第八章---微生物的遗传和变异(2).ppt

一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变.,基因突变:,三、微生物的变异机制,（一）、基因突变与损伤修复,突变,自发突变,诱变,环境因素的影响,DNA复制过程的偶然错误等而导致,一般频率较低,通常为10-6-10-9。,某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接作用，突变以较高的频率产生。,1、诱发突变：物理、化学核生物的因素，提高突变率的人为的作法（1）碱基的置换,基因突变的机制,（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误,错误+错误-+正常-正常+正常,（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位(略）,突变的特点1.不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系.（变量试验、涂布试验、平板影印培养试验）2.自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生.3.稀有性：突变率低且稳定。突变率:每一世代中发生某一性状突变的几率4.独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。5.诱变性：诱变剂可提高突变率。6.稳定性：变异性状稳定可遗传。7.可逆性：原始的野生基因到变异株的突变称为正向突变，相反的过程则称为回复突变或回变。8、随机性：对某一细胞、某一基因某一时刻的随机性。,1、紫外线对DNA的损伤及其修复,嘧啶,嘧啶二聚体,UV,1、光复活作用,嘧啶二聚体,嘧啶,光解酶,2、切除修复,（二）、原核微生物的基因的转移与重组,外源性的遗传物质由供菌体转入受菌细胞内的过程称为基因转移。供体菌的基因与受体菌DNA整合在一起的过程，称为重组。细菌的基因转移和重组通常通过转化、接合、转导和细胞融合等方式完成。,1、转化指供菌体游离的DNA片段被受菌体直接摄取，使受菌体获得新的性状的过程。,供体菌,受体菌,DNA片段,1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力进行自然转化，需要二方面必要的条件：,转化因子,、建立了感受态的受体细胞感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制，一般出现在细菌对数生长的后期。人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内。用Ca2+与Mg2+处理，可增加感受细胞摄取DNA的能力。、外源游离DNA分子（转化因子）,转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）,噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒,转染(transfection)：,转染的特点：提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。,转化过程的特点：a）对核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供体细胞；c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多,人工转化,用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。,在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段，是基因工程的奠基石和基础技术。,不是由细菌自身的基因所控制；,用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。,质粒的转化效率高；,2、细菌的转导（transduction）,以转导噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移重组到受体菌内，使受体菌获得新的性状的过程。,细菌转导的类型：,普遍转导,局限转导,完全普遍转导流产普遍转导,低频转导高频转导,局限转导与普遍转导的主要区别,溶源转变,普遍转导（generalizedtransduction）,噬菌体可以转导供体菌染色体的任何部分到受体细胞中的转导过程。,普遍性转导的三种后果：,外源DNA被降解，转导失败。,进入受体的外源DNA通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子，完全转导,即不能与受菌体染色体整合，也不能自身复制，流产转导,完全普遍转导,转导DNA不能进行整合、重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。因此群体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得到其基因产物，在选择培养基平板上形成微小菌落,流产普遍转导,局限转导,温和噬菌体感染,整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发生溶源化,溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体DNA上,部分缺陷的温和噬菌体,把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中,温和噬菌体裂解时的不正常切割：包含gal或bio基因,缺陷噬菌体DNA分子在宿主细胞内能够象正常的DNA分子一样进行复制、包装，提供所需要的裂解功能，形成转导颗粒，但没有正常噬菌体的溶源性和增殖能力，感染受体细胞后，通过DNA整合进宿主染色体而形成稳定的局限转导子。,低频转导,低频转导裂解物,正常噬菌体,极少量的部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）,转导颗粒,局限转导子（极少量）,低感染复数,高频转导,低频转导裂解物,正常噬菌体,极少量的部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）,转导颗粒,三次感染，三次整合，一次切割，两次复制，两次裂解，两次转导,高感染复数,双重溶源菌,缺陷噬菌体和正常噬菌体同步复制,高频转导裂解物,部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）,正常噬菌体,等量,转导颗粒,局限转导子（大量）,低感染复数,局限转导与普遍转导的主要区别：,a）局限转导中被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。,b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性。,溶源转变是一个与转导相似又不同的现象,温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整合