微生物遗传1

1. 遗传之物质基础的确定。(1928年F. Griffith肺炎链球菌转化实
验，1944年O.T.Avery证明DNA是遗传物质。)
2. 细菌抗性的研究。(1943年S.E.Luria和M.Delbrü ck证实细菌的抗性
源于基因突变，类似于动物和植物的基因突变。)
3. 粗糙脉胞菌营养缺陷型的研究。(G.W.Beadle和E.L.Tatum的工
△重要内容与其它课程重复的，从遗传、生化角度讲。
△基本上以教材为主，适当介绍一些进展。 △讲授和自学相结合。
△教材内容根据情况可删增，也可穿插，改变某些顺序，建 议做笔记。
课程安排
（30～32学时）
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 绪论（2） 基因突变和损伤DNA的修复（5～5.5） 遗传重组（2） 质粒（5～5.5 ） 微生物中的转座因子（3） 细菌基因转移和基因重组（4～4.5） 放线菌遗传（1） 丝状真菌和酵母菌遗传（2） 结构基因（2） 原核微生物基因表达的调控（4～4.5 ）
– deoxyribonucleic acid 四种碱基：腺嘌呤(A)，鸟嘌 呤(G)，胞嘧啶(C)，胸腺嘧啶 (T)。 四种核苷酸亚基通过磷酸 二酯键连接而成。
DNA
Nitrogenous Base
DNA(RNA)是遗传物质
一、细菌的转化 1928年，Frederick Griffith发表了肺炎链
噬菌体感染与裂解细胞的过程
三、病毒重建实验
1956年，Fraenkel-Corat 将烟草花叶病毒 抗血清处理，证明 （tobacco 杂种病毒（病毒3） 的蛋白质外壳来自 mosaic virus, 病毒1，而非病毒2 TMV）的蛋白质 和RNA分开， 重新组合，用杂 杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现 种病毒感染烟草， 为病毒2，而非病毒1 证明遗传性状由 遗传物质是核酸 RNA决定。
纯化
“Transforming principle”
1944年，Avery等人的实验证实了DNA是遗传物质， 蛋白质不是遗传物质。
Transforming principle
Hale Waihona Puke 二、噬菌体感染实验 1952年，Alfred Hershey和 Martha Chase采用T2噬菌体标记实验令人信服地证 实了DNA是遗传物质。

