《酵母菌遗传》

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列—ARS .
1.着丝粒
• 概念 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,纺锤丝与着丝粒结合,将染色体拉向细胞的两 极。 • 主要类型:点着丝粒(着丝粒序列很短 酿酒酵母)
区域着丝粒(着丝粒序列较长 脉胞菌、果蝇、人 )
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1.着丝粒
在酿酒酵母中,所有染色体的CEN序列的长度均大于130bp, 由5′→3′依次分为 CDEⅠ、CDEⅡ和CDBaidu NhomakorabeaⅢ三个区。
1996年完成酿酒酵母全基因组的测序,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。
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一、酵母菌的基因组和染色体 二、酵母线粒体基因组及其遗传 三、酵母菌中的质粒 四、酵母基因表达的调控 五、接合型基因及其基因型转换 六、酵母菌的载体系统 七、酵母双杂交系统
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第一节 酵母菌的基因组和染色体
一、酵母菌的基因组
1. 酿酒酵母的单倍体细胞含有16条染色体,总长度为12068kb,其中第Ⅰ条染色 体最短(230kb ),第Ⅳ条染色体最长(1532kb) 。
2. 基因组中没有明显的操纵子结构,有间隔区和内含子。
3. 酿酒酵母染色体基因组中,有5885个可能是编码蛋白质的ORF,每个ORF约为 1.4kb,而基因间的平均间隔为600bp。(这说明酵母基因比其它高等真核生物 基因排列紧密。)
基因产物或功能
a-因子 α-因子受体 分泌a-因子所需基因
α-因子 a-因子受体 α-因子加. 工
第五节 接合型基因及其基因型转换
二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制
2、接合信息素的传递 α细胞分泌的α-因子与a细胞中 ste2基因编码的受体蛋白结合。 同样,a细胞分泌的a-因子与α细 胞中ste3基因编码的受体蛋白结 合。
酵 母 菌 遗 传
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酵母菌概述
酵母菌:一种单细胞真菌,属于兼性厌氧菌;个体形态有球状、卵圆、椭圆、 柱状和香肠状等。
酵母菌具有典型的真核细胞结构,有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、 线粒体等,酵母菌虽属于真核微生物,同时又具有原核生物的某些特征,例如 形成菌落特征与细菌相似,生长速度快等。
• 小菌落突变株:吖啶黄处理野生酵母后,出现很多在好气条件下 生长缓慢的突变株。(缺少细胞色素a、b以及细胞色素c氧化酶)

分离性小菌落:染色体上基因发生了突变
• 类型 中性小菌落:完全丢失了线粒体DNA

抑制性小菌落:丢失. 了部分线粒体DNA
(二)酵母线粒体基因组的物理图谱及其特点
1.酵母线粒体DNA是周长
约26μm的环状DNA分子,
其大小为84kb。
2.绝大多数的mtDNA中没
有重复核苷酸序列。
3.线粒体是半自主性的,
能复制并传递给后代,还
能转录所编码的遗传信息,
合成线粒体某些自身特有
的多肽,但是并非自给自
足。
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第三节 酵母菌中的质粒
(一)2μm质粒 环状且周长为2μm的DNA双链、50-100个拷贝,只携带与复制和重组有关的
X和Y'作用:
非必需,对端粒的稳 定、染色体断裂后的 修复以及在减数分裂 中染色体联会方面都 起辅助作用。
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3.复制起点
酵母的复制起点是指染色体上控制DNA复制起始的一小段DNA序列,通常 称为自主复制序列(autonomously replicatory sequence,ARS)。
自 1979年首次发现酿酒酵母的ARS以来,已在酿酒酵母中约有400个ARS, ARS/40kb。但这些ARS的使用频率不同,变动在0-100%之间。
分类:L型类病毒、M型类病毒 L-dsRNA:编码自身和M型的蛋白外壳和RNA聚合酶 M-dsRNA:编码杀伤毒素蛋白,分泌到细胞外。
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嗜杀型酵母
含L型类病毒 和M型类病毒
L型类病毒:含有 4.5kb的双链RNA
M型类病毒:含有两条 1.8kb双链RNA
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敏感型酵母
只含L型类病毒 不含M型类病毒
不含L型类病毒 不含M型类病毒
酿酒酵母端粒DNA的长度约为300bp,其DNA重复单位为: 5′C1-3A 3′G1-3T
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在大多数生物中,端粒DNA的旁边还常含有由中等重复序列组成的DNA。 在酵母中,与端粒相连的DNA有两类:
