汪世华分子生物学 4
汪世华分子生物学2
UV absorption
*Nucleic acids absorb UV light due to
the conjugated aromatic nature of the bases;
*The wavelength of maximum
absorption of light by both DNA and RNA is 260 nm (max= 260 nm), which is conveniently distinct from the max of protein(280 nm).
• Northern blotting involves the use of
electrophoresis to separate RNA samples by size and detection with a hybridization probe complementary to part of or the entire target sequence.
Chapter 2 DNA and Chromosome
2.1 DNA structure
Primary structure
(Nucleotide residue sequence)
Secondary structure
(DNA double helix)
Advance structure
(DNA supercoiling)
molecular biology for detection of a specific DNA sequence in DNA samples.
Southern blotting combines transfer
of electrophoresis-separated DNA fragments to a filter membrane and subsequent fragment detection by probe hybridization.
2024版年度现代分子生物学(全套课件180P)ppt课件
链的延伸
RNA聚合酶沿DNA模板 移动,催化RNA链的延
伸。
转录终止
RNA聚合酶在特定信号 作用下停止转录,释放
RNA链。
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转录后修饰
包括5’端加帽、3’端 加尾等修饰过程。
RNA的加工与成熟
剪接
去除内含子,连接外显子,形成成熟的 mRNA。
编辑
对某些核苷酸进行修饰或替换,改变RNA的 编码信息。
DNA复制和修复过程中的突变 和重组为生物进化提供了原材
料。
疾病发生与发展
DNA复制和修复异常可能导致 基因突变和基因组不稳定,进
而引发疾病的发生和发展。
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04
RNA转录与加工
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RNA转录的过程与机制
转录起始
RNA聚合酶与DNA模板 结合,形成转录起始复
合物。
疗。
基因治疗
通过导入正常基因或修复突变基 因,恢复细胞功能,达到治疗疾
病的目的。
精准医疗
结合基因诊断与治疗,为患者提 供定制化的治疗方案,提高治疗
效果和生活质量。
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07
分子生物学技术与应用
2024/2A重组技术
利用限制性内切酶、DNA连接酶等工具酶,实现 DNA片段的切割、连接和重组,构建重组DNA分子。
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基因组的组成与特点
基因组的定义
基因组是一个生物体所有 基因的总和,包括核基因 组和细胞器基因组。
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基因组的组成
基因组由DNA序列、RNA 序列和蛋白质序列等组成, 其中DNA序列是主要的遗 传物质。
基因组的特点
分子生物学课程教学大纲
分子生物学课程教学大纲课程名称:分子生物学(Molecular Biology)课程编号:1313072215课程类别:专业课总学时数:68 课内实验时数:18学分:3.5开课单位:生命科学学院生物技术教研室适用专业:生物技术适用对象:本科(四年)一、课程的性质、类型、目的和任务分子生物学为高等学校生物技术专业学生必修的一门专业基础课,是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科,主要研究核酸、蛋白质等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的科学,是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘,由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。
通过分子生物学的教学,应使学生了解分子生物学的发展历史以及最新研究成果;熟练掌握DNA的结构与功能、RNA在蛋白质合成中的功能、蛋白质的结构与功能、遗传密码及基因表达调控的本质;了解现代分子生物学基本研究方法,并能运用分子生物学的理论知识分析、研究和解决问题,为进一步学习有关专业课程及从事基因工程领域的研究工作奠定基础。
二、本课程与其它课程的联系与分工从学科角度来讲,分子生物学涵盖面非常广,与生物学、生物化学和细胞生物学、遗传学等生命科学课程有交叉,《生物化学》是先修课程。
三、教学内容及教学基本要求[1]表示“了解”;[2]表示“理解”或“熟悉”;[3]表示“掌握”;△表示自学内容;○表示略讲内容;第一章绪论第一节引言创世说与进化论[1];细胞学说[2];经典的生物化学和遗传学[3];DNA的发现[2]第二节分子生物学简史[1]第三节分子生物学研究的主要内容分子生物学的含义[3];DNA重组技术、基因工程技术概念[3];分子生物学研究的主要内容[3]第四节展望分子生物学的一些分支学科[1];分子生物学发展的趋势[1]重点:分子生物学的含义和研究内容难点:分子生物学的研究内容教学手段:多媒体教学教学方法:讲授法作业:1.简述阵德尔、摩尔根和沃森等人对分子生物学发展的主要贡献。
(2021年整理)现代分子生物学(第4版)_课后思考题答案
答:1,装上5′端帽子;2,装上3′端多聚A尾巴;3,剪接:将mRNA前体上的居间顺序切除,再将被隔开的蛋白质编码区连接起来。剪接过程是由细胞核小分子RNA参与完成的,被切除的居间顺序形成套索形;4,修饰:mRNA分子内的某些部位常存在N6—甲基腺苷,它是由甲基化酶催化产生的,也是在转录后加工时修饰的。
(2)复合型转座子:复合型转座子是一类带有某些抗药性基因(或其他宿主基因)的转座子,其两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列,表明IS序列插入到某个功能基因两端时就可能产生复合转座子.一旦形成复合转座子,IS序列就不能再单独移动,因为它们的功能被修饰了,只能作为复合体移动.大部分情况下,这些转座子的转座能力是由IS序列决定和调节的。 除了末端带有IS序列的复合转座子外,还存在一些没有IS序列的,体积庞大的转座子(5000bp以上)-—TnA家族。
意义:该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征,最有价值的是确认了碱基配对原则,这是DNA复制、转录和反转录的分子基础,亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是20世纪生命科学的重大突破之一,它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。
7.DNA复制通常采取哪些方式?
