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野生的大腸桿菌（E.coli）的基因組DNA中有470萬個堿基對（bp)，內(nèi)含4288個基因。E.coli基因組中還包含有許多插入序列，如λ-噬菌體片段和一些其他特殊組份的片段，這些插入的片段都是由基因的水平轉(zhuǎn)移和基因重組而形成的，由此表明了基因組具有它的可塑造性。利用大腸桿菌基因組的這種特性對其進行改造，使其中的某些基因發(fā)生突變或缺失，從而給大腸桿菌帶來可以觀察到的變化，這種能觀察到的特征叫做大腸桿菌的表現(xiàn)型 (Phenotype)，把引起這種變化的基因構(gòu)成叫做大腸桿菌的基因型（Genotype)。具有不同基因型的菌株表現(xiàn)出不同的特性。這些不同基因型特性的菌株在基因工程的研究和生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用價值。

大腸桿菌基因型的表示方法有如下幾種：
1．根據(jù)基因產(chǎn)物或其作用產(chǎn)物的英文名稱的第一個字母縮寫成三個斜體字母來表示。
例如：DNA Adenine Methylase→dam。
2．變異基因不同，導(dǎo)致的結(jié)果相同時，用其作用結(jié)果的英文名稱的前三個字母斜體后加上一個大寫字母來表示區(qū)別。
例如：Recombination→recA、recB、recC。
3．某個基因或某個領(lǐng)域缺失時，在其基因型前面加上“Δ”表示。
例如：lac-proAB基因缺失時它的基因型表示為Δ(lac-proAB)。
4．野生的大腸桿菌具有F因子（質(zhì)粒）和噬菌體插入片段，當(dāng)這些質(zhì)?；蚴删w片段變異或缺失時，用（ )”或“/”等以區(qū)別。
例如：/F' [traD36、proAB、lacIq、lacZΔM15]。
5．由于某種基因的變異導(dǎo)致大腸桿菌可以明顯觀察到特征變化，有時也用其表現(xiàn)型代替基因型進行表示。
例如：某些抗藥性的獲得或喪失，用如下方式表示：Streptomycin抗性→Str +或Strr，Ampicillin敏感性→Amp-。 (第一個字母要大寫,“+”或“r”表示有抗性,“-”表示無抗性或敏感)。
6．根據(jù)某些特異性蛋白的變異及其導(dǎo)致的結(jié)果變化進行表示。
例如：TH2菌株上有一種基因型表示如下：hsdS20 (rB-、mB-)，其中S20代表特異性識別蛋白發(fā)生變異，()中的 rB-、mB-表示由于S20的變異而導(dǎo)致B株來源的hsdR和hsdM的功能缺失。
使用時注意：
● 基因工程中，經(jīng)常使用的大腸桿菌幾乎都來自于K-12菌株，最近也經(jīng)常使用由B株及C株來源的大腸桿菌。

● 大腸桿菌B株原來就為lon-，另外MV1184株不具有琥珀抑制基因 (Amber supperssor free)，由于這些都是原始菌株所不具備的基因，因此不在基因型中加以表示，要注意。

主要的基因型說明：
■停止密碼回復(fù)
supE (suppressor)supE變異時，即使存在停止密碼子UAG，此處也會插入谷氨酰胺 (Glutamine)，從而可使蛋白質(zhì)繼續(xù)合成。supF (suppressor)supF變異時，即使存在停止密碼子UAG，此處也會插入酪氨酸 (Tyrosine)，從而可使蛋白質(zhì)繼續(xù)合成。

 
■重組機能缺失
recA (recombination)相同的DNA重組活性缺失。由于導(dǎo)入DNA與宿主DNA的重組受到阻害，可以保持插入DNA的穩(wěn)定性。與recA13宿主菌相比，recA1宿主菌能夠使插入DNA穩(wěn)定存在。 recB,C (recombination)內(nèi)切核酸酶V變異。抑制重組并能影響放射線損傷的修復(fù)。 traD (transmissibility)在質(zhì)粒F因子內(nèi)部，與大腸桿菌的結(jié)合有關(guān)。traD變異后，F(xiàn)因子自身的傳遞能力顯著下降。 

■對插入DNA具有直接作用因子的缺失
dam (DNA adenine methylase)宿主菌來源的腺嘌呤甲基化酶 (GmATC) 缺失。 dcm (DNA cytsine methylase)宿主菌來源的胞嘧啶甲基化酶 (CmCWGG) 缺失。 hsdR (host specificity defective)宿主菌來源的 I 型限制酶EcoK (或EcoB) 的切斷部位蛋白變異。轉(zhuǎn)化的外源DNA不被限制酶EcoK切斷，可以進行克隆。 hsdM (host specificity defective)宿主菌來源的 I 型限制酶EcoK (或EcoB) 的甲基化酶部位蛋白變異。 hsdS (host specificity defective)宿主菌來源的 I 型限制酶EcoK (或EcoB) 的識別部位蛋白變異。轉(zhuǎn)化的外源DNA不被限制酶EcoK切斷，可以進行克隆。 endA (endonuclease)宿主菌來源的非特異性內(nèi)切核酸酶 I 活性缺失，可以提高純化的質(zhì)粒DNA的質(zhì)量。 mcrA (methylcytsine restriction)mCG序列的甲基化活性缺失。mcrB,C (methylcytsine restriction)GmC序列的甲基化活性缺失。mrr (methylation requiring restriction)mA以及mC序列的甲基化活性缺失。

