微生物遗传与变异

关于微生物遗传与变异细菌的遗传与变异一、细菌的遗传遗传(heredity或inheritance)：

亲子间的关系，指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。第2页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异一、细菌的遗传变异（variation）：

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。

特点：在群体中以极低的几率(一般为10－5一10－1)出现；性状变化的幅度大；变化后的新性状是稳定的、可遗传的。第3页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传细菌遗传物质DNA

基本单位－脱氧核苷酸脱氧核糖碱基磷酸AGCT第4页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传脱氧核苷酸的种类（deoxyribonucleicacid）Therearefournucleotides:thosewithcytosine(C),thosewithguanine(G),thosewithadenine(A),andthosewiththymine(T).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第5页,共62页，2024年2月25日，星期天ATGCATGC细菌的遗传与变异细菌的遗传脱氧核苷酸的连接第6页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传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。第7页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传DNA的双螺旋结构：

DNA分子是由两条反向平行的脱氧核糖核酸组成的螺旋状长链第8页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传证明DNA是遗传物质的Griffth转化实验如何证明DNA是遗传物质？第9页,共62页，2024年2月25日，星期天（一）经典转化实验（transformation）：F.Griffith，研究对象：Streptococcuspneumoniae（肺炎双球菌）

SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性

RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性1928年，Griffith进行了以下几组实验：（1）动物实验

对小鼠注射活RII菌或死SIII菌————小鼠存活

对小鼠注射活SIII菌————————小鼠死亡

对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌———小鼠死亡

抽取心血

分离

活的SIII菌第10页,共62页，2024年2月25日，星期天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11页,共62页，2024年2月25日，星期天（2）细菌培养实验（3）S型菌的无细胞抽提液试验以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII型细胞。热死SIII菌—————不生长

活RII

菌—————长出RII菌

热死SIII菌—————长出大量RII菌和10-6SIII菌活R菌+S菌无细胞抽提液——长出大量R菌和少量S菌+活RII菌平皿培养第12页,共62页，2024年2月25日，星期天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：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。第13页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传微生物中的DNA：染色体第14页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传微生物中的DNA上含大量不同基因（Partialgenemapoftheoperons）第15页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传微生物中的质粒第16页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传RNA在细胞里有三种类型：信使RNA（mRNA)

转移RNA（tRNA)核糖体RNA（rRNA)第17页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传信使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。第18页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异第四章细菌的生长和遗传变异细菌的遗传转移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。第19页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传tRNA的空间结构第20页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传核糖体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第21页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传DNA的复制：半保留复制（semiconservativereplication）第22页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传真核微生物DNA半保留复制过程第23页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传遗传信息的传递和表达：中心法则第24页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传翻译：将RNA获得的信息（遗传密码：3个碱基序列决定一个氨基酸）翻译成蛋白质第25页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传密码AUG为翻译启动信号第26页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传密码UAA（UAG、UGA）为翻译终止信号第27页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异第28页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异第29页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传基因表达的调控：结构基因

调节基因操纵基因第30页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传大肠杆菌乳糖操纵子－－负控制第31页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传大肠杆菌乳糖操纵子第32页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的遗传大肠杆菌乳糖操纵子第33页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异二、细菌的变异变异的途径：基因突变（genemutation）基因重组（generecombination）基因突变类型：点突变(pointmutation)倒位(inversion)

易位(translocation)缺失(deletion)插入(insertion)基因重组类型：转化(transformation)转导(transduction)接合(conjugation)第34页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因突变：倒位(inversion)

易位(translocation)第35页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因突变：缺失(deletion)插入(insertion)第36页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因突变的主要特点：无定向性稀有性自发性独立性稳定性可逆性诱变性第37页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因突变无定向性的变量试验证明第38页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因突变无定向性的影映试验证明第39页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异根据基因突变的方式分类：自发突变（spontaneousmutation）诱发突变（inducedmutation）第40页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异自发突变：

外界环境的自然作用引起

或细菌自身的变化引起

回复突变：突变体回复野生表型菌种退化问题诱发突变：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第41页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异常用诱变剂：

紫外线X射线r射线化学诱变剂诱变育种：

通过人工的方法处理微生物，使之发生突变，并应用合理的筛选程序和方法，把适合人类需要的优良菌种选育出来的过程。第42页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异诱变育种工作中应考虑的几个原则：选择简便有效的诱变剂挑选优良的出发菌株(originalstrain）处理单泡子(或单细胞)悬液选用最适剂量充分利用复合处理的协同效应(synergism)利用和创造形态、生理与产量间的相关指标设计或采用高效筛选方案或方法第43页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异紫外线引起DNA中相邻胸腺嘧啶碱基彼此结合第44页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因重组：转化第45页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异Certaintypesofbacteriacan"donate"apieceofthetheirDNAtoarecipientcell.Therecombinationisthebacterialequivalentofsexualreproductionineukaryotes.NotethattheentireDNAisnotusuallytransferred,onlyasmallpiece.第46页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因重组：限制性转导第47页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因重组：普遍性转导第48页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因重组：接合第49页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异基因重组：接合过程第50页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异细菌的变异E.colistrainsundergoingconjugation(TEMx27,700).第51页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异三、遗传工程基因工程：

用人工的方法通过体外基因重组和载体作用，使新构建的遗传物质组合进入新的个体，并在新的个体中得以稳定遗传和表达的过程。第52页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异基因工程的工具1、DNA的切割工具：限制性内切酶－分子剪刀2、DNA的缝合工具：DNA连接酶－分子针线3、DNA的转运工具：质粒或病毒－分子载体第53页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异基因工程的工具1、限制性内切酶（restrictionendonucleases）能识DNA分子上某种特殊的核苷酸序列，并在二个特定的碱基之间破坏其磷酸二酯键，从而将DNA分子的双链交错地切断。第54页,共62页，2024年2月25日，星期天细菌的遗传与变异基因工程的工具2、DNA连接酶（DNAliga