DNA双螺旋的 复制方式为 半保留复制
无论是原核生物 还是真核生物， 其DNA分子的 复制都是如此。
线性双链DNA的复制一般是双向复制，根据复 制起点的多少又可分为双向单点复制（原核生物） 和双向多点复制（真核生物）。
环状双链DNA的复制 （1）θ(theta)型复制 大多数生物如大肠杆菌 染色体的复制是如此。
微生物遗传学
主讲: 安志东
武汉大学生命科学学院 2012年
第一章
绪
论
一、微生物遗传学的特点
二、学习微生物遗传学的目的要求 三、关于本课程的教学 四、微生物及其遗传物质
一、微生物遗传学的特点
△微生物学和遗传学的重要分枝学科
经典遗传学（1910-1940为发展期） 微生物遗传学（1940-1960为发展期） 分子遗传学（1953-）
（2）滚环复制 存在于噬菌体、细菌 质粒以及两栖类卵母 细胞核糖体基因扩增 等的DNA复制中。
(3) D环复制 线粒体的环状 DNA往往如此。
微生物的染色体
真核微生物的DNA分子 以染色体形式存在。 如酵母，衣藻等。
细菌的染色体
细菌没有细胞核结构，但其环状DNA并不是分散在整个细 胞内，而是形成较致密的不规则小体，该结构被称为拟核 (nucleoid)。习惯上，细菌的DNA分子也被称为染色体。 在对数生长期，2～4个拟核/细胞。
4
教材：
《现代微生物遗传学》陈三凤、刘德虎 编著，2011年第二版， 化学工业出版社 《微生物遗传学》盛祖嘉 编著，2007年第三版，科学出版社 《微生物遗传学》沈萍 编著，1995年， 武汉大学出版社
△讲授内容基本上选自上述三本教材，以《现代微生物遗传 学》为主。 △与其它课程内容重复的不讲或少讲。
• 1950年代，S. Benzer否定了基因是决定遗传性状的功能单 位、突变单位和重组单位，认为一个顺反子就是一个基因， 它编码一条多肽链。他通过对大肠杆菌T4噬菌体快速溶菌 突变型rII的基因结构分析发现基因内部的许多位点都可以 发生突变，并且这些突变位点之间可以发生交换。 • 1961年，F. Jacob和J. Monod提出了大肠杆菌的乳糖操纵子 假说，认为基因的功能有分工，有调节基因和结构基因。 操纵区DNA序列虽不编码蛋白质，但能够调控结构基因的 表达。 • 1977年，F. Sanger在噬菌体174中发现了基因重叠现象。 • 1980年，W. Gilbert提出了内含子和外显子的概念。认为 基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为不编码的序 列所隔开，断裂基因。
生化提取分别获得含 RNA的烟草花叶病 毒蛋白质外壳（病毒1） 和核酸（病毒2）
（RNA）而非蛋 白质
1953年，James Watson和 Francis Crick的双螺旋 DNA模型。
DNA是双螺旋结构。 两条DNA单链反向平行排列。
核糖和磷酸基团位于螺旋的 外侧，碱基位于内侧。
两条DNA单链通过 碱基对A-T和 G-C 之间的氢键结合 在一起。
下一章内容
第二章 基因突变和损伤DNA的修复
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 基因突变的类型、符号和规律 自发突变 诱变剂的诱变作用 损伤DNA的修复 突变体的筛选
② “观察—假设—论证”的分析方法 例 一个基因一个酶的假说 自发突变的假说 学习微生物遗传学，不仅要知其结论，更要知道问题的提 出和论证过程，思维方法及采用的手段。
③ 学会运用微生物遗传学的基本理论和方法解决生产实践 和科学实验中的问题。
三、关于本课程的教学
1 2 介绍基础知识时，注意介绍进展，前者为主。 介绍知识与启发思维结合，注意介绍研究工作的结论， 力求说明论证过程。注意能力培养，不只简单积累知识。 “授人以鱼”不如“授人以渔”。 3 介绍微生物遗传学内容时，不割断与经典遗传学和分子 遗传学的联系，丰富其内容，突出它的承上启下作用。
球菌Streptococcus pneumoniae注射小鼠实验的实验结果， 第一次报道了死亡细菌中的遗传物质可以被转移到活细菌 中，使其表现出供体细菌的表型。
荚膜 无致病性
有致病性
1931年，Oswald T. Avery的体外转化实验
转化因子(“transforming principle”)的纯化
• 1865年，G. Mendel认为基因是决定性状差别的功能单位。 • 1910年前后，T. H. Morgan发现了基因的连锁和交换现象， 他的学生们认为基因是重组和突变的最小单位。 • 1944年G.W. Beadle在研究粗糙脉胞菌的过程中提出“一个 基因，一个酶”的假说。 • 1940年代，B.McClintock在玉米中发现了转座因子，认为 基因能够在基因组中移动。
基因(gene)的定义：
是指一段能够编码蛋白质或RNA的DNA片段，是遗传 信息的基本单位。 一个完整的基因不仅包括编码区，也包括位于编码 区5’端和3’端的长度不等的调控序列。
基因的结构
基因的基本元件为启动子、结构基因、终止子。 真核生物的基因还含有增强子。
DNA的发现

1869年，Friedrich Miescher从人的白细胞中提取到一种具 有弱酸性，富含磷的物质，他称其为nuclein（核素）。
△微生物遗传学和经典遗传学的主要区别 是研究对象不同 △微生物遗传学是遗传学乃至整个生物学 发展的枢纽
△微生物遗传学与生产实践和科学研究紧密联系， 是一门理论与实践紧密相结合的学科
二、学习微生物遗传学的目的要求
1、学习掌握微生物遗传学的基本理论和规律
基础和进展
源和流的关系
2、学会微生物遗传学分析问题的基本方法及解决问题的基 本手段 ① 通过突变来认识遗传的本质，获取突变体是解决遗传 问题重要手段 基因的认识通过突变，基因的作用功能、定位、重组分 析等都离不开突变这一手段， 没有突变体就没有遗传分析
藏 。 ◇在固体培养平板上能够从单个细胞通过无性繁殖 形成菌落，便于建立纯系。
◇易于获得大量的个体，适于检测发生频率较低的突
变或基因重组事件。 ◇一般是单细胞生物，便于基因的导入。 ◇多为单倍体，便于通过诱变获得突变体。 ◇生物学过程较为简单，便于阐明其机制。
20世纪40年代主要有五个方面的工作 推动了微生物遗传学的发展
作，营养缺陷型的分离和鉴定，利用营养缺陷型阐明代谢途径。）
4. 细菌基因重组现象的发现。(1946年J.Lederberg和E.L.Tatum发现
了大肠杆菌的接合现象，表明微生物也可以发生基因重组。)
5. 噬菌体遗传学的开展。(温和噬菌体及其转导作用的发现，噬菌
体成为微生物遗传学的一项工具。)
基因概念的发展
四、微生物及其遗传物质 微生物与微生物遗传学
• 微生物：是一类肉眼看不见的微小生物。 – 噬菌体、病毒等 – 细菌 – 古生菌 – 真菌
• 微生物遗传学的定义： 是研究细菌、真菌、噬菌体等微生物的遗 传和变异规律的一门学科，是遗传学的一 个分支。
微生物作为遗传学研究材料的优越性
◇个体小，生长繁殖迅速，培养方便，易于长久保