两个重要的生物学现象：酵母菌的性别和重组。
酵母菌是一种真核生物，有两种性别：雄性和雌性。
酵母菌的重组是指在有性生殖过程中，两个父本酵母菌的基因经过交换，重新组合成新的基因。
酵母单杂交的原理如下： - 首先，选择两个具有不同性别的酵母菌株。
- 将这两个株种分别培养在不同的培养基中，分别生成没有交配伴侣的单倍体细胞。
- 利用化学或物理方法将两种单倍体细胞融合在一起，形成杂交细胞。
- 将杂交细胞培养在适宜的培养基中，使其进行有性生殖。
- 在有性生殖的过程中，两个亲本酵母的基因进行交换和重组，形成新的基因组。
重组的结果可能是基因突变、基因删除、基因重复等。
- 通过筛选和鉴定，筛选出具有特定性状的酵母单杂交子代。
3. 酵母单杂交的应用3.1 用于基因功能研究酵母单杂交可以用于揭示基因的功能和相互作用关系。
通过将感兴趣的基因与其他酵母菌基因进行单杂交，可以确定该基因的功能和参与的生物过程。
此外，酵母单杂交也可以用于酵母基因组的大规模互作网络研究，帮助科学家理解复杂的生物调节网络。
3.2 用于疾病研究与药物筛选许多疾病与基因突变有关，通过酵母单杂交可以研究基因突变对蛋白质功能的影响，从而揭示疾病机制。
此外，酵母单杂交还可以用于药物筛选。
通过将药物与酵母菌基因进行单杂交，可以评估药物对基因的作用和效果，为新药的发现提供线索。
3.3 用于产酵母菌株的改良与优化酵母单杂交可以用于改良和优化产酵母菌株的特性。
通过筛选和鉴定具有特定性状的酵母单杂交子代，可以选择出高产酵母菌株或改良后的酵母菌株。
这对于酿酒、发酵食品和酶工程等产业具有重要意义。
基因工程-外源基因在酵母菌中的表达
基因工程刘夫锋2019.11.27基因工程5 2 3 4 1 6789重组DNA 技术与基因工程的基本概念重组DNA技术与基因工程的基本原理重组DNA技术所需的基本条件重组DNA技术的操作过程目的基因的克隆与基因文库的构建外源基因在大肠杆菌中的表达外源基因在酵母菌中的表达外源基因在哺乳动物细胞中的表达外源基因表达产物的分离纯化7.1酵母菌作为表达外源基因受体菌的特征7 外源基因在酵母菌中的表达酵母菌的分类学特征酵母菌（Yeast ）是一群以芽殖或裂殖方式进行无性繁殖的单细胞真核生物，分属于子囊菌纲（子囊酵母菌）、担子菌纲（担子酵母菌）、半知菌类（半知酵母菌），共由56个属和500多个种组成。
如果说大肠杆菌是外源基因最成熟的原核生物表达系统，则酵母菌是最成熟的真核生物表达系统。
7.1 酵母菌作为表达外源基因受体菌的特征7 外源基因在酵母菌中的表达酵母菌表达外源基因的优势全基因组测序，基因表达调控机理比较清楚，遗传操作相对简单能将外源基因表达产物分泌至培养基中具有原核细菌无法比拟的真核蛋白翻译后加工系统大规模发酵历史悠久、技术成熟、工艺简单、成本低廉不含有特异性的病毒、不产内毒素，美国FDA 认定为安全的基因工程受体系统，食品工业有数百年历史酵母菌是最简单的真核模式生物7.2 酵母菌的宿主系统7 外源基因在酵母菌中的表达7.2.2提高重组蛋白表达产率的突变宿主菌7.2.3 抑制超糖基化作用的突变宿主菌7.2.4 减少泛素依赖型蛋白降解作用的突变宿主菌7.2.1 广泛用于外源基因表达的酵母宿主菌7.2.1 广泛用于外源基因表达的酵母宿主菌目前已广泛用于外源基因表达和研究的酵母菌包括：酵母属如酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae ）克鲁维酵母属如乳酸克鲁维酵母（Kluyveromyces lactis ）毕赤酵母属如巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris ）裂殖酵母属如非洲酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe ）汉逊酵母属如多态汉逊酵母（Hansenula polymorpha ）裂殖酵母属如粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe ）如解脂耶氏酵母（耶氏酵母属Yarrowia lipolytica ）如腺嘌呤阿氏酵母（阿氏酵母属Arxula adeninivorans ）其中芽殖型酿酒酵母的遗传学和分子生物学研究最为详尽。
