第九章酵母菌基因工程
初中生物酵母菌教案设计
初中生物酵母菌教案设计一、教学目标：1. 知识与技能：（1）了解酵母菌的结构特点和生物学特性；（2）掌握酵母菌在食品制作中的应用，如蒸馒头、做面包等；（3）学会使用显微镜观察酵母菌。
2. 过程与方法：（1）通过观察、实验等途径，探究酵母菌的生存条件；（2）学会制作酵母菌临时装片，观察酵母菌的结构；（3）培养学生合作交流、分析问题、解决问题的能力。
3. 情感态度价值观：（1）培养学生对生物科学的兴趣；（2）培养学生关爱生命、保护生态环境的意识；（3）培养学生热爱生活、关注日常食品安全的观念。
二、教学内容：1. 酵母菌的结构特点：细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、液泡。
2. 酵母菌的生物学特性：单细胞真菌，营养方式为异养，繁殖方式为出芽繁殖和孢子繁殖。
3. 酵母菌在食品制作中的应用：蒸馒头、做面包、酿酒等。
4. 酵母菌的生存条件：水分、适宜的温度、有机物等。
三、教学重点与难点：重点：酵母菌的结构特点、生物学特性及其在食品制作中的应用。
难点：酵母菌的生存条件实验的设计与分析。
四、教学准备：1. 教学用具：显微镜、酵母菌临时装片、实验器材等。
2. 教学资源：酵母菌图片、视频资料等。
3. 学生分组：每组4-5人，每组配备一套实验器材。
五、教学过程：1. 导入新课：通过提问方式引导学生回顾细菌和真菌的相关知识，引出酵母菌。
2. 自主学习：学生阅读教材，了解酵母菌的结构特点和生物学特性。
3. 合作探究：学生分组讨论，分析酵母菌在食品制作中的应用。
4. 实验观察：学生分组进行酵母菌临时装片制作，使用显微镜观察酵母菌的结构。
6. 作业布置：学生完成课后练习，如绘制酵母菌的结构示意图等。
7. 课后反思：教师对本节课的教学效果进行反思，为学生提供反馈。
六、教学延伸：1. 家庭作业：（1）收集酵母菌在生活中的应用实例；（2）绘制酵母菌的结构示意图；（3）观察生活中常见的真菌，了解其特点和作用。
2. 课外实践活动：（1）邀请面包师或酿酒师来校讲解酵母菌在食品制作中的应用；（2）组织学生参观酵母菌生产基地，了解酵母菌的生产过程；（3）开展酵母菌种植活动，让学生亲身体验酵母菌的生长过程。
微生物遗传第九章酵母菌遗传
将特定基因插入到酵母菌基因组的特定位置，以研究 基因表达和调控。
基因定点突变技术
通过寡核苷酸引物或锌指核酸酶，对特定基因进行定 点突变，以研究蛋白质结构和功能。
酵母菌功能基因组学研究
全基因组表达谱分析
01
通过高通量测序技术，对酵母菌全基因组表达情况进行检测和
分析，以研究基因表达调控机制。
蛋白质组学研究
02
对酵母菌蛋白质表达、修饰和相互作用进行研究，以揭示蛋白
质功能和调控机制。和变化进行研究，以揭示代谢
途径和调控机制。
酵母菌与其他生物的基因交流与进化
基因转移与重组
研究酵母菌与其他生物之间基因的转移和重组，以揭示基因进化 机制。
基因共进化
研究不同生物之间基因的共进化关系，以揭示生物协同进化的规 律。
生物质转化
酵母菌可以将木质纤维素等生物质转化为燃料和化学品。通过基因工程手段改良酵母菌的木质素降解酶系和代谢 途径，可以提高生物质的转化效率。例如，利用基因工程技术提高酵母菌对木质素的降解能力，可以用于生物质 转化的工业生产。
THANKS
感谢观看
酵母菌遗传
• 酵母菌概述 • 酵母菌的遗传基础 • 酵母菌的基因操作 • 酵母菌遗传学研究进展 • 酵母菌遗传学应用前景
01
酵母菌概述
酵母菌的形态与分类
形态
酵母菌通常为单细胞，呈圆形、椭圆 形或圆柱形，直径一般为2-3微米。
分类
酵母菌属于真菌界，是单细胞真菌， 有数百种之多，主要分为酿酒酵母、 毕赤酵母、假丝酵母等。
要点三
药物筛选
酵母菌在药物筛选中也具有应用价值 。通过基因工程技术构建能够模拟人 类疾病的酵母菌模型，可以用于新药 筛选和药物作用机制研究。例如，利 用酵母菌模拟帕金森病等疾病模型， 用于药物筛选和机制研究。
酵母菌在基因工程中的应用
酵母菌在基因工程中的应用酵母菌是一类单细胞真核生物，是生物科学研究中的一种常见模式生物。