■抗藥性的變異
rpsL (ribosomal protein small subunit)由30S核糖體蛋白變異而獲得鏈霉素 (Streptomycine) 抗性 (Strr)。gyrA (gyrase)由DNA回旋酶亞基A的變異而獲得的萘啶酮酸 (Nalidixic acid) 抗性 (Nalr)。Tn 5 (transposon)轉(zhuǎn)座子變異。獲得卡那霉素 (Kanamycine) 抗性 (Kmr)。Tn 10 (transposon)轉(zhuǎn)座子變異。獲得四環(huán)素 (Tetracycline) 抗性 (Tetr)。

■宿主蛋白酶缺失
lon (long form)分解異型蛋白質(zhì)的ATP依賴型蛋白分解酶活性缺失。大腸桿菌B株原來就為lon-?？梢种破浔磉_的融合蛋白質(zhì)的分解。omp (outer membrane protein)膜結(jié)合性蛋白分解酶活性缺失。抑制表達的融合蛋白質(zhì)的分解。

■有利于選擇轉(zhuǎn)化體的基因
lac Iq (lactose)乳糖操縱子中控制b-半乳糖苷酶表達的調(diào)節(jié)蛋白基因變異。由于lac I q變異，表達調(diào)節(jié)蛋白過量形成，因此從乳糖啟動子開始的轉(zhuǎn)錄過程完全受到抑制。 lacZ (lactose)b-半乳糖苷酶活性缺失。 lacZ D M15 b-半乳糖苷酶蛋白的w-fragment得到表達。當(dāng)與多數(shù)載體質(zhì)粒中所具有的a-fragment共同存在時，可使b-半乳糖苷酶的活性回復(fù) (a-互補性)。在含有X-gal的平板培養(yǎng)基上，可以通過藍白菌落的差別選擇重組體。 deoR deoR變異，可以選擇性地改善大分子DNA的轉(zhuǎn)化。 

■有利于點突變的基因
dut (dUTPase)dUTP分解酶活性缺失。當(dāng)dUTP分解酶存在時，dUTP不能摻入到DNA鏈中 。 ung (Urasil-N-glycosylase)尿嘧啶-N-糖苷酶活性缺失。當(dāng)具有這種基因時，可以特異性地分解DNA中含U的那條鏈。mutS (mutator)未被甲基化的新合成DNA鏈的錯配序列修復(fù)受到阻礙。

■菌株篩選用基因
leuB (leucine)在最小培養(yǎng)基中必須添加亮氨酸 (Leu)。proAB (proline)脯氨酸代謝基因變異。在最小培養(yǎng)基中只有添加脯氨酸才能生長。用于確認(rèn)JM109等大腸桿菌菌株的F因子是否脫落。thi-1 (thiamine)硫胺素代謝基因變異。在最小培養(yǎng)基中必須添加硫胺素。

大腸桿菌基因型的表示方法（Demerec, et, al. 1966）

分子克隆中常用的大腸桿菌及其遺傳標(biāo)記按Demerec等1966年提出的命名原則，采用的菌株所有的基因都假定處于野生型狀態(tài)，除非在基因型上另外注明。

一、一般規(guī)則：

1、根據(jù)基因產(chǎn)物或其作用產(chǎn)物的英文名稱的第一個字母縮寫成3個小寫斜體字母來表示。

例如：DNA Adenine Methylase→dam。

2、不同的基因座，其中任何一個突變所產(chǎn)生的表型變化可能相同，其表示方法是在3個小 寫斜體字母后加上一個斜體大寫字母來表示區(qū)別。例如：Recombination→recA、recB、recC。

3、突變位點應(yīng)通過在突變基因符號后加不同數(shù)字表示。如supE44（sup基因座E 的44 位 突變）。如果不知道幾個等位基因中哪一/幾個發(fā)生了功能性突變，則用連字符“-”代替大 寫字母，如trp-31。

4、細(xì)菌的基因型中應(yīng)該包含關(guān)于其攜帶的質(zhì)?；蚋郊芋w的的信息。這些符號包括菌株攜帶 的質(zhì)?；蚋郊芋w、質(zhì)?；蚋郊芋w上的突變基因座和突變位點。其基因符號應(yīng)與基因座的表示

符號明顯區(qū)別，符號的第一個字母大寫、不斜體并位于括號內(nèi)；質(zhì)?；蚋郊芋w上的突變基 因座和突變位點的基因符號的表示方法與染色體上突變基因座、突變位點的符號相同。

5、對于攜帶附加體的菌株的完整基因型描述應(yīng)包括附加體的狀態(tài)（游離或整合）。以F 因 子為例，F(xiàn)-：F因子缺失；F+：自主性F因子，不攜帶任何遺傳可識別染色體片段；F’： 攜帶有遺傳可識別細(xì)菌染色體片段的自主性F因子；Hfr：整合到染色體上的F因子（high frequency of recombination）。當(dāng)這些質(zhì)?；蚴删w片段變異或缺失時，用（ ）”或“/” 等以區(qū)別。例如：/F'[traD36、proAB、lac Iq、lacZ 　M15]

