酵母遗传

图 酿酒酵母的生活史
酿酒酵母的生活史
二、酵母接合型基因的遗传分析 (一) 两个不同接合型单倍体细胞的细胞质配合 酿酒酵母的单倍体细胞可分为a和α两种接合型, a接合型和α接合型细胞的交配过程是通过可扩散性的a因 子信息素和α-因子信息素的相互交换而起始的。 1. a-因子信息素 和α-因子信息素(α-factor pheromone) α接合型细胞：分泌α-因子信息素, α-因子信息素与a细胞中 STE2基因编码的受体蛋白结合。
从酵母基因组全序列来看，其基因密度较高，平均每个可 读框(open reading frame, ORF) 约为1.4 kb，而基因间的平均间 隔为600 bp，即大约70%的区域由ORF组成。其中一半是已知 的基因或与已知基因有关的基因，其余是新基因。
表 酵母基因组中染色体DNA的长度及一些因子在染色体上的分布情况
图7-4 酵母端粒结构和相邻序列示意图
三、 复制起点 酵母染色体上控制DNA复制起始的短的DNA序列就是 酵 母 的 复 制 起 点 , 通 常 称 为 自 主 复 制 序 列 (autonomously replicatory sequences, ARS)。 将ARS克隆到质粒中,能使质粒DNA在酵母中自主复制。 自从1979年首次发现酿酒酵母的ARS以来,已经对ARS的结构 和功能进行了深入研究。 在酿酒酵母基因组中ARS总数约400,但使用频率不同,变 动在10%～100%。
在嗜杀株中存在两种线状双链RNA(dsRNA):M-dsRNA 质 粒 的 分 子 量 为 1.0 ～ 1.7×106D, 决 定 嗜 杀 酵 母 的 嗜 杀 表 型;L-dsRNA质粒的分子量为2.5～3×106D,编码自身以及MdsRNA质粒的主要外壳蛋白。
图7-9 酵母中的嗜杀现象
第五节
接合型基因及其基因转换
图 第III染色体上200kb的染色体片段(从染色体左臂端粒到 接合性基因MAT)上的ARS起始复制示意图
第来自百度文库节 酵母中的质粒
一、酵母中的2 um质粒 酵母中的2 um质粒是一个环状、周长2um的6 kb双链 DNA分子。存在于大多数啤酒酵母的菌株中，位于酵母细 胞核内，拷贝数为50-100。 它的最显著特征是质粒上有两个600 bp长的反向重复序 列 (IR)，这两个IR中间由一个2.7kb的大单一区域和2.3kb的 小单一区域所间隔。 在酵母细胞中，由于这两个IR间的相互重组，产生两种 互变异构型的混合质粒，即A型和B型。(图)。
ARS604 ARS605 ARS606
TTTTACGTTTT AaTTACGTTTT ATTTATATTTT
ARS607
ARS608 ARS609 RDNA ARS
gTTTATATTTA
TTTTACtTTTA TTTTATGTTTT gTTTATGTTTT
图7-5 酵母ARS的结构 a. ARS1的结构
染色体 长度(kb) 基因数 (编码蛋白质) tRNA基因数 rRNA基因 Ty1 Ty2 Ty3 Ty4 Ty5 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 230 813 315 107 392 160 2 13 10 0 0 0 1 0 0 0 0 2 1 0 0 0 0 1 0 0 1
Ⅳ
Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ ⅩⅢ ⅩⅣ
图7-8 酵母2um质粒
二、嗜杀现象 生物界中广泛存在着相互杀死现象,借此以维持生物种属 的特性。1963年,Bevan和Makower发现 酿酒酵母中的某
些酵母可以产生毒素而杀死其它酵母,这种现象被称 为嗜杀现象。
一般的嗜杀酵母的嗜杀现象是由两种具有自我复制能力 的细胞遗传因子---双链线状RNA(dsRNA)决定的,它们通常 以蛋白质外壳包裹着的粒子状态存在于细胞质中,但不具有 体外侵染的特性,与病毒粒子不同,故称之为嗜杀质粒。
表1 酿酒酵母中18种ACS序列的比较
ARS 因子
ARS1 HO ARS
