微生物学第六章教学课件

微生物学第六章教学课件第一页，共四十三页，2022年，8月28日重点和难点1，细菌的基因水平转移方式；2，转座，转座子的类型及其遗传效应。第二页，共四十三页，2022年，8月28日第三页，共四十三页，2022年，8月28日OswaldT.Averyandhiscolleaguesthensetouttodiscoverwhichconstituentintheheat-killedvirulentpneumococciwasresponsibleforGriffith’stransformation.Theseinvestigatorsselectivelydestroyedconstituentsinpurifiedextractsofvirulentpneumococci,usingenzymesthatwouldhydrolyzeDNA,RNA,orprotein.TransformationofthenonvirulentbacteriawasblockedonlyiftheDNAwasdestroyed,suggestingthatDNAwascarryingtheinformationrequiredfortransformation.Thepublicationofthesestudies

providedthefirstevidencethatGriffith’stransformingprinciplewasDNAandthereforethatDNAcarriedgeneticinformation.第四页，共四十三页，2022年，8月28日第五页，共四十三页，2022年，8月28日第六页，共四十三页，2022年，8月28日第七页，共四十三页，2022年，8月28日第八页，共四十三页，2022年，8月28日第九页，共四十三页，2022年，8月28日第十页，共四十三页，2022年，8月28日第十一页，共四十三页，2022年，8月28日Genehorizotaltransfer(基因的水平转移）目前来说，微生物的基因水平转移方式主要有三种：转化（transformation）；转导（transduction)；和接合转移（conjugation)。A,供体(donor)：提供DNA的细菌细胞；B,受体(recipient)：获得DNA的细胞；C,供体基因进入受体细胞产生的结果：（1）暂时存在于受体细胞中，在细胞分裂过程中被丢失；（2）整合到受体细胞基因组中；（3）外源基因置换受体中的部分基因。第十二页，共四十三页，2022年，8月28日DNATransformation（转化）OnewayinwhichDNAcanmovebetweenbacteriaisthroughtransformation,discoveredbyFredGriffithin1928.TransformationistheuptakebyacellofanakedDNAmoleculeorfragmentfromthemediumandtheincorporationofthismoleculeintotherecipientchromosomeinaheritableform.InnaturaltransformationtheDNAcomesfromadonorbacterium.Theprocessisrandom,andanyportionofagenomemaybetransferredbetweenbacteria.第十三页，共四十三页，2022年，8月28日转化（transformation)：受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象。转化子（transformant）:通过转化方式而形成的杂种后代称为转化子。感受态（competence）:

受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态。DNATransformation（转化）第十四页，共四十三页，2022年，8月28日第十五页，共四十三页，2022年，8月28日转化过程第十六页，共四十三页，2022年，8月28日Whenbacterialyse,theyreleaseconsiderableamountsofDNAintothesurroundingenvironment.Thesefragmentsmayberelativelylargeandcontainseveralgenes.Ifafragmentcontactsacompetent(感受态）cell,oneabletotakeupDNAandbetransformed,itcanbeboundtothecellandtakeninside.当细菌裂解后，它们向环境中释放大量的DNA。其中的某些DNA片段相对比较大，含有多个基因。如果其中一个片段与感受态细胞接触，后者就会与之结合，并将其转移到细胞内。第十七页，共四十三页，2022年，8月28日Thetransformationfrequencyofverycompetentcellsisaround10-3formostgenerawhenanexcessofDNAisused.Thatis,aboutonecellineverythousandwilltakeupandintegratethegene.Competencyisacomplexphenomenonandisdependentonseveralconditions.Genetransferbythisprocessoccursinsoilandmarineenvironmentsandmaybeanimportantrouteofgeneticexchangeinnature.第十八页，共四十三页，2022年，8月28日Artificialtransformationiscarriedoutinthelaboratorybyavarietyoftechniques,includingtreatmentofthecellswithcalciumchloride,whichrenderstheirmembranesmorepermeabletoDNA.

Thisapproachsucceedsevenwithspeciesthatarenotnaturallycompetent,suchasE.coli.人们在实验室可以通过多种技术制备感受态细胞，例如：使用CaCl2处理细胞，处理后的细胞对DNA的通透性增强。这种方法已经成功的应用于许多自然条件下非感受态的微生物，如大肠杆菌。第十九页，共四十三页，2022年，8月28日第二十页，共四十三页，2022年，8月28日Transduction（转导）Transductionisthetransferofbacterialgenesbyviruses.Bacterialgenesareincorporatedintoaphagecapsidbecauseoferrorsmadeduringtheviruslifecycle.Theviruscontainingthesegenestheninjectsthemintoanotherbacterium,completingthetransfer.Transductionmaybethemostcommonmechanismforgeneexchangeandrecombinationinbacteria.Therearetwoverydifferentkindsoftransduction:generalizedtransduction(普遍性转导）andspecializedtransduction（特异性转导）.第二十一页，共四十三页，2022年，8月28日Transduction（转导）第二十二页，共四十三页，2022年，8月28日Generalizedtransductionoccursduringthe

lyticcycleofvirulentandtemperatephagesandcantransferanypartofthebacterialgenome.Duringtheassemblystage,whentheviralchromosomesarepackagedintoproteincapsids,randomfragmentsofthepartiallydegradedbacterialchromosomealsomaybepackagedbymistake

（误包）.

