第7章基因水平转移

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1、第七章微生物基因水平转移课时：4学时授课方式：讲授＋讨论开课时间：2014年秋季学期主要内容细菌可移动遗传元件水平基因转移生物进化意义水平基因转移障碍水平基因转移方式及机制水平基因转移环境修复领域意义第一节：细菌的可移动遗传元件水平基因转移(horizontalgenetransfer)差异生物个体之间，或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流水平基因转移不仅发生在细菌之间，而且也发生在细菌与高等动物之间，甚至高等动物之间水平基因转移打破了亲缘关系的界限，使基因流动的可能变得更为复杂微生物水平转移增加了微生物的多样性；提高了微生物适应新环境能力意义第一节：细菌的可移动遗传元件

2、细菌的可移动遗传元件分为核心基因库和易变基因库核心基因库：位于染色体DNA上，大部分编码负责细胞基本功能的蛋白质易变基因库DNA具有移动元件的特征细菌的可移动遗传元件：噬菌体、质粒、转座因子、整合子、基因岛第一节：细菌的可移动遗传元件质粒质粒细菌中能自我复制的染色体外DNA遗传元件质粒与染色体DNA质粒为最常用水平基因转移工具分为接合型质粒和非接合型质粒第一节：细菌的可移动遗传元件噬菌体的基因转移元件其基因转移对于细菌的生长繁殖及进化过程有重要的作用噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等细菌病毒总称，具有病毒特有的一些特性：个体微小；不具完整细胞结构；只含单一核酸第一节：细菌的可

3、移动遗传元件转座因子(transportelement,TE)DNA分子具有转座因子，帮助DNA分子在位点之间转移不具有自我复制功能，但是它们具有可复制插入后的宿主DNA插入寄主DNA后，导致基因失活插入时在靶DNA位点产生一个短的同向重复顺序DNA转座子(DNAtransponson)，存在于原核生物和真核生物。转座过程从DNA→DNARNA转座子(RNAtransponson)，存在于真核生物。转座过程是以RNA为中间体，从DNA→RNA→cDNA→DNA类型第一节：细菌的可移动遗传元件插入序列(Insertionsequence,IS)最简单的转座因子，可独立存在，也可以作为

4、其它转座因子的一部分存在于某些细菌特点在IS两端含有长度为10-40bp的反向重复序列，反向重复序列在IS的切割和DNA链转移中起作用大多数IS含有一个编码转座酶的长编码区。转座酶负责识别切割转座子的两端及靶位点的切口IS插入时，在靶位点产生短的同向重复序列，分布在IS的两侧第一节：细菌的可移动遗传元件复杂转座子(complextransposon)两端是短(30-40bp)的末端反向复杂序列(IR)或同向重复序列(DR)，中央是转座酶基因和抗药性基因接合型转座子(conjugativetransposon)通过接合作用转移的转座子，末端没有重复序列，但含有整合酶基因、切离酶基因、

5、接合型转移基因及抗生素基因接合型转座子综合转座子、质粒、噬菌体的特征，是真正的基因转移因子，能引起抗性基因在许多重要细菌中的扩散第一节：细菌的可移动遗传元件Mu噬菌体(mutatorphage)Mu噬菌体不同于一般的温和噬菌体MuDNA几乎可插入到宿主染色体上任何一个位点上MuDNA的两端没有黏性末端，插入到基因中引起该基因的突变优势易于识别，不是细菌基因组正常组分可经诱导产生，易于制备第一节：细菌的可移动遗传元件整合子(integron)运动性DNA分子，可捕获和整合外源性基因，使之转变为功能性基因的表达单位整合子会转移抗性基因，如图addB基因属于aad基因家族(编码氨基酸甘转

6、移酶，作用于不同的氨基糖苷类抗生素，使其钝化，介导耐药性)aadB主要介导庆大霉素等基因盒(genecassette)能够被整合到整合子上或是整合子上切除的移动元件基因盒-整合子系统是细菌基因组中的基因克隆和表达单位，能携带位点特异性重组系统组分，形成多种耐药基因的组合、排列使受体菌获得新的生物学性状，以及微生物新种的形成第一节：细菌的可移动遗传元件基因组岛(genomicisland，GI)染色体上可移动遗传元件，通过水平基因转移而获得的外源DNA片段位于细菌染色体；大小不一(10-200kb)；两端具有重复序列；携带插入序列元件(IS)及整合酶基因(int1)等其他可移动遗传元

7、件第一节：细菌的可移动遗传元件基因组岛（例：细菌水平基因转移与进化的工具）细菌通过变异、重组和水平基因转移进行进化除了核心基因编码必要的代谢功能，基因组同时拥有大量附属基因。这些基因可通过水平基因转移获得，细菌受益于这些基因水平基因转移由基因岛（genomicislands,GEIs）协助实现GEIs分泌DNA片段，可移动或不可移动，取决于相关的菌体大量GEIs能够整合进入宿主并通过转化、转移和转导进入新宿主GEIs决定了细菌的大部分进化，因为它们参与散播基因，包括抗