原核生物的基因重组
原核生物dna修复方式
原核生物dna修复方式原核生物（Prokaryote）是一类生物，其细胞没有真核细胞的特征，没有明确的细胞核和其他细胞器。
原核生物的细胞内存在着许多与修复DNA损伤相关的机制，这些机制可以帮助细胞修复受损的DNA，保证遗传信息的传递和细胞的正常功能。
原核生物的DNA修复机制可以分为直接修复、碱基切除修复、错配修复和重组修复等多种方式。
下面将详细介绍这些修复机制。
1. 直接修复直接修复是一种修复DNA中某些特定类型的损伤的机制。
在原核生物中，一种常见的直接修复机制是光修复（Photoreactivation），通过使用特殊的光酶可以将紫外线引起的嘧啶二聚体（pyrimidine dimer）还原为单个嘧啶。
这种修复机制广泛存在于细菌和古菌中。
2. 碱基切除修复碱基切除修复（Base Excision Repair）是一种常见的DNA损伤修复机制，可以修复由氧化剂、低重复频率的单碱基修改或碱基丢失等引起的DNA损伤。
碱基切除修复通过一系列酶的协同作用来去除损伤碱基，并通过DNA聚合酶和DNA连接酶来完成修复。
在原核生物中，碱基切除修复是一种常见的修复机制。
3. 错配修复错配修复（Mismatch Repair）是一种修复DNA中碱基不匹配或错误插入的机制，可以修复由DNA复制错误或化学损伤引起的碱基错配。
在原核生物中，错配修复通常通过识别新合成的DNA链和亲本DNA链之间的错配来完成修复。
错配修复机制需要错配修复蛋白（MutS、MutL和MutH等）的参与，可以保证DNA的准确复制和维护基因组的稳定性。
4. 重组修复重组修复（Recombinational Repair）是一种通过基因重组修复DNA损伤的机制。
在原核生物中，重组修复机制主要包括同源重组（Homologous Recombination）和非同源重组（Non-Homologous End Joining）。
同源重组通过利用亲本DNA链作为模板来修复DNA断裂，并在碱基序列上进行基因重组。
原核生物遗传物质的横向传递的途径
原核生物遗传物质的横向传递的途径
原核生物遗传物质（Nucleic Acids，简称NA）是构成基因序列及酶学反应的
基础，通常由核酸（nucleic acid）、核苷酸（nucleotide）组成，在遗传信息、蛋白质组学及其他生物学分析方面有着重要意义。
原核生物遗传物质的横向传递能够促进进化速率，改进种群遗传结构，提升个体的适应性和稳定性，是一种强大的生物学机制。
原核生物遗传物质的横向传递主要可以通过三种途径完成，分别是基因混合（Gene Mixture）、基因重组（Gene Recombination）和基因突变（Gene Mutation）。
基因混合是指原核生物遗传物质的横向传递指，即发生在不同物种中间的同源基因的混淆和结合，它能够缩短进化路径、改变水平上对物种进化的影响。
基因重组也出现在原核生物遗传物质的横向传递中，它指基因在编码序列上发生变异，把多种物种的同源基因组合在一起，从而促进物种之间的进化。
基因突变是一种随机的进化，它指改变片段信息，从而改变遗传物质的结构和功能＊并影响到生物基因组的进化。
因此，原核生物遗传物质的横向传递可以帮助种群生物克服环境因素的影响，
加快进化速率，提高物种适应度，实现多样性。
横向传递能够改变基因序列，从而影响特定环境中各物种的变异程度，从而帮助衍生出有利的基因组，完成物种的演化转变。
总之，原核生物遗传物质的横向传递通过三种不同模式实现，即基因混合、基
因重组和基因突变，能够促进进化的过程，改善种群的适应环境、加快适应性，最终实现物种的演化变异。
原核生物基因重组的特点
原核生物基因重组的特点原核生物基因重组的特点：（一）重组DNA的特点1、构建性：原核生物基因重组是一种以DNA作为原料、利用多种准确、可控的分子生物学技术，从而实现精确编织出大量高度接合的新型DNA片段的技术。
2、通用性：原核生物基因重组的技术可以改造植物和动物的基因，以获得期望的产物，这是一种多应用的技术。
3、可遗传性：原核生物基因重组的最大优点在于，所改造的基因可以遗传至其后代，在一定程度上实现了持久性。
（二）实现原核生物基因重组的手段1、重组PCR：通过PCR技术，让原始DNA片段复制و再结合，从而实现重组。
2、体外基因构建：利用各种DNA和RNA酶，以及载体DNA等，在实验环境中重组DNA。
3、定向连接：定向的将一种不受控的多个DNA片段连接起来，从而实现重组。
（三）原核生物基因重组的用途1、功能机器人：利用基因重组技术，可以构建出机器人，来在生物体内发生特定的功能活动，如基因疗法等。
2、基因表达：基因重组技术可以改变基因的表达强度，从而实现基因的表达。
3、抗逆性：基因重组技术也可以改造基因的结构，以增加对环境逆境的耐受性。
