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


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第三章轉(zhuǎn)錄機(jī)制演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)優(yōu)選第三章轉(zhuǎn)錄機(jī)制當(dāng)前第2頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)本章主要內(nèi)容轉(zhuǎn)錄的機(jī)制RNA的加工當(dāng)前第3頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)第一節(jié)
轉(zhuǎn)錄的機(jī)制一些基本概念RNA聚合酶原核生物DNA的轉(zhuǎn)錄真核生物DNA的轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第4頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)一些基本概念基因上的信息被用來(lái)合成功能性基因產(chǎn)物的過(guò)程。功能性基因產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)和功能性RNA(tRNA,rRNA等)
基因表達(dá)(geneexpression)當(dāng)前第5頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)
一些基本概念轉(zhuǎn)錄(transcription)
以DNA為模板合成RNA的過(guò)程編碼鏈(codingstrand)
也叫有意義鏈(sensestrand)或Crick鏈,DNA雙鏈
中與mRNA序列相同的那條DNA鏈模板鏈(templatestrand)
也叫反義鏈(antisensestrand)或者Watson鏈,DNA雙鏈中按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則指導(dǎo)mRNA合成的鏈當(dāng)前第6頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)
5’→3’3’→5’DNA轉(zhuǎn)錄的簡(jiǎn)單圖解當(dāng)前第7頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)一些基本概念不對(duì)稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)
DNA分子雙鏈上的某一任意給定的區(qū)域內(nèi),DNA只有
一條鏈被轉(zhuǎn)錄,另一條鏈不轉(zhuǎn)錄5’5’3’3’編碼鏈模板鏈轉(zhuǎn)錄方向模板鏈編碼鏈轉(zhuǎn)錄方向當(dāng)前第8頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)RNA聚合酶RNA聚合酶也叫依賴于DNA的RNA聚合酶(DNA-dependentRNApolymerase,RNApol)
多亞基RNA聚合酶家族:
細(xì)菌
古細(xì)菌
真核生物細(xì)胞核
葉綠體單亞基RNApol家族:噬菌體
線粒體當(dāng)前第9頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)RNA聚合酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)模板:DNA原料:NTPs(ATP,GTP,CTP,UTP)輔助因子:Mg2+/Mn2+合成方向:5’→3’只有5’→3’聚合的活性,沒(méi)有外切酶活性催化RNA的從頭合成,不需要引物轉(zhuǎn)錄起始受多種調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)節(jié)當(dāng)前第10頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)原核生物的RNA聚合酶當(dāng)前第11頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)原核生物的RNA聚合酶一種RNA聚合酶負(fù)責(zé)所有RNA包括mRNA,rRNA和tRNA的合成
核心酶(coreenzyme):α2ββ’ω
全酶(holoenzyme):
α2ββ’ωσ當(dāng)前第12頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)大腸桿菌RNA聚合酶的組成分析亞基基因大?。╧Da)亞基數(shù)功能αrpoA362
參與聚合酶的組裝,啟動(dòng)子識(shí)別以及參與和調(diào)節(jié)蛋白的相互作用βrpoB1511Β和β’一起構(gòu)成催化中心β’rpoC1551ω?111未知σrpoD701
識(shí)別啟動(dòng)子,存在多種不同的σ因子,用來(lái)識(shí)別不同的啟動(dòng)子當(dāng)前第13頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第14頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)真核生物中的RNA聚合酶真核生物中三類RNA聚合酶(I,II,III)的DEAE-Sephadex凝膠分離當(dāng)前第15頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)真核生物中的RNA聚合酶α-鵝膏蕈堿當(dāng)前第16頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)真核生物中的RNA聚合酶45SrRNA當(dāng)前第17頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)經(jīng)免疫共沉淀及SDS分離純化的酵母RNA聚合酶II的亞基組成當(dāng)前第18頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