病毒基因組及原核生物基因組第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一An

invertedrepeat

(or

IR)isasequenceof

nucleotides

followeddownstreambyits

reversecomplement.

Theinterveningsequenceofnucleotidesbetweentheinitialsequenceandthereversecomplementcanbeanylengthincludingzero.Whentheinterveninglengthiszero,thecompositesequenceisa

palindromicsequence.

The5base-pairsequenceontheleftis"repeated"and"inverted"toformsequenceontheright.

第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一反向重復序列存在兩種形式：A.兩互補拷貝間無間隔序列如GGTACCCCATGGB.兩互補拷貝間有間隔序列如GGTNNNNACCCCANNNNTGG

電鏡下，兩種形式都呈十字形結構，有間隔的反向重復序列，在十字型結構兩頭形成兩個小環。作用：常見于基因組的調控區內，可能與復制和轉錄的調控有關。第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一病毒不具細胞結構，有遺傳、復制等生命特征的微生物第一節病毒基因組第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一病毒基因組核酸的主要類型☆雙鏈DNA

多數動物病毒，如腺病毒、皰疹病毒、痘病毒，環形、線形。☆單鏈DNA

動物病毒中僅微小病毒為單鏈病毒；噬菌體中僅含單鏈DNA。RNA病毒基因組所攜帶的遺傳信息一般在同一條鏈上，序列與mRNA相同的為正股（+），與mRNA互補的為負股（—）☆雙鏈RNA

以負鏈RNA為模板轉錄出mRNA如呼腸孤病毒及噬真菌體。☆單鏈負股RNA

☆單鏈正股RNA

如逆轉錄病毒第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一病毒基因組的結構特點

☆與細菌相比，病毒基因組很小，而且大小相差較大。☆可以由DNA組成，也可以由RNA組成，每種病毒顆粒中只含有一種核酸，或為DNA或為RNA，兩者一般不共存于同一病毒顆粒中。☆基因重疊。☆大部分是用來編碼蛋白質的，只有非常少的部分不被翻譯。☆

DNA序列中功能上相關的蛋白質的基因或rRNA的基因往往叢集在基因組的一個或幾個特定的部位,形成一個功能單位或轉錄單元。☆噬菌體（細胞病毒）的基因是連續的；而真核細胞病毒的基因是不連續的，具有內含子。第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一λ噬菌體（研究得最為詳盡的雙鏈DNA噬菌體）

48.5kb，46基因，分5部分：頭部、尾部、調控（免疫區）、復制和晚期調控區。第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一ФX174噬菌體（單鏈環狀DNA）

5.4kb，11個基因，3轉錄單位。☆重疊基因

5.4kb1795氨基酸197kDa蛋白質實際上：263kDa蛋白質☆基因之間的間隔區很小如：H,A間隔63個核苷酸第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一SV40病毒基因組無包膜，直徑45nm，雙鏈環狀DNA，DNA長5243bp。☆基因是不連續的☆兩個區域，轉錄方向相反第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一第二節原核基因組Prokaryoticgenome以細菌為代表講述，有稱bacteriagenome。細菌對醫學分子生物學有重要貢獻，是基因工程研究的主要材料之一。因為：1.構造相對簡單，基因結構也不復雜，取材便利，易于培養，可選擇突變株進行研究，實驗結果容易重復。（如選擇DDDPI缺乏的Ecoli突變株，Ecoli仍可合成DNA，說明DDDPI對EcoliDNA合成不起作用。）2.與人類有共同的分子生物學規律可循，如：（1）遺傳物質都是DNA；（2）主要的功能分子都是蛋白質；（3）基因密碼是通用的，等等。3.尤其是E.coli,是分子克隆是“明星“,基因工程的主要工程菌，因為基因工程的主要工作是克隆真核基因在原核系統中表達。第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一

細菌

屬于原核型細胞的一種單胞生物,形體微小,結構簡單。無成形細胞核、也無核仁和核膜，

沙門氏干菌,博德氏菌,梭狀干菌,大腸干菌;螺旋菌,葡萄球菌第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一

