微生物学-第六章 微生物的遗传和变异

微生物的变异
微生物的变异很普遍，变异现象很多，例 如：个体形态的变异，菌落形态（光滑型/ 粗糙型）的变异，营养要求的变异，对温 度、pH要求的变异、毒力的变异，抗毒能 力的变异，生理生化特性的变异及代谢途 径、产物的变异等
微生物的变异
中心法则： DNA RNA
蛋白质
微生物的变异
微生物的变异（ variation ）即是微生物 子代的表型特征与其亲代的表型特征发生 较大的差异，这种差异是由于子代的基因 发生了突变（ mutation ）所引起的，即 遗传物质 DNA 或 RNA 病毒和噬菌体中的 RNA 中的核苷酸序列发生了一种稳定的和 可遗传的变化。
代谢
遗传型 + 环境条件 发育
表型
基本概念
▪ 变 异：指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， 即遗传型的改变。
▪ 变异的特点：
➢ 在群体中以极低的几率（一般为10-5~10-10） 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；
第一节 微生物的遗传
➢ 有些质粒还具有对紫外线、 X 射线具有抗性的基因。
▪ 多数 R 因子是由相连的 2 个 DNA 片段组成。其一称 RTF 质粒 （ resistance transfer factor ，抗性转移因子），它含有调节 DNA 复制和拷贝数的基因及转移基因，有时还有四环素抗性基因（ tet ）。 其二为抗性决定质粒（ r-determinant ），其上含有其他抗生素的抗 性基因，例如抗青霉素（ Pen ）、安比西林（ Amp ）、氯霉素 （ Cam ）、链霉素（ Str ）、卡那霉素（ Kan ）和磺胺（ Sul ）等 基因。
质粒
▪ （5） 性质粒 （ fertility plasmid ），又称 F 因 子 这是第一个从大肠杆菌细胞中被发现的质粒， 携带有负责接合转移的基因（ tra genes ）即编 码形成性纤毛的基因和 DNA 复制的基因。是 E. coli 等细菌中决定性别的质粒。它能足以为 94 个 中等大小的多肽进行编码，而其中有 1/3 的基因 （ tra 区）与接合作用（ conjugation ）有关。 F 因子除在 E. coli 等肠道细菌中存在外，还存在 于假单胞菌属（ Pseudomonas ）、嗜血杆菌属 （ Haemophilus ）、奈瑟氏球菌属 （ Neisseria ）和链球菌属（ Streptococcus ） 等细菌中。
第六章 微生物的遗传和变异
基本概念
▪ 遗 传：生物世代间的延续，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
▪ 遗传性：生物的亲代传递给其子代一套遗 传信息的特性
▪ 遗传型（ genotype ）：又称基因型，生 物体所携带的全部基因的总称
基本概念
▪ 表型（ phenotype ）：具有一定遗传型的 个体，在特定的外界环境中，通过生长和 发育所表现出的种种形态和生理特征的总 和。是遗传型在合适环境下的具体表现。
质粒
▪ (4) 大肠杆菌素质粒 （ Col plasmid ，或称 Col 因子）：携带有产生大肠杆菌素（ colicin ）酶系 基因的质粒，赋予大肠杆菌产生大肠杆菌素的能
力。假单胞菌属（ Pseudomonas ） 和巨大芽孢
杆菌（ Bacillus megaterium ）分别含有能决定 产生绿脓杆菌素（ pyocin ）和巨杆菌素 （ megacin ）等细菌素（ bacteriocin ）的质粒。 Col 因子可分两类，分别以 ColEl 和 ColIb 为代 表。凡带 Col 因子的菌株，由于质粒本身编码一 种免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不 受其伤害。 ColE1 已被广泛研究并应用于重组 DNA 和体外复制系统上。
▪ 微生物遗传和变异的物质基础——DNA ▪ 遗传物质在微生物中存在的主要形式 —— 染色体 ▪ 真核微生物中染色体外的遗传物质——细胞器
DNA ▪ 微生物中染色体外 DNA 存在的另一形式 —— 质粒 ▪ 某些动植物病毒和微生物噬菌体是以 RNA 为遗传
物质 ▪ 朊病毒的遗传物质问题（疯牛病、羊搔痒症等 ）
染色体与DNA的关系
染色体组
染色体
超螺线管 700nm
30nm螺线 管
DNA 组蛋白
2nmDNA
Hale Waihona Puke Baidu
核小体
质粒
▪ 质粒（ plasmid ）是微生物染色体外或附 加于染色体的携带有某种特异性遗传信息 的 DNA 分子片段。目前仅发现于原核微生 物和真核微生物的酵母菌。
▪ 根据质粒所携带的遗传信息表达后的表型 特征可将质粒的分类如下：
质粒
▪ （ 1 ）、抗药性质粒 （耐药性质粒 R 因子， resistant plasmid ） 携带有分解某种抗生素或药物酶系的基因的质粒，可以赋予宿主细胞 耐或抗或分解或失活某种抗生素或药物的性能。
➢ 某些抗性质粒携带有可以抗重金属如 Te6+，Hg2+，Ni2+，Co2+，Ag+ ， Cd2+ ， As3+ 等毒性的基因。
质粒
▪ （ 6 ）、限制性核酸内切酶和修饰酶产生的质粒 ▪ （ 7 ）、致瘤性质粒 (tumor inducing plasmid) ▪ （ 8 ）、杀伤性质粒 ▪ （ 9 ）、已证实和可能与人类疾病有关的质粒 ▪ （ 10 ）、酵母菌中的 2 μ m 质粒和其他质粒 ▪ 有兴趣可参阅相关资料
遗传信息的传递 方向
质粒
▪ （ 2 ）抗生素产生质粒：携带有合成某种抗生素 的酶系基因的质粒，赋予宿主细胞合成某种抗生 素的性能。
▪ （ 3 ）芳香族化合物降解质粒（ degradative plasmid ）：携带有分解或降解某种芳香族化合 物为简单化合物或无机物的酶系基因的质粒，赋 予宿主细胞降解某种芳香族化合物的能力。降解 性质粒只在假单胞菌属（ Pseudomonas ）中发 现。这些质粒以其所分解的底物命名，例如有分 解 CAM （樟脑）、 OCT （辛烷）质粒、 XYL （二甲苯）、 SAL （水杨酸）质粒、 MDL （扁 桃酸）、 NAP （萘）和 TOL （甲苯）质粒等。