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1、Chapter3 Structures &functions of genome,Virus genome Prokaryote Genome Eukaryote Genome,Virus genome,病毒基因组核酸的主要类型,1、双链DNA 多数动物病毒，如腺病毒、疱疹病毒、痘病毒，环形、线形。 2、单链DNA 动物病毒中仅微小病毒为单链病毒；噬菌体中仅含单链DNA。,RNA病毒基因组所携带的遗传信息一般在同一条链上，序列与mRNA相同的为正股（+），与mRNA互补的为负股（） 3、双链RNA 以负链RNA为模板转录出mRNA如呼肠孤病毒及噬真菌体。 4、单链负股RNA 5、单链正股RNA
2、： 如逆转录病毒,病毒基因组结构与功能,1、不同病毒基因组大小相差较大 2、不同病毒的基因组可以是不同结构的核酸 3、病毒基因组有连续的也有不连续的 4、病毒基因组的编码序列大于90% 5、单倍体基因组 除逆转录病毒外 6、基因有连续的和间断的,7、相关基因丛集 病毒基因组核酸序列中功能相关的蛋白质基因往往丛集在基因组的一个或几个特定的部位，形成 一个功能单位或转录单元。 8、基因重叠 同一段核酸序列能够编码2 种或2种以上蛋白质。重叠基因虽然共用一段核酸序列，但转录成的mRNA链的读框不同，产生的蛋白质分子大不相同。,（1）几个结构基因的编码区无间隔：几个基因的编码区是连续的、不间断的，即编
3、码一条多肽链，翻译后切割成几个蛋白质。 （2）mRNA没有5 端帽子结构 5 端非编码区的RNA形成特殊的空间结构称翻译增强子。 （3）结构基因本身没有翻译起始序列，必须在转录后进行加工、剪接，与病毒RNA5 端的帽结构相连，或与其它基因的起始密码子连接，成为有翻译功能的完整mRNA。,SV40病毒基因组,动物病毒中以SV40研究较多，由sweet 和Hilleman从恒河猴细胞分离。无包膜，直径45nm，双链环状DNA，DNA长5243bp。在自然界不引起疾病和肿瘤，当大量接种于免疫缺损动物或新生动物时，引起肿瘤 发生。SV40基因编码两种抗原。,VP2和VP3是一个基因通过mRNA剪接形成
4、的不同编码产物。其序列相同，只是N 端的长度不同，VP3的N端比VP2的N端短1/3，它们有相同的C端，只是N端编码区剪切掉的序列长短不同。 VP1是另外一个基因，晚期基因是一个重叠基因。VP1的起始密码子位于VP2和VP3的编码区的内部，阅读框不同。 VP1需要通过转录后剪接获得5端非编码区即翻译起始所需的5 帽子结构，因此又是一个结构不规则的基因。,乙型肝炎病毒（HBV） 基因组,不同毒株的HBV以负股DNA为模板转录的RNA均有4 个开放阅读框架（open reading frame,ORF):S、C、P、X。P与其它三个ORF重叠。 S区段编码病毒的外膜蛋白，由S基因、前S1区段、前S
5、2区段三部分组成。主要蛋白即S蛋白（HBsAg) 由S基因编码；中蛋白由pre-S2和S基因编码；大蛋白由 pre-S1 、pre-S2和S基因编码。,C区段编码HBV核心抗原（HBcAg),长约183214个氨基酸残基。前C（pre-C)富含疏水性氨基酸的密码子，其编码产物可促进C抗原从细胞内排到细胞外，进入血液转变成e抗原。若pre-C缺失，将不会产生e抗原，而C抗原就积聚于肝细胞内。 P区段编码DNA聚合酶，富含组氨酸为碱性蛋白，是依赖于RNA的DNA聚合酶（逆转录酶）。 X区段位于C区段上游。,逆转录病毒（retroviruses),基因组的一般特征 编码区：3 个基本的结构基因 ga
6、p编码病毒衣壳蛋白；pol编码肽链内切酶、一个逆转录酶和一个与前病毒整合有关的酶；env编码包膜蛋白。有的含癌基因。 5帽-R-U5-PB-DLS-gap-pol-env-(onc)-C-PB+-U3-R-poly(A)n,非编码区 （1）R区:两端都有,2080个核苷酸。 （2）引物结合区（primer binding site,PB):位于5端的PB区引导起始负链cDNA的合成，用PB-表示。 （3）U区：位于R区与PB 区之间。U5与转录终止和加polyA有关，U3含强启动子，起始转录RNA。 （4）DLS、 和C区。DLS是两条病毒（+）RNA链以氢键相结合的位点。 为包装信号。可使R