6、某個基因或某個領(lǐng)域缺失時，在其基因型前面加上“　”表示。例如：lac-proAB基因缺 失時它的基因型表示為( 　lac-proAB)。

7、由于某種基因的變異導(dǎo)致大腸桿菌可以明顯觀察到特征變化，有時也用其表現(xiàn)型代替基 因型進行表示。例如：某些抗藥性的獲得或喪失，用如下方式表示：Streptomycin 抗性→Str__+或Strr，Ampicillin 敏感性→Amp-。 (第一個字母要大寫,“+”或“r”表示有抗性,“-”表 示無抗性或敏感)。

8、根據(jù)某些特異性蛋白的變異及其導(dǎo)致的結(jié)果變化進行表示。

例如：TH2 菌株上有一種基因型表示如下：hsdS20(rB-、mB-)，其中S20代表特異性識別 蛋白發(fā)生變異，()中的rB-、mB-表示由于S20 的變異而導(dǎo)致B 株來源的hsdR和hsdM的功 能缺失。

9、蛋白質(zhì)的名稱與對應(yīng)的基因或等位基因相同，但不用斜體，且首字母大寫，如，UvrA、 UvrB。

二、基因符號和意義（見表1）

部分基因符號和意義

基因符號 意義 注釋

Δ 缺失 缺失突變用“Δ”表示，其后的（）中是缺失基因的名稱、等位基因號碼。如Δ(lac-proAB)表示lac-proAB基因的缺失。

： 斷裂 表示：前的基因是斷裂的。

：： 插入 “：：”前的基因由于“：：”后的基因插入斷裂。

IN 倒位 倒位在大腸桿菌中很少見，用IN（區(qū)域）表示。

TP 轉(zhuǎn)座 如TP（lacI-purE）33 表示lacI 和purE 間的基因區(qū)域（包括這兩個基 因）被插入到染色體的某個位點。

+ 顯型或抗性 如果是表示抗性，+也可用r 代替

- 隱型或敏 感、無抗性

如果表示對某種抗生素的敏感性，用“-”上標(biāo)表示。 / 質(zhì)粒或附加 體的缺失 （）or [] ()或[]中的基因是缺失或變異所在 Φ 融合 如Φ（ara-lac）表示ara和lac融合成新基因。

三、主要的基因型說明

1、基因重組相關(guān)的基因型

recA(Recombination)

功能：recA基因表達ATP 依賴型DNA 重組酶，它在λ-噬菌體與基因組DNA 的溶原重組 時起作用，同時具有對DNA 放射性損傷的修復(fù)功能。由recA基因的變異所產(chǎn)生的基因型 使同源或異源DNA 的重組不能進行，保持插入DNA 的穩(wěn)定性，對DNA 的轉(zhuǎn)化有利。一個 菌株的基因型如果是recA，則說明此菌株的表現(xiàn)型是重組缺陷的。

recB(Recombination)

功能：recB基因表達ATP 依賴型DNase 和核酸外切酶V 的一個亞基，對recA的DNA 重組 酶起輔助和促進作用。DNase 催化雙鏈DNA 的解旋和解鏈，核酸外切

酶V 催化單鏈DNA 的裂解，在DNA 的重組和損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用。recB基因的變異導(dǎo)致其DNA 重組和 修復(fù)功能喪失，保證了外源DNA 的穩(wěn)定，有利于DNA 轉(zhuǎn)化。

recC(Recombination)

功能：recC基因表達四種酶，即核酸外切酶V，ATP 依賴型的核酸內(nèi)切酶，解旋酶及ATP 酶，它們和recA,recB所表達的酶相互協(xié)調(diào)作用，在DNA 的重組及放射性損傷的修復(fù)中發(fā) 揮作用。recC基因的變異導(dǎo)致DNA 重組功能缺失，保證外源DNA 的穩(wěn)定性。

2、甲基化相關(guān)的基因型

dam(DNA adenine methylase)

功能：dam基因表達DNA 腺嘌呤甲基化酶，它能催化特異序列GATC 中A 的甲基化，保 證DNA 免受限制性核酸內(nèi)切酶MboI 的切斷，同時在DNA 復(fù)制時也起一定的輔助作用。dam基因的變異導(dǎo)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 獲得非甲基化質(zhì)粒。

dcm(DNA cytosine methylase)

功能：dcm基因表達DNA 胞嘧啶甲基化酶，它能特異性識別DNA 雙鏈上的CCWGG 序列， 并使第二個C 甲基化，即CmCWGG，避免DNA 受到相關(guān)限制酶的切斷。dcm基因的變異 導(dǎo)致胞嘧啶甲基化酶活性缺失，使外源DNA 上的C 不被甲基化，易于獲得非甲基化質(zhì)粒。

mcrA(Modified cytosine restriction protein a)

功能：mcrA基因表達大腸桿菌防御體系中起重要作用的mcrA酶，這種酶能特異性地作用 于外來DNA 上的被甲基化的胞嘧啶序列，即C5mCGG 特異序列，使之分解，對大腸桿菌 本身起保護作用。mcrA 基因的變異，導(dǎo)致上述功能缺失，對外來DNA 中被甲基化的胞嘧 啶特異序列（C5mCGG）失去作用，有利于限制酶及甲基化酶的克隆體的穩(wěn)定。

mcrB,C(Methyl cytosine-specific restriction)

