《微生物学教程》周德庆(第二版)

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绝大多数线性质 粒的复制是将一 种蛋白质结合于 每条链的5’端 作为引物。
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3、各种质粒之间的相容性
相容性质粒（compatible plasmids）：不同的
质粒共存于同一个细胞，这些质粒互为相容性
质粒，否则称为不相容性质粒（incompatible
plasmids）。相容与否由质粒基因控制。
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F质粒的基因图谱
见教材199页
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5、质粒赋予细菌的性状
质粒可携带多种基因，但这些基因必须不影 响质粒自身的复制和宿主细胞的生存。
隐质粒（cryptic plasmids）：除自身复制的基因， 不含其他基因。
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质粒赋予细菌的一些性状： 根瘤菌——固氮，结瘤 假单胞菌——降解一些难以降解的化合物 致病性大肠杆菌——吸附抗原，溶血素，肠毒素 大肠杆菌——大肠杆菌素 金黄色葡萄球菌——凝固酶，溶血素，溶纤维蛋 白酶，肠毒素，黄色色素等 乳酸细菌——细菌素NisinA 抗药性
2、可转化微生物的种类 许多微生物是自然可转化的，包括G+和G-的一
些种类，以及一些古细菌。
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3、感受态（competence ） 能吸收DNA并被转化的细胞叫感受态细胞。 感受态似乎是一种遗传特性：DNA结合蛋白，
细胞壁自溶，各种核酸酶。 4、DNA的吸收
细菌转化所需的最小DNA量为1×10-5μg/mL。
影印平板法也是由莱德伯格发明的。
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影印平板法 replica plating
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1953年4月——沃森-克里克在《自然》的一篇短 文中公布了DNA的结构模型。
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1955-1958年——雅各布（F.Jacob）和沃尔曼 （F.L.Wollman）以一系列独创性的研究工作阐 明了大肠杆菌K12的基因转移机制。在这些工作 中，最著名和关键性的是“中断杂交实验”
4、质粒在细胞中的存在、转移和消除
（1）存在
游离于细胞质中。
整合到细胞染色体上。附加体（episome）
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（2）转移 有些质粒可在细胞之间通过接合作用转移，
这类质粒叫可接合质粒。 质粒的接合转移由质粒编码的基因控制。
（3）消除 质粒可自发从细胞中消除。 可通过多种物理化学方法将质粒从细胞中消除。
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戴维斯（B.D.Davis）进一步证明细胞与细胞的接 触对这种遗传重组发生是必不可少的。
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1952年——海斯（William Hayes）在《自然》 上发表论文宣布接合和重组是供体细胞遗传物质 发生单向转移的结果。
1952年——莱德伯格和卡瓦利（L.L.Cavalli） 证实了这一点，创造了F+和F-等术语。同年，他 们发现了高频重组菌株（Hfr）。
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五、阐明细菌抗药性产生的原因
1961年——渡边、戴塔（N.Datta）、梅内耳
（F. Meynell）和安德森（E. S.Anderson）的工
作揭示了抗药性是以一种或多种“接合促进因子”
为媒介来传播的。每类接合促进因子与它所在的
细胞表面上的某种特异的纤毛结合在一起，并证
准性生殖是一种类似于有性生殖生殖方式，是一种在同 种而不同菌株的体细胞间发生的融合，它可不借助减数分裂 而导致低频率基因重组并产生重组子。
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准性生殖过程：
（1）菌丝联结（n+n，频率极低） （2）形成异核体，异核体能独立生活。 （3）核融合产生双倍体杂合子（频率低） （4）体细胞交换和单倍体化
1882年——科赫。
固体培养基，分离纯化技术。
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二、发现细菌变异现象 19世纪最后20年，越来越多的证据表明细菌物
种不稳定。 1907年——马西尼（R. Massini）首次对细菌
变异进行专门研究，发表了《可突变的大肠杆菌》 的论文。在这篇论文中，他第一次使用了定量研 究的方法。
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三、探索细菌变异的本质 1928年——格里非斯（Friderick Griffith）发
Streptomyces lividans的DNA是线性的，其末端 与蛋白质共价结合。
最小的细菌染色体：580kbp（一种枝原体） 最大的细菌染色体：9500kbp（一种粘细菌）
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2、结构 （1）一般没有间隔基因（内含子）
原核a 细胞
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真核细胞
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（2）一般没有重复序列 细菌的基因一般都是单拷贝的。
酵母有两种配子，分别为a和α。
a 配子的MAT位点是 a基因：产生a 因子；细胞表
面只有α 因子的受体。
α 配子的MAT位点是α基因：产生α 因子；细胞表
面只有 a 因子的受体。
在每种配子细胞中，基因组的其他位置上有a和α 基因的拷贝，他们是转型的贮备基因。这种机制 叫“暗盒”机制（cassette mechanism）
注射
有毒菌株
老鼠死亡
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1944年——埃弗里（O.T.Avery）和他的同事们 通过一系列精密的实验，证明转化中起作用的分子 是DNA。
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四、发现并阐明细菌的接合作用 1945年——
塔特姆（E.L.Tatum） 和莱德伯格（Lederberg） 证实了大肠杆菌K12菌株 的两个营养缺陷型菌株 之间的遗传重组。
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1、质粒的物理性状 环状 dsDNA，一般为超螺旋状。 大小 1—1000kbp。
2、质粒的复制 DNA合成靠细胞中的酶。 复制起始 质粒控制 子细胞中质粒的拷贝数
质粒在细胞中的拷贝数 1—3/细胞
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＞100/细胞
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绝大多数G+菌的环状质粒的复制是滚环式复制。
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绝大多数G 菌环状质粒的复制是θ 式复制
转导子（transductant）：由转导作用而获得 部分新性状的重组细胞。
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普通转导
generalized
transduction
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流产转导
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特殊转导（specialized transduction） 局限转导
