基因水平转移
简述新基因的主要起源方式
简述新基因的主要起源方式
新基因的主要起源方式有以下几种：
1. 基因重复：由于基因复制或染色体重排等事件，使得一个基因产生多个拷贝。
这些拷贝可能经过亚功能化或新功能化的过程，演化为新基因。
2. 合成：两个或多个现有基因的部分序列合并在一起，形成一个新的基因序列。
3. 水平基因转移：从其他物种或细菌中获得的外来DNA片段融合到宿主基因组中，形成新的基因。
4. 基因转座：转座子是具有跳跃活性的DNA片段，并且可以在基因组中移动或复制。
转座子移动导致基因的重组和再排列，有时候会出现新的基因。
5. 退化后再进化：有些基因在进化过程中发生了功能失调，但随着时间的推移，这些基因的功能得以回复或产生新的功能，从而形成新基因。
这些途径中，基因重复和合成是形成新基因的主要途径。
因此，复制机制是新基因起源的重要机制，而转座和基因转移则相对较少。
同时，不同起源方式可能在不同生物体类别和不同环境中具有不同的贡献率。
病原微生物的耐药机制及应对策略
病原微生物的耐药机制及应对策略病原微生物是指能够引起疾病的微生物。
它们包括细菌、病毒、真菌和寄生虫等。
随着人类抗生素的大量使用，许多病原微生物已经出现了耐药性，这给人类健康带来了极大的威胁。
本文将介绍病原微生物的耐药机制及应对策略。
一、病原微生物的耐药机制1.基因突变基因突变是特定基因发生突变而导致微生物对抗生素产生抗药性。
这一机制是耐药性最为普遍的原因之一。
基因突变可能导致细菌改变其代谢方式，从而使其更难受到抗生素的攻击。
基因突变还可能使病毒释放出一种酶，能够扰乱抗生素的结构，从而使它失去其杀菌作用。
2.水平基因转移水平基因转移是指微生物将其抗性基因传递给其他微生物，从而加强整个细菌群体对抗生素的抵抗力。
这种转移方式主要发生在质粒上，质粒是一种短、环形的DNA片段，能够带有多种耐药基因。
当一个细菌进食其他死亡的细菌时，它有可能从死亡细菌获得质粒上的耐药基因。
这种机制是细菌抵御抗生素的主要原因之一。
3.表面生物膜某些病原体能够在其表面形成一种生物膜，这一膜可以帮助它们抵御抗生素。
生物膜是一种由多种蛋白质、多糖和脂肪酸组成的结构，能够包裹住微生物从而减少抗生素对其的作用。
许多疾病都与生物膜产生的抗药性相关。
二、病原微生物的应对策略1.不滥用抗生素滥用抗生素是导致耐药细菌增多的主要原因之一。
因此，人们应该避免使用不必要的抗生素。
当人们患上病毒性疾病时，抗生素是无法对其起到作用的，因此不应使用。
此外，人们应该忠实遵守医生的指示，遵循正确的用药方式。
2.发展新的抗生素目前市场上的抗生素种类有限，而不断增长的耐药性病原菌却需要新的抗生素来进行治疗。
因此，需要进行大规模的研究和开发，以发现新的抗生素。
许多研究人员正在探索天然的、植物的或者人造的化合物，寻找新的抗生素。
3.使用更为有效的药物组合由于病原微生物的耐药性不断增强，使用多种药物联合治疗可能是更加有效的治疗方法。
这种治疗方法主要通过联合抗生素抑制病原体，并阻止其发展出耐药性。
细菌的遗传变异
细菌的遗传变异在微生物学领域，遗传变异是一个非常重要的概念。
细菌作为一类微生物，也存在着遗传变异现象。
这种变异可以是有益的、中性的或者有害的，对细菌的存活和适应环境起到了至关重要的作用。
本文将介绍细菌的遗传变异过程以及其对细菌种群的影响。
一、遗传变异的基本概念细菌的遗传变异是指细菌在繁殖过程中，由于基因突变或者基因重组等原因，导致后代细菌的遗传信息发生了改变。
这种变异可以在个体层面或者种群层面上出现。
二、基因突变引发的遗传变异基因突变是细菌遗传变异最常见的途径之一。
基因突变可以是点突变、插入突变、缺失突变或者倒位突变等。
这些突变可能会导致突变细菌获得某种新功能，或者丧失某种原有功能。
例如，某些细菌可能由于基因突变而获得对抗抗生素的能力。
这种突变有助于细菌在抗生素环境中生存下来，并传递给后代细菌。
然而，基因突变也可能导致细菌失去对抗生素的敏感性，从而对抗生素产生抗药性。
三、水平基因转移引发的遗传变异水平基因转移是细菌种群中广泛存在的一种遗传变异方式。
