细菌基因组结构与功能
噬菌体基因组结构与功能
噬菌体基因组结构与功能噬菌体是一种寄生于细菌的病毒，通常被用来作为基因转移工具。
在过去，噬菌体被广泛应用于基因工程和生命科学领域，因为它们具有较小的基因组，可被大量重复复制，而且它们对于细胞的破壳和感染极度高效。
本文将介绍噬菌体的基因组结构和功能。
1. 基本概念噬菌体是一类依赖于寄主细菌生存的病毒，通常通过酶解细胞壳，将自己的遗传物质注入到细胞内部，然后复制自己的核酸。
根据它们的基因组大小和形状，噬菌体被分类为不同的种类，并被广泛应用于遗传学和微生物学研究领域。
2. 噬菌体基因组噬菌体基因组是由DNA分子组成的，通常是单链或双链的。
单链基因组是一种相对较小的基因组，其中遗传信息被编码在一个连续的DNA链上。
双链基因组则是由两个DNA链咬合在一起而形成的，较大的基因组通常采用这种结构。
噬菌体的基因组大小通常在4到200 kb之间，虽然它们的基因组比大多数细菌和真核生物要小得多，但是它们具有相对较高的密度，在其基因序列中出现的遗传密码子比较少，这使得它们可以轻易地被工程化地编辑。
此外，许多噬菌体基因组表现出广泛的可变性，这种可变性通常是由于它们经常受到选择性压力的影响。
3. 噬菌体基因组的功能噬菌体基因组中编码了一些关键的功能元素，这些功能元素使噬菌体具有对细菌的高度特异性感染，迅速释放DNA，并开始在寄主细胞内复制它们的DNA。
其中最重要的功能元素之一是编码噬菌体外壳蛋白的基因，它们决定了噬菌体的外形和大小。
另一个关键的元素是编码感染控制蛋白的基因，它们是调节噬菌体感染和复制的关键分子。
在感染过程中，噬菌体感染控制蛋白识别并与细菌表面的受体相互作用，这种识别非常特异性，只有在特定的细菌物种中才能发生作用。
此外，噬菌体还包含编码发射蛋白的基因，它们介导DNA的释放和噬菌体的破壳。
一旦盾牌发射蛋白启动，噬菌体颗粒被释放到细菌细胞内部，卷曲的DNA 链随后释放，开始噬菌体的复制。
4. 应用前景作为基因工程和生命科学领域常用的基因转移工具，噬菌体在工程化生物学和基因治疗等领域得到越来越广泛的应用。
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
医学分子生物学(新)重点知识大全
泛基因阶段孟德尔的遗传因子阶段摩尔根的基因阶段顺反子阶段操纵子阶段现代基因阶段DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。
合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。
一个基因应包含不仅是编码蛋白质肽链或RNA的核酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列、5′非翻译序列、内含子以及3′非翻译序列等所有的核酸序列（蛋白质基因和RNA基因）。
根据其是否具有转录和翻译功能可以把基因分为三类第一类是编码蛋白质的基因，它具有转录和翻译功能，包括编码酶和结构蛋白的结构基因以及编码阻遏蛋白的调节基因第二类是只有转录功能而没有翻译功能的基因，包括tRNA基因和rRNA基因第三类是不转录的基因，它对基因表达起调节控制作用，包括启动基因和操纵基因。
原核生物基因组：染色体基因组（chromosomal genome）染色体外基因组（extrachromosomal genome ）真核生物基因组：染色体基因组（chromosomal genome）染色体外基因组（extrachromosomal genome ）生物体的进化程度与基因组大小之间不完全成比例的现象称为 C value paradox，又称C值悖论）病毒基因组很小，且大小相差较大病毒基因组可以由DNA组成，或由RNA组成多数RNA病毒的基因组是由连续的RNA链组成基因重叠基因组的大部分可编码蛋白质，只有非常小的一部份不编码蛋白质形成多顺反子结构病毒基因组都是单倍体（逆转录病毒除外）噬菌体（细菌病毒）的基因是连续的，而真核细胞病毒的基因是不连续的1981年，美国首先发现获得性免疫缺陷征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS），其病原体是一种能破坏人免疫系统的逆转录病毒1986年，命名为：人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）HIV特异性地侵犯并损耗T细胞而造成机体免疫缺陷HIV如何感染免疫细胞并复制捆绑――当HIV病毒的gp120蛋白捆绑到T-helper细胞的CD4蛋白时，HIV病毒附着到机体的免疫细胞上。