①线性DNA双链的复制
(2) DNA复制的引发:RNA引物的合成 前导链:DNA双链解开为单链后,由引发酶(RNA聚合酶, Primase)在5’ →3’DNA模板上合成一段RNA引物,再由DNA 聚合酶从RNA引物3’端开始合成新的DNA链.然后以此为起点,进入DNA复制的延伸。后随链:后随链的引发过程由引发体(Primosome)来完成。引发体由6种蛋白组成的引发前体(Preprimosome)和引发酶(Primase)组成.引发体催化生成滞后链的RNA引物短链, 再由DNA聚合酶III 作用合成后续DNA,直至遇到下一个引物或冈崎片段为止。在滞后链上所合成的RNA引物非常短,一般只有3-5个核苷酸。而且,在同一种生物体细胞中这些引物都具有相似的序列。
现代分子生物学(第4版)__课后答案
第一章1简述孟德尔、摩尔根与沃森等人对分子生物学发展得主要贡献答:孟德尔得对分子生物学得发展得主要贡献在于她通过豌豆实验,发现了遗传规律、分离规律及自由组合规律;摩尔根得主要贡献在于发现染色体得遗传机制,创立染色体遗传理论,成为现代实验生物学奠基人;沃森与克里克在1953年提出DAN反向双平行双螺旋模型. 2写出DNA RNA得英文全称答:脱氧核糖核酸(DNA, Deoxyribonucleic acid),核糖核酸(RNA,Ribonucleic acid)3试述“有其父必有其子"得生物学本质答:其生物学本质就是基因遗传。
子代得性质由遗传所得得基因决定,而基因由于遗传得作用,其基因得一半来自于父方,一般来自于母方.4早期主要有哪些实验证实DNA就是遗传物质?写出这些实验得主要步骤答:一,肺炎双球菌感染实验,1,R型菌落粗糙,菌体无多糖荚膜,无毒,注入小鼠体内后,小鼠不死亡。
2,S型菌落光滑,菌体有多糖荚膜,有毒,注入到小鼠体内可以使小鼠患病死亡。
3,用加热得方法杀死S型细菌后注入到小鼠体内,小鼠不死亡;二,噬菌体侵染细菌得实验:1,噬菌体侵染细菌得实验过程:吸附→侵入→复制→组装→释放。
2,DNA中P得含量多,蛋白质中P得含量少;蛋白质中有S而DNA中没有S,所以用放射性同位素35S标记一部分噬菌体得蛋白质,用放射性同位素32P标记另一部分噬菌体得DNA。
用35P标记蛋白质得噬菌体侵染后,细菌体内无放射性,即表明噬菌体得蛋白质没有进入细菌内部;而用32P 标记DNA得噬菌体侵染细菌后,细菌体内有放射性,即表明噬菌体得DNA进入了细菌体内.三,烟草TMV得重建实验:1957年,Fraenkel-Conrat等人,将两个不同得TMV株系(S株系与HR株系)得蛋白质与RNA分别提取出来,然后相互对换,将S株系得蛋白质与HR 株系得RNA,或反过来将HR株系得蛋白质与S株系得RNA放在一起,重建形成两种杂种病毒,去感染烟草叶片。
《分子生物学》期末复习思考题(大学期末复习资料).doc
2015级附三院分子生物学复习题1、人类基因组计划的精髓是什么?2、如何应用人类基因组基础研究辅助临床医学?3、什么是基因表达?试述基因表达变化的特点及其调控对生物体的重要性。
4、真核生物中,基因的表达受不同水平的调控,请举其中三种。
5、为什么说转录起始的调控是基因表达调控的中心环节?6、举例说明DNA甲基化与肿瘤的关系。
7、如何通过动物建模的方式来评价创伤愈合新药的作用效果?8、对于新型促愈合药物可能的作用机制的研究思路9、试述外源基因在原核体系中的表达需要具备的条件,及影响外源基因表达的因素。
10、蛋白质的分离纯化技术依据蛋白质的性质分为哪几大类,请列举其中的一类,谈谈它的原理及应用。
11、以人GM-CSF为例,写出获得该基因工程重组蛋白纯品的流程。
12、干细胞应具备哪些生物学特点。
13、干细胞的不对称分裂。
14、什么是细胞分化?为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果?15、何为细胞的全能性?如何证明分化成熟体细胞的全能性?16、如何看待基因治疗(诊断)的安全性和社会伦理问题17、什么是表观遗传学?它主要研究什么内容?18、什么是甲基化,在调控基因表达过程中起什么作用?19、什么是基因印记?他的主要特征是什么?20、请叙述肝细胞对胰高血糖素或肾上腺素的反应过程?21、细胞膜在信号转导过程中怎样起作用?22、简述CRISPR/Cas-9的基本原理及优点(与传统的机遇同源重组的胚胎干细胞基因敲除相比较)23、为何在筛选出靶基因敲除的胚胎干细胞时还需要阴性筛选?简述更昔洛韦在胚胎干细胞阴性筛选中的作用机制。
24、siRNA、miRNA、Dicer protein、RISC、PTGS概念25、RNAi的作用机制26、分析解释Su Guo的实验结果27、真题:siRNA的在哪个层次抑制基因表达?为什么?28、真题:真核细胞中Non-coding RNA的种类和特点,以及其对基因表达调控的作用与顺式作用元件有何不同?29、什么是细胞凋亡?30、细胞凋亡有哪些主要途径?31、Bcl-2家族的分类和结构特征(了解)32、P53基因在细胞DNA损伤中的作用(了解)33、转录组及蛋白组的概念分别是什么?其研究内容分别包括哪些方面?34、如何利用转录组学及蛋白组学的方法筛选疾病相关基因?(写出主要的检测指标及其实验方法的名称)35、真题:比较基因组学、转录组学和蛋白质组学的研究内容及其常规技术?36、结合你的专业,论述线粒体与医学的关系。
2024年《分子生物学》全册配套完整教学课件pptx
运输功能
如载体蛋白,血红蛋白等 ,在生物体内运输各种物 质。
免疫功能
如抗体蛋白,参与生物体 的免疫应答。
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蛋白质的功能与调控
调节功能
如激素,生长因子等,调节生物 体的生长发育和代谢过程。
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储存功能
如植物种子中的贮藏蛋白,动物体 内的肌红蛋白等,储存能量和营养 物质。
个性化医疗
根据患者的基因信息,制定个 性化的治疗方案。
药物基因组学
预测患者对药物的反应和副作 用,指导合理用药。
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基因治疗的原理与应用
基因治疗的原理
通过导入正常基因或修复缺陷基因, 从而治疗由基因突变引起的疾病。
遗传性疾病的治疗
如视网膜色素变性、腺苷脱氨酶缺乏 症等。
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癌症治疗
利用基因编辑技术,修复或敲除癌症 相关基因,抑制肿瘤生长。
基因表达调控的层次
基因表达调控可分为转录前调控、转录水平调控、转录后调控和翻 译水平调控等多个层次。
基因表达调控的意义
基因表达调控对于生物体的生长发育、代谢、免疫应答等生理过程具 有重要意义,同时也是疾病发生发展的重要因素。
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原核生物的基因表达调控
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原核生物基因表达调控的特点
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DNA损伤的修复机制
直接修复
针对某些简单的DNA损伤,如碱 基错配,可通过特定的酶直接进行 修复。
碱基切除修复
通过识别并切除受损碱基,再合成 新的DNA片段进行修复。
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核苷酸切除修复
针对较严重的DNA损伤,如嘧啶 二聚体,通过切除一段包含受损部
2024版分子生物学课程教案完整版
目录•课程介绍与目标•DNA结构与功能•RNA结构与功能•蛋白质合成与功能•基因表达调控机制•DNA重组与修复技术•现代分子生物学研究方法•实验设计与操作技能培养课程介绍与目标分子生物学的定义分子生物学是研究生物大分子,特别是蛋白质和核酸的结构、功能、相互作用及其在生命过程中的作用的科学。
揭示生命本质通过研究生物大分子的结构和功能,揭示生命的本质和规律。
推动医学发展为医学领域提供理论支持和技术手段,推动疾病的预防、诊断和治疗。
促进生物技术发展为基因工程、蛋白质工程等生物技术提供理论基础和技术支持。
分子生物学定义及重要性01课程目标02掌握分子生物学的基本概念和原理。
03了解分子生物学的研究方法和技术。
课程目标与要求课程目标与要求•培养分析和解决分子生物学问题的能力。
课程要求完成课后作业和实验报告。
认真听讲,积极参与课堂讨论。
