4、核酸内切酶相关的基因型

hsdR (Host specificity defective) 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) 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) 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。

5、停止密码子相关的基因型 

supE (Suppressor) 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) 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)。

6、抗药性相关的基因型 

gyrA（Gyrase） 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） 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） 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） 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 )。

7、能量代谢相关的基因型 

lacZ（Lactose） 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。 

lacZ M15（Lactose） 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） 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(乙酰基转移梅） 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。 

ara（Arabinose） 功能：ara 基因表达阿拉伯糖代谢所需的各种酶，包括：araA 表达阿拉伯糖异构酶、araB 表达核酮糖激酶、araC 表达阻遏蛋白（起调节作用），araD 表达 L-核酮糖-4-磷酸差向异构 酶、araE 表达低亲和型 L-阿拉伯糖转运蛋白、araF 表达 L-阿拉伯糖结合蛋白、araG 表达 高亲和性的 L-阿拉伯糖转运蛋白。ara 基因的变异，使细胞不能利用阿拉伯糖进行能量代谢， 可以利用此特性进行菌株筛选。

mtl（Mannitol）功能：mtl 基因包括 mtlA、mtlC、mtlD 三种基因。mtlA 表达磷酸转移酶、mtlC 表达阻遏蛋 白（起调节作用）、mtlD 表达甘露醇-1-磷酸脱氢酶。mtl 基因的变异使甘露醇代谢不能进 行，细胞在以甘露醇作为唯一碳源的培养基中不能生长。

xyl（Xylose） 功能：xyl 基因包含 xylA、xylB、xylR 三种基因。xylA 表达 D-木糖异构酶、xylB 表达木酮糖 激酶、xylR 作为调节基因表达阻遏蛋白。xyl 基因的变异使细胞不能以木糖作为碳源进行能 量代谢。 

gal（Galactose） 功能：gal 基因表达半乳糖代谢所需的各种酶类及调节蛋白，包括：galE（17 min）表达尿 苷二磷酸（UDG）半乳糖-4-差向异构酶、galK（17 min）表达半乳糖激酶、galP（64 min） 表达半乳糖透性酶、galR（62 min）表达半乳糖操纵子的阻遏蛋白、galT（17 min）表达半 乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶、galU（27 min）表达葡萄糖-1-磷酸尿苷酰转移酶。 大肠杆菌 K12 株中通常出现的基因型是 galK 和 galT，由于这两种基因的变异使细胞不能直 接利用半乳糖作为碳源。因此通过在最小培养基中添加半乳糖与否，进行菌株筛选和基因 型确认。 

srl（Sorbitol） 功能：srl 基因包含 srlA、srlC、srlD、srlR 等基因。srlA 表达磷酸转移系统相关的酶（葡萄 糖醇-山梨醇透性酶、磷酸转移酶 II 等)、srlD 表达山梨醇-6-磷酸-2-脱氢酶、srlC、R 都是调 控基因，表达葡萄糖醇操纵子的阻遏蛋白。Srl 基因的变异使细胞对山梨醇的吸收和利用受 到阻害，在以山梨醇作为唯一碳源的培养基中，此基因型的菌株不能生长。

8、氨基酸代谢相关的基因型 

gpt (Guanine-hypoxanthine phosphoribosyl transferase) 功能：gpt 基因表达鸟嘌呤-次黄嘌呤磷酸核糖转移酶，参与鸟嘌呤代谢。gpt 基因的变异使 鸟嘌呤不能生物合成，对菌株筛选有利。 

thyA (Thymine) 功能：thyA 基因表达胸苷酸合成酶，参与胸腺嘧啶的代谢。thyA 基因的变异可以利用胸腺 嘧啶进行菌株筛选。 

asd (Aspartate-semialdehyde dehydrogenase) 功能：asd 基因表达天门冬氨酸半醛脱氢酶，催化如下反应：L 天门冬氨酸-4-半醛 + 磷酸 盐 + NADP+ = L-4-磷酸天门冬氨酸 +NADPH，此反应是氨基酸共同合成路径的第二步。 asd 基因的变异使天门冬氨酸合成受阻，用最小培养基进行细胞培养时，需特别添加天门冬 氨酸。 

leuB (Leucine) 功能：leuB 基因表达 3(β)-异丙基苹果酸脱氢酶，作用于亮氨酸生物合成的第二步，催化反 应如下：3-羧基-2-羟基-4-甲基戊烯 + NAD+→3-羧基-4-甲基-2-氧戊烯 + NADH。leuB 基 因的变异导致亮氨酸生物合成受阻，在用最小培养基进行细胞培养时，需特别添加亮氨酸。

