08第八章 微生物遗传

（可能性） （现实性）
• 变异：指生物体在某种外因或（和）内因作用
下，所引起的遗传物质结构或数量的改变，即 遗传型的改变。
– 特点：几率低（10-5~10-10），性状变化大，新性状 稳定、可遗传。
• 饰变（modification）：指外表的修饰性
改变，是一种不涉及遗传物质结构改变而仅发 生在转录、转译水平上的表型变化。
一、三大经典实验
1. 经典转化实验
• 1928 F. Griffith 以 Streptococcus pneumoniae（肺炎链球菌）为研究对象。它使 人患肺炎，鼠患败血症。
S. pneumoniae有两种菌株：
S型：有荚膜，菌落表面光滑（Smooth）,有致病性 R型：无荚膜，菌落表面粗糙（Rough）,无致病性
• 原核细胞核外染色体统称质粒。如：F因子（F 质粒） R因子（R质粒）Ti质粒等
3. 染色体水平 1）染色体数目：不同微生物染色体数目差别比较大，
真核微生物有较多染色体，原核生物每个核区仅一个染色 体。
2）染色体倍数：
单倍体：细胞中只有一套染色体。 双倍体：细胞中含有两套功能相同的染色体。 自然界的微生物多数是单倍体，少数微生物如S. cerevisiae (酿酒酵母)的营养细胞，两个单倍体性细胞接 合成的合子为双倍体。
与细菌素的产生有关的质粒
•
大肠杆菌素由E.coli 某些菌株产生的细菌素，具有
通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等方式专一 杀死或抑制近缘细菌或同种不同菌株的能力，是由 Col质粒编码的蛋白质。
•
Col质粒有两类：
1)
2)
分子量小（9kb，5× 106），无接合作用，松弛型控制， 多拷贝。如Col E1。 分子量大（94kb， 8× 107），具通过接合而转移的功能， 严紧型控制，1-2拷贝。如Col Ib。
3) 同种微生物不同细胞中细胞核或核区的数目也有所不同。 如：藻状菌类（真菌）和放线菌的菌丝细胞为多核，孢 子为单核.
2. 细胞核水平
除核基因组外，还有核外染色体
• 真核细胞核外染色体有：
细胞质基因：线粒体、叶绿体 共生生物：草履虫的卡巴颗粒，属于Caedibacter属 的共生细菌 2um质粒：存在Saccharomyce cerevisiae(酿酒酵 母)细胞核，不与核基因组整合。
– 特点：群体几乎所有个体发生同样变化，性状变化 幅度小，且不稳定、不可遗传。
• 野生型(wild type) ：从自然界中分离到的微生
物菌株，称野生型菌株，简称野生型。
• 突变型：野生型菌株经突变后形成的带有新性状
的菌株，称突变株，或突变体、突变型。
第一节 微生物遗传的物质基础
什么是遗传的物质基础？
(二)、微生物发生非选择性突变的类型：
1) 形态突变型（morphological mutant） 2) 抗原突变型（antigenic mutant）
由于基因突变引起的抗原结构发生突变的变异类型， 如细胞壁缺陷、荚膜或鞭毛变异。
3) 产量突变型（metabolite quantitative mutant）
（四）、微生物基因突变的特点
1) 自发性：没有人为诱变因素可自发产生 2) 稀有性：突变率比较低，范围10-6~10-9 3) 独立性：某基因突变率不受别的基因影响。多 基因同时突变几率极低。 4) 可诱变性：诱变剂可提高突变率 5) 稳定性：突变后新性状是稳定的、可遗传的。 6) 规律性：特定性状具有较稳定的突变率的规律。
Mb 为单位，不同微生物基因组的大小差别很大，表 现出多样性。已经了解30多种微生物基因数据。
5. 基因水平
• 基因是生物体内一切具有自主复制能力的最小 遗传单位。众多基因构成染色体。 • 从基因的功能来看，原核生物的基因是通过调 控系统来发挥功能。
启动基因（启动子） 操纵子 基因调控系统 调节基因 操纵基因 结构基因
2. 噬菌体感染实验
1952年，A.D. Hershey &M. Chase 利用噬菌体感染实验 证明DNA是噬菌体的 遗传物质基础。
3. 植物病毒重建实验
1956年，H. Fraenkel-Conrat 用含RNA的烟草花叶病 毒（TMV）与霍氏车前花叶病毒(HMV)进行著名的植 物病毒重建实验，证明RNA是病毒的遗传物质。
毒性区（Vir） 接合转移区（con） 复制启始区 T-DNA区
T-DNA区
接合转移区（con）
毒性区（Vir）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
复制启始区
5) Ri质粒
与再生根形成有关的质粒
• •
与Ti 质粒相似，有Ri质粒转化的根部不形成 根瘤，仅生出可再生新植株的毛状根。 在基因工程中，Ri 质粒作为外源基因的载体。
由两部分组成：
• 抗性转移因子（RTF）：主要含调节DNA复制 和拷贝数的基因、转移基因，具有转移功能。