（四）原核生物基因重组的限制1、难以探测：由于改变的基因较少，因此难以通过细胞的形态学来识别这类基因的变异。
2、实验操作：成功重组基因需要精确操作，经常需要一系列复杂的实验，以及专业知识。
3、成本及时间：重组DNA技术需要大量的时间费用和实验室设备，一次重组DNA的价格也非常昂贵。
总之，原核生物基因重组是一种具有构建性、通用性和可遗传性的技术，可以用于改变原核生物的基因，制造出功能机器人、改变基因表达、增强对外界环境的抗逆性等，但也存在难以探测、复杂操作、以及高昂成本的问题。
高中基因重组的两种类型
基因重组是指一个基因的DNA序列是由两个或两个以上的亲本DNA组合起来的。
基因重组是遗传的基本现象，病毒、原核生物和真核生物都存在基因重组现象。
减数分裂可能发生基因重组。
基因重组的特点是双DNA链间进行物质交换。
真核生物，重组发生在减数分裂期同源染色体的非姊妹染色单体间，细菌可发生在转化或转导过程中，通常称这类重组为同源重组（homologous recombination），即只要两条DNA序列相同或接近，重组可在此序列的任何一点发生。
然而在原核生物中，有时基因重组依赖于小范围的同源序列的联会，重组只限于该小范围内，只涉及特定位点的同源区，把这类重组称作位点专一性重组(site-specific recombination），此外还有一种重组方式，完全不依赖于序列间的同源性，使一段DNA序列插入另一段中，在形成重组分子时依赖于DNA复制完成重组，称此类重组为异常重组（illegitimate recombination），也称复制性重组（replicative recombination）。
一、自然重组自然界不同物种或个体之间的基因转移和重组是经常发生的，它是基因变异和物种进化的基础。
自然界的基因转移的方式有：接合作用：当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒DNA就可从一个细胞（细菌）转移至另一细胞(细菌），这种类型的DNA转移称为接合作用（conjugation ）。
转化作用（transformation) 通过自动获取或人为地供给外源DNA，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型。
转导作用：当病毒从被感染的（供体）细胞释放出来、再次感染另一（受体）细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组即为转导作用（transduction）。
转座：大多数基因在基因组内的位置是固定的，但有些基因可以从一个位置移动到另一位置。
这些可移动的DNA 序列包括插入序列和转座子。
由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座（transposition ）。
高中生物 基因重组(gene
能在选择性培养
基平板上形成微 小菌落就是流产 转导的特点。
2. 局限转导(specialized transduction)
定义：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基 因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，形成 转导子的现象。
特点：
只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体 整合位点两侧的基因）；
就同时获得复制的机会。所以在双重溶源菌中的正常λ 噬菌
体被称为助体（或辅助）噬菌体（helper phage）。 双重溶源菌的裂解物中含有等量的λ和λdgal粒子，称为
HFT（高频转导）裂解物。
高频转导和低频转导图解
E. coli K12 ()gal+(供体菌)
U.V.
(大量) + dgal+（10-5） E.coliK12Sgal-/ dgal+
结合在寄主染色体特定位置 上
紫外线诱导溶源菌 一般不稳定，呈缺陷溶原性 （对同源噬菌体具有免疫性， 但不表现出其它噬菌体的性 状）
转导子的区 别
3. 溶源转变
概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌 体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了除免疫 性以外的新性状的现象，称为溶源转变。 性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。 区别：
低频转导
E. coli K12Sgal-(受体菌)
E.coliK12Sgal-/ dgal+/
（双重溶源转导子）
E. coli K12Sgal-/ dgal+/ （双重溶源菌供体）
U.V.
