基因组学第10章解析
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细菌学：第十章 细菌基因组学课件
意外的发现
• 另外，此前科学界一致认为鸡没有嗅觉 ，但是分析结果表明鸡具有大量的嗅觉 基因，味觉基因却很缺乏。
• 分析还发现，鸡缺乏人类所具有的产生 乳汁、唾液和牙齿的基因。
鸡基因组研究的意义
• 鸡是研究低等脊椎动物和人类等哺乳动物 的一种比较理想的中介。
• 将人类基因组与鸡等其他生物的基因组进 行比较，有助于更深入理解人类基因的结 构和功能，进而开发治疗疾病的新手段， 对于培育优质鸡种、改善食品安全、控制 禽流感病毒的蔓延也有重要意义。
1. 原核生物基因组的大小--基因组较大的原
• 1997 年9 月,大肠杆菌的完整基因图谱已绘制成 功, 基因组全序列完成, 全长为5Mb ,共有4 288 个基因,同时也搞清了所有基因产物的氨基酸序 列.
• 人们常说，每个分子生物学家都对两种生物感 兴趣，一种是所研究的物种，另一种就是E. coli。研究人员可以利用实验室中的E. coli菌株 克隆DNA、表达蛋白质、分离目的基因等，如 果没有E. coli，实验室将无法工作。
测序微生物的类别
• 几乎所有类别的病毒 • 模式微生物 • 极端环境微生物 • 病原原核生物 • 环境降解微生物 • 其他
Viruses
微生物基因组的特点
类别
特征
染色体结构 基因组大小 编码序列
多为一条环状闭合双链DNA 从0.16-13Mb 占基因组总长度的90%，平均为1Kb左 右
GC含量
鸡的进化研究
• 鸡是种常见的家禽，长期受到进化生物学家的 青睐。它的基因序列也有助于科学家了解农业 和进化学上重要特性的遗传学基础。
转基因小鸡
• 对鸡和人类的基因组进行比较后发现约 七千万个碱基对是共有的。
• 这暗示着在大约三亿一千万年前二个物 种从共同祖先分化出来的时候，遗传物 质具有守恒性。
第十章 新酶的发现与筛选
3
微生物作为酶源的优点
（ 2 ）培养简便、繁殖快、发酵周期短， 能控制培养条件大幅度提高酶的产量。 （ 3 ）微生物易变异，可采用各种遗传变 异手段，培育出新的、更理想的菌株。
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第10章 新酶的发现与筛选
4
二、 微生物新酶的获取途径
购买商品化的酶
购买产酶微生物
获取途径 从自然界筛选产酶微生物
第10章 新酶的发现与筛选
41
示例1 基因组序列搜索
查找基因组序列：Kluyveromyces lactis 搜索基因组序列中的还原酶 reductase
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第10章 新酶的发现与筛选
42
2、 基因挖掘法
基因组狩猎原理
以已知酶为探针，与整个数据库的酶进行比 对，获得中等相似度（ 50%~70% ）的酶进行克 隆表达，通过功能筛选并获得所需要的酶。
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第10章 新酶的发现与筛选
43
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示例2 数据库比对寻找相似酶序列
酶探针的氨基酸序列
NADPH-dependent alpha-keto amide reductase [Kluyveromyces marxianus]
GenBank: BAP73216.1
1 61 121 181 241 301 MTNQKFFTLS AETYKTYPEL IHSPFFDKDL FSPFLQNQTP QVLLLWVYKR YTKYNSEAQK NGNKIPAVAV GAALKETKKP NIDLETAWKQ GIVEFSQKND GILPVTTSAK VGTGTKWYKA REEIFITDKF LEELYKSGKA ILLEAYSPLG IERIKQAQDI EETDATFSQE SSLHKISEDP KNIGVSNFTV PLQKKPADAD FSFDLTEEEV LTDIVKLSLD KSALETALKK EDLKKVLAIA QQPFYQYLKE KKITDLGLQH TVPGIVHIDA LGVDYVDLYL EIKPQVNQIE LSEKYNKTEA EPVRLYWVDF
第10篇 基因组表观遗传
核小体旋转定位
旋转定位（rotational position） 缠绕在核小体上的 DNA分子总是一面 朝外，一面朝内。 当移动缠绕在核小 体上的DNA时，若 改变的顺序少于整 圈螺旋碱基对数 （≠10.2 bp），原 有的顺序朝向将发 生变化。因朝外一 侧比朝内一侧更易 受到核酸酶的攻击， 采用合适的酶处理 可检测到这种变 副突变不涉 及基因结构 的改变,只是 等位基因的 表达模式不 同于原来的 同源基因.
副突变遗传效应
10.3 DNA甲基化与表观遗传
基因组的甲基化模式可影响表型并能通过 体细胞遗传,但不改变细胞的基因型.
A甲基转移酶主要存在于低等真核生物 C甲基转移酶主要存在于高等真核生物 两者都以SAM(S腺苷甲硫氨酸)为底物.
果蝇绝缘子（insulator）
果蝇多线染色体横纹区SCS 专一性结合蛋白质
Interband
Scs,
BEAF-32
绝缘子可阻止相邻基因之间 增强子的彼此干扰
1) 真核生物增强子具有双向作用, 超长距离功 能, 从而带来位置相邻基因之间的彼此干扰 问题. 2) 有些基因位与异染色质邻近, 会受到抑制效应 的干扰. 绝缘子可以阻止上述因位置原因产生的对基因表 达的抑制.
