微生物遗传

绪论

独立分离定律：在生物体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。

自由组合定律：控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的；在形成配子时，决定同一性状的成队的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。

基因是在染色体上呈线性排列的遗传单位，它不仅是决定性状的功能单位，也是一个突变单位和交换单位。

连锁和交换定律：遗传过程中，染色体可以自由组合，而排在一条染色体上的基因是不能自由组合的，即为“连锁”；同源染色体的断离与重新结合，能够产生了基因的“互相交换”。

现代基因概念

DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列（除部分病毒RNA）, 即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核苷酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列。

基因组：携带生物体全部遗传信息的核酸量。

从分子水平来说，基因有3个基本特性:

（1）基因可自体复制

（2）基因决定性状

（3）基因突变

基因的功能类别

（1）蛋白质基因：其最终产物为蛋白质

（2）结构基因（structure gene）：编码酶和结构蛋白的基因。结构基因的突变可导致特定蛋白质（或酶）一级结构的改变或影响蛋白质（或酶）量

的改变。

（3）调节基因（regulator gene）：指某些可调节控制结构基因表达的基因。

调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶）量的改变

（4）RNA基因：其最终产物是tRNA和rRNA

（3）不转录的基因：不产生任何产物，对基因表达起调节控制作用

启动基因（启动子，启动区）：转录时RNA多聚酶与DNA结合的部位。

操纵基因：位于结构基因（一个或多个）的前端，与阻遏蛋白或激活蛋白结合，控制结构基因活动的DNA区段。是操纵结构基因的基因。

基因的几种特殊形式

（1）重复基因：

指在基因组中有多份拷贝的基因，往往是生命活动中最基本、最重要的基因。（2）重叠基因：

指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列为两个或两个以上基因的组成部分。

（3）断裂基因

指基因的编码序列在DNA分子上是不连续排列的，而是被不编码的序列所隔开。编码的序列称为外显子，对应于mRNA序列的区域，是一个基因表达为多肽链

的部分。不编码的间隔序列称为内含子，内含子只转录，在前mRNA（pre—mRNA）时被剪切掉。大多数真核生物的基因为不连续基因（interrupted或discontinuous gene）或断裂基因（split gene）。

（4）跳跃基因(jumping gene)

指可在DNA分子间进行转移的DNA片段。也称为转座遗传因子（transposable genetic element），转座元件或转座基因（transposable element，TE），可动基因(mobile gene)。

（5）假基因

即与正常功能基因顺序基本相同却不具有控制蛋白质合成的功能的基因。在真核生物中是很普遍存在，形成的主要原因是碱基对缺失或插入以致不能正常编码。细菌概述

(1). 细菌的细胞：细菌是原核生物（prokaryotes)，无细胞核，不进行减数和有丝分裂，而是简单地复制和一分为二。

(2). 细菌的染色体：细菌为单倍体，其染色体为环形双链DNA分子，不形成核小体结构。

微生物基因组结构的特点

1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组

1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；

2）基因组上遗传信息具有连续性；

3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；

4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；

5）基因组的重复序列少而短；

古生菌的基因组在结构上类似于细菌。但是信息传递系统(复制、转录和翻译)则与细菌不同而类似于真核生物。

操纵子（operon）：

功能相关的几个基因前后相连，再加上一个共同的调节基因和一组共同的控制位点（启动子、操作子等）在基因转录时协同动作。

2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组

1）典型的真核染色体结构；

2）没有明显的操纵子结构；

啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。

3）有间隔区（即非编码区）和内含子序列；

4）重复序列多；

质粒（plasmid）：

一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。

转座因子（transposable element）：

位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。

质粒和转座因子是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子

质粒的分子结构

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）

质粒的检测

提取所有胞内DNA后电镜观察；

超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；

对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，

质粒的主要类型

致育因子（Fertility factor，F因子）

抗性因子（Resistance factor，R因子）

产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）

毒性质粒（virulence plasmid）

代谢质粒（Metabolic plasmid）

隐秘质粒（cryptic plasmid）

1、致育因子(Fertility factor，F因子)

又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。

（conjugation）时具体介绍

2、抗性因子（Resistance factor，R因子）

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。

3、产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）

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。