(50%) + dgal+（50%）
E. coli K12Sgal-(受体菌)
基因转移与重组概述
染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就 越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。
Hfr ×F-杂交
3.F′×F-杂交——性导
Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游 离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F′因子。
3.性导——F′×F-杂交
初
生
F′
F′×F-与F+×F-的不同点：
F因子为附加体质粒，既可以脱离染色体在细 胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上
（三）接合
F因子的四种细胞形式（掌握）
①F-菌株(“雌性”菌株)：不含F因子，无性菌毛，但可以 通过接合作用接收F因子而变成F+菌株。 ②F+菌株(“雄性”菌株)：F因子独立存在，细胞表面有性
菌毛。 ③Hfr菌株：F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性 菌
溶源转变特点
1. 噬菌体不携带任何供体菌的基因； 2. 噬菌体是完整的，而不是缺陷的； 3. 噬菌体基因的整合到宿主染色体上导致宿 主获得新性状，未通过基因重组而形成的稳 定转导子； 4. 宿主获得新性状具有不稳定性。
（三）接合(conjugation)
通过细胞与细胞的直 接接触而产生的遗传信 息的转移和重组过程。
（一）转化
供体菌
DNA片段
受体菌
转化子（transformant）：转化后的受体
感受态
来自Trp+细胞的DNA
色氨酸缺陷型 没有色氨酸野生型生长
在缺乏色氨 酸培养基上 有菌落产生 （野生型）
自然转化的必要条件
1、建立感受态的受体细胞 感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞。 自然感受态：细胞一定生长阶段的生理特性，受自 身的基因控制（感受态因子）。 人工感受态：通过人为诱导，使细胞具有摄取DNA 的能力，或将DNA导入细胞内。
基因重组育种
• 1998 年陈五岭等又报道了激光诱导动物细胞融合。此外， 其融合率还受其它诸因素的影响。
毒性小，仪器昂贵，操作难度高，很难推广。
原生质体融合技术的步骤
• 离心分离，洗涤菌体 • 酶解脱壁 • 原生质体再生及剩余菌数的测定 • 制备的原生质体去除酶液 • 促融 • 融合子再生 • 融合子筛选
参与融合的亲株数并不限于一个，可以多至三个、 四个，这是一般常规杂交所达不到的。
（3）重组频率特别高，因为有聚乙二醇作助融剂。
（4）可以和其他育种方法相结合，把由其它方法得到 的优良性状通过原生质体融合再组合到一个单株中。
（5）可以用温度、药物、紫外线等处理、钝化亲株的 一方或双方，然后使之融合，再在再生菌落中筛选重组 子。这样往往可以提高筛选效率。
• 应用灭活原生质体作为遗传标记选择融合子
原生质体经紫外线照射、加热或经某些化学药剂的 处理，可使其丧失在再生培养基上再生的能力，而只能 作为遗传物质的供体。从而只根据另一亲株特性设计选 择条件而选择融合子。周东坡等通过紫外线照射灭活原 生质体融合选育了啤酒酵母新菌株。用0.11 %碘乙酸， 30 ℃处理产阮假丝酵母( Candida utilis ) 原生质体40min 后，与啤酒酵母( Saccharomyces cerevisiae) 的原生质体融 合，利用形态差异选择融合子。
选定几种有特定整合 位点的 Hfr 菌株，使 之与F–菌株进行接合，
并在不同时间使其中 断，最后，根据F–中 出现Hfr菌株中各种形
状的时间顺序（分
钟），可以绘出较为
完整的环状染色体图 （chromosome map）。
中 断 杂 交 试 验
位点特异性重组
食品微生物学期末考试复习题及参考答案-专升本
《食品微生物学》复习题一、填空题1．第一个用自制显微镜观察到微生物的学者是，被称为微生物学研究的先驱者；而法国学者和德国学者则是微生物生理学和病原菌学研究的开创者。
2．原核微生物包括有两大类，即古生菌和真细菌。
真细菌主要包括、、、、、等。
3．微生物的几大特征中最基本的是。
4．细菌的基本形态有、、。
5．革兰氏阳性细菌细胞壁独有的化学成分是，而革兰氏阴性细菌细胞壁独有的化学成分是。