核小体平移定位
平移定位（translational position） 假定核小体与DNA的结合存在特 异性，当移动10 bp 倍数的顺序时，缠绕核小体的序列将会改变位置， 从而使核小体之间连接的顺序发生移位，但不改变DNA顺序原有的 朝向。 移位可使下一轮暴露的连接DNA顺序增加或减少。用微球菌 核酸酶处理样品，可发现移位的顺序 .
Acetylation Phosphorylation
Histone Substitution
第10章 植物遗传转化
8
农杆菌和基因枪转化的特点比较
1，农杆菌转化的特点： 多为单拷贝或寡拷贝转化与整合，减少了 共抑制等基因沉默现象，转基因遗传较稳 定； 不需要特殊设备，实验成本较低。
9
农杆菌和基因枪转化的特点比较
2，基因枪法转化的特点： 不受基因型限制，并且可用各种组织或细胞 作为靶材料。 操作简便。
21
第二节
转化的受体系统
二、转化受体系统的类型和特性
1，经过愈伤组织的受体系统 1.3，两种形式的共同特点：
1）外植体材料来源广泛； 2）适用的植物物种范围广； 3）再生植株群体变异大。
22
第二节
转化的受体系统
二、转化受体系统的类型和特性
2，不经过愈伤组织的受体系统 也称直接分化受体系统，指直接对外植体 材料进行遗传转化操作，然后经过培养直接在 外植体上形成不定芽的情况。 这种系统的特点是 1）获得再生植株的所 需时间短，操作简单；2）遗传变异少；3）外 源基因稳定性高；4）嵌合体比例偏高；5）受 植物物种的限制比较大。
25
第二节
转化的受体系统
二、转化受体系统的类型和特性 5，生殖细胞受体系统
以花粉粒或卵细胞为受体细胞进行直接的 转化的技术系统，也叫种质系统。 5.1，花粉管通道法； 5.2，花粉粒浸泡法； 5.3，花粉粒基因枪转化法； 5.4，子房微注射法。
26
第二节
转化的受体系统
二、转化受体系统的类型和特性
16
第二节
转化的受体系统
一、转化受体的条件
5，农杆菌敏感性 对于农杆菌介导的基因转化来说，需要受 体材料对农杆菌敏感，因为只有对农杆菌敏感 的材料才能够接受农杆菌的转化。一般认为， 大多数双子叶植物对农杆菌敏感而单子叶植物 不敏感。 农杆菌有不同的菌株，同一材料对不同菌 株的敏感程度可能存在不同；目前，还可以采 用化学试剂（乙酰丁香酮）来弥补敏感性的不 足。
微生物 10-1第十章 微生物的遗传变异和育种
R100质粒 质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性： 可使宿主对下列药物及重金属具有抗性： 质粒 可使宿主对下列药物及重金属具有抗性 汞（mercuric ion ，mer）四环素（tetracycline，tet ）链霉素 ）四环素（ ， (Streptomycin, Str)、磺胺 、磺胺(Sulfonamide, Su)、氯霉素 、 (Chlorampenicol, Cm)、夫西地酸（fusidic acid，fus） 、夫西地酸（ ， ） 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。 并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。
3、质粒的类型 、
严谨型质粒(stringent plasmid)：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数 严谨型质粒 ：复制行为与核染色体的复制同步， 松弛型质粒(relaxed plasmid)：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数 松弛型质粒 ：复制行为与核染色体的复制不同步，
窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid) 窄宿主范围质粒 只能在一种特定的宿主细胞中复制） （只能在一种特定的宿主细胞中复制） 广宿主范围质粒(broad host range plasmid) 广宿主范围质粒 可以在许多种细菌中复制） （可以在许多种细菌中复制）
因子） （2）抗性因子（Resistance factor，R因子） ）抗性因子（ ， 因子
包括抗药性和抗重金属二大类，简称 质粒 质粒。 包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。 抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。 抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。
抗性转移因子（ 抗性转移因子（RTF）：转移和复制基因 ） R质粒 质粒 抗性决定因子： 抗性决定因子：抗性基因
《基因组学》PPT课件
第十章 基因组学 (Genomics)
ppt课件
1
Structural Genomics 结构基因组学 Functional Genomics 功能基因组学
Transcriptomics 转录物组学 Proteomics 蛋白质组学
ppt课件
2
第一节 真核生物基因组组成
Organization of Eukaryotic Genome
ppt课件
16
1. Genetic map 遗传图
The map in which mutant alleles or DNA markers are assigned relative positions along a chromosome on the basis of the recombination frequencies between them
Tetrahymena, GGGGTT Human, GGGATT Telomere-associated sequences: is repetitive and is found both adjacent to and within the telomere. The sequences vary among organisms.
ppt课件
5
Highly repetitive sequences 高度重复序列 5~300bp , 105 copies
Middle-repetitive sequences 中度重复序列 10~1000 copies
Unique sequences 单拷贝序列
ppt课件
6
▪ Gene family（基因家族）: a set of genes in one genome all descended from the same ancestral gene.
ppt课件
1
Structural Genomics 结构基因组学 Functional Genomics 功能基因组学
Transcriptomics 转录物组学 Proteomics 蛋白质组学
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2
第一节 真核生物基因组组成
Organization of Eukaryotic Genome
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16
1. Genetic map 遗传图
The map in which mutant alleles or DNA markers are assigned relative positions along a chromosome on the basis of the recombination frequencies between them
Tetrahymena, GGGGTT Human, GGGATT Telomere-associated sequences: is repetitive and is found both adjacent to and within the telomere. The sequences vary among organisms.
ppt课件
5
Highly repetitive sequences 高度重复序列 5~300bp , 105 copies
Middle-repetitive sequences 中度重复序列 10~1000 copies
Unique sequences 单拷贝序列
ppt课件
6
▪ Gene family（基因家族）: a set of genes in one genome all descended from the same ancestral gene.