积极参与课堂外的学术活动和科研项目。
课程目标与要求《基因VIII 》,B.阿尔伯茨等编著,科学出版社。
参考书目教材:《分子生物学》(第二版),朱玉贤等编著,高等教育出版社。
《分子克隆实验指南》(第三版),J.萨姆布鲁克等编著,科学出版社。
《现代分子生物学》(第五版),R.F.韦克菲尔德编著,高等教育出版社。
教材及参考书目推荐0103020405DNA结构与功能由两条反向平行的多核苷酸链组成,围绕同一中心轴形成右手螺旋结构。
碱基互补配对原则:A-T、G-C,通过氢键连接。
磷酸和脱氧核糖交替连接,构成DNA链的基本骨架。
碱基平面与双螺旋结构的中心轴垂直,相邻碱基对之间的距离为0.34nm。
DNA双螺旋结构特点起始阶段识别DNA复制起点,解开双链DNA,形成复制叉。
延伸阶段在DNA聚合酶的作用下,以亲代DNA链为模板,按照碱基互补配对原则,合成新的子代DNA链。
终止阶段当复制叉相遇时,复制终止,新合成的两条子代DNA链分别与模板链分离。
DNA复制的特点半保留复制、边解旋边复制、双向复制。
2024版分子生物学课件[2]
分子生物学课件目录•分子生物学概述•DNA的结构与功能•RNA的结构与功能•基因的表达与调控•DNA复制、修复与重组•分子生物学技术与应用01分子生物学概述分子生物学的定义与发展分子生物学的定义分子生物学是研究生物大分子,特别是蛋白质和核酸的结构、功能、相互作用及其在生命过程中的作用的科学。
分子生物学的发展自20世纪50年代以来,随着DNA双螺旋结构的发现和遗传学中心法则的提出,分子生物学得到了迅速的发展。
目前,分子生物学已经成为生命科学领域中最活跃、最前沿的学科之一。
包括基因的结构、功能、表达调控以及基因组的结构、功能和进化等方面的研究。
基因与基因组的研究涉及DNA 复制、转录和翻译的过程、机制以及调控等方面的研究。
DNA 复制、转录和翻译的研究包括蛋白质的结构、功能、相互作用以及蛋白质组学等方面的研究。
蛋白质结构与功能的研究涉及基因表达调控的机制、转录因子、表观遗传学等方面的研究。
基因表达调控的研究分子生物学的研究内容分子生物学与生物学的关系分子生物学是生物学的一个分支01分子生物学是生物学的一个分支学科,它研究生物大分子的结构和功能,揭示生命的本质和规律。
分子生物学推动生物学的发展02分子生物学的发展推动了生物学各个领域的进步,如遗传学、细胞生物学、发育生物学等。
同时,分子生物学也为生物技术、生物医学等领域提供了重要的理论和技术支持。
生物学为分子生物学提供研究基础03生物学的研究为分子生物学提供了重要的研究基础,如细胞培养技术、基因克隆技术等。
这些技术的发展和应用为分子生物学的深入研究提供了有力的工具。
02DNA的结构与功能DNA的化学组成碱基包括腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)四种。
脱氧核糖是DNA分子的骨架,与磷酸基团交替连接构成DNA链的基本骨架。
磷酸基团与脱氧核糖通过磷酸二酯键连接,构成DNA链的骨架。
DNA的双螺旋结构双链反向平行DNA由两条多核苷酸链组成,这两条链围绕一个共同的中心轴盘绕,构成双螺旋结构。
分子生物学全套课件(2024)
2024/1/26
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蛋白质在细胞中的作用
蛋白质可以作为酶催化生物体内 的化学反应,维持生命活动的正 常进行。
蛋白质可以作为载体运输物质, 如血红蛋白运输氧气和二氧化碳 。
蛋白质可以作为抗体参与免疫反 应,保护机体免受病原体的侵害 。
蛋白质是细胞结构和功能的基础 ,参与细胞的各种生命活动,如 催化、运输、免疫、调节等。
2024/1/26
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基因表达调控的分子机制
DNA结合蛋白的作用
识别并结合特定DNA序列,影响基因转录。
染色质结构与基因表达
染色质结构的变化可影响基因的可及性和转 录活性。
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信号转导与基因表达调控
细胞外信号通过信号转导途径影响基因表达 。
转录后调控机制
包括mRNA剪接、转运、定位和降解等过程 对基因表达的调控。
比较基因组学分析
通过比较不同物种或不同个体之间的基因组差异,揭示物种进化、基 因功能等生物学问题。
生物信息学在基因组学中的应用
利用生物信息学方法对基因组数据进行挖掘和分析,发现新的基因、 突变位点以及与疾病相关的遗传变异等。
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THANK YOU
感谢观看
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DNA的复制与修复
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02
03
DNA复制的过程
起始、延伸和终止三个阶 段,涉及多种蛋白质和酶 的参与。
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DNA复制的特点
半保留复制、半不连续复 制等。
DNA修复的机制
直接修复、切除修复、重 组修复和SOS修复等,用 于纠正复制过程中产生的 错误。
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DNA的转录与表达
《分子生物学》word版
第一章绪论1.分子生物学(Molecular Biology)是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学,是人类从分子水平上真正揭示生物世界的奥秘,由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。
狭义的概念偏重于核酸(基因)的分子生物学,主要研究基因或DNA结构与功能、复制、转录、表达和调节控制过程。
也涉及与这些过程相关的蛋白质与酶的结构与功能的研究2.功能基因组学(Functional Genomics or post—Genomics)基因的识别与鉴定基因功能信息的提取与证实基因表达谱的绘制 (microarray)蛋白质水平上基因互作的探测3.蛋白质组学(Proteome)1994年由Wilkins等提出蛋白质组的概念:一个基因组所表达的全部蛋白质。
基因组----固定蛋白质组----动态4.生物信息学(Bioinformatics) 生物大分子的结构与功能信息通过计算机语言到分辨,提取,分析,比较,预测生物信息。
第三章核酸的结构与功能1.DNA 的一级结构:DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式(3´-5´磷酸二酯键)和排列顺序叫做DNA 的一级结构,简称为碱基序列。
一级结构的走向的规定为5´→3´。
不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序,因此携带有不同的遗传信息。
Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性,在1950年总结出DNA碱基组成的规律:·腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等,即 A=T。
·鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数也相等,即G=C。
·含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数,即A+C=G+T。
·嘌呤的总数等于嘧啶的总数,即A+G=C+T。
2.DNA的双螺旋模型特点:a. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。
b. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧,作为可变成分的碱基位于内侧,链间碱基按A—T,G—C配对(碱基配对原则,Chargaff定律)c.右手反平行双螺旋,d.主链位于螺旋外侧,碱基位于内侧两条链e.间存在碱基互补f.螺旋的螺距为3.4nm,直径为2nm,g.螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力3.DNA的双螺旋结构稳定因素:·氢键·碱基堆集力·正负电荷的作用发夹(hairpin):当同一个核酸分子中一段碱基序列附近紧接着一段它的互补序列时,核酸连有可能自身回折配对产生一个反平行的双螺旋结构4.凸环(bulge loop):当互补序列在分子中距离较远时,形成双链区域时产生较大的单链环,如果两个可能的互补序列中的一个包含一段不配对的多余序列时产生凸环。