6．放线菌个体为分枝状菌丝体，根据菌丝在固体培养基上生长的情况，可以分为、和。
7．酵母菌的细胞壁为“三明治”结构，即外层为、内层为、中间夹着一层。
8．我国自古以来就懂得利用曲霉做发酵食品，如利用菌的蛋白分解能力作酱，利用菌的糖化能力制米酒。
9．病毒的核衣壳结构是：外壳是，壳体内是；复杂病毒还有包被，主要由脂类或脂蛋白组成。
10．烈性噬菌体入侵寄主的过程可分为、、、、五个阶段。
11．根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为、、和四大类营养类型。
12．加压蒸汽灭菌法常用的工艺条件是：温度℃，时间 min。
13．根据微生物与氧气的关系，可将微生物分成5个类型：、、、和。
14．原核生物的基因重组有四种主要形式：、、、。
15．微生物发酵的全部生产过程大致可以分为、、、和几个阶段。
16．食品的污染途径一般分为和两大类。
17．食品变质的基本因素有三个，即、和。
18．食品卫生标准中的微生物指标一般分为、和三项。
19．食品卫生微生物学检验的样品采集，要特别注意的是：以及。
20．原核生物包括古生菌和真细菌两大类。
真细菌的研究对象主要包括、、、、和等三菌三体。
21．霉菌有性孢子主要有、、和四种。
22．烈性噬菌体入侵寄主的过程可分为、、、和五个阶段。
23．微生物的六大类营养要素包括、、、、和。
24．根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为、、和四大类营养类型。
25．营养物质进出细胞膜的四种方式分别是、、和。
26．加压蒸汽灭菌法常用的工艺条件是：温度℃，时间 min。
微生物遗传
Chapter 8
微生物的遗传
Microbial Genetics
Chapter8 -3- 基因重组（Gene
Recombination） 两个独立基因组内的遗传基因，通 过一定的途径转移到一起，形成新的稳 定的基因组的过程，称为基因重组，是 遗传物质在分子水平的杂交。
一、原核生物的基因重组
C、F’×F 携带F’质粒的菌株称为初生F’菌株（primary F’strain），通过F’菌株与F -菌株接合，后者也可成为 F’菌株，是次生F’菌株（secondary F’-strain），是 一个部分双倍体。 这种基因转移过程又称为性导 （sexduction）、F因子转导（F-duction），或F因 子媒介的转导（F-mediated transduction）。
The single strand in the cell is bound by specific proteins, and recombination with homologous regions of the bacterial chromosome mediated by RecA protein occurs.
（2）大肠杆菌的4种接合型菌株（stains of conjugation） F-菌株：也称为“雌性”菌株，细胞内无F因子，细 胞表面无性菌毛。 F+菌株：也称为“雄性”菌株，细胞内独立存在1个 至几个F因子，细胞表面有性菌毛。 Hfr菌株：F因子整合在到染色体特定位点上，细 胞表面有性菌毛。 F’菌株：Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离 染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因 的F因子，称F’因子。 细胞表面有性菌毛。
1、转化（transformation）
原核生物的基因重组
缺陷λ噬菌体也能整合到同一细菌染色体上（因为正常 λ噬菌体整合后，产生两个细菌/噬菌体杂合att位点，缺 陷λ噬菌体可以在该位点插入），这种细菌称为双重溶 源菌. 双重溶源菌中，正常λ噬菌体称为辅助噬菌体，因为 它帮助缺陷噬菌体整合和繁殖。 双重溶原菌在紫外辐射等因子的诱导下,原噬菌体容 易被切割下来，产生等量的缺陷噬菌体和正常噬菌体， 该裂解物称为高频率转导裂解物，用这样的裂解物去 感染细菌，将比低频率转导裂解物产生多得多的转导 子。这一过程称为高频转导。
一个表面看起来的常规研究却导致 一个惊奇和十分重要发现的重要例证！
（普遍性转导这一重要的基因转移途径的发现）
(2) 转 导 模 型
噬菌体的 DNA包装酶也能识别染色体DNA上类似pac的位点 转导噬菌体为什么“错 并进行切割，以“headful”的包装机制包装进P22噬菌体外壳， ” 形成只含宿主 DNA的转导噬菌体颗粒 （假噬菌体）。 将宿主的DNA包裹进去 ?
