酵母遗传医学知识培训课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,酵母遗传医学知识,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,酵母遗传医学知识,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,酵母遗传医学知识,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,酵母遗传医学知识,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,酵母遗传医学知识,酵母遗传医学知识,酵母遗传医学知识,酵母菌概况,酵母菌是一类单细胞真菌，并非系统演化分类的单元。,目前已知有,1000,多种酵母，根据酵母菌产生孢子,(,子囊孢子和担孢子,),的能力，可将酵母分成三类：,形成孢子的株系属于,子囊菌和担子菌,；不形成孢子但主要通过芽殖来繁殖的称为,不完全真菌,，或者叫,“,假酵母,”,。,目前已知大部分酵母被分类到子囊菌门。酵母菌主要的生长环境是潮湿或液态环境，有些酵母菌也会生存在生物体内。,1996,年完成了酿酒酵母的全基因组测序，是真核生物中第一个被测序的生物。,2,酵母遗传医学知识,酵母菌概况 酵母菌是一类单细胞真菌，并非系统演化分类的,酵母作为模式生物的作用,酵母作为高等真核生物特别是人类基因组研究的模式生物，其最直接的作用体现在生物信息学领域。,当人们发现了一个功能未知的人类新基因时，可以迅速地到任何一个酵母基因组数据库中检索与之同源的功能已知的酵母基因，并获得其功能方面的相关信息，从而加快对该人类基因的功能研究。,研究发现，有许多涉及遗传性疾病的基因均与酵母基因具有很高的同源性，研究这些基因编码的蛋白质的生理功能以及它们与其它蛋白质之间的相互作用将有助于加深对这些遗传性疾病的了解。,3,酵母遗传医学知识,酵母作为模式生物的作用 酵母作为高等真核生物特别,主要内容,一、酵母菌的基因组和染色体,二、酵母线粒体基因组及其遗传,三、酵母菌中的质粒,四、酵母基因表达的调控,五、接合型基因及其基因型转换,六、酵母菌的载体系统,4,酵母遗传医学知识,主要内容一、酵母菌的基因组和染色体4酵母遗传医学知识,第一节酵母菌的基因组和染色体,一,.,酵母菌的基因组,酵母中编码,RNA,或蛋白质的大约,2600,个基因。,通过对,酿酒酵母,的完整基因组测序，发现在,12068kb,的全基因组序列中有,5885,个编码专一性蛋白质的开放阅读框（,ORF,）。这意味着在酵母基因组中平均每隔,2kb,就存在一个编码蛋白质的基因，即整个基因组有,72,的核苷酸顺序由开放阅读框组成。,这说明酵母基因比其它高等真核生物基因排列紧密。,5,酵母遗传医学知识,第一节酵母菌的基因组和染色体一.酵母菌的基因组5酵母遗传医学,1.,核小体：,DNA,和组蛋白（,H2A,、,H2B,、,H3,和,H4,）,酿酒酵母中无,H1,（有丝分裂中维持染色质的高度超螺旋）,2.,着丝粒（,centromere,）,:,点着丝粒和区域着丝粒,3.,端粒,(telomere),：,末端重复序列和蛋白质,4.,复制起点：,控制,DNA,复制起始的一段,DNA,序列,ARS,ARS,若克隆到质粒中，可使质粒,DNA,在酵母中自主复制。,1,）,ARS,的结构,A,：,ACS,在所有的,ARS,都完全相同或相似,ARS B,：,ACS,的,3,末端,C,：,ACS,的,5,末端，富含,AT,，,C,之间无同源性，无共有序列,二,.,酵母菌的染色体,6,酵母遗传医学知识,1.核小体：DNA和组蛋白（H2A、H2B、H3和H4）二.,（,2,）,ARS,-,结合蛋白,：可能起始酿酒酵母的复制。