福建省食品安全委员会关于建立省食品安全专家库和成立专家委员会的通知
福建省食品安全委员会关于建立省食品安全专家库和成立专家委员会的通知文章属性•【制定机关】福建省食品安全委员会•【公布日期】2011.10.13•【字号】闽食安委[2011]3号•【施行日期】2011.10.13•【效力等级】地方规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】食品安全正文福建省食品安全委员会关于建立省食品安全专家库和成立专家委员会的通知(闽食安委〔2011〕3号)各设区市食安委、平潭综合实验区管委会,省食品安全委员会成员单位,省司法厅,有关高校、科研机构,省食品工业协会,省食品添加剂工业协会:“十二五”期间,为充分发挥专家的咨询建议和技术指导作用,提高我省食品安全工作决策的科学化、民主化水平,切实做好我省食品安全工作,我委决定建立“福建省食品安全专家库”(见附件2),并在此基础上成立“福建省食品安全专家委员会”(见附件1)。
专家及专家委员会主要职责为:根据我省食品安全状况,提出促进食品安全工作发展的建议;参与研究、制定全省食品安全发展战略、规划以及有关政策和规范性文件;对全省重大、疑难和有争议的食品安全事件的处理提供咨询和专家意见;参与全省食品安全专项整治、食品安全评估工作;食品安全科学知识普及和监管人员的培训。
省食品安全专家库同时也作为省食品安全事故专家库,发生重大食品安全事故时从中确定相关专业专家组建重大食品安全事故咨询委员会,对应急工作接受咨询、提出建议、进行技术指导。
专家委员会承担日常咨询及联系专家工作。
请专家库专家所在单位对专家参与我委组织的食品安全工作给予必要的支持。
附件:1.福建省食品安全专家委员会成员名单2.福建省食品安全专家库专家名单福建省食品安全委员会二O一一年十月十三日附件1:福建省食品安全专家委员会成员名单主任委员:吴秉成(省经贸委副主任、省食安办副主任)副主任委员:林升清(省疾病预防控制中心主任技师)游飞明(省产品质量检验研究院高级工程师)李寿崧(泉州出入境检验检疫局副局长、研究员)高峰(省种植业技术推广总站站长、推广研究员)李国平(福建农林大学教授、省畜牧兽医学会秘书长)苏跃中(省海洋环境与渔业资源监测中心副主任、教授级高工)许永东(省律协行政专业委员会主任、律师)委员:食源性疾病防控组:组长:林升清成员:郑奎城(省疾病预防控制中心副主任、主任医师)马群飞(省疾病预防控制中心科长、主任技师)欧剑鸣(省疾病预防控制中心副科长、主任医师)吴小南(福建医科大学副校长、教授)郑铃(福建医科大学公共卫生学院教授)汪世华(福建农林大学生命科学学院教授、系主任)食品检测技术组:组长:游飞明成员:杨方(福建出入境检验检疫局技术中心副主任、主任技师)刘新(省农产品质量安全检验检测中心副主任、研究员)黄建立(省粮油质量监测所所长、教授级高工)黄振华(福州市自来水有限公司水质监测站站长、高工)谢增鸿(福州大学食品安全与环境监测技术研究所所长、教授)林伟(省产品质量检验研究院副所长、高级工程师)加工食品污染防控组:组长:李寿菘成员:黄红霞(省产品质量检验研究院副所长、高级工程师)黄宏南(省疾病预防控制中心科长、主任技师)郑宝东(福建农林大学食品科学学院院长、教授)陈由强(福建师范大学生命科学学院副院长、教授)饶平凡(福州大学生物科学与工程学院教授)李维新(省农科院农产品加工研究中心副研究员)姚金森(省轻工业研究所高工)林勇毅(省食品工业协会副秘书长、高级工程师)刘文聪(省食品添加剂工业协会秘书长、高工)种植业产品污染防控组:组长:高峰成员:陈石榕(省农业厅农产品质量安全监管处副科长、教授级高级农艺师)杨芳(省绿色食品发展中心副主任、推广研究员)刘宜锋(省粮油科学技术研究所副所长、教授级高工)郑惠章(省农业生态环境与能源技术推广总站副站长、推广研究员)黄志龙(省食用菌技术推广总站副站长、推广研究员)侯有明(福建农林大学植保学院教授)畜牧业产品污染防控组:组长:李国平成员:陈少莺(省农科院畜牧兽医研究所副所长、研究员)江宵兵(省畜牧总站科长、推广研究员)曾丽莉(省农科院畜牧兽医所研究员)梁学武(福建农林大学动物科学学院所长、教授)俞道进(福建农林大学动物科学学院副系主任、副教授)董志岩(省农科院畜牧兽医研究所研究员)李昂(福建农林大学动物科学学院教授)水产品污染防控组:组长:苏跃中成员:吴成业(省水产研究所副所长、研究员)樊海平(省淡水水产研究所副所长、研究员)钟硕良(省水产研究所教授级高工)许永安(省水产研究所室主任、研究员)郑天凌(厦门大学生命科学学院教育部重点实验室副主任、教授)曹敏杰(集美大学生物工程学院院长、教授)法律咨询组:组长:许永东成员:许明(省律协民事专业委员会主任、律师)陈立新(省律协民事专业委员会副主任、律师)郑金火(省律协刑事专业委员会副主任、律师)王桂英(省律协行政专业委员会副主任、律师)附件2:。
黄曲霉中pyrG筛选标记循环利用的方法
第50卷第2期2021年3月福建农林大学学报(自然科学版)Journal of Fujian Agriculture and Forestry University ( Natural Science Edition )黄曲霉中pyrG 筛选标记循环利用的方法聂鑫怡―2,薛 杨王银春",丁霞飞汪世华'-2(1.福建农林大学生命科学学院;2.福建省病原真菌与真菌毒素重点实验室,福建福州350002)摘要:为解决黄曲霉遗传转化操作过程中遗传筛选标记受限及传统URA3/pyrG 环出系统存在重复序列残留的问题,以具 有尿嘧啶营养缺陷的黄曲霉CA14PTs ( A^u70ApyrG)菌株为出发菌,利用pyrG 筛选标记构建表达HA-SumO 的重组菌株 GHS(pyrG+),再通过重叠PCR 法构建包含GHS(pyrG+)基因组中pyrG 整合位点上、下游片段的融合片段,导入GHS(pyrG+) 菌株原生质体,利用DNA 同源重组和5-氟乳清酸(5-FOA)的负筛选剔除pyrG 筛选标记,重新获得具有尿嘧啶营养缺陷的 重组菌株GHS( pyrG -).通过测序分析,确认GHS(pyrG-)重组菌株基因组中的pyrG 筛选标记已被剔除且无其他序列残留.免疫杂交分析结果表明,剔除pyrG 筛选标记不影响重组菌株的蛋白表达模式.关键词:pyrG 遗传筛选标记;循环利用;不依赖同向重复序列;黄曲霉中图分类号:Q784 文献标识码:A文章编号:1671-5470( 2021) 02-0270-06DOI :10.13323/ki.j.fafu( nat.sci.) .2021.02.018开放科学(资源服务)标识码(OS1D )Establishment of a novel pyrG selectable marker recycling system in Aspergillus flavusNIE Xinyi 1,2, XUE Yang 1,2, WANG Yinchun 1,2, DING Xiafei 1,2, WANG Shihua 1,2(1.School of Life Sciences , Fujian Agriculture and Forestry University ; 2. Key Laboratory of Pathogenic Fungi andMycotoxins of Fujian Province , Fuzhou , Fujian 350002, China)Abstract : Due to limited number of selectable markers and residual repeatable sequences in traditional URA3/ yrG recycling sys tem ,a novel pyrG selectable marker recycling system was established for the genetic transformation of Aspergillus flavus . Using CA14PTs( A^u70ApyrG) , a A. flavus strain with uracil auxotroph as the original strain , the recombinant strain GHS( pyrG +) that expressing HA-SumO was screened by pyrG selectable