《基因工程》课程教学大纲
《基因工程》课程教学大纲课程名称：基因工程课程类别：专业主干课适用专业：生物技术考核方式：考试总学时、学分：32 学时 2 学分其中实验学时：0 学时一、课程教学目的通过对本门课程的学习，使学生掌握基因工程技术的基本原理、常用技术和工作思路，了解基因工程技术的应用及发展趋势，为进一步学习有关专业课及参加相关领域的生产和科研工作奠定基础。
二、课程教学要求本门课是以遗传学、生物化学、微生物学、细胞生物学、分子生物学等学科为基础的学科，要求学生有扎实的上述课程基础。
本课程的主要内容包括: 基因工程载体、基因工程的酶学基础、目的基因的克隆、ＤＮＡ连接和转化、转化子的筛选与重组子的鉴定、大肠杆菌基因工程、酵母菌基因工程、高等动物基因工程、高等植物基因工程等。
要求学生掌握基因工程的基本原理和常用方法与技术，了解该领域的研究动态与发展方向。
课程的基本内容随着本学科的发展而调整并限定其广度和深度，在保证达到一定培养规格的前提下，考虑学生的接受能力和学习负担，同时注意本课程和其它相关课程的相互联系与衔接，防止疏漏和不必要的重复。
三、先修课程生物化学、微生物学、遗传学、细胞生物学、分子生物学。
四、课程教学重、难点教学重点：基因工程载体、基因工程的酶学基础、目的基因的克隆、ＤＮＡ连接和转化、转化子的筛选与重组子的鉴定。
教学难点：目的基因的克隆、ＤＮＡ连接和转化、转化子的筛选与重组子的鉴定。
五、课程教学方法与教学手段以教师讲授为主，要求教师认真备课，熟悉本课程的基本内容以及该学科的最新发展趋势，以合适的形式进行教学，提倡采用多媒体作为辅助教学手段；学生可以通过阅读相关的英文资料了解本学科的研究状况与发展方向，也可以阅读一些感兴趣的参考资料，训练其针对所感兴趣的问题进行深入探讨的能力。
六、课程教学内容第一章概述（1学时）1．教学内容（1）基因工程的概念；（2）基因工程的发展和历史；（3）基因工程的研究意义。
2．重、难点提示（1）重点：基因工程的概念；（2）难点：基因工程的基因原理及在生物工程中的地位。
酵母菌操纵基因表达的机制研究
酵母菌操纵基因表达的机制研究酵母菌是一种单细胞真菌，因其易于培养、复制和研究而成为生物学研究的经典模型生物。
随着分子生物学技术的进步，研究人员可以对酵母菌进行基因工程，使其表达外源蛋白，从而用于制药、生物技术等领域。
然而，酵母菌同时也为研究生物遗传学中的关键问题提供了有力的支撑，尤其是在基因表达调控方面。
下文将介绍酵母菌操纵基因表达的机制研究的进展。
1. 酵母菌基因表达的调控机制酵母菌基因表达的调控机制类似于其他真核生物，包括转录调控、RNA加工修饰、RNA转运和蛋白质翻译等过程。
在这些过程中，转录调控扮演了决定性的角色。
酵母菌基因的转录调控主要包括转录因子的结合和染色质重塑。
以酵母菌S. cerevisiae为例，已知有超过200种转录因子参与到基因的转录调控中，他们能够结合到基因上游的启动子区域或下游的增强子区域，并促进或抑制转录的发生。
对于酵母菌基因转录调控的研究主要包括以下2个方面：1）基因组层面的转录组学研究，通过测定大量的RNA序列，可以探索酵母菌转录网络的结构和时空分布规律；2）单细胞层面的单细胞转录组学研究，通过测定单个细胞的RNA序列，可以揭示生物体内异质性细胞群体中个体的转录表达模式。
这两种方法相辅相成，为揭示酵母菌转录调控网络提供了有利的手段。
2. 酵母菌基因表达的情况酵母菌基因表达调控机制的研究不仅可以帮助人们理解生物的基本结构和生命过程，还有助于进行药物研发和新生物技术的应用。
酵母菌作为基因工程的经典模型，已被广泛用于制造人类蛋白质等方面，为当今的制药和生物技术行业提供了重要的支撑。
例如，利用酵母菌工程生产人类胰岛素、奶牛生长激素等蛋白质，均已商业化生产。
同时酵母菌也被广泛应用于疾病预防、治疗和药物筛选等方面。
另一方面，酵母菌的基因调控研究还涉及到重大疾病和癌症的治疗和预防方面。
目前已经研究出了数种利用基因组学的方法来预测并降低个体患某些疾病的风险。