23-第10章 基因组表观遗传-表观遗传现象
第10章 基因组表观遗传
1) 什么是表观遗传 2) 表观遗传现象
环境决定基因的表达模式
鳄鱼性别由孵化温度决定
扬子鳄卵在孵化温度为 28.5 摄氏度时，孵出的 全部为雌鳄；当气温在 33.5 摄氏度到35摄氏度 时，孵出的全为雄鳄； 气温在30摄氏度时，雌 雄比例相等。温度越高， 孵化出的雄性幼鳄越多。 基因型不变，但表型依 环境变化发生改变，这 是典型的表观遗传现象。
系失活的染色体相同，。
胎盘哺乳动物X染色体失活模式
胎盘哺乳动物有两种X染色体失活（XCI）模式： 1) 在受精的胚和胚外组织（胎盘）细胞总是父源X
染色体失活（如袋鼠）； Takagiand Sasaki 1975; Okamoto et al. 2004 2) 在胚胎发育囊胚期，胚胎植入子宫时内细胞团 （将发育成三胚层的细胞）的X染色体随机失活。 Monk and Harper1979; Mak et al. 2004
玉米中发现。
在杂合子中同
一座位上的一
个等位基因影
响另一个同源
等位基因的表
型, 颜色变浅。
副突变在转基
因表现型中也
已发现, 称为
同源抑制。副
突变可以遗传
给子代。
深紫色等位基因B-I的表达状态转变为淡紫色B’.
基因组印记
genomic imprinting
1) 老鼠类胰岛素生长因子Igf2的基因突变纯合子表现为
3) 位置效应实际上反映了基因组不同区域特定 染色质结构对基因施加的影响。
花斑型
从原来的常染
色质区移到异
染色质区附近,
因异染色质的
扩散效应, 造
成基因表达的
改变。 这种抑
杂斑位置效应（position effect variegation， 制效应的差别 PEV）是一种遗传突变，源于果蝇染色体 使基因表达受
1) 什么是表观遗传 2) 表观遗传现象
环境决定基因的表达模式
鳄鱼性别由孵化温度决定
扬子鳄卵在孵化温度为 28.5 摄氏度时，孵出的 全部为雌鳄；当气温在 33.5 摄氏度到35摄氏度 时，孵出的全为雄鳄； 气温在30摄氏度时，雌 雄比例相等。温度越高， 孵化出的雄性幼鳄越多。 基因型不变，但表型依 环境变化发生改变，这 是典型的表观遗传现象。
系失活的染色体相同，。
胎盘哺乳动物X染色体失活模式
胎盘哺乳动物有两种X染色体失活（XCI）模式： 1) 在受精的胚和胚外组织（胎盘）细胞总是父源X
染色体失活（如袋鼠）； Takagiand Sasaki 1975; Okamoto et al. 2004 2) 在胚胎发育囊胚期，胚胎植入子宫时内细胞团 （将发育成三胚层的细胞）的X染色体随机失活。 Monk and Harper1979; Mak et al. 2004
玉米中发现。
在杂合子中同
一座位上的一
个等位基因影
响另一个同源
等位基因的表
型, 颜色变浅。
副突变在转基
因表现型中也
已发现, 称为
同源抑制。副
突变可以遗传
给子代。
深紫色等位基因B-I的表达状态转变为淡紫色B’.
基因组印记
genomic imprinting
1) 老鼠类胰岛素生长因子Igf2的基因突变纯合子表现为
3) 位置效应实际上反映了基因组不同区域特定 染色质结构对基因施加的影响。
花斑型
从原来的常染
色质区移到异
染色质区附近,
因异染色质的
扩散效应, 造
成基因表达的
改变。 这种抑
杂斑位置效应（position effect variegation， 制效应的差别 PEV）是一种遗传突变，源于果蝇染色体 使基因表达受
24-第10章 基因组表观遗传-DNA甲基化
抑制基因表达 Dnmts（DNA甲基化酶）打靶CpG位点甲基化DNA的胞嘧啶。 甲基化DNA被甲基化结合蛋白MBD识别，然后招募组蛋白修饰酶如组蛋 白脱乙酰化酶（histone deacetylases ，HDAC)使组蛋白去乙酰基化，同 时 也可招募组蛋白甲基转移酶（ histone methyltrans –ferases ，HMT)使 组 蛋白甲基化。 随后招募染色质重建复合物SUV39H1，促使染色质收缩 沉默。
受精胚与体细胞胚的发育差异
哺乳动物体细胞
胚胎与受精卵胚
胎发育存在许多
差异. 这些差异主 要表现在体细胞
胚与受精胚基因
组的程序化. 受精 卵的雄核与雌核
基因组DNA在去 甲化的程序上存
在时间差. 雄核 基因组DNA去甲 基化先于雌核基
因组DNA.基因组 DNA甲基化程序 的差异会导致胎
发育异常.