marker. Without direct repeats , the flanking sequences of pyrG locus in GHS ( pyrG +) recombinant strain were fused by overlap extension PCR and transformed into protoplasts of the GHS( pyrG +) strain. The pyrG selectable marker was knocked out from the genome by homologous DNA recombination in the presence of 5-fluoroolactic acid using negative selection. The GHS( pyrG -) recombinant transformants were further identified by sequencing and auxotrophic analy sis. Moreover, western blotting was carried out to confirm that the protein expression pattern of GHS( pyrG -) was not affected in the absence of the pyrG selectable marker.Key words : pyrG selectable marker ; recycling system ; direct repeat-independent ; Aspergillus flavus乳清酸核苷-5’-磷酸脱羧酶基因URA3/pyrG 是一类常用的真菌遗传转化营养缺陷筛选标记,其编码 产物是真菌尿嘧啶核苷酸合成过程中的关键酶,该基因突变或敲除会使乳清酸核苷-5’ -磷酸脱羧酶失活或 缺失,表现为尿嘧啶营养缺陷,只能通过外源添加尿嘧啶或尿嘧啶核苷(尿苷)才能在培养基上生长.URA3 筛选标记最早在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae )转化中应用,后来应用范围扩大到其他酵母科真菌,如 白念珠菌(Candida albicans )[l-4].由于尿嘧啶生物合成途径非常保守,在丝状真菌中也有相似的合成过程. 黄曲霉(AspergiUu flavus )、烟曲霉(A.fumigatus )、构巢曲霉(A. nidulans )、黑曲霉(A. niger )、米曲霉(A. oryzae )和土曲霉(A.terreus )等真菌中的pyrG 基因都与酿酒酵母URA 3基因同源,在遗传转化中也得到了 广泛应用[5-9].除了 URA3/pyrG 筛选标记外,还有一些常见的筛选标记,如氮源和碳源营养缺陷标记基因、药物抗性 标记基因等•在比较菌株性状时,携带不同的筛选标记会造成菌株间遗传背景的不同和性状的差异,从而 收稿日期:2020-09-24 修回日期:2020-10-23基金项目:国家自然科学基金项目(31700050);福建农林大学杰出青年科研人才项目(xjq201724).作者简介:聂鑫怡(1982-),女,助理研究员•研究方向:微生物学与分子生物学.Email :xinyi_nie@ .通信作者汪世华(1976 -),男,教 授.研究方向:功能基因与病原真菌.Email : wshyyl@ .第2期聂鑫怡等:黄曲霉中pyrG筛选标记循环利用的方法-271-影响研究结果的准确性.URA3/pyrG环出系统的出现解决了这一难题.该系统仅用URA3/pyrG一个筛选标记,配合5-氟乳清酸(5-F0A)的负筛选,使URA3/pyrG筛选标记插入真菌细胞的基因组-环出-再插入-再环出,如此循环,进行多次遗传操作[1°-11].但URA3/pyrG环出系统也存在缺陷,如使用该系统前必须要在URA3/pyrG基因两端分别插入一段同向重复序列(direct repeat),该操作过程繁琐、耗时,且由于存在两段同向重复序列,PCR扩增基因重组片段时特别容易造成引物的错配,出现非特异条带.此外,URA3/pyrG环出后会在基因组上残留一段重复序列,该重复序列是否会影响菌株的性状尚未可知.针对这些问题,本研究在黄曲霉中建立了一种新的pyrG筛选标记循环利用的方法.1材料与方法1.1材料黄曲霉WT(AAu7°)菌株和CA14PTs(AAu7°ApyrG)菌株由美国农业部南方研究中心Perng-Kuang Chang教授惠赠,黄曲霉GHS(pyrG+)菌株由本研究构建,构巢曲霉FGSC A4菌株(ATCC38163)和烟曲霉AF293菌株(ATCC MYA-4609)由福建省病原真菌与真菌毒素重点实验室购买保存.质粒pUC18-HA-Sum0上携带的639bp的HA-sumO CDS-3-UTR核苷酸片段由通用生物系统(安徽)公司全基因合成.高保真DNA聚合酶、rTaq DNA聚合酶和未染色蛋白质分子质量标准购自上海翊圣生物科技公司,DNA分子质量标准购自东盛生物科技公司,凝胶回收试剂盒为0MEGA公司产品,酵母提取物和琼脂糖为奥赛公司产品,RIPA裂解液购自上海碧云天生物技术公司,预染蛋白质分子量标准和HA标签抗体购自赛默飞公司,Actin抗体为CST公司产品,5-氟乳清酸、尿嘧啶和尿苷均购自上海生工公司.1°°°x微量元素母液(1°°mL):ZnS04-7H202.2g,H3B031.1g,MnCl2-4H20°.5g,FeS04-7H20°.16g,CoCl2-5H20°.16g,CuS04-5H20°.16g,(NH4)6Mo7024-4H20°.11g,Na4EDTA5g,溶于去离子水,过滤除菌.YGT固体培养基(1L):酵母提取物5g,葡萄糖2°g,1°°°x微量元素母液1mL,琼脂粉2°g.在YGT 培养基中分别加入1mg-L-'尿嘧啶和尿苷即为YGTUU液体培养基.本研究所用引物见表1.表1本研究所用引物Table1Primers used in this study编号引物核苷酸序列(5'-3‘)扩增核苷酸片段P1GGATCGTTGATGCTAATCP2GGGTGAAGAGCATTGTTTGAGGCGGTTCTTGACTAGTTGTAAG P3GCCTCAAACAATGCTCTTCACCCP4GTCTGAGAGGAGGCACTGATGCP5GCATCAGTGCCTCCTCTCAGACGAGGAATTGGAGGTAGCATAG P6GATGAATATACTGAAGATGGGP7ACCCCGCTTGAGCAGACATCACATGTACCCCTACGACGTCCC P8CTATGTCGTAAGTAGTTAP9CTGCCAGGTGTTCGCTTCP1°AATAGCCTATCCACAGCCP11CAAGCCTTCGACATCCGGATGGGTTCTTGACTAGTTGTAAGP12CTTACAACTAGTCAAGAACCCATCCGGATGTCGAAGGCTTGP13GGCGGACAGACGGGGCAAAG sumO基因上游非转录区5-UTR片段pyrG筛选标记片段3'-磷酸甘油醛脱氢酶基因启动子gpdA(p)片段HA-sumO CDS-3,-UTR,片段巢式引物扩增5'-UTR-pyrG-gpdA(p)-HA-sumO CDS-3'-UTR融合片段sumO基因上游非转录区5'-UTR片段3'-磷酸甘油醛脱氢酶基因启动子gpdA(p)片段巢式引物扩增5'-UTR-gpdA(p)融合片段1.2GHS(pyrG+)重组菌株的构建以尿嘧啶营养缺陷型黄曲霉CA14PTs(AAu7°A P yrG)菌株为出发菌,构建GHS(pyrG+)重组菌株,构建策略如图1所示.步骤如下:以黄曲霉CA14PTs(AAu7°A P yrG)菌株基因组DNA为模板,用引物P1和P2扩增长度为1171bp的sumO基因上游非转录区5'-UTR片段;利用引物P3和P4从烟曲霉AF293菌株基因组DNA中扩增长度为189°bp的pyrG表达元件;利用引物P5和P6从构巢曲霉FGSC A4菌株基因组DNA中扩增长度为151°bp的3'-磷酸甘油醛脱氢酶基因启动子gpdA(p)片段;利用引物P7和P8从质粒-272-福建农林大学学报(自然科学版)第50卷pUC-18-HA-SumO中扩增长度为639bp的片段HA-sumO CDS-3f-UTR;将上述各片段用重叠PCR法连接到一起,以巢式引物P9和P10扩增长度为5146bp的融合片段5'-UTR-pyrG-gpdA(p)-HA-sumO CDS-3r-UTR,转化黄曲霉CA14PTs(A^u70A?yrG)菌株原生质体,通过DNA同源重组使融合片段整合到基因组的sumO基因座上替换掉内源的sumO基因,在不含尿嘧啶和尿苷的复苏培养基上37°C培养3d后筛选、鉴定,获得GHS(pyrG+)重组菌株.CA14PTs(A^u70Aj9yrG)为出发菌株,GHS(pyrG+)为按常规方法以pyrG作为遗传筛选标记对黄曲霉sumO基因位点改造后的重组菌株,GHS(pyrG-)为pyrG筛选标记被剔除后的黄曲霉sumO基因位点改造重组菌株.