• 4. 质粒带有选择标记
质粒的不相容性 ?
(incompatibility)
• 同一类群的不同
质粒通常不能在同一 菌株内稳定共存，当 细胞分裂时就会分别 进入不同的子代细胞， 这种现象叫做质粒的 不相容性。
第三节 基 因 转 移
• 一、基因转移的方式 • 二、原核生物的转座子
一、基因转移的方式
控。
类核结构照片图
第二节 质 粒
一、质粒的结构与理化性质 二、质粒的命名与分类 三、质粒的生物学特征
• 什么是质粒(plasmid)?
是细菌细胞染色体 以外的能独立复制并能 稳定遗传的共价闭合环 状DNA（covalently closed circular DNA， cccDNA)分子。
•质粒有DNA和RNA质粒之分，本书主要介绍DNA质粒。
三、质粒的生物学性质
• 1. 质粒的主要成分 环状超螺旋DNA分子，分子量4×106～1×108dal
• 2. 质粒的转移 分子量在2.5×107dal以上的质粒有转移能力，可发生在
同一菌属或不同菌属之间。结果使某些质粒在致病菌中播散， 形成多重耐药菌株。 • 3. 质粒的复制
主要由4个遗传控制系统决定: 复制调控系统 分配系统 细胞分裂控制系统 位点特异重组系统
因此，研究原核生物基因组的结构和功能特点，对于进一步 深入探索真核生物基因组以至人类基因组的结构特征都将有 重要的价值。
母代表，如pUC118、pMT-18T、pBR322等。
（二）质粒的分类
• 1.复制机理 • 2.功 能 • 3.转移方式 • 4.大 小 • • 5.宿主范围
严紧型 松弛型 F质粒 R质粒 Col质粒 接合型 可移动型 自传递型 小型(1.5kb-15kb) 大型(60kb-120kb) 窄宿主谱型 广宿主谱型
基因重叠: 基因组DNA中某些序列被两个或两个以 上的基因所共用。这些基因序列之间互相有重叠。 • 5.具有编码同工酶的不同基因 如E.coli 含有两个乙酰 乳酸合成酶基因
6.不同原核生物间，GC含量差异较大。
不同细菌基因组GC含量比较
细菌名
GC%
细菌名
Bacillus anthracis
35%
52% 58%
Vibrio cholerae Yersinia pestis
47% 48%
Salmonella typhi
52%
• 7.非编码区内主要是一些调控序列 在基因组中编 码序列只占50%，复制起始区、复制终止区、转 录起始区和终止区等存在非编码区域。
• 8.存在可移动DNA序列 如插入序列、转座子等。
例 λ噬菌体的生活史
溶菌生长途径 (lysis pathway)
溶源菌生长途径 (lysogenic pathway)
目录
• 4.转染(transinfection) : 病毒侵入宿主细胞的过程。若是原核生物，
转染指噬菌体侵入细菌细胞过程。
二、原核生物的转座子
• 转座因子（transposable element）:又称转座元件，是一 类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间自由移动并具有转位 特性的独立DNA序列。
• 1. 接合(conjugation) 又称“细菌杂交”，是遗传物质通过细胞间
的直接接触而进行的转移和重组。当细胞与细 胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒DNA从 一个细胞（细菌）转移至另一细胞（细菌）的 DNA转移称为接合作用(conjugation)。
• 2. 转化(transformation)
蓝藻
• 第一节 原核生物基因组的一般特征 • 第二节 质粒 • 第三节 基因转移
第一节 原核生物基因组的一般特征
一、原核生物基因组的结构 二、原核生物的类核结构
一、原核生物基因组的结构
• 1.基因组DNA分子量较小, 106~107bp之间，位于细胞中央， 形成一个致密的区域，称为类核(nucleoid) 。
◆ 质粒是染色体以外的能独立复制并稳定遗传的共价闭合环状 DNA分子。质粒可以移动，同时携带的遗传性状（如抗药性 基因）也能随之转移，这些性状大多数对细菌是有利的。
◆ 质粒通常有三种分子构型，即共价闭合环状DNA分子、半开 环DNA分子和线性DNA分子。
◆ 原核生物的基因转移主要有四种方式：接合、转化、转导和 转座。其中经转座后可引起三种主要遗传效应：基因突变、 引入新基因及引起生物进化。
第二章 原核生物基因组
临床生化教研室
植物界
动物界
植物界
原生生物物界 动物界
植物界
真菌界
原生生物物界
动物界
植物界 真菌界
原核生物物界 原生生物物界 动物界
病毒界 植物界
真菌界
原核生物物界 原生生物物界
