【微生物生物学】第8章考点总结 微生物遗传基础

第八章微生物遗传基础

第一节遗传变异的物质基础

遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子，即：基因的总和。

内在的可能性或潜力，是遗传物质上所负载的特定遗传信息。

具有某遗传型的生物，只有在适当的环境条件下，通过自身的代谢和发育，才能

产生表型。

表型：指某一生物所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境下的具体体现。

变异：生物体在某种外因或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：群体中出现频率极低（10-5~10-10），性状变化的幅度大；变化后性状是稳定的、可遗传的。

基因组：存在于细胞内或病毒中的所有基因。包括编码蛋白质的结构基因、调控序列以及目前功能尚不清楚的DNA序列。

1、大肠杆菌(K12)基因组：遗传信息连续性，DNA大部分用来编码蛋白质、RNA 等

特点：功能相关的结构基因组成操纵子（元）

结构结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝;

基因组重复序列少而短

存在基因水平转移的证据

2、詹氏甲烷球菌的基因组：第一个古菌完成测序；

特点：只有40%的基因与其他二界生物有同源性

负责信息传递功能（复制、转录和翻译）的基因类似于真核生物；

RNA聚合酶的亚基及其序列类似真核生物RNA聚合酶II 和III, 不同于细菌；

基因的操纵子及多顺反子结构、调控代谢、细胞分裂、固氮等基因同细菌；

基本无内含子等同细菌

3、啤酒酵母的基因组

特点：DNA与组蛋白构成染色质的核小体；

16条染色体, 12.067Mb（6287/5800个基因）；

有间隔区或内含子序列；

高度重复

三、质粒和转座因子

1. 质粒：独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子。为共价、闭合、环状超螺旋双链DNA分子【cccDNA】

质粒的三种构型：CCC；OC；L

(1). 质粒的类型(按功能划分)

(a) 致育因子（F 因子）：*接合质粒，一种控制大肠杆菌致育性的质粒(1946 ) ；

*含有F质粒的菌株代号为F+ ，具有性菌毛；

*经接合作用F质粒可转入F-细胞使之成为F+细胞。

F+ ：含F质粒；F- ：不含F质粒

F’：F 质粒上携带基因组片段

Hfr：高频重组菌株

(b) 抗性因子（R因子）：抗性质粒，普遍存在于细菌细胞中，对抗生素、重金属离子及其

它药物表现出抗性。具有转移性，可通过接合作用转移。

抗性转移因子（RTF）：含复制、转移基因

抗性决定因子（r）：含抗药基因

在遗传工程操作中，常作为遗传标记和基因载体

(c) 产生细菌素的质粒：细菌素（bacteriocin）质粒，决定细菌素的产生。

细菌素：一类具有杀菌作用的蛋白质分子（多肽类），可与敏感株细胞壁上的专一受体蛋白结合，抑制或杀死种内不同亚种或种内的敏感菌株。产生菌本身含有免疫基因而不受侵害。

(d) 毒性质粒：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。

(e)共生质粒（巨大质粒）

普遍存在于根瘤菌中的质粒；

1-10个，100-300kb (少数＞1000kb)；

编码与共生，结瘤，固氮有关的基因；

消除或特定片段缺失导致共生作用丧失。

(f) 代谢质粒：质粒上携带能降解某些物质的基因（酶），可将复杂的有机化合物降解成可

利用的碳源和能源的简单形式。有利于环境保护。

(g) 隐蔽质粒：不显示任何表型效应，只有通过物理方法，如，用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能被发现.

(2) 按用途划分质粒类型（人工构建）

克隆质粒：快速连接外源目的片段

表达质粒：高效表达外源基因

测序质粒：又称T-载体

自杀质粒：携带外源片段进入细胞后即消解

温敏质粒：对某种温度敏感

穿梭质粒：在真核细胞与原核细胞间转移

2、质粒的特性

(a)非必要遗传物质：一般控制次要性状，能自我复制并稳定遗传。质粒的存在也有助于微生物在特殊环境下的生长；

(b) 在细胞内的大小和数量不相同

* 1kb - 200kb ；800-1000kb

* 1-700个/ 细胞；

* 氯霉素、壮观霉素等可抑制蛋白合成并阻断染色体DNA复制，而松弛型质粒复制不受影响。

(c)互不相容性：利用同一复制系统的不同质粒不能稳定地存在于同一个细胞中

(d)具有可转移性及稳定性：以较高频率（>10-6），通过细胞间的接合作用或其它机制从供体

转移至受体；在细胞分裂前复制，均等(或不均等)分配至子细胞

中

质粒稳定遗传的条件：复制，平均分配至子细胞【par基因：参与控制质粒在细胞分裂

时的均等分配】

随机分配主动分配

(e)可整合性：在一定条件下，质粒可以整合到染色体DNA上，并可重新脱落下来；

(f)可重组性：不同质粒或质粒与染色体上的基因可以在细胞内或细胞外进行交换并形成新

的重组质粒；

(g)可消除性：经高温、吖啶橙或丝裂霉素C等可以消除质粒，宿主细胞同时也失去质粒所

携带的表型性状；

(h)耐碱性：与染色体DNA相比，质粒有较高的耐碱性，调pH至12.4 ，可使染色体DNA

变性，通过离心将其与质粒分离；

3、质粒的分离：超速离心；凝胶电泳—分子量：移动速度与分子量成反比；

构型：超螺旋>开环>线状（快→慢）

4、可移动的遗传因子—转座因子

转座子：细胞中能改变自身位置的一段DNA序列；又称易位子；含有与转座有关的基因和末端反向重复序列；中间携带一个或几个结构基因；

特点：*携带编码转座酶（tansposase, Tnp）的基因

*两端具有末端反向重复序列

插入序列：IS 为最简单的转座因子

【IS】只含编码转座所必须的转座酶的基因

分子大小在250bp ~ 1600bp左右

分布在细菌染色体、质粒及某些噬菌体DNA

具有末端反向重复序列（10-40bp）

Tn3的遗传结构

复杂转座子complex transposon（类型II）：两端为短的反向重复（30-50bp ），中间编

码转座功能和药物抗性基因或其他基因

Mu 噬菌体遗传图谱及特点

•以大肠杆菌为宿主的温和噬菌体，以溶源生长和裂解生长交替繁殖，Mu基因组37.2 Kb;

•以与IS和Tn相似的方式插入到寄主染色体DNA;

•两端是宿主DNA序列(长度不等)；

•每个噬菌体颗粒结合不同的宿主DNA序列（包装）;

转座的遗传学效应

主要遗传变化包括：

插入突变

* 当IS 或Tn插入到某基因中后，使基因功能丧失，发生突变；

* 如插入到某操纵子的前半部分，导致其后半部分结构基因表达失活