【共享】大肠杆菌的基因型
丁香园
2192
大肠杆菌的基因型
甲基化相关的基因型
dam (DNA adenine methylase)
Map position: 74 min
功能：dam基因表达DNA腺嘌呤甲基化酶，它能催化特异序列GATC中A的甲基化，保证DNA免受限制性核酸内切酶Mbo I的切断，同时在DNA复制时也起一定的辅助作用。dam基因的变异导致腺嘌呤（A）甲基化酶活性的缺失，使腺嘌呤 (A) 不被甲基化，易于获得非甲基化质粒。
dcm (DNA cytosine methylase)
Map position: 43 min
功能：dcm基因表达胞嘧啶甲基化酶，它能特异性识别DNA双链上的CCWGG序列，并使第二个C甲基化，即CmCWGG，避免DNA受到相关限制酶的切断。dcm基因的变异导致胞嘧啶甲基化酶活性缺失，使外源DNA上的C不被甲基化，易于获得非甲基化质粒。
mcrA (Modified cytosine restriction protein a)
Map position: 26 min
功能：mcrA基因表达大肠杆菌防御体系中起重要作用的mcrA酶，这种酶能特异性地作用于外来DNA上的被甲基化的胞嘧啶序列，即C5mCGG特异序列，使之分解，对大肠杆菌本身起保护作用。mcrA基因的变异，导致上述功能缺失，对外来DNA中被甲基化的胞嘧啶特异序列（C5mCGG）失去作用，有利于限制酶及甲基化酶的克隆体的稳定。
mcrB, C (Methyl cytosine-specific restriction)
Map position: 98 min
功能：mcrB, C基因表达两种特异性蛋白，即mcrB蛋白和mcrC蛋白，它们在大肠杆菌的防御系统中起重要作用。一般情况下，只有这两种蛋白同时存在时才表现出活性，mcrC具有识别和调节功能，它能特异性的结合到外源DNA上被甲基化的胞嘧啶（C）的特异序列G5mC上，然后由mcrB蛋白切断（mcrB蛋白是特异性切断外来DNA中G5mC序列的限制性核酸内切酶)，防御外来DNA的侵入。mcrB, C基因的变异，使上述的对外来DNA的防御作用缺失，对质粒的转化有利。
mrr (Methylation requiring restriction)
Map position: 98 min
功能：mrr基因是大肠杆菌细胞防御系统中重要的基因之一，它能严格限制被甲基化的外源DNA的介入。另外，它对限制酶Acc I，CviR I，Hinf I (Hha II)，Nla II，Pst I以及N6-腺嘌呤甲基化酶和C5-胞嘧啶甲基化酶活性有明显的抑制作用。mrr欠损株（基因型）可用于含有N6-mA和C5-mC的DNA的转化。另外，含有此基因型的菌株也可用于限制酶和甲基化酶的克隆体。
hsdM (Host specificitive defective)
Map position: 99 min
功能：hsdM基因所表达的DNA甲基化酶是I型限制酶复合体（具有对DNA切断和修补的双重功能）的一部分，它能使DNA双链上的AA (双腺嘌呤) 甲基化，保护宿主DNA不被分解。hsdM的变异使细胞内的DNA不被甲基化，易于获得非甲基化质粒。
点突变相关的基因型
mutS (Mutator)
Map position: 59 min
功能：mutS基因表达的蛋白具有识别DNA上错配序列的功能，并能修复其错配序列（GC→AT)，防止基因突变。mutS基因的变异导致DNA的错配序列不能得到修复，容易发生基因突变，这对于利用点突变进行基因改造是有利的。
mutT（Mutator）
Map position: 3 min
功能：野生大肠杆菌在进行DNA复制时，细胞中的8-OXO-dGTP插入模板DNA中的DA位点的效率几乎与插入DC位点的效率相同，导致A-T转换成G-C，使DNA产生变异。而mutT蛋白就是特异性地降解8-OXO-dGTP成为单磷酸盐（8-OXO-dGMP)，这种单磷酸盐状态的G (鸟嘌呤) 不能作为底物进行DNA合成，从而防止了上述的基因突变。mutT基因的变异使细胞中8-OXO-dGTP浓度增高，A→C的突变几率增大，有利于利用点突变进行基因改造。
