第十二章+酵母基因工程
第十五章--酵母基因工程
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15.1.2 发展现状
o 在酵母基因工程中发展和应用较多的酵母: 酿酒酵母 乳酸克鲁维酵母（Kluyveromyces lactis） 巴斯德毕赤酵母（Pichia pastoris） 多形汉逊酵母（Hansenula polymorpha） 烷烃利用型降脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica） 粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe） o 应用:改造酵母本身用以提高发酵性能和表达异源 蛋白两方面。
15.1.3 发展趋势
1．解决酵母基因工程中还存在的缺陷 2．在人类基因组计划中的应用研究是一个重要的 发展方向 3．利用酵母基因工程筛选更多的新药 4．改造酿酒酵母自身，降低生产酒精的成本 5．酵母的生理承受极限研究将引起人们的关注
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15.2 酵母表达系统
15.2.1 酵母表达载体
典型的酵母表达载体均为大肠杆菌和酵母菌的穿梭 质粒。 o 原核部分：大肠杆菌中ori和抗生素抗性序列。 o 酵母部分：维持复制的元件，如附加型的2μm质 粒复制起点序列，或染色体的自主复制序列 （auto-replication sequence, ARS），或整合 型载体的整合介导区；酵母转化子的筛选组分以 及编码特定蛋白的基因启动子和终止子序列。 o 分泌型表达载体还要带有信号肽序列
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② 整合型载体
o 整合在酵母细胞染色体基因组DNA上，稳定性高, 但拷贝数量低。 o 不含酵母的复制起始区，而是含与受体菌株基 因组有某种程度同源性的一段DNA序列，能有效 介导载体与宿主染色体之间发生同源重组，使 载体整合到宿主染色体上并随同酵母染色体一 起复制。
外源基因整合靶位点—酵母rDNA单元 o 酵母rDNA单元大小为9.1kb，每个单元包含 有35S rRNA前体和5S rRNA基因，这两个转 录单元之间有非翻译区（NTS），在非翻译 区含有DNA复制原点，如图15-1所示。 o 在rDNA单元中有两个HOT区（激活rDNA间的 重组）和一个TOP区（抑制rDNA间的重组）。 o 如果所取rDNA片段只有HOT区，就容易发生 重组，整合拷贝就容易丢失。 o 如果所取的rDNA片段既有HOT区，又有TOP 区，或者两者都不存在，整合拷贝间就不 容易重组，整合拷贝就很稳定。
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。
第十五章：酵母菌基因工程选编
③易进行载体DNA的导入。DNA转化技 术的不断发展优化，多数酵母菌可 以取得较高的转化率；
④培养条件简单，容易进行高密度 发酵；
⑤能将外源基因表达产物分泌到培 养基中；
⑥有类似高等真核生物的蛋白质翻 译后的修饰功能。
2.缺陷在于：
①表达效率相对低； ②酵母常有密码子偏爱性，真核基
因在其中表达时需要人工修正。
2.含有ARS的YRp和YEp质粒及其构建
①ARS为酵母菌中的自主复制序列，大 小在0.8-1.5Kb,染色体上每30-40bp 就有一个ARS元件。
②由染色体ARS构成的质粒称为YRp，而 由2μ质粒构建的杂合质粒为YEp。
③上述两类质粒在酿酒酵母中的拷贝数 最高可达200个，但是经过几代培养 后，质粒丢失率达50%-70%，主要由 于分配不均匀所致。
三．抑制超糖基化作用的突变宿主菌
许多真核生物的蛋白质在其天门冬 酰胺侧链上接有寡糖基团，常常影 响蛋白质的生物活性。整个糖单位 由糖基核心和外侧糖链两部分组成。
酵母菌普遍拥有完整的糖基化系统，酿 酒酵母细胞内的天门冬酰胺侧链糖基修 饰和加工系统对来自高等动物和人的异 源蛋白活性表达是极为有利的，但野生 型酿酒酵母对异源蛋白的糖基化反应很 难控制，呈超糖基化倾向，因此超糖基 化缺陷菌株非常重要。
