上海交通大学-环境微生物-微生物的基因重组.ppt

1、微生物的遗传和变异，微生物遗传和变异，第3部分：基因重组，1。原核微生物的基因重组。基因重组、基因转移和真核微生物的重组：将外源遗传物质从供体细菌转移到受体细菌细胞的过程称为基因转移。重组：将转移的基因与受体菌株的脱氧核糖核酸整合称为重组，使受体菌株获得供体菌株的某些特征。细菌的基因转移和重组可以通过转化、接合、转导、溶源转化和细胞融合来进行。基因重组，1。原核微生物的基因重组。转型)2。转导)3。接合)4。原生质体融合。溶源性转化，1。转化是一种现象，其中受体菌株接收供体菌株的DNA片段，并通过交换将其结合到自身基因组中，从而获得供体菌株的一些遗传特征，这种现象称为转化。转化后的受体菌株称为

2、转化体。f .格里菲斯的实验，无毒型粗肺炎球菌(无荚膜)，有毒型光滑肺炎球菌(有荚膜)，1928年，英国医学微生物学家格里菲斯用肺炎球菌进行了实验，并发现了微生物转化现象，野生型肺炎球菌(链球菌-肺炎球菌)。胶囊的主要成分是多糖，多糖具有特殊的抗原性，不同的抗原类型具有遗传性和稳定性，一般不会相互改变。I，II，none，rough，none，rough R，I，II，III，has，smooth，developed，smooth s，type，毒性，集落，胶囊，基础知识，活s细胞，注射入小鼠，小鼠死亡，1。活r细胞、通过加热杀死的S细胞与活的R细胞混合，活的S可以从死的小鼠中分离出来，而活的

3、S仍然具有致病性。当注射到老鼠体内时，老鼠就会死亡。4。格里菲斯实验，格里菲斯的实验结论和发展。根据上述研究结果，格里菲斯认为：某些物质在(有毒的)死细菌中被转移到(无毒的)活细菌中，这就使它有毒并导致小科贺把这种转化称为细菌遗传类型的转化，并把这种物质称为引起转化转化的转化原理。然而，当时的化学和生化分析技术无法鉴定杀死细菌的成分，所以我不知道转化因子是什么。后来，一些研究人员重复了上述实验：通过加热杀死的SIII细菌与无毒的RII细菌混合，然后注射到小鼠体内，这也导致了小鼠的死亡。结果表明，在培养条件下，细菌可以实现遗传类型间的定向转化。1.双链DNA片段与感受态细菌细胞表面的特定位点结合

4、，并经过酶促分解形成平均分子量为45106Da的DNA片段。3.一条单链双链脱氧核糖核酸逐渐降解，另一条单链逐渐进入细胞。4.将转化的DNA单链与受体基因组上的同源片段配对，然后将受体基因组上相应的单链片段切掉并被外源单链DNA取代，从而形成杂交DNA片段。5.复制受体菌株的基因组，将杂合子片段分成两部分，其中一部分与供体菌株相似，另一部分与受体菌株相似。当细胞分裂时，染色体分离形成转化体。肺炎球菌的转化过程，生物活性DNA片段的转化直接摄取，细菌转化，从反向遗传学的角度确定未知基因的功能。基因变异使基因功能丧失，应用于重组脱氧核糖核酸技术和细胞内同源重组。反向遗传学是相对于经典遗传学的。经典

5、遗传学研究从生物特征和表型到遗传物质的生命发生和发展的规律。反向遗传学在获得生物体所有基因组序列的基础上，通过对靶基因进行必要的加工和修饰，如定点突变、基因插入/缺失、基因替换等，按组成顺序构建含有生物体必需元素的修饰基因组。以便装配活的个体，并研究生物体基因组的结构和功能，以及这些修饰如何影响生物体的表型和特征。反向遗传学，转化原理在转化过程中，转化的DNA片段被称为转化因子，其分子量小于107，最多不超过1020个基因。感受态细菌只有在感受态时才能吸收转化因子。细菌之所以有能力，是因为它们的表面有一个能吸收脱氧核糖核酸的受体。2.转导，将供体细胞的DNA片段通过有缺陷的噬菌体培养基导入受体

