模式生物：酵母

一 、概论
酵母为单细胞真菌，属半子囊菌亚纲（Hemiascomycetes）内孢霉目（Endomycetales）酵母菌科（Saccharomycetaceae）。作为模式 生物 的酵母主要有两种：一种是酿酒酵母（Saccharomyces cerevisia），其无性生殖方式为芽殖，故又称芽殖酵母（budding yeast）；另一种是粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomycs pombe），其无性生殖方式为裂殖，故又称裂殖酵母（fission yeast）。这两种酵母虽然同属于子囊真菌，均为模式 生物 ，但二者在进化上的亲缘关系较远，在许多方面并不相同。例如，粟酒裂殖酵母营养体为单倍体，而酿酒酵母营养体则为二倍体，这使得二者的生活史刚好相反。
酵母作为一种模式生物在实验系统研究方面具有许多内在的优势。（1）酵母易于培养和操作、增殖快，是研究真核生物生命活动的首选模式生物，有真核生物中的“大肠杆菌”之称。（2）酵母能在单倍体和二倍体的状态下稳定均能生长，并能在实验条件下较为方便地控制单倍体和二倍体之间的相互转换。单倍体细胞可以是两个交配型中的任何一个，分别被称为a和α，二倍体细胞（a／α）由a细胞和α细胞融合而成，并可进一步通过有丝分裂进行无限期增殖。这对其基因功能的研究十分有利，如在单倍体状态下，只需一次基因替换，就能得到某个特定基因缺失的酵母株；而对于一些缺失后致死的基因，人们可以在二倍体菌株中进行基因替换，然后通过孢子筛选，获得带有基因缺失的单倍体菌株。（3）酵母DNA只存在于细胞核中，酵母菌染色体功能的支持主要由复制起点（ARS元件）、着丝粒（CEN元件）和端粒(telomer) 构成，利用这些元件、克隆化的酵母选择基因能构建出既可在酵母菌又可在和大肠杆菌中进行稳定的自主复制与表达的穿梭质粒，构建出更适合真核生物基因表达的载体系统，甚至还可利用酵母染色体的这些元件构建出更大、更为有效的大片段序列克隆系统，如酵母人工染色体（YAC）。同时，酵母菌还具有同时兼容几种不同质粒（带有酵母固有质粒2μm复制子）的特点，这与大肠杆菌明显不同。（4）酵母的生命周期很适合经典的遗传学分析，使得在酵母条染色体上构建精细的遗传图谱成为可能。更重要的是，目前已发展了一些非常有效的技术使得酵母基因组中约6000个基因中的任何一个基因均能被突变的等位基因取代，甚至从基因组中完全缺失，这种方法具有很高的效率和准确性。（5）酵母的基因组很小，比如酿酒酵母的单倍体就含有16条200－2200kb的线性染色体，DNA容量仅为大肠杆菌的3.5倍。通过完整的基因组测序其基因组大小为12068kb，编码5885个专一性蛋白质的开放阅读框。而裂殖酵母的基因组大小尽管与酿酒酵母相近，但仅分布在3条染色体上，编码4824个蛋白质。这意味着在酵母基因组中平均每隔2kb就存在一个编码蛋白质的基因，即整个基因组有72％的核苷酸顺序由开放阅读框组成。这说明酿酒酵母基因要比其它高等真核生物基因排列紧密。如在人类基因组中，大约平均每隔30kb或更多的碱基才能发现一个编码蛋白质的基因。酵母基因组的紧密性是因为基因间隔区较短与基因中内含子稀少。酵母基因组的开放阅读框平均长度为483个密码子，最长的是位于XII号染色体上的一个功能未知的开放阅读框(4910个密码子)。此外，酿酒酵母基因组中还包含有大约140个编码rRNA的基因，排列在XII号染色体的长末端；40个编码snRNA（small nuclear RNA ）的基因，散布于16条染色体；属于43个家族的275个tRNA基因也广泛分布于基因组中。表6-1提供了酿酒酵母基因在各染色体上分布的大致情况。
表6-1  酿酒酵母染色体简况

染色体编号	染色体长度（bp）	基因数目	tRNA基因数目
I	2.3×10 4	89	4
II	807188	410	13
III	3.15×10 5	182	10
IV	1531974	796	27
V	569202	271	13
VI	2.7×10 5	129	10
VII	1090936	572	33
VIII	5.61×10 5	269	11
IX	439886	221	10
X	745442	379	24
XI	666448	331	16
XII	1078171	534	22
XIII	924430	459	21
XIV	784328	419	15
XV	1092283	560	20
XVI	948061	487	17