(完整版)基因组的结构和功能
Alec J.Jeffreys和历史上第一张DNA指纹图谱
1802年的一副杰斐逊和莎莉的讽刺画像
（二）中度重复序列： ➢ 中度重复序列是指在基因组中重复数十次 至数万次的部分，其复性速度快于单拷贝 序列，但慢于高度重复序列。
➢中 度 重 复 序 列 中 有 一 部 分 是 编 码 rRNA 、 tRNA、组蛋白及免疫球蛋白的结构基因，另 一部分可能与基因调控有关。
➢ 是由两个相同顺序的互补拷贝在同一DNA 双链上反向排列而成。
反向重复序列的两种形式 发卡结构
回文结构
画上荷花和尚画 书临汉字翰林书
2. 卫星DNA（satellite DNA） ： ➢ 卫星DNA的重复单位一般由2～70 bp组成， 成串排列。 ➢ 卫星DNA占基因组的比例随种属而异，在 0.5～31% 范围内。
➢ 同一种属中不同个体的高度重复顺序的重复 次数不一样，这可以作为每一个体的特征， 即DNA指纹 。
➢ STR分析法已经成为法医学领域个体识别和 亲权鉴定的重要分析方法，可应用于司法案 件调查，也就是遗传指纹分析。
15-year old Lynda Mann
15-year old Dawn Ashworth
进行转录，如组蛋白基因家族；
chromosome 7源自2. 基因家族成簇地分布于不同的染色体上并分 别进行转录，且不同基因编码的蛋白质在功 能上相关，如珠蛋白基因家族。
珠蛋白多基因家族的组织结构
-类珠蛋白基因家族
chromosome 11
-类珠蛋白基因家族
chromosome 16
假基因（pseudogene）——又称为加工基因或 非功能基因。这类基因的核苷酸顺序虽然与正 常的结构基因很相似，但基本上不能表达。
生物化学 4-基因和基因组的结构与功能
4. 结构基因中无内含子，边转录边翻译。
5. 无基因重叠结构。
6. DNA分子中有多种功能区。这些区域往往具有特殊的结构，并且含 有反向重复序列。
8、基因组中也存在一些可移动的遗传因素，这些DNA顺 序并无明显生物学功能，似乎为自己的目的而组织， 故有自私DNA之称，其移动多被RNA介导（如在哺乳 动物及人类基因组中发现的逆转座子），也有被DNA 介导的（如在果蝇及谷类中发现的DNA转座子）
单一序列 中度重复序列
高度重复序列
重复序列
将真核生物基因组的DNA进行复性动力学测 定，显示3个不同的时相。
• 一个假基因常常有多个有害的突变，可能因为作为一种活 性基因一旦停止，就再没有适当机制阻止进一步突变的聚 积。假基因数目一般较少，往往只占基因总数的一小部分。
假基因主要有两种类型
• （1）由于一种基因的加倍而失活。这种类型假基因保留原 来亲本基因的外显子及内含子组织并常与亲本基因密切联 系，如α、β球蛋白基因簇的假基因。它们可能是由于失去 起始转录信号，或外显子—内含子连接处不能剪接或翻译 不能终止。
蛋白D 蛋白E
E.coli
细菌基因组
1. 一条双链DNA ，具有类核结构。
2. 具有操纵子结构。几个功能相关的结构基因串联在一起受同一个调控区调 节。 E.coli基因组含3500个基因，有260个已查明具有操纵子结构，定位于75个 操纵子中。
3. 蛋白质基因单拷贝，rRNA基因多拷贝，这可能有利于核糖体的组装。 E.coli中rRNA基因（rDNA）具有多拷贝，而且都以转录单位的形
基因组的名词解释微生物学
基因组的名词解释微生物学简介微生物学是研究微观生物的科学，其中包括细菌、真菌、病毒等微生物的分类、结构、功能以及它们对人类和环境的影响。
基因组是一个重要的概念，它指的是一个生物体内所有基因的组合。
基因组的解析在微生物学领域具有重要意义，不仅有助于理解微生物的生态系统和代谢途径，还为疾病诊断和治疗提供了新的线索。