“5'-UTR”表示黄曲霉sumO基因上游非转录区DNA片段,“pyrG”表示来源于烟曲霉的表达元件,“gpdA(p)”表示来源于构巢曲霉的3'-磷酸甘油醛脱氢酶基因启动子序列,“HA”表示来源于流感病毒的红细胞凝集素表面抗原决定簇HA标签蛋白编码序列,“sumO CDS”表示来源于黄曲霉的翻译产物为SumO蛋白的编码核苷酸序列,“3,-UTR”表示黄曲霉sumO基因下游非翻译区DNA片段.图1GHS(pyrG+)和GHS(pyrG-)重组菌株构建策略示意图Fig.l Schematic diagram of the strategy for the construction of GHS(pyrG+)and GHS(pyrG-)strains1・3pyrG遗传筛选标记的剔除以GHS(pyrG+)重组菌株为受体菌,剔除pyrG筛选标记,构建GHS(pyrG-)重组菌株,构建策略如图1所示.步骤如下:利用引物P1和P11从黄曲霉GHS(pyrG+)重组菌株基因组中扩增长度为1171bp的sumO基因上游非转录区5,-UTR片段;利用P12和P6从黄曲霉GHS(pyrG+)重组菌株基因组中扩增长度为1510bp的3'-磷酸甘油醛脱氢酶基因启动子gpdA(p)片段;将上述两个片段用重叠PCR法连接到一起,用巢式引物P9和P13扩增长度为2372bp的融合片段5-UTR-gpdA(p),转化黄曲霉GHS(pyrG+)重组菌株原生质体,在含有2mg・mL-15-氟乳清酸、1mg-L-1尿苷和1mg-L-1尿嘧啶的复苏培养基上37C培养3d.抽提转化子基因组DNA,用引物P3和P4扩增pyrG片段进行PCR鉴定,用引物P9和P13扩增5,-UTR-gpdA(p)片段并用引物P9进行测序分析.1.4营养缺陷表型观察取103个黄曲霉GHS(pyrG-)重组菌株阳性转化子的新鲜抱子,分别接种于YGT和YGTUU固体培养基平板的中心点,37C持续培养3d,用佳能IXUS相机(16.1MEGA PIXELS)观察并拍照.1.5免疫杂交分析黄曲霉总蛋白的提取、电泳和免疫杂交方法参考文献[5].2结果与分析2.1表达HA・SumO的黄曲霉重组菌株GHS(pyrG+)的构建构建GHS(pyrG+)重组菌株的过程如图2A所示.将5'-UTR-pyrG-gpdA(p)-HA-sumO CDS-3f-UTR融合片段转化黄曲霉CA14PTs(A^u70A?yrG)菌株原生质体,并筛选、鉴定GHS(pyrG+)阳性转化子,抽提总蛋白并用HA标签抗体和Actin抗体进行Western blot免疫杂交,分析黄曲霉GHS(pyrG+)重组菌株中的HA-SumO的表达水平和SUMO化修饰状态,结果如图2B所示.GHS(pyrG+)重组菌株中可以检测到HA-SumO 蛋白单体的条带,被SUMO化修饰的多种靶标蛋白条带也能被检测到,呈现阶梯状分布,而对照CA14PTs (L ku70L pyrG)菌株和WT(A^u70)菌株中都检测不到特异性杂交条带.第2期聂鑫怡等:黄曲霉中pyrG筛选标记循环利用的方法-273-AM123457.0kb4.0kb2.0kb1.0kb0.5kbA.构建5,-UTR-pyrG-gpdA(p)-HA-sumO CDS-3'-UTR融合片段的琼脂糖凝胶电泳图谱(M为DS10000DNA分子质量标准,泳道1为长度约1.2kb的sumO基因上游非转录区5'-UTR片段,泳道2为长度约1.9kb的pyrG表达元件,泳道3为长度约1.5kb的gpdA(p)片段,泳道4为长度约0.6kb的HA-sumO CDS-3'-UTR片段,泳道5为长度约5.2kb的5-UTR-pyrG-gpdA(p)-HA-sumO CDS-3'-UTR融合片段);B.免疫杂交检测GHS(pyrG+)重组菌体内的SUMO化修饰状态[泳道1为CA14PTs(A^u70ApyrG)菌株总蛋白,泳道2为WT(A^u70)菌株总蛋白,泳道3为GHS(pyrG+)重组菌株总蛋白].图2GHS(pyrG+)重组菌株的构建和验证Fig.2Construction and identification of the GHS(pyrG+)strain2.2GHS(pyrG+)重组菌株中pyrG遗传筛选标记的剔除分别从黄曲霉GHS(pyrG+)重组菌株基因组中扩增长度约1.2kb的sumO基因上游非转录区5'-UTR 片段和1.5kb的3’-磷酸甘油醛脱氢酶基因启动子gpdA(p)片段(图3A),并用重叠PCR法连接到一起,以巢式引物P9和P13扩增长度约2.4kb的融合片段55-UTR-gpdA(p)(图3B),转化黄曲霉GHS(pyrG+)原生质体,并筛选、鉴定GHS(pyrG-)重组菌株阳性转化子.经鉴定,挑取的12个转化子中有3个为阳性转化子,阳性率为25%.如图3C所示,用引物P3和P4进行PCR扩增,GHS(pyrG+)基因组DNA中可扩增出约1.9kb的pyrG片段,而T3#、T7#和T11#转化子的基因组和阴性对照中则无法扩增pyrG片段;同时,利用引物P9对转化子T3#、T7#和T11#中扩增出的5'-UTR-gpdA(p)片段进行测序分析表明,阳性转化子的5-UTR-gpdA(p)片段的实际序列与理论序列一致(图3D).这些结果说明:GHS(pyrG+)基因组上整合的pyrG筛选标记已被剔除,且剔除过程不依赖pyrG筛选标记两端的同向重复序列,剔除pyrG筛选标记后GHS(pyrG-)阳性转化子基因组上也未残留重复序列;除了pyrG筛选标记外,GHS(pyrG-)阳性转化子与GHS(pyrG+)菌株的遗传背景一致.5'-UTRA.PCR扩增5-UTR片段(泳道1)和gpdA(p)片段(泳道2)的琼脂糖凝胶电泳图谱(M为DS2000DNA分子质量标准);B.重叠PCR扩增 5-UTR-gpdA(p)融合片段(泳道1、2)的琼脂糖凝胶电泳图谱(M为DS5000DNA分子质量标准);C.GHS(pyrG-)重组菌株阳性转化子的PCR鉴定[M为DS2000DNA分子质量标准,泳道1的模板为蒸馏水,泳道2和3的模板为CA14PTs(A^u70ApyrG)菌株基因组,泳道4的模板为GHS(pyrG+)重组菌株基因组,泳道5、6和7的模板分别为GHS(pyrG-)重组菌株T3#、T7#和T11#转化子基因组];D.GHS(pyrG-)重组菌株阳性转化子基因组扩增5,-UTR-gpdA(p)产物测序结果的序列比对.图3GHS(pyrG-)重组菌株的构建和筛选Fig.3Construction and identification of the GHS(pyrG-)strain-274 -福建农林大学学报( 自然科学版)第50卷2.3 GHS (pyrG -)重组菌株的pyrG 营养缺陷表型转化子T3扒T7#和T11#在YGTUU 固体培养基上能够正常生长出细密的菌丝,而在YGT 固体培养基 上则不能正常生长,呈现尿嘧啶营养缺陷表型(图4A).这一结果证明,GHS(pyrG -)阳性转化子T3#、T7# 和T11#的营养缺陷型是正确的.BT3# T7# T11#GHS(pyrG-)阳性转化子HA 标签抗休杂交72 ku -43 ku 一34 ku 一26 ku —SDS-PAGE66 ku —45 ku 一35 ku -25 ku —18 ku —1 2 3 4 5 6SUMO 化修 饰靶标蛋白HA-Sum O 单体A.GHS(pyrG -)重组菌株阳性转化子的尿嘧啶营养缺陷表型鉴定;B •免疫杂交分析GHS(pyrG -)重组菌株阳性转化子的SUMO 化修饰状态:泳道1为蛋白分子质量标准,泳道2为GHS(pyrG +)重组菌株总蛋白,泳道3为WT( Aku70)菌株总蛋白,泳道4、5和6分别为GHS(pyrG -)重组菌株转化子T3#、T7#和T11#的总蛋白].图4 GHS (pyrG -)重组菌株的性状表型和SUMO 化修饰状态Fig.4 Phenotype and SUMO modification status of the GHS(pyrG -) strain2.4 GHS (pyrG -)重组菌株的HA ・SumO 的表达水平分别提取WT(Aku70)菌株、GHS(pyrG +)重组菌株以及GHS(pyrG -)阳性转化子T3#、T7#和T11#的 总蛋白,利用HA 标签抗体进行免疫杂交分析,从蛋白水平上比较pyrG 筛选标记剔除前后SUMO 化修饰 状态是否有差异,并以SDS-PAGE 考马斯亮蓝染色结果作为上样量对照.