功能：mcrB,C基因表達兩種特異性蛋白，即mcrB蛋白和mcrC蛋白，它們在大腸桿菌的 防御系統(tǒng)中起重要作用。一般情況下，只有這兩種蛋白同時存在時才表現(xiàn)出活性，mcrC具 有識別和調(diào)節(jié)功能，它能特異性的結(jié)合到外源DNA 上被甲基化的胞嘧啶（C）的特異序列 G5mC 上，然后由mcrB蛋白切斷（mcrB蛋白是特異性切斷外來DNA 中G5mC 序列的限 制性核酸內(nèi)切酶），防御外來DNA 的侵入。mcrB, C基因的變異，使上述的對外來DNA 的防御作用缺失，對質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化有利。

mrr(Methylation requiring restriction)

功能：mrr基因是大腸桿菌細(xì)胞防御系統(tǒng)中重要的基因之一，它能嚴(yán)格限制被甲基化的外源 DNA 的介入。另外，它對限制酶AccI，CviR I，Hinf I (HhaII)，NlaII，PstI 以及N6-腺 嘌呤甲基化酶和C5-胞嘧啶甲基化酶活性有明顯的抑制作用。mrr欠損株（基因型）可用于 含有N6-mA 和C5-mC 的DNA 的轉(zhuǎn)化。另外，含有此基因型的菌株也可用于限制酶和甲基 化酶的克隆體。

hsdM(Host specificitive defective)

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功能：hsdM基因所表達的DNA 甲基化酶是I 型限制酶復(fù)合體（具有對DNA 切斷和修補的 雙重功能）的一部分，它 能使DNA 雙鏈上的AA (雙腺嘌呤) 甲基化，保護宿主DNA 不被分解。hsdM的變異使細(xì)胞 內(nèi)的DNA 不被甲基化，易于獲得非甲基化質(zhì)粒。

3、點突變相關(guān)的基因型

mutS(Mutator)

功能：mutS基因表達的蛋白具有識別DNA 上錯配序列的功能，并能修復(fù)其錯配序列（GC →AT），防止基因突變。mutS基因的變異導(dǎo)致DNA的錯配序列不能得到修復(fù)，容易發(fā)生 基因突變，這對于利用點突變進行基因改造是有利的。

mutT（Mutator）

功能：野生大腸桿菌在進行DNA 復(fù)制時，細(xì)胞中的8-OXO-dGTP 插入模板DNA 中的DA 位點的效率幾乎與插入DC 位點的效率相同，導(dǎo)致A-T 轉(zhuǎn)換成G-C，使DNA 產(chǎn)生變異。而mutT蛋白就是特異性地降解8-OXO-dGTP 成為單磷酸鹽（8-OXO-dGMP），這種單磷酸 鹽狀態(tài)的G (鳥嘌呤) 不能作為底物進行DNA 合成，從而防止了上述的基因突變。mutT基 因的變異使細(xì)胞中8-OXO-dGTP濃度增高，A→C的突變幾率增大，有利于利用點突變進行基因改造。

dut(dUTPase)

功能：dut基因表達脫氧尿嘧啶三磷酸核苷酸水解酶（dUTPase），它能水解dUTP 成為 dUMP，使細(xì)胞體內(nèi)dUTP 的濃度維持在較低的水平，尿嘧啶（U）就不易摻入到DNA 中， 避免了基因發(fā)生A→U 的突變。dut基因發(fā)生突變使dUTPase活性缺失，導(dǎo)致dUTP濃度 升高，堿基U（尿嘧啶）極易摻入到DNA中，使其發(fā)生A→U的基因突變，有利于利用點 突變進行基因改造。

ung(Uracil DNA glycosylase)

功能：ung基因表達尿嘧啶-N-糖苷酶，這種酶能特異性識別DNA 單鏈或雙鏈上發(fā)生突變的 尿嘧啶殘基，并從DNA 上水解去除尿嘧啶殘基，防止DNA 發(fā)生突變。ung基因的變異導(dǎo)致上述功能缺失，有利用點突變。

uvrB(Ultraviolet)

功能：uvrB基因表達核酸外切酶中的b 亞基，這種核酸外切酶具有DNA 的切補功能，對紫外線損傷的DNA 有修補作用。uvrB基因的變異使細(xì)胞中核酸外切酶切除變異堿基的活性 缺失，有利于點突變。

4、核酸內(nèi)切酶相關(guān)的基因型

hsdR(Host specificity defective)

功能：hsdR基因表達I 型限制酶EcoK(K12 株) 或EcoB(B 株)，在大腸桿菌細(xì)胞中起到 一種“抗體”的作用，對外來的各種 DNA 有嚴(yán)格的限制。HsdR基因的變異導(dǎo)致菌株細(xì)胞 內(nèi)的I型限制酶EcoK或EcoB活性缺失，這對于外來基因的導(dǎo)入及質(zhì)粒轉(zhuǎn)化是有利的。

hsdS(Host specificitive defective)

功能：hsdS所表達的特異性蛋白是I 型限制酶EcoK或EcoB復(fù)合體中的一部分，它專門 負(fù)責(zé)hsdR酶和hsdM酶對DNA 序列的特異識別。hsdS基因的變異使hsdR和hsdM不 能正確識別其作用的特異DNA序列，可以保持插入DNA的穩(wěn)定性。

endA(Endonuclease)

功能：endA基因表達非特異性核酸內(nèi)切酶I，它能使所有DNA 雙鏈解開，在DNA 的復(fù)制 和重組中起重要作用。endA基因的變異將使插入的外源DNA更加穩(wěn)定，提取的質(zhì)粒純度 更高。