②YAC载体的装载量建
①YIP 载体由大肠杆菌质粒和酵母的 DNA 片段组成，可与受体或宿主的染色体 DNA 同源重组，整合进入宿主染色体中，酵母 片段只提供选择性标志，没有复制起点。
②转化率低（只有1-10转化子/微克DNA）， 但转化子遗传性稳定，多用于遗传分析。
一．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的研究的酵母菌包括：
基因工程：第四章-酵母基因工程
UBC4-UBC5双突变型：
UBC4-UBC5双突变型能大幅度削弱泛
素介导的蛋白降解。
7个泛素连接酶基因的突变对衰减蛋白 降解作用同样有效。
6、内源性蛋白酶缺陷型的突变宿主菌
酿酒酵母具有20多种蛋白酶 空泡蛋白酶基因PEP4野生型和
pep4-3突变株
B-半乳糖苷酶活性明显升高
（三） 酵母菌的载体系统
酵母基因工程
酵母菌作为外源基因表达受体菌的特征 酵母菌的宿主系统 酵母菌的载体系统 酵母菌的转化系统 酵母菌的表达系统 利用重组酵母生产乙肝疫苗
1974 Clarck-Walker和Miklos发现在多数酿酒酵母 中存在质粒。
1978 Hinnen将来自一株酿酒酵母的leu2基因导入 另一株酿酒酵母，弥补了后者leu2的缺陷， 标志着酵母表达系统建立。
酵母菌有4个泛素编码基因：
UBI1 编码泛素-羧基延伸蛋白52 对数生长期表达 稳定期关闭
UBI2 编码泛素-羧基延伸蛋白52 对数生长期表达 稳定期关闭
UBI3 编码泛素-羧基延伸蛋白76 对数生长期表达 稳定期关闭
UBI4 编码泛素五聚体
对数生长期关闭 稳定期表达
酵母菌有7个泛素连接酶基因：
UBC1、UBC2、UBC3、UBC4、UBC5、UBC6、UBC7
酵母菌表达外源基因的优势： 全基因组测序，基因表达调控机理清楚，遗传 操作简便。 具有真核生物蛋白翻译后加工修饰系统。 能将外源基因表达产物分泌至培养基中。 大规模发酵工艺简单、成本低廉。
不含特异性病毒、不产毒素，被美国FDA认定为 安全的基因工程受体系统。
酵母菌表达外源基因的缺点：
表达产物的糖基化位点和结构特点 与高等真核生物有差距。
特点：
酵母基因工程技术的综述与进展展望
酵母基因工程技术的综述与进展展望引言:酵母是一类常见的真核生物，广泛存在于自然界中。
由于酵母具有独特的细胞结构和代谢特性，成为许多科学研究的理想模型生物。
基因工程技术的发展使得研究者们能够通过编辑和改造酵母的基因组，来实现多种生物学和应用学的目标。
本文将对酵母基因工程技术的现状进行综述，并展望未来的发展前景。
一、酵母基因工程技术的发展历程酵母基因工程技术的研究始于20世纪70年代。
最早的酵母基因工程是通过改变酵母细胞的遗传背景，来研究基因功能。
而后，随着重组DNA技术的引入，酵母基因工程迅速发展起来。
1981年，科学家们成功地将人类基因插入到酵母细胞中，这是一个重大突破。
随后的几十年间，酵母基因组测序的完成以及基因敲除和基因重组技术的发展进一步推动了酵母基因工程技术的成熟。
二、酵母基因工程技术的应用领域1. 功能基因组学研究：通过酵母基因组的全面敲除和突变，可以研究基因的功能和相互作用。
这有助于更好地理解酵母细胞的生物学过程，也有助于揭示生物学中的一些基本原理。
2. 药物筛选和开发：酵母作为模型生物，在药物筛选和开发领域具有重要地位。
通过构建酵母表达外源蛋白的系统，可以进行大规模的化合物筛选，以寻找新的药物靶点和治疗方法。
3. 工业应用：酵母在生物技术和食品工业中具有广泛的应用。
例如，酵母可以被用于生产酒精、酵母提取物和酵母蛋白等。
通过基因工程技术改造酵母菌株，可以增加产量和改良产品的品质。
三、酵母基因工程技术的挑战与限制尽管酵母基因工程技术在许多领域中取得了显著进展，但仍然面临一些挑战和限制。
1. 基因组稳定性：酵母细胞往往会发生基因组重排和位点突变等现象，这导致基因敲除和基因重组等操作的结果不一致。
因此，在酵母基因工程中，确保基因组的稳定性仍然是一个关键问题。
2. 效率和选择性：目前的酵母基因工程技术中，基因敲除和基因重组等操作的效率相对较低，并且选择性也较差，这限制了其在实际应用中的广泛推广。
