微生物遗传学遗传的物质基础.ppt

第二章微生物的遗传物质,第一节遗传物质的本质,主讲：秦鸿雁医学遗传学与发育生物学教研室,一、DNA是遗传物质,（一）DNA作为主要遗传物质的间接证据,1.DNA含量恒定性。配子DNA=1/2体细胞，多倍体DNA含量倍增，但细胞内而蛋白质含量是不恒定的。2.DNA代谢稳定性。3.DNA是所有生物染色体所共有的。4.UV激发最有效波长是2600Ao，与DNA所吸收的UV光谱是一致的。,（二）DNA作为主要遗传物质的直接证据,Griffith的试验（1928）材料：R型肺炎双球菌，粗糙型无毒S型肺炎双球菌，光滑型有毒家鼠方法：a.少量R家鼠b.大量S(予先加热65杀死)家鼠,注入,注入,1.细菌的转化(Transformation)一种生物由于接受了另一种生物的遗传物质（DNA或RNA）而表现出后者的遗传性状，或发生遗传性状改变的现象。,推测:被加热杀死的S型肺炎双球菌必然含有某种促成以上结果的活性物质,1944年Avery等从S抽提液中部分纯化了此转化因子，而且此物质不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酶（Rnase）的影响，只能为DNA酶所破坏，证明它是DNA。利用此DNA样品加入R型细菌的培养物中，得到菌落中含有了S型球菌。这个实验证明了使肺炎球菌的遗传性发生改变的转化因子是DNA，而不是蛋白质。这一发现极大地推动了对核酸的结构和功能的研究。,2.噬菌体侵染与繁殖实验：（1）用P32标记T2噬菌体的DNAS35标记T2噬菌体的蛋白质（2）分别感染大肠杆菌（3）10min用搅拌器甩掉附着于细胞外面的噬菌体外壳,发现a.全部放射性活动(P32)见于细菌内子代b.放射性(S35)大部分见于被甩掉的外壳中子代DNA是遗传物质,噬菌体侵染实验,遗传物质必须具有以下特性：（1）贮存并表达遗传物质；（2）能把遗传信息传给子代；（3）物理和化学性质稳定；（4）有遗传变化的能力。,DNA具有上述特性，适合作为遗传物质。,二、RNA是遗传物质,实验证据：烟草花叶病毒(TMV)TMV病毒是RNA与蛋白质组成。(1)用RNA接种到烟叶上发病(2)用蛋白质接种烟草叶上不发病(3)用RNA+RNA酶接种到烟叶上不发病RNA是遗传物质,三、存在核酸之外的其它遗传物质,朊病毒（prion=proteinaceousinfectiousagent）：意为蛋白质样的感染性粒子。只有蛋白质而没有核酸的病毒。,美国生物学家S.B.Prusiner2019年诺贝尔医学或生理学奖,这种因子具有可感染性。与病毒类似，搔痒病的感染性粒子是滤过性的，但与病毒不同的是，福尔马林处理不能完全消除其传染性。它可被蛋白酶K灭活，但不能被核酸酶处理和UV辐射灭活，表现出典型的蛋白质性质。在高度纯化的感染性物质中检测不到大于100nt的核酸，因而这种感染性的粒子不是核酸。,朊病毒特性：比已知的最小的常规病毒还小得多（约3050nm）。电镜下观察不到病毒粒子的结构，经负染后才见到聚集而成的棒状体，其大小约为10250 x100200纳米，且不呈现免疫效应，不诱发干扰素产生，也不受干扰作用。滤过性致病性传染性宿主范围的特异性：是羊搔痒病的致病因子，它导致山羊和绵羊的退行性神经疾病的原因。这种病与影响人脑功能的库鲁病（新几内亚震颤病）和克雅氏病及疯牛病类似。,朊病毒是一个36kDa的疏水性的糖蛋白，称为朊病毒蛋白（prionprotein,PrP）。PrP由宿主细胞核基因PRNP编码。在正常动物的脑中也有表达。,有两种形式：PrPc和PrPsc正常的脑组织中发现的产物是PrPc可被蛋白酶完全降解；而PrPsc只存在被感染的脑组织，对蛋白酶的降解有较强的抗性，只能部分被降解。PrPc是个可溶性的蛋白质，而PrPsc很难溶解。两种蛋白质具有相同的一级结构，但二级结构却十分不同，PrPc的螺旋的含量约为40，几乎没有片层结构，相反PrPsc则含有高达50的片层结构，而螺旋的含量仅为20。因而二者之间结构上的差异可能导致对蛋白酶抗性的不同。,推测搔痒病的发生是感染性的PrPsc与内源的PrPc共同作用的结果。,PrPc转化为PrPsc的机制的不同模式：,构象转化模式（Conformationalmodel）模板辅助模式（template-assistedmodel）：PrPsc形式比PrPc的稳定，但由PrPc到PrPsc的转化在动力学上是不利的。PrPsc可以催化PrPc分子结构的变化。它可结合并稳定PrPc到PrPsc的中间体，通过增加不稳定的中间体的数量或提高中间体自发地转化为PrPsc地速率，促进生成更多稳定地PrPsc。模板辅助模式类似于一些蛋白质动力学控制的构型转化，如流感血球凝集素、枯草杆菌蛋白酶等。,成核聚合模式（nucleation-polymerizationmodel）：PrPsc的生成是一个依赖于晶核生成的聚合过程，在事先没有聚集体存在时，PrPc与PrPsc之间的转化是可逆的，但PrPsc没有PrPc稳定，PrPsc聚集体可与PrPc单体结合并使之稳定。感染缓慢的发生，如同结晶过程中引入晶种并生成晶体一样。成核聚合模型类似于微管蛋白的聚集、晶体的生成、镰刀型血红蛋白的形成、病毒衣壳粒的组装、细菌鞭毛的聚集等生物过程。