5、停止密碼子相關(guān)的基因型

supE(Suppressor)

功能：supE基因表達的阻遏蛋白與停止密碼子UAG 結(jié)合，使蛋白質(zhì)合成停止。supE基因 發(fā)生變異時，不能表達正常的阻遏蛋白，即使遇到停止密碼子UAG，蛋白質(zhì)合成仍能繼續(xù)， 并使UAG 作為一個密碼子來編碼谷氨酰胺（Glutamine），從而使發(fā)生了琥珀突變（AAG →UAG）的基因?qū)Φ鞍踪|(zhì)表達得以延續(xù)，因此稱supE為琥珀突變抑制因子。

supF(Suppressor)

功能：supF基因表達的阻遏蛋白與停止密碼子UAG 結(jié)合，使蛋白質(zhì)合成停止。supF基因 變異時，不能表達正常的阻遏蛋白，即使遇到停止密碼子UAG，蛋白質(zhì)合成仍能繼續(xù)，并 使UAG 作為一個密碼子編碼酪氨酸 (Tyrosine)。

6、抗藥性相關(guān)的基因型

gyrA（Gyrase）

功能：gyrA基因表達DNA 促旋酶A 亞基。DNA 促旋酶在DNA 復(fù)制時具有使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 的活性是通過與促旋酶復(fù)合體 (A2B2)中的A 亞基的結(jié)合實現(xiàn)的。gyrA基因的變異使DNA促旋酶A亞基不能正常表達，萘啶酮酸和熒光喹啉等失去結(jié)合目標(biāo)，從而使該基因型的菌株具有了對萘啶酮酸（Nalr） 和熒光喹啉的抗性。

rpsL（Ribosomal protein small subunit）

功能：細(xì)胞中的核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所，大腸桿菌細(xì)胞中的核糖體包含兩個亞基， 即50S 亞基（23SrRNA、5SrRNA、34 種蛋白質(zhì)）和30S 亞基 [16SrRNA、21 種蛋白質(zhì) （S1～S21）]。rpsL 基因就是表達核糖體30S 亞基中的S12 蛋白質(zhì)，S12 蛋白作用于翻 譯的開始階段。鏈霉素（Streptomycin）等抗生素的作用位點就是核糖

體30S 亞基上的S12 蛋白質(zhì)，正常情況下鏈霉素與S12 蛋白結(jié)合使蛋白質(zhì)的生物合成不能進行，細(xì)胞停止生長。

rpsL基因的變異使鏈霉素失去結(jié)合位點，從而使該基因型的菌株具有了對鏈霉素的抗性 （Strr）。

Tn5（Transposon）

功能：在原核生物和真核生物基因組中都存在有可移動的DNA 序列，一般稱這段序列為轉(zhuǎn) 座子或轉(zhuǎn)位基因，轉(zhuǎn)座子上通常帶有抗藥性基因。Tn5是載有卡那霉素（Kanamycine）抗 性基因的轉(zhuǎn)座子，當(dāng)Tn5轉(zhuǎn)位到大腸桿菌基因組時，能使此菌株獲得卡那霉素的抗性（Kmr）。

Tn10（Transposon）

功能：Tn10是載有四環(huán)素（tetracycline）抗性基因的轉(zhuǎn)座子。當(dāng)Tn10轉(zhuǎn)位至大腸桿菌 基因組時，能使此菌株獲得四環(huán)素的抗性(Tetr)。

7、能量代謝相關(guān)的基因型

lacZ（Lactose）

功能：lacZ基因是大腸桿菌中l(wèi)ac操縱子的結(jié)構(gòu)基因，表達β-半乳糖苷酶，分解乳糖為半 乳糖苷。β-半乳糖苷酶是由四個相同的亞基組成的，每個亞基又包含兩個片斷，即α片斷 和ω片斷，只有這兩種片斷同時存在時，β-半乳糖苷酶才表現(xiàn)出活性。lacZ基因的變異或 缺失將直接導(dǎo)致β-半乳糖苷酶活性缺失，細(xì)胞在只有乳糖作為碳源的培養(yǎng)基中不能生長， 由此可以進行菌株的篩選和純化。

lacZ　M15（Lactose）

功能：lacZM15是表達β-半乳糖苷酶α片斷的一段基因，當(dāng)M15缺失（△M15）時，lacZ基因雖然能表達ω片斷，但不能表達α片斷，β-半乳糖苷酶沒有活性。當(dāng)帶有l(wèi)acZ（α片 斷）基因的lac 操縱子通過載體DNA（如pUC19 DNA）轉(zhuǎn)化到lacZ△M15 基因型的細(xì)胞 (如E.coliJM109)時，在有IPTG (異丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷) 存在的情況下, β-半乳糖苷酶表現(xiàn) 出活性,它能分解X-gal (半乳糖類似物)，使其呈現(xiàn)藍色。因此可以通過平板上的藍白菌落進 行克隆體的鑒定。