dut (dUTPase)
Map position: 82 min
功能：dut基因表达脱氧尿嘧啶三磷酸核苷酸水解酶（dUTPase)，它能水解dUTP成为dUMP，使细胞体内dUTP的浓度维持在较低的水平，尿嘧啶（U）就不易掺入到DNA中，避免了基因发生A→U的突变。dut基因发生突变使dUTPase活性缺失，导致dUTP浓度升高，碱基U（尿嘧啶）极易掺入到DNA中，使其发生A→U的基因突变，有利于利用点突变进行基因改造。
ung (Uracil DNA glycosylase)
Map position: 56 min
功能：ung基因表达尿嘧啶-N-糖苷酶，这种酶能特异性识别DNA单链或双链上发生突变的尿嘧啶残基，并从DNA上水解去除尿嘧啶残基，防止DNA发生突变。ung基因的变异导致上述功能缺失， 有利用点突变。
uvrB (Ultraviolet)
Map position: 18 min
功能：uvrB基因表达核酸外切酶中的b亚基，这种核酸外切酶具有DNA的切补功能，对紫外线损伤的DNA有修补作用。uvrB基因的变异使细胞中核酸外切酶切除变异碱基的活性缺失，有利于点突变。
核酸内切酶相关的基因型
hsdR (Host specificity defective)
Map position: 99 min
功能：hsdR基因表达I型限制酶EcoK (K12株) 或EcoB (B株)，在大肠杆菌细胞中起到一种“抗体”的作用，对外来的各种 DNA有严格的限制。HsdR基因的变异导致菌株细胞内的I型限制酶EcoK或EcoB活性缺失，这对于外来基因的导入及质粒转化是有利的。
hsdS (Host specificitive defective)
Map position: 99 min
功能：hsdS所表达的特异性蛋白是I型限制酶EcoK或EcoB复合体中的一部分，它专门负责hsdR酶和hsdM酶对DNA序列的特异识别。hsdS基因的变异使hsdR和hsdM不能正确识别其作用的特异DNA序列，可以保持插入DNA的稳定性。
endA (Endonuclease)
Map position: 64 min
功能：endA基因表达非特异性核酸内切酶I，它能使所有DNA双链解开，在DNA的复制和重组中起重要作用。endA基因的变异将使插入的外源DNA更加稳定，提取的质粒纯度更高。
停止密码子相关的基因型
supE (Suppressor)
Map position: 16 min
功能：supE基因表达的阻遏蛋白与停止密码子UAG结合，使蛋白质合成停止。supE基因发生变异时，不能表达正常的阻遏蛋白，即使遇到停止密码子UAG，蛋白质合成仍能继续，并使UAG作为一个密码子来编码谷氨酰胺（Glutamine)，从而使发生了琥珀突变（AAG→UAG）的基因对蛋白质表达得以延续，因此称supE为琥珀突变抑制因子。
supF (Suppressor)
Map position: 27 min
功能：supF基因表达的阻遏蛋白与停止密码子UAG结合，使蛋白质合成停止。supF基因变异时，不能表达正常的阻遏蛋白，即使遇到停止密码子UAG，蛋白质合成仍能继续，并使UAG作为一个密码子编码酪氨酸 (Tyrosine)，弥补了由于琥珀突变 (AAG→UAG) 带来的蛋白合成停止，因此也称supF为琥珀突变抑制因子。
抗药性相关的基因型
gyrA（Gyrase）
Map position：48 min