例如，利用转录组学的方法和酵母菌模型可以对乳腺癌、结肠癌和肺癌等疾病的基因表达进行预测，并优化疾病的治疗和预防方案。
基因工程中酵母菌表达系统的特点和作用
将转化物接种HIS4缺陷平板进行第一轮筛选。
用不同浓度的G418平板进行第二轮筛选。
挑选10－20个克隆进行小规模诱导培养，鉴定外源基因的表达量。
挑选高水平表达菌株进行大规模诱导培养以制备外源基因的表达蛋白质。
另外，还时常遇到表达产物的过度糖基化情况。因此，表达系统应根据具体情况作适当的改进。
二、常用酵母表达系统（宿主－载体系统）
（1）酿酒酵母表达系统
酿酒酵母难于高密度培养，分泌效率低，几乎不分泌分子量大于30
kD的外源蛋白质，也不能使所表达的外源蛋白质正确糖基化，而且表达蛋白质的C端往往被截短。因此，一般不用酿酒酵母做重组蛋白质表达的宿主菌。
一、酵母表达系统的特点
酵母是一种单细胞低等真核生物，培养条件普通，生长繁殖速度迅速，能够耐受较高的流体静压，用于表达基因工程产品时，可以大规模加工能力，收获的外源蛋白质具有一定程度上的折叠加工和糖基化修饰，性质较原核表达的蛋白质更加稳定，特别适合于表达真核生物基因和制备有功能的表达蛋白质。某些酵母表达系统具有外分泌信号序列，能够将所表达的外源蛋白质分泌到细胞外，因此很容易纯化。
巴斯德毕赤酵母具有翻译后修饰功能，如信号肽加工、蛋白质折叠、二硫键形成和糖基化作用等其与糖基化位点其他哺乳动物细胞相同。
（3）裂殖酵母表达系统
裂殖酵母不同于其他酵母菌株，它具有许多与高等真核细胞相似的特性，它所表达的外源基因产物具有相应天然蛋白质的构象和活性。遗憾的是，目前对它的研究较少。
酿酒酵母本身含有质粒，其表达载体可以有自主复制型和整合型两种。自主复制型质粒通常有30个或更多的拷贝，含有自动复制序列（ARS），能够独立于酵母染色体外进行复制
，如果没有选择压力，这些质粒往往不稳定。整合型质粒不含ARS，必需整合到染色体上，随染色体复制而复制。整合过程是高特异性的，但是拷贝数很低。
生物技术概论论文-酵母基因工程菌的构建过程及其在食品领域中的应用
酵母基因工程菌的构建过程及其在食品领域中的应用随着科技的发展，食品生物技术在食品工业发展中的地位和作用越来越大，已经渗透到食品工业的方方面面，特别是基因工程技术等技术在21世纪的食品工业中充当重要的角色。
而工程菌就是用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系，是采用现代生物工程技术加工出来的新型微生物，具有多功能、高效和适应性强等特点。
主要应用于治理海洋石油泄漏，生产基因工程药物，酵母基因工程中等方面。
而酵母基因工程中，酵母基因工程菌就是菌类细胞株系用的是酵母菌，能够发挥着一定的功能，可以提高发酵的效率。
酵母基因工程的优点：1.是真核生物，大多具有价高的安全性。
2.繁殖速度快，能大规模生产，具有降低基因工程产品成本的潜力。
3.将原核生物中已知的分子和基因操作技术与真核生物中复杂的转运后修饰能力相结合，能方便外缘基因的操作。
4.采用高表达启动子，可高效表达目的基因，而且可诱导调控。
5.提供了翻译后加工和分泌的环境，使得产物和天然蛋白质一样或类似。
6.酵母菌可表达外源蛋白与末端前导肽融合，指导新生肽分泌，同时在分泌过程中可对表达的蛋白进行糖基化修饰。
7.不会形成不溶性的包涵体，易于分离提纯8.移去起始甲硫氨酸，避免了在作为药物中使用中引起免疫反应的问题。
9.酵母菌（主要是酿酒酵母）已完成全基因组测序，他具有比大肠杆菌更完备的基因表达控制机制和对表达产物的加工修饰和分泌能力。
10.酵母可进行蛋白的N-乙酰化，C-甲基化，对定向到膜的胞内表达蛋白具有重要意义。
构建基因工程菌是一个复杂、繁琐的过程，因此构建酵母基因要注意：1、结构简单，易于研究2、繁殖能力强，数目多3、成本低，易于培养、4易于观察。
一．酵母基因工程菌的构建过程：1.目的基因的获取：获取目的基因是实施基因工程的第一步，有三种方法提取目的基因。
（1）从自然界中已有的物种中分离出来：.从基因文库中获取目的基因（俗称：鸟枪法）：将含有某种生物的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物不同的基因，称为基因文库。