,推荐的相关论著：Satpute-KrishnanP,SerioTR.Prionproteinremodellingconfersanimmediatephenotypicswitch.Nature.2019;437(7056):262-5.SilveiraJR,RaymondGJ,HughsonAG,RaceRE,SimVL,HayesSF,CaugheyB.Themostinfectiousprionproteinparticles.Nature.2019;437(7056):257-61,第二节遗传物质的存在状态,从细胞观点，生物分为：,真核生物,原核生物：,高等动物,植物,部分微生物：原生动物、真菌、单细胞藻类,细菌、放线菌、噬菌体,就遗传物质而言：,一、DNA在真核类微生物中的存在状态,如，粗糙脉孢菌,七条染色体，每一条染色体都有染色粒、随体及核仁组织中心,中期染色体,核型模式,以细胞器形式存在的真核微生物DNA,-叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等,以细胞器形式存在的真核微生物DNA,-叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等,结构特性,成分复杂。包括DNA、蛋白质、脂质类及RNA等成分结构复杂而多样。如，叶绿体和线粒体具有复杂膜结构；中心粒和毛基体都具有微管或微纤丝结构。功能不一。数目不一。自我复制。一旦消失，后代细胞中将不会出现。,二、DNA在原核微生物中的存在状态,染色体和质粒,第三节染色体倍性和生活史,一、染色体倍性,单倍体和二倍体的状态交替生存现象是生物界的一个普遍现象。,高等动物和植物：二倍体微生物的原生动物大部分：二倍体细菌和放线菌、真菌：单倍体酵母菌：二倍体和单倍体都有,二、生活史（lifecycle）,一般指某种生物一生中的变化。具体指生物的单倍体和二倍体的交替存在。,以生活史为标准，生物可划分为三种类型：二倍性生物（高等动物）单倍性生物（多数生物）双单性生物（酵母菌）举例：,粗糙脉孢菌的生活史,酵母菌的生活史,小结：,遗传物质的证明遗传物质存在的状态染色体倍性和生活史,问答题：举例说明遗传物质的本质？,如何做SeminarPresentation,Seminar?（专题研究）,Semen：aseed,Seminary,Seminar:,seedbed,(seedbedofthought),Seminar,“Asmallgroupofadvancedstudentsinacollegeorgraduateschoolengagedinoriginalresearchorintensivestudyundertheguidanceofaprofessorwhomeetsregularlywiththemtodiscusstheirreportsandfindings.”,“大学或研究生院中在教授的指导下，从事开创性研究或深入学习的一小群先进的学生，教授定期与他们讨论他们的报告和发现。”即人们常说的大学研究班、研究讨论会。,如何选择一篇好的专题研究报告的文章？,TopJournal,Interesting,Originalresearch,SeminarVS.Review,Asciencereview:Aperiodicalcontainingcriticalevaluationsandarticlesonspecificsubjects,SeminarVS.JournalClub,JournalClub:Arecordofevents,personalexperiencesandthoughtsetc.,keptdaybyday.,好的Seminar报告文章,新的观念（Newideas）新的技术（Newtechnology）具有讨论性的主题（Hypothesis）,Seminar报告内容,题目、文章出处及研究团队前言作者所欲证实的理论实验设计实验结果与讨论结果,Seminar最重要是能提出文章所要证实的hypothesis,Hypothesis,AberrantAIDexpressioncontributestowidespreadgenomicinstability,Imatinibresistance,andBlymphoidblastcrisisprogressionofCML.,如何介绍实验方法？,先介绍实验的目的，然后简要地介绍作者所应用的方法；,如何介绍实验结果？,借助幻灯片传达明确和准确的信息；引导听众去解读文章数据和数据的意义；说明实验结果的学术意义。,DLBCL(GC-deriveddiffuse-largeBcelllymphomacells),Question1:whetherAIDisimplicatedinCMLprogressionintofatalblastcrisis?,CD34+marker,实时定量RT-PCR,Western-Blot,FACS,实时定量RT-PCR,AIDisabsentinchronic-phaseCML,itisexpressedandactiveinasubsetofpatientswithCML-LBC,andco-expressedwiththeB-celllineage-inducerPAX5.,如何进行讨论？,讨论的内容：实验的设计数据的解读证据的充分理论的突破,文章很少有完美无缺的,不完美的原因：实验设计的不周详技术上的困难样品取之不易,如何下结论？（Takehomemessage）,下结论可以是文章作者的结论，但报告者要试着去批判其结论的可信度，也可提出自己的结论。所有的结果几乎都是条件性的成立，因此下结论要不卑不亢，要具有积极性。,Commonproblemsseenintheseminarpresentation,doesn