lacIq（Lactose）

功能：lacI是大腸桿菌中l(wèi)ac操縱子（Operon）的調(diào)節(jié)基因，它所表達的阻遏蛋白是lac操 縱基因（Operator）的抑制因子，這種阻遏蛋白能與過量的乳糖結(jié)合而失去對操縱基因的抑 制，使lac操縱子上的結(jié)構(gòu)基因lacZ（β-半乳糖苷酶)、lacY（透性酶)、lacA(乙?；D(zhuǎn)移梅） 得以正常表達。IPTG（異丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷) 作為乳糖的類似物與lacI阻遏蛋白結(jié) 合而使操縱基因不被抑制，因此IPTG 經(jīng)常作為lac操縱子的誘導(dǎo)劑而使用。 基因型lacIq是lacI基因發(fā)生變異而使其大量（quantity）的表達阻遏蛋白，從而使lac操 縱基因幾乎完全被抑制。利用這種基因型的菌株進行基因表達時，可以使目的基因的表達 得到更有效的人為控制。

ara（Arabinose）

功能：ara基因表達阿拉伯糖代謝所需的各種酶，包括：araA表達阿拉伯糖異構(gòu)酶、araB表達核酮糖激酶、araC 表達阻遏蛋白（起調(diào)節(jié)作用），araD表達L-核酮糖-4-磷酸差向異構(gòu) 酶、araE表達低親和型L-阿拉伯糖轉(zhuǎn)運蛋白、araF表達L-阿拉伯糖結(jié)合蛋白、araG表達 高親和性的L-阿拉伯糖轉(zhuǎn)運蛋白。ara基因的變異，使細(xì)胞不能利用阿拉伯糖進行能量代謝， 可以利用此特性進行菌株篩選。

mtl（Mannitol）

__功能：mtl基因包括mtlA、mtlC、mtlD三種基因。mtlA表達磷酸轉(zhuǎn)移酶、mtlC表達阻遏蛋 白（起調(diào)節(jié)作用）、mtlD表達甘露醇-1-磷酸脫氫酶。mtl基因的變異使甘露醇代謝不能進 行，細(xì)胞在以甘露醇作為唯一碳源的培養(yǎng)基中不能生長。

xyl（Xylose）

功能：xyl基因包含xylA、xylB、xylR三種基因。xylA表達D-木糖異構(gòu)酶、xylB表達木酮糖 激酶、xylR作為調(diào)節(jié)基因表達阻遏蛋白。xyl基因的變異使細(xì)胞不能以木糖作為碳源進行能 量代謝。

gal（Galactose）

功能：gal基因表達半乳糖代謝所需的各種酶類及調(diào)節(jié)蛋白，包括：galE（17 min）表達尿苷二磷酸（UDG）半乳糖-4-差向異構(gòu)酶、galK（17 min）表達半乳糖激酶、galP（64 min） 表達半乳糖透性酶、galR（62 min）表達半乳糖操縱子的阻遏蛋白、galT（17 min）表達半 乳糖-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶、galU（27 min）表達葡萄糖-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶。 大腸桿菌K12株中通常出現(xiàn)的基因型是galK和galT，由于這兩種基因的變異使細(xì)胞不能直 接利用半乳糖作為碳源。因此通過在最小培養(yǎng)基中添加半乳糖與否，進行菌株篩選和基因 型確認(rèn)。

srl（Sorbitol）

功能：srl基因包含srlA、srlC、srlD、srlR等基因。srlA表達磷酸轉(zhuǎn)移系統(tǒng)相關(guān)的酶（葡萄 糖醇-山梨醇透性酶、磷酸轉(zhuǎn)移酶II 等)、srlD表達山梨醇-6-磷酸-2-脫氫酶、srlC、R都是調(diào) 控基因，表達葡萄糖醇操縱子的阻遏蛋白。Srl基因的變異使細(xì)胞對山梨醇的吸收和利用受 到阻害，在以山梨醇作為唯一碳源的培養(yǎng)基中，此基因型的菌株不能生長。

8、氨基酸代謝相關(guān)的基因型

gpt(Guanine-hypoxanthine phosphoribosyl transferase)

功能：gpt基因表達鳥嘌呤-次黃嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶，參與鳥嘌呤代謝。gpt基因的變異使 鳥嘌呤不能生物合成，對菌株篩選有利。

thyA(Thymine)

功能：thyA基因表達胸苷酸合成酶，參與胸腺嘧啶的代謝。thyA基因的變異可以利用胸腺 嘧啶進行菌株篩選。

asd(Aspartate-semialdehyde dehydrogenase)

功能：asd基因表達天門冬氨酸半醛脫氫酶，催化如下反應(yīng)：L 天門冬氨酸-4-半醛 + 磷酸 鹽 + NADP+ = L-4-磷酸天門冬氨酸 +NADPH，此反應(yīng)是氨基酸共同合成路徑的第二步。asd基因的變異使天門冬氨酸合成受阻，用最小培養(yǎng)基進行細(xì)胞培養(yǎng)時，需特別添加天門冬 氨酸。

leuB(Leucine)

功能：leuB基因表達3(β)-異丙基蘋果酸脫氫酶，作用于亮氨酸生物合成的第二步，催化反 應(yīng)如下：3-羧基-2-羥基-4-甲基戊烯 + NAD+→3-羧基-4-甲基-2-氧戊烯 + NADH。leuB基 因的變異導(dǎo)致亮氨酸生物合成受阻，在用最小培養(yǎng)基進行細(xì)胞培養(yǎng)時，需特別添加亮氨酸。