,起始识别复合物（,ORC,）：与,A,、,B,区结合，可能使复制起始蛋白。,Abf1p,与蛋白结合可提高复制效率。,（,3,）,ARS,启动染色体复制的活性,有些,ARS,在原染色体上无自主复制活性，而克隆到质粒中则具有活性？正在研究中。,7,酵母遗传医学知识,（2）ARS-结合蛋白：可能起始酿酒酵母的复制。7酵母遗传医,第二节酵母线粒体基因组及其遗传,线粒体是真核细胞重要的代谢中心之一。,其,DNA,（,mtDNA,）编码自身所需的,rRNA,、,tRNA,以一些蛋白质如细胞色素和,ATP,酶等。,1.,呼吸缺陷突变株三类：,分离性小菌落：染色体上基因发生了突变,中性小菌落：完全丢失了线粒体,DNA,抑制性小菌落：丢失了部分线粒体,DNA,8,酵母遗传医学知识,第二节酵母线粒体基因组及其遗传线粒体是真核细胞重要的代谢中心,接合子基因营救,:,野生型细胞能为缺陷的小菌落基因组提供有功能的蛋白翻译系统，那么它们杂交产生的接合子就能够表达该小菌落基因组携带的基因。,特点：,1),大多数,mtDNA,（线粒体,DNA,）中无重复核苷酸序列,重要特点,2),半自主性,2.,酵母线粒体基因组的物理图谱及其特性,图,7,7,9,酵母遗传医学知识,接合子基因营救:野生型细胞能为缺陷的小菌落基因组提供有功能的,第三节 酵母菌中的质粒,1. 2m,质粒：双链、环状,DNA,、,50,100,个拷贝，不赋予宿主细胞遗传表型，属于隐蔽质粒。,最显著的特点,：两个反向重复顺序（,IR,），其上有,FRT,（专一性重组位点），它们被一个较大的单一区（约,2.7kb,）和一个较小的单一区（约,2.3kb,）隔开。,FRT,重组产生两种构型的质粒，即,A,型和,B,型。,10,酵母遗传医学知识,第三节 酵母菌中的质粒1. 2m质粒：双链、环状DNA、,2.,嗜杀现象,1963,年，,Bevan,和,Makower,发现酿酒酵母中某些菌株可产生毒素而杀死其他酵母的现象。,嗜杀株（,killer,）,：产生毒素的菌株,敏感株,：对毒素敏感的菌株,中性株,：既不产毒素又不敏感的菌株,该特性由两种具有自我复制能力的细胞遗传因子,-,双链线状,RNA(dsRNA),决定的，它们通常以,蛋白质外壳包裹着的粒子状态,存在于细胞之中，,不具有体外侵染的特性,。也称为类病毒颗粒（,virus-like particle,）,.,分类：,L-dsRNA:,编码自身和,M,型的蛋白外壳和,RNA,聚合酶,M-dsRNA,：编码杀伤毒素蛋白，分泌到细胞外。,11,酵母遗传医学知识,2. 嗜杀现象11酵母遗传医学知识,12,酵母遗传医学知识,12酵母遗传医学知识,第四节 酵母基因表达的调控*,真核基因调控分两类,:,1,、瞬间调控（可逆性控制）,2,、发育调控（不可逆性控制）,13,酵母遗传医学知识,第四节 酵母基因表达的调控*13酵母遗传医学知识,一,.,酵母基因的启动子元件,所有启动子都包括,3,个,基本的,DNA,序列元件（顺式作用元件）：,1,）上游激活序列,(UAS),2,）,TATA,元件,3,）转录起始位点，有些酵母基因的启动子还含有沉默子,。,14,酵母遗传医学知识,一. 酵母基因的启动子元件14酵母遗传医学知识,2.,酵母的转录调控因子,(1)TATA,区结合蛋白,成环假说,(2)GAL4,转录因子和,gal,基因的表达调控,15,酵母遗传医学知识,2.酵母的转录调控因子15酵母遗传医学知识,(3)GCN4,转录调控因子,(4)HAP1,、,HAP2,和,HAP3,(5)1,、,2,和,a1,调节蛋白,16,酵母遗传医学知识,(3)GCN4转录调控因子16酵母遗传医学知识,第五节 接合型基因及其基因型转换,1.,酿酒酵母,的生活史,17,酵母遗传医学知识,第五节 接合型基因及其基因型转换1. 