谢谢!
siRNA
介 导
DNA
甲基化
植物染色质沉默的调控机制 siRNA介导的转座子和重复 序 列甲基化的可能模式。由Pol IV和Pol V产生的siRNA 转 移到AGO4。AGO4然后与DNA甲基化酶等因子互作在靶 DNA位置甲基化。DRM2：DOMAINSREARRANGED METHYLTRANSFERASE 2，重新甲基化酶。 Nat Rev Genet .11:204-220，2010
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分化
5-氮脱氧胞嘧啶是胞嘧啶的类似物, 当加入的5-氮脱氧胞嘧啶添加到培养 的小鼠细胞中，在DNA进入复制时, 5-氮脱氧胞嘧啶可取代胞嘧啶。在下 一轮复制时可消除原有的DNA甲基化, 促使基因表达。 Hpa II是一个可 以识别-CCGG-的DNA限制性内切酶，但对甲基化的-C5mCGG-敏感，可 从HpaII的酶切条带的变化可以探知基因组DNA甲基化的状态。培养的小 鼠 细胞在5-氮脱氧胞嘧啶处理后可检测到HpaII酶切带型的改变。
受精胚与体细胞胚的发育差异
哺乳动物体细胞
胚胎与受精卵胚
胎发育存在许多
差异. 这些差异主 要表现在体细胞
胚与受精胚基因
组的程序化. 受精 卵的雄核与雌核
基因组DNA在去 甲化的程序上存
在时间差. 雄核 基因组DNA去甲 基化先于雌核基
因组DNA.基因组 DNA甲基化程序 的差异会导致胎
发育异常.
谢谢!
siRNA
介 导
DNA
甲基化
植物染色质沉默的调控机制 siRNA介导的转座子和重复 序 列甲基化的可能模式。由Pol IV和Pol V产生的siRNA 转 移到AGO4。AGO4然后与DNA甲基化酶等因子互作在靶 DNA位置甲基化。DRM2：DOMAINSREARRANGED METHYLTRANSFERASE 2，重新甲基化酶。 Nat Rev Genet .11:204-220，2010
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分化
5-氮脱氧胞嘧啶是胞嘧啶的类似物, 当加入的5-氮脱氧胞嘧啶添加到培养 的小鼠细胞中，在DNA进入复制时, 5-氮脱氧胞嘧啶可取代胞嘧啶。在下 一轮复制时可消除原有的DNA甲基化, 促使基因表达。 Hpa II是一个可 以识别-CCGG-的DNA限制性内切酶，但对甲基化的-C5mCGG-敏感，可 从HpaII的酶切条带的变化可以探知基因组DNA甲基化的状态。培养的小 鼠 细胞在5-氮脱氧胞嘧啶处理后可检测到HpaII酶切带型的改变。
10第十章-细胞核与染色体
即核蓝（nuclear basket）。 • 辐（spoke）
– 柱状亚单位（column subunit） – 腔内亚单位(luminal subunit) – 环带亚单位（annular subunit） • 中央栓（central plug）：transporter
The Nuclear Pore
核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建
• 新核膜来自旧核膜。 • 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异
性（domain-specific）。 • 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配
体系提供了实验模型。 • 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期
调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋 白、核孔复合体蛋白的 磷酸化与去磷酸化修 饰有关。
三、染色质蛋白
负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读。 1. 组蛋白(histone)： 2. 非组蛋白(nonhistone)： 3. 非组蛋白的不同结构模式
组蛋白
• 带正电荷，含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为： – 核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4； 帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构 – 连接组蛋白（linker histone）：H1。在构成核小体时 H1起连接作用,
细胞核的结构组成
（1）核膜 （2）染色质 （3）核仁 （4）核骨架
核骨架：在细胞核内，
除了核被膜、核纤层、 染色质与核仁以外的网 架结构体系。
第一节 核被膜与核孔复合体
1、核被膜 Nuclear envelope 2、核孔复合体 nuclear pore complex,NPC
一、核被膜是双层膜结构
电镜下，核被膜由内外两层平行但不连续的单位膜构成
– 柱状亚单位（column subunit） – 腔内亚单位(luminal subunit) – 环带亚单位（annular subunit） • 中央栓（central plug）：transporter
The Nuclear Pore
核被膜在细胞有丝分裂中有规律地解体与重建
• 新核膜来自旧核膜。 • 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异
性（domain-specific）。 • 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配
体系提供了实验模型。 • 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期
