大肠杆菌染色体基因组的结构和功能
大肠杆菌表达系统详细表格
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T7表达系统
大肠杆菌T7噬箘体具有一套专一性非常强的转录 体系，利用这一体系中的元件为基础构建的表达系统 称为T7表达系统。T7噬箘体基因1编码的T7 RNA聚合 酶选择性的激活T7噬箘体启动子的转录。它是一种高 活性的RNA聚合酶，合成mRNA的速度比大肠杆菌RNA聚 合酶快5倍，并可以转录某些不能被大肠杆菌RNA聚合 酶有效转录的序列。在细胞中存在T7 RNA聚合酶和T7 噬箘体启动子的情况下，大肠杆菌宿主本身基因的转 录竞争不过T7噬箘体转录体系。最终受T7噬箘体启动 子控制的基因的转录能达到很高的水平。
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启动子
核糖体结合位点 复制起点
转录终止子
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常用的大肠杆菌表达载体
1. Lac启动子的表达载体 2. Trp启动子的表达载体 3. PL启动子的表达载体
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Lac启动子的表达载体
lac启动子：控制编码β-乳糖苷酶的lacZ基因 转录的序列，可以被IPTG所诱导，所以加入诱导物 后，可以诱导启动子下游的外源基因的表达。
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2>. 转录终止子
启动子封堵作用：由一个上游启动子驱动的转录 作用，当其通读过下游启动子时，便会使该启动子的 功能受到抑制，将这种由一个启动子的功能活性抑制 另一个启动子转录的现象，叫做启动子封堵作用。
转录终止子还能增强mRNA分子的稳定性，从而提 高蛋白质产物的水平。
分生-第二章Di
Chapter 2 Structure & Function of Genome (16hr)
Section 1. Structure & Function of Genome
Genome of Virus Genome of Bacteria Mitochondria DNA Eukaryotic Genome Section 2 . Structure & Function of Nucleic Acids
更为有趣的是，有些真核病毒的内含子或其中的一部
分，对某一个基因来说是内含子，而对另一个基因却是 外显子。
(二)牛乳头瘤病毒基因组结构和功能 • papillomavirus感染人,动物皮肤、粘膜并引起乳头状 瘤病变的一种DNA病毒。
• 根据病毒感染的宿主不同可以分为：
牛乳头瘤病毒（BPV），人乳头瘤病毒（HPV）等。
• HBV已确定的基因有4个：
病毒核壳（C），包膜蛋白（S），聚合酶，蛋 白质X。 • 所有这些基因都在负链DNA（长链）上，其中S基 因完全重叠于聚合酶基因中，X基因与聚合酶基 因、C基因重叠，C基因与聚合酶也有重叠。
与HBV基因表达有关的信号序列有4种：
[1] [2] [3] [4] 启动子 增强子 polyA附加信号 糖皮质激素敏感因子（GRE）。
2. only one , or DNA, or RNA. but DNA or RNA may
细菌菌株基因型及基因符号说明
大肠杆菌基因型及遗传符号说明前言：实验室的一般大肠杆菌拥有4288条基因，每条基因的长度约为950bp，基因间的平均间隔为118bp（基因Ⅷ）。
E.coli基因组中还包含有许多插入序列，如λ-噬菌体片段和一些其他特殊组份的片段，这些插入的片段都是由基因的水平转移和基因重组而形成的，由此表明了基因组具有它的可塑造性。
利用大肠杆菌基因组的这种特性对其进行改造，使其中的某些基因发生突变或缺失，从而给大肠杆菌带来可以观察到的变化，这种能观察到的特征叫做大肠杆菌的表现型(Phenotype)，把引起这种变化的基因构成叫做大肠杆菌的基因型（Genotype）。
具有不同基因型的菌株表现出不同的特性。
分子克隆中常用的大肠杆菌及其遗传标记按Demerec等1966年提出的命名原则，采用的菌株所有的基因都假定处于野生型状态，除非在基因型上另外注明。
大肠杆菌基因型的表示方法（Demerec, et, al. 1966）：一、一般规则：1、根据基因产物或其作用产物的英文名称的第一个字母缩写成3个小写斜体字母来表示。