一、基因组的定义和组成基因组是一个生物体内所有基因的集合。
基因是由核糖核酸（DNA或RNA）编码的遗传信息单位，它决定了一个生物体的性状和功能。
在微生物学中，细菌和真菌的基因组通常以DNA形式存在，而病毒的基因组可以是DNA或RNA。
基因组的组成包括两部分：非编码区和编码区。
非编码区主要包括调控元件，如启动子、转录因子结合位点等，它们调控基因的表达。
编码区包括使基因转录为蛋白质的编码序列。
二、基因组的结构和大小基因组的结构与生物体的类型和大小有关。
细菌的基因组通常是环状DNA，而真菌和病毒的基因组多为线状DNA或RNA。
基因组的大小则是指基因组中包含的碱基对数目。
细菌的基因组大小通常在几百万至几千万碱基对之间，其中包含几千至几万个基因。
真菌的基因组较大，通常在几千万至几十亿碱基对之间，含有几千至几万个基因。
病毒的基因组大小则相对较小，通常只有几千至几十万碱基对。
三、基因组的进化和演化基因组的进化是指基因组在长期进化过程中经历的变化。
基因组的演化是指基因组在狭义上的进化，即指代表一个物种或群体的基因组和其祖先基因组之间的差异。
基因组的进化和演化涉及到基因的重组、突变和选择等机制。
通过这些机制，基因组可以适应不同的环境条件和生存压力，导致新基因的出现和旧基因的消失。
四、基因组在微生物学研究中的应用基因组在微生物学研究中有着广泛的应用。
首先，基因组可以帮助研究人员理解微生物的演变和物种起源。
通过比较不同微生物的基因组，可以揭示它们之间的关系和进化历史。
其次，基因组也是研究微生物的生态学过程和代谢途径的重要工具。
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。
微生物生态学与功能基因组学研究
微生物生态学与功能基因组学研究微生物生态学和功能基因组学是现代生物学中重要的研究领域。
它们研究的对象是微生物及其在自然界中的分布、生态功能和它们的基因组结构和功能。
本文将从微生物生态学和功能基因组学的基础知识、研究方法、应用及前景等方面进行阐述。
一、微生物生态学的基础知识微生物是生命进化史上最古老的生物之一，它们占据着地球上大多数生命的生物量。
微生物包括细菌、古菌、真菌、原生动物等。
它们在地球上的分布极为广泛，可以存在于地表和地下的土壤、沉积物、水体、空气中，也可以和其他生物共生共存。
微生物生态学是研究微生物及其与生态环境之间相互作用和协同的学科。
微生物在生态系统内发挥着重要的作用，对物质循环、能量转化、病害防治等都有很重要的贡献。
微生物可以分解有机物，将其转化为无机物，进而为生态环境中其他生物提供养分；微生物可以对氮、磷等元素进行固氮和溶磷，促进农业生产和植物生长；微生物还可以分解有害物质，保护生态环境和人体健康。
二、功能基因组学的基础知识功能基因组学是研究基因组结构和功能之间的关系的学科。
基因组是一种生物体内平衡的体系，它通过基因的调控，控制着生物的发育、生长和代谢等各种生理过程。
基因组学是研究基因组的编码和组织方式、基因在发育过程中的表达和调控等问题的学科。
功能基因组学是基因组学的一个分支，它主要研究基因组中的基因和它们的功能之间的关系。
功能基因组学研究的关键是对基因功能的预测和验证，可以采用基因敲除、基因表达、蛋白质结构分析和分子遗传学等方法来验证基因预测的功能。
三、微生物生态学与功能基因组学的研究方法微生物生态学中，常用的研究方法包括细胞计数、培养和分离、PCR扩增、序列技术等。
细胞计数是用来测定微生物数量的方法，可以用法氏染色等染色技术对微生物进行计数。
培养和分离则是从环境样品中获得微生物的方法，可以通过培养菌落来分离不同的微生物，进而对微生物种类和数量进行研究。
PCR扩增和序列技术可以获得 DNA序列，从而确定微生物的种类和数量。
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大多数基因的相对位置是随机分布的
• 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，并不集中在一起
• 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
.