第十二章 基因工程育种PPT课件
PCR的反应体系
模板DNA 引物 4种dNTP Taq DNA聚合酶 含Mg2+的缓冲液。
PCR的基本反应步骤及原理
（1）变性：加热至95 ℃，使模板DNA解开成单链； （2）退火：温度降至适宜，使引物与模板互补结合； （3）延伸：温度升至72 ℃ ，DNA聚合酶以4种dNTP为
主要步骤包括：
1、目的基因的获得（ DNA片段的
切
取得）
2、重组体DNA（ DNA片段和载体
接
的连接）
3、外源DNA片段引入受体组体的筛选
三、基因工程的研究意义
概括地讲，其意义体现在以下三个方面：
1.大规模生产生物分子； 2.设计构建新物种； 3. 搜集、分离、鉴定生物信息资源。
一、DNA的制备 （一）质粒DNA的制备
1. 细菌培养物的生长 2. 质粒DNA的纯化 3. 细菌染色体DNA的制备
二、目的基因的产生与分离
1. 聚合酶链式反应性内切
核酸酶 。 4. 化学合成法：DNA合成仪。
（一） PCR
供体细胞 载体
目的基因 重 组D N A分 子
受体细胞
转化细胞
基因治疗 基因诊断
多肽药物 疫苗、抗体
转基因动物
(畜 牧业、 渔业 生 物反应 器)
转基因植物 冶金、环保
(农 业、林 业 轻工 、食品 生 物反应 器)
基因工程(gene engineering)常和以下名称混用
遗传工程(genetic engineering); 基因克隆(gene cloning); 分子克隆(molecular cloning); 基因操作(gene manipulation); 重组DNA技术(recombination DNA technique)
第十二章 酵母基因工程-PPT精选文档
凝集素展示表达系统
酿酒酵母细胞表面展示表达系统的应用 可应用于生物催化剂体库构建、免疫检 测及亲和纯化、癌症诊断等领域。
一、酵母菌作为外源基因表达受体菌的特征 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。
二、酵母菌表达外源基因的优 势： 全基因组测序，基因表达调控机理清楚， 遗传操作简便。 具有真核生物蛋白翻译后加工修饰系统。 能将外源基因表达产物分泌至培养基中。 大规模发酵工艺简单、成本低廉。 不含特异性病毒、不产毒素，被美国 FDA 认定为安全的基因工程受体系统。
B
REP2
同源重组
• 表达载体可以有自主复制型和整合型两种。 自主复制型质粒含有ARS，不稳定，拷贝 数高。 整合型质粒不含ARS，必需整合，拷贝数低 • 糖蛋白的核心寡聚糖链含有末端仅 1,3甘露 糖，所以，酿酒酵母常常用来制备亚单位 疫苗(如HBV疫苗、口蹄疫疫苗等)。
二、甲醇营养型酵母表达系统 表达载体中都含有甲醇酵母醇氧化酶基 因一(A0x1)，甲醇为诱导物 不宜于食品等蛋白生产 巴斯德毕赤酵母 生产医药用重组蛋白质
aph
cat
dhfr
cup1
suc2
ilv2
六、利用酵母菌表达外源基因的步骤 克隆重组→ →酶切线性→ →转化→ →筛选 转化子→ →小规模诱导鉴定表达量→ →大 规模培养以及制备
七、酵母表面展示系统 即把外源靶蛋白基因序列与特定的载体基因 序列融合后导入酵母细胞，利用酿酒酵母 细胞内蛋白转运到膜表面的机制（GPI锚定） 使靶蛋白定位于酵母细胞表面并进行表达。
第十二章
酵母基因工程
1974 1978
Clarck-Walker和Miklos发现在多数酿酒酵 Hinnen将来自一株酿酒酵母的leu2基因导
第十二章微生物发酵ppt
第十二章微生物发酵ppt
•四、微生物发酵的基本特征
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的
生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵
过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、
产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严