它指的是细菌之间通过共享基因片段或质粒传递遗传信息的过程。
水平基因转移能够增加细菌种群的遗传多样性，并使细菌更好地适应不同的环境压力。
质粒是一种环状DNA片段，可以携带多个基因。
当细菌接受某质粒并将其整合到自己的染色体中时，该细菌就可以获得质粒携带的基因信息。
这种水平基因转移过程可以在不同细菌种间或同一种细菌的不同个体之间发生。
四、遗传变异对细菌种群的影响遗传变异对细菌种群的影响很大。
首先，遗传变异增加了细菌种群的适应性。
由于细菌种群中存在着大量的遗传变异，一些突变可能使细菌对环境中的压力产生更好的应对能力，从而提高了其生存率。
其次，遗传变异也是细菌抗药性形成的基础。
细菌通过基因突变或水平基因转移获得抗生素抵抗基因，从而对抗生素产生了抗药性。
这种抗药性的获得导致了新的抗生素治疗策略的需求。
另外，遗传变异也有可能导致细菌种群中出现有害突变。
对于细菌来说，有益的变异只是少数，而大部分突变可能对细菌的生长和存活产生负面影响。
基因水平转移的评判方法和转移方式研究进展
2
二、基因水平转移的发现历程
1928年英国细菌学家Grifith发现，将非致死
性肺炎链球菌与加热杀死的致死性肺炎链球菌 一起注射到小鼠体内时，非致死性的肺炎链球 菌就成了致死性的。 Grifith猜想非致死性肺 炎链球菌从致死性肺炎链球菌中获得了一种转 化因子。 1944年，Avery等指出Grifith发现的转化因 子是DNA，也就是死去的细菌分解出的DNA 片段，这实际是发现最早的基因水平转移现象。
进化树分析法
碱基组成分析法
选择压力分析法
内含子分析法
特殊系列鉴定法
核苷酸编码偏向性分析法
5
（一）、进化树分析法
在亲缘关系较近的物种间，它们的某个特 定基因的某一段序列相似性较高，一般可 以作为基因水平转移的初始证据，物种间 绝大部分基因进化关系与生物分类相符合， 只有少数发生水平转移的基因进化关系与 传统生物分类差异极大，因而进化树上进 化枝的排列就成了判断基因水平转移的重 要标准。
8
Delorme等对前庭链球菌(Streptococcus
vestibularis)的几个等位基因以及基因组 特定座位分离情况进行分析, 认为唾液链 球菌(Streptococcus salivarius)和前庭链 球菌是不同的种, 唾液链球菌在某些座位 的多样性高于前庭链球菌, 表明后者是最 近才进化形成的。对其进行分析后发现, 它们之间在研究的9个座位中有3个发生了 基因水平转移。
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朱新宇对具有顶复合器门的原生动物
(Apicomplexan protozoa)的质体样细 胞器—Apicoplast的clpC基因进行分 析, 与该基因在其他质体和细菌中的同 源基因重建clpC基因的系统发生树, 结 果显示细菌伯氏疏螺旋体(Borrelia buigdorferi)基因组的clpC基因整合到 了质体样细胞器中, 发生了由细菌向质 体样细胞器的基因水平转移。
基因工程中转化的概念
基因工程中转化的概念
基因工程是一种利用现代生物技术手段对生物体进行基因改造的技术。
在基因工程中，转化是一个非常重要的概念，指的是将目标基因或外源基因转移到目标生物细胞或组织中
的过程。
转化的过程可以分为两种：自然转化和人工转化。
自然转化是指在自然环境中，生物体自己发生的基因转移现象。
这种转移过程可以是
水平基因转移或垂直基因转移。
垂直基因转移是指基因从一代传递到下一代的基因遗传，是基因传递的正常现象。
而
水平基因转移则是指基因从不同物种的细胞中进行转移，在自然环境下通常是微生物之间
的基因转移方式。
这种转移方式在某些情况下也可以在植物和动物等高等生物中发生。
人工转化是指利用基因工程技术将外源基因导入到目标生物体的过程。
目前人工转化
主要包括两种方式：化学转化和物理转化。
化学转化是利用特定化学物质介导基因导入的过程，包括胆固醇、脂质体、某些聚合
物等。
通过这些特定的化学物质，可以将外源基因导入到目标生物的细胞膜内。
物理转化则是利用物理性质导入外源基因的过程，包括电脉冲、低温冻融等。