酵母菌中表达外源蛋白的优势
2019/2/2
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Two-step gene replacement. This procedure allows the experimenter to introduce any type of mutation anywhere in the yeast genome, without leaving behind vector sequences or a selectable marker. The desired mutation with flanking sequences is cloned into a conventional plasmid that also contains a marker that can be selected both for and against. URA3 and ura4+ are usually employed for this purpose in S. cerevisiae and S. pombe, respectively. Then the plasmid is digested with a restriction enzyme that cuts once within the yeast sequences flanking the mutation and is introduced into yeast by transformation. The DNA break stimulates recombination within the flanking sequences, leading to integration of all the vector sequences and the mutated yeast sequences into the chromosome of the recipient yeast cell. Note that there is a duplication of the target sequences, with one copy containing the mutation and the other copy retaining the wild type sequence.
基因工程改造酵母菌用于生物乙醇生产的研究
基因工程改造酵母菌用于生物乙醇生产的研究现在的世界变化得真快啊，特别是在能源方面，咱们一方面想着如何不再依赖那些污染环境的化石燃料，另一方面又得考虑怎么让我们的生活变得更加环保、可持续。
你看，传统的石油、煤炭，大家都知道，它们在消耗的过程中对环境的伤害有多大。
而在这片被污染笼罩的天空下，咱们也不得不想想办法，怎么样才能找到既环保又能提供足够能源的替代方案呢？嘿！这里就不得不提到一种“神奇”的能源——生物乙醇。
它的魅力可不小，尤其是如果能利用基因工程技术来“改造”酵母菌，生产出来的生物乙醇，那可真是一件既环保又能为我们带来“绿色革命”的大事儿。
说到生物乙醇，很多人可能会有点儿疑惑：“乙醇不是酒精吗？你说它能做能源？”没错，你没听错，乙醇就是咱们平时喝的酒精，不过这种酒精有个特别的身份，那就是它也是一种清洁的燃料，可以用来替代石油，减少空气污染。
这种乙醇的制作可不仅仅是靠自然发酵的传统工艺了，咱们科学家用的是更“高端”的手段——基因工程。
通过这项技术，咱们能把酵母菌“改造成”超级生产乙醇的工厂，效率高得惊人，成本低得让人瞠目结舌。
说起来，酵母菌可是一个非常不简单的小家伙。
它生活在我们身边，通常在制作面包、酿酒时都会出现，咱们平时一想到它，脑袋里肯定浮现的是发酵和膨胀的面包。
然而，酵母菌除了这些本领，它在“生物乙醇生产”上，可是展现了强大的潜力。
通过基因工程，咱们可以“调整”它的基因，使其更高效地分解糖类，快速生产出乙醇。
这么一来，不仅节省了生产时间，还减少了那些繁琐的步骤，甚至可以让乙醇的产量大大提高，真是“画龙点睛”。
