微生物課件微生物遺傳

微生物課件微生物遺傳第一頁，共九十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)第四節(jié)真核微生物的基因重組

第三節(jié)

原核微生物的基因重組第五節(jié)

基因突變和誘變育種第六節(jié)微生物與基因工程三個經(jīng)典實驗的原理與方法，朊病毒的概念原核及真核微生物基因組的基本特征基因突變的規(guī)律三種基因水平轉(zhuǎn)移方式及其應用準性生殖基因工程的基本過程和基本技術(shù)第二頁，共九十八頁，2022年，8月28日遺傳：親代與子代相似變異：親代與子代、子代間不同個體不完全相同遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質(zhì)特性之一遺傳型：(genotype)表型：(phenotype)決定生物表現(xiàn)型的遺傳因子具有一定遺傳型的個體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的外表特征和內(nèi)在特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。遺傳型＋環(huán)境條件表型第三頁，共九十八頁，2022年，8月28日表型飾變：同樣遺傳型的生物在不同外界條件下顯現(xiàn)的不同表現(xiàn)型的變異，不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變特點：暫時性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個體的行為遺傳型改變引起的表型變化，發(fā)生在基因水平上，可以遺傳給子代。特點：遺傳性、群體中極少數(shù)個體的行為（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）遺傳型變異（基因突變）：第四頁，共九十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)★一.證明核酸是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗①1928年，F(xiàn).Griffith；1944年O.T.Avery肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）轉(zhuǎn)化試驗。②1952年，A.D.Hershy、M.Chase的噬菌體感染實驗。③1956年，H.Fraenkel-Conrat的TMV拆開和重建實驗。第五頁，共九十八頁，2022年，8月28日1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力）R型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無致病能力）第六頁，共九十八頁，2022年，8月28日①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長出S菌只有R菌1944年Avery、MacLeod和McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，并在離體條件下進行了轉(zhuǎn)化試驗：只有S型細菌的DNA才能將S.pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子DNA。第七頁，共九十八頁，2022年，8月28日2、噬菌體感染實驗進入細菌細胞內(nèi)部的物質(zhì)是DNA。DNA包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全部信息。3、植物病毒TMV重建實驗TMV的遺傳物質(zhì)是RNA。第八頁，共九十八頁，2022年，8月28日結(jié)論：