)不同生物RNApol三維結(jié)構(gòu)的比較羧基端結(jié)構(gòu)域(carboxyl-terminaldomain,CTD)YSPTSPT當(dāng)前第19頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)RNApol的三維結(jié)構(gòu)鉗狀結(jié)構(gòu)使聚合酶能錨定在DNA模板上舵狀結(jié)構(gòu)是防止DNA/RNA雜交雙鏈持續(xù)存在翼狀結(jié)構(gòu)是防止在轉(zhuǎn)錄延伸階段轉(zhuǎn)錄物掉下來(lái)β葉片上的次級(jí)通道,NTP進(jìn)入酶活性中心MRNA可以通過(guò)聚合酶背部的離開(kāi)通道出來(lái)當(dāng)前第20頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)原核生物的DNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄單元(transcriptionunit)
一段從啟動(dòng)子開(kāi)始到終止子結(jié)束的DNA序列當(dāng)前第21頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)原核生物轉(zhuǎn)錄的起始啟動(dòng)子(promoter)
能被RNA聚合酶直接或間接識(shí)別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列一般位于基因上游啟動(dòng)子序列具有高度保守性當(dāng)前第22頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)DNaseIfootprinting當(dāng)前第23頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第24頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)←上游下游→當(dāng)前第25頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)原核生物啟動(dòng)子的特征-10區(qū)(Pribnowbox)
保守序列是TATAAT,是RNA聚合酶牢固結(jié)合位點(diǎn)-35區(qū)
保守序列是TTGACA,是RNA聚合酶σ因子的結(jié)合位點(diǎn),也是RNA聚合酶的初始結(jié)合位點(diǎn)-10區(qū)和-35區(qū)之間堿基序列不重要,但它們之間的距離很重要,一般為16~19bp當(dāng)前第26頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)
增強(qiáng)元件(upelement)
轉(zhuǎn)錄活性極強(qiáng)的基因(rRNA基因)除了-10區(qū)和-35區(qū),在-40和-60之間有一種富含AT的啟動(dòng)子序列,可將轉(zhuǎn)錄活性提高30倍當(dāng)前第27頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)強(qiáng)啟動(dòng)子和弱啟動(dòng)子
一個(gè)基因啟動(dòng)子序列與一致序列越接近,啟動(dòng)子的啟動(dòng)效率就高,為強(qiáng)啟動(dòng)子;啟動(dòng)子序列與一致序列相差越大,啟動(dòng)效率越低,為弱啟動(dòng)子上升突變和下降突變
啟動(dòng)子突變提高基因轉(zhuǎn)錄活性,叫上升突變TATGTT→TATATT
啟動(dòng)子突變降低了基因轉(zhuǎn)錄活性,叫下降突變TATAAT→AATAAT(乳糖操縱子)當(dāng)前第28頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成
RNApol會(huì)重復(fù)催化短RNA的合成并釋放它們,稱為流產(chǎn)轉(zhuǎn)錄或無(wú)效合成(abortivesynthesis)當(dāng)前第29頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)原核生物轉(zhuǎn)錄的延伸σ因子釋放以后,延伸因子NusA加入進(jìn)來(lái),轉(zhuǎn)錄進(jìn)入延伸階段失去σ因子的核心酶通過(guò)封閉的鉗子夾住DNA,快速沿著DNA模板鏈移動(dòng),隨著NTP的加入,不斷延伸RNA鏈延長(zhǎng)中的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物也叫轉(zhuǎn)錄泡(transcriptionbubble)轉(zhuǎn)錄泡大約17bp左右轉(zhuǎn)錄的延伸和轉(zhuǎn)錄泡的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第30頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)原核生物轉(zhuǎn)錄的終止當(dāng)RNA聚合酶到達(dá)基因末端的終止子(terminator)時(shí),就從DNA模板上脫離,釋放出RNA鏈終止子:提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列終止子分為兩類:1.不依賴于ρ因子(rhofactor)的終止(Rho-
independent
terminator)2.依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止(Rho-dependent
terminator)當(dāng)前第31頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)不依賴于ρ因子的終止子這類終止子也稱為內(nèi)在終止子(intrinsicterminator)
內(nèi)在終止子有兩個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn):1)終止位點(diǎn)上游一般存在一個(gè)富含GC堿基的二重