ACS序列
TTTTATGTTTA TTTaATATTTT
H4 ARS
ARS307 ARS307 ARS121 HMR E ARS ARS601 ARS602 ARS603 ARS603
TTTTATGTTTT
ATTTATGTTTTa TTTTtTATTTAa TgTTtTGTTTA TTTTATATTTA ATTTcCATTTT TTaTACGTTTA TTTcATATTTTa TTTaAaGTTTTa
140
4 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
4 2 0 0 0 4 0 0 0 0 2 1 0 0 0
ⅩⅤ
XⅥ
1，091
948
566
461
20
17 0
0
2 2 0 0 0
4 0 0 1 0
总数
染色体 长度(kb) 基因数 (编码蛋白质) tRNA基因数 rRNA基因 Ty1 Ty2 Ty3 Ty4 Ty5
在粟酒裂殖酵母的基因组中也有 ARS，平均约每20～ 50kb的染色体DNA上有一个ARS。
1. 自主复制序列ARS的结构: 酿酒酵母中, ARS是长度为100～200bp 、富含AT的DNA 片段。
根据其在质粒中稳定性的实验结果来看,可将ARS分为A、B、 C三个结构域,其中A和B最为重要。 A是由11bp核苷酸(A/T)TTTAT(A/G)TTT(A/T)组成的保 守序列,称为ARS共有序列(ARS consebsus sequence, ACS)。 所有的ARS都含有一个完全相同或非常相似的ACS。 ACS内单一碱基的突变能降低或消除起始功能。
图 几种生物着丝粒结构
图7-3 酵母着丝粒结构的模型
在酿酒酵母中,所有的着丝粒序列都含有大约130bp长的序 列,每条染色体的着丝粒序列(centromeric seguence,CEN)都分 为三个区,由5’→3’依次为CDEⅠ、CDEⅡ和CDEⅢ。
CDEⅠ和CDEⅢ是两个共有序列,位于两侧,中间是由78～ 86个核苷酸组成的CDEⅡ,CDEⅡ的核苷酸序列中>90%是 A+T序列,所以容易弯曲(图)。
b. ARS307的结构
c. ARS121的结构
2. ARS启动染色体复制的活性 在酿酒酵母基因组中约有400个ARS, 但是并不是所有 的ARS都具有染色体自主复制活性。当将这些染色体上的 ARS克隆到质粒上时,却具有自主复制的特性。 曾对第Ⅲ染色体上200kb的染色体片段(从染色体左臂端 粒到接合性基因MAT,占第Ⅲ染色体长度的62%)上的ARS 进行了系统分析,ARS编号从300到314。 其中305、306、307、309和310在大多数细胞循环中都 具有复制起始活性;ARS308仅在10-20%的细胞循环中能起 始复制;而其余的ARS则无染色体起始复制活性(图 )。 为何ARS在质粒中具有活性,而在原染色体上却无活性, 这一问题还有待于进一步探讨。
粘菌
四膜虫 酿酒酵母 脉孢菌
TAGGG
TTGGGG TG1-3 TTAGGG
在酵母中,与端粒联合的DNA有两类: X和Y’。 X是保守性较差的序列,长度为0.3-3.7kb,存在于大多数染色 体上。 Y’高度保守,长度为6.7kb。三分之二的端粒含有1-4个拷贝的 Y’(图 )。 端粒联合的DNA X和Y’对于端粒来说并不是必需的,它们对 端粒的稳定、染色体断裂后的修复以及在减数分裂中染色体 联会起辅助作用。 在端粒联合DNA X和Y’之间还有一段端粒重复序列,约 50～130bp,这一段端粒重复序列可能是”备用”端粒,当染 色体断裂或从端粒处被降解时,这段序列可以作为端粒酶的 引物延伸端粒。 另外,X和Y’序列中都含有自主复制序列(ARS),能使质粒 DNA在酵母中自主复制,但对端粒的复制和功能不起很大作 用。
一、酿酒酵母菌的生活史
在酵母的生活史中有单倍体和二倍体两种状态,单倍体和 二倍体都可以通过不对称的出芽方式进行营养体的增殖。 酿酒酵母的有性生殖有同宗配合和异宗配合之分。不论 哪一种类型的接合,接合子均又可通过出芽的方式进行二倍 体细胞的增殖。当环境条件变化时,二倍体细胞才发生减数 分裂,形成4个子囊孢子