酿酒酵母17酵母遗传医,酵母的同宗配合和异宗配合,18,酵母遗传医学知识,酵母的同宗配合和异宗配合18酵母遗传医学知识,2.,酿酒酵母细胞分裂的遗传调控,减数分裂,有丝分裂,19,酵母遗传医学知识,2. 酿酒酵母细胞分裂的遗传调控减数分裂19酵母遗传医学知识,（,1,）,a,和,单倍体细胞,20,酵母遗传医学知识,（1）a和单倍体细胞20酵母遗传医学知识,(2),接合信息素信号的传递,21,酵母遗传医学知识,(2)接合信息素信号的传递21酵母遗传医学知识,（,3),接合型基因,MAT,在接合过程中的调控,22,酵母遗传医学知识,（3)接合型基因MAT在接合过程中的调控22酵母遗传医学知识,3.,接合型基因的转换,某些酵母有转换交配型的能力，即从,a,型变成为,型，或从,型转变为,a,型。这些品系带有显性等位基因,HO,并频繁地改变它们的交配型（常常每代改变一次），带有隐性等位基因,ho,的品系有一个稳定的交配型，其交配型改变的频率仅约,10,-6,。转换的存在表明所有的细胞都含有,MATa,和,MAT ,型的潜在信息，,MAT,和,MATa,同在一条染色体上， 。,23,酵母遗传医学知识,3. 接合型基因的转换某些酵母有转换交配型的能力，即从 a,(1),酵母接合型基因的转换,24,酵母遗传医学知识,(1)酵母接合型基因的转换24酵母遗传医学知识,（,1,）酵母接合型基因的转换,酵母交配型转换的暗箱模型（,cassette model,），提出,MAT,是活性暗盒（,active cassette,），可以是,型，也可以是,a,型。,HML,和,HMR,是沉默暗盒（,silent cassettes,），都不能表达。通常,HML,带有,暗盒，而,HMR,带有,a,暗盒，所有的暗盒都带有编码交配型的信息，但只有,MAT,可以表达。当活性暗盒信息被沉默暗盒信息所取代时就发生了交配型转换。,25,酵母遗传医学知识,（1）酵母接合型基因的转换酵母交配型转换的暗箱模型（,酵母遗传医学知识培训课件,SIR,基因产物关闭,HML,和,HMR,a,基因,27,酵母遗传医学知识,SIR基因产物关闭HML 和HMR a基因27酵母遗传医学,原推则,HML,和,MHRa,之所以“沉默”是由于它们缺乏启动子，但其实不然，因为,MAT,和,MATa,特异性,mRNA,的转录是在,Y,片段的内部起始的，而沉默暗盒和,MAT,暗盒中的,Y,序列是相同的，必定具有相同的启动子。差不多在同一时期遗传学家们发现了,4,个不连锁的沉默信息调节基因,SIR,（,silent information regulator,）,1,、,2,、,3,和,4,，这些基因产物共同起反式作用（它们并不在同一条的染色体上）来阻止沉默暗盒中的基因表达。若这,4,个,SIR,基因中任何一个基因失去作用的话，那么,HML,和,HMRa,基因同样可转录。为了寻找,SIR,产物的作用位点，首先通过体外诱变在,HMRa,和,HMR,中产生缺失，然后利用,DNA,转化的方法将缺失的,DNAs,插入合适的酵母菌株中看看是否能表达，从而确定,SIR,蛋白结合位点。,28,酵母遗传医学知识,原推则 HML 和 MHRa 之所以“沉默”是由于它们缺乏,3,E L,和,E R,位点缺失突变分析表明在各个,HML,和,HMR,的上游具有阻遏它们表达的位点，此靶位点有时称为,E,沉默子和,I,沉默子，或,E L,（,near HML,）和,E R,（,near HMR,）。控制位点具有,2,个特点： 它们具有负的增强子的作用，它们能对远隔,2,5Kb,的启动子发挥作用，而且没有方向性，所以它们被称为沉默子（,silencers,）； 它们和可能具有复制起点作用的,ASR,序列相联,。