功能：gyrA基因表达DNA促旋酶A亚基。DNA促旋酶在DNA复制时具有使DNA解旋和回旋的作用。萘啶酮酸(Nalidixic acid)、4-喹啉（4-Quinoline）等抗生素抑制DNA促旋酶的活性是通过与促旋酶复合体 (A2B2）中的A亚基的结合实现的。gyrA基因的变异使DNA促旋酶A亚基不能正常表达，萘啶酮酸和荧光喹啉等失去结合目标，从而使该基因型的菌株具有了对萘啶酮酸（Nalr) 和荧光喹啉的抗性。
rpsL（Ribosomal protein small subunit）
Map position：73 min
功能：细胞中的核糖体是蛋白质生物合成的场所，大肠杆菌细胞中的核糖体包含两个亚基，即50S亚基（23SrRNA、5SrRNA、34种蛋白质）和30S亚基 [16SrRNA、21种蛋白质（S1～S21)]。rpsL基因就是表达核糖体30S亚基中的S12蛋白质，S12蛋白作用于翻译的开始阶段。链霉素（Streptomycin）等抗生素的作用位点就是核糖体30S亚基上的S12蛋白质，正常情况下链霉素与S12蛋白结合使蛋白质的生物合成不能进行，细胞停止生长。rpsL基因的变异使链霉素失去结合位点，从而使该基因型的菌株具有了对链霉素的抗性（Str r)。
Tn5（Transposon）
Map position：转座子
功能：在原核生物和真核生物基因组中都存在有可移动的DNA序列，一般称这段序列为转座子或转位基因，转座子上通常带有抗药性基因。Tn5是载有卡那霉素（Kanamycine）抗性基因的转座子，当Tn5转位到大肠杆菌基因组时，能使此菌株获得卡那霉素的抗性（Kmr)。
Tn10（Transposon）
Map position：转座子
功能：Tn10是载有四环素（tetracycline）抗性基因的转座子。当Tn10转位至大肠杆菌基因组时，能使此菌株获得四环素的抗性 (Tet r)。
能量代谢相关的基因型
lacZ（Lactose）
Map position：8 min
功能：lacZ基因是大肠杆菌中lac操纵子的结构基因，表达β-半乳糖苷酶，分解乳糖为半乳糖苷。β-半乳糖苷酶是由四个相同的亚基组成的，每个亚基又包含两个片断，即α片断和ω片断，只有这两种片断同时存在时，β-半乳糖苷酶才表现出活性。lacZ基因的变异或缺失将直接导致β-半乳糖苷酶活性缺失，细胞在只有乳糖作为碳源的培养基中不能生长，由此可以进行菌株的筛选和纯化。
lacZDM15（Lactose）
Map position：8 min
功能：lacZM15是表达β-半乳糖苷酶α片断的一段基因，当M15缺失（△M15）时，lacZ基因虽然能表达ω片断，但不能表达α片断，β-半乳糖苷酶没有活性。当带有lacZ（α片断）基因的lac操纵子通过载体DNA（如pUC19 DNA）转化到lacZ△M15基因型的细胞 (如E.coli JM109）时，在有IPTG (异丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷) 存在的情况下, β-半乳糖苷酶表现出活性,它能分解X-gal (半乳糖类似物)，使其呈现蓝色。因此可以通过平板上的蓝白菌落进行克隆体的鉴定。
lacI q（Lactose）
Map position：8 min
功能：lacI是大肠杆菌中lac 操纵子（Operon）的调节基因，它所表达的阻遏蛋白是lac 操纵基因（Operator）的抑制因子，这种阻遏蛋白能与过量的乳糖结合而失去对操纵基因的抑制，使lac 操纵子上的结构基因lacZ（β-半乳糖苷酶)、lacY（透性酶)、lacA(乙酰基转移酶）得以正常表达。IPTG（异丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷) 作为乳糖的类似物与lacI阻遏蛋白结合而使操纵基因不被抑制，因此IPTG经常作为lac 操纵子的诱导剂而使用。
基因型lacIq是lacI基因发生变异而使其大量（quantity）的表达阻遏蛋白，从而使lac 操纵基因几乎完全被抑制。利用这种基因型的菌株进行基因表达时，可以使目的基因的表达得到更有效的人为控制。
