微生物的遗传和变异

微生物的遗传和变异第1页，课件共85页，创作于2023年2月基本定义第一节微生物的遗传第二节微生物的变异第三节基因重组第四节遗传工程在环境保护中的应用第2页，课件共85页，创作于2023年2月遗传：生物的上一代将自己的一整套遗传因子传递给下一代的行为或功能。它具有极其稳定的特性。基因：基因是DNA分子上具有一定功能的区段，分为结构基因和调节基因遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因的总和。表型：指某一生物所具有的一切外表特征及内在特性的总和。遗传型在一定环境下的表现第3页，课件共85页，创作于2023年2月变异：生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。饰变：指不涉及遗传物质结构改变而发生在转录、转译水平上的表型变化第4页，课件共85页，创作于2023年2月第一节微生物的遗传经典实验核外DNA的种类DNA的结构与复制DNA的变性和复性第5页，课件共85页，创作于2023年2月经典试验：证明核酸是遗传信息的载体1、转化实验：1928年，Griffith等分别用肺炎R型/S型双球菌感染小鼠，得知S型菌株具有感染能力；利用热死的S菌株与R型菌株同时感染小鼠，发现小鼠染病，得出S型肺炎双球菌可以将具有遗传功能的物质传递给R型肺炎双球菌。1944年，在以上基础上用将S型菌的各组分分别与R型共同培养，得出结论——S型菌传递给R型菌的不是性状本身而是遗传物质基础。第6页，课件共85页，创作于2023年2月Griffith

转化试验示意混合培养RII型活菌SIII型活菌SIII型热死菌RII型活菌SIII型活菌健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死第7页，课件共85页，创作于2023年2月①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白质⑥加S菌的荚膜多糖活R菌长出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty从热死S型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化试验：第8页，课件共85页，创作于2023年2月只有S型细菌的DNA才能将S.pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型菌株的是遗传因子,即DNA。第9页，课件共85页，创作于2023年2月核外DNA的种类核外染色体真核生物的“质粒”原核生物的质粒 线粒体细胞质基因 叶绿体（质体） 中心体 卡巴颗粒酵母菌的2m质粒F因子R因子Col质粒Ti质粒巨大质粒降解性质粒第10页，课件共85页，创作于2023年2月卡巴颗粒第11页，课件共85页，创作于2023年2月DNA的结构与复制DNA的结构：双螺旋结构，每条链都由脱氧核糖、磷酸交替排列构成，其中夹有碱基。第12页，课件共85页，创作于2023年2月脱氧核糖碱基磷酸AGCT基本单位－脱氧核苷酸第13页，课件共85页，创作于2023年2月AGCT腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸

胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧核苷酸的种类第14页，课件共85页，创作于2023年2月连接

ATGCATGCDNA的化学结构示意图第15页，课件共85页，创作于2023年2月第16页，课件共85页，创作于2023年2月DNA的复制第17页，课件共85页，创作于2023年2月DNA的变性和复性核酸变性：是指核酸双螺旋结构解开，氢键断裂，但并不涉及核苷酸间磷酸二酯键的断裂。DNA的复性：变性DNA在适当条件下，又可使两条彼此分离的链重新缔合而形成双螺旋结构，这一过程又称为退火。复性后的DNA可基本恢复一系列的理化性质，生物学活性也可得到部分恢复。第18页，课件共85页，创作于2023年2月RNA：核糖核酸，与DNA相似，只是以核糖代替脱氧核糖，以尿嘧啶代替胸腺嘧啶。RNA有tRNA、rRNA、mRNA及反义RNA，由DNA转录而成。第19页，课件共85页，创作于2023年2月第20页，课件共85页，创作于2023年2月第二节微生物的变异基因突变的定义突变率突变的类型第21页，课件共85页，创作于2023年2月变异的实质——基因突变基因突变：变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结构突然发生的可遗传的变化（10－6－10－9）第22页，课件共85页，创作于2023年2月突变率：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率或每一单位群体在每一世代中产生突变株的数目来表示。测定方法：回复突变抗药性突变第23页，课件共85页，创作于2023年2月菌名 突变性状 突变率E.coli 抗T1噬菌体 3×10–8E.coli 抗T3噬菌体 1×10–

E.coli 不发酵乳糖 1×10–10E.coli 抗紫外线 1×10–5Staphylococcusaureus 抗青霉素 1×10–7S.aureus 抗链霉素 1×10–9