例如：DNA Adenine Methylase→dam。
2、不同的基因座，其中任何一个突变所产生的表型变化可能相同，其表示方法是在3个小写斜体字母后加上一个斜体大写字母来表示区别。
例如：Recombination→recA、recB、recC。
3、突变位点应通过在突变基因符号后加不同数字表示。
如supE44（sup基因座E的44位突变）。
如果不知道几个等位基因中哪一/几个发生了功能性突变，则用连字符“-”代替大写字母，如trp-31。
4、细菌的基因型中应该包含关于其携带的质粒或附加体的的信息。
这些符号包括菌株携带的质粒或附加体、质粒或附加体上的突变基因座和突变位点。
其基因符号应与基因座的表示符号明显区别，符号的第一个字母大写、不斜体并位于括号内；质粒或附加体上的突变基因座和突变位点的基因符号的表示方法与染色体上突变基因座、突变位点的符号相同。
真核生物染色体基因组的结构和功能
真核生物染色体基因组的结构和功能真核生物的基因组一般比较庞大，例如人的单倍体基因组由3×106bp硷基组成，但人细胞中所含基因总数大概会超过3万个。
这就说明在人细胞基因组中有许多DN A序列并不转录成mR NA用于指导蛋白质的合成。
研究发现这些非编码区往往都是一些大量的重复序列，这些重复序列或集中成簇，或分散在基因之间。
在基因内部也有许多能转录但不翻译的间隔序列（内含子）。
因此，在人细胞的整个基因组当中只有很少一部份（约占2-3％）的DNA序列用以编码蛋白质。
真核生物基因组有以下特点。
1.真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因的基因组是双份的（即双倍体,diploi d），即有两份同源的基因组。
2.真核细胞基因转录产物为单顺反子。
一个结构基因经过转录和翻译生成一个mRNA分子和一条多肽链。
3.存在重复序列，重复次数可达百万次以上。
4.基因组中不编码的区域多于编码区域。
5.大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的。
6.基因组远远大于原核生物的基因组，具有许多复制起点，而每个复制子的长度较小。
高度重复序列：高度重复序列在基因组中重复频率高，可达百万(106)以上。
在基因组中所占比例随种属而异，约占10-60％，在人基因组中约占20％。
高度重复顺序又按其结构特点分为三种（1）反向重复序列这种重复顺序约占人基因组的5％。
反向重复序列由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA链上反向排列而成。
变性后再复性时，同一条链内的互补的拷贝可以形成链内碱基配对，形成发夹式或“+”字形结构。
反向重复间可有一到几个核苷酸的间隔，也可以没有间隔。
没有间隔的又称回文结构，这种结构约占所有反向重复的三分之一。
大肠杆菌中的基因表达
PL 和 PR 表达系统
宿主菌中没有 cI 基因产物，PL、PR 启动子的高强度直接转录，带有PL
或 PR 启动子的表达载体在普通大肠杆菌中相当不稳定。
对宿主菌的要求
用溶源化 l 噬菌体的大肠杆菌作 PL、PR 启动子表达载体的宿主菌
N4830-1，POP2136 等菌株已经溶源化 cI 857(ts) l 噬菌体， 可用作表达外源基因时的宿主菌。 把 cI 857(ts) 基因组装在表达载体上 宿主菌选择范围更大
cAMP激活CAP，CAP–cAMP复合物与 lac 操纵子上专一位点结合
后，能促进 RNA 聚合酶与 –35、–10 序列的结合，进而促进 Plac
介导的转录。
基因工程中使用的 lac 启动子均为抗葡萄糖代谢阻遏的突变型，即 Plac UV5
cAMP
CAP lacI
RNRANA 聚聚合合酶酶
Plac
二、大肠肝菌中的基因表达
2. 影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素
（3）表达产物的稳定性： 组建融合蛋白； 利用信号肽； 特异性突变； 位点特异突变，改变二硫键位置； 宿主蛋白酶缺陷。
二、大肠肝菌中的基因表达
2. 影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素
（4）细胞的代谢负荷： 细胞大量生长时，抑制外源基因的表达； 宿主细胞的生长与重组质粒的复制分开；
二、大肠肝菌中的基因表达
2. 影响目的基因在大肠杆菌中表达的因素
（1）外源基因的拷贝数：与载体在宿主中的拷贝数直接相关。 （2）外源基因的表达效率：启动子的强弱，SD序列和ATG的间距等。