甲基化相关的基因型
dam (DNA adenine methylase)
Map position: 74 min
功能：dam基因表达DNA腺嘌呤甲基化酶，它能催化特异序列GATC中A的甲基化，保证DNA免受限制性核酸内切酶Mbo I的切断，同时在DNA复制时也起一定的辅助作用。dam基因的变异导致腺嘌呤（A）甲基化酶活性的缺失，使腺嘌呤 (A) 不被甲基化，易于获得非甲基化质粒。
dcm (DNA cytosine methylase)
Map position: 43 min
功能：dcm基因表达胞嘧啶甲基化酶，它能特异性识别DNA双链上的CCWGG序列，并使第二个C甲基化，即CmCWGG，避免DNA受到相关限制酶的切断。dcm基因的变异导致胞嘧啶甲基化酶活性缺失，使外源DNA上的C不被甲基化，易于获得非甲基化质粒。
mcrA (Modified cytosine restriction protein a)
Map position: 26 min
功能：mcrA基因表达大肠杆菌防御体系中起重要作用的mcrA酶，这种酶能特异性地作用于外来DNA上的被甲基化的胞嘧啶序列，即C5mCGG特异序列，使之分解，对大肠杆菌本身起保护作用。mcrA基因的变异，导致上述功能缺失，对外来DNA中被甲基化的胞嘧啶特异序列（C5mCGG）失去作用，有利于限制酶及甲基化酶的克隆体的稳定。
mcrB, C (Methyl cytosine-specific restriction)
Map position: 98 min
功能：mcrB, C基因表达两种特异性蛋白，即mcrB蛋白和mcrC蛋白，它们在大肠杆菌的防御系统中起重要作用。一般情况下，只有这两种蛋白同时存在时才表现出活性，mcrC具有识别和调节功能，它能特异性的结合到外源DNA上被甲基化的胞嘧啶（C）的特异序列G5mC上，然后由mcrB蛋白切断（mcrB蛋白是特异性切断外来DNA中G5mC序列的限制性核酸内切酶)，防御外来DNA的侵入。mcrB, C基因的变异，使上述的对外来DNA的防御作用缺失，对质粒的转化有利。
mrr (Methylation requiring restriction)
Map position: 98 min
功能：mrr基因是大肠杆菌细胞防御系统中重要的基因之一，它能严格限制被甲基化的外源DNA的介入。另外，它对限制酶Acc I，CviR I，Hinf I (Hha II)，Nla II，Pst I以及N6-腺嘌呤甲基化酶和C5-胞嘧啶甲基化酶活性有明显的抑制作用。mrr欠损株（基因型）可用于含有N6-mA和C5-mC的DNA的转化。另外，含有此基因型的菌株也可用于限制酶和甲基化酶的克隆体。
hsdM (Host specificitive defective)
Map position: 99 min
功能：hsdM基因所表达的DNA甲基化酶是I型限制酶复合体（具有对DNA切断和修补的双重功能）的一部分，它能使DNA双链上的AA (双腺嘌呤) 甲基化，保护宿主DNA不被分解。hsdM的变异使细胞内的DNA不被甲基化，易于获得非甲基化质粒。
点突变相关的基因型
mutS (Mutator)
Map position: 59 min
功能：mutS基因表达的蛋白具有识别DNA上错配序列的功能，并能修复其错配序列（GC→AT)，防止基因突变。mutS基因的变异导致DNA的错配序列不能得到修复，容易发生基因突变，这对于利用点突变进行基因改造是有利的。
mutT（Mutator）
Map position: 3 min
功能：野生大肠杆菌在进行DNA复制时，细胞中的8-OXO-dGTP插入模板DNA中的DA位点的效率几乎与插入DC位点的效率相同，导致A-T转换成G-C，使DNA产生变异。而mutT蛋白就是特异性地降解8-OXO-dGTP成为单磷酸盐（8-OXO-dGMP)，这种单磷酸盐状态的G (鸟嘌呤) 不能作为底物进行DNA合成，从而防止了上述的基因突变。mutT基因的变异使细胞中8-OXO-dGTP浓度增高，A→C的突变几率增大，有利于利用点突变进行基因改造。