• 抗性决定因子：r-决定因子，主要含各种抗性 基因如Tetr、 Ampr 等基因，有些R质粒使宿 主细胞产生抗金属离子抗性。
由两部分组成： 抗性转移因子（RTF） 抗性决定因子
3）Col质粒：大肠杆菌素质粒
与育性有关的质粒
是E.coli等细菌决定性别、具有转移能力的质 粒。大小100kb，CCC型质粒。 • F+菌株：携带F质粒的菌株称F+菌株（雄性）。 • F-菌株：不携带F质粒的菌株称F-菌株（雌性）。
组成：
转移起点 可转移因子 转移区（tra区）
2） R质粒 ：抗性因子、 R因子
与抗性有关的质粒
第八章
微生物遗传与育种
• 遗传型（genotype）：基因型，指生 物个体所包含的全部遗传因子，即基 因组所携带的遗传信息。 • 表型（phenotype）：表现型，指某 一生物所具有的一切外表特征和内在 特性的总和，是遗传型在适合环境条 件下通过代谢和发育得到的具体体现。 • 遗传型 +环境条件→表型
•
基因及表达产物的名称表示
① 基因名称
a) 3个小些字母斜体表示，如bio b) 若同一基因不同位点则在基因后用正体大写字母 或数字表示，如lacZ
② 抗型基因在基因符号右上角写大写的R。如 tetR ③ 基因表达产物用3个大写字母（或1个大写、2 个小些），如LacZ
：
真核微生物的基因与原核微生物的最明显差异：无操 纵子，有大量不编码序列和重复序列，转录和转译被 分隔，基因被内含子阻隔。
The ColE1 plasmid carries the following genes: • cea ：the colicin toxin • imm ：immunity protein • kil ：lysis protein • inc： RNA I - incompatibility determinant • RNA II： primer for replication • rop： protein that regulates priming and copy number • mob： proteins for mobilization during conjugation • cer： maintains plasmid as monomers • exc： exclusion protein
6、密码子水平 7、核苷酸水平
（二）、原核生物的质粒
1、定义、构型和用途
质粒：是DNA分子，游离原核生物核基因组或染色 体以外，具有独立复制能力的小型的遗传因子。 有三种构型： • CCC型：共价闭合环状的超螺旋dsDNA。 • OC型：开放环型 • L型： 线型
2. 质粒的类型
1）F质粒：F 因子、致育因子、性因子
• 野生型(wild type) ：从自然界中分离到的微生
物菌株，称野生型菌株，简称野生型。
• 突变型：野生型菌株经突变后形成的带有新性状
的菌株，称突变株，或突变体、突变型。
一、基因突变
• 选择性突变株与非选择性突变株：
凡是能用选择性培养基或其他选择性培养条件快 速选择出来的突变株称选择性突变株，反之称为 非选择性突变株
有三个经典实验证明自发突变产生突变株。
取敏感于噬菌 体的E.coli指数 期的肉汤培养 物，用新鲜培 养稀释成浓度 为103/mL的细 菌悬液，然后 在甲、乙两试 管各装10mL。
1）动物试验
2）细菌培养试验
3）S型菌的无细胞抽提液试验
活R菌 + S型菌的无细胞抽提液
培养皿培养
大量R菌和少量S菌
说明在死的S型细菌体内可能存在某种具有遗传转化能力的物质，可 以进入R型菌细胞，使R性菌株获得表达S型荚膜性状的遗传物质。
第一证据确定DNA是遗传的物质基础
• 1944年， O.T. Avery等从热死S型菌株提 纯了几种可能的转化因子进行体外转化。
6）mega质粒：巨大质粒
• 存在根瘤菌属（Rhizobium）中,质粒上有一系列 于与共生固氮有关的基因，分子量大（2.0 × 108 ）。
7）降解性质粒：代谢性质粒
• 主要存在假单胞菌属（Pseudomonas）细菌 内。 • 质粒DNA上含有能降解某些复杂有机物的酶的 编码基因，细菌携带该类质粒可将复杂化合物 降解简单形式或能源。
(一)、微生物发生选择性突变的类型：
1. 营养缺陷型（auxotroph）
如亮氨酸缺陷型菌株表示为Leu-，对应的野生型表示为 Leu+
2. 抗性突变型（resistant mutant）
如抗链霉素菌株表示为strR，对应的敏感型菌株表示为strs。
3. 条件致死突变型(conditional lethal mutant)
4) Ti 质粒：诱癌质粒、冠瘿质粒
与致病性有关的质粒 • 根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）侵染双 子叶植物的根细胞，释放出Ti质粒，通过Ti质粒的TDNA与植物核基因组整合，合成正常植物没有的冠瘿 碱类，在植物上形成 癌细胞。