它们普遍存在于自然界中，可以在发酵食品的制备以及生命科学研究领域发挥着重要的作用。
在基因工程领域中，酵母菌更是被广泛应用，成为了基因工程领域的重要工具之一。
下面我们就来看看，酵母菌在基因工程领域中都有哪些应用吧。
一. 酵母菌作为表达宿主酵母菌是一类常见的蛋白表达宿主，能够快速高效地表达蛋白质，是一种常见的蛋白质产生工具。
一般来说，通过基因工程手段将需要表达的蛋白质的基因导入酵母菌中，利用其自身繁殖特性，迅速高效地表达出需要的蛋白质。
此外，在表达蛋白质的过程中，酵母菌的生长条件相对简单，可以通过温度、氧气、营养等因素的控制来实现高效的表达。
二. 酵母菌在药物研究中的应用当前，越来越多的药物研发都依赖于基因工程技术，而酵母菌则成为了药物研发中的重要工具之一。
通过将需要研发的靶点基因导入酵母菌中，可以模拟药物对生物体内靶点的作用过程。
此外，还可以通过酵母菌对药物副作用的研究，为药物的准确作用机制提供参考。
三. 酵母菌在癌症研究中的应用对于癌症的研究一直以来都是生物学家们所关注的重要问题之一。
而酵母菌则成为了癌症研究中的重要研究工具之一。
通过将癌症相关基因导入到酵母菌中，并通过对其复制、修复和细胞凋亡等过程的研究，可以更好地理解癌症的发生机制和治疗过程，为癌症的诊断和治疗提供更好的参考。
四. 酵母菌在基因组研究中的应用对于生命科学研究而言，基因组研究是一项重要的研究领域。
而目前，酵母菌的基因组研究也在不断地发展。
利用酵母菌基因组研究这一工具，可以揭示基因与生物型之间的关系，探寻基因突变造成遗传性疾病的可能机制，还可以帮助人们更好地理解基因间相互作用，促进基因工程技术的发展。
总之，随着基因工程技术的不断发展，酵母菌作为一种常见的模式生物，也在越来越多的领域中发挥着重要的作用。
通过其快速高效的蛋白表达能力以及对生物学过程的模拟研究，酵母菌为人们揭示了生物世界中的许多秘密。
基因工程在酵母菌中的应用
基因工程在酵母菌中的应用酵母菌是一种非常常见的单细胞真菌，被广泛应用在工业生产、基因工程、生物学研究等领域。
其中，基因工程在酵母菌中的应用越来越受到关注，因为它可以通过改变酵母菌的基因来产生更高效、更安全、更低成本的产品。
一、酵母菌的基因工程基因工程（Genetic Engineering）、也称基因修饰（Genetic Modification），是指人工干预生物基因的技术。
通过将外源基因从别的物种引入到酵母菌中，或者利用已有技术将酵母菌原有的基因进行修改，来达到目的。
以酿酒酵母为例，使用基因工程技术可以让酵母在发酵过程中增强种类芳香、味道、颜色等方面的特性，减少酒类生产中对添加剂的依赖。
此外，基因工程还可以增强酵母在生产生物质和生产酶等方面的能力，提高生产效益和质量。
二、基因工程在生物药品中的应用随着基因工程技术的发展，越来越多的药品开始使用酵母菌系统进行生产，因为酵母菌可以产生大量的复杂蛋白，在药品生产中发挥重要作用。
1. 重组蛋白重组蛋白是由酵母菌制造的人造蛋白质，它由通过DNA技术人工合成的基因进行控制。
重组蛋白可以用于治疗多种疾病，如肿瘤、结缔组织疾病、感染症等。
2. 抗生素一些抗生素是由酿酒酵母制造的，包括属于毒素类的青霉素、链霉素和司云生素等。
这些抗生素可以用于治疗许多细菌感染病，如耳炎、肺炎、中耳炎、胃肠炎等。
三、基因工程在生物燃料中的应用生物燃料是使用生物质或燃料酒精等生物产物，进行发电或其他能源生产的一种新型能源，基因工程在此方面的应用也十分广泛。
1. 生物酒精将酿酒酵母与一种名为琼脂糖的发酵物混合后，然后加入蔗糖，在发酵的过程中，酵母细胞可以将蔗糖转化成酒精。
用于生产生物酒精的酿酒酵母与市面上的酿酒酵母相比，有着更高的酒精浓度和收率，可以使得生产效益更高。
2. 生物柴油利用基因工程技术获得的淀粉酵母株，可以将淀粉直接转化成脂肪酸甲酯（生物柴油）；利用酿酒酵母株，在发酵过程中将纤维素分解为糖分，再将糖分转化成脂肪酸甲酯，生产生物柴油。
外源基因在酵母体系中表达
C.albicans hyphal n.r cell wall Ag
Spinach
2
phosphoribulokinase