从试验结果来看,WT(4ku70)菌 株检测不到特异性杂交条带,而GHS(pyrG +)重组菌株和GHS(pyrG -)阳性转化子T3#、T7#和T11#都特异 性地表达了 HA-SumO 单体蛋白,体内还有许多被SUMO 化修饰的不同分子质量的靶标蛋白,呈现阶梯式 的分布,且GHS(pyrG +)重组菌株和GHS (pyrG -)各个阳性转化子SumO 的表达量和表达模式之间没有差 异(图4B).这些结果说明,按本研究的方法剔除pyrG 筛选标记不影响菌株的蛋白表达模式.3讨论本研究建立了一种新的乳清酸核苷-5'-磷酸脱 羧酶基因pyrG 遗传筛选标记循环利用的方法,仅需一个pyrG 遗传筛选标记的循环利用即可实现多次遗传转化操作,避免了不同遗传筛选标记的差异对真菌遗传背景和性状的影响;同时,该方法在剔除基因组中的pyrG 遗传筛选标记时不需要依赖同向重复序列和在URA/pyrG 两端插入重复序列,操作简单易行,且剔除pyrG 筛选标记后在基因组上不会残留 重复序列.由于许多真菌都以URA3/pyrG 作为遗传筛选标 记,本方法除了用于黄曲霉外,也可应用到以乳清酸核苷-5'-磷酸脱羧酶基因URA 3/pyrG 表达元件作为遗传筛选标记的其他真菌中(应用方法如图5所 示),使得重组菌株重新获得尿嘧啶营养缺陷,再次 作为出发菌株循环利用URA3/pyrG 筛选标记进行遗传转化,为多基因、多位点的真菌遗传改造提供支持.卄up down up up up 卄-尿昔,尿卩密喘包含pyrG 的任一基因 改造同源重组片段pyrG 上游一下游融合片段+5'-FOA +尿昔,尿卩密喘down pyrG+重组菌基因组PyrG XDNA [ down pyrG-出发菌基因组—II-pyrG-重组菌基因组down —仆“X DNA ”表示真菌基因组上需要利用pyrG 进行改造的任一 DNA 片段,“ up"和"down ”分别表示pyrG 整合位点 上游和下游DNA 片段.图5 pyrG 筛选标记循环利用示意图Fig.5 Schematic diagram for the pyrGselectable marker recyclingsystem第2期聂鑫怡等:黄曲霉中pyrG筛选标记循环利用的方法-275-参考文献[1]B0TSTEIN D,FALC0S C,STEWART S E,et al.Sterile host yeasts(SHY):aeukaryotic system of biological containment forrecombinant DNA experiments[J].Gene,1979,8(1):17-24.[2]STRUHL K,STINCHC0MB D T,SCHERER S,et al.High-frequency transformation of yeast:autonomous 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现代分子生物学第四章
CGU, ACG and CGU
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wobble hypothesis
1966年,Crick提出摆动假说 (wobble hypothesis),解释 了反密码子中某些稀有成分 (如I,肌苷酸)的配对,以及 许多氨基酸有2个以上密码子 的问题。
• 前两对严格遵守碱基配对原则。
• 第三对碱基有一定的自由度,可以“摆动”,因而
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氨酰-tRNA合成酶 aminonacyl-tRNA synthetase (ARS )
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tRNA一级结构(primary structure)
• 长度: 60-95 nt (commonly 76) • 残基: 15 个invariant(恒定) 和 8个 semi-
invariant(半恒定). invariant 和 semi-variant 核苷 的位置在二级结构和三级结构中起着重要的作用。
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1. 起始tRNA和延伸tRNA • 起始tRNA: 能特异性识别mRNA模板上起 始密码子的tRNA; • 延伸tRNA:其他tRNA统称为延伸tRNA。
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•真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸(Met), •原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸(fMet), •原核生物中Met-tRNAfMet必须首先甲酰化生 成fMet-tRNAfMet才能参与蛋白质的生物合成。
遗传密码: mRNA上每3个核苷酸翻译成多肽链上 的一个氨基酸,这3个核苷酸就称为一 个密码子(三联子密码)。
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4. 1. 1 三联子密码及其破译
因为mRNA中只有4种核苷酸,蛋白质中有20 种氨基酸:
• 以一种核苷酸代表一种氨基酸是不可能的。 • 若以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码(二
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the encoded protein.
Missense mutation is a point mutation in which
a single nucleotide change results in a codon
that codes for a different amino acid.
(2)Induced mutation
① Physical: UV, x-rays and γ-rays; ② Chemical: Base analogs, Intercalating,
Nitrous acid, Alkylating agents,
Oxidative agents.
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UV
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4.2.4 Mismatch Repair
(3) DNA polymerase III, with help from SSB, fills in the
gap left by the exonuclease,
and DNA ligase seals the remaining nick.
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12
13
4.1.1 Types of Mutations
(4)Nonsense, stop codon & suppressor mutation
Nonsense mutation is a point mutation in a sequence of DNA that results in a premature stop codon, or a nonsense codon in the transcribed mRNA, and in a truncated, incomplete, and usually nonfunctional protein product.
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4.2.3 Nucleotide Excision Repair
(4) DNA helicase UvrD releases the single-strand fragment from the duplex, and DNA Pol I and ligase repair and seal the gap.
4.2.5 Recombination Repair
