微生物遗传-8-酵母菌遗传

3、酵母菌遗传3.1概论酵母属于真核生物，是单细胞真菌，生长较快，目前已知有1000多种酵母。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”。通过出芽进行无性生殖，也可以通过形成子囊孢子进行有性生殖。无性生殖：在环境条件适合时，从母细胞上长出一个芽，逐渐长到成熟大小后与母体分离。有性生殖：营养状况不好时，一些可进行有性生殖的酵母会形成孢子（一般是四个），在条件适合时再萌发。酵母生活史3.2酵母的基因组和染色体3.2.1酵母基因组1996年完成酿酒酵母全基因组的测序，是真核生物中最早被测序的生物。12068kb；6607ORFs。平均每隔2kb就存在一个编码蛋白质的基因（线虫6Kb，人30Kb），即整个基因组有72％的核苷酸顺序由开放阅读框组成。平均ORF长度1.4Kb。VerifiedORFs:4726→4887→4952

UnerifiedORFs:

1069→910→846

DubiousORFs:812→810

GraphicalViewofProteinCodingGenesOct11,2008Dec11,2010Oct31,20113.2.2

酵母染色体-16条染色体染色体长度（kb）基因数tRNA基因数rRNA基因数I23010720II813392130III315160100IV1532747270V577278200VI270130100VII109151536140VIII563276110IX440220100X745358240XI667314160XII1078506220XIII924457210XIV784398160XV1091566200XVI948461170总数16120685885275140

3.2.3

酵母基因组特点镶嵌结构多数酵母染色体由不同程度的、大范围的GC丰富DNA序列和GC缺乏DNA序列镶嵌组成。这种GC含量的变化与染色体的结构、基因的密度以及重组频率有关。GC含量高的区域一般位于染色体臂的中部，这些区域的基因密度较高；GC含量低的区域一般靠近端粒和着丝粒，这些区域内基因数目较为贫乏。酵母的遗传重组即双链断裂的相对发生率与染色体的GC丰富区相耦合，而且不同染色体的重组频率有所差别，较小的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅸ号染色体的重组频率比整个基因组的平均重组频率高。酵母基因组遗传丰余的主要结构DNA重复序列：如开放阅读框或者基因的间隔区包含大量的三核苷酸重复染色体末端重复：具有长度超过几十个kb的高度同源区，它们是遗传丰余的主要区域，重组频繁。单个基因重复：如rDNA成簇同源区：位于多条染色体的同源大片段，各片段含有相互对应的多个同源基因，它们的排列顺序与转录方向十分保守，同时还可能存在小片段的插入或缺失。31％编码蛋白质的酵母基因或者开放阅读框与哺乳动物编码蛋白质的基因有高度的同源性。孤儿基因酵母基因组中有10%基因(约653个)与其它生物中功能未知的蛋白质的基因具有同源性，被称为孤儿基因对或孤儿基因家族(orphanpairsorfamily)；约25％的基因(～1544个)则与所有已发现的蛋白质的基因没有同源性，属首次发现的新基因，是真正意义上的孤儿基因。这些孤儿基因的发现是酵母基因组计划的重要收获，3.2.4