__proA(Proline)

功能：proA基因表達γ-谷氨酸磷酸還原酶，作用于脯氨酸生物合成的第二步，反應(yīng)如下： L-谷氨酸-5-半醛 + 磷酸 + NADP+→L-γ-谷氨酸-5-磷酸鹽 + NADPH 。proA基因的變異 或缺失，使脯氨酸的生物合成受阻，在用最小培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)胞時需要特別添加脯氨酸。

proB(Proline)

功能：proB基因表達谷氨酸巖-5-磷酸激酶，它能催化三磷酸鹽與谷氨酸鹽結(jié)合形成谷氨酸 -5-磷酸鹽，是脯氨酸合成的第一步，反應(yīng)如下：ATP +L-谷氨酸鹽→ADP + L-谷氨酸-5-磷 酸。proB基因的變異或缺失，使脯氨酸合成受阻，在用最小培養(yǎng)基培養(yǎng)時需特別添加脯氨 酸。

trpR（Tryptophan）

功能：trpR基因表達“trp操縱子”的阻遏蛋白，但這種阻遏蛋白不能單獨與操縱子上的操 縱基因結(jié)合，只有在L-色氨酸存在的情況下，首先與L-色氨酸結(jié)合成復(fù)合體，然后這個復(fù) 合體才能與操縱基因相結(jié)合，對trp操縱子起抑制作用。吲哚丙酸鹽（IPA）作為L-色氨酸 的類似物也能與這種阻遏蛋白結(jié)合，但其形成的復(fù)合體沒有活性，不能與操縱基因結(jié)合，因 此可以把吲哚丙酸鹽（IPA）作為trp操縱子表達的誘導(dǎo)劑。trpR基因的變異，使trp操縱 子的阻遏蛋白不能表達，有利于trp操縱子的蛋白表達。

lys(Lysine)

功能：lys基因分布于大腸桿菌基因組圖的17 ~ 191 min 的5 個位置上,包括lysA(61 min)、lysC(91 min)、lysP(46 min)、lysT(17 min)、lysX(60 min)，它們的功能如下：lysA表達二氨基庚二酸脫羧酶、lysC表達天冬氨酸激酶、lysP是調(diào)節(jié)賴氨酸轉(zhuǎn)運的基因、轉(zhuǎn)錄賴氨 酸t(yī)RNA、lysX負(fù)責(zé)賴氨酸排泄。lys基因的變異使賴氨酸的生物合成不能進行，用最小培 養(yǎng)基培養(yǎng)時需額外添加賴氨酸。

metB（Methionine）

功能：metB基因表達胱硫醚γ-合成酶，催化反應(yīng)如下：0-琥珀酰-L-高絲氨酸 + L-半胱氨 酸→胱硫醚 + 琥珀酸鹽，是甲硫氨酸生物合成的第二步。metB基因的變異使甲硫氨酸的 生物合成受阻，用最小培養(yǎng)基培養(yǎng)時需特別添加甲硫氨酸。

cysB(Cysteine)

功能：cysB基因表達一種阻遏蛋白，對半胱氨酸生物合成所需的各種酶的表達起調(diào)節(jié)作用。cysB基因的變異有利于半胱氨酸的生物合成。

thr（Thronine）

功能：thr包含三種基因，即thrA、thrB和thrC。thrA表達天冬氨酸激酶及I-高絲氨酸脫氫 酶，thrB表達高絲氨酸激酶，thrC表述蘇氨酸合成酶。thr基因的變異使細(xì)胞不能合成蘇氨 酸，用最小培養(yǎng)基培養(yǎng)時需添加蘇氨酸。

9、維生素代謝相關(guān)的基因型

bioH（Biotin）

功能：bioH基因所表達的蛋白有兩種功能：①催化前生物素到生物素的轉(zhuǎn)化；②對庚二酰 CoA（輔酶A）有優(yōu)先的阻害作用。bioH基因的變異使細(xì)胞不能自身合成生物素，在最小 培養(yǎng)基中必須添加生物素，細(xì)胞才能正常生長。

thi（Thiamin）

功能：thi基因包含有thiA、thiB、thiC、thiD、thiK、thiL等。thiA表達硫氨素噻唑轉(zhuǎn)運蛋 白、thiB表達硫氨素磷酸鹽焦磷酸化酶、thiC表達硫氨素嘧啶轉(zhuǎn)運蛋

白、thiD表達磷酸甲基 化嘧啶激酶、thiK表達硫氨素激酶、thiL表達硫氨素甲磷酸激酶。thi的變異使硫氨素的生物合成不能進行，最小培養(yǎng)基中必須添加硫氨素（VB1），細(xì)胞才能正常生長。

10、蛋白酶相關(guān)的基因型

lon（long form）

功能：lon基因表達ATP 依賴型蛋白分解酶（La），它對外源的異型蛋白質(zhì)具有特異性的 分解作用。lon基因的變異或缺失，使細(xì)胞中的這種異型蛋白質(zhì)分解酶不能得到表達，這對 于保持克隆體目的蛋白的穩(wěn)定是非常有利的。

ompT（Outer membrane protein）

功能：ompT基因表達特異性的外膜蛋白分解酶，它特異性地分解與細(xì)胞膜結(jié)合的含鐵腸菌 素受體蛋白。ompT基因的變異使膜結(jié)合性蛋白分解酶活性缺失，有利于融合蛋白的表達。