dut (dUTPase)
Map position: 82 min
功能：dut基因表达脱氧尿嘧啶三磷酸核苷酸水解酶（dUTPase)，它能水解dUTP成为dUMP，使细胞体内dUTP的浓度维持在较低的水平，尿嘧啶（U）就不易掺入到DNA中，避免了基因发生A→U的突变。dut基因发生突变使dUTPase活性缺失，导致dUTP浓度升高，碱基U（尿嘧啶）极易掺入到DNA中，使其发生A→U的基因突变，有利于利用点突变进行基因改造。
ung (Uracil DNA glycosylase)
Map position: 56 min
功能：ung基因表达尿嘧啶-N-糖苷酶，这种酶能特异性识别DNA单链或双链上发生突变的尿嘧啶残基，并从DNA上水解去除尿嘧啶残基，防止DNA发生突变。ung基因的变异导致上述功能缺失， 有利用点突变。
uvrB (Ultraviolet)
Map position: 18 min
功能：uvrB基因表达核酸外切酶中的b亚基，这种核酸外切酶具有DNA的切补功能，对紫外线损伤的DNA有修补作用。uvrB基因的变异使细胞中核酸外切酶切除变异碱基的活性缺失，有利于点突变。
核酸内切酶相关的基因型
hsdR (Host specificity defective)
Map position: 99 min
功能：hsdR基因表达I型限制酶EcoK (K12株) 或EcoB (B株)，在大肠杆菌细胞中起到一种“抗体”的作用，对外来的各种 DNA有严格的限制。HsdR基因的变异导致菌株细胞内的I型限制酶EcoK或EcoB活性缺失，这对于外来基因的导入及质粒转化是有利的。
hsdS (Host specificitive defective)
Map position: 99 min
功能：hsdS所表达的特异性蛋白是I型限制酶EcoK或EcoB复合体中的一部分，它专门负责hsdR酶和hsdM酶对DNA序列的特异识别。hsdS基因的变异使hsdR和hsdM不能正确识别其作用的特异DNA序列，可以保持插入DNA的稳定性。
endA (Endonuclease)
Map position: 64 min
功能：endA基因表达非特异性核酸内切酶I，它能使所有DNA双链解开，在DNA的复制和重组中起重要作用。endA基因的变异将使插入的外源DNA更加稳定，提取的质粒纯度更高。
停止密码子相关的基因型
supE (Suppressor)
Map position: 16 min
功能：supE基因表达的阻遏蛋白与停止密码子UAG结合，使蛋白质合成停止。supE基因发生变异时，不能表达正常的阻遏蛋白，即使遇到停止密码子UAG，蛋白质合成仍能继续，并使UAG作为一个密码子来编码谷氨酰胺（Glutamine)，从而使发生了琥珀突变（AAG→UAG）的基因对蛋白质表达得以延续，因此称supE为琥珀突变抑制因子。
supF (Suppressor)
Map position: 27 min
功能：supF基因表达的阻遏蛋白与停止密码子UAG结合，使蛋白质合成停止。supF基因变异时，不能表达正常的阻遏蛋白，即使遇到停止密码子UAG，蛋白质合成仍能继续，并使UAG作为一个密码子编码酪氨酸 (Tyrosine)，弥补了由于琥珀突变 (AAG→UAG) 带来的蛋白合成停止，因此也称supF为琥珀突变抑制因子。
抗药性相关的基因型
gyrA（Gyrase）
Map position：48 min
功能：gyrA基因表达DNA促旋酶A亚基。DNA促旋酶在DNA复制时具有使DNA解旋和回旋的作用。萘啶酮酸(Nalidixic acid)、4-喹啉（4-Quinoline）等抗生素抑制DNA促旋酶的活性是通过与促旋酶复合体 (A2B2）中的A亚基的结合实现的。gyrA基因的变异使DNA促旋酶A亚基不能正常表达，萘啶酮酸和荧光喹啉等失去结合目标，从而使该基因型的菌株具有了对萘啶酮酸（Nalr) 和荧光喹啉的抗性。