X 保守性较差,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 酿酒酵母中2/3的端粒含有1~4个拷贝的Y'。
4个蛋白质基因(REP1、REP2、REP3和FLP), 不 赋 予 宿 主 细 胞 遗 传 表 型 , 属于隐蔽质粒。
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1.特征:质粒上有两个600bp长的反向重复序列(IR),这两个IR中间由 一个大单一区域和小单一区域所间隔。 2.在两个IR上各有一个FRT(专一性重组位点),由于这两个FRT间的相互重 组,产生A型和B型两种互变异构型的混合质粒。
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第五节 接合型基因及其基因型转换
二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制
1、a和α单倍体细胞
酵母的有性生殖取决于两个单倍体细胞的接合型,其接合型的“性别” 是由其本身的遗传物质所决定的,是稳定的遗传特征。
基因 asg(a型细胞特异的基因) MFa1、MFa2 ste2 ste6 αsg(α型细胞特异的基因) MFα1、MFα2 ste3 ste13
4.基因组含有52个完整的Ty因子(反转座子)。
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第一节 酵母菌的基因组和染色体
1.核小体:DNA和组蛋白(H2A、H2B、H3和 H4) 酿 酒 酵 母 中 无 H1(有丝分裂中维持染色质的高度 超螺旋) 2.着丝粒(centromere): 点 着 丝 粒 和 区 域 着 丝 粒 3.端粒(telomere):末端重复序列和蛋白质 4.复制起点: 控 制 DNA复制起始的一段DNA序
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(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 A T 的DNA片段。 • 根据其在质粒中的稳定性,可分为三个结构域:其中A和B最为重

A结构域: 保守序列,称为ARS共有序列(ACS)。 所有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其起始功能。
B结构域: 位于ACS的3’末端,长度约80bp。
C结构域: ACS 的5‘末端,富含 AT ,C结构域间不具有同源性,也不 含共有序列。
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(2)ARS-结合蛋白
酿酒酵母复制的起始可能是通 过蛋白质与ARS相互作用而引 起的 。
与ARS结 合的蛋白有六种 , 分子质量分别:120kD、72kD、 62kD 、 57kD 、 53kD 和 50KD, 这些蛋白以复合物的形式存在 并与ACS结合,这种蛋白质复 合体称为起始识别复合物 (ORC)。
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第五节 接合型基因及其基因型转换
二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制
2、接合信息素的传递
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第五节 接合型基因及其基因型转换
二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制
2、接合信息素的传递
在酿酒酵母中,磷酸化的转录 因子Ste12是一个控制不同发育过 程起始的转录调节因子。
在单倍体细胞中,Ste12通过 阻遏单倍体细胞特异性基因的表 达和促进与接合有关的必需基因 的表达,从而促进接合所需的生 理反应,最终形成合子;
S 前期 S 后期
位于不同位点表现的活性不同,靠近端粒的ARS,一般不表现活性。
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第二节 酵母线粒体基因组及其遗传
• 线粒体是真核细胞重要的代谢中心之一。线粒体DNA(mtDNA)编 码线粒体自身所需的rRNA、tRNA以及某些蛋白质如细胞色素和 ATP酶等。
(一)呼吸缺陷突变株
• 酵母可以通过呼吸和发酵这两种代谢形式来取得能量,在有氧条 件下呼吸,缺氧条件下发酵。
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4.HAP1 HAP2和HAP3
• HAP1 HAP2和HAP3都是转录因子,控制酵母细胞色素c基 因CYC1和CYC7的转录。
• CYC1 UAS 由 UAS1 和UAS2 两个位点组成。 UAS1 与葡萄糖抑制时基因的转录有关 UAS1和UAS2共同作用 是乳糖去阻遏时基因转录所必需的。
5.α1、α2和a1调节蛋白
在双倍体细胞中,Ste12是细 胞生长所必需的。
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第五节 接合型基因及其基因型转换
二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制