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三、接合（conjugation）（教材229-232页） 接合是细胞-细胞间转移质粒的一种机制。
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一、衰退的防止
1、控制传代次数
2、创造良好的培养条件
3、利用不易衰退的细胞传代
4、采用有效的菌种保藏方法
二、菌种的复壮
1、纯种分离
2、通过宿主体复壮
3、淘汰已衰退的个体
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三、菌种的保藏 著名的菌种保藏中心 常用的菌种保藏方法：斜面保藏
沙土管保藏 甘油悬液保藏法 液氮保藏法
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（3）相关的细菌，染色体上基因的排列顺序也相 似，否则不相似。 （4）许多细菌在DNA复制起始附近的结构相似， 同样，在复制终止附近的结构也相似。
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（二）细菌的质粒 质粒（plasmid）存在于绝大多数原核生物，
但只在少数真核生物中发现。 质粒是能独立于宿主细胞染色体进行自我复
制的遗传因子，以核酸的形式存在于细胞内，无 细胞外存在形式。
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（三）细菌的噬菌体 从自然界分离到的细菌中，绝大多数是溶原菌。 许多证据证明，细菌的一些基因群来自染色体
外的遗传因子，如质粒和噬菌体。
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二、真核微生物的遗传因子 真核微生物的遗传因子有：染色体，线粒体
DNA，叶绿体DNA，质粒，病毒。 真核微生物可以单倍体或/和二倍体形式存在，
但在绝大多数真核微生物中，二倍体阶段是很短暂 的。
表了一篇论文，描述了肺炎球菌培养物中的转化 现象。
格里非斯的这篇文章非常重要，对于理解转化 作用和最终阐明DNA是遗传物质打下了基础。
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1933年—— 奥洛韦（J.L.Alloway）证明转化因 子是一种可溶性的物质，至少是亚细胞的物质。
加热杀菌
有毒菌株
有毒菌株无细胞提取物
+
无毒菌株
酿酒酵母是最常用于真核遗传研究的真核微生 物之一，也是第一个测定基因组全序列的真核生物。
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（一）酿酒酵母的染色体
单倍体：16条
大小：245——2200kbp
单倍体碱基数：12×106 bp
（二）酿酒酵母的2μ质粒
绝大多数酵母菌株含有2μ质粒。
酿酒酵母中2μ质粒的拷贝数约30-50/细胞。
2μ质粒：环状dsDNA， 6318 bp。编码4种蛋
白质。不赋予细胞任何性状。
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三、病毒的遗传因子 DNA，RNA 有重叠基因
噬菌体ΦX174的基因图谱
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第3节 原核微生物的基因重组
在原核中，基因重组以下列3中方式中的一种 实现： 转化，转导，接合。
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一、转化（transformation） 1、定义：
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，称为转化或转化作用。
第7章 微生物的遗传
第1节 微生物遗传研究的起源 第2节 微生物的遗传因子 第3节 原核生物的基因重组 第4节 真核微生物的基因重组 第5节 菌种的保藏
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第1节 微生物遗传研究的起源
微生物遗传的研究起源于对“细菌变异”现 象
的早期研究。
一、证实微生物具有种的稳定性
1870年——巴斯德，科恩。
球菌 球菌，杆菌 杆菌。
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有性杂交（sexual hybridization）：
一般指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进 行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。
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酿酒酵母生活史
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二、真核微生物的准性生殖和准性杂交
准性杂交（parasexual hybridization）：
是利用准性生殖对一些没有有性生殖的半知菌类进行杂 交育种的一种技术。
明这种结构确能造成供体和受体细胞之间的特异
粘附，并有可能形成让遗传物质从中通过的接合
管。
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电镜观察到的接合现象
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抗药性质粒在a 细菌之间的转移
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第2节 微生物的遗传因子
遗传因子（Genetic elements）：承载遗传物 质的结构。
遗传因子必须具备2点：能自我复制，能编码。
基因组：一个细胞或病毒所含的完整基因。
dsDNA结合到细胞表面
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整条双链DNA被吸收 一条链被降解，另一条被吸收
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动物细胞：吞噬的方式将DNA吞入。 真菌：消化细胞壁，然后让DNA被吸收。
电穿孔法 基因枪法
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二、转导（transduction） 由病毒介导，DNA由一个细胞转移到另一个
细胞，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为 转导。
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体细胞交换
有丝分裂（产生错误， 导致染色体分配不均）
染色体逐步丢失，单倍体化
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新的稳定的单倍体杂合子
第5节 菌种的衰退、复壮和保藏
在DNA复制过程中发生自发突变的几率为： 10-7——10-11每碱基对每次复制
一个基因自发突变率约 10-6/代 无意突变率约 10-6——10-8/代 RNA基因组的突变率比DNA的高103。
基因：编码一种蛋白，一种tRNA或一种rRNA 的DNA片段。
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一、原核微生物的遗传因子 原核微生物的遗传因子有3类： 染色体，质粒，噬菌体。
（一）细菌的染色体
1、形状、大小
1条环状dsDNA。
负超螺旋。约50个超螺旋区域。
正超螺旋（少数，都生活在极高温度下）。
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超螺旋的形成
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伯氏疏螺旋体的DNA是线性的，其末端为发卡 结构。
F质粒的基因图谱
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第4节 真核微生物的基因重组
真核微生物的基因重组方式主要有：有性 杂交，准性杂交，原生质体融合和遗传转化。
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一、真核微生物的有性生殖和有性杂交
酿酒酵母有性生殖的分子机制：