Salmonellatyphi 抗25g/L链霉素 1×10–6

Bacillusmegaterium 抗异烟肼 5×10–5

第24页，课件共85页，创作于2023年2月突变的类型自发突变定义：指某微生物在自然条件下，没有人工参与而发生的基因突变第25页，课件共85页，创作于2023年2月自发突变机制：背景辐射和环境因素的诱变，即低剂量诱变因素反复作用微生物自身有害产物的诱变效应过氧化氢（内源性诱变剂）互变异构效应（酮式、烯醇式的互变）环出效应（环状突出—复制—→遗传缺失）第26页，课件共85页，创作于2023年2月A-TG(-OH)-TG-CA:G第27页，课件共85页，创作于2023年2月第28页，课件共85页，创作于2023年2月诱发突变定义：利用物理的或化学的因素处理微生物群体，促使少数几个细胞的DNA分子结构发生变化，引起微生物的遗传性状发生突变。诱变剂：凡能提高突变率的因素都称为诱发因素或诱变剂第29页，课件共85页，创作于2023年2月物理诱变紫外线对DNA的损伤及其修复紫外线的主要作用是使用链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体(双链扭曲变形，不能正常配对)

第30页，课件共85页，创作于2023年2月第31页，课件共85页，创作于2023年2月胸腺嘧啶二聚体第32页，课件共85页，创作于2023年2月修复机制：光复活（reactixlation）紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下，可明显降低死亡率的现象。光复活酶（photoreacivatingenzymePRE）（光裂合酶）与二聚体结合，在可见光下获得能量，使二聚体解聚，受损伤的DNA得到修复。第33页，课件共85页，创作于2023年2月第34页，课件共85页，创作于2023年2月暗修复作用（darkrepair）（切除修复）不但可以修复紫外线损伤的DNA，还可以修复一些受到诱变剂（如烷化剂、x射线、γ射线）损伤的DNA内切核酸酶在5’-侧切出一个3’-OH和5’-P的单链缺口，外切核酸酶从5’-P向3’-OH切除二聚体，DNA聚合酶以DNA的另一条互补链为模板，从原有链上暴露的3’-OH端起逐个延长，重新合成一段缺失的DNA链，连接酶把寡核苷酸的3’-OH末端与原链的5’-P末端连接第35页，课件共85页，创作于2023年2月暗修复第36页，课件共85页，创作于2023年2月化学诱变直接作用：亚硝酸等氧化剂及硫酸二乙脂、甲基硫酸乙脂等烷化剂，可与一个或多个核苷酸碱基起化学作用，引起变异。A→H≈GC→U≈TG→X第37页，课件共85页，创作于2023年2月亚硝酸引起的AT-GC转换细节第38页，课件共85页，创作于2023年2月亚硝酸引起DNA碱基对的改变

图中A被其脱去氨基后可变成次黄嘌呤（H），H不能再与T配对，而变为与C配对，经DNA复制后，可形成T-A→C-G的转换第39页，课件共85页，创作于2023年2月烷化剂引起的DNA碱基对的改变

第40页，课件共85页，创作于2023年2月间接作用：引起置换的诱变剂5－溴尿嘧啶（5－BU）、5－氨基尿嘧啶（5-AU）、8－N鸟嘌呤（8-NG）等为碱基结构类似物，掺入到DNA分子中，使DNA无意义，因此可引起变异。第41页，课件共85页，创作于2023年2月5-溴尿嘧啶第42页，课件共85页，创作于2023年2月5-BU引起的转换第43页，课件共85页，创作于2023年2月第44页，课件共85页，创作于2023年2月移码突变（frame－shiftmutation）诱变剂使DNA分子中的1个或少数几个核苷酸的增添（插入）或缺失从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。丫啶黄原黄素、丫啶橙和α－氨基丫啶等染料ABCABCABCABCABCABCABCAB+CABCABCABCBCABCABCABCABCAB+CAB+CAB+CABCABCACABCABABCACABCABC第45页，课件共85页，创作于2023年2月第46页，课件共85页，创作于2023年2月诱变剂的复合处理及其协同效应的方法：

两种或多种诱变剂先后使用；同一种诱变剂重复使用；两种或多种诱变剂同时使用第47页，课件共85页，创作于2023年2月定向培育和驯化定向培育是人为用一特定环境条件长期处理某一微生物群体，同时不断将它们进行移种传代，以达到累积和选择合适的自发突变体的一种古老的育种方法。驯化：第48页，课件共85页，创作于2023年2月第三节基因重组基因重组杂交转化转导第49页，课件共85页，创作于2023年2月基因重组（generecombination）：两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新型个体的方式。主要通过杂交、转化、转导、接合及细胞质体融合等方式实现。第50页，课件共85页，创作于2023年2月杂交通过两个亲本细胞的融合，使整套染色体的基因重组，或者是通过双亲细胞的沟通，使部分染色体基因重组。包括原生质体融合、有性杂交及准性杂交第51页，课件共85页，创作于2023年2月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，本质上与基因转移无关或关系很小。第52页，课件共85页，创作于2023年2月原生质体融合的主要步骤：选择亲株 →→制备原生质体→→原生质体融合→→原生质体再生 →→