6、细胞，使受体细菌获得一些新的遗传特征。广义转导限制转导，有缺陷的噬菌体，噬菌体的头部有一定的大小，只能容纳一定量的DNA。因此，转导的噬菌体在携带宿主细胞的部分脱氧核糖核酸时，必须失去其自身的部分脱氧核糖核酸，从而失去其一些原始功能，成为有缺陷的噬菌体。一种温和的噬菌体突变体，具有正常形式的噬菌体，但不会引起宿主细胞的裂解感染。它通常是由于切割造成噬菌体复制所必需的一些遗传功能的丧失而引起的。例如，在转导过程中，噬菌体感染细菌后，其染色体变成环状，与细菌染色体结合，交换并整合到宿主染色体中。通过相反的过程，噬菌体也可以从宿主染色体上分离，此时，异常的分离可以导致转导噬菌体的形成。1952年，莱

7、德伯格和他的学生辛德在鼠伤寒沙门氏菌中进行了重组实验。菌株：菌株-2:苯丙氨酸甲酯，菌株-22:苯丙氨酸甲酯，蛋氨酸，组氨酸缺乏，苯丙氨酸，色氨酸缺乏，2。杂交结果：菌株1-2:菌株1-22:10-5原滋养体，甲硫氨酸，3。利用戴维斯U型管实验：将两个亲本分别置于U型管的两个臂上，结果也表明可以获得原营养重组菌。只有在洛杉矶22！(2)在培养过程中，一些LA-22细菌自溶并释放出游离的P22噬菌体，其穿过U形管底部的过滤板(0.1m)并感染和裂解LA-2细菌。(3)宿主LA-2的染色体断裂成小片段；(4)当P22噬菌体被组装时，LA-2的一些DNA片段偶尔被装载到头部，形成转导噬菌体；(5)转

8、导的噬菌体重新进入LA-22菌株，重组后产生野生型菌株。(1) LA-22菌株为携带P22噬菌体的溶源性细菌，LA-2菌株为对P22噬菌体敏感的非溶源性细菌；普遍转导广义转导，前噬菌体从溶源性染色体上分离并繁殖。在裂解的后期，噬菌体已经被大量复制。当噬菌体DNA装载外壳蛋白形成新的噬菌体时，在105，107个装配中发生装配错误，其错误地将细菌DNA片段装载到噬菌体的头部并成为转导的噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一种宿主细菌，并将其头部染色体注射到受体细菌中。因为包装好的脱氧核糖核酸可以是供体细菌染色体的任何部分，所以它被称为通用转导。大肠杆菌菌株间的普遍传导和普遍转导，与受体细菌染色体整

9、合的外源DNA片段的完全转导，以及随染色体传代，所述完全转导流产转导外源DNA片段游离于细胞质中，既不能与受体细菌染色体整合也不能自我复制，称为流产转导、普遍转导、普遍转导、有限转导、有限转导或特异性转导，且转导仅限于供体细菌染色体上的特定基因。如进入大肠杆菌的噬菌体。在噬菌体和细菌染色体的att位点重组，并将前噬菌体整合到细菌染色体中。由于前噬菌体切除的错误，在噬菌体局部转导切除后，环状噬菌体含有一个相邻的基因。噬菌体特异性转导，错误切除，噬菌体特异性转导，与噬菌体进行遗传杂交的原理需要注意在类似于减数分裂杂交的过程中对噬菌体DNA的调节和重组；产生互惠交换和重组后代。因此，需要突变不同表型

10、的噬菌体基因(在这种情况下为噬斑形态)。有限转导、细菌A、细菌B、有限转导、通用转导和有限转导，转导频率比通用转导增加1000倍(10-4)，受体细菌的10-7，转导频率，受体细菌获得的供体细菌DNA特定部分的遗传特性，完全转导或流产转导，转导的后果，噬菌体DNA和供体细菌DNA的特定部分，供体细菌染色体DNA的任何部分或质粒等。溶原期、裂解期、基因转导期、有限转导、通用转导、差异点、通用转导、有限转导、3。接合，这意味着细菌通过性菌毛相互交流，并将遗传物质(主要是质粒DNA)从供体细菌转移到受体细菌。结合质粒：可通过结合转移的质粒称为结合质粒、F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒。接合实验，

