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细胞化学基础--叶绿体基因组 - cpDNA

2022.4.01

叶绿体基因组在很多方面与线粒体基因组的结构是相似的。叶绿体DNA(cpDNA)是双链环状,缺乏组蛋白和超螺旋。cpDNA中的GC含量与核DNA及mtDNA有 很大的不同。因此可用CsCl密度梯度离心来分离cpDNA。

每个叶绿体中cpDNA的拷贝数随着物种的不同而不同。但都是多拷贝的。这些拷贝位于类核区。例如甜菜的叶细胞中每个类核体有4~8个拷贝的cpDNA,而每个叶绿体有4~18个类核体,每个细胞中约有40叶绿体。每个细胞总共有约6000cpDNA分子。在衣藻中(chlamydomonas)(单细胞生物)在细胞中一个叶绿体含有500~1500 cpDNA分子。

烟草和水稻(Oryza sativa)叶绿体全序列分析表明cpDNA基因组成有以下特点:

1.基因组由两个反向重复序列(IR)和一个短单拷贝序列(short single copy sequence, SSC)及一个长单拷贝序列(long single copy sequence, LSC)组成;

2.IRA和IRB长各10-24Kb,编码相同,方向相反。

3.cpDNA启动子和原核生物的相似,有的基因产生单顺反子的mRNA,有的为多顺反子mRNA;

4.尽管cpDNA大小各不相同,但基因组成是相似的,而且所有基因的数目几乎是相同的,它们大部分产物是类囊体的成分或和氧化还原反应有关(表20-7);

5.其tRNA基因(IRA、IRB上各有7个,LSC上有23个,共37个)中有内合子存在,最长者达2526bp,此和原核tRNA不同。有的内合子位于D环上,此和原核tRNA不同。有的内含子位于D环上,此和真核生物核tRNA内含子常位于反密码子环上也不相同;

6.所有叶绿体基因转录的mRNA都由叶绿体核糖体翻译。

并不是所有的叶绿体都含有IR,IR上含有4种rRNA基因,根据它们排列的情况叶绿体可分为3类:I类是IR 序列,4种rRNA各有2个拷贝,对称分布在IR上cpDNA也较大,如玉米、烟草、水稻、菠菜、地钱、衣藻(C.Yreinhardi),大部分叶绿体都属此类。II类:无反向重复IR,而在cpDNA一侧16S,23S以正向串联重复的形式(各3个拷贝)排列。如少数低等植物,裸藻(Euglena gracilis);III类:无IR和DR,rRNA只有一拷贝,如豌豆(Posum satirum)等。这可能在进化的过程中DNA片段的重复和倒位而造成的。


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