格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
第十二章微生物发酵ppt
• 五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
菌种，使菌种产生突变，以筛选出符合要求的优良菌种。随
着细胞工程、基因工程等技术的日益成熟，科学家开始构建
工程细胞或工程菌，用它们进行发酵，甚至能生产出一般微
生物所不能生产的产品。
第十二章微生物发酵ppt
•二、菌种培养基的配制
培养基是选择出的菌种生活的环境，对菌种有多方面的影响， 所以至关重要。一般来说，培养基的配方要经过反复的实验才 能确定。另外，发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即 整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至 得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些 杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基 和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
基因工程 酵母单杂交技术的原理及应用
酵母单杂交是在酵母双杂交的基础上，20世纪90年年代中期又发展起来的--用于核酸和文库蛋白之间的研究。
在酵母单杂交系统中，省略了在酵母双杂交系统中采用的BD-X蛋白质杂交体，而用特异的DNA序列取代DNAGal4结合位点。
将已知的特定顺式作用原件构建到最基本启动子（Pmin）上游，把报告基因连接到Pmin下游。
编码待测转录因子cDNA与已知酵母转录激活结构域（AD）融合表达载体导入酵母细胞，该基因产物如果能够和顺式作用原件结合，就能激活Pmin启动子，使报告基因得到表达。
转录因子与顺式元件结合，激活最基本启动子Pmin，使报告基因表达，若连接如3个以上顺式作用元件，可增强转录因子的识别和结合效率。
优点：简单易行，无需分离纯化蛋白，酵母菌属于真真核生物，杂交体系检测到的与DNA结合的蛋白质是处于自然构象克服了体外研究时蛋白通常处于非自然构象的缺点，因而灵敏性很高。
缺点：有时由于插入的靶元件与酵母内源转录激活因子可能发生相互作用，或插入的靶元件不需要转录激活因子就可以激活报道基因的转录，因而存在假阳性结果。
如果酵母表达的AD杂合蛋白对细胞有毒性或者融合蛋白在宿主细胞内不能稳定的表达，或者融合蛋白发生错误折叠，或者不能定位于细胞核内，以及融合的GAL4-AD封闭了蛋白上与DNA作用的位点则都可能干扰AD杂合蛋白结合于靶元件的能力，从而产生假阴性的结果。
酵母单杂交系统应用：1. 鉴别DNA结合位点，并发现潜在的结合蛋白基因，目前对于酵母单杂交技术的应用主要体现在这方面。
Chew et al（1999）应用酵母单杂交技术证实了在大鼠脑中存在的COUP-TFⅠ、EAR2和NURR1等蛋白质GRIK5基因的内含子结合蛋白。
2. 对DNA结合结构域进行分析如果能得到DNA结合结构域的结构信息,就可以用酵母单杂交技术对该结构进行分析.Mak et al（1996）运用此技术测试哺乳动物具有基本的螺旋- 环- 螺旋(bHLH)结构的转录因子,通过对肌调节因子4(MRF4)的研究，证实其具有转录活性。
大学《基因工程学》教学大纲
《基因工程学》课程教学大纲（Genetic Engineering）一、课程说明课程编码：02200200课程总学时（理论总学时/实践总学时）：48（48/0）周学时（理论学时/实践学时）：4（4/0）学分：31．课程性质：专业必修课。
2．适用专业与学时分配：适用生物技术专业。
教学内容与学时分配3．课程教学目的与要求：本课程的授课对象是生物技术专业的本科生。
课程简介：《基因工程》是生物技术专业的专业必修课程。
其以分子遗传学理论为基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段而建立起来的一门技术学科。