调控因子的调节，调节作用可能与核纤层蛋 白、核孔复合体蛋白的 磷酸化与去磷酸化修 饰有关。
三、染色质蛋白
负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读。 1. 组蛋白(histone)： 2. 非组蛋白(nonhistone)： 3. 非组蛋白的不同结构模式
组蛋白
• 带正电荷，含Arg，Lys，属碱性蛋白，共5种，分为： – 核心组蛋白（core histone）：H2A、H2B、H3、H4； 帮助DNA卷曲形成核小体的稳定结构 – 连接组蛋白（linker histone）：H1。在构成核小体时 H1起连接作用,
细胞核的结构组成
（1）核膜 （2）染色质 （3）核仁 （4）核骨架
核骨架：在细胞核内，
除了核被膜、核纤层、 染色质与核仁以外的网 架结构体系。
第一节 核被膜与核孔复合体
1、核被膜 Nuclear envelope 2、核孔复合体 nuclear pore complex,NPC
一、核被膜是双层膜结构
电镜下，核被膜由内外两层平行但不连续的单位膜构成
《毒理学基础》第10章 毒理基因组学 ppt课件
三、结构基因组学
（一） 概念和目的 （二） 基因图谱 （三） 结构基因组学研究常用方法
（一）结构基因组学***
以全基因组测序为目标的基因结构研究弄清基 因组中全部基因的位置和结构，为基因功能的 研究奠定基础。
➢ 基因定位 ➢ 基因组图谱绘制 ➢ 测定核苷酸序列
结构基因组学 （structural genomics）
Nucleoid类核 核糖体
质粒plasmid
鞭毛
大肠杆菌细胞结构
▪ 大肠杆菌染色体DNA
OriC
0
4000K
bp 大肠杆菌 1000K
3000K
2000K
TerC
由一条环状双链DNA分子组成， 通常只有一个DNA复制起点。
▪ 质粒DNA
四环素抵抗
质粒是存在于细菌染色体外的，具有自主复 制能力的环状双链DNA分子；大小为几kb。
基因组（genome），又称染色体组 一个物种单倍体的染色体数目，物种全部遗传 信息的总和。 泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部遗传 物质；在真核生物，基因组是指一套染色体 （单倍体）DNA。
1. 病毒基因组
DNA病毒 多数为双链(ds)、环状或线性 RNA病毒 多数为单链(ss)、线性
▪ 单链环状DNA病毒
* 新的孢子立刻重新入侵红细胞，再次逃过免疫 系统的攻击。且以血红蛋白为食，继续繁殖；
* 两天后又可再次破坏红细胞，产生更多的孢子 入侵其它红细胞……不久，2/3的红细胞都会被 疟原虫侵袭。
* 疟原虫在血液里这种周期性的繁殖过程，而导 致病人三天两头地发高烧、打寒战。
•人肝细胞内间日疟原虫 （Plasmodium vivax） •细胞前期成熟裂殖体疟原 虫是疟疾的病原体，分布区 几乎遍及全球。
第十章 DNA复制
第10章
DNA的生物合成
DNA Biosynthesis ( Replication )
第一节
复制的基本规律
Basic Rules of DNA Replication
DNA复制的特征
半保留复制 (semi-conservative replication)
双向复制 (bidirectional replication) 半不连续复制 (semi-discontinuous replication)
A G G T A C T G C C A C T G G
T C C A T G A C G G T G A C C
C C A C T G G
G G T G A C C
AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
+
AT GC GC TA AT CG TA GC CG CG AT CG TA GC GC
DNA复制的体系
底物: dNTP (dATP、dGTP 、dCTP 、dTTP)
聚合酶: 依赖DNA的DNA聚合酶(DNA-pol)
模板: 解开成单链的DNA母链
引物: 提供3-OH末端的寡核苷酸
其他酶和蛋白质因子: 拓扑异构酶、解旋酶、
引物酶、连接酶、单链DNA结合蛋白
一、复制的基本化学反应
单链DNA结合蛋白
解旋酶
随
从
链
（二）DNA拓扑异构酶改变DNA超螺旋状态、 理顺DNA链
复制过程正超螺旋的形成
10
局部解链后
8
解链过程中，DNA分子会出现过度拧紧、 打结、缠绕、连环等现象。
第十章 酵母基因工程-08级
如果说大肠杆菌是外源基因最成熟的原 核生物表达系统， 核生物表达系统，则酵母菌是最成熟的真核 生物表达系统。 生物表达系统。
2、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， ① 全基因组测序，基因表达调控机理比较清楚， 遗传操作简便； 遗传操作简便； ② 具有原核细菌无法比拟的真核蛋白翻译后加工 系统； 系统； 大规模发酵历史悠久、技术成熟、工艺简单、 ③ 大规模发酵历史悠久、技术成熟、工艺简单、 成本低廉； 成本低廉； 能将外源基因表达产物分泌至培养基中； ④ 能将外源基因表达产物分泌至培养基中； 不含有特异性的病毒、不产内毒素，美国FDA FDA认 ⑤ 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（ 定为安全的基因工程受体系统（Generally Recognized As Safe GRAS）； ）； 酵母菌是最简单的真核模式生物。 ⑥ 酵母菌是最简单的真核模式生物。
选择标记
对应于营养缺陷型受体的野生型基因：HIS4 (组氨醇脱 对应于营养缺陷型受体的野生型基因： 氢酶基因) 精氨酸合成酶基因)； 氢酶基因)；ARG4(精氨酸合成酶基因 ；TRP1(色氨酸 精氨酸合成酶基因 色氨酸 合成酶基因)； 尿嘧啶合成酶基因) 合成酶基因 ；URA3 (尿嘧啶合成酶基因)。 抗性选择标记：抗生素G418抗性基因和Zeocin G418抗性基因和Zeocin抗性基因 抗性选择标记：抗生素G418抗性基因和Zeocin抗性基因