含有3500個基因，已被定位的有900個左右。在這900個基因中，有260個基因已查明具有操縱子結構，定位于75個操縱子中。在已知的基因中8％的序列具有調控作用。大腸桿菌基因組第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一類核的結構第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一一、原核生物基因組結構與功能的特點1.基因組通常僅由一條環狀雙鏈DNA分子組成。其DNA是與蛋白質結合，但并不形成染色體結構，只是習慣上將之稱為染色體。細菌染色體DNA在胞內形成一個致密區域，即類核（nucleoid），類核無核膜將之與胞漿分開。2.基因組中只有1個復制起點。3.具有操縱子結構。操縱子（operon）是指數個功能相關的結構基因串聯在一起，構成信息區，連同其上游的調控區（包括啟動和操縱區）及其下游的轉錄終止信號構成的基因表達單位。4.結構基因無重疊現象，基因組中任何一段DNA不會用于編碼2種蛋白質。5.基因序列是連續的，無內含子結構。第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一6.編碼區和非編碼區（主要是調控序列）在基因組中約各占50%。7.基因組中的重復序列很少。編碼蛋白質結構基因多為單拷貝，但編碼rRNA的基因往往是多拷貝的，這有利于核糖體的快速組裝。（15AA/秒，2AA/秒）8.具有編碼同功酶的基因（isogene）這是一類結構不完全相同，而功能相同的基因。如E.coli含有2個編碼乙酸乳酸合成酶的基因和2個編碼分支酸變位酶同工酶的基因。9.細菌基因組中存在可移動的DNA序列，包括插入序列和轉座子。10.原核基因的基本結構特點：啟動子（promoter）、操縱基因（operator）、調控序列、結構基因（structuregene）、終止子（terminator）。第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一☆細菌的染色體基因組通常僅由一條環狀雙鏈DNA分子組成，染色體相對聚集在一起，形成一個較為致密的區域，稱為類核。☆只有一個復制起點☆具有操縱子結構。☆在大多數情況下，結構基因在細菌染色體基因組中都是單拷貝，☆和病毒的基因組相似，不編碼的DNA部份所占比例比真核細胞基因組少得多。☆在DNA分子中具有各種功能的識別區域如復制起始區OriC，復制終止區TerC,轉錄啟動區和終止區等。☆具可移動的DNA序列☆沒有基因重疊現象。☆在基因或操縱子的終末往往具有特殊的終止順序,它可使轉錄終止和RNA聚合酶從DNA鏈上脫落。

細菌染色體基因組結構的一般特點：第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一二、染色體外的遺傳物質———質粒（一）概念

1.質粒（plasmid）是獨立于許多細菌及某些真核細胞染色體外共價閉合環狀的DNA分子（covalantclosedcircnlar,cccDNA），能獨立復制的最小遺傳單位。

2.質粒是雙鏈的DNA分子，大小在1—200kb之間，和病毒不同，它們沒有衣殼蛋白（裸DNA）。第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一

從生化學來說，除酵母的殺傷質粒（killerplasmid）是RNA外，其余質粒是染色體外的cccDNA分子。

從遺傳學來說，質粒是與宿主染色體有別的復制子（真核細胞分裂過程中，DNA分成許多復制單位，該單位稱為復制子）。在細胞分裂時能恒定傳遞給子代細胞的獨立遺傳因子或能在胞內寄生和復制的復制子。第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一3.質粒與宿主細胞的關系（1）質粒對宿主的生存不是必需的，只是“友好”的“借居”宿主細胞中，既不殺傷細胞，對宿主的代謝活動也無影響，宿主離開質粒照樣的生存下去。（2）質粒離開宿主就無法生存，只有依賴宿主細胞的（酶和蛋白質）幫助，才能完成自身的復制（擴增）、轉錄。（3）質粒經常為宿主執行一些適當的遺傳功能，作為對宿主細胞的補償（“交房租”）。（4）質粒賦于宿主各種有利的表型（質粒編碼蛋白質或酶），使宿主獲得生存優勢，與我們基因工程實驗緊密相關的，如抗生素抗性基因：Ampr

酶，水解β-內酰胺環,解除氨芐毒性,使細菌抗氨芐。Tetr

膜蛋白,可阻止四環素進入細胞,使細菌抗四環素。第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一4.質粒發現和研究意義

1）理論意義質粒能夠復制、傳遞和表達遺傳信息，從分子遺傳學觀點來看是一種有機體，是比病毒更原始的生命形式，是生命起源研究的起一塊體重要基石。

2）實踐意義是基因工程的重要載體（vector），能把外源基因（目的基因）送到宿主細胞中去克隆擴增或克隆表達。①質粒是可以改造的，可以剪切、剪接的，基因工程的重要任務之一就是嚴格改造質粒的同時，控制質粒不傳遞，若一個致癌質粒可以傳遞就會傳到外都是。第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一②作為基因工程載體的3個特點：

A.都能獨立自主的復制；

B.都能便利的加以檢測（抗生素抗性）；

C.都能容易引進宿主細胞中去，也易從宿主細胞中分離純化（提質粒）。

質粒符合上述3個條件。

基因工程中主要使用人工構建的質粒。第22頁，共24頁，2023年，2月20日，星期一（二）質粒的分類

1.按質粒的復制機理，分為2類：1）嚴謹控制型（stringentcontrdtype）

2）松弛控制型（relaxedcontroltype）

(1)拷貝數少，一般<10個，分子量大；(1)拷貝數多，10-200個，分子量小；

(2)復制受限，受細菌宿主DNA復制系(2)復制不受細菌DNA復制系統限制，統的控制；僅需DDDPI，當宿主蛋白質合成受抑制

(3)特點是這類質粒可以自傳遞；時（如培養中加入氯霉素時），其拷貝

(4)嚴謹控制機理（低拷貝原因），認數可猛增至1000-3000之多，該性質對為是該質粒可以產生阻逼蛋白，反饋基因工程技術十分有利。抑制自身DNA合成。3）分子量小，不具備自傳遞能力；

4）基因工程使用松弛型（高拷貝數）質粒，以獲得列多的基因產物。*拷貝數（copynumber)—細胞