基因工程兴起于20世纪70年代初，它的问世带动了生物技术的兴起和发展，是现代生物技术的核心内容。
基因工程课程的主要内容包括基因的分离、基因的克隆、基因的表达、植物基因工程、动物基因工程、药物基因工程和基因治疗等。
它是生命科学学院生物技术专业本科生的主干专业课程之一，它是生物工程（包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程）中最重要的课程，其它三大工程是建立在基因工程基础之上的，同时也为生物技术制药等后继学科奠定了重要的理论基础。
课程目标：设置本课程是为了让生物技术专业的学生理解和掌握基因工程的技术原理，通过本课程学习，掌握基因操作的工具酶，基因克隆常用载体，目的基因的分离与合成，重组体的构建，重组体向宿主细胞的导入，重组体克隆的筛选与鉴定以及克隆基因的表达，同时了解基因工程在生物学领域中的应用与发展前景。
对学生达到毕业要求贡献如下：1）了解基因工程学的历史、发展和前沿知识。
2）掌握基因工程学的基础理论、基本知识和基本技能；教学要求：学完基因工程学后，学生将具备以下能力：1）具有良好的自学能力；2）综合运用所掌握的基因工程学理论知识和技能、从事生物科学及其相关领域科学研究的能力。
4．本门课程与其它课程关系：先修课程为生物化学、微生物学、分子生物学、细胞学等，具备基础理论知识及实验能力是基因工程学课程的基础。
遗传学第十二章遗传工程
遗传学第十二章遗传工程
第一节 遗传工程概述
遗传工程广义：细胞工程、染色体工程 细胞器工程、基因工程 酶工程、发酵工程
狭义：基因工程
基因工程概述
基因工程是20世纪70年代初随着DNA重 组技术的发展应运而生的一门新技术。
遗传学第十二局批准 ，采用基因工程方法在细菌中表达生 产的人的胰岛素进入市场，成为基因 工程产品直接造福于人类的首例
双链分离成单链
2）退火(复性)：55℃
左右，引物与单链的 模板DNA序列互补结合
3）延伸：72℃左右，
Taq酶通过在引物 的3’-OH端增加碱基的 办法使引物延伸遗传学第十二章遗传工程
表12-2 PCR循环数与PCR产物的拷贝数之间的关系
循环数 1 5 10 15 20 25 30
PCR产物拷贝数
6) 克隆的DNA可以转录遗传和学第翻十二译章遗，传工其程 产品可以被分离出来
图 12-5 遗重传学组第十二D章N遗A传技工程术流程
2、载体
载体：将外源基因送入受体细胞的工具 载体类型：细菌质粒、噬菌体或病毒、细菌 /酵母菌人工染色体BAC、YAC等 载体特点：
① 在宿主细胞中能独立复制，即本身为复制子 ，有独立的复制起始位点
Ⅰ型酶：仅EcoB和EcoK两种，催化限制 性切割和修饰核苷酸2种功能
Ⅱ型酶：遗传工程中应用最广泛
Ⅲ型酶：具有特异的识别位点，识别位 点是非对称的
遗传学第十二章遗传工程
Ⅱ型限制性酶的基本特性：
① 有特异识别和切割的序列部位 ② DNA分子上两个单链断裂的部位通
常不是直接相对的 ③ 断裂所形成的DNA片段常具有碱基
源基因的个体 4.转基因生物的检测与鉴定 5.转基因生物的安全性评价
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。
生物技术概论智慧树知到答案章节测试2023年上海交通大学
第一章测试1.第一种基因工程药物是由生产的？（）A:动物B:植物C:细菌D:酵母答案:C2.下面哪个不是生物技术包括的基本内容_________。
（）A:基因工程B:细胞工程C:遗传工程D:酶工程答案:C3.人类历史上诞生第一种生物技术是 ______ 。
（）A:农业技术B:疫苗技术C:发酵技术D:基因工程技术答案:A4.巴斯德在甜菜酿酒厂考察时在显微镜下仔细观察了发酸的葡萄酒，发现罪魁祸首是。
（）A:乳酸球菌B:丁酸杆菌C:丁酸球菌D:乳酸杆菌答案:D5.能够用于DNA检测的样本包括。
（）A:牙齿、骨骼B:口腔粘膜细胞C:血液、精液D:干净的衣物答案:ABC第二章测试1.基因这个名词是______年由遗传学家约翰逊 (W. Johamsen)提出来的。
（）A:1908B:1909C:1906D:1907答案:B2.在DNA分子中，基因的起始密码子是（）。
