《原核基因组》课件.ppt
原核基因组
课程概述原核生物简介细菌和古菌的基本特性原核基因组特点环状DNA和高基因密度研究方法与应用
原核生物简介定义与分类无核膜的单细胞生物细菌和古细菌的区别细胞壁成分和代谢途径不同生态学意义
原核生物的细胞结构细胞壁提供结构支持和保护细胞膜选择性物质运输3核区DNA集中的区域细胞质包含核糖体和其他细胞器
原核基因组的特点环状DNA分子封闭的双链结构单一染色体单个复制单位2基因密度高基因间距短操纵子结构功能相关基因集群
原核基因组的大小范围0.5-10Mb不等最小基因组支原体仅0.58Mb最大基因组土壤杆菌达13.0Mb
原核基因组的紧凑性90%编码区占比大部分DNA参与蛋白质编码1kb基因间距基因之间几乎无间隔3%非编码DNA调控元件占比极低
原核基因组的基本结构环状双链DNA共价闭合的双螺旋结构超螺旋结构减小DNA占用空间核糖体结合位点翻译起始的关键元件
原核基因组的复制起点单一复制起点oriC是复制始发位点结构特征富含AT序列功能作用DNA解旋酶结合位点
原核基因组的复制终止区ter位点位于复制起点对侧复制终止蛋白Tus蛋白特异性结合复制叉阻滞单向阻断复制叉前进
原核基因的结构启动子RNA聚合酶结合区域编码区含有蛋白质编码信息终止子转录终止信号调控序列控制基因表达的区域
原核基因的表达调控1操纵子模型功能相关基因共同调控转录因子激活或抑制基因表达诱导与阻遏环境信号响应机制
操纵子结构定义与功能协调表达的基因单位乳糖操纵子乳糖代谢相关基因集群3色氨酸操纵子氨基酸合成基因调控
原核基因组中的重复序列插入序列（IS）短小的可移动DNA元件含有转座酶基因转座子更复杂的移动元件可携带抗性基因rRNA基因簇多拷贝的核糖体RNA基因高度保守序列
原核基因组的可塑性水平基因转移非亲代间基因交换基因重组同源序列交换基因丢失非必需基因的删除
质粒质粒是独立于染色体的环状DNA，携带非必需基因，可自主复制。
原核基因组的进化基因复制与分化新功能的获得基因获得与丢失环境适应性改变基因组缩减寄生或共生适应
原核基因组测序技术Sanger测序法第一代测序技术高通量测序并行测序数百万片段3第三代测序单分子实时测序
原核基因组组装从头组装无参考序列的拼接参考辅助组装利用已知序列指导组装软件SPAdes、Canu等工具
原核基因组注释1基因预测识别编码区和功能元件2功能注释推断基因产物功能3代谢通路分析确定生物化学反应网络
比较基因组学核心与泛基因组共有与特有基因集物种间比较保守与变异区域识别进化关系分析构建系统发育树
原核转录组学RNA-Seq技术全基因组表达谱分析检测低丰度转录本转录调控网络揭示基因表达调控机制信号通路重建非编码RNA发现新型调控RNA功能验证与分析
原核蛋白质组学双向电泳蛋白质分离技术质谱技术蛋白质鉴定方法相互作用网络蛋白质功能关系图谱
原核代谢组学代谢物分析小分子化合物检测代谢通路重建生化反应网络构建代谢流分析物质转化速率测定
原核基因组的功能研究基因敲除删除目标基因研究功能过表达研究增强目标基因表达CRISPR-Cas9精准基因组编辑工具
原核基因组与抗生素耐药性耐药基因识别基因组筛查耐药决定因子耐药机制研究分子水平阐明耐药原理新型抗生素开发基于靶点设计新药
原核基因组与病原性毒力因子鉴定致病相关基因发现分子分型基于基因组的病原菌分类宿主-病原相互作用感染过程的分子机制研究
环境微生物基因组学宏基因组学直接分析环境DNA单细胞基因组学单个微生物全基因组分析环境适应性研究极端环境适应机制
工业微生物基因组学工业微生物基因组研究促进发酵工程优化和代谢工程应用。
原核基因组与生物修复降解基因鉴定发现污染物分解能力菌株改造提高降解效率环境监测应用评估生物修复进程
原核基因组与农业植物共生菌研究根瘤菌固氮机制菌根真菌营养传递生物肥料开发促生菌筛选与应用改良土壤微生物组植物病原菌防控病原检测与鉴定抗病机制研究
原核基因组数据库NCBIGenome全球最大的基因组资源库EBIEnsembl欧洲生物信息数据中心GOLD数据库基因组在线数据库
原核基因组分析工具BLAST序列相似性搜索工具KEGG代谢通路数据库COG数据库直系同源基因簇分类
原核基因组可视化Artemis基因组浏览和注释工具CGView环状基因组可视化软件Circos复杂基因组关系图形化
原核基因组与系统发育16SrRNA分析传统分子标记物多位点序列分型多基因位点综合分析全基因组SNP分析单核苷酸多态性比较
原核基因组与分类学70%DNA-DNA杂交阈值传统物种界定标准95%平均核苷酸同一性同种细菌ANI值500+基于基因组的分类核心基因集系统发育树
极端环境原核生物基因组嗜热菌高温稳定蛋白适应嗜冷菌低温活性酶系统耐盐菌渗透压调节机制耐辐射菌DNA修复增强系统
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