Thisphageisknownasageneralizedtransducingparticleorphageandissimplyacarrierofgeneticinformationfromtheoriginalbacteriumtoanothercell.第二十三页，共四十三页，2022年，8月28日完全普遍转导第二十四页，共四十三页，2022年，8月28日第二十五页，共四十三页，2022年，8月28日Asintransformation,oncetheDNAhasbeeninjected,itmustbeincorporatedintotherecipientcell’schromosometopreservethetransferredgenes.TheDNAremainsdoublestrandedduringtransfer,andbothstrandsareintegratedintotheendogenote’sgenome.About70to90%ofthetransferredDNAisnotintegratedbutoftenisabletosurviveandexpressitself.Abortivetransductants（流产转导子）arebacteriathatcontainthisnonintegrated,transducedDNAandarepartialdiploids.第二十六页，共四十三页，2022年，8月28日局限性转导第二十七页，共四十三页，2022年，8月28日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

温和噬菌体第二十八页，共四十三页，2022年，8月28日接合作用（conjugation）定义供体菌（雄性）通过性菌毛与受体菌（雌性）直接接触，把质粒或其携带的不同长度的核基因片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象接合子（conjugant）通过接合而获得新遗传性状的受体细胞

接合作用主要存在于细菌和放线菌中，在所有对象中，接合现象研究得最多，了解得最清楚的当推E.coli，其有性别分化，决定其性别的是细胞内的F质粒（F因子）第二十九页，共四十三页，2022年，8月28日1.F+×F-F+F-F+F-F+F+F+F+在F质粒的一条单链特定位点上产生裂口单链B单链A5ˊ端为先导滚环复制BBˊAAˊ第三十页，共四十三页，2022年，8月28日E.coli的4种接合型菌株根据F质粒在细胞内的存在方式a.F+菌株b.F-菌株c.Hfr菌株d.Fˊ菌株接合过程“雄性”菌株，细胞内含F质粒，细胞表面有1至几条性菌毛，F因子独立存在“雌性”菌株，不含F因子，无性菌毛，可通过与F+或Fˊ菌株的接合作用接受F因子而变成F+菌株；高频重组菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离核染色体组时，可重新形成游离的但携带整合位点邻近一小段核染色体基因的特殊F质粒，称为F′因子。细胞表面同样有性菌毛。第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日第三十二页，共四十三页，2022年，8月28日第三十三页，共四十三页，2022年，8月28日溶源转变（lysogenicconversion）正常温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫性外新性状的现象。表面上与上述的转导相似，但本质上却截然不同第三十四页，共四十三页，2022年，8月28日不同之处：

1、噬菌体为不携带任何外源基因的正常噬菌体；

2、是噬菌体的基因而不是供体菌的基因提供了宿主的新性状；

3、噬菌体基因的整合到宿主染色体上导致宿主获得新性状，不是通过基因重组而形成的稳定转导子；

4、宿主获得新性状具有不稳定性，随噬菌体的消失而同时消失。第三十五页，共四十三页，2022年，8月28日项目溶源转变转导噬菌体正常噬菌体缺陷噬菌体外源基因来源无供体菌新性状产生原因溶源化基因重组表型稳定性不稳定稳定（转导子）溶源转变与转导的比较第三十六页，共四十三页，2022年，8月28日接合(conjugation)：细胞与细胞的直接接触(由F因子介导)转导(transduction)：由噬菌体介导转化(transformation)：游离DNA分子+感受态细胞简单比较第三十七页，共四十三页，2022年，8月28日TransposableElementsThechromosomesofbacteria,viruses,andeucaryoticcellscontainpiecesofDNAthatmovearoundthegenome.Suchmovementiscalledtransposition（转座）.DNAsegmentsthatcarrythegenesrequiredforthisprocessandconsequentlymoveaboutchromosomesaretransposableelements（转座因子）or

transposons（转座子）.第三十八页，共四十三页，2022年，8月28日UnlikeotherprocessesthatreorganizeDNA,transpositiondoesnotrequireextensiveareasofhomologybetweenthetransposonanditsdestinationsite.Transposonsbehavesomewhatlikelysogenicprophagesexceptthattheyoriginateinonechromosomallocationandcanmovetoadifferentlocationinthesamechromosome.Transposableelementsdifferfromphagesinlackingaviruslifecycleandfromplasmidsinbeingunabletoreproduceautonomouslyandtoexistapartfromthechromosome.第三十九页，共四十三页，2022年，8月28日Theywerefirstdiscoveredinthe1940sbyBarbaraMcClintockduringherstudiesonmaizegenetics(adiscover