A:CGAB:TCGC:AGTD:ATG答案:D3.关于cDNA说法正确的是？（）A:其他B:与mRNA互补的单链DNAC:同mRNA互补的双链DNAD:以mRNA为模板合成的双链DNA答案:D4.提出DNA双螺旋结构的科学家（）A:克里克B:孟德尔C:沃森D:达尔文答案:AC5.酵母基因工程的优势是生产出来的蛋白（）。
A:产量高B:活性高C:成本低D:周期短答案:B第三章测试1.细胞培养所用的工具，灭菌常采用：（）A:高温高压B:重蒸C:过滤D:灼烧答案:A2.下列哪种在MS培养基中不起促进生长作用（）A:维生素B:肌醇C:氨基酸D:琼脂答案:D3.来源于不同种属的细胞进行体外培养，其细胞寿命是（）A:同类型细胞的寿命相同B:不相同C:相同D:细胞寿命与种属无关答案:B4.对多能干细胞的叙述正确的有（）A:未发生细胞决定B:可无限增殖C:未分化D:已发生细胞决定答案:BCD5.应用干细胞治疗疾病较传统方法具有的优点（）A:安全, 低毒性(或无毒性)B:治疗范围广阔C:治疗材料来源充足D:还可以应用自身干细胞移植，避免产生排斥反应答案:ABCD第四章测试1.下列关于发酵工程的说法，错误的是（）。
酵母分子生物学与基因工程研究
酵母分子生物学与基因工程研究酵母是一种单细胞真菌，广泛存在于自然界中，是一种极其重要的生物资源。
在生命科学中，酵母因具有不同寻常的遗传和分子生物学特性而成为一个实验科学家和生物技术研究人员的常用模型。
酵母分子生物学和遗传学的研究已经深化了对细胞周期、蛋白合成、遗传调控和细胞衰老等基本问题的理解。
同时，经过多年的研究，我们也发现，酵母很容易进行基因工程，因而被广泛应用于基因工程研究中。
一、酵母分子生物学研究在酵母分子生物学领域的研究中，人们主要关注酵母的遗传和生化特性，实现对酵母细胞的细致控制和扰动。
其中最重要的研究方向是研究细胞周期、蛋白合成、遗传调控和细胞衰老等基本问题。
1. 细胞周期细胞周期是细胞分裂和增殖的基本过程。
在酵母中，细胞周期通过调节细胞分裂周期的步骤来进行。
酵母细胞在离子和氧气充足的情况下生长很快，其细胞周期仅为2至4小时。
如果细胞受到应激，细胞周期的长度可能会变长，这是因为生长阶段被严重延迟，同时分裂阶段也需要时间来进行。
因此，酵母的细胞周期可以被建模和对其进行数据分析。
这有助于把酵母作为一个模型细胞使用，并对细胞分裂周期进行研究。
2. 蛋白合成蛋白合成是细胞生命周期中最重要的基本过程之一。
酵母呈现了很多不同类型的蛋白质合成模式，包括编码激活特定结构的蛋白质，以及在酵母细胞死亡、肿瘤和其他疾病中起作用的重要酶类的合成。
因此，进行酵母蛋白质合成研究能够进一步加深对细胞生长和分裂的理解。
3. 遗传调控酵母被广泛地应用于生物学研究的原因之一就在于它们的积累很快。
通过遗传杂交和新基因引入等方案，可以确保酵母具有人工引入的基因。
基因诱变和细胞群集分析在酵母敲除和过度表达中也被广泛应用。
因此，酵母的研究有助于理解遗传调控的机制。
4. 细胞衰老酵母的寿命很短，通常仅为数天或数周。
它们的寿命不受疾病、能量饥饿和其他外部因素的干扰。
因此，研究酵母序列和药物等因素对细胞衰老的影响可以为人类提供有关寿命和衰老机制的信息。
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。
酵母菌的基因工程
5.2.3 酵母菌的转化系统 酵母菌的转化程序 转化质粒在酵母细胞中的命运 用于转化子筛选的标记基因
酵母菌的转化程序
酵母菌原生质体转化法 早期酵母菌的转化都采用在等渗缓冲液中稳 定的原生质球转化法。在Ca2+和PEG的存在下， 转化细胞可达存活的原生质球总数的1%-5%。但 是操作周期长，而且转化效率受到原生质再生率 的严重制约。 原生质转化法德一个显著特点是，一个受体 细胞可同时接纳多个质粒分子，而且这种共转化 的原生质占转化子总数的25%-33%。
显性标记基因 显性标记基因的编码产物只
标记基因 编码产物 遗传表型
Aph Cat Dhfr Cup1 Suc2 Ilv2
氨基糖苷转移酶 氯霉素乙酰转移酶 二氢叶酸还原酶 铜离子螯合物 蔗糖转化酶 乙酰乳糖合成酶