S/Mut+ Halaas, et al (1995)
Shiba, et al (1995)
S/Mut+
S/Mut+, S/MutS( 30,000 copies/c ell) S/MutS
fragment C
Pertusis
3
antigen P69
Mouse EGF 0.45
Aprotinin 0.8
Kunitz
1
protease
inhibitor (A-
beta-PP)
Human
4
serum
albumin(HS
A)
HIV-1
1.25
gp120
and
0.02
I/Mut+ and Muts I/Muts S/Muts S/Mut+/Muts S/Mut+
第一代酵母基因工程表达系统是以酿酒酵 母表达系统为典型代表。
第二代酵母基因工程表达系统的典型代表 就是近年来倍受关注的毕赤酵母表达系统 等为代表的甲醇酵母表达系统：
1987年Cregg等首次报道甲醇营养型毕 赤酵母(Methy1otrophic Pichia pastoris)表达 外源蛋白以来，由于它具有表达效率高， 遗传稳定，产物可分泌表达等优点，己成 为近年来极受青睐的真核基因表达系统。
S:284
ds Fv (di-sulfide-bonded n.r S/n.r Luo, et al (1995), J.
single chain antibodies) n.r
酵母菌的基因工程
酵母菌的蛋白修饰分泌系统
蛋白质的分泌运输机制 信号肽及其剪切系统 分泌型蛋白的糖基化修饰
酵母菌克隆表达质粒的构建
含有CEN的YCp质粒的构建 • CEN为酵母菌染色体DNA上与染色体均匀 分配有关的序列。将CEN插入到ARS质粒 中，获得的新载体称为YCp。 • YCp质粒具有较高的有丝分裂稳定性，但拷 贝数通常只有1-5个。
酵母菌克隆表达质粒的构建
含有TEL的YAC质粒的构建 • 利用酵母菌的端粒TEL.CEN.ARS等DNA元 件构建人工酵母染色体，可以克隆扩增大 片段的外源DNA，这是构建YAC载体的基 本思路 • YAC载体的装载量 用于启动转录蛋白质结构基因的酵母菌Ⅱ 型启动子由基本区和调控区两部分组成， 基本区包括TATA盒和转录起始位点。 调控区位于基本区上游几百碱基对的区域 内，由上游激活系列（UAS）和上游阻遏 序列（URS）等顺式元件组成。 利用启动子探针质粒可从酵母菌基因组中 克隆和筛选具有特殊活性的强启动子，另 一种方法是从已有的启动子中构建杂合启 动子
使啤酒酵母中异源蛋白产量提高和质量改善的突变
突变
产生的异源蛋白
增加产量（倍数）
作用位点
SSC1 SSC2 rgrl osel NDS ss1l rho
凝乳酶原 牛生长因子 3-10 凝乳酶原 牛生长因子 鼠α—淀粉酶 5-10 β—内啡肽 7-12 人血清蛋白 溶酶原活化剂抑制因子2型 10 α1 —抗胰蛋白酶P 人溶菌酶 10 人溶菌酶 10 人表皮因子 NDE
酵母菌表达系统的选择
多型汉逊酵母表达系统 多型汉逊酵母也是一种甲基营养菌。其自主复制序 列HARS已被克隆，并用于构建克隆表达载体， 但与巴斯德毕赤酵母相似，这种载体在受体细胞 有丝分裂时显示出不稳定性。所不同的是， HARS质粒能高频自发地整合在受体的染色体 DNA上，甚至可以连续整合100多个拷贝，因此 重组多型汉逊酵母的构建也是采取整合的策略。 目前，包括乙型肝炎表卖弄抗原在内的数种外源蛋 白在该系统中成功表达。
酵母菌的应用及原理
酵母菌的应用及原理1. 引言酵母菌是一种单细胞真菌，广泛存在于自然界中，包括空气、土壤和水体等环境中。
酵母菌具有许多重要的应用，尤其是在食品工业和医药领域。
本文将介绍酵母菌的应用范围及其背后的原理。
2. 食品工业中的应用酵母菌在食品工业中具有重要作用，主要应用有：•面包和面点制作酵母菌可以通过发酵作用使面团膨胀，增加面包和面点的松软度和口感。
在制作面包时，酵母菌会分解面团中的淀粉和糖类，产生二氧化碳气泡，使面包膨胀。
•啤酒酿造酵母菌是啤酒酿造过程中的重要微生物。
酵母菌在啤酒中进行糖类发酵，产生乙醇和二氧化碳，使啤酒发酵并具有独特的风味。
•葡萄酒酿造酵母菌在葡萄酒酿造中也扮演着重要角色。