2、酿酒酵母的附加型载体
pUC质粒的复制起点和amp pUC质粒的复制起点和ampr抗性基因 质粒的复制起点和 酵母菌的2μm质粒的复制区 酵母菌的2μm质粒的复制区 酵母转化的选择元件： 酵母转化的选择元件：LEU2(亮氨酸合成酶基因)； (亮氨酸合成酶基因)
第十章基因表达调控
2.基因表达的时间性及空间性
基 因 表 达 的 时 间 特 异 性 (temporal specificity)是指特定基因的表达严格按照 特定的时间顺序发生，以适应细胞或个 体特定分化、发育阶段的需要。故又称 为阶段特异性。
基 因 表 达 的 空 间 特 异 性 （ spatial specificity）是指多细胞生物个体在某一 特定生长发育阶段，同一基因的表达在 不同的细胞或组织器官不同，从而导致 特异性的蛋白质分布于不同的细胞或组 织器官。故又称为细胞特异性或组织特 异性。
基因转录被阻遏
三、色氨酸操纵子P271-278
• 色氨酸操纵子（trp operon）:阻遏型负 调控操纵子，调控一系列用于色氨酸合 成代谢的酶蛋白的转录。
色氨酸操纵子(tryptophane operon)——合成 代谢，阻遏负调控；弱化作用。
（一）色氨酸操纵子的结构
操纵子
（二）色氨酸操纵子的作用机理
aporepressor + corepressor 遏物) 启动子失活
repressor (阻 不转录
aporepressor + operator 转录发生
启动子有活性
色氨酸操纵子 - 阻遏负调控
调节区
trpR RNA聚P合酶O
RNA聚合酶
Trp 低时
结构基因
mRNA
Trp 高时 Trp
2.弱化子及其调节作用
• attenuator: A region of DNA upstream from one or more structural genes, where premature transcription termination can occur.
遗传学第10章核外遗传分析
遗传学第10章核外遗传分析
目录
• 核外遗传分析概述 • 核外遗传物质的种类和特性 • 核外遗传分析的方法和技术 • 核外遗传在生物科学研究中的应用 • 核外遗传分析的挑战和前景 • 参考文献
01
核外遗传分析概述
核外遗传的概念
01
核外遗传是指基因组中位于细胞 核外的遗传物质，如线粒体和叶 绿体中的DNA。
在生物多样性研究中的应用
要点一
生物多样性评估
要点二
生态适应性
核外遗传物质的分析有助于评估生物多样性。通过比较不 同物种的核外遗传物质，可以揭示物种之间的差异和多样 性，为保护生物多样性提供科学依据。
核外遗传物质的分析有助于研究生物的生态适应性。通过 比较不同环境下的生物种群，可以了解生物如何适应不同 的生态环境，为生态保护和恢复提供指导。
叶绿体遗传物质
总结词
叶绿体是植物细胞中的光合作用器官，也含有自身的遗传物质，称为叶绿体 DNA。
详细描述
叶绿体DNA是环状的，基因组相对较小，通常只包含约120个基因。这些基因 主要参与光合作用和叶绿素合成等过程。叶绿体DNA的突变可以导致植物生长 异常、育性降低和抗逆性减弱等。
质粒和转座子
总结词
04
核外遗传在生物科学研 究中的应用
在物种进化研究中的应用
物种进化研究
核外遗传物质，如线粒体DNA和叶绿体 DNA，提供了物种进化的重要信息。通过 比较不同物种的核外遗传物质，可以揭示物 种之间的亲缘关系和进化历程。
生物分类学
核外遗传物质的分析有助于生物分类学的研 究。通过核外遗传物质的差异，可以对生物 进行更准确的分类和鉴定。
03
核外遗传分析的方法和 技术
核外DNA的提取和纯化
目录
• 核外遗传分析概述 • 核外遗传物质的种类和特性 • 核外遗传分析的方法和技术 • 核外遗传在生物科学研究中的应用 • 核外遗传分析的挑战和前景 • 参考文献
01
核外遗传分析概述
核外遗传的概念
01
核外遗传是指基因组中位于细胞 核外的遗传物质，如线粒体和叶 绿体中的DNA。
在生物多样性研究中的应用
要点一
生物多样性评估
要点二
生态适应性
核外遗传物质的分析有助于评估生物多样性。通过比较不 同物种的核外遗传物质，可以揭示物种之间的差异和多样 性，为保护生物多样性提供科学依据。
核外遗传物质的分析有助于研究生物的生态适应性。通过 比较不同环境下的生物种群，可以了解生物如何适应不同 的生态环境，为生态保护和恢复提供指导。
叶绿体遗传物质
总结词
叶绿体是植物细胞中的光合作用器官，也含有自身的遗传物质，称为叶绿体 DNA。
详细描述
叶绿体DNA是环状的，基因组相对较小，通常只包含约120个基因。这些基因 主要参与光合作用和叶绿素合成等过程。叶绿体DNA的突变可以导致植物生长 异常、育性降低和抗逆性减弱等。
质粒和转座子
总结词
04
核外遗传在生物科学研 究中的应用
在物种进化研究中的应用
物种进化研究
核外遗传物质，如线粒体DNA和叶绿体 DNA，提供了物种进化的重要信息。通过 比较不同物种的核外遗传物质，可以揭示物 种之间的亲缘关系和进化历程。
生物分类学
核外遗传物质的分析有助于生物分类学的研 究。通过核外遗传物质的差异，可以对生物 进行更准确的分类和鉴定。
03
核外遗传分析的方法和 技术
核外DNA的提取和纯化
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The level of activity of a euchromatic region of a chromosome is regulated by a cis-acting DNA element designated a locus control region.