,29,酵母遗传医学知识,3 E L 和 E R 位点缺失突变分析表明在各个 HM,MATa,和,MAT,基因编码调节蛋白,30,酵母遗传医学知识,MATa 和 MAT 基因编码调节蛋白30酵母遗传医学知识,细胞含有很多的,“,-,特异性蛋白,”,，而,a,细胞含有一套,“,a-,特异性蛋白,”,。,MAT,座位的基本功能是控制外激素和受体基因以及其他和交配有关基因的表达，每种类型的座位编码一些调节蛋白。,MAT,编码两种调节蛋白：,1,和,2,MATa,只编码一种调节蛋白,a1,。,31,酵母遗传医学知识, 细胞含有很多的“ - 特异性蛋白”，而 a 细胞含有一,在二倍体中,2,蛋白仍可合成，其功能是： 阻遏,a-,交配型特异基因群的表达； 和,a1,相互合作来阻遏,1,的及,hsg,的表达。,1,不能合成就无法诱导,-,交配型特异基因群的表达。,hsg,基因的阻遏就不能合成阻遏减数分裂和孢子形成的蛋白，使二倍体特异基因群得到表达，从而可以进行减数分裂及孢子形成。,32,酵母遗传医学知识,在二倍体中 2 蛋白仍可合成，其功能是： 阻遏 a-,（,2,）接合型转换机理,转换过程中受体位点（,MAT,）被转变成供体型的序列（,HML,和,HMR,）。,MAT,的突变可阻止交配型转换鉴别出转换所需的位点。通过,HML,或,HMR,中的缺失突变发现了这个转变过程具有单向性的特点。,33,酵母遗传医学知识,（2）接合型转换机理转换过程中受体位点（ MAT ）被转变成,34,酵母遗传医学知识,34酵母遗传医学知识,第六节 酵母菌的载体系统,1.,克隆载体,（,1,）酵母整合型载体,（,2,）酵母附加体质粒载体（,YEp),35,酵母遗传医学知识,第六节 酵母菌的载体系统1. 克隆载体35酵母遗传医学知识,（,2,）酵母附加体质粒载体（,YEp),36,酵母遗传医学知识,（2）酵母附加体质粒载体（YEp)36酵母遗传医,3.,酵母菌,复制载体,4.,酵母着丝粒载体,5.,酵母的人工染色体（,YAC),37,酵母遗传医学知识,3. 酵母菌复制载体37酵母遗传医学知识,载体首先被,BamHI,和,SnaBI,酶切将分子切成三块，,BamHI,片段被去掉，剩下两个臂，每一臂都已,TEL,作为末端，另一端是,SnaBI,位点。克隆的,DNA,必须是平端,(SnaBI,也是一个平端酶，识别序列是,TACGTA),被连接在两个臂的中间就产生了人工染色体。利用原生质转化法将人工染色体引入酵母。受体酵母是利用一个双营养缺陷体,trp1-ura3,，载体上含有互补基因作为选择标记。转化后于基本培养基上培养，只有含有人工染色体的细胞可以正常生长。含有两个左臂或者两个右臂的染色体都不能正常生长，因为其中一个选择标记基因丢失，插入片段的鉴定可以通过,SUP4,基因的插入失活，白色的克隆是重组子，红色的不是。,38,酵母遗传医学知识,载体首先被BamHI和SnaBI酶切将分子切成三,YAC,载体的使用：,一些哺乳动物的基因大于,100kb,超过了大肠杆菌载体系统的承受范围，但正好在,YAC,载体的范围之内。研究发现，在某些情况下，,YACs,可以在哺乳动物中表达，因此可以在基因存在的生物中研究基因的功能。,YACs,在构建基因文库中非常重要，最高容量的大肠杆菌质粒可以插入,300kb,的片断，对于人的基因文库需要,30000,个克隆，而,YACs,可以克隆,600kb,的片段，一些类型可以携带,1400kb,片段，可以使人类基因文库的克隆数降至,6500,个。虽然，”,mega-YACs”,存在着不稳定性，克隆的,DNA,片段可以被重新排列。但是，,YACs,在大规模的测序中是非常有用的。,39,酵母遗传医学知识,YAC载体的使用： 一些哺乳动物的基因大于10,二、酵母的表达载体,三、酵母的分泌载体,40,酵母遗传医学知识,二、酵母的表达载体40酵母遗传医学知识,