南理工微生物学课件 第八章

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大肠杆菌染色体与质粒DNA
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2.细菌质粒简介 1)F因子fertility factor：性因子，与细菌接合 有关，存在于肠道细菌、假单胞菌、链球菌 等； 2)R因子resistance factor：抗性因子，可转 移，与抗药性有关，存在于肠道菌、葡萄球 菌等； 3)Col 因 子 colicinogenic factor ： ColE1 和 ColIb；前者无接合作用，用于基因工程技术 领域； 4)Ti质粒tumor induced plasmid：大型质粒 ，引起双子叶植物根癌，植物基因工程载体 5)巨大质粒mega plasmid：根瘤菌质粒，具 有固氮基因； 6)降解性质粒：在假单胞菌中发现的系列质 粒，分解樟脑、辛烷、二甲苯、水杨酸、萘 等。
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2)接合菌株与F因子 F因子基因组分三个区段： 自主复制区、重组区、转移区。 大肠杆菌的F因子以二种形式存在： 游离态和整合态； F+菌株：F因子为游离态，自主复制； Hfr菌株：F因子整合在宿主染色体的一定 部位并与之同步复制； F’菌株和F’因子：携带宿主染色体基因的F 因子为F’因子；
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3.转导transduction 定义：以噬菌体为媒介，将供体菌的DNA 片段转移到另一细菌并使后者发生遗传变异 的过程。 获得新的供体细胞性状的受体细胞称为转 导子transductant；携带供体DNA片段的噬 菌体称为转导噬菌体或转导颗粒。 注意完全缺陷噬菌体和部分缺陷噬菌体的 区别
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Section 2 微生物的突变Mutation
一.突变率和基因符号 每个细胞在每世代中发生突变的概率—突 变率 A+和A-代表原养型和缺陷型； Ar和As代表抗性和敏感。 二.突变的遗传学基础 1.基置换：转换transition和颠换transversion 的概念； 2.基因缺失或外源DNA片段插入； 3.移码突变：ORF的读码错误； 4.染色体畸变：缺失、重复、倒位、易位等
Chapter 8 微生物的遗传和变异
Section 1 遗传变异的物质基础 一.遗传与变异 heredity variation 子代与亲代的相似现象为遗传，遗传保证 了物种的稳定性； 子代与亲代的差异现象为变异，变异推动 物种进化与发展。 表型phenotype：遗传特性在一定环境条件 下的具体表现。 变异是可遗传的，物种的特性改变不一定 都是变异，非变异的特性改变不能遗传。 注意：遗传是相对的；变异则是绝对的。
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细菌普遍性转导机制
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2)局限性转导specialized 这是溶源菌中的温和噬菌体(实际上是缺陷 噬菌体)所介导的一种特殊转导形式。 缺陷噬菌体转导受体菌所形成的转导子为缺 陷溶源菌 ①局限性转导机制—杂种形成模型：溶源噬 菌体DNA的非正常切离(噬菌体DNA与其整 合侧翼的宿主DNA发生低频率的错误交换)形 成具转导能力的缺陷噬菌体。 如λ噬菌体的整合部位是大肠杆菌的bio和 gal基因之间，故缺陷噬菌体为λdgal或λdbio 。 ②局限性转导中的低频转导LFT和高频转导 HFT HFT 的 形 成 是 因 为 供 体 菌 为 双 重 溶 源 菌 (λ/λdg)，二种噬菌体可等量释放，形成高频 转导。 LFT即为单一溶源噬菌体的低频率非正常切 离引起的转导。 3)普遍性转导与局限性转导之比较
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2)转化条件 ①受体菌：处于感受态的细菌才能实现转化 ，有感受态因子或环境条件诱导； ②外源DNA：高分子量和同源性。 3)转化过程 感受态细胞的建立，用Ca2+和cAMP处理可 提高感受态水平； DNA的结合与摄取； 转化因子与细胞染色体重组：单链DNA与 染色体DNA的同源段发生交换重组。 细菌转化的非普遍性和转化的低效率。
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5-溴尿嘧啶的诱变机制
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亚硝酸的诱变机制
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移码诱变剂-丫啶类染料
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八.突变的检出 1.抗性突变株：抗代谢物、抗代谢类似物、 抗噬菌体、抗特定物质、抗金属离子等； 2.发酵突变株：主要是碳源利用突变株，多 采用鉴别培养基； 3.温度敏感突变株：选择性条件培养或死亡 的突变株，以温度甄别。
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五.基因突变的自发性和非对应性的证明 1.变量试验fluctuation test 1943年Luria和Delbruck设计 2.涂布试验Newcombe exp 1949年Newcombe设计 3.影印培养试验replica plating
1952年Lederberg设计
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变量试验
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影印培养试验
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六.自发突变 1.自发突变的原因 1)DNA复制：核苷酸的掺入错误 2)微生物自身产生诱变物质 3)环境对微生物的诱变作用：背景辐射、环 境因素的积累作用等。 2.自发突变的偶然性及其特点 自发突变概率很低，具有一定随机性，但 存在突变热点，并与突变率有一定关系。 突变热点hotspots：基因内部突变率特别 高的位点。热点在突变中均存在。
1)普遍性转导general 转导噬菌体可携带供 体染色体的任意片段，且频率相同。 ①转导现象的发现 1952 年 Zinder 和 Lederberg设计的U型管试验：P22介导的遗传 重组； ②普遍性转导的机制—包裹选择模型 ③P22 噬菌体的转导机制：末端冗余的特定 识别位点 pac的切割包装用于宿主染色体。 ④其它转导噬菌体：P1、T4、λ、Mu、枯草 杆菌噬菌体PBS1等； ⑤流产转导abortive：被转导进入受体细胞 的DNA不能整合到宿主染色体上，单线遗传