外源DNA被降解，转导失败。
2. 局限转导（restricted transduction）
定义：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数 特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因 组整合、重组，形成转导子的现象。 媒介： 部分缺陷噬菌体（丢失自身一部分基因，并被
同等长度的宿主基因所取代）
只能转导个别特定基因
• 在所有对象中，接合现象研究得最多、了解得 最清楚的是E. coli 。E. coli 是有性别分化的， 决定性别的是其中的F质粒，F质粒还是合成性 菌毛基因的载体。
3. 大肠杆菌的接合型与接合
• 细菌遗传重组单向过程和F因子的提出
• F－菌株
F＋菌株
Hfr菌株
微生物基因重组
低频转导 通过一般溶源菌释放的噬菌体所进行的 转导。
因为这种转导因为原噬菌体从宿主细胞染色体上脱离下来时，因 误切而形成缺陷型噬菌体的频率只有10-4-10-6
。
高频转导 对双重溶源菌诱导,就会产生含50％ 左右高频转导裂解物,用此转导受体菌,获 得50％转导子。
双重溶源菌：同时感染有正常噬菌 体和缺陷噬菌体的受体菌 dλgal λ
a）F-菌株， 不含F因子，没有性菌毛，但可以通过 接合作用接收 F因子而变成雄 性菌株（F+）；
b）F+菌株， F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。
c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。
d）F′菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带 一小段染色体基因的F因子，特称为F′因子。 细胞表面同样有性菌毛。
一条链从F+转移到F-,另一 条链同时复制
接合作用的特点
1）需要供体菌和受体菌的直接接触，才能进行重 组。 2）接合作用是一种低级的有性生殖方式。 3）能发生接合作用的细菌大多数是革兰氏阴性菌。 4）接合作用是在被称为雄性菌株和雌性菌株之间 进行的
5）接合作用相关基因位于F因子
F因子的四种细胞形式
3、转化过程
a、供体DNA片段和处于感受态受体细胞表面的膜 连DNA结合蛋白相结合，其中一条链被核酸酶 水解，另一条进入细胞。 b、在同源区内发生基因重组 c、受体DNA复制，杂合区也得到复制。 d、细胞分裂后，形成一个转化子和一个仍保持受 体原来基因型的子代。
转化过程示意图
抗链霉素 不抗链霉素
染色体上越靠近 F 因 子的先导区的基因，进 入的机会就越多，在 F 中出现重组子的的时间 就越早，频率也高。
基因重组和杂交育种
（二）准性生殖
定义 通过同一物种两个不同菌株的体细胞发生融合，不 经过减数分裂而经有丝分裂导致低频率基因重组并 产生重组子。
存在范围：常见于一些真菌尤其是半知菌中，为半知 菌育种提供了一个重要手段。
Penicillum urticae 的准性杂交步骤
准性杂交：
选择亲本：以来自不同菌株的合适的营养缺陷型为亲本
肺炎链球菌 转化 过程
(二)转导
通过缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小片段DNA携 带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部 分遗传性状的现象，称为转导。
由转导作用而获得部分新性状的重组细胞，称为转导子
普遍转导 转导的种类
局限转导
转导的特点
需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触。
普遍性转导 噬菌体可以转导供体染色体的任何部分到受体 细胞中。 局限性转导 噬菌体总是携带同样的片段到受体细胞中。
3. 转化过程
能进行转化的细胞必须是感受态细胞
感受态：
指受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的 一种生理状态。
一般微生物的感受态出现在生长的指数期后期，有 的出现在指数期末和稳定期
可人为利用环腺苷酸（cAMP）及Ca2+ 等提高 感受态水平，环腺苷酸可提高1000倍、Ca2+能 促使细胞进入感受致生物科学发生深刻变化，主要表现在： 第一，引发了生物科学中技术上的创新和迅猛发展。 第二，技术上的重大突破，促使生物科学获得前所末有的高速
度发展，开辟了新的研究领域，进入了新的研究深度。 第三，为改造生物提供强有力的手段，使生物学进入创造性的
新时期。 基因工程是否具有潜在的危害性，特别是转移至人体的基因是
强制异合：将两菌亲株的分生孢子混合涂基本培养基[-]平板， 并做各单亲本对照， [-]平板上长出的菌落是异核体或杂合二 倍体
微生物的基因重组
微生物的基因重组1. 内容一、原核微生物（细菌）的基因重组1.转化：受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象，通过转化而形成的杂种后代，称转化子。
转化因子的本质是离体的DNA片段（核基因组断裂的碎片，并能与受体菌的核染色体组发生重组）。