其中电
脉冲是最常用的方法，通过产生短暂的高压电场，可以破坏生物细胞膜，使外源基因进入
目标细胞。
综上所述，转化是基因工程中的重要概念，是将外源基因或目标基因导入到目标生物
体内的过程。
在基因工程中，转化技术的发展仍在继续，并且目前已经应用于农业、医学
等领域，为人类生产生活带来了革命性的变化。
抗生素抗药性的进化机制
抗生素抗药性的进化机制随着抗生素的广泛应用，抗生素抗药性成为一个全球性的医疗难题。
抗生素抗药性是指细菌发展出对抗生素的抵抗能力，使得原本有效的抗生素失去了抑菌作用。
这一现象的背后隐藏着复杂的进化机制，其中包括基因突变、水平基因转移和生物膜形成等多种方式。
本文将分析这些抗生素抗药性的进化机制，并探讨其对人类健康的影响。
一、基因突变基因突变是抗生素抗药性最常见的进化机制之一。
在细菌繁殖的过程中，基因会发生随机的突变，这些突变可能导致细菌产生对抗生素的抵抗性。
例如，某些细菌可能突变出一种酶，能够破坏抗生素的结构，使其失去杀菌活性。
此外，细菌还可以通过基因突变改变抗生素进入细胞的通道，阻止抗生素进一步作用于细菌。
二、水平基因转移水平基因转移是指细菌之间通过共享基因而传递抗药性。
这种转移可以通过多种方式进行，如共享质粒、转殖子以及整合子等。
这些外源性基因片段可能携带一些抗生素抵抗基因，当其传递给其他细菌时，就会导致目标菌株获得相应的抗药性。
这种水平基因转移加速了细菌抗药性的扩散，并给医疗领域带来了巨大的挑战。
三、生物膜形成生物膜是由细菌产生的一种粘性外层，能够保护细菌免受外界环境的侵害。
当细菌形成生物膜后，抗生素很难通过生物膜进入细菌内部，从而失去了杀菌的效果。
此外，生物膜还可以提供一种细菌间的共享环境，促使携带抗药性基因的细菌相互交流和传递抗药性。
抗生素抗药性的进化机制对人类健康带来了严重的威胁。
一方面，抗生素抗药性使得常规的抗生素治疗失效，增加了感染性疾病的风险和复杂度。
另一方面，抗生素过度使用和滥用也进一步促进了细菌抗药性的扩散。
为了有效应对抗生素抗药性，我们需要采取一系列的策略。
首先，临床医生和患者应该合理使用抗生素，避免过度使用和滥用。
医生应根据患者的具体情况进行抗生素的选择和使用，而患者则要按照医嘱正确使用抗生素，避免自行中断治疗或过量使用。
其次，研发新的抗生素是非常必要的。
由于抗生素抗药性的不断加剧，传统的抗生素已经越来越失去对抗细菌感染的效果，因此需要不断开展新的抗生素研发工作，以便应对新兴的耐药细菌。
原核生物遗传物质的传递方式
原核生物遗传物质的传递方式原核生物是生物界中最古老的生物之一，其遗传物质的传递方式有着独特的特点和机制。
本文将从原核生物、DNA的复制、转录、转译以及水平基因转移等方面进行详细的介绍。
一、原核生物简介原核生物是生物界中一类简单的单细胞生物，其细胞不包含任何细胞核，遗传物质以原核细胞质中的DNA形式存在。
原核生物广泛存在于地球上，包括细菌和古菌两大类型。
由于其细胞结构简单、遗传物质直接存在于细胞质中，原核生物在遗传物质的传递方式上与真核生物有着显著的差异。
二、 DNA的复制DNA的复制是原核生物传递遗传物质的基础，它是细胞分裂和繁殖的重要环节。
DNA的复制是一个半保留的过程，即每一条DNA链作为模板依次合成一条新的DNA链。
在原核生物中，DNA的复制是在细胞分裂之前完成的。
复制过程由一系列酶和辅助蛋白质协同进行，包括DNA 聚合酶、DNA旋转酶、DNA连接酶等。
三、转录转录是DNA信息被转换成RNA的过程。
在原核生物中，转录是在细胞质中进行的，由RNA聚合酶依据DNA模板合成RNA链。
转录的产物包括mRNA、tRNA和rRNA等。
mRNA携带着蛋白质合成的遗传信息，tRNA参与蛋白质合成的翻译过程，rRNA是核糖体的组成部分。
四、转译转译是RNA信息被翻译成蛋白质的过程。
在原核生物中，转译是在细胞质中进行的。
mRNA与核糖体结合，tRNA携带特定的氨基酸与mRNA配对，依据mRNA的密码子序列，合成特定的蛋白质。
五、水平基因转移原核生物中存在着水平基因转移的现象，即细胞之间通过质粒或噬菌体等途径直接传递遗传物质。