3、接合型基因MAT在接合过程中的调控作用
酿酒酵母的单倍体细胞a和α两种接合型, 分别是由MATa和MATα基 因决定的。
MATα编码α1和α2两种调节蛋白。α1蛋白激活αsg基因群的表达,而 α2是一种同源结构域蛋白, 阻遏性地抑制asg基因群的表达,因此, 在 MATα细胞中表现出α型细胞的表型性状。
作用元件和多种通用转录因子及RNA聚合酶Ⅱ组成。 • 成环假说
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2.GAL4转录因子和gal基因的表达调控
• 酵母半乳糖代谢酶基因(gal)表达可以被生长条件所控制。 半乳糖通过转化为6-磷酸葡萄糖后进入糖酵解途径而被酵母利用。
• gal基因的转录是被严格调控的。gal1基因、gal7基因、gal10 基因和gal12基因在没有半乳糖的条件下不表达,而在半乳糖存 在条件下表达水平提高约1000 倍。 3.GCN4转录调控因子 GCN4能特异结合到许多氨基酸合成酶基因的启动子 调控元件上,激活基因的转录。
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二、酵母转录调控因子(反式作用蛋白)
1. 通用转录因子 结合在TATA序列附近,包括TFII-A、TFII-B、TGII-D、TFII-E、 TFII-F等。
2. 转录调控因子(结合在启动子上游) 转录调控蛋白由两个独立的结构域组成: (1)DNA结合区 (2)转录激活区
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1.TATA 区结合蛋白 • 转录起始复合物由 TATA 元件附近序列及转录起始位点等顺式
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第五节 接合型基因及其基因型转换
一、酿酒酵母的生活史
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第五节 接合型基因及其基因型转换
一、酿酒酵母的生活史 二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制
1、a和α单倍体细胞 2、接合信息素信号的传递 3、接合型基因MAT在接合过程中的调控作用 三、接合型基因的转换 1、酵母接合型基因的结构 2、接合型转换机理
ORC与A区结合,也与B区结
合。另外,Abflp也是一种主要
的ARS结合的蛋白,能提高复
制效率。
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(3) ARS启动染色体复制的活性
酿酒酵母基因组中约有400个ARS,但并不是所有的ARS在原染色体上都具有 自主复制活性。可是,将这些染色体上的ARS克隆到质粒上后,却都有自主复 制活性。
从使用的时序来看,可分为两类:
酵母细胞的单倍体类型是由接合型基因(MATα和 MATa)决定的。MATα编码α1和α2两个蛋白调控因子, 它们决定α型细胞的表型。MATa编码a1蛋白,控制a 型细胞的表型。
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第五节 接合型基因及其基因型转换
一、酿酒酵母的生活史 二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制
1、a和α单倍体细胞 2、接合信息素信号的传递 3、接合型基因MAT在接合过程中的调控作用 三、接合型基因的转换 1、酵母接合型基因的结构 2、接合型转换机理
REP3
A-type
REP1
REP2
FRT
FRT
FLP
REP1
B-type
REP3
.
REP2
FRT
FRT
FLP
(二) 嗜杀现象
1963年,Bevan和Makower发现酿酒酵母中某些菌株可产生毒素 而杀死其他酵母的现象。
嗜杀株(killer):产生毒素的菌株 敏感株:对毒素敏感的菌株 中性株:既不产毒素又不敏感的菌株 该特性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 在于细胞之中,不具有体外侵染的特性。也称为类病毒颗粒(viruslike particle).
第四节 酵母基因表达的调控
根据其性质,真核基因调控分两类: 1、瞬间调控(可逆性控制) 2、发育调控(不可逆性控制)
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一、酵母基因的启动元件(顺式作用元件) 1. 上游激活序列(upstream activating sequence UAS) 2. TATA元件 3. 转录起始位点 4. 沉默子
CDEⅠ和CDEⅢ是两个共有序列,位于两侧,中间是CDEⅡ, CDEⅡ的核苷酸序列中(A+T)含量超过90%,所以容易弯曲。
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2.端粒
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 DNA重复序列和与之相结合的蛋白质分子构 成的。
在大多数生物中,端粒DNA只是由几个碱基组成的DNA重复单 位通过串联重复而形成,长度从20bp到几个kb不等。
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