11、物質(zhì)轉(zhuǎn)運結(jié)合相關(guān)的基因型

tonA（Transport）=fhuA（Ferric hydroxamateuptake）

功能：tonA和fhuA基因處于基因組圖同一位點，它們的作用也相同，都是表達外膜受體蛋 白。這種受體蛋白與鐵絡(luò)合物結(jié)合，并與tonB蛋白相互協(xié)調(diào)作用，把鐵化合物運至細(xì)胞質(zhì) 中。另外tonA、B受體蛋白還能與大腸桿菌素M、噬菌體T1、T5、φ80 等進行不可逆結(jié) 合，而使細(xì)胞具有一定的抗菌作用。tonA和fhuA基因的變異使細(xì)胞對鐵離子的吸收受到阻害，同時使細(xì)胞對某些抗菌素及噬菌體更敏感，有利于質(zhì)粒轉(zhuǎn)化和菌體篩選。

tsx（T-six）

功能：tsx基因表達T6 噬菌體和大腸桿菌素K 的受體蛋白，它結(jié)合于細(xì)胞膜的外表面，對 T6 噬菌體和大腸桿菌素K 進入細(xì)胞起關(guān)鍵作用。另外tsx受體蛋白還有與核苷酸特異性結(jié) 合的功能，是核苷酸特異性運輸通道的第一步，在核苷酸的吸收方面也起重要作用。tsx基因的變異使外界某些噬菌體及大腸桿菌素等對細(xì)胞的侵噬變得困難，有利于細(xì)胞基因組的穩(wěn)定。

cysA(Cysteine）

功能：cysA基因表達硫酸鹽/硫代硫酸鹽轉(zhuǎn)移蛋白，參與細(xì)胞對硫酸鹽的吸收與轉(zhuǎn)運，通過cysA蛋白轉(zhuǎn)運的硫酸鹽將參與半胱氨酸的生物合成。cysA基因的變異使半胱氨酸的生物合成受到影響，在培養(yǎng)此基因型的菌株時要注意添加半胱氨酸。

12、其他

deoR(Deoxyribose)

__功能：deoR是大腸桿菌中deo操縱子的調(diào)節(jié)基因，它表達的阻遏蛋白對deo操縱子具有重要的調(diào)控作用。deo操縱子位于大腸桿菌基因圖譜100 min 的位置，它含有deoA、deoB、deoC和deoD等結(jié)構(gòu)基因，分別表達DNA 代謝所需的酶類，即胸腺嘧啶磷酸化酶、磷酸轉(zhuǎn)位酶、脫氧核糖磷酸醛縮酶和嘌呤核苷磷酸化酶。deoR基因的變異，使deo操縱子的阻遏蛋白不能表達，宿主細(xì)胞合成大量的dCTP，可以選擇性地改善大分子DNA 的轉(zhuǎn)化。

traD（Transmissibility）

功能：traD基因不屬于大腸桿菌基因組DNA 范圍，它是存在于F 因子上的一段基因。traD基因在大腸桿菌的結(jié)合及F 因子的傳遞方面發(fā)揮作用。traD基因的變異使大腸桿菌細(xì)胞雖然能夠結(jié)合，但F 因子不能在細(xì)胞間發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而保證了宿主細(xì)胞和導(dǎo)入質(zhì)粒的穩(wěn)定性。

hflC（High frequence of lysogenization）

功能：hflC基因表達一種高效溶原蛋白，它能使λ-噬菌體侵入大腸桿菌細(xì)胞后與基因組DNA 發(fā)生溶原反應(yīng)，導(dǎo)致噬菌體DNA 插入到細(xì)胞基因組DNA 中。hflC基因的變異能避免上述 的溶原反應(yīng)，可以保持宿主基因組及插入質(zhì)粒的穩(wěn)定。

minA、B(Minicell)

功能：minA、B基因是促進微細(xì)胞 (不含DNA) 形成的相關(guān)基因。minA、B基因的變異阻害了微細(xì)胞的形成，可以提高克隆體的表達效率。

relA（Relaxed）

功能：relA是松弛調(diào)節(jié)基因，對RNA 的合成具有調(diào)節(jié)抑制作用。同時relA基因還表達ATP：GTP3'-焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，負(fù)責(zé)在氨基酸饑餓狀態(tài)下鳥苷3'，5'-二磷酸 (ppGpp) 的合成，以適應(yīng)饑餓環(huán)境。relA基因的變異對目的基因的轉(zhuǎn)錄有利。

glnV（Glutamine）

功能：glnV基因?qū)ｉT負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄谷氨酸t(yī)RNA（轉(zhuǎn)運RNA），glnV基因的變異使以谷氨酸為主的蛋白質(zhì)的合成受到阻害。

tyrT（Tyrosine）

功能：tyrT基因?qū)ｉT負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄酪氨酸t(yī)RNA（轉(zhuǎn)運RNA)，tyrT基因的變異使以酪氨酸為主的蛋白質(zhì)的合成受阻

使用時注意：

● 基因工程中，經(jīng)常使用的大腸桿菌幾乎都來自于K-12 菌株，最近也經(jīng)常使用由B 株及C株來源的大腸桿菌。

● 大腸桿菌B 株原來就為lon-，另外MV1184 株不具有琥珀抑制基因 (Amber supperssor free)，由于這些都是原始菌株所不具備的基因，因此不在基因型中加以表示，要注意。

可以試試下個網(wǎng)站

大腸桿菌基因組數(shù)據(jù)庫(ECDC) http://susi.bio.uni-giessen.de/