抗G418 抗氯霉素 抗氨甲喋呤和磺胺 耐受铜离子 耐受高浓度蔗糖 抗硫酰脲除草剂
5.2.4 酵母菌的表达系统 酵母菌启动子的基本特征和选择 酵母菌启动子的可调控表达系统 外源基因在酵母菌中表达的限制因素 酵母菌表达系统的选择
突变类型
mnn alg och
生物效应
甘露糖生物合成缺陷型 天门冬酰胺侧链糖基化缺陷 外侧糖链添加缺陷型
减少泛蛋白因子依赖型蛋白降解作用的突变宿主菌
泛素介导的蛋白质降解作用
靶蛋白
Lys Lys
Ubiquitin 76 aa Ubiquitin ligase E3
靶蛋白
Lys
Ubiquitin ligase E3
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。
基因工程与酵母菌表面展示载体构建
基因工程与酵母菌表面展示载体构建基因工程是一种利用生物技术手段对生物体的基因进行修改和重新组合的过程。
而酵母菌表面展示载体则是一种将外源蛋白质表达在酵母菌表面的工具，用于研究和应用于生物医药领域。
本文将介绍基因工程与酵母菌表面展示载体构建的相关知识和步骤。
首先，进行基因构建前的准备工作。
确定目标蛋白质的序列，为此可以利用已有的文献或数据库进行搜索和筛选。
然后选择合适的酵母菌表面展示载体进行基因的导入和表达。
酵母菌表面展示载体一般包括信号序列、载体复制源、选择标记和目标蛋白质的表达区。
其次，进行基因克隆。
将目标蛋白质的基因序列与酵母菌表面展示载体连接在一起。
这可以通过PCR扩增目标基因、线性化载体，然后利用连接酶将目标基因和载体连接。
也可以利用限制酶将目标基因和载体进行酶切，然后进行连接。
然后，将构建好的基因载体导入酵母菌细胞中。
酵母菌细胞可以利用电转化、化学转化或冷冻转化等方法进行导入。
其中，电转化是最常用的方法，它利用高压脉冲将DNA导入细胞内。
接着，进行酵母菌细胞的培养和表达。
将导入基因载体的酵母菌细胞培养在适当的培养基中，利用荧光检测、Western blot或质谱等方法确认目标蛋白质在细胞内的表达情况。
如果目标蛋白质表达不稳定或表达量较低，可以尝试优化培养条件、选择合适的诱导剂或筛选高表达株系，以提高目标蛋白质的表达水平。
最后，进行酵母菌表面展示验证。
利用荧光显微镜、流式细胞术或ELISA等技术，检测目标蛋白质是否成功表达在酵母菌表面，并研究其在表面展示状态下的稳定性与活性。
还可以利用此酵母菌表面展示系统进行基因工程和酵母菌载体的进一步应用研究，比如疫苗研发、抗体筛选、高通量蛋白质互作研究等。
总结起来，基因工程与酵母菌表面展示载体构建是一项复杂而又有趣的科研工作。
通过合理的基因构建、基因导入和表达调控等步骤，可以实现目标蛋白质的可视化表达和展示，为生物医药领域的研究和应用提供了有力的工具和手段。
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巴斯德毕赤酵母 生产医药用重组蛋白质
毕赤酵母表达系统的特点
➢含有特有的强有力的AOX（醇氧化酶基因） 启动子，用甲醇可严格地调控外源基因的表达
➢表达水平高，即可在胞内表达，又可分泌型表 达。
➢发酵工艺成熟，易放大。
➢培养成本低，产物易分离。
➢外源蛋白基因遗传稳定。
➢作为真核表达系统，毕赤酵母具有真核生物的 亚细胞结构，具有糖基化、脂肪酰化Βιβλιοθήκη 蛋白磷 酸化等翻译后修饰加工功能。
同源重组
• 表达载体可以有自主复制型和整合型两种。 自主复制型质粒含有ARS，不稳定，拷贝 数高。 整合型质粒不含ARS，必需整合，拷贝数低
• 糖蛋白的核心寡聚糖链含有末端仅 1,3甘露 糖，所以，酿酒酵母常常用来制备亚单位 疫苗(如HBV疫苗、口蹄疫疫苗等)。
二、甲醇营养型酵母表达系统
表达载体中都含有甲醇酵母醇氧化酶基 因一(A0x1)，甲醇为诱导物
如：leu1/leu2、trp1、his3/his4、ura3
选择压力：不完全培养基 如：YNB、无机盐培养基
显性标记基因
编码产物主要是毒性物质的抗性蛋白
标记基因 编码产物 遗传表型
aph 氨基糖苷转移酶 抗G418
cat 氯霉素乙酰转移酶 抗氯霉素
dhfr 二氢叶酸还原酶 抗氨甲喋呤和磺胺
铜离子螯合物
耐受铜离子
