第一章 微生物遗传学绪论

2023/10/24微生物遗传与应用2023/10/24遗传（heredity）：是指生物繁殖过程中，亲代与子代在各方面的相似现象。变异（variation）：是指子代个体发生了改变，在某些方面不同于亲代。2023/10/24遗传生育传染病遗传病易感性微生物2023/10/24微生物遗传与育种微生物的遗传规律微生物的育种方式H7N9爆发2023/10/24PB2PB1HANPNAMPNSPA6个内部片段来源于H9N2RNA病毒-H7N92023/10/24在新H7N9甲型禽流感的8个基因中，表面血凝素haemagglutinin蛋白基因来自于H7亚型病毒，神经氨酸酶neuraminidase基因来自H11N9，其余6个内核基因都来自H9N2。也就是说新H7N9甲型禽流感是由这三个病毒的基因重组产生的一个全新的基因。政府应对2023/10/24捕捉H7N9的30天上海郊区，金山，2004年上海市政府一号工程H7N9

新H7N9甲型禽流感自4月1日国际卫生组织正式公布以来，截止到4月7日，中国已经有18例确诊。大部分确诊的病例的病情严重，6人已确认死亡。目前尚未发现人与人之间传播，并且确诊的案例彼此并无关联。然而，我们对这个新的病毒的许多方面都不了解，包括它的传播性，致病性和起源，因此，导致了我们在判断这个病毒是否会造成瘟疫时存在不确定性，以及我们的公共健康管理部门应该如何正确的应对。科学界：一个全新的病毒在新H7N9甲型禽流感的8个基因中，表面血凝素haemagglutinin蛋白基因来自于H7亚型病毒，神经氨酸酶neuraminidase基因来自H11N9，其余6个内核基因都来自H9N2。也就是说新H7N9甲型禽流感是由这三个病毒的基因重组产生的一个全新的基因。中国杭州疾控中心和WHO中国流感中心共采集，分析了4个新H7N9甲型禽流感的基因组，并在GISAID数据库上公布。我们用这4个基因组以及1193个已知的流感各亚型的基因组，做了一个全面的系统生成树和进化分析。病毒开始变异我们在haemagglutinin全长560个氨基酸中，发现了A/Shanghai/1/2013病毒有9个变异。这说明新H7N9甲型禽流感有很强的变异能力。由于表面血凝素haemagglutinin蛋白是病毒用来吸附感染动物细胞的，它的高变异能力可能导致它传播感染能力和治病能力的变化，这需要引起我们的特别注意。新H7N9甲型禽流感不是由经典的H7N9进化而来基因重组的地点可能在江浙一带CellHost&Microbe于9月19日在线发表第一次病毒重配事件产生了一个原初的H7N9病毒，它是由具有欧亚起源的禽流感病毒提供了HA和NA基因和中国野鸟携带的H9N2病毒提供内部基因。随后，这种原初的H7N9病毒从野鸟传入家禽中，并与原来在华东地区家禽中流行的H9N2病毒发生第二次重配。这次重配发生在2012年早期，从而导致了家禽中爆发了这次能感染人的多样的新型H7N9病毒。2023/10/242023/10/242023/10/24国内知名机构中科院微生物所（北京）中科院病毒所（武汉）上海交大山东大学南开大学2023/10/24杨胜利院士 （中科院上海生物工程研究中心）赵国屏院士 （中科院上海生命科学院）邓子新院士 （上海交通大学）谭华荣 （中科院微生物研究所，中国遗传学会微生物遗传专业委员会主任委员）