染色体的结构三种DNA序列结构：着丝粒、端粒和复制起点着丝粒（centromere）是真核细胞染色体DNA上的一段特殊序列，富集了卫星DNA，也就是短的DNA串联重复序列。是真核生物细胞在进行有丝分裂和减数分裂时，染色体分离的一种“装置”。着丝粒是染色体分离的一种装置，也是姐妹染色单体在分开前相互联结的位置。丝粒序列（centromericsequences,CEN）：酵母约200bp，较短（点着丝粒）；区域着丝粒：40Kb-几个Mb。端粒端粒（Telomere）位于真核生物线形染色体两端，由DNA重复序列和蛋白质构成的复合体，作用是保持染色体的完整性。端粒通常是由富含鸟嘌呤核苷酸(G)的短的串联重复序列组成。端粒的重复序列不是在染色体DNA复制时连续合成的，而是由端粒酶(telomerase)合成后添加到染色体的末端。酿酒酵母的端粒序列约为300bp.复制起点酵母的复制起点是指酵母染色体上控制DNA复制起时的一小段DNA序列，通常称为自主复制序列（ARS）酿酒酵母中约有400个ARS，平均20-50kb一个，长度为100-200bp，富含AT。3.3线粒体基因组及其遗传每个酵母细胞约含10-50个线粒体线粒体DNA（mtDNA）编码线粒体自身所需的rRNA（2，21s和15s）,tRNA（16）以及某些蛋白质，如细胞色素和ATP酶，周长26μm的环状DNA分子，84kb。特点绝大多数无重复序列半自主性3.4酵母质粒的生物学特性3.4.12μm质粒大多数酵母菌株含有一种称之为2μm的质粒①封闭环状的双链DNA分子，周长约2μ(6kb左右)，以高拷贝数存在于酵母细胞中，每个单倍体基因组含60-100个拷贝；②各含约600bp长的一对反向重复序列；③由于反向重复序列之间的相互重组，使2μ质粒在细胞内以两种异构体(A和B)形式存在；④该质粒只携带与复制和重组有关的4个蛋白质基因(REP1、REP2、REP3和FLP)，不赋予宿主任何遗传表型，属隐蔽性质粒。3.4.2嗜杀现象由双链线状RNA决定嗜杀质粒：蛋白外壳包裹，又称类病毒颗粒，分为L-型和M-型3.5酵母基因表达的调控第一类：瞬时调控（可逆性调控）对环境变化的反应第二类：发育调控（不可逆调控）决定生长、分化、发育转录调控顺式作用元件上游激活序列（UAS）:100—1500bpTATA元件：40—120bp转录起始位点反式作用因子TATA结合蛋白（通用转录因子）远程调控因子（蛋白间的相互作用：接头）反式转录激活因子转录激活因子在结构上是组件式的,即这些因子往往由两个或两个以上相互独立的结构域构成，其中有DNA结合结构域（DNAbindingdomain，DB）转录激活结构域（activationdomain，AD）DB识别DNA上的特异序列，并使转录激活结构域定位于所调节的基因的上游，AD可同转录复合体的其他成分作用，启动它所调节的基因的转录。二个结构域不但可在其连接区适当部位打开，仍具有各自的功能，而且不同两结构域可重建发挥转录激活作用。酵母双杂交酵母双杂交系统（yeasttwo-hybridsystem）是在酵母体内分析蛋白质-蛋白质相互作用的基因系统，也是一个基于转录因子模块结构的遗传学方法。酿酒酵母细胞分裂的遗传控制细胞分裂分为有丝分裂和减数分裂减数分裂过程包括接合型遗传控制、细胞接合和减数分裂。A和α单倍体细胞Asg基因和αsg基因（sg,specificgene）hsg基因：只在单倍体内表达的基因MATα编码α1（激活αsg基因）和α2（抑制Asg基因）MATa编码a1（只在单倍体表达）和a2（与结合无关）MATα/MATa（二倍体）：α2和a1协同抑制α1和hsg基因的表达，α2抑制Asg基因的表达，使细胞无结合能力。整合质粒（yeastintegrationplasmid，YIp）含有酵母的筛选标记（URA3、HIS3、LEU2基因）。但缺乏酵母的复制起始位点，所以，它只有整合到酵母染色体中才能稳定。自我复制型酵母载体-YEp系列YEp系列含有2μ质粒的复制起始部位和rep基因片段，和选择基因LEU2。该质粒可在酵母中产生特异的重组酶，使YEp很快与酵母内源质粒重组。重组一旦发生，YEp载体则很快复制并扩增。因此YEp质粒拷贝数多并且较稳定。YEp13是一个穿梭质粒，

包含pBR322的完整序列，因此可以在大肠杆菌也可以在酵母中进行选择。YEp的结构毕赤酵母外泌表达系统是整合型载体。常见的表达载体有pPIC3、pPIC9、pHIL-D1、pA0804、pA0815、pPSC3K等。包含醇氧化酶—1（AOX1）基因的启动子和转录终止子（5‘AOX1和3’AOX1），它们被多克隆位点（MCS）分开，外源基因可以在此插入。此载体还包含组氨醇脱氢酶基因（HIS4）选择标记及3‘AOX1区。当整合型载体转化受体时，它的5'AOX1和3'AOX1能与染色体上的同源基因重组，从而使整个载体连同外源基因插入到受体染色体上，外源基因在5'AOX1启动子控制下表达。利用同源重组的方式整合到染色体酵母人工染色体酵母人工染色体(yeastartificialchromosome，YAC)是一类酵母穿梭载体。YAC具有自主复制序列、克隆位点以及可在细菌和酵母菌中选择的标记基因。此外，YAC还具有酵母菌染色体的一些特点。可以接受100-1000kb的外源DNA片段。在大肠杆菌中为环形，在酵母细胞中为线形染色体SyntheticchromosomearmsfunctioninyeastandgeneratephenotypicdiversitybydesignNature

,477,471–4