7、NA包入病毒颗粒；C区不编码蛋白质，为调控区。,前病毒基因组的转录和翻译,逆转录病毒基因组的复制和转录都需要经过DNA中间体，这种DNA中间体称为前病毒（provirus) 。 长末端重复序列（long termial repeated,LTR): U3-R-U5-PB-DLS- -gap-pol-env-(onc)-C-PB+-U3-R-U5,人类免疫缺陷病毒（HIV）Genome,HIV(human immunodeficiency virus)俗称艾滋病毒(AIDS)是逆转录病毒的一类，引起人类获得性免疫缺损综合症，长约9.3kb，除了逆转录病毒一般的特征外，另外至少含有6 个调控基因如
8、tat、rev、nef、vif、vpu及vpr。 已发现的HIV有两种：HIV和HIV. HIV从欧洲和美洲分离的毒株,致病力强,是引起全球艾滋病流行的主要病原;HIV 毒力较弱主要局限于西部非洲。,tat(反式激活基因）编码一种反式激活蛋白（transactivator,Tat),Tat 是HIV基因组复制和基因表达所必须的反式激活因子。存在于两段分隔存在的基因部分。失去tat的功能则成为完全无感染性的病毒。 rev基因（regulator of virion proteins)编码产物对gag、pol、env 、vpu、vpr、vif的表达有正调控作用，对nef、tat、 rev的表达则行
9、使负调控作用。,nef(negative regulation factor,nef) 兼有正负调节效应。 vif编码病毒感染因子(viral infectivity factor,vif) vpr编码病毒蛋白R(viral protein R)激活基因的表达。 vpu:HIV-1 vpx:HIV-2,Prokaryote Genome,1、常仅由一条环状双链DNA分子组成 2、只有一个复制起始点。 3、具有操纵子（operon)结构。 4、编码顺序一般不会重叠。 5、基因是连续的，无内含子，转录后不需剪接。,6、编码区在基因组中所占比例远远大于真核基因组，小于病毒基因组。 7、基因组中重复序
10、列少。一般为单拷贝，但编码rRNA的基因往往是多拷贝。 8、具有编码同工酶的基因（isogene). 9、细菌基因组中存在可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子。 10、在DNA分子中具有多种功能的识别区域。,质粒（plasmid),质粒是细菌细胞内携带的染色体外的DNA分子，是共价闭合的环状DNA分子（covalent closed circular DNA cccDNA),大小在1200 kb,能独立进行复制。 质粒“友好”地借居于宿主细胞内。靠宿主细胞才能完成自己的复制，而质粒对宿主细胞的生存不是必需的。 质粒不是单纯的寄生，所携带的遗传信息能赋予细菌特定的遗传性状。,质粒的分类,按功
11、能： R质粒：抗药性质粒 F质粒(fertility factor):性质粒（sex plasmid)可决定细菌的性别 Col质粒：大肠杆菌素质粒,合成大肠杆菌素，杀死不含大肠杆菌素质粒的亲缘细菌。,根据质粒能否在细胞间进行传递： 接合型质粒（conjugative plasmid)：如F质粒，雌雄细胞通过性纤毛相互接触而结合，质粒便从一个细胞传递给另一个细胞。 非接合型质粒： 按复制机理： 严紧型质粒（stringent plasmid):即低拷贝数质粒 松弛型质粒（relaxed plasmid):高拷贝数质粒。,质粒的特性,1、能自主复制。 2、质粒的不相容性（incompatibili
12、ty)两种亲缘关系密切的不同质粒不能共存于一个宿主菌。 3、质粒可以转移。,质粒DNApBR322,EcoR、Pst、Hind、BamH、Sal只有一个酶切位点，便于外源基因的插入。,质粒DNA的提取,1、细菌的培养：可加少量抗生素（如氯霉素）抑制宿主蛋白质的合成，质粒大量扩增。 2、细菌的收集和裂解：离心弃上清 3、质粒DNA的分离纯化,质粒的遗传控制,1、复制调控系统：控制质粒的拷贝数。 2、分配系统：使质粒在细菌分裂过程中精确分配到子细胞。 3、细胞分裂控制系统：抑制细胞分裂，使细胞分裂与质粒复制相协调。 4、位点特异重组系统。 5、质粒的不相容性。具有相同复制起始位点和分配区的两种质粒不能共存于一个宿主菌。,