细菌的遗传变异-8.ppt

细菌的遗传和变异 遗传物质是DNA 遗传物质是DNA 有时是RNA 的证据 1 细菌的转化 2 噬菌体的侵染和繁殖 遗传物质是DNA 有时是RNA 的证据 遗传物质是DNA 有时是RNA 的证据 3 病毒的重建 DNA和RNA的分子结构和复制 DNA和RNA的分子结构和复制 1953年 Watson和Crick关于碱基互补配对的规律 阐明了DNA的空间结构 RNA的分子结构 DNA和RNA的分子结构和复制 遗传物质的复制 双链DNA的复制 半保留复制 遗传物质的复制 双链DNA的复制 半保留复制 DNA与遗传密码 DNA与遗传密码 由A T U C G组成的三联体密码 tRNA的结构 在核糖体上合成蛋白质 1 启动阶段 肽链的延伸阶段 受位 A 和 给位 P 进位反应 转位反应 移位反应 终止阶段 肽链的延伸阶段和终止阶段 中心法则 真核生物的染色体 原核生物的染色体 染色体的形态 真核生物的染色体 四级结构 DNA双螺旋结构 核小体 浓缩的染色质 中期染色体 原核生物的染色体 原核生物的染色体与细胞质没有核膜分开 因此三个过程紧密联系 转录 加工过程中内含子被切除 细胞核 转运到细胞质外 翻译 细胞质 真核生物 细菌染色体 细菌属于原核细胞型微生物 细菌染色体是环状双螺旋DNA 不含组蛋白 无核膜包围 基因 是具有一定生物学功能的核苷酸序列 如编码结构蛋白 酶等功能 细菌基因的结构是连续的 无内含子 细菌染色体DNA的复制 大肠埃希菌已证明是双向复制 质粒 plasmid 质粒是细菌染色体外的遗传物质 是环状闭合的双链DNA 大质粒小质粒几种重要的质粒致育质粒 F质粒 耐药质粒毒力质粒 Vi质粒 细菌素质粒代谢质粒 致育质粒 F质粒 与有性生殖有关带有F质粒的为雄性菌 能长出性菌毛 无F质粒的为雌性菌 无性菌毛 耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性 可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药质粒 又称R质粒不能通过接合传递的非接合性耐药质粒 但可通过噬菌体传递 毒力质粒 Vi质粒 编码与该菌致病性有关的毒力因子 如致病性的大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由ST质粒编码的 细菌粘附定植在肠粘膜表面是由K质粒决定的 细菌素质粒 编码各种细菌产生的细菌素 Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素 代谢质粒 编码产生相关的代谢酶 沙门菌发酵乳糖的能力通常是由质粒决定的 质粒的特征 自我复制能力 为复制子 单拷贝或多拷贝紧密型质粒和松弛型质粒编码产物赋予细菌某些性状特征可自行丢失与消除有转移性可分为相容性和不相容性 转座因子 是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段 它能在DNA分子中移动 不断改变它们在基因组的位置 能从一个基因组转移到另一个基因组中 转座因子 插入序列 insertionsequence IS 是最小的转位因子 长度不超过2kb 不携带任何已知与插入功能无关的基因区域 往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用 可能是原细胞正常代谢的调节开关之一 转座因子 转座子 transposon Tn 长度一般超过2kb 除携带与转位有关的基因外 还携带耐药性基因 抗金属基因 毒素基因及其他结构基因等 因此当Tn插入某一基因时 一方面可引起插入基因失活产生基因突变 另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性 转座子可能与细菌的多重耐药性有关 转座子的特征 转座因子 转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体 当整合到细菌染色体上 能改变溶原性细菌的某些生物学性状 如白喉棒状杆菌 肉毒梭菌等的外毒素就是由转座噬菌体的有关基因所编码的 另外 转座噬菌体从细菌染色体分离脱落时 可能连带有细菌的DNA片段 故它还可能在遗传物质转移过程中起载体作用 二 遗传信息的传递和基因的表达 基因到蛋白质 基因 RNA 转录 蛋白质 翻译 细菌基因的结构 启动子 RBS 编码序列 终止子 基因的转录 RNA聚合酶和启动子全酶 核心酶 因子起始 10序列和 35序列终止 终止子细菌中常常是几个基因连续转录 mRNA的加工原核细胞转录翻译同时进行真核细胞中mRNA要经过加帽 加尾 