除dsDNA或ssDNA外，质粒DNA也是良好的转化因子，但它们通常并不能与核染色体组发生重组。
2.转导：以缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。
由转导作用而获得部分新性状的重组细胞，称转导子。
⏹普遍性转导（完全转导）：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象。
⏹局限性转导：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，形成转导子的现象。
3.接合：供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象，通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，称为接合子。
E.coli的4种接合型菌株：F+菌株、F-菌株、Hfr菌株、F’菌株。
4.原生质体融合：用人工方法使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。
二、真核微生物（真菌）的基因重组1.有性生殖：真菌的有性生殖和性的融合发生于单倍体核之间。
大多数真菌核融合后进行减数分裂，并发育成新的单倍体细胞。
亲本的基因重组主要是通过染色体的独立分离和染色体之间的交换。
2.准性生殖：有一类不产生有性孢子的丝状真菌，不经过减数分裂就能导致染色体单元化和基因重组，由此导致的变异过程。
（异核体的形成、核融合形成杂合二倍体、单倍体化进行体细胞重组）2. 练习一、选择题1. 准性生殖：（）A.通过减数分裂导致基因重组B.有可独立生活的异核体阶段C.可导致高频率的基因重组D.常见于子囊菌和担子菌中答案：B2. F+ F-杂交时，以下哪个表述是错误的？（）A.F-细胞转变为F+细胞B.F+细胞转变为F-细胞C.染色体基因不转移D.细胞与细胞间的接触是必须的答案：B二、填空1. 四种引起细菌基因重组的方式是____________、______________、_________________和________________。
原核生物基因重组的四种方式
原核生物基因重组的四种方式
原核生物基因重组的四种方式包括转化、转导、接合和原生质体融合。
转化是指受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，通过交换整合到自己的基因组中，经复制使自己变成一个转化子。
转导是以完全缺陷或部分缺陷的噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，通过交换与整合使后者获得前者部分遗传性状的现象。
接合是指两个细菌通过直接接触形成基因转移的桥梁，通过交换与整合使受体菌获得供体菌部分遗传性状的现象。
原生质体融合是指将两种细菌的原生质体融合在一起，通过交换与整合使融合后的细胞获得两种细菌的遗传性状的现象。
基因重组,生物合成概念
基因重组基因重组是由于不同DNA链的断裂和连接而产生DNA片段的交换和重新组合，形成新DNA分子的过程。
发生在生物体内基因的交换或重新组合。
包括同源重组、位点特异重组、转座作用和异常重组四大类。
是生物遗传变异的一种机制。
指整段DNA在细胞内或细胞间,甚至在不同物种之间进行交换,并能在新的位置上复制、转录和翻译。
在进化、繁殖、病毒感染、基因表达以致癌基因激活等过程中,基因重组都起重要作用。
基因重组也归类为自然突变现象。
基因工程是在试管内按人为的设计实施基因重组的技术,也称为重组DNA。
有目的的将一个个体细胞内的遗传基因转移到另一个不同性状的个体细胞内DNA分子,使之发生遗传变异的过程。
来自供体的目的基因被转入受体细菌后,可进行基因产物的表达,从而获得用一般方法难以获得的产品,如胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗等是通过以相应基因与大肠杆菌或酵母菌的基因重组而大量生产的。
即基因重组由于基因的独立分配或连锁基因之间的交换而在后代中出现亲代所没有的基因组合。
原核生物的基因重组有转化、转导和接合等方式。
受体细胞直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并使它整合到自己的基因组中，从而获得供体细胞部分遗传性状的现象，称为转化。
通过噬菌体媒介，将供体细胞DNA片段带进受体细胞中，使后者获得前者的部分遗传性状的现象，称为转导。
自然界中转导现象较普遍，可能是低等生物进化过程中产生新的基因组合的一种基本方式。
供体菌和受体菌的完整细胞经直接接触而传递大段DNA遗传信息的现象，称为接合。
细菌和放线菌均有接合现象。
高等动植物中的基因重组通常在有性生殖过程中进行，即在性细胞成熟时发生减数分裂时同源染色体的部分遗传物质可实现交换，导致基因重组。
基因重组是杂交育种的生物学基础，对生物圈的繁荣昌盛起重要作用，也是基因工程中的关键性内容。
基因工程的特点是基因体外重组，即在离体条件下对DNA分子切割并将其与载体DNA分子连接，得到重组DNA。
1977年美国科学家首次用重组的人长激素释放抑制因子基因生产人生长激素释放抑制因子获得成功。
基因重组杂交育种
05