proA (Proline) 功能：proA 基因表达γ-谷氨酸磷酸还原酶，作用于脯氨酸生物合成的第二步，反应如下： L-谷氨酸-5-半醛 + 磷酸 + NADP+→L-γ-谷氨酸-5-磷酸盐 + NADPH 。proA 基因的变异 或缺失，使脯氨酸的生物合成受阻，在用最小培养基培养细胞时需要特别添加脯氨酸。

 proB (Proline) 功能：proB 基因表达谷氨酸岩-5-磷酸激酶，它能催化三磷酸盐与谷氨酸盐结合形成谷氨酸 -5-磷酸盐，是脯氨酸合成的第一步，反应如下：ATP +L-谷氨酸盐→ADP + L-谷氨酸-5-磷 酸。proB 基因的变异或缺失，使脯氨酸合成受阻，在用最小培养基培养时需特别添加脯氨 酸。 

trpR（Tryptophan） 功能：trpR 基因表达“trp 操纵子”的阻遏蛋白，但这种阻遏蛋白不能单独与操纵子上的操 纵基因结合，只有在 L-色氨酸存在的情况下，首先与 L-色氨酸结合成复合体，然后这个复 合体才能与操纵基因相结合，对 trp 操纵子起抑制作用。吲哚丙酸盐（IPA）作为 L-色氨酸 的类似物也能与这种阻遏蛋白结合，但其形成的复合体没有活性，不能与操纵基因结合，因 此可以把吲哚丙酸盐（IPA）作为 trp 操纵子表达的诱导剂。trpR 基因的变异，使 trp 操纵 子的阻遏蛋白不能表达，有利于 trp 操纵子的蛋白表达。 

lys (Lysine) 功能：lys 基因分布于大肠杆菌基因组图的 17 ~ 191 min 的 5 个位置上,包括 lysA (61 min)、 lysC (91 min)、lysP (46 min)、lysT (17 min)、lysX (60 min)，它们的功能如下：lysA 表达 二氨基庚二酸脱羧酶、lysC 表达天冬氨酸激酶、lysP 是调节赖氨酸转运的基因、转录赖氨 酸 tRNA、lysX 负责赖氨酸排泄。lys 基因的变异使赖氨酸的生物合成不能进行，用最小培 养基培养时需额外添加赖氨酸。 

metB（Methionine） 功能：metB 基因表达胱硫醚γ-合成酶，催化反应如下：0-琥珀酰-L-高丝氨酸 + L-半胱氨 酸→胱硫醚 + 琥珀酸盐，是甲硫氨酸生物合成的第二步。metB 基因的变异使甲硫氨酸的 生物合成受阻，用最小培养基培养时需特别添加甲硫氨酸。 

cysB (Cysteine) 功能：cysB 基因表达一种阻遏蛋白，对半胱氨酸生物合成所需的各种酶的表达起调节作用。 cysB 基因的变异有利于半胱氨酸的生物合成。 

thr（Thronine） 功能：thr 包含三种基因，即 thrA、thrB 和 thrC。thrA 表达天冬氨酸激酶及 I-高丝氨酸脱氢 酶，thrB 表达高丝氨酸激酶，thrC 表述苏氨酸合成酶。thr 基因的变异使细胞不能合成苏氨 酸，用最小培养基培养时需添加苏氨酸。

9、维生素代谢相关的基因型

bioH（Biotin）功能：bioH 基因所表达的蛋白有两种功能：①催化前生物素到生物素的转化；②对庚二酰 CoA（辅酶 A）有优先的阻害作用。bioH 基因的变异使细胞不能自身合成生物素，在最小 培养基中必须添加生物素，细胞才能正常生长。 thi（Thiamin） 功能：thi 基因包含有 thiA、thiB、thiC、thiD、thiK、thiL 等。thiA 表达硫氨素噻唑转运蛋 白、thiB 表达硫氨素磷酸盐焦磷酸化酶、thiC 表达硫氨素嘧啶转运蛋白、thiD 表达磷酸甲基 化嘧啶激酶、thiK 表达硫氨素激酶、thiL 表达硫氨素甲磷酸激酶。thi 的变异使硫氨素的生 物合成不能进行，最小培养基中必须添加硫氨素（VB1），细胞才能正常生长。

10、蛋白酶相关的基因型

lon（long form） 功能：lon 基因表达 ATP 依赖型蛋白分解酶（La），它对外源的异型蛋白质具有特异性的 分解作用。lon 基因的变异或缺失，使细胞中的这种异型蛋白质分解酶不能得到表达，这对 于保持克隆体目的蛋白的稳定是非常有利的。 

ompT（Outer membrane protein）功能：ompT 基因表达特异性的外膜蛋白分解酶，它特异性地分解与细胞膜结合的含铁肠菌 素受体蛋白。ompT 基因的变异使膜结合性蛋白分解酶活性缺失，有利于融合蛋白的表达。