rpsL（Ribosomal protein small subunit）
Map position：73 min
功能：细胞中的核糖体是蛋白质生物合成的场所，大肠杆菌细胞中的核糖体包含两个亚基，即50S亚基（23SrRNA、5SrRNA、34种蛋白质）和30S亚基 [16SrRNA、21种蛋白质（S1～S21)]。rpsL基因就是表达核糖体30S亚基中的S12蛋白质，S12蛋白作用于翻译的开始阶段。链霉素（Streptomycin）等抗生素的作用位点就是核糖体30S亚基上的S12蛋白质，正常情况下链霉素与S12蛋白结合使蛋白质的生物合成不能进行，细胞停止生长。rpsL基因的变异使链霉素失去结合位点，从而使该基因型的菌株具有了对链霉素的抗性（Str r)。
Tn5（Transposon）
Map position：转座子
功能：在原核生物和真核生物基因组中都存在有可移动的DNA序列，一般称这段序列为转座子或转位基因，转座子上通常带有抗药性基因。Tn5是载有卡那霉素（Kanamycine）抗性基因的转座子，当Tn5转位到大肠杆菌基因组时，能使此菌株获得卡那霉素的抗性（Kmr)。
Tn10（Transposon）
Map position：转座子
功能：Tn10是载有四环素（tetracycline）抗性基因的转座子。当Tn10转位至大肠杆菌基因组时，能使此菌株获得四环素的抗性 (Tet r)。
能量代谢相关的基因型
lacZ（Lactose）
Map position：8 min
功能：lacZ基因是大肠杆菌中lac操纵子的结构基因，表达β-半乳糖苷酶，分解乳糖为半乳糖苷。β-半乳糖苷酶是由四个相同的亚基组成的，每个亚基又包含两个片断，即α片断和ω片断，只有这两种片断同时存在时，β-半乳糖苷酶才表现出活性。lacZ基因的变异或缺失将直接导致β-半乳糖苷酶活性缺失，细胞在只有乳糖作为碳源的培养基中不能生长，由此可以进行菌株的筛选和纯化。
lacZDM15（Lactose）
Map position：8 min
功能：lacZM15是表达β-半乳糖苷酶α片断的一段基因，当M15缺失（△M15）时，lacZ基因虽然能表达ω片断，但不能表达α片断，β-半乳糖苷酶没有活性。当带有lacZ（α片断）基因的lac操纵子通过载体DNA（如pUC19 DNA）转化到lacZ△M15基因型的细胞 (如E.coli JM109）时，在有IPTG (异丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷) 存在的情况下, β-半乳糖苷酶表现出活性,它能分解X-gal (半乳糖类似物)，使其呈现蓝色。因此可以通过平板上的蓝白菌落进行克隆体的鉴定。
lacI q（Lactose）
Map position：8 min
功能：lacI是大肠杆菌中lac 操纵子（Operon）的调节基因，它所表达的阻遏蛋白是lac 操纵基因（Operator）的抑制因子，这种阻遏蛋白能与过量的乳糖结合而失去对操纵基因的抑制，使lac 操纵子上的结构基因lacZ（β-半乳糖苷酶)、lacY（透性酶)、lacA(乙酰基转移酶）得以正常表达。IPTG（异丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷) 作为乳糖的类似物与lacI阻遏蛋白结合而使操纵基因不被抑制，因此IPTG经常作为lac 操纵子的诱导剂而使用。
基因型lacIq是lacI基因发生变异而使其大量（quantity）的表达阻遏蛋白，从而使lac 操纵基因几乎完全被抑制。利用这种基因型的菌株进行基因表达时，可以使目的基因的表达得到更有效的人为控制。