筛选优良性状的融合重组子第53页，课件共85页，创作于2023年2月原生质体融合第54页，课件共85页，创作于2023年2月真菌的准性生殖(Parasexuality)：是指异核体真菌菌丝细胞中两个遗传物质不同的细胞核可以结合成杂合二倍体的细胞核，这种二倍体细胞核在有丝分裂过程中可以发生染色体交换和单倍体化，最后形成遗传物质重组的单倍体的过程。准性生殖和有性生殖的主要区别在于，有性生殖是通过减数分裂进行遗传物质重组和产生单倍体。

第55页，课件共85页，创作于2023年2月转化转化：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。脱氧核糖核酸酶可以抑制转化作用。感受态：在一个生长过程中的细菌培养物中只有某一阶段中的细菌才能作为可转化的受体。能接受转化的这一生理状态称为感受态。

第56页，课件共85页，创作于2023年2月降解吸附切割成4~5×106单链入胞同源部分配对、整合复制分裂，只有一个子代DNA分子获得供体基因非转化子转化子第57页，课件共85页，创作于2023年2月第58页，课件共85页，创作于2023年2月感受态出现在指数后期诱发感受态的方法：a、先培养在营养丰富的培养基中，再培养在营养贫瘠的培养基中，会出现感受态。b、用氯化钙也可诱发感受态的发生。第59页，课件共85页，创作于2023年2月转染：噬菌体和其他病毒的DNA（或RNA）抽提出来让它去感染感受态的宿主细胞，并进而产生正常的噬菌体或病毒后代.第60页，课件共85页，创作于2023年2月转导转导：通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象。（重组的细胞称为转导子）第61页，课件共85页，创作于2023年2月第62页，课件共85页，创作于2023年2月普遍转导（generalizedtransduction）利用完全缺陷噬菌体来完成完全普遍转导：外源DNA在受体细胞中与核染色体整合，随其一起复制、表达。流产普遍转导：外源DNA在受体菌中既不进行交换、整合和复制，也不迅速消失而仅进行转录、转译和性状表达。局限转导（restrictedtransduction）部分缺陷噬菌体，转导子不稳定。第63页，课件共85页，创作于2023年2月第64页，课件共85页，创作于2023年2月普遍性转普遍性转导导第65页，课件共85页，创作于2023年2月流产普遍转导第66页，课件共85页，创作于2023年2月溶源转变（lysogeniccoversion）不同于转导，只是由于溶源而被赋予新的性状（不携带外源基因）噬菌体是完整的；是溶源化的宿主而非转导子，随噬菌体消失则新性状亦消失。第67页，课件共85页，创作于2023年2月第68页，课件共85页，创作于2023年2月第四节遗传工程技术在环境保护中的应用遗传工程技术在环境保护中的作用基因工程在环境保护中的应用PCR技术在环境保护中的应用第69页，课件共85页，创作于2023年2月遗传工程技术在环境保护中的作用质粒育种：接合——通过质粒的媒介，使受体细胞获得供体细胞的某些性状的过程供体菌（F＋）通过其性菌毛与受体菌（F—）相结合，前者传递不同长度的ssDNA给后者，并在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交换整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象。第70页，课件共85页，创作于2023年2月DonorRecipient第71页，课件共85页，创作于2023年2月F+F-F+F-F+F+F+F+第72页，课件共85页，创作于2023年2月第73页，课件共85页，创作于2023年2月第74页，课件共85页，创作于2023年2月第75页，课件共85页，创作于2023年2月质粒育种的应用多功能超级细菌的构建：将降解芳烃、多环芳烃等的质粒转移到能降解脂烃的假单胞菌体内，变可得到能降解三种烃类的超级菌。降解抗汞质粒菌的构建:将降解辛烷、乙烷、癸烷功能的OCT质粒和抗汞质粒MER同时转移到对20mg/L汞敏感的恶臭假单胞菌体内，使其转变为抗50－70mg/L汞，同时具有分解辛烷等烷烃。第76页，课件共85页，创作于2023年2月基因工程在环境保护中的应用基因工程：用人工方法将所需要的某一供体微生物的DNA提取出来，在离体条件下用限制性内切酶将离体DNA