4) 2001年Science杂志对epigenetics的定义为: 不涉及DNA 顺序的变异但能通过有丝分裂和减数分裂遗传的基因表 达模式的改变.
表观遗传学
表观遗传学(epigenetics):
研究在不改变DNA顺序的情况下基因表达 出现可遗传变化的分支学科. 这种表达模式 的改变可通过有丝分裂和减数分裂传递给 子代细胞或个体. 表观遗传学是功能基因组 学研究的重要领域. 表观遗传是基因组程序化的一种表现形式.
同卵孪生子的表型趋异也是一种表观遗传. 最近的研究发 现, 随着年龄的增长同卵孪生子的表型差异有扩大的趋 势.
Epigenetics概念的变迁
1) 1982年“Dictionary of Biology”的定义: epigenetics系指 遗传因子与发育过程之间的互作, 通过这种互作使基因 型转变为表型.
2000年10月, 欧共体启动了一项探索计划: 绘制人 类基因组7种不同组织细胞主要组织相容性复 合体(MHC)区甲基化位点图.Leabharlann 表观遗传--位 置 效 应
1) 位置效应是指由于基因在染色体上的位置发 生改变而引起的表型改变的现象。
2) 位置效应表明, 基因的功能以及基因对生物 表 型的影响可以在不改变遗传物质本身的顺 序组成情况下仅仅由于遗传物质在染色体上 的位置差别而发生变化。
Epigenetics的历史
1) 上世纪40年代, Waddington首创“epigenetics” 一词, 用以概括研究基因及其产物如何转变为 表现型的领域. 用现在的话说, 就是遗传信息 如何转变为表型的过程.
2) 就词义而言, “epi”是“其上” (upon) 或“超 越” (over)的意思. 因此, 在epigenetics的定义 中, genetics只涉及基因的结构层次, 而 epigenetics则涉及基因如何发挥其功能以及 基因之间的互作关系.
3) 在Waddington的“epigenetics”定义中, epigenetics的位置处于遗传学, 发育和生态学 的交叉口.
表观遗传的通俗解释
我国古代有“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒 相似，其实味不同”的记载，说明相同基因型的生物 在不同的环境条件下表型有很大的差别。同一种中药 材在不同产地生长，其药效相差甚远，这也是环境影 响基因表达的突出例子。这种因环境影响而改变的基 因表达模式并不涉及基因型的变异，但可以重复出现， 稳定遗传，是一种典型的表观遗传现象。
2) 1992年, Hall在其所著的“Evolutionary Developmental Biology”一书中, 将epigenetics定义为: 在发育过程中遗 传因子和非遗传因子作用于细胞, 选择性控制基因的表 达, 并逐步增加表型复杂性的过程.
3) 1996年, 在“Epigentic Mechanisms of Gene Regulation” 一书中将epigenetics定义为: 不涉及DNA顺序的改变而 发生的基因功能的差异, 这种差异能通过有丝分裂和减 数分裂稳定传递.
2) while a mutation in the axin gene called axinfused produces mice with kinky tails (弯曲尾巴),
the degree of kinkiness varies among genetically identical littermates (同一窝老鼠)(Figure).
表观遗传学的内容
广义的表观遗传(epigenetic) 包括以下内容: 1) DNA的甲基化 2) 位置效应 3) 核小体和组蛋白的修饰 (乙酰基化和甲基化) 4) RNAi (siRNA和miRNA)导致的基因沉默 5) 染色质重建 (如X-染色体的失活) 6) 免疫组织细胞DNA的重排 7) 基因组印记(genomic imprinting) 8) 等位基因的副突变及同源抑制，颠换效应 9) 朊蛋白 (Prion)
3) 位置效应实际上反映了基因组不同区域特定 染色质结构对基因施加的影响。
两种位置效应
美国学者E.B.刘易斯把位置效应分为两大 类型：稳定型和花斑型。 稳定型位置效应 简称S型位置效应，表型
改变是稳定的。 花斑型位置效应 简称V型效应，其表型改
变是不稳定的，从而导致显性和隐性 性状嵌合的花斑现象。
欧洲已启动epigonome计划
In October 2000, the Human Epigenome Consortium (the Sanger Institute, Epigenomics AG, and the Centre National de Génotypage in Evry, France) started a European Unionfunded pilot project to map the methylation sites within the major histocompatibility complex (MHC) region in seven different human tissues.
花斑型位置效应
当某一基因由 于染色体重排 从原来的常染 色质区移到异 染色质区附近, 因异染色质的 扩散效应, 造 成基因表达的 改变. 这种抑 制效应的差别 使基因表达受 抑程度不同, 由此产生嵌合.
位置效应--座位控制区
1) 什么是座位控制区(locus control region , LCR).
第10章 基因组表观遗传
1) 什么是表观遗传 2) 表观遗传现象 3) 表观遗传机制
位置效应 副突变 甲基化 基因组印记 染色质重建 剂量补偿
1)
型
2) 3) 4) 5)
表观遗传学的例子
1) 细胞的分化是一种典
的表观遗传学现象, 如人 类眼睛细胞和肌肉细胞含 有相同的基因组, 但基因 的表达差异很大.