A、启动子的强弱：目的基因插入表达载体启动子的下游，可增加
基因的表达。lac、trp、 tac、bla。
B、核糖体结合位点的有效性 C、SD与ATG的间距：影响非融合蛋白的合成水平 D、密码子组成：设计引物或合成基因时选择大肠杆菌“偏爱”的密码
大肠杆菌的突变类型
大肠杆菌的突变类型简介大肠杆菌（Escherichia coli）是一种常见的革兰氏阴性细菌，存在于人体和其他动物的肠道中。
它是一种重要的研究对象，因为它具有丰富的遗传变异性和易于培养的特点。
大肠杆菌的突变类型是指在其基因组中发生的变异事件，这些变异可以导致细菌在适应环境压力、抵抗药物或产生新功能方面发生改变。
突变类型大肠杆菌的突变类型可以分为以下几类：1. 点突变（Point Mutation）点突变是指基因组中单个核苷酸发生改变的突变事件。
这种突变可能包括碱基替换、插入或缺失等。
碱基替换是最常见的点突变类型，其中一个碱基被另一个碱基取代。
这种突变可能会导致密码子改变，从而影响蛋白质合成过程。
2. 编码区域突变（Coding Region Mutation）编码区域突变是指大肠杆菌基因组中编码蛋白质的区域发生的突变。
这种突变可能导致蛋白质结构或功能的改变。
一种常见的编码区域突变是错义突变，其中一个氨基酸被另一个氨基酸取代，从而影响蛋白质的功能。
3. 非编码区域突变（Non-Coding Region Mutation）非编码区域突变是指大肠杆菌基因组中不编码蛋白质的区域发生的突变。
这些区域包括启动子、转录因子结合位点和调控序列等。
非编码区域突变可能会影响基因的表达水平或调控模式。
4. 插入序列和缺失（Insertion and Deletion）插入序列和缺失是指大肠杆菌基因组中插入或删除DNA片段的事件。
这些片段可以是外源性DNA、转座子或重复序列等。
插入和缺失事件可能会导致基因组重排、框架移位或新功能产生。
5. 倍体化（Polyploidy）倍体化是指大肠杆菌细胞中染色体数量增加的现象。
这种现象通常由染色体复制错误引起，导致细胞中存在多个染色体副本。
倍体化可能会增加细菌的适应能力和生存能力。
突变的影响大肠杆菌的突变可以对其生物学特性产生重要影响，包括：1. 耐药性的产生大肠杆菌突变可能导致其对抗生素的耐药性增加。
分子生物学-基因与基因组
杂交的双方是待定位的核酸和已知核酸序列，已知核酸序列称探针。
(1) 克隆基因定位法
用已克隆基因的cDNA探针与保留在杂种细胞内的人染色体DNA序列进行分子杂交,来确定克隆基因所在的染色体位置的方法。
核酸分子杂交技术
克隆基因定位法
HindⅢ酶切人基因组DNA
人白蛋白cDNA探针
人细胞
人-CHO杂种细胞
（二）基因作图的方法:
1、遗传图谱:
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2、物理图谱:
作图的基本方法:
以特异DNA序列为界标所展示的染色体图,它能反映生物基因组中基因或标记间的实际距离,图上界标之间的距离是以物理长度即核苷酸对数如bp、kb、Mb等来表示的。这些特定的DNA序列可以是多态的,如RFLPs,但主要是非多态的如STS、STR、EST和特定的基因序列等。 自上而下作图(top-down mapping) 自下而上作图(bottom-up mapping)
单倍体基因组和单拷贝基因 除了retro-v外，所有的病毒基因组都是单倍体，每个基因在某个病毒颗粒中只出现一次，即只有1套基因。
节段性基因 如flu-v由6-7个片段构成，各段在天然状态下不连接，而且可以转录成6-7个片段相应的 mRNA。单独的片段没有感染性，感染要一起感染才发挥作用。
基因常常成簇排列，没有间隔序列或间隔序列很小。功能相关蛋白质基因在基因组的1个或几个特定部位，丛集成簇被转录成多顺反子，然后加工成各种蛋白质的mRNA模板。如腺病毒晚期基因。 不规则的结构基因 几个结构基因的编码区无间隔，编码区是连续的,翻译后切割成几个蛋白质.例如脊髓灰质炎病毒基因组. 有的mRNA（=gene）没有5′帽子，但有翻译增强子。如脊髓灰质炎病毒RNA 5′端没有帽子结构,但5′端有741个碱基可形成特殊的空间结构,称翻译增强子,核糖体通过结合翻译增强子而开始翻译。
大肠杆菌基因组和代谢相关基因的研究
大肠杆菌基因组和代谢相关基因的研究大肠杆菌是一种广泛存在于自然界的细菌，也是人类肠道中最常见的菌类之一。
它拥有一个相对简单的基因组，而且基因组中含有大量的代谢相关基因，因此成为微生物代谢学和分子生物学研究的重要对象。
近年来，科学家们在大肠杆菌基因组和代谢相关基因的研究方面取得了大量的进展。
