第4章-微生物的遗传与变异

第四章微生物的遗传与变异遗传和变异的概念遗传变异的物质基础—DNA

基因突变与基因重组遗传工程内容第一节微生物的遗传微生物的遗传遗传变异是菌种选育工作的理论选种育种保藏复壮微生物的遗传一、微生物遗传的物资基础遗传物质DNA微生物的遗传1953年华特生(JamesWatson)和克里克(Francis

Crick)通过X射线衍射法观察DNA结构，提出了DNA双螺旋结构模型。1、DNA两个单链的相对位置上的碱基有严格的配对关系2、A－T；G-C3、DNA链上的碱基对排列没有规律所以：DNA结构的变化是无穷无尽的－多样性微生物的遗传证明DNA是遗传物质的Griffth转化实验微生物的遗传证明DNA是遗传物质的嗜菌体感染实验微生物的遗传微生物中遗传物资主要存在形式：染色体1、真核生物的为DNA及蛋白质构成，原核生物是单纯的DNA或RNA2、真核生物的不止一个呈线性，原核生物只一个呈环形3、真核生物的有核膜包被，原核生物无核膜，是裸露的微生物的遗传真核微生物中染色体外的遗传物资－细胞器DNA细胞器（叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等）DNA编码相应酶的基因细胞器及其DNA特征：1、结构复杂而多样2、功能不一3、数目多少不一4、自体复制5、消失后，后代细胞不再出现数量只占染色体DNA1%以下微生物的遗传微生物中染色体外的DNA另外形式－质粒1、原核微生物2、真核微生物的酵母菌质粒的种类微生物的遗传抗药性质粒抗生素产生质粒芳香族化合物降解质粒大肠杆菌素质粒性质粒限制型核酸内切酶和修饰酶产生的质粒微生物的遗传有的微生物遗传的物质基础RNA微生物的遗传二、微生物中DNA的复制半保留复制（semiconservativereplication）1、多聚酶Ⅰ：修复作用和连接片断功能2、多聚酶Ⅱ：修复作用3、多聚酶Ⅲ：新链的合成微生物的遗传真核微生物DNA半保留复制过程微生物的遗传证明DNA半保留复制的密度梯度离心试验微生物的遗传RNA在细胞里有三种类型：信使RNA（mRNA)

转移RNA（tRNA)

核糖体RNA（rRNA)三、RNA与遗传表达微生物的遗传信使RNA（mRNA)

约占总RNA的5%。不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很大。它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地–核糖核蛋白体。微生物的遗传转移RNA（tRNA)

约占总RNA的10-15%。它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNA。RNA分子的大小很相似，链长一般在73-78个核苷酸之间。微生物的遗传tRNA的空间结构微生物的遗传核糖体RNA（rRNA)

约占全部RNA的80%是核糖核蛋白体的主要组成部分

rRNA

的功能与蛋白质生物合成相关微生物的遗传遗传信息的传递和表达：中心法则微生物的遗传20种氨基酸的遗传密码（64个密码）微生物的遗传密码AUG为翻译启动信号微生物的遗传密码UAA（UAG、UGA）为翻译终止信号微生物的遗传四、微生物基因表达的调控基因的表达是其遗传信息转化为生物学性状与功能的过程

酶活性的调节－酶蛋白合成后进行的，是酶化学水平上的调节

酶量的调节－合成多少酶，是转录水平或翻译水平的调节微生物的遗传酶量的转录水平调节操纵子结构：结构基因－编码酶蛋白操纵基因－操控结构基因表达调节基因－编码作用于操作基因的调节蛋白启动子－控制转录起始第二节微生物的变异微生物的变异突变类型：基因突变（genemutation）或点突变(pointmutation)

染色体畸变（chromosomalaberration）染色体畸变类型：倒位(inversion)

易位(translocation)

缺失(deletion)

插入(insertion)一、微生物的变异与基因突变微生物的变异突变型：形态突变型－鞭毛、芽孢、荚膜、菌落、S型、R型、颜色等变异生化突变型－代谢途径变异：营养缺陷型、抗性突变型、抗原突变型致死突变型－个体死亡活生活力下降（半致死）条件致死突变型－如温度敏感突变型二、突变型类型微生物的变异三、基因突变的机理根据基因突变的方式分类：自发突变（spontaneousmutation）

诱发突变（inducedmutation）频率很低点突变微生物的变异自发突变：

频率很低，10-6～10-10DNA分子某种程度的改变长期综合效应修复系统可以修复微生物的变异波动试验：突变是适应环境还是自发的？微生物的变异基因突变无定向性的影映试验证明微生物的变异诱发突变：

人为利用物理化学因素（诱变剂）引起诱变剂可以诱导各种类型的点突变某些情况下突变能修复诱发突变类型：点突变(pointmutation)

染色体畸变（chromosomalaberration）点突变：碱基置换(substiution)-－转换和颠换二类移码突变（frame-shiftmutation）－移码突变株微生物的变异染色体畸变：倒位(inversion)

易位(translocation)微生物的变异基因突变：缺失(deletion)

插入(insertion)微生物的变异常用诱变剂：

紫外线X射线r射线化学诱变剂四、DNA损伤的修复修复方式：光复活作用切除修复重组修复SOS修复微生物的变异光复活作用主要是对由紫外线引起的DNA损伤进行修复－光解酶微生物的变异紫外线引起DNA中相邻胸腺嘧啶碱基彼此结合微生物的变异切除修复是一种暗修复，其遗传信息来自DNA双螺旋的互补链重组修复从另外相同或相似的DNA分子上取得相应片断来修复SOS修复SOS是DNA修复最重要，最广泛的基因集团第三节微生物基因重组接合转化转导微生物的变异一、原核微生物的基因重组基因重组类型：接合(conjugation)

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