原核生物基因组的特点.doc

一、原核生物基因组结构的特征: 1、原核生物的染色体是由一个核酸分子（DNA或RNA）组成的，DNA（RNA）呈环状或线性，而且它的染色体分子量较小。 2、功能相关的基因大多以操纵子形式出现。如大肠杆菌的乳糖操纵子等。操纵子是细菌的基因表达和调控的一个完整单位，包括结构基因、调控基因和被调控基因产物所识别的DNA调控原件（启动子等）。 3、 蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。一般而言，为蛋白编码的核苷酸顺序是连续的，中间不被非编码顺序所打断。 4、 基因组较小，只含有一个染色体，呈环状，只有一个复制起点，一个基因组就是一个复制子。 6、重复序列和不编码序列很少。越简单的生物，其基因数目越接近用 DNA 分子量所估计的基因数。如 MS 2 和λ噬菌体，它们每一个基因的平均碱基对数目大约是 1300 。如果扣除基因中的不编码功能区，如附着点 attP ，复制起点、黏着末端、启动区、操纵基因等，几乎就没有不编码的序列了。这点与真核生物明显不同，据估算，真核生物不编码序列可占基因组的 90 ％以上。 这些不编码序列，其中大部分是重复序列。在原核生物中只有嗜盐细菌、甲烷细菌和一些嗜热细菌、有柄细菌的基因组中有较多的重复序列，在一般细菌中只有 rRNA 基因等少数基因有较大的重复。 9、 功能密切相关的基因常高度集中，越简单的生物，集中程度越高。例如，除已知的操纵子外，λ噬菌体 7 个头部基因和 11 个尾部基因都各自相互邻接。头部和尾部基因又相邻接，又如，有关 DNA 复制基因 O 、 P ；整合和切离基因 int ， xis ；重组基因 red α 、 red β ；调控基因 N 、 c Ⅰ 、 c Ⅱ 、 c Ⅲ 、 cro 也集中在一个区域，而且和有关的结构基因又相邻近。 10 DNA绝大部分用于编码蛋白质，结构基因多为单拷贝 11、结构基因中无重叠现象（一段DNA序列编码几种蛋白质多肽链） 12、基因组中存在可移动的DNA序列，如转座子和质粒等 二、原核生物基因组功能的特点： 1、染色体不与组蛋白结合。 2、不同生活习性下原核生物基因组大小与GC含量的关系 基因组GC含量( G与C 所占的百分比) 是基因组组成的标志性指标。有两种观点来解释不同生物之间GC含量的差异: 中性说和选择说。中性说主要强调不同生物之间GC含量的差异是由碱基的随机突变和漂移造成, 而选择说则认为GC 含量的差异是环境及生物的生活习性等因素综合作用的结果。 原核生物基因组大小与GC含量的总体相关性 实验证明，当所分析的原核生物基因组大小大部分都在1~6Mb范围内, 而GC 含量则一般在20%~ 75%之间，回归分析显示, 基因组大小与GC 含量总体上存在着具统计学意义的正相关.寄生生活习性对维持或增强基因组大小与基因组GC 含量的相关性有较大的作用。 3、原核生物中有些基因不是从第一个ATG 起始的（如大肠杆菌和枯草杆菌基因）原因： 首先，原核生物( 包括病毒) 的mRNA 可以是多顺反子, 即可以有几个基因同时被转录成一个mRNA, 共同使用一个启动调控区; 真核生物的mRNA 都是单顺反子, 一个mRNA 只携带一个基因. 真核生物的核糖体从mRNA 的5’末端向3’端滑动时, 把所碰到的第一个AUG 作为蛋白质合成的起始. 而原核生物的核糖体从mRNA 的5’末端向3’端滑动时, 碰到第一个AU G 能够起始蛋白质的合成, 遇到第二个A UG 时也能顺利完成蛋白质的合成. 这是造成这两种细菌中有一些基因从第二个或更靠后的AUG起始的原因之一. 其次， 根据真核生物蛋白质合成起始的机制, 我们认为: 无论原核还是真核生物, 其mRN A 5’末端的第一个基因的起始遵从第一ATG 规则; 原核生物多顺反子的mRNA 中, 除了第一个基因外, 后面的基因可以不遵守这一规则. 这就解释了为什么这两种细菌中有部分基因不遵从第一ATG 规则. 原核生物基因组DNA链组成的非对称性 碱基组成的非对称性 （1）　GC分布不对称 （2）AT分布不对称 2 　密码子使用偏好 3 　基因方向性偏好 4 　基因密度和密码子使用的差别 5 　突变与修复偏差和信号序列的分布不同 （1） 　转录伴随修复相关的突变偏差( bias) 和脱氨基事件 （2） 　信号序列等寡核苷酸序列的分布不同 质粒 1.质粒：独立于细菌细胞染色体以外，能自主复制的共价闭合环状DNA分子。作为一个完整的复制子，在转化细胞后能自主复制，并对细菌的一些代谢活动和抗药性表型产生重要作用，即给细菌带来特殊标志。 2.质粒的特点 1）质粒中携带许多基因，影响生物学性状 2）质粒可从一个细菌转移至另一个细菌，其携带的遗传性状也随之转移。 3）质粒并非细菌生命活动所必需，其编码的性状对细菌有保护作用