原核生物基因组的特点

一、原核生物基因组结构的特征:

1、原核生物的染色体是由一个核酸分子（DNA或RNA）组成的，DNA（RNA）呈环状或线性，而且它的染色体分子量较小。

2、功能相关的基因大多以操纵子形式出现。如大肠杆菌的乳糖操纵子等。操纵子是细菌的基因表达和调控的一个完整单位，包括结构基因、调控基因和被调控基因产物所识别的DNA 调控原件（启动子等）。

3、蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。一般而言，为蛋白编码的核苷酸顺序是连续的，中间不被非编码顺序所打断。

4、基因组较小，只含有一个染色体，呈环状，只有一个复制起点，一个基因组就是一个复制子。

6、重复序列和不编码序列很少。越简单的生物，其基因数目越接近用DNA 分子量所估计的基因数。如MS 2 和λ噬菌体，它们每一个基因的平均碱基对数目大约是1300 。如果扣除基因中的不编码功能区，如附着点attP ，复制起点、黏着末端、启动区、操纵基因等，几乎就没有不编码的序列了。这点与真核生物明显不同，据估算，真核生物不编码序列可占基因组的90 ％以上。这些不编码序列，其中大部分是重复序列。在原核生物中只有嗜盐细菌、甲烷细菌和一些嗜热细菌、有柄细菌的基因组中有较多的重复序列，在一般细菌中只有rRNA 基因等少数基因有较大的重复。

9、功能密切相关的基因常高度集中，越简单的生物，集中程度越高。例如，除已知的操纵子外，λ噬菌体7 个头部基因和11 个尾部基因都各自相互邻接。头部和尾部基因又相邻接，又如，有关DNA 复制基因O 、P ；整合和切离基因int ，xis ；重组基因red α、red β；调控基因N 、c Ⅰ、c Ⅱ、c Ⅲ、cro 也集中在一个区域，而且和有关的结构基因又相邻近。

10 DNA绝大部分用于编码蛋白质，结构基因多为单拷贝

11、结构基因中无重叠现象（一段DNA序列编码几种蛋白质多肽链）

12、基因组中存在可移动的DNA序列，如转座子和质粒等

二、原核生物基因组功能的特点：

1、染色体不与组蛋白结合。

2、不同生活习性下原核生物基因组大小与GC含量的关系

基因组GC含量( G与C 所占的百分比) 是基因组组成的标志性指标。有两种观点来解释不同生物之间GC含量的差异: 中性说和选择说。中性说主要强调不同生物之间GC含量的差异是由碱基的随机突变和漂移造成, 而选择说则认为GC 含量的差异是环境及生物的生活习性等因素综合作用的结果。

原核生物基因组大小与GC含量的总体相关性

实验证明，当所分析的原核生物基因组大小大部分都在1~6Mb范围内, 而GC 含量则一般在20%~ 75%之间，回归分析显示, 基因组大小与GC 含量总体上存在着具统计学意义的正相关.寄生生活习性对维持或增强基因组大小与基因组GC 含量的相关性有较大的作用。

3、原核生物中有些基因不是从第一个ATG 起始的（如大肠杆菌和枯草杆菌基因）原因：

首先，原核生物( 包括病毒) 的mRNA 可以是多顺反子, 即可以有几个基因同时被转录成一个mRNA, 共同使用一个启动调控区; 真核生物的mRNA 都是单顺反子, 一个mRNA 只携带一个基因. 真核生物的核糖体从mRNA 的5’末端向3’端滑动时, 把所碰到的第一个AUG 作为蛋白质合成的起始. 而原核生物的核糖体从mRNA 的5’末端向3’端滑动时, 碰到第一个AU G 能

够起始蛋白质的合成, 遇到第二个A UG 时也能顺利完成蛋白质的合成. 这是造成这两种细菌中有一些基因从第二个或更靠后的AUG起始的原因之一.

其次，根据真核生物蛋白质合成起始的机制, 我们认为: 无论原核还是真核生物, 其mRN A 5’末端的第一个基因的起始遵从第一ATG 规则; 原核生物多顺反子的mRNA 中, 除了第一个基

因外, 后面的基因可以不遵守这一规则. 这就解释了为什么这两种细菌中有部分基因不遵从第一ATG 规则.

原核生物基因组DNA链组成的非对称性

1碱基组成的非对称性

（1）GC分布不对称

（2）AT分布不对称

2 密码子使用偏好

3 基因方向性偏好

4 基因密度和密码子使用的差别

5 突变与修复偏差和信号序列的分布不同

（1）转录伴随修复相关的突变偏差( bias) 和脱氨基事件

（2）信号序列等寡核苷酸序列的分布不同

质粒

1.质粒：独立于细菌细胞染色体以外，能自主复制的共价闭合环状DNA分子。作为一

个完整的复制子，在转化细胞后能自主复制，并对细菌的一些代谢活动和抗药性表型产生重要作用，即给细菌带来特殊标志。

2.质粒的特点

1）质粒中携带许多基因，影响生物学性状

2）质粒可从一个细菌转移至另一个细菌，其携带的遗传性状也随之转移。

3）质粒并非细菌生命活动所必需，其编码的性状对细菌有保护作用

4）环状DNA分子，含复制启动子，在其下游具复制起始点(ori)

5）选择标记（如药物筛选标记，Amp、Kpn等）

6）多克隆位点polylinker：（单一限制性酶切位点）

7）不相容性:携带相同复制子的质粒不能在同一细菌中共存。

8）质粒转移性：可以在同种属或异种属之间转移。

3.质粒的类型

按复制机制：

1）严紧型质粒：在“严紧”控制下复制的质粒。它的复制受到细胞蛋白的影响。

一旦细胞复制停止，质粒拷贝数不能增加。低拷贝数质粒，每一个细胞只有一个或几个拷贝。

2）松弛型质粒：高拷贝数质粒，每个细胞可含10-200个拷贝。细胞停止复制后质粒仍可继续复制。

按质粒功能分型

1）F质粒：决定细菌的性别，能将宿主染色体基因和它本身转移到另外一个宿主中。

是一种游离的基因，可以整合到染色体基因组中。

F`质粒：F质粒整合到染色体基因组中，如果切割下来的时候切点不准确，可能导致质粒上带有宿主菌染色体DNA片段，称之为F`质粒。