對(duì)稱區(qū)/反向重復(fù)IR區(qū),由這段DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA容
易形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)2)在終止位點(diǎn)前面有一段由4-8個(gè)A組成的序列,轉(zhuǎn)
錄產(chǎn)物的3’端為寡聚U當(dāng)前第32頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)Intrinsic
terminator當(dāng)前第33頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)不需要ρ因子的終止機(jī)制
當(dāng)前第34頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止子此類終止子不能形成強(qiáng)的發(fā)夾結(jié)構(gòu),不能誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的自發(fā)終止,需要ρ因子的幫助才能準(zhǔn)確地終止轉(zhuǎn)錄ρ因子是同源六聚體,具有NTP酶和解鏈酶活性優(yōu)先結(jié)合位點(diǎn)稱為Rho因子利用位點(diǎn)(Rhoutilizationsite,rutsite)當(dāng)前第35頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)當(dāng)前第36頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)真核和原核生物DNA轉(zhuǎn)錄的主要區(qū)別染色質(zhì)和核小體結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄有深刻的影響真核生物的RNApol與原核生物的RNApol的差別
真核RNApol更大,含更多亞基不能直接識(shí)別啟動(dòng)子,需要轉(zhuǎn)錄因子需要解鏈酶,原核RNApol具有解鏈酶活性真核RNApol高度分工,不同RNA由不同RNApol負(fù)責(zé)催化轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第37頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)真核和原核生物DNA轉(zhuǎn)錄的主要區(qū)別轉(zhuǎn)錄除了需要RNApol,還需要很多蛋白質(zhì)(如轉(zhuǎn)錄因子)的參與啟動(dòng)子以外的序列參與調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄
順式作用元件(cis-actingelement)是指對(duì)基因表達(dá)具有調(diào)節(jié)活性的DNA序列,它們與相關(guān)的基因位于同一條DNA分子上,呈順式關(guān)系,通常不編碼蛋白質(zhì),包括啟動(dòng)子,增強(qiáng)子,沉默子等
反式作用因子(trans-actingfactors)指能結(jié)合在順式作用元件上參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì),包括轉(zhuǎn)錄因子,共調(diào)節(jié)因子當(dāng)前第38頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)真核和原核生物DNA轉(zhuǎn)錄的主要區(qū)別轉(zhuǎn)錄與翻譯不存在偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多為單順?lè)醋?,原核基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多為多順?lè)醋右驗(yàn)樵松镛D(zhuǎn)錄系統(tǒng)中功能相關(guān)的基因共享一個(gè)啟動(dòng)子,以一個(gè)共同的轉(zhuǎn)錄單位進(jìn)行轉(zhuǎn)錄真核中,每個(gè)蛋白質(zhì)的基因都有獨(dú)立的啟動(dòng)子當(dāng)前第39頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)RNApolI所負(fù)責(zé)的DNA的轉(zhuǎn)錄負(fù)責(zé)rRNA基因的轉(zhuǎn)錄,生成45SrRNA,隨后經(jīng)過(guò)加工生成18SrRNA,5.8SrRNA,28SrRNAI類啟動(dòng)子由核心啟動(dòng)子和UCE(上游控制元件)組成轉(zhuǎn)錄的終止位于18nt組成的終止子區(qū)域,需要轉(zhuǎn)錄終止因子的參與(DNA結(jié)合蛋白)UCE結(jié)合因子選擇性因子當(dāng)前第40頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)RNApolⅢ所負(fù)責(zé)的DNA的轉(zhuǎn)錄負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄小分子RNA,如tRNA,5SrRNA,snoRNA等III類啟動(dòng)子分為內(nèi)部啟動(dòng)子和外部啟動(dòng)子遠(yuǎn)端序列元件近端序列元件當(dāng)前第41頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)終止與原核生物不需要ρ因子的機(jī)制類似,富含GC的序列和小串U,U長(zhǎng)度短于原核生物,GC序列不需要形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第42頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)RNApolⅡ負(fù)責(zé)的DNA的轉(zhuǎn)錄負(fù)責(zé)催化合成mRNA,帶有帽子結(jié)構(gòu)的snRNA以及某些病毒RNA的轉(zhuǎn)錄控制RNApolII所負(fù)責(zé)的基因轉(zhuǎn)錄的順式作用元件