11、1946年，莱德伯格和塔特姆细菌的多重营养缺陷型杂交实验，接合现象的发现和证实，莱德伯格和塔特姆大肠杆菌的杂交实验：材料：两个营养缺陷型菌株大肠杆菌K12菌株甲硫氨酸缺乏症(met-)苏氨酸缺乏症(thr-)和亮氨酸缺乏症(leu-)。方法：将甲、乙混合后涂于基础培养基(固体)上。结果：原生菌落在平板上生长()。甲硫氨酸、苏氨酸、亮亮氨酸、生物生物素、lederberg和tatum结合试验，几种可能的解释和分析，上述试验的结果可能是原生菌落可能是由：亲本细菌a或b发生了逆转突变；这两种细胞通过培养基交换营养并相互滋养；两个菌株之间发生了转化。细胞融合发生，形成异核体或杂合二倍体。为了验证这些原

12、营养菌落的可能性，已经进行了以下推论和研究：(1)已经排除了逆转突变的可能性，并且在lederberg和tatum中使用的双营养缺陷型菌株的实验已经基本排除了A或B菌株产生原营养细菌的逆转突变的可能性。单基因逆转突变的频率约为10-6。双基因逆转突变的频率为10-12，非常低。然而，实验中产生原营养菌落的频率非常高，因此基本上可以排除逆转突变的可能性。试验材料：菌株A:A-BT1S(met-bio-thr leu T1S)噬菌体敏感菌株B:A B- T1R(met bio-thr leu T1R)噬菌体抗性菌株试验方法：将菌株A和菌株B混合并接种在基础培养基表面；短时间后，喷洒T1杀死了菌株A

13、，使其不能持续产生thr和leu，使菌株B持续生长。结果与结论：原生菌落仍然存在。因此，互利共生不是原营养群体的原因，但遗传重组可能会发生。转化及其消除，莱德伯格和tatum曾经通过加热对菌株a的培养液进行灭菌，并将其加入到菌株b的培养液中，但是没有获得原营养菌落。这表明原营养菌落可能不是通过转化产生的。戴维斯的u型管试验(道维斯，1950)(结果没有获得原生细菌)；结论：细胞直接接触是原生细菌产生的必要条件。异核体和杂合二倍体的可能性，原生菌落的另一种可能性是细菌细胞融合产生异核体或双杂合二倍体。在这两种情况下，与二倍体生物相似的杂交体将产生原生菌落。异核体是指由于细胞融合，细胞中具有不同遗

14、传组成的两个或多个细胞核。双杂合二倍体是指异核体进一步进行核融合形成二倍体细胞核，内含两种遗传物质。然而，细菌是单倍体配子体，异核体和二倍体只能暂时存在。在培养和繁殖过程中，会发生分离，产生各种有缺陷的菌落。对实验中获得的原营养群体后代的研究表明，后代不存在预期的性状分离现象。经过以上分析，我们可以认为，一种不同于转化的遗传重组模式发生在莱德伯格、塔特姆等类似实验中，这就是所谓的接合。海斯(1952)的研究表明，在大肠杆菌的两个不同菌株(品系)的接合过程中，遗传物质的转移是单向的。因此，认为有两种类型的大肠杆菌菌株：在接合过程中作为遗传物质的供体和受体的雌性和雄性。接合：遗传物质从供体转移到受体的重组过程。Met:蛋氨酸，Bio:生物素缺乏，Thr:苏氨酸，Leu:亮氨酸，lederberg和tatum共轭试验，1m，共轭，lederberg，tatum，Bedell和f因子，一种染色体外的小的独立环状DNA，通常是超螺旋的，并具有独立复制和转移到其他细胞的能力。因子f的分子量为5107 Da，约占大肠杆菌总DNA含量的2%。f血浆和接合，细胞中f因子的名称，f(“雄性