第六章微生物

第六章遗传与变异

遗传：微生物在一定条件下，亲代将它的形态结构、生理功能等特征传给子代，使子代在某些性状上与亲代相似，是维持物种稳定的基本保证。变异：微生物在生长繁殖的过程中，子代与亲代间存在着不同程度的差异，变异可不断形成变种和新种，导致微生物的进化。染色质的结构单位是核小体。遗传物质的结构（1）原核生物（细菌、放线菌）：核质（2）真核生物：染色体染色体：DNA+蛋白质真核生物染色体DNA组装不同层次的结构质粒：某些微生物在染色体上外的遗传物质，是微生物细胞内游离于细胞质或能整合入染色体的DNA 分子。特征：质粒一般是闭合、环状、双链DNA分子能自主复制不相容性所携带的基因非细胞生长所必需能从宿主细胞自发消除，但消除频率低。能从一个细菌转移到另一个细菌功能:与致病性、耐药性及次级代谢产物（如抗生素）的合成有关；与遗传物质的转移有关，作为基因工程的载体种类：致育因子（F因子）：抗性质粒（R质粒）： Col质粒：带有编码大肠杆菌素（colicins）的基因。转座因子跳跃基因，细胞中能改变自身位置的DNA。转座因子改变位置行为称为转座。转座因子的种类原核生物中的转座因子根据分子结构与遗传性质可分为3类。插入序列（IS因子），转座子（Tn）转座噬菌体，微生物的变异现象基因型：某一生物个体所含有的全部遗传因子（基因的总和）。表型：某一生物体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。变异类型：非遗传型：基因型没有改变，环境因素造成。遗传型：基因型改变，能稳定地遗传，为不可逆地变异。形态结构上的变异如：青霉素使正常细胞变多形鞭毛：H-O变异芽胞：炭疽杆菌42℃培养，失去芽孢菌落变异：如：S-R变异毒力上的改变：代谢上的变异⑴营养缺陷型的变异：酶活力改变，可作为研究遗传的一个良好机会⑵抗药性变异基因突变：DNA链上的一对或少数几对碱基发生置换、插入或缺失而引起的，为DNA分子微小的损伤，也称点突变。染色体畸变：某些理化因子(如X射线、亚硝酸等)除了引起点突变外，还会使大段的DNA发生易位、缺失、重复或倒立，涉及大范围的DNA损伤，常导致微生物的死亡。突变的主要特征⑴稳定的可遗传性⑵可逆性⑶稀少性（突变率低10－9－10－6）⑷独立性⑸自发性与诱变性

⑹不对应性突变类型⑴形态突变型⑵营养突变型⑶高产突变型⑷抗性突变型⑸致死突变型⑹毒力突变型基因突变的分子机制⑴自发突变的机制背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应微生物自身代

谢产物的诱变效应如：过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物。对脉孢菌有诱变作用，加入过氧化氢酶可降低这种作用。互变异构效应如：DNA链中，TG常以酮式、AC常以氨基式存在。当T以烯醇式出现，与G互补配对；C以亚氨基形式出现，就和A配对，使基因发生突变，造成自发突变。碱基对发生自发突变的几率约为10-8～10-9。环状突出效应：DNA复制中，如果其中某一单链上偶而产生一个小环，则会因其上的基因越过复制而发生遗传缺失，从而造

成自发突变。⑵诱发突变及其机理1）碱基对的置换2）移码突变3）染色体畸变1）碱基对置换碱基对置换：转换（嘧啶或嘌呤同类更换）、颠换（嘧啶或嘌呤异类更换）直接引起置换的诱变剂（亚硝酸类、烷化剂类）亚硝酸对含有氨基的碱基对直接作用而诱发碱基对转换。能使碱基中的氨基氧化脱氨，从而使腺嘌呤（A）变成次黄膘呤（H），胞嘧啶（C）变成尿嘧啶（U），由于H 和C 配对，U 与A 配对，因此当DNA 再次复制时，A:T 就转换为 G:C，而G:C 就转换为 A:T。 3）染色体畸变微生物能以多种方式去修复被紫外线损作后的DNA，主要方式有两种：光复活作用。暗修复作用。也称切除修复作用。第三节基因的转移和重组

基因重组：来自不同亲代细胞的DNA分子通过重新组合，成为带有双亲遗传信息的新DNA分子的过程。

基因转移：遗传物质从供体菌转移至受体菌。可通过接合、转化、转导、溶原转变及细胞融合实现。

原核微生物的基因重组

转化

受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，通过交换组合把它整合到自己的基因组中，从而获得了供体菌的部分遗传性状的现象，称为转化。转化后的受体菌，称为转化子。供体菌的DNA片段称为转化因子。

只有处于感受态的细菌才能接受转化因子，进行转化作用。

转化过程：

⑴从供体菌提取出转化因子双链DNA片段；

⑵双链DNA片段与感受态受体菌的细胞表面特定位点结合；

⑶在结合位点上，双链DNA中的一条单链逐步降解，同时另一条链逐步进入受体细胞。

⑷进入受体细胞的DNA单链与受体菌染色体组上同源区段配对，而受体菌染色体组的相应单链片段被切除，并被进入受体细胞的DNA单链所取代，于是形成了杂种DNA区段；

⑸受体菌染色体进行复制，其中杂种区段被分离成两个，一个恢复，一个形成一个转化子。

接合（c o n j u g a t i o n）

供体菌细胞和受体菌细胞通过性菌毛的作用直接接触，遗传物质自供体菌转移至受体菌，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状。

获得供体菌部分遗传性状的受体菌称为接合子。

接合的结果：

F++F-→2F+

H f r+F-→H f r＋F-（多数情况下）

H f r+F-→H f r＋H f r（少数情况下）

F′+F-→2F′

转导（t r a n s d u c t i o n）

通过噬菌体噬菌体为媒介，将供体细菌细胞中DNA片段携带到受体细菌细胞中，从而使受体细菌获得供体细菌的某些遗传性状的现象，称为转导。

根据媒介噬菌体的不同，转导分普遍性转导和局限性转导两类。

普遍性转导：通过完全缺陷噬菌体将供体菌任何DNA片段转移至受体菌。

局限性转导：通过部分缺陷的温和噬菌体将供体菌少数特定基因转移至受体菌。

溶原性转变：由温和噬菌体感染，前噬菌体整合入宿主菌染色体而使其溶原化。

真核微生物的基因重组

有性杂交