实验室里通过提取获得
02
游离的ＤＡＮ片断叫转化因子
04
自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生，
4、转化因子
转导(Transduction)
1
通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称转导。
2
转导又分为: 普遍性转导 局限性转导，两类。
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基因重组杂交育种
凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移在一起重新组合，形成新遗传型个体的方式，称基因重组
基 因 重 组
01
02
03
04
转导(Transduction)
接合(Conjugation)
原生质体融合
转化（Transformation)
3
1、普遍性转导 (Generalized transduction)
噬菌体可误包供体菌中的任何基因，并使受体菌实现各种性状的转导，称为普遍性转导。
分两种： 完全转导
流产转导
完全普遍转导(Complete transduction)
在鼠伤寒沙门氏菌的完全转导实验中转导媒介P22噬菌体在野生型菌株供体菌内发育时，极少数（10-6~10-8）噬菌体将与噬菌体头部DNA芯子相仿的供体菌DNA片段误包入其中，因此形成了完全不含噬菌体本身DNA的假噬菌体，当假噬菌体将外源DNA片段导入营养缺陷型菌株受体菌内时，由于导入的供体DNA片段可与受体染色体组上的同源区段配对，再通过双交换而重组到受体菌染色体上，形成了遗传性稳定的转导子。
2
准性杂交 （Parasexual hybridization)
原核生物的基因重组(2)
基因工程的操作过程
• 基因工程的操作过程主要由以下步骤组 成：①载体和目的基因的分离；②载体 和目的基因的切断；③载体和目的基因 的重组；④重组DNA的转化和扩增；⑤ 重组DNA的筛选和鉴定。
基因工程三大理论
• DNA结构和中心法则的发现 • 质粒的发现 • 限制性内切酶的发现
基因工程三大技术
“小菌落”（呼吸缺陷型菌落）：
酵母菌由于线粒体DNA严重缺损或大部分丢失，缺失 细胞色素a、b及细胞色素c氧化酶，即使在通气条件下， 细胞生长也很缓慢，在葡萄糖培养基上只能形成小菌落。
小菌落突变株的三种类型：
野生型mtDNA ：(ρ +) ； 中性小菌落(neutral petite) (ρ 0) ： mtDNA全部丧失 抑制性小菌落(suppressive petite) (ρ -)： mtDNA部分缺失突变 分离型小菌落(segregational petite)： 染色体基因突变
3. 有性生殖与准性生殖的比较
比较项目
参与接合的亲本细胞 独立生活的异核体阶 段 接合后双倍体的细胞 形态 双倍体变为单倍体的 途径 接合发生的几率
准性生殖
形态相同的体细胞 有 与单倍体基本相同 通过有丝分裂 偶然发生，几率低
有性生殖
形态或生理上有分化 的性细胞 无 与单倍体明显不同 通过减数分裂 正常出现，几率低
2.酵母菌的接合型遗传
单倍体可以是α或a两种接合型的其中之一，一个单倍 体酵母细胞是α型还是a型是由其本身的遗传特性所决定的 ，是一种稳定的遗传特征。 一种接合型的单倍体细胞有时会发生转变，即由α型 变成a型或再回到α型 。
3. 酿酒酵母的有性杂交育种程序：
两亲本菌株的选择 单倍体细胞的分离与验证 单倍体细胞遗传标记的制作 杂交 杂合子的检出 优良性状个体的筛选与性能测试
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分离
自然转化过程的特点：
a）对核酸酶敏感；
b）不需要活的DNA给体细胞； c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化（DNA）
给体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系； d）通常情况下质粒的自然转化形成转化子效率要低得多；
提高质粒的自然转化效率的二种方法：
1）使质粒形成多聚体，这样进入细胞后重新组合成有 活性的质粒的几率大大提高；
现在把DNA转移至动物细胞的过程也称转染
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ห้องสมุดไป่ตู้
5、人工转化
在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组 手段，是基因工程的奠基石和基础技术。
不是由细菌自身的基因所控制；
用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一 种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。
用CaCl2处理细胞，PEG介导、电穿孔、基因枪法等是 常用的人工转化手段（使细胞膜更易于透过DNA ）。
质粒的转化效率高（不像线型DNA 那样易于降解，而 且还能在宿主中复制。任何来源的DNA 将其连接到质 粒上都能进入受体细胞）.