4) 2001年Science杂志对epigenetics的定义为: 不涉及DNA 顺序的变异但能通过有丝分裂和减数分裂遗传的基因表 达模式的改变.
表观遗传学
表观遗传学(epigenetics):
研究在不改变DNA顺序的情况下基因表达 出现可遗传变化的分支学科. 这种表达模式 的改变可通过有丝分裂和减数分裂传递给 子代细胞或个体. 表观遗传学是功能基因组 学研究的重要领域. 表观遗传是基因组程序化的一种表现形式.
同卵孪生子的表型趋异也是一种表观遗传. 最近的研究发 现, 随着年龄的增长同卵孪生子的表型差异有扩大的趋 势.
Epigenetics概念的变迁
1) 1982年“Dictionary of Biology”的定义: epigenetics系指 遗传因子与发育过程之间的互作, 通过这种互作使基因 型转变为表型.
2000年10月, 欧共体启动了一项探索计划: 绘制人 类基因组7种不同组织细胞主要组织相容性复 合体(MHC)区甲基化位点图.Leabharlann 表观遗传--位 置 效 应
1) 位置效应是指由于基因在染色体上的位置发 生改变而引起的表型改变的现象。
2) 位置效应表明, 基因的功能以及基因对生物 表 型的影响可以在不改变遗传物质本身的顺 序组成情况下仅仅由于遗传物质在染色体上 的位置差别而发生变化。
Epigenetics的历史
1) 上世纪40年代, Waddington首创“epigenetics” 一词, 用以概括研究基因及其产物如何转变为 表现型的领域. 用现在的话说, 就是遗传信息 如何转变为表型的过程.
2) 就词义而言, “epi”是“其上” (upon) 或“超 越” (over)的意思. 因此, 在epigenetics的定义 中, genetics只涉及基因的结构层次, 而 epigenetics则涉及基因如何发挥其功能以及 基因之间的互作关系.
3) 在Waddington的“epigenetics”定义中, epigenetics的位置处于遗传学, 发育和生态学 的交叉口.
表观遗传的通俗解释
我国古代有“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒 相似，其实味不同”的记载，说明相同基因型的生物 在不同的环境条件下表型有很大的差别。同一种中药 材在不同产地生长，其药效相差甚远，这也是环境影 响基因表达的突出例子。这种因环境影响而改变的基 因表达模式并不涉及基因型的变异，但可以重复出现， 稳定遗传，是一种典型的表观遗传现象。
2) 1992年, Hall在其所著的“Evolutionary Developmental Biology”一书中, 将epigenetics定义为: 在发育过程中遗 传因子和非遗传因子作用于细胞, 选择性控制基因的表 达, 并逐步增加表型复杂性的过程.
3) 1996年, 在“Epigentic Mechanisms of Gene Regulation” 一书中将epigenetics定义为: 不涉及DNA顺序的改变而 发生的基因功能的差异, 这种差异能通过有丝分裂和减 数分裂稳定传递.
2) while a mutation in the axin gene called axinfused produces mice with kinky tails (弯曲尾巴),
the degree of kinkiness varies among genetically identical littermates (同一窝老鼠)(Figure).
表观遗传学的内容
广义的表观遗传(epigenetic) 包括以下内容: 1) DNA的甲基化 2) 位置效应 3) 核小体和组蛋白的修饰 (乙酰基化和甲基化) 4) RNAi (siRNA和miRNA)导致的基因沉默 5) 染色质重建 (如X-染色体的失活) 6) 免疫组织细胞DNA的重排 7) 基因组印记(genomic imprinting) 8) 等位基因的副突变及同源抑制，颠换效应 9) 朊蛋白 (Prion)
3) 位置效应实际上反映了基因组不同区域特定 染色质结构对基因施加的影响。
两种位置效应
美国学者E.B.刘易斯把位置效应分为两大 类型：稳定型和花斑型。 稳定型位置效应 简称S型位置效应，表型
改变是稳定的。 花斑型位置效应 简称V型效应，其表型改
变是不稳定的，从而导致显性和隐性 性状嵌合的花斑现象。
欧洲已启动epigonome计划
In October 2000, the Human Epigenome Consortium (the Sanger Institute, Epigenomics AG, and the Centre National de Génotypage in Evry, France) started a European Unionfunded pilot project to map the methylation sites within the major histocompatibility complex (MHC) region in seven different human tissues.
花斑型位置效应
当某一基因由 于染色体重排 从原来的常染 色质区移到异 染色质区附近, 因异染色质的 扩散效应, 造 成基因表达的 改变. 这种抑 制效应的差别 使基因表达受 抑程度不同, 由此产生嵌合.
位置效应--座位控制区
1) 什么是座位控制区(locus control region , LCR).
第10章 基因组表观遗传
1) 什么是表观遗传 2) 表观遗传现象 3) 表观遗传机制
位置效应 副突变 甲基化 基因组印记 染色质重建 剂量补偿
1)
型
2) 3) 4) 5)
表观遗传学的例子
1) 细胞的分化是一种典
的表观遗传学现象, 如人 类眼睛细胞和肌肉细胞含 有相同的基因组, 但基因 的表达差异很大.