这个过程怎么说呢？其实就像给酵母菌“做手术”一样，把它的基因进行剪切、修改，给它加上一些新的功能。
要知道，基因工程技术可不是什么简单的活儿，就像做精细的手工活一样，每一刀每一刻都得小心谨慎。
科学家们通过这种方法，不仅让酵母菌产生更多的乙醇，还能让它适应不同的生产环境，甚至可以在低成本的情况下实现规模化生产。
酵母遗传学
酵母遗传学
酵母遗传学是研究酵母菌基因遗传和表达的学科。
酵母菌是单细胞真核生物，其基因组结构、遗传机制和代谢途径与人类有许多相似之处，被广泛应用于基因功能研究、药物筛选等领域。
酵母遗传学主要研究以下几个方面：
1.基因型和表型的遗传关系。
通过对不同基因型酵母菌的表型特征进行比较，探究基因在表型形成过程中的作用和调控机制。
2.基因表达调控机制。
酵母菌基因表达的调控受到许多内在和外在因素的影响，如转录因子、信号通路等。
酵母遗传学研究通过分析这些调控机制，揭示基因表达的规律和机理。
3.基因功能研究。
酵母菌基因组中有许多基因的功能仍不清楚，酵母遗传学研究通过基因敲除、基因突变等方法，揭示基因的功能和作用机制。
4.酵母菌在实践中的应用。
酵母菌作为模式生物被广泛用于基因工程、药物筛选等领域，酵母遗传学研究可以为相关应用提供理论和技术支持。
总之，酵母遗传学在现代生物学研究中起着重要的作用，为我们深入了解基因功能和表达规律提供了新的途径和思路。
- 1 -。
模式生物酵母菌
• 酵母中容易对其基因组做精确的人为突变， 当把末端与基因组的任何一个特定区域同 源的线性DNA 引入到酵母细胞中，酵母基 因组就会发生非常高的同源重组，导致目 标染色体序列被所用的目的染色体片段所 取代. 如精确地删除整个基因的编码区、 改变单个特定的密码子，甚至改变启动子 中一个特定的碱基对，这使得研究基因或 其调控序列的功能等具体问题变得比较容 易.
大肠杆菌基因组
• 大肠杆菌通常只有一条染色体，比高等生 物的基因组要小得多，并且具有较高的基 因密度（大约每1 kb 就有一个基因），没 有内含子和很少有重复DNA，易于寻找和分 析基因.
酵母菌基因组
• 通过对酵母全基因组序列测定，其基因组 大小约为12 Mb，初步确定了5 885 个编码 蛋白质的基因，140 个rRNA 基因、275 个 tRNA 基因，第一次揭示了一种真核生物的 全部基因的数目和大体上的功能分类. 酵 母基因组中有将近31％编码蛋白质或者具 有开放阅读框，与哺乳动物编码蛋白质的 基因有高度的同源性。
• 这种遗传交换系统主要通过两种方式构建 的.
• 第一种方式是大肠杆菌通过性结合交换DNA， 大肠杆菌的育性质粒（F 因子，F-factor） 具备把自身从一个细胞转移到另一个细胞 的能力. F 因子介导的结合是一个复制的 过程，F+细胞转移一个拷贝的F 因子给F细胞. 有时，F 因子整合到染色体中，就 会引起寄主染色体通过接合向F-细胞转移.
产乙肝表面抗原的重组巴斯德毕赤酵母
整合型重组巴斯德毕赤酵母的构建
PARS2 Bgl 5’II AOHXB1sAg
pBSAG151 11 kb
Bgl
II Bgl
3I’I
转化his-的受体细
AOX1
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Circular YACs can be
separated easily from
linear yeast chromosomes
using standard alkaline lysis
methods, and exhibit far
BAC that contains a yeast centromeric sequence, a marker (KAN) for selection in yeast, and two sequences homologous to those flanking the EcoRI site in a standard YAC (pYAC4)
由于大多数酿酒酵母中都含有天然2μ质 粒，YEp复制所需的酶可由2μ质粒提供
11
YEp can replicate as an independent plasmid in yeast cell.