水平基因转移使得细菌或古菌在适应环境变化和抗药性等方面具有了很强的灵活性。
六、总结通过上述内容的介绍可以看出，原核生物的遗传物质传递方式包括DNA的复制、转录和转译等过程，在这些过程中涉及了一系列酶和蛋白质的参与。
此外，水平基因转移使得原核生物在遗传物质传递方式上与真核生物有着显著的差异。
《基于多线程技术的水平基因转移事件识别算法研究与平台构建》范文
《基于多线程技术的水平基因转移事件识别算法研究与平台构建》篇一一、引言近年来，随着生物学和计算机科学的交叉发展，基因组学领域的研究取得了显著的进步。
其中，水平基因转移（Horizontal Gene Transfer, HGT）事件作为生物进化过程中的重要现象，对于理解生物多样性和物种演化的机制具有重要意义。
本文旨在研究基于多线程技术的水平基因转移事件识别算法，并构建相应的平台以实现高效、准确的识别。
二、水平基因转移事件概述水平基因转移是指不同生物体之间直接进行的基因交流过程，与传统的垂直遗传方式（即亲代遗传给子代）不同。
这一过程在细菌、病毒、真核生物等生物体中广泛存在，对于生物的适应性和进化具有重要影响。
因此，准确识别水平基因转移事件对于揭示生物进化的奥秘具有重要意义。
三、多线程技术概述多线程技术是一种计算机科学中的并行处理技术，通过在单个程序中同时运行多个独立线程来实现高效的计算和任务处理。
在生物信息学领域，多线程技术可以用于加速大规模数据处理和分析过程，提高计算效率和准确性。
因此，将多线程技术应用于水平基因转移事件的识别具有很大的潜力。
四、基于多线程技术的水平基因转移事件识别算法研究（一）算法设计本文提出的水平基因转移事件识别算法采用多线程技术，通过并行处理大量基因序列数据，加速识别过程。
算法主要包括以下步骤：数据预处理、序列比对、相似性分析、转移事件识别和结果输出。
其中，数据预处理和序列比对采用多线程技术进行并行处理，以提高计算速度。
（二）算法实现算法实现过程中，我们采用了高效的编程语言和工具，如Python、C++等，以及常用的生物信息学软件和数据库。
通过优化算法结构和提高计算效率，实现了快速、准确的水平基因转移事件识别。
五、平台构建（一）平台架构设计平台采用模块化设计，包括数据输入模块、算法处理模块、结果输出模块等。
其中，算法处理模块采用多线程技术进行加速处理。
平台支持多种格式的基因序列数据输入，以及灵活的参数设置和结果输出方式。
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接合型转座子综合转座子、质粒、噬菌体的特征，是真正的基因菌的可移动遗传元件
Mu噬菌体(mutator phage)
Mu噬菌体不同于一般的温和噬菌体 Mu DNA几乎可插入到宿主染色
体上任何一个位点上 Mu DNA的两端没有黏性末端，
类型
DNA转座子(DNA transponson)，存在于原核生物和真核生物。转座 过程从DNA→DNA
RNA转座子(RNA transponson)，存在于真核生物。转座过程是以 RNA为中间体，从DNA → RNA → cDNA → DNA
第一节：细菌的可移动遗传元件
插入序列 (Insertion sequence, IS)
病毒基因以及形成新代谢路径的代谢基因 取决于基因模块的组成，同一种GEIs可促进不同类型微生物的进化，例
如致病菌和环境微生物
第一节：细菌的可移动遗传元件
基因组岛（例：细菌水平基因转移与进化的工具）
GEI总体特性图 GEIs是一段大的DNA片 段，核酸特性不同于其 他染色体。GEI通常插 入于tRNA基因，靠近 DR酶 GEIs有与基因迁移相关 的编码子，例如整合酶, 转座酶和插入序列。根 据基因含量，GEIs被称 为致病性岛、共生岛、 代谢岛、抗性岛、适应 岛等
其基因转移对于细菌的生长繁 殖及进化过程有重要的作用
第一节：细菌的可移动遗传元件
转座因子(transport element, TE)
DNA分子具有转座因子，帮 助DNA分子在位点之间转移
不具有自我复制功能，但是 它们具有可复制插入后的宿 主DNA
插入寄主DNA后，导致基因失活 插入时在靶DNA位点产生一个短的同向重复顺序