20
细菌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。
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
.
9
细菌染色体基因组结构的特点（五）
5. 不出现基因重叠现象： 基因组中，编码顺序一般不会重叠
.
10
细菌染色体基因组结构的特点（六）
6. 具有同基因（isogene）：编码同工
杆菌基因组中有两个编码
分支酸（chorismic acid）变位酶
的基因，两个编码乙酰乳酸
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
已知的基因中，8 ％ 的序列具有调控 作用
.
15
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—2
大肠杆菌染色体基因组中已知的基 因多是编码酶类的基因
合成代谢酶类基因：氨基酸、嘌呤、
嘧啶、脂肪酸和维生素
分解代谢酶类基因：碳、氮化合物
伤寒沙门氏杆（Salmonellatyphimurium）
与大肠杆菌的基因组结构几乎相同，有 10％的基因组序列和大肠杆菌相比发生 颠倒，但其基因的功能仍正常
.
21
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—5
双向转录：DNA两条链作为模板指 导mRNA合成的机率差不多相等 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
一个调节区的调节
数个操纵子还可以由一个共同的调
节基因（ regulatorygene ）即调节
子（regulon）所. 调控
5
乳糖操纵子（lac operon）
.
6
Lac operon（close）
.
7
Lac operon（open）
.
8
细菌染色体基因组结构的特点（四）
4. 结构基因都是单拷贝，rRNA基因为多拷贝， 基因组DNA中不编码的部份所占比例比真核 细胞基因组少得多
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
23
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—7
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
• 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。 这一位置有利 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
脱落
➢ 终止子有强、弱之分
强终止子含有反向重复顺序，可形成茎环结 构，其后面为 polyT 结构，无需终止蛋白参 与即可使转录终止
弱终止子也有反向重复序列，但无 polyT 结 构，需要有终止蛋白参. 与才能使转录终止 13
原核生物终止子
.
14
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—1
大肠杆菌基因组含有3500个基因，已 被定位的有900个左右
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
.
16
原核生物 核蛋白体
.
17
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—3
具有双向复制，但不能同时进行
• 顺时针复制时，逆时针复制被抑制 • 逆时针复制时，顺时针复制被抑制
.
18
双向复制
.
19
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—4
具有相关功能的基因在一个操纵子内， 由一个启动子转录
细菌基因组结构与功能
.
1
细菌染色体基因组结构的特点（一）
1. 形成类核（nucleoid）：
由一条环状双链 DNA 分子组成细 菌的染色体，并相对聚集在一起， 形成一个较为致密的区域
类核无核膜与胞浆分开，类核的中
央部分由RNA和支架蛋白组成，外
围是双链闭环的.DNA超螺旋
2
细菌染色体基因组结构的特点（二）
（acetolactate）合成酶的基因
.
11
细菌染色体基因组结构的特点（七）
7. DNA分子中具有各种功能的识别区域 如：复制起始区（OriC） 复制终止区（TerC） 转录启动区
转录终止区
这些区域往往具有特殊的顺序，并且含有反向
重复顺序
.
12
细菌染色体基因组结构的特点（八）
8. 具有终止子（termintor）： ➢ 基因或操纵子终末的特殊顺序 ➢ 可使转录终止、RNA聚合酶从DNA链上
.
24
2. 染色体DNA通常与细胞膜相连： 连接点的数量随细菌生长状况和不
同的生活周期而异 在 DNA链上，与 DNA 复制、转录
有关的信号区域与细胞膜优先结合
.
3
大肠杆菌模式图
.
4
细菌染色体基因组结构的特点（三）
3. 具有操纵子结构：
结构基因为多顺反子，若干个功能
相关的结构基因串联在一起，受同
.
22
大肠杆菌 染色体基因组的结构和功能—6
在大肠杆菌染色体基因组中，基因都 是单拷贝基因
在某种特殊环境下，需要有多拷贝基 因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