大肠杆菌基因组的特点大肠杆菌的基因组约有4.6百万个碱基对，主要由单一的圆形染色体组成。
与其他生物相比，大肠杆菌的基因组异常简单。
由于其基因组的规模相对较小，大肠杆菌的遗传表达水平较高。
同时，它也是一种广泛应用于基因工程的模式微生物。
大肠杆菌代谢相关基因的研究代谢是生物体维持生命活动的重要途径，而大肠杆菌中大约有2000个基因与代谢相关。
这些基因编码的酶负责合成能量、生长和耐受各种环境压力所需的物质。
此外，大肠杆菌也是一种重要的产生酶制剂的微生物。
大肠杆菌代谢相关基因的分类大肠杆菌的代谢相关基因主要分为以下几类：1.碳水化合物代谢相关基因碳水化合物代谢是生物体维持生命活动的重要途径，大肠杆菌的碳水化合物代谢主要分为糖酵解和异生作用两类。
其中糖酵解途径是其最重要的代谢途径之一。
大肠杆菌的糖酵解途径包含了环磷酸型途径、直线型途径和剪切型途径等多种不同的途径，其中直线型途径是最主要的途径之一。
2.氨基酸代谢相关基因大肠杆菌能够利用多种氨基酸作为碳源和能源来生长。
其代谢途径主要包括氨基酸降解途径和氨基酸合成途径两种。
在氨基酸降解途径中，大肠杆菌将氨基酸降解为酮酸、氨和一些其他代谢产物，如丙氨酸和谷氨酸等。
而在氨基酸合成途径中，则是将一些合成中间体和小分子化合物最终合成为氨基酸。
3.核酸代谢相关基因核酸是基因组和遗传信息的主要组成部分之一，也是细胞分裂和生长的必备物质。
大肠杆菌能够合成核苷酸，同时也有一些核酸降解途径。
大肠杆菌的核酸代谢相关基因主要分为核苷酸合成相关基因和核苷酸降解相关基因等。
4.脂质代谢相关基因脂质在生物体内发挥着多种重要的生物活动功能，包括结构支持、信号传导和代谢调节等。
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大肠杆菌染色体基因组的结构和功能
大肠杆菌染色体基因组是研究最清楚的基因组。
估计大肠杆菌基因组含有3500个基因，已被定位的有900个左右。
在这900个基因中，有260个基因已查明具有操纵子结构，定位于75个操纵子中。
在已知的基因中8％的序列具有调控作用。
大肠杆菌染色体基因组中已知的基因多是编码一些酶类的基因，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸和维生素合成代谢的一些酶类的基因，以及大多数碳、氮化合物分解代谢的酶类的基因。
另外，核糖体大小亚基中50多种蛋白质的基因也已经鉴定了。
除了有些具有相关功能的基因在一个操纵子内由一个启动子转录外，大多数基因的相对位置可以说是随机分布的。
如控制小分子合成和分解代谢的基因，大分子合成和组装的基因分布在大肠杆菌基因组的许多部位，而不是集中在一起。
再如，有关糖酵解的酶类的基因分布在染色体基因组的各个部位。
进一步发现，大肠杆菌和与其分类关系上相近的其他肠道菌如志贺氏杆菌属（Shigella）、沙门氏菌属（Salmonella）等具有相似的基因组结构。
伤寒沙门氏杆菌（Salmonellatyphimurium）几乎与大肠杆菌的基因组结构相同，虽然有10％的基因组序列和大肠杆菌相比发生颠倒，但是其基因的功能仍正常。
这更进一步说明染色体上的基因似乎没有固定的格局，相对位置的改变不会影响其功能。
在已知转录方向的50个操纵子中，27个操纵子按顺时针方向转录，23个操纵子按反时针方向转录，即DNA两条链作为模板指导mRNA合成的机率差不多相等。
在大肠杆菌染色体基因组中，差不多所有的基因都是单拷贝基因，因为多拷贝基因在同一条染色体上很不稳定，极易通过同源重组的方式丢失重复的基因序列。
另外，由于大肠杆菌细胞分裂极快，可以在20分钟内完成一次分裂，因此，携带多拷贝基因的大肠杆菌并不比单拷贝基因的大肠杆菌更为有利；相反，由于多拷贝基因的存在，使E.coli的整个基因组增大，复制时间延长，因而更为不利，除非在某种环境下，需要有多拷贝基因用来编码大量的基因产物，例如，在有极少量乳糖或乳糖衍生物的培养基上，乳糖操纵子的多拷贝化可以使大肠杆菌充分利用的乳糖分子。
但是，一旦这种选择压力消失，如将大肠杆菌移到有丰富的乳糖培养基上，多拷贝的乳糖操纵子便没有存在的必要，相反，由于需要较长的复制时间，这种重复的多拷贝基因会重新丢失。
大肠杆菌染色体基因组中，大多数rRNA基因集中于基因组的复制起点oriC的位置附近。
这种位置有利于rRNA基因在早期复制后马上作为模板进行rRNA的合成以便进行核糖体组装和蛋白质的合成。
从这一点上看，大肠杆菌基因组上的各个基因的位置与其功能的重要性可能有一定的联系。