通过葡萄的葡萄糖和果糖发酵，酵母菌可以将糖转化为乙醇，同时生成香气和风味物质，为葡萄酒增添独特的口感和香气。
3. 医药领域中的应用酵母菌在医药领域也有广泛的应用，具体应用包括：•药物生产酵母菌可以用于制造多种药物，例如抗生素、激素、维生素等。
酵母菌被用作生产药物的工具，通过将目标基因导入酵母菌中，使其产生特定的蛋白质药物。
•疫苗研发酵母菌在疫苗研发中也起到重要作用。
科学家可以将病毒或细菌的抗原基因导入酵母菌中，通过酵母菌表达并产生相关抗原蛋白，从而制备疫苗。
•基因研究酵母菌作为模式生物，在基因研究中被广泛应用。
酵母菌具有简单的基因组和易于操作的性质，使其成为研究基因功能和调控机制的理想工具。
4. 酵母菌的原理酵母菌实现应用的原理主要包括以下几个方面：•发酵作用酵母菌通过发酵作用将糖类转化为二氧化碳和乙醇等产物，从而实现酿造食品和药物的目的。
发酵作用是酵母菌应用的重要原理。
•基因表达酵母菌可以通过基因表达来产生特定的蛋白质，例如药物和抗原蛋白等。
科学家可以将目标基因导入酵母菌中，使其在生长过程中表达目标蛋白质。
•简单基因组酵母菌具有相对简单的基因组，使其成为研究基因功能和调控机制的理想模式生物。
酵母菌的基因组通过基因工程技术可以被修改和操控。
酵母菌的基因工程课件
拷贝数为50-100个，分别携带K1 K2两种能使多种酵母菌致死的毒
反向重复序列
pGKL1 8.9 kb
素蛋白编码基因（a b g），同时含有毒素蛋白抗性基因。
酵母菌克隆表达质粒的构建
含有ARS的YRp质粒的构建
ARS为酵母菌中的自主复制序列，0.8-1.5kb，染色体上每30-40kb 就有一个ARS元件。酵母菌自主复制型质粒的构建组成包括复制子、标 记基因、提供克隆位点的大肠杆菌质粒DNA。
原生质体转化法的一个显著特点是，一个受体细胞可同时接纳 多个质粒分子，而且这种共转化的原生质体占转化子总数的25%～ 33%。
酵母菌的转化程序
碱金属离子介导的酵母菌完整细胞的转化
7 酵母菌的基因工程
A 酵母菌作为基因工程受体菌的特征 酵母菌的分类学特征
酵母菌（Yeast）是一群以芽殖或裂殖方式进行无性繁殖的单细 胞真核生物，分属于子囊菌纲（子囊酵母菌）、担子菌纲（担子酵母 菌）、半知菌类（半知酵母菌），共由56个属和500多个种组成。如 果说大肠杆菌是外源基因最成熟的原核生物表达系统，则酵母菌是最 成熟的真核生物表达系统。
泛素降解途径衰减的酿酒酵母
UBI 4缺陷型： 在酿酒酵母菌中，泛素主要由UBI 4基因表达，UBI 4-突变株能 正常生长，但细胞内游离泛素分子的浓度比野生株要低得多， 因此UBI 4缺陷突变株是外源基因表达理想的受体
UBA 1缺陷型： UBA1编码泛素激活酶E1，UBA1突变株是致死性的，但其等位 基因缺陷是非致死性的，而且也能削弱泛素介导的蛋白降解
生物效应
改善重组蛋白分泌 提高重组蛋白表达 提高重组蛋白表达 提高重组蛋白表达 改善重组蛋白分泌 提高重组蛋白表达
作用位点
钙离子依赖型的ATP酶 转录后加工 转录水平 转录水平 羧肽酶Y 转录水平
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Circular YACs can be
separated easily from
linear yeast chromosomes
using standard alkaline lysis
methods, and exhibit far
BAC that contains a yeast centromeric sequence, a marker (KAN) for selection in yeast, and two sequences homologous to those flanking the EcoRI site in a standard YAC (pYAC4)
由于大多数酿酒酵母中都含有天然2μ质 粒，YEp复制所需的酶可由2μ质粒提供
11
YEp can replicate as an independent plasmid in yeast cell.