动物界
生植物物分分界界图图
原核生物
• 环状DNA位于细胞质 中,不具成形的细胞核
• 细胞器无膜 • 细菌,立克次体,支原体,
Whole genome of E.coli
二、原核生物的类核结构
• 类核(nucleoid):原核生物基因组DNA位于细胞的中央区，与 支架蛋白和RNA结合在一起，以复合体的形式存在，经高度 盘旋聚集形成一个较为致密的区域。
• 中央部分－RNA和支架蛋白 • 外围部分－双链闭环的超螺旋DNA • 每个DNA环是一个独立的功能区，完成不同区域基因表达调
Staphylococcus aureus
Streptococcus pyogenes
Vibrio cholerae
nt 4,857,432 2,821,361 1,895,017 4,056,157
Pseudomonas aeruginosa, 6,264,404
Yersinia pestis
4,653,728
• 转座子的遗传效应 1.引起突变 转座可引起多种突变
插入失活 转录终止 缺失和倒位 2.引入新基因 某些抗生素的抗性基因 3.引起生物进化 转座引起基因重排产生具有新的生物学功 能的蛋白质。
•转座子的分类
1.插入序列(insertion sequence，IS) 组成: 700-2，000bp 一个转位酶基因 两侧的反向重复序列
SalmonellaBiblioteka typhi4,809,037
•2.存在操纵子(operon)结构
乳糖操纵子(lac operon)的结构
调控区
结构基因
DNA
P OZ YA
操纵序列 启动序列 CAP结合位点
Z： β-半乳糖苷酶 Y： 透酶 A：乙酰基转移酶
• 3.原核生物的结构基因多数是单拷贝，连续排列没有 内含子成分 • 4.编码顺序一般不重叠
不同细菌染色体基因组长度比较
细菌名 Bacillus anthracis
Escherichia coli
Mycobacterium tuberculosis Neisseria meningitidis
nt 5,392,168 4,639,675 4,347,292 2,184,406
细菌名
Salmonella typhimurium
5’ GGAATCGATCTTAAGATCGATTCC 3’ 3’ CCTTAGCTAGAATTCTAGCTAAGG 5’
小结
◆ 原核生物基因组DNA通常由一条环状双链DNA分子组成， 具有一个复制起点。基因组DNA与RNA和支架蛋白结合在一 起构成类核，并位于菌细胞中央。 ◆ 操纵子结构是其功能单位，其中结构基因多数是单拷贝的、 连续的、没有内含子成分，并能转录出多顺反子型mRNA模 板。 ◆ 基因与基因之间几乎没有间隔。 ◆ 编码顺序一般不重叠，基因组中存在多种功能的识别区域 及可移动的DNA序列。
一、质粒的结构与理化性质
• 1. 质粒的结构
通常有三种构型:
共价闭环DNA分子
半开环DNA分子
线性DNA分子
• ２．质粒的理化性质
具有核酸分子的一般理化特性，如可嵌入某些染
料(溴化乙锭, EB ）,具有较强的抗切割和抗变性的 能力。
二、质粒的命名与分类
• （一）质粒的命名
• 原则：
•
用小写字母 “ p”代表质粒，后面一般有2个大写字
受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，通 过交换将其整合到自身的基因组中，从而获得供体 菌部分遗传性状的现象。
• 3.转导(transduction) :
当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来、 再次感染另一（供体）细胞时，发生在供体细胞 与受体细胞之间的DNA转移及基因重组即为转导 作用(transduction)。
Salmonella typhimurium
GC% 52%
Escherichia coli
50%
Staphylococcus aureus
33%
Mycobacterium tuberculosis 66%
Streptococcus pyogenes 38%
Neisseria meningitides Pseudomonas aeruginosa,
2.转座子(transposon，Tn) 组成: 4，500-20，000bp 转座酶基因 抗性基因
3.可专座噬菌体 具有转座功能的温和性噬菌体， 能整合到宿主基因组内引起突变。
反向重复序列 (inverted repeat sequence)：
在同一多核苷酸链内的相反方 向上存在的重复的核苷酸序列。在 双链DNA中反向重复可能引起十字 形结构的形成。