酿酒酵母的基因组

酿酒酵母基因组含有约12万个碱基对，分为16组染色体。* * *有6275个基因，其中约5800个可能有真正的功能。据估计，其约23%的基因与人类同源。酵母基因组数据库包含酵母基因组的详细注释，是研究真核细胞遗传学和生理学的重要工具。另一个重要的酿酒酵母数据库[1]由慕尼黑的蛋白质序列信息中心维护。

在酿酒酵母的测序项目开始之前，通过传统的遗传方法鉴定了酵母中约2600个编码RNA或蛋白质的基因。通过对酿酒酵母全基因组测序，发现在12068kb的全基因组序列中有5885个编码特定蛋白的开放阅读框。这意味着酵母基因组中平均每2kb就有一个编码蛋白质的基因，即整个基因组72%的核苷酸序列由开放阅读框组成。这说明酵母基因的排列比其他高等真核生物更紧密。比如线虫的基因组中，平均每6kb就有一个编码蛋白质的基因；在人类基因组中，平均每30kb或更长时间才能发现一个编码蛋白质的基因。酵母基因组的紧密性是由于基因之间的间隔短，基因中的内含子稀少。酵母基因组开放阅读框的平均长度为1450bp，即483个密码子，最长的是位于号染色体上的一个功能未知的开放阅读框(4910个密码子)，少数开放阅读框超过1500个密码子。在酵母基因组中，也有编码短蛋白的基因，例如，PMP1基因编码由40个氨基酸组成的质膜蛋白脂质。此外，酵母基因组还含有:约140个编码RNA的基因，排列在染色体数目的长端；40个编码SnRNA的基因，分散在16条染色体上；属于43个家族的275个tRNA基因也广泛分布在基因组中。表1提供了酵母基因在每条染色体上的分布概况。表1酵母染色体图谱

染色体数目长度(bp)基因数目和tRNA基因数目

I 23×103894

Ⅱ 807 188 410 13

Ⅲ315×10318210

Ⅳ 153 197479627

V 569 202 27113

Ⅵ 270×10312910

Ⅶ 109 093 657233

Ⅷ561×10326911

Ⅸ 439 8862 2110

X 745 44237924

Ⅺ66 64 483 3116

Ⅻ 1078 1715 3422

ⅻi 924 430 45921

ⅺv 7843 284 1915

XV 109 2283 56020

X ⅵ 94 806 148717测序揭示了酵母基因组中广泛的碱基组成变化。大部分酵母染色体都不同程度、大范围地由富含GC的DNA序列和GC缺失的DNA序列组成。GC含量的这种变化与染色体结构、基因密度和重组频率有关。GC含量高的区域一般位于染色体臂中部，这些区域的基因密度高；GC含量低的区域一般靠近端粒和着丝粒，这些区域的基因数量相对较少。Simchen等人证实，酵母遗传重组即双链断裂的相对发生率与染色体富含GC的区域相耦合，不同染色体的重组频率不同。较小的染色体ⅰ、ⅲ、ⅳ和ⅸ的重组频率高于全基因组的平均重组频率。

酵母基因组的另一个明显特征是含有许多重复的DNA序列，其中有些是完全相同的DNA序列，如rDNA和CUP1基因、Ty因子及其衍生的单一LTR序列。开放阅读框或基因间隔区存在大量的三核苷酸重复序列，引起了人们的极大关注。因为有些人类遗传病是由三核苷酸重复数的变化引起的。相互间高度同源的DNA序列较多，称为遗传冗余。酵母中很多染色体的末端都有长度超过几十kb的高度同源区域，这些区域是遗传丰度的主要区域，并且这些区域还在进行频繁的DNA重组过程。遗传丰度的另一种形式是单基因重复，其中分散型最典型，另一种罕见的类型是集群分布型基因家族。聚类同源区(CHR)是酵母基因组测序揭示的位于多条染色体上的一些同源大片段，每个片段包含几个相互对应的同源基因。它们的排列顺序和转录方向非常保守，可能会有小片段插入或删除。这些特征表明，簇同源区是染色体大片段复制和完全分化之间的中间产物，因此是研究基因组进化的良好材料，被称为基因复制的化石。染色体末端重复、单基因重复和聚类同源区构成了酵母基因组遗传丰度的一般结构。研究表明，遗传丰度中的一组基因往往具有相同或相似的生理功能，因此其中一个或几个基因的突变不能表现出可识别的表型，这对酵母基因的功能研究非常不利。因此，许多酵母遗传学家认为，理解遗传丰度的真实性质和功能意义，并发展与之相关的实验方法是主要的困难和中心问题。