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细菌染色体与质粒示意
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* 可动遗传因子Mobile genetic elements： DNA分子内(间)移动位置的一段DNA序列 1)插入序列IS：800-1400bp不等，仅携带转 座有关基因，不给予细菌附加表型； 2)转座子Tn：携带赋予细菌某种遗传特性的 基因，通常是抗性基因； 3)Mu噬菌体：大肠杆菌整合型温和噬菌体 ，整合部位随机。 注意大肠杆菌温和噬菌体λ、P1和Mu之间 的溶源性区别。
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碱基置换
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三.微生物的突变类型 1.营养缺陷型auxotroph：丧失合成生长因子 能力，无法在基本培养基生长的突变类型； 2.抗性突变型resistant：在有关药物平板上 生长的突变类型； 3.条件致死突变型conditional lethal：在选择 性条件下死亡的突变类型，如温度敏感； 4.形态突变型morphological：个体或菌落形 态发生改变的非选择型突变； 5.抗原突变型antigenic：抗原结构发生改变 导致新抗原的产生； 6.产量突变型yields：产量性状是由多因子决 定，突变机制复杂；正变和负变。
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二.遗传变异的物质基础 (一)证明核酸是遗传物质基础的经典实验 1.1944年Avery的转化实验证实了Griffith在 1928年的发现：肺炎链球菌SⅢ型DNA成功 转化RⅡ型，首次证明SⅢ型荚膜的遗传信息 为DNA。 2.1953年Hershey等的搅拌试验：证实DNA 是噬菌体的遗传物质。 3.1955年Fraenkel-Conrat的TMV的重组试验 ：证实RNA也是遗传物质。 4.1953年Watson和Crick的DNA双螺旋结构 模型：分子生物学和分子遗传学的诞生。
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七.诱发突变 1.物理因素诱变 1)紫外线：DNA对紫外线具有强烈吸收，生 物学效应主要为产生嘧啶二聚体等； 2)X射线和γ射线：这是电离辐射； 2.化学因素诱变 1)碱基结构类似物：5-BU、5-dU、8-NG、 5-AP等 2)与碱基发生反应的诱变剂：亚硝酸、烷化 剂等 3)移码诱变剂：丫啶类化合物 诱变因素也是动物的致癌因素
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Lamda噬菌体与宿主染色体DNA的整合与切离
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细菌遗传重组示意图
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细菌中的遗传信息交换
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Section 4 真菌的基因重组
一.有性生殖 真菌的有性生殖和性融合发生 于单倍体之间。多数真菌融合后进行减数分 裂，并发育成新的单倍体细胞。 二.准性生殖 不经过减数分裂而导致染色体 单倍化和遗传重组的过程。 1.准性生殖的三个阶段 1)异核体形成： 2)核融和杂交二倍体的形成 3)单倍体化：在有丝分裂过程中，杂合二倍 体的同源染色体的染色单体之间发生交换， 或称体细胞重组。 真菌二倍体的单倍体化是若干次有丝分裂 的结果。 2.准性生殖的应用：真菌杂交育种。 3.准性生殖与有性生殖的比较
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大肠杆菌遗传图谱
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细菌接合过程中的F质粒转移
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2.转化transformation 1928年Griffith和1944年Avery的试验 1)基本概念 转化：受体细胞直接吸收来自供体细胞 DNA片段，使前者获得新的遗传性状的现象 转化子transformant：经转化后出现供体细 胞性状的受体细胞。 转化因子：具有转化活性的外来DNA片段 感受态competence：细菌能够从环境中吸收 DNA分子进行转化的生理状态。
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肺炎链球菌转化试验
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搅拌试验
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(二)遗传物质在细胞中存在方式 RNA病毒 不在讨论范围 1.细胞水平 单核细胞和多核细胞； 2.细胞核水平 真核生物细胞核，原核生物 核质体；核外染色体：细胞器、质粒等； 3.染色体水平 真核微生物含多条染色体， 原核微生物的核质体为单个环状染色体； 4.核酸水平 细胞生物的遗传物质是DNA， 分子生物病毒的遗传物质部分 DNA，部分 RNA； 5.基因水平 具有自主复制能力的、遗传物 质的最小功能单位，1909年提出。 基因表达—性状决定；基因型+环境=表型 原核生物的基因表达系统： 操纵子=调节基因+操纵基因+结构基因 6.密码子水平 负载遗传信息的基本单位， 1961年Kornberg破译遗传密码；
性繖毛介导的大肠杆菌接合
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质粒在确定供体菌和受体菌中的作用
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3)几种杂交结果 F+×F-杂交：供体菌和受体菌借助性菌毛连 接—接合管，F因子由此进入，F因子为单链 传输；结果是二个菌株均为F+菌； Hfr×F-：Hfr中的F因子推动宿主染色体(单 链)顺序进入受体菌F-，杂交后的受体菌仍为 F-菌株，原因：F因子位于转移DNA的末端 因F因子的整合部位和整合DNA的断裂部位 固定，通过接合中断试验可用于基因作图 F’×F- ：F’菌株的遗传性状介于Hfr和F+之 间，杂交后的受体菌变为F’菌，该接合方式 称为F因子转导或性导。 注意初生F’菌和次生F’菌的区别：次生菌株F 因子携带的基因为二倍体。