Recombination between plasmid and chromosomal
LEU2 genes can integrate YEp
A 15 Mb yeast host chromosome background cannot be separated from the YACs by simple methods
19
Circular YACs have a number of advantages over classical YACs
YRp也可整合到酵母染色体中去，与YIp整 合过程相同
15
4. YCp载体
着丝粒区域是染色体均匀 分配的重要顺式作用元件
将着丝粒片段插入到YRp 质粒中，能明显改善质粒 在母细胞和子细胞中的均 匀分配，提高质粒在宿主 细胞增殖过程中的稳定性
YCp以低拷贝存在
16
YRp
YCpΒιβλιοθήκη 175. YAc毕赤酵母（Pichia pastoris）表达系统
能在以甲醇为唯一碳源和能源的培养基中 生长
表达效率高
8
一、酿酒酵母菌的克隆载体
1. YIp (Yeast Integration plasmid )
该类载体是在大肠杆菌质粒载体中插入酵 母的标记基因构成
没有酵母菌的复制子顺序，只有依靠携带 的酵母基因与酵母染色体上的同源DNA整 合到染色体上去
A human library was constructed with
an average insert size of 810 kb and
with some inserts as large as 1800 kb.
18
Classical YACs have a number of deficiencies as vectors
转化体十分稳定，但也可能发生第二次同 源重组
9
r
Amp
YIp5 Tetr
ori
染 色 体DNA
URA3 Ura3
10
2. YEp
酿酒酵母中的2μ质粒
几乎所有酿酒酵母菌株中都存在一个约 6.3kb的野生型2μ环状质粒，它在细胞内的拷 贝数约70～200
YIp中可插入整个或部分2μ质粒DNA片 段构成YEp
大多数是以酵母菌氨基酸或核苷酸合成 途径中的酶基因作为选择标记，如ARG4， LEU2，TRP1，HIS3，URA3
使用这些遗传标记时，受体菌应是相应 标记基因的突变型，且是稳定的突变体 （缺失突变或多点突变），利用遗传互 补进行转化体的筛选
5
6
7
常用的酵母宿主系统
酿酒酵母表达系统
食品级安全性 表达效率较低
3
Ampr
Tcr
Ori
URA3
Ampr
Tcr
2μ
YIp
Ori
Ampr
Tcr
Ori YEp
2μ URA3
ARS
Ampr
Tcr
YRp
URA3
CEN
TRP1
Ampr
pYAC
Ori
Ampr
Tcr
YCp
Ori
URA3
TEL
HIS4
TEL
TEL
Ampr
URA3
Tcr
YLp TEL
TEL
4
酵母菌载体的遗传标记基因
into yeast chromosomal DNA.
12
3. YRp
酿酒酵母基因组中每隔 30~40kb便有一个自主复 制序列（ARS）
The structure of ARS was shown to be a short (~100 bp) AT-rich sequence with the 17-bp core consensus WWWTTTAYRTTTWGTT (W=A or T, Y=T or C, and R=A or G)
含有ARS序列、遗传标记 基因及克隆位点的质粒组 成YRp
PstI
Amp ARS Ori
YRp12 6.9kb
Tc
BamHI
TRP1 URA3
EcoRI
13
YIp
YRp
14
YRp转化酵母的效率大幅度提高，但转化子 不稳定，经几代培养后，质粒丢失率高达 50%～70%，主要原因是YRp质粒不能在 母细胞和子细胞中均匀分配
第九章 酵母菌基因工程
1
酵母菌表达系统的优势
基因表达调控机理比较清楚，遗传操作相对简单 具有真核生物蛋白质翻译后加工修饰系统 酿酒酵母是安全型基因工程受体系统 大规模发酵工艺简单，成本低廉 可将外源基因表达产物分泌到培养基中 有助于阐明高等真核生物基因表达调控机理
2
酵母菌载体的类型
整合型（非自主复制型） 自主复制型
附加体型( yeast episomal plasmid, YEp): 复制起点来自于酿酒酵母的天然质粒-2μ质粒 染色体复制型( Yeast Replicating plasmid， YRp)：复制起点来自染色体上的自主复制序列 ARS (Autonomous replicating sequence)
It is estimated that 10 – 60% of clones in existing libraries represent chimeric DNA sequences
Many clones are unstable and tend to delete internal regions from their inserts or lose some YACs during mitotic growth.