(1) During replication, the replication machinery skips over the region with the dimer, leaving a gap; the
UV light can induce adjacent pyrimidine
bases in a DNA strand to become
covalently joined as a pyrimidine dimer.
UV radiation, in particular longer-wave
by the absence of methyl
and introduce a nick into that new strand, across from a methylated GATC
groups on GATC sequences,
and upstream of the
incorrect nucleotide.
5
6
Frameshift mutation
A type of gene mutation wherein the insertion or deletion of nucleotide(s) causes a shift in the reading frame of the codons in the mRNA, thus, may eventually lead to the alteration in the amino acid sequence at protein translation.
(2) UvrA leaves the complex, and the remaining UvrB dimer melts DNA locally around the distortion.
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4.2.3 Nucleotide Excision Repair
(3) UvrC forms a complex with UvrB and creates nicks 3’ to the lesion and 5’ to the lesion.
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4.1.1 Types of Mutations
(1) Induced mutation & spontaneous mutation
Mutations which are artificially induced with the help of mutagenic agents are called induced mutations. A mutation that arises naturally and not as a result of exposure to mutagens are called spontaneous mutations.
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4.2.4 Mismatch Repair
(2) Exonuclease I, along with MutL, MutS, DNA helicase, and ATP, removes DNA downstream of the nick, including the incorrect nucleotide.
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Notes
Base excision repair is more prevalent and
usually works on common, relatively subtle changes to DNA bases, such as chemical modifications caused by cellular agents.
(low dose radiation, temperature, etc.)
② Harmful metabolites; (hydrogen peroxide, etc.) ③ DNA replication error.
(Tautomerism, etc.)
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4.1.2 Mechanism of mutagenesis
4
4.1.1 Types of Mutations
(2) Single-point & multi-point mutation
Single-point is a type of mutation that causes a single nucleotide base change, insertion, or deletion of the genetic material, 4.1.1 Types of Mutations
(3) Synonymous &missense mutation
Synonymous mutations change the sequence of
a gene without directly altering the sequence of
between the planar bases of DNA.
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Nitrous acid
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Alkylating agents
25
Ames test
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4.2 DNA repair
4.2.1 Photoreactivation
4.2.2 Base Excision Repair
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4.2.3 Nucleotide Excision Repair
(1) ATP hydrolysis forms UvrA/UvrB. UvrA/UvrB scans DNA to identify a distortion.
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4.2.3 Nucleotide Excision Repair
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Transition & Transversion mutation
Transition is a point mutation that changes a purine nucleotide to another purine (A↔G) or a pyrimidine nucleotide to another pyrimidine (C↔T). Transversion refers to the substitution of a (two ring) purine for a (one ring) pyrimidine or conversely in DNA.
Chapter 4
Gene mutation and exchange
1
Contents
4.1 Gene mutation
4.2 DNA repair 4.3 DNA recombination 4.4 Transposition
2
4.1 Gene mutation
Mutations are permanent, heritable alterations in the base sequence of the DNA. It is the main factor in biological evolution.
Nucleotide excision repair generally deals with
more drastic changes to bases, many of which distort the DNA double helix.
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4.2.4 Mismatch Repair
(1) mutH, L, and S genes along with ATP, recognize a base mismatch, identify the newly synthesized strand