2023/10/24参考教材：现代微生物遗传学陈三凤编，化工出版社2002盛祖嘉，《微生物遗传学》，2007（第三版），科学出版社2023/10/24大纲第一章绪论(1.5)第二章经典遗传学概论(6)第三章遗传的物质基础(2)第四章细菌遗传学(4)第五章放线菌遗传学(1)第六章真菌的遗传学(4)第七章基因突变与诱变育种(6)第八章转座因子（1.5）第九章代谢控制育种（2）2023/10/24绪论第一节微生物遗传学的发展简史第二节微生物作为遗传学研究材料的优越性第三节微生物遗传学方法在高等动植物的遗传与育种研究中的应用2023/10/24第一节微生物遗传学的发展简史1.成为一门独立的学科前2.发展成为一门独立的学科3.分子遗传学的发展2023/10/24什么是科学库恩的“范式”概念《科学革命的结构》范式是由理论要素、心理要素以及联结这两个要素的本体论和方法论要素组成的。理论要素包括概念、原理、定律、公式、实验技术和设备等；心理要素包括科学家团体从事科学活动的共同心理功能，诸如信念、直觉、审美、灵感、顿悟、价值判断等；本体论、方法论要素起着世界观、思维方式、研究纲领的作用，以此指导科学共同体的工作2023/10/241.成为一门独立的学科前微生物学发展的早期，微生物的遗传变异现象已为许多人注意。如巴斯德观察到炭疽杆菌在高温培养后毒性大减而抗原性不变；科赫法则。由于20世纪40年代前遗传学的研究只限于高等动物和植物，对在动物和植物中发现的遗传学规律能否用于微生物持怀疑态度。认为细菌的核是分散的，细菌的变异不同于植物和动物的突变。2023/10/24法国化学家和生物学家巴斯德是微生物学的伟大创立者。巴斯德（1822-1895）(1)彻底否定了"自然发生"学说(2)免疫学--预防接种(3)证实发酵是由微生物引起的(4)巴斯德消毒法2023/10/24巴斯德与炭疽病炭疽病，马、牛、羊很快死去，血液里发现了丝状体。巴斯德得到比较纯粹的炭疽病菌。。巴斯德提议，将那些患病的牲口令部杀掉，并烧掉尸体．深埋地下．以制止疾病蔓延。2023/10/24接种预防巴斯德根据人类种牛痘可预防天花的现象，总结出接种免疫原理：接种什么病菌，就可以防治该病菌所引起的疾病。巴斯德重新回到炭疽病的防治研究上来。他将自己提纯出来的炭疽病菌放在温热的鸡汤里培养，这样可以使病菌的毒性更快地减弱。在最终培养出毒性极弱的疫苗。2023/10/24Koch证明了炭疽病由炭疽杆菌引起1882，发现结核杆菌1883，首次发表Koch法则。2023/10/24其他重要研究1928年肺炎双球菌中的转化现象被发现。30年代中酵母菌、脉孢菌是进行系统的遗传学研究的仅有的微生物，研究的内容基本只限于基因重组和定位。总之，40年代以前的微生物遗传学的研究是不系统的、局限的。2023/10/2440年代前大量的微生物遗传变异现象的观察，及酵母菌和脉孢菌中的经典遗传学研究都为以后的发展打下基础。在高等动物和植物的遗传学研究中也逐渐认识到研究基因的作用机制这一类问题时有必要采用微生物作为研究材料。40年代初期抗生素工业的兴起给微生物遗传学研究以很大的推动力。2023/10/242发展成为一门独立的学科40年代主要有5个方面的工作促使微生物遗传学发展成为一门独立的学科。（1）脉孢菌中营养缺陷型的发现（2）细菌的抗性突变的证实（3）细菌基因重组的发现（4）转化因子的化学本质的鉴定（5）噬菌体遗传学研究的开展2023/10/24（1）脉孢菌中营养缺陷型的发现40年代前已发现X射线能诱发霉菌细胞的突变。研究果蝇基因作用机制的遗传学家比德尔（G.W.Beadle）和生物化学家塔特姆（E.L.Tatum）用X射线处理脉孢菌的分生孢子，得到预期的营养缺陷型。营养缺陷型——因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。2023/10/24研究营养缺陷型的重要意义①为生物合成代谢途径的研究提供了有效的手段;lys-②提出了一个基因一种酶的假设；③利用营养缺陷型探索代谢途径的原理在遗传学各个领域中得到广泛应用；④除研究基因的原初功能外，还被应用于研究基因结构和基因突变;⑤应用营养缺陷作为标记,发现了细菌接合。2023/10/24（2）细菌的抗性突变的证实1943年以前对于细菌的抗性是否来源于基因突变已有许多讨论，但缺乏严密的实验论证。1943年卢里亚（S.E.Luria）和物理学家德尔布吕克（M.Delbruck）用严密的实验证实细菌的抗性是基因突变的结果。使人们认识到可能所有的生物都有着基本相同的遗传变异规律。严密的实验方法开始被应用到微生物遗传学领域。抗性突变型——因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性2023/10/24抗性突变的争论一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种抗性是由其环境（指其中所含的抵抗对象）诱发出来的，突变的原因和突变的性状间是相对应的，并认为这就是“定向变异”，也有人称它为“驯化”或“驯养”。另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等多种因素错综在一起，所以难以探究问题的实质。从1943年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，主要攻克了检出在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难题，终于解决了这场纷争。2023/10/24基因突变的自发性和不对应性的证明变量试验涂布试验平板影印培养试验2023/10/24大肠杆菌稀释培养物10ml10ml(培养前先分成50小管)(在同一个大管中作整体培养)3714435

抗噬菌体菌落数抗噬菌体菌落数变量试验

甲管乙管噬菌体起淘汰原始未突变株和鉴别抗噬菌体突变株的作用。（10mL）（10mL）1943年，S.E.Luria和M.Delbrück根据统计学原理设计。加入噬菌体2023/10/24（3）细菌基因重组的发现细菌能否通过有性生殖而导致基因重组这一问题早在20年代便曾有人提出并企图用实验解答。可是由于方法的局限而得不到应有的结果。应用细菌的营养缺陷型为材料，在1946-1947年莱德伯格（J.Lederberg）和泰特姆报道了大肠杆菌中的基因重组。2023/10/241946年，J.Lederberg的大肠杆菌

杂交试验：材料：大肠杆菌(Escherichiacoli)K12菌株的两个营养缺陷型品系：菌株A—甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-；菌株B—苏氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-。方法：将A、B两菌株混和，在基本培养基(固体)上涂布培养。结果：平板上长出原养型菌落(++++)。2023/10/24

A品系：met－

bio－

leu＋thr＋

B品系：met＋bio＋leu－thr－

AA+BB

基本培养基

met

＋bio

＋

leu＋

thr＋2023/10/24使人们更为明确地认识到微生物和高等动植物在遗传规律上的一致性。通过基本相同的方法，以后陆续在霉菌、放线菌等各种生物中发现基因重组，从此遗传学研究遍及任何一种生物。探索基因重组促使在50年代发现了转导，遗传学研究的手段得以扩充。2023/10/24（4）转化因子的化学本质的鉴定1928年格里菲斯（F.Griffith）在肺炎双球菌中发现转化现象（非致病的R型肺炎球菌可以转变为致病的S型肺炎球菌）后，直到1944年转化因子的本质才被艾弗里(O.T.Avery)所鉴定。这是说明遗传的物质基础是DNA的第一个明确的实验根据。是1953年DNA分子双螺旋模型的提出和分子遗传学发展的前奏。2023/10/24①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