cup1 蔗糖转化酶
耐受高浓度蔗糖
suc2 乙酰乳糖合成酶 抗硫酰脲除草剂
ilv2
六、利用酵母菌表达外源基因的步骤
克隆重组→ →酶切线性→ →转化→ →筛选 转化子→ →小规模诱导鉴定表达量→ →大 规模培养以及制备
七、酵母表面展示系统 即把外源靶蛋白基因序列与特定的载体基因 序列融合后导入酵母细胞，利用酿酒酵母 细胞内蛋白转运到膜表面的机制（GPI锚定） 使靶蛋白定位于酵母细胞表面并进行表达。
幻灯片 5
第二节 常用酵母表达系统
一、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)
表达系统
酿酒酵母中的2环状质粒：
野生型，双链、环状，
6kb，拷贝数50-100。
A
IRs: 反向重复序列，同源重组
FLP: 编码产物驱动IRs同源重组
REP: 编码产物控制质粒稳定性
B
STB: REP结合位点
• 幻灯片 24
凝集素展示表达系统
酿酒酵母细胞表面展示表达系统的应用
可应用于生物催化剂体库构建、免疫检 测及亲和纯化、癌症诊断等领域。
不含特异性病毒、不产毒素，被美国FDA 认定为安全的基因工程受体系统。
不足之处 产物蛋白质的不均一、信号肽加工不完全、 内部降解、多聚体形成等
幻灯片 7
解决内部降解的方法
在培养基中加入富含氨基酸和多肽的蛋白 胨或酪蛋白水解物；
将培养基的pH值调成酸性，以抑制中性蛋 白酶的活性；
利用蛋白酶缺失酵母突变体进行外源基因 的表达。
三、裂殖酵母(Schizogenesis pombe)表达 系统
外源基因产物具有相应天然蛋白质的构象和 活性。 研究较少。
四、酵母菌的转化方法 原生质体转化法 碱金属离子介导转化法 电击转化法
原生质体转化法
在Ca2+和PEG存在下，转化子可达原生质体 总数的1-2%。 特点： 1个受体细胞可同时接纳多个质粒分子，这种 共转化的原生质体占转化子总数的25-33%； 对线型和环状DNA的吸收没有特异性。
3）电击转化法
酵母菌完整细胞或原生质体可在电击下 吸收质粒DNA。 特性：
转化率高，达105/g D操N作A方；便； 适用范围广。
五、用于转化子筛选的标记基因 营养缺陷型互补基因 显性基因
营养缺陷型互补基因
宿主菌：氨基酸或核苷酸生物合成缺陷型突变 如：LEU-、TRP-、HIS-、URA-
载体：携带相应的合成基因
序
一、酵母菌作为外源基因表达受体菌的特征 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。
二、酵母菌表达外源基因的优 势：全基因组测序，基因表达调控机理清楚，
遗传操作简便。 具有真核生物蛋白翻译后加工修饰系统。 能将外源基因表达产物分泌至培养基中。 大规模发酵工艺简单、成本低廉。
原生质体转化法的缺点： 操作周期长； 转化率受原生质再生率的严重制约。
2）碱金属离子介导转化法 酵 母 菌 完 整 细 胞 经 碱 金 属 离 子 ( 如 Li+) 、
PEG、热休克处理后，可高效吸收质粒DNA。 特点：
共转化现象极为罕见；
吸收线型DNA的能力明显大于环状DNA， 二者相差80倍。
幻灯片 26
• ＧＰＩ锚定区域与细胞蛋白的Ｃ-端共价相连， 为蛋白与细胞膜提供稳定的连接。ＧＰＩ锚定 蛋白的Ｃ-端包含疏水多肽，当细胞蛋白被合成， 前体蛋白通过羧基末端的疏水序列锚定在内质 网膜上，其余蛋白则位于内质网的内腔中。在 极短的时间内，疏水序列在转酰氨基酶作用下 ω位点裂开并同时被ＧＰＩ锚置换，然后蛋白 被运输到高尔基体再通过分泌途径分泌至细胞 膜外。在蛋白水解酶作用下，分泌信号序列被 切除，细胞蛋白被ＰＩ-ＰＬＣ从细胞膜上释放 以ＧＰＩ锚定形式与葡聚糖共价相连并被转运 至细胞壁外。
第十二章 酵母基因工程
1974 Clarck-Walker和Miklos发现在多数酿酒酵 母中存在质粒。
1978 Hinnen将来自一株酿酒酵母的leu2基因导 入另一株酿酒酵母，弥补了后者leu2的缺陷，标
志着酵母表达系统建立 1981 Hitzeman用酿酒酵母成功表达人IFN。 1983 我国首次用酵母菌表达HBV HBsAg基因。 1996 完成第一个真核生物--酿酒酵母全基因组测