11、物质转运结合相关的基因型

tonA（Transport）=fhuA（Ferric hydroxamateuptake） 功能：tonA 和 fhuA 基因处于基因组图同一位点，它们的作用也相同，都是表达外膜受体蛋白。这种受体蛋白与铁络合物结合，并与 tonB 蛋白相互协调作用，把铁化合物运至细胞质 中。另外 tonA、B 受体蛋白还能与大肠杆菌素 M、噬菌体 T1、T5、φ80 等进行不可逆结 合，而使细胞具有一定的抗菌作用。tonA 和 fhuA 基因的变异使细胞对铁离子的吸收受到阻 害，同时使细胞对某些抗菌素及噬菌体更敏感，有利于质粒转化和菌体筛选。 

tsx（T-six）功能：tsx 基因表达 T6 噬菌体和大肠杆菌素 K 的受体蛋白，它结合于细胞膜的外表面，对 T6 噬菌体和大肠杆菌素 K 进入细胞起关键作用。另外 tsx 受体蛋白还有与核苷酸特异性结 合的功能，是核苷酸特异性运输通道的第一步，在核苷酸的吸收方面也起重要作用。tsx 基 因的变异使外界某些噬菌体及大肠杆菌素等对细胞的侵噬变得困难，有利于细胞基因组的稳 定。 

cysA (Cysteine）功能：cysA 基因表达硫酸盐/硫代硫酸盐转移蛋白，参与细胞对硫酸盐的吸收与转运，通过 cysA 蛋白转运的硫酸盐将参与半胱氨酸的生物合成。cysA 基因的变异使半胱氨酸的生物合 成受到影响，在培养此基因型的菌株时要注意添加半胱氨酸。

12、其他

deoR (Deoxyribose)功能：deoR 是大肠杆菌中 deo 操纵子的调节基因，它表达的阻遏蛋白对 deo 操纵子具有重 要的调控作用。deo 操纵子位于大肠杆菌基因图谱 100 min 的位置，它含有 deoA、deoB、 deoC 和 deoD 等结构基因，分别表达 DNA 代谢所需的酶类，即胸腺嘧啶磷酸化酶、磷酸 转位酶、脱氧核糖磷酸醛缩酶和嘌呤核苷磷酸化酶。deoR 基因的变异，使 deo 操纵子的阻 遏蛋白不能表达，宿主细胞合成大量的 dCTP，可以选择性地改善大分子 DNA 的转化。

traD（Transmissibility）功能：traD 基因不属于大肠杆菌基因组 DNA 范围，它是存在于 F 因子上的一段基因。traD 基因在大肠杆菌的结合及 F 因子的传递方面发挥作用。traD 基因的变异使大肠杆菌细胞虽 然能够结合，但 F 因子不能在细胞间发生转移，从而保证了宿主细胞和导入质粒的稳定性。 

hflC（High frequence of lysogenization）功能：hflC基因表达一种高效溶原蛋白，它能使λ-噬菌体侵入大肠杆菌细胞后与基因组DNA 发生溶原反应，导致噬菌体 DNA 插入到细胞基因组 DNA 中。hflC 基因的变异能避免上述 的溶原反应，可以保持宿主基因组及插入质粒的稳定。 minA、B (Minicell) 功能：minA、B 基因是促进微细胞 (不含 DNA) 形成的相关基因。minA、B 基因的变异阻 害了微细胞的形成，可以提高克隆体的表达效率。 

relA（Relaxed）功能：relA 是松弛调节基因，对 RNA 的合成具有调节抑制作用。同时 relA 基因还表达 ATP： GTP3'-焦磷酸转移酶，负责在氨基酸饥饿状态下鸟苷 3'，5'-二磷酸 (ppGpp) 的合成，以适 应饥饿环境。 relA 基因的变异对目的基因的转录有利。 

glnV（Glutamine）功能：glnV 基因专门负责转录谷氨酸 tRNA（转运 RNA），glnV 基因的变异使以谷氨酸为 主的蛋白质的合成受到阻害。 

tyrT（Tyrosine）功能：tyrT 基因专门负责转录酪氨酸 tRNA（转运 RNA)，tyrT 基因的变异使以酪氨酸为主 的蛋白质的合成受阻

使用时注意：

● 基因工程中，经常使用的大肠杆菌几乎都来自于 K-12 菌株，最近也经常使用由 B 株及 C 株来源的大肠杆菌。 

● 大肠杆菌 B 株原来就为 lon-，另外 MV1184 株不具有琥珀抑制基因 (Amber supperssor free)，由于这些都是原始菌株所不具备的基因，因此不在基因型中加以表示，要注意。