16
12，068
5885
275 140 33 13 2 3 1
第二节 酵母菌的染色体结构和特征
一、 着丝粒(centromere)
着丝粒是真核细胞染色体DNA上的一段特殊序列。在有丝 分裂和减数分裂时,纺锤丝(着丝粒结合蛋白)与着丝粒结合,将染 色体拉向细胞的两极。
着丝粒有两种主要类型: 第一种类型的着丝粒序列很短(～ 200bp),又叫点着丝粒(point centromere),芽殖酵母的着丝粒就属 于这种类型。 第二种类型的着丝粒也叫区域着丝粒(regional centromere),其 特征是着丝粒序列较长(从40kb到几个mb),含有很多重复序列, 真菌(如脉胞霉菌)、果蝇、哺乳动物和人的着丝粒都具有这种 结构特征,见图 。
1，532
577 270 1，091 563 440 745 667 1，078 924 784
747
278 130 515 276 220 358 314 506 457 398
27
20 10 36 11 10 24 16 22 21 16 0 0 0
0
6 3 0 0 0
1 1 0 0 0 0 1 0 0 0
编码核糖体RNA(rRNA)的140个基因以大的串联形式排列 在第Ⅻ染色体上；编码小的核RNA分子(rnRNA)的40个基因分 散排列在16条染色体上；275个tRNA基因 (属于43个家族) 也 是分散于所有染色体中。 在酿酒酵母中约4%编码蛋白质的基因含有内含子，而在粟 酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)中，40%有内含子。
CDEⅠ
CDEⅡ
CDEⅢ
A
A
T
TCACTG---78～86bp(90%A+T)---TGTTT GNTTTCCGAAANNNAAAAA G G A
图 酵母着丝粒序列
二、端粒(telomere) 端粒是真核生物线性染色体两端的特殊DNA-蛋白质复合 体结构，这种复合体结构是由重复序列组成的DNA序列和与 之相结合的蛋白质分子构成。 端粒的功能一般认为有以下几点：(1)维持染色体结构的 完整性 如果失去端粒，则染色体的末端呈现高度的不稳定 性，并且使染色体末端与其它断裂片段相融合。 (2)保证染色体末端的完整性 端粒在DNA复制过程中有 不同于普通染色体DNA的复制行为，因而能够保证DNA在半 保留复制后，作为DNA复制引物的5’-RNA被DNA切去，而 不致于损失结构基因。 (3)端粒通过与核膜结合，使染色体末端定位于核膜边缘。
在大多数生物中,端粒DNA由几个碱基组成的DNA重复 单位通过串联重复而形成,长度从20bp到几个kb不等(表 )。 酿酒酵母端粒的长度约为300bp,端粒的DNA重复单位为
5’C1-3A... 3’G1-3T..
表1. 端粒的DNA重复序列 生物种类 拟南芥 人 DNA重复序列 TTTAGGG TTAGGG
第 章 酵母菌的遗传 酵母菌属于真核类微生物，其细胞内除了具 有与原核生物不同的由核膜包围的核以外，还象 其它真核细胞一样，含有其它细胞器. 酵母的基因组只是大肠杆菌的2.6倍，因此酵 母已成为目前在分子水平上研究真核生物的重要 材料。
第一节 酵母基因组 ★ 1996年，在英国、美国、欧洲、日本等国600位科学家的 共同努力下完成了酿酒酵母全基因组的测序工作，是当时完 成测序的最大基因组，也是真核生物中第一个被测序的生物。 ★ 基因组中没有明显的操纵子结构，有间隔区和内含子序 列。 ★ 酿酒酵母的单倍体细胞含有16条染色体，总长度为12 068kb，其中第Ⅰ条染色体最短，长度只有230 kb,第Ⅳ条染 色体最长，长度为1532 kb，见表1。 ★ 从表1中可看出，在酿酒酵母的12068 kb基因组中， 5885 ORFs是可能编码蛋白质的基因，编码蛋白质的基因平 均长度为2kb。除此之外，约140个基因编码核糖体RNA (rRNA)，40个基因编码小的核RNA分子(rnRNA)，275个基 因编码tRNA。