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二、转导（transduction）
转导：利用完全或部分缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小 片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得 前者部分遗传性状的现象。
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进行自然转化，需要二方面必要的条件：
（1）建立了感受态的受体细胞 （2）外源游离DNA分子
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感受态的机理研究： 局部原生质体化假说：
处于感受态的细胞局部失去了细胞壁，使外源DNA能顺利经膜 进入菌体。
酶受体假说：
受体细胞表面出现了一种能结合DNA并使之进入细胞的酶。
1951年，Joshua Lederberg和Norton Zinder为了证实大肠杆菌以 的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型
的鼠伤寒沙门氏菌LT22A(trp-)（P22）和LT2(his-)进行实验：
用“U”型管进行同样的实 验时，在供体和受体细胞不
接触的情况下，同样出现原
养型细菌！ 2020/6/6
沙门氏菌LT22A(trp-)是携带P22噬菌体的溶源性细菌 另一株LT2(his-)是非溶源性细菌
杂交必然包含着重组，但重组不仅限于杂交这一形式 。
原核生物的基因重组类型
4种形式：1）转化 2）转导 3）接合 4）原生质体融合
一、 转化（transformation）
定义：受体细胞直接吸收供体细胞的DNA片段, 并与其染色体 同源片段进行遗传物质交换，从而使受体细胞获得新的遗传性 状的现象。
由转导作用而获得供体细胞部分遗传性状的重组受体 细胞称为转导子 （transductant）
携带供体部分遗传物质（DNA片段）的噬菌体称为 转导噬菌体。
细菌转导的二种类型：
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普遍性转导 局限性转导
1、普遍性转导（generalized transduction）
通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段 DNA进行误包，而将其遗传性状传递给受体菌的现象，称普遍 性转导。 (1) 意外的发现
自然感受态 的定一的种，生但理受状环态境。条的一件出个的现细影是菌响细能也胞否很一出大定现，生感因长受而阶态表段是现的由差生其别理遗很特传大性性。决
感受态细胞（如（肺co炎m链pe球te菌nt的ce感ll）受态：出现具在有对摄数取生外长源期）
DNA能力的细胞受细菌自身的基因控制
人工感受态 自然遗传转化（natural genetic transformation） 则是通过人为诱导的方法，使细胞具有 人工转摄化取（DaNrAt的if能ici力al，tr或an人s为for地m将aDtiNoAn导）入细胞内。 感受态（因子该：过调程节与感受细态菌的自一类身特的异遗蛋白传，控它制包括无三关种！主要） 成分：膜相关DNA结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。
2）在质粒上插入受体菌染色体的部分片段，或将质粒转
化进202含0/6/6有与该质粒具有同源区段的质粒的受体菌-------重组获救
4. 转染(transfection)：
定义：噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒。 特点：提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入微生
物细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。
转化的频率通常为0.1％～1％，最高为20％。
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• (2) 转化过程
供体(strR)
ds DNA
感受态受体(strS) 酶解与吸收单链
同源区段配对
单链整合 复制与分离
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转化子(strR)
非转化子(strS)
肺炎链球菌转化的主要过程
转化因 子进入 细胞
转化因 子单链 配对与 整合
转化子（ transformant）：经转化后出现了供体性状的受体细 胞称为转化子，即转化成功的菌落。
目前已知有二十多个种的G+和G-细菌具有自然转化的能力 此过程可以发生在土壤和海洋环境中，可能是自然界遗传交 换的重要方式。
自1然. 感感受态受态与人工感受态的不同？
感受态：是指受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化
第六节 原核生物的基因重组
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基因重组（gene recombination）： 将两个不同性状个体的基因通过一定的方式转移到一 起，并发生重新组合，产生新的遗传性状的过程，称 为基因重组(gene recombination)或遗传重组。
重组：遗传物质在分子水平上发生的交换； 杂交：在细胞水平上遗传物质的交换.
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2. 转化模型
（1）转化因子
本质是离体的DNA片断或质粒DNA 。转化因子进入细胞前 还会被酶解成更小的片段，约8kb。在不同的微生物中，转化因 子的形式不同，dsDNA,ssDNA.
革兰氏阴性的嗜血杆菌中，细胞只吸收dsDNA形式的转化 因子，但进入细胞后需经酶解为ssDNA，才能与受体菌的基因 组整合；
革兰氏阳性的链球菌和芽孢杆菌中，dsDNA的一条链必须在 胞外降解，只有ssDNA形式的转化因子才能进入细胞。
但不管何种情况，最易与细胞表面结合的仍是dsDNA。
由于每个细胞表面能与转化因子相结合的位点有限（如肺炎 链球菌约10个），因此，从外界加入无关的dsDNA就可竞争并 干扰转化作用。
质粒DNA也是良好的转化因子，但它们通常并不能与核染 色体组发生重组。