微生物遗传学(1)

5、质粒的主要类型
致育因子（Fertility factor，F因子）
抗性质粒（Resistance factor，R因子）
根据质粒所 编码的功能 和赋予宿主 的表型效应 分类:
产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）
毒性质粒（virulence plasmid）
一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死 同种但不携带该质粒的菌株。
细菌素种类很多,一般根据产生菌的种类进行命名：
大肠杆菌（E. coli）产生的细菌素为colicins（大肠杆菌素）， 而质粒被称为Col质粒。此外还有枯草杆菌素、乳酸菌素、根 瘤菌素等。
大肠杆菌素是产自大肠杆菌的一种蛋白质，具有专一性地杀 死其亲缘关系很近的、不具Col质粒的其它肠道细菌的功能。
细胞生长到指数期后期时，离心收集细胞。
②溶菌：一般用溶菌酶去壁以形成原生质体或原生质球。
③碱变性处理：在SDS等表面活性剂存在下加NaOH液使pH升至
12.4，可使菌体蛋白质、染色体DNA以及质粒DNA变性。
④质粒复性：加入pH4.8的KAc-HAc缓冲液，将提取液调至中性，
由于质粒分子量小而容易复性，并稳定存在于溶液中；染色体DNA分 子量太大，在复性过程中形成DNA之间的交联导致其形成更大分子的 不溶性物质。
2. 遗传型和表型
表型( phenotype )
某一生物体所具有的一切外表特征及内 在特性的总和。
表型的实现是由生物体的遗传型和环境条件 共同作用的结果。
遗传型（genotype）
某一生物体个体所含有的全部遗传因子， 即基因的总和 ，又称为基因型。
3. 饰变与变异
饰变（modification） 表型的差异只与环境有关。不涉及遗传物质结构改变而只发生 在转录、转译水平上的表型改变。 特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为。 谷氨酸发酵的温度敏感菌株在30℃时菌体生长而不产生氨基酸， 但是当温度提高到37℃时，菌体大量合成谷氨酸。 变异 （遗传型变异, 基因突变）
证明核酸（RNA）是遗传的物质基础
二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式 周德庆p192（一）七个水平 细胞水平 （单核，多核）
197;自学
细胞核水平 （真核，拟核） 染色体水平 核酸水平 （一套，两套, 核外染色体）
（DNA，部分病毒为RNA；双链，少数病毒为单链） （遗传功能单位） （遗传信息单位）
氯霉素(Chlorampenicol, cml) 夫西地酸（fusidic acid，fus） 负责这些抗性的基因是成簇地 存在于抗性质粒上。
(3)Col 质粒：产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）
细菌素：许多细菌都能产生某些代谢产物，抑制或杀死其他近缘细 菌或同种不同菌株，因为这些代谢产物是由质粒编码的蛋白质，不 象抗生素那样具有很广的杀菌谱，所以称为细菌素（bacteriiocin）
第三节 基因突变的规律及类型
野生型:
------从自然界分离到的菌株一般称野生型菌株 （wild type strain），简称野生型。
细菌素 抑制或杀死近缘，甚至同种不同株的细菌 通过核糖体直接合成的多肽类物质 编码细菌素的结构基因及相关的基因一般位 于质粒或转座子上 较广的抗菌谱 一般是次级代谢产物 一般无直接的结构基因，相关酶的基因多在 染色体上 抗生素
细菌素结构基因、 涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因、 赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因
在放线菌中，天蓝色链霉菌含有SCP1和SCP2两种致育质粒 ，这两种质粒在天蓝色链霉菌的接合过程中起重要作用，带 动染色体从供体细胞向受体细胞转移。 携带F质粒的菌株称为F+菌株 （相当于雄性），无F质粒的 菌株称为F-菌株（相当于雌性）。
(2)抗性因子（Resistance factor，R因子） （参见 P197）
包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。
抗性质粒在细菌间的传递是细菌 产生抗药性的重要原因之一。 R100质粒(89kb)可使宿主对 下列药物及重金属具有抗性： 汞（mercuric ion ，mer） 四环素（tetracycline，tet ） 链霉素(Streptomycin, str)、 磺胺(Sulfonamide, sul)、
遗传变异的物质基础
一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
二、遗传物质在细胞内存在部位和方式
一、三个经典实验
1. 经典转化实验: 证明DNA是遗传变异的物质基础。
分别用S型菌中提取的DNA、RNA和 蛋白质转化R型菌
且DNA被酶降解破坏的抽提物无转化活性
DNA是转化所必需的转化因子
Avery在四十年代以更精密的实验设计重复了以上实验
遗传物质改变，导致表型改变 特点：遗传性、群体中极少数个体的行为 （自发突变频率通常为10-6-10-9）
微生物是遗传学研究中的明星:
微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。 很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。
