微生物的遗传和变异.ppt

微生物的遗传和变异,本章要点：,遗传变异的物质基础噬菌体基因突变的分子机制突变株的类型及应用微生物的基因转移与重组,几个概念：,遗传型（genotype）表型（phenotype）饰变（modification）变异（variation）,遗传型（genotype）,又称基因型，指某一生物所含有的全部遗传因子，即基因型所携带的遗传信息。遗传型环境条件表型,表型（phenotype）,指某一生物所具有的一切外表特征和内在特性的总和。,第一节遗传变异的物质基础,一、微生物的遗传物质证明:核酸，尤其是DNA，是遗传、变异的真正的物质基础。,三个经典实验：,1）经典转化实验2）噬菌体感染实验3）植物病毒重建实验,肺炎球菌转化试验,肺炎球菌转化试验,Avery的实验,DNA结构与功能,结构：双螺旋结构功能：储存、复制、传递遗传信息复制方式：半保留复制中心法则：DNARNA蛋白质,DNA的二级结构,基因（gene),携带生物遗传信息、控制一个特定性状的结构单位及功能单位。,原核微生物（细菌）基因组成：,由结构基因、操纵基因、启动子、调节基因共同组成,二、质粒,质粒：细胞核外染色体，具有独立复制能力的小型共价、闭合、环状的DNA分子。即cccDNA（circularcovalentlyclosedDNA）,质粒的特性：,具有独立复制能力；转移特性：少数质粒在不同菌株间可发生转移，如：F因子、R因子重组能力：质粒之间、质粒与核染色体之间发生重组质粒消除：子代细胞中质粒丢失的现象相容性-几种质粒可存在于同一菌体内，称相容性质粒。,有代表性的几种细菌质粒：,F因子：致育因子、性因子R因子：抗药性因子Col因子：产大肠杆菌素因子Ti质粒：诱癌质粒巨大质粒：mega质粒降解性质粒：代谢质粒,R因子：抗药性因子,由相连的两个DNA片段组成：RTF质粒：抗性转移因子R决定质粒：抗性决定子可作为理想的筛选标记；,转座因子（跳跃基因）,指细胞基因组中，能从一个位置转移到另一个位置的的一段DNA片段。种类：1.插入序列2.转座子,插入序列（insertionsequence,IS）,结构较简单，长度小于2Kb。只带有与自身转座功能相关的基因，不带有任何与插入无关的基因。,转座子（transposon,Tn）,结构较复杂，分子量大（2Kb以上），除了含有与转位有关的基因外，还至少携带1个决定细菌遗传性状有关的基因（如耐药性基因、重金属抗性基因、毒素基因等）。,-转座子携带的耐药/毒素基因-Tn1Tn2Tn3AP（氨苄青霉素）Tn4AP、SM（链霉素）、Su（磺胺）Tn5Tn6Km（卡那霉素）Ble（博来霉素）Tn1681大肠埃希菌（肠毒素基因）Tn971、551Em（红霉素）-,常见转座子种类,第二节噬菌体,噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。病毒的特性：个体微小，可以通过细菌滤器没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成只有一种核酸专性细胞内寄生,1、噬菌体的生物学性状,形态个体小，需用电子显微镜观察蝌蚪形、微球形和细杆形,E.coliT4噬菌体为例：头部：廿面体对称尾部：螺旋对称,2、噬菌体与宿主细胞的关系,烈性噬菌体：噬菌体进入宿主细胞后，完成五个阶段，最后导致宿主细胞裂解死亡。温和性噬菌体：噬菌体吸附并侵入宿主细胞后，噬菌体的DNA整合至宿主的核染色体组上，可长期随宿主DNA的复制而同步复制，不引起宿主细胞的裂解。,烈性噬菌体的增殖周期：,1）吸附2）侵入3）增殖4）成熟（装配）5）裂解（释放）,温和性噬菌体,温和性噬菌体侵入宿主细胞后，一般并不引起宿主细胞的裂解。在偶尔情况下，其中一个宿主细胞发生裂解，释放出子代噬菌体。,许多代不发生裂解的宿主细胞中检不到噬菌体的存在，但它们又具有产生成熟噬菌体粒子的能力，这种温和性噬菌体侵入宿主细胞所引起的特性叫溶源性（溶源性细菌）。,溶源转变：由于整合了温和噬菌体，溶源菌产生了新的生理特征。,第三节基因突变的分子机制,突变mutation指生物体遗传物质的结构发生了稳定性的改变，可遗传子代。分为：点突变染色体畸变,1、基因突变的规律,1）不对应性：环境与变异无对应性2）自发性和稀有性：非人为的诱变因素下自发发生自发突变率为10-610-93）独立性：一个基因的突变对其它基因突变的产生无影响。,4）诱变性：诱变剂可提高突变率，10105倍5）稳定性：突变性状稳定、可遗传6）可逆性：有回复突变,2、基因突变的机制：,基因突变分为诱发突变和自发突变。诱发突变：点突变：碱基置换：置换、颠换移码突变：缺失、添加染色体畸变：缺失、添加、易位、倒位,3、DNA损伤的修复,光复活作用：带嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗中可与光复活酶结合，在可见光作用下，光复活酶被激活，嘧啶二聚体解体。,暗修复作用：,不用可见光参与，在四种酶的作用下，切除嘧啶二聚体，重新合成一段正常的DNA。核酸内切酶核酸外切酶DNA聚合酶DNA连接酶,DNArepair:,第四节突变株的类型及应用,产量突变株抗性突变株条件致死突变株营养缺陷型突变株形态突变株抗原突变株,第五节基因转移与重组,1、转化（transformation)概念：受体菌(receptor)直接吸收来自供体菌(donor)的DNA片段，通过交换，将其整合到自己的基因组中，再经复制就使自己变成一个转化子(transformant)。这种受体菌接受供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象，称转化或转化作用。,2、接合(conjugation),概念：供体与受体细胞直接接触，借性菌毛传递大段DNA的过程。在受体细胞中发生交换、整合，使之获得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。通过接合而获得新性状的受体细胞就称接合子。,接合：,接合的机制：,F因子的传递F因子经接合传递后在受体菌中可有三种存在方式：,F质粒在受体菌中单独存在，使F-菌转变为F+菌，长出性菌毛。,F质粒经接合传递后,与染色体重组,形成高频重组株highfrequencyrecombinant,Hfr。Hfr的细菌，其染色体上带有F质粒，因此，也可产生性菌毛,形成高频重组株：F质粒与细菌染色体整合，并使细菌长出性菌毛,高频重组株Hfr,Hfr中的F质粒有时也可从Hfr中脱离下来。不正常切离时，形成带一小段染色体基因的特殊F质粒，这种质粒称为F质粒,3、转导(transduction),以缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，称转导子（transductant）。,）普遍转导（generalizedtransduction）,由完全缺陷噬菌体介导的转导现象。分为：完全转导(completetransduction)流产转导(abortivetransduction),完全转导(completetransduction),定义：由完全缺陷噬菌体将外源DNA片段导入受体细胞，经交换、整合、复制形成遗传性状稳定的转导子。,流产转导(abortivetransduction),定义：外源DNA片段不经交换、整合、复制，仅转录、转译和性状表达。,）局限转导：,定义：指通过部分缺陷的温和噬菌体，把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与受体菌基因整合、重组，形成转导子的现象。,根据转导频率的高低，局限转导可分为：低频转导（LFT）高频转导（HFT）,4、溶源转变,溶源转变：温和噬菌体以前噬菌体形式存在于细菌