Recombination between plasmid and chromosomal
LEU2 genes can integrate YEp
A 15 Mb yeast host chromosome background cannot be separated from the YACs by simple methods
19
Circular YACs have a number of advantages over classical YACs
YRp也可整合到酵母染色体中去，与YIp整 合过程相同
15
4. YCp载体
着丝粒区域是染色体均匀 分配的重要顺式作用元件
将着丝粒片段插入到YRp 质粒中，能明显改善质粒 在母细胞和子细胞中的均 匀分配，提高质粒在宿主 细胞增殖过程中的稳定性
YCp以低拷贝存在
16
YRp
YCpΒιβλιοθήκη 175. YAc毕赤酵母（Pichia pastoris）表达系统
能在以甲醇为唯一碳源和能源的培养基中 生长
表达效率高
8
一、酿酒酵母菌的克隆载体
1. YIp (Yeast Integration plasmid )
该类载体是在大肠杆菌质粒载体中插入酵 母的标记基因构成
没有酵母菌的复制子顺序，只有依靠携带 的酵母基因与酵母染色体上的同源DNA整 合到染色体上去
A human library was constructed with
an average insert size of 810 kb and
with some inserts as large as 1800 kb.
18
Classical YACs have a number of deficiencies as vectors
转化体十分稳定，但也可能发生第二次同 源重组
9
r
Amp
YIp5 Tetr
ori
染 色 体DNA
URA3 Ura3
10
2. YEp
酿酒酵母中的2μ质粒
几乎所有酿酒酵母菌株中都存在一个约 6.3kb的野生型2μ环状质粒，它在细胞内的拷 贝数约70～200
YIp中可插入整个或部分2μ质粒DNA片 段构成YEp
大多数是以酵母菌氨基酸或核苷酸合成 途径中的酶基因作为选择标记，如ARG4， LEU2，TRP1，HIS3，URA3
使用这些遗传标记时，受体菌应是相应 标记基因的突变型，且是稳定的突变体 （缺失突变或多点突变），利用遗传互 补进行转化体的筛选
5
6
7
常用的酵母宿主系统
酿酒酵母表达系统
食品级安全性 表达效率较低
3
Ampr
Tcr
Ori
URA3
Ampr
Tcr
2μ
YIp
Ori
Ampr
Tcr
Ori YEp
2μ URA3
ARS
Ampr
Tcr
YRp
URA3
CEN
TRP1
Ampr
pYAC
Ori
Ampr
Tcr
YCp
Ori
URA3
TEL
HIS4
TEL
TEL
Ampr
URA3
Tcr
YLp TEL
TEL
4
酵母菌载体的遗传标记基因
into yeast chromosomal DNA.
12
3. YRp
酿酒酵母基因组中每隔 30~40kb便有一个自主复 制序列（ARS）
The structure of ARS was shown to be a short (~100 bp) AT-rich sequence with the 17-bp core consensus WWWTTTAYRTTTWGTT (W=A or T, Y=T or C, and R=A or G)
含有ARS序列、遗传标记 基因及克隆位点的质粒组 成YRp
PstI
Amp ARS Ori
YRp12 6.9kb
Tc
BamHI
TRP1 URA3
EcoRI
13
YIp
YRp
14
YRp转化酵母的效率大幅度提高，但转化子 不稳定，经几代培养后，质粒丢失率高达 50%～70%，主要原因是YRp质粒不能在 母细胞和子细胞中均匀分配
第九章 酵母菌基因工程
1
酵母菌表达系统的优势
基因表达调控机理比较清楚，遗传操作相对简单 具有真核生物蛋白质翻译后加工修饰系统 酿酒酵母是安全型基因工程受体系统 大规模发酵工艺简单，成本低廉 可将外源基因表达产物分泌到培养基中 有助于阐明高等真核生物基因表达调控机理
2
酵母菌载体的类型
整合型（非自主复制型） 自主复制型
附加体型( yeast episomal plasmid, YEp): 复制起点来自于酿酒酵母的天然质粒-2μ质粒 染色体复制型( Yeast Replicating plasmid， YRp)：复制起点来自染色体上的自主复制序列 ARS (Autonomous replicating sequence)
It is estimated that 10 – 60% of clones in existing libraries represent chimeric DNA sequences
Many clones are unstable and tend to delete internal regions from their inserts or lose some YACs during mitotic growth.