第七章 微生物基因水平转移
课时：4 学时 授课方式：讲授＋讨论 开课时间：2014年秋季学期
主要内容
细菌可移动遗传元件 水平基因转移方式及机制 水平基因转移生物进化意义 水平基因转移障碍
水平基因转移环境修复领域意义
第一节：细菌的可移动遗传元件
水平基因转移 (horizontal gene transfer)
第一节：细菌的可移动遗传元件
基因组岛(genomic island，GI)
染色体上可移动遗传元件，通过水平基因转移而获得的外源DNA片段
位于细菌染色体；大小不一(10-200kb)；两端具有重复序列；携带插入序 列元件(IS)及整合酶基因(int1)等其他可移动遗传元件
第一节：细菌的可移动遗传元件
基因组岛（例：细菌水平基因转移与进化的工具）
细菌通过变异、重组和水平基因转移进行进化 除了核心基因编码必要的代谢功能，基因组同时拥有大量附属基因。这
些基因可通过水平基因转移获得，细菌受益于这些基因 水平基因转移由基因岛（genomic islands, GEIs）协助实现 GEIs分泌DNA片段，可移动或不可移动，取决于相关的菌体 大量GEIs能够整合进入宿主并通过转化、转移和转导进入新宿主 GEIs决定了细菌的大部分进化，因为它们参与散播基因，包括抗性基因、
细菌中能自我复制的染色体 外DNA遗传元件
质粒为最常用水平基因转移 工具 分为接合型质粒和非接合型 质粒
质粒
质粒与染色体DNA
第一节：细菌的可移动遗传元件
噬菌体的基因转移元件
噬菌体是感染细菌、真菌、放 线菌或螺旋体等细菌病毒总称，
具有病毒特有的一些特性：个 体微小；不具完整细胞结构； 只含单一核酸
插入到基因中引起该基因的突变
优势
易于识别，不是细菌基因组正常 组分
可经诱导产生，易于制备
第一节：细菌的可移动遗传元件
整合子(integron)
运动性DNA分子，可捕获和整 合外源性基因，使之转变为功能 性基因的表达单位
基因盒(gene cassette)
能够被整合到整合子上或是整合 子上切除的移动元件
差异生物个体之间，或单个细胞内部细胞器之间所进行的 遗传物质的交流
水平基因转移不仅发生在细菌之间，而且也发生在细菌与 高等动物之间，甚至高等动物之间
意义
水平基因转移打破了亲缘关系的界限，使基因流动的可 能变得更为复杂
微生物水平转移增加了微生物的多样性；提高了微生物 适应新环境能力
整合子会转移抗性基因，如图addB基因属于aad基因家族(编码氨基酸甘 转移酶，作用于不同的氨基糖苷类抗生素，使其钝化，介导耐药性) aadB主要介导庆大霉素等
基因盒-整合子系统是细菌基因组中的基因克隆和表达单位，能携带位 点特异性重组系统组分，形成多种耐药基因的组合、排列
使受体菌获得新的生物学性状，以及微生物新种的形成
第一节：细菌的可移动遗传元件
复杂转座子(complex transposon)
两端是短(30-40bp)的末端反 向复杂序列(IR)或同向重复序 列(DR)，中央是转座酶基因 和抗药性基因
接合型转座子 (conjugative transposon)
通过接合作用转移的转座子，末端没 有重复序列，但含有整合酶基因、切 离酶基因、接合型转移基因及抗生素 基因
FEMS MicrobiolRev 33 (2009) 376–393
第一节：细菌的可移动遗传元件
基因组岛（例：细菌水平基因转移与进化的工具）
最简单的转座因子，可独立存 在，也可以作为其它转座因子 的一部分存在于某些细菌
特点
在IS两端含有长度为10-40bp的反向重复序列，反向重复序列在IS 的切割和DNA链转移中起作用
大多数IS含有一个编码转座酶的长编码区。转座酶负责识别切割 转座子的两端及靶位点的切口
IS插入时，在靶位点产生短的同向重复序列，分布在IS的两侧
第一节：细菌的可移动遗传元件
细菌的可移动遗传元件
分为核心基因库和易变基因库 核心基因库：位于染色体DNA上，大部分编码负责细胞基
本功能的蛋白质 易变基因库 DNA具有移动元件的特征 细菌的可移动遗传元件：噬菌体、质粒、转座因子、整合
子、基因岛
第一节：细菌的可移动遗传元件
质粒