拼接等过程产生成熟的mRNA 翻译 起始肽链延长翻译终止 基因表达的调节 组成型酶 持续合成诱导型酶 需要时诱导合成调控水平转录翻译翻译后调节 操纵子 操纵子是原核基因组的突出结构特点 是指数个功能上相关联的结构基因串联在一起构成信息区 连同其上游的调控区和下游的转录终止信号构成基因表达单位 结构基因 乳糖操纵子包含3个结构基因 lacZ lacY lacA LacZ合成 半乳糖苷酶 lacY合成透过酶 lacA合成乙酰基转移酶 启动基因P 位于操纵基因的附近 它的作用是发出信号 mRNA合成开始 该基因也不能转录成mRNA 乳糖操纵子 三 微生物的变异和基因重组 突变转换颠换移码诱变 基因的转移和重组 基因转移外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移 genetransfer 重组转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组 recombination 使受体菌获得供体菌的某些性状 细菌的基因转移和重组可通过转化 接合 转导 溶原性转换和细胞融合等方式进行 转化 transformation 转化是供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取 使受体菌获得新的性状 转化现象在肺炎链球菌 葡萄球菌和流感嗜血杆菌等中被证实 转化 转化因子 transformingprinciple 在转化过程中 转化的DNA片段称为转化因子 分子量小于107 最多不超过10 20个基因 感受态 competence 受体菌只有处于感受态时 才能摄取转化因子 细菌处于感受态是因为其表面有一种吸附DNA的受体 自溶素 核酸酶 转化 转化因子吸附在受体菌表面受体上 然后再被摄入 解链 一链进入受体菌 另一链为进入提供能量 重组 DNA复制重组菌繁殖后 获得新的性状的细菌称为转化菌的突变株 转化 接合 conjugation 接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通 将遗传物质 主要是质粒DNA 从供体菌转移给受体菌 接合性质粒 能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒 F质粒 R质粒 Col质粒和毒力质粒 接合 F质粒的接合F F 高频重组菌 highfrequencyrecombination Hfr F F Hfr F 都为雄菌 原核生物质粒的接合 接合 接合 接合 接合 转导 transduction 转导是以噬菌体为载体 将供体菌的一段DNA转移到受体菌内 使受体菌获得新的性状 普遍性转导 generalizedtransduction 局限性转导 restrictedtransduction 普遍性转导 普遍性转导 被误包装的DNA可以是供体菌中的任何部分 包括质粒 故称为普遍性转导 普遍性转导 完全转导外源性DNA片段与受体菌的染色体整合 并随染色体而传代 称完全转导流产转导外源性DNA片段游离在胞质中 既不能与受体菌染色体整合 也不能自身复制 称为流产转导 局限性转导 局限性转导或特异性转导 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因 如 噬菌体进入大肠埃希菌 局限性转导 普遍性转导与局限性转导的区别 溶源转变 lysogenicconversion 当温和噬菌体感染其宿主而使之发生溶源化时 因噬菌体的基因整合到宿主的基因组上 而使后者获得新性状的现象 溶源转变获得的新性状会噬菌体的丧失而消失 溶源转变与转导有本质的不同 不携带任何供体菌的基因 噬菌体是完整的 而不是缺损的 白喉棒状杆菌不产毒素的白喉杆菌 感染噬菌体 产毒素的白喉杆菌 原生质体融合 protopastfusion 原生质体融合是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理 失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程 聚乙二醇可促使二种原生质体的融合 原生质体融合是一种人工基因转移系统 基因转座 转座效应插入突变调控相邻基因的表达应用诱变和转基因的手段 四 基因工程 基因工程 在基因水平 分子水平上的生物工程 基本操作过程包括 目的基因的获取选择合适的载体DNA体外重组和转化克隆子的筛选 目的基因的获得 从适当的供体细胞DNA中分离mRNA合成cDNAPCR合成 模板 引物 DNA聚合酶 dNTP 反应缓冲液 体系组成 变性 退火 延伸 反应过程 选