对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。
第一节
根据拷贝数或复制特点，质粒可分为：
高拷贝数(high copy number)质粒 （每个细胞中可以有10~100个拷贝, 其复制和染色体的复制不同步 ）如ColE1、ColE2等 ———————松弛型质粒(relaxed plasmid) 低拷贝数(low copy number)质粒 （每个细胞中只有1~2个拷贝, 其复制行为与染色体的复制同步 ）如F因子，R100 ———————严谨型质粒(stringent plasmid) 窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid) （只能在一种特定的宿主细胞中复制） 广宿主范围质粒(broad host range plasmid) （可以在许多种细菌中复制）
2. 噬菌体感染实验（1952年，A.D.Hershey 和 M.Chase） T2 噬 菌 体 感 染 实 验
3. 植物病毒的重建实验
H. Fraenkel-Conrat (1956年)
证明杂种病毒的蛋白质 外壳来自TMV还是HRV, 可用血清学反应鉴定
病斑的特性和 病毒核酸一致
血清学反应说明病毒蛋 白质的特性由核酸而定
产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一， 其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒。 苏云金杆菌含有编码δ内毒素(伴孢晶体中)的质粒 根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的 致病因子
(5) 代谢质粒（Metabolic plasmid）
质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质 的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。 降解质粒
1、质粒的分子结构
(1) 结构
通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简称CCC)的 超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；
也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；
质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb； （细菌质粒多在10kb以内）
2.质粒的分离 碱提取法：
①菌体的培养和收集：一般采用丰富培养基对菌体进行培养，当
由G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与colicins有所 不同，但通常也是由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例 如一种乳酸细菌产生的细菌素NisinA能强烈抑制某些G+细菌 的生长，而被用于食品工业的保藏。
(4) 毒性质粒（virulence plasmid）
许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒 具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。
基因水平
密码子水平
核苷酸水平
（最低突变单位和交换单位）
基因（gene）是什么?
• 是实体，其物质基础是DNA （或RNA）；
• 是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段； • 是遗传信息传递和性状分化发育的依据； • 基因是可分的，根据功能不同，分为： 编码蛋白质的基因 结构基因（结构蛋白，酶） 调节基因（阻遏蛋白或激活蛋白） 无翻译产物的基因 tRNA基因（简称 tDNA ） rRNA基因（简称rDNA ） 不转录的DNA区段 启动子（promotor） 操纵基因（operator）
⑤离心分离：经高速离心可以使细胞碎片和已变性的菌体蛋白及染
色体DNA一起沉淀，上清液中主要是质粒DNA，经乙醇沉淀后，可获 得质粒DNA。
对于由于三种构型同时存在时造成的多带现象（提取质粒时造成 （参见 P197） 或自然存在），可以进行特异性单酶切，使其成为一条带。 3.质粒的检测 提取所有胞内DNA后电镜观察；
代谢质粒（Metabolic plasmid） 隐秘质粒（cryptic plasmid） 2µ m质粒
(1) 致育因子(Fertility factor，F因子) （参见 P197）
F因子能以游离状态(F+)和 又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌 以与染色 (Hfr)存在于细胞中，所以 又称之为附加体(episome)。 在志贺氏菌属（Shigella）、沙门氏菌属（Salmonella）和链 球菌属（Streptococcus）等其他细菌中也发现了与大肠杆菌 类似的致育因子。
第八章 微生物遗传学 (1)
引言
1. 遗传与变异
遗传（heredity ）: 上一代生物将自身的一整套遗传基因稳定地 传递给下一代的特性 。
变异（variation）： 生物体在某种外因或内因的作用下，发生遗 传物质结构或数量的改变，而且这种改变稳 定，具有可遗传性 。
遗传保证了微生物种的相对稳定性、种的存在和延续， 而变异则推动了种的进化和发展。
(6)隐秘质粒（cryptic plasmid）