II類啟動(dòng)子上游誘導(dǎo)元件
增強(qiáng)子沉默子等
當(dāng)前第43頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)II類啟動(dòng)子II類啟動(dòng)子由核心啟動(dòng)子(corepromoter)和上游啟動(dòng)子元件(upstreampromoterelement,UPE)組成當(dāng)前第44頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)核心啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子也稱為基礎(chǔ)啟動(dòng)子(basalpromoterorminimalpromoter),相當(dāng)于原核生物的啟動(dòng)子,參與招募和定位RNApolⅡ到轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn),從而正確地起始轉(zhuǎn)錄,包括:
TATA盒
起始子(initiator,Inr)
下游啟動(dòng)子元件(downstreampromoterelement,DPE)TFIIB識(shí)別元件(TFIIBrecognitionelement,BRE)當(dāng)前第45頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)核心啟動(dòng)子TATA盒
位于-25到-30區(qū)域的一段富含AT的堿基序列,與原核生物Pribnow盒/-10區(qū)類似保守序列是TATAAA兩類基因沒(méi)有TATA盒(看家基因和發(fā)育調(diào)節(jié)基因)特異性基因(specializedgene)通常都具有TATA盒參與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的定位當(dāng)前第46頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)核心啟動(dòng)子起始子(initiator,Inr)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近具有保守性序列,是起始最佳轉(zhuǎn)錄所必需的,稱為起始子起始子和TATA盒決定轉(zhuǎn)錄的起點(diǎn)當(dāng)前第47頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)核心啟動(dòng)子TFIIB識(shí)別元件(TFIIBrecognitionelement,BRE)
轉(zhuǎn)錄因子TFIIB的識(shí)別位點(diǎn),位于TATA盒上游,保守序列為(G/C)(G/C)(G/A)CGCC下游啟動(dòng)子元件(downstreampromoterelement,DPE)
果蠅基因啟動(dòng)子普遍有DPE,保守序列是G(A/T)CG位于Inr下游約30bp處,作用需要Inr存在可以補(bǔ)償因TATA盒缺失造成的轉(zhuǎn)錄抑制當(dāng)前第48頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)上游啟動(dòng)子元件上游啟動(dòng)子元件(upstreampromoterelement,UPE)/上游激活序列(upstreamactivatingsequence,UAS)位于核心啟動(dòng)子上游近側(cè),調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的效率,包括:GC盒
富含GC堿基對(duì)(GGGCGG/CCGCCC),通常位于TATA盒上游且不止一個(gè)拷貝
特異性轉(zhuǎn)錄因子Sp1與GC盒結(jié)合能夠增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率CCAAT/CAAT盒
-70~-80bp左右,與轉(zhuǎn)錄因子CTF結(jié)合當(dāng)前第49頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)上游誘導(dǎo)元件上游誘導(dǎo)元件(upstreaminducibleelement,UIE)
有些基因受到細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境中各種特殊信號(hào)誘導(dǎo)才表達(dá),UIE存在這些基因核心啟動(dòng)子上游,如:
激素反應(yīng)元件(hormoneresponseelement,HRE)cAMP反應(yīng)元件(cAMP-responseelement,CRE)
金屬反應(yīng)元件(metal-responseelement,MRE)
熱激反應(yīng)元件(heat-shockresponseelement,HSE)
CTNGAATNTTCTAGA,由HSP70或其他激活蛋白識(shí)別當(dāng)前第50頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\9點(diǎn)增強(qiáng)子和沉默子增強(qiáng)子(enhancer)是一種能夠大幅度增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄效率的順式作用元件沉默子(silencer)是一種抑制基因轉(zhuǎn)錄的順式作用元件增強(qiáng)子作用特點(diǎn):
1)遠(yuǎn)距離效應(yīng)2)無(wú)方向性3)順式調(diào)節(jié)4)無(wú)物種和基因的特異性5)有組織和細(xì)胞特異性6)有的增強(qiáng)子可以對(duì)外部信號(hào)產(chǎn)生反應(yīng)當(dāng)前第51頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期三\
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