證明核酸（DNA或RNA）是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)簡單的細菌（或病毒）解決復雜而重大的問題微生物與高等生物具有共同的遺傳本質(zhì)第九頁，共九十八頁，2022年，8月28日朊病毒的發(fā)現(xiàn)和思考:朊病毒一種具有傳染性的蛋白質(zhì)致病因子蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)嗎蛋白質(zhì)折疊與功能的關(guān)系，是否存在折疊密碼？？？？已知的傳染性疾病的傳播因子必須含有核酸第十頁，共九十八頁，2022年，8月28日①真核生物DNA分子與組蛋白結(jié)合構(gòu)成染色體，每條染色體有單一線性雙鏈DNA分子。一個真核生物細胞內(nèi)有多條染色體（脈孢菌7條，人23條）。高等生物中有2至多套染色體（動物2倍，水稻4倍），真菌有雙倍體，但多數(shù)微生物是單倍體。真核細胞核物質(zhì)外有核膜包圍，形成完整細胞核。②原核生物DNA不與組蛋白結(jié)合，染色體僅由一條DNA組成，DNA為共價閉合環(huán)狀雙鏈，一個細胞內(nèi)只有一條染色體（單倍體haploid）。無核膜包圍，只在細胞中央形成核區(qū)。③質(zhì)粒plasmid和轉(zhuǎn)座因子原核生物中，除染色體以外，能夠自主復制的共價閉合環(huán)狀DNA分子。它們攜帶少量遺傳基因，決定細胞的某些性狀，并非細菌生活必需。二、遺傳物質(zhì)在微生物細胞內(nèi)存在的部位和形式一）遺傳物質(zhì)在微生物細胞中的存在方式第十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日真核微生物：細胞核原核微生物：核區(qū)細胞核或核區(qū)的數(shù)目在不同的微生物中是不同的（二）遺傳物質(zhì)存在的部位第十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日細胞核水平真核生物細胞核核染色體原核生物核區(qū)DNA鏈核基因組在核基因組之外，還存在各種形式的核外遺傳物質(zhì)第十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日核外染色體真核生物的“質(zhì)粒”原核生物的質(zhì)粒 線粒體細胞質(zhì)基因 葉綠體（質(zhì)體） 中心體 動體共生生物： 卡巴顆粒酵母菌的2m質(zhì)粒F因子R因子Col質(zhì)粒Ti質(zhì)粒巨大質(zhì)粒降解性質(zhì)粒核基因組遺傳物質(zhì)類型第十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日（三）轉(zhuǎn)座因子（transposibleelement）細胞中能改變自身位置（例如從染色體或質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到另一個位點，或者在兩個復制子之間轉(zhuǎn)移）的一段DNA序列。也稱跳躍基因（jumpinggene）或可移動基因（movablegene）。插入序列（insertionsequence,IS)轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn)某些病毒（Mu噬菌體）原核生物的轉(zhuǎn)座因子：第十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)座因子40年代McClintock在玉米中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座子即跳躍基因，自1967年以來，已在微生物和其它生物中得到普遍證實。新發(fā)現(xiàn)：有些DNA片段不但可在染色體上移動，還可從一個染色體跳到另一個染色體，從一個質(zhì)粒跳到另一個質(zhì)?；蛉旧w，甚至還從一個細胞轉(zhuǎn)移到另一個細胞。在這些DNA順序的跳躍過程中，往往導致DNA鏈的斷裂或重接，從而產(chǎn)生重組交換或使某些基因啟動或關(guān)閉，結(jié)果導致突變的發(fā)生。第十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)座因子的種類（1）插入序列（IS，insertionsequence）：分子量最?。▋H），只能引起轉(zhuǎn)座（transposition）效應而不含其它基因。可以在染色體、F因子等質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)它們。已知的IS有5種，即IS1、IS2、IS3、IS4和IS5。因IS在染色體上插入的位置和方向的不同，其引起的突變效應也不同。IS引起的突變可回復，其原因可能是IS被切離，如果因切離部位有誤而帶走IS以外的一部分DNA序列，就會在插入部位造成缺失，從而發(fā)生新的突變。第十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)座因子的種類（2）轉(zhuǎn)座子(Tn，transposon，又稱轉(zhuǎn)位子，易位子)與IS和Mu噬菌體相比，Tn的分子量居中（一般為2~25kb）。它含有幾個至十幾個基因，其中除了與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因外，還含有抗藥基因或乳糖發(fā)酵基因等其它基因。Tn雖能插到受體DNA分子的許多位點上，但這些位點似乎也不完全是隨機的，其中某些區(qū)域更易插入。第十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日特征：在兩端有IR序列，分兩類：Ⅰ型Compoundtransposons： 兩端為插入序列IS，抗性基因居中。 如Tn5、Tn9、Tn10、Tn4001、Tn4003。Ⅱ型Complextransposons： 兩端為IR(30-50bp)，中間為轉(zhuǎn)座基因和抗性基因。 如Tn1、Tn3、Tn21、Tn1721、Tn551。轉(zhuǎn)座子transposon第十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)座因子的種類（3）Mu噬菌體（即mutatorphage，誘變噬菌體）是E.coli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位置上的一般溫和噬菌體不同，Mu噬菌體并沒有一定的整合位置。與IS和Tn相比，Mu噬菌體的分子量最大37kb，含有20多個基因。引起的轉(zhuǎn)座可以導致插入突變，其中約有2%是營養(yǎng)缺陷型突變。第二十頁，共九十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)座的遺傳學效應：1）插入突變2）產(chǎn)生染色體畸變3）基因的移動和重排第二十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日四）質(zhì)粒1、致育因子(Fertilityfactor，F(xiàn)因子)3、產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒（Bacteriocinproductionplasmid）2、抗性因子（Resistancefactor，R因子）4、毒性質(zhì)粒（virulenceplasmid）5、代謝質(zhì)粒（Metabolicplasmid）6、隱秘質(zhì)粒（crypticplasmid）第二十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日五）基因的表達以DNA為模板，通過RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄出mRNA，然后將mRNA包含的堿基順序在核糖體中翻譯成相應氨基酸序列的多肽。①轉(zhuǎn)錄（transcription）雙鏈DNA→單鏈，以其中一條為模板→互補mRNA②翻譯(translation)mRNA→多肽第二十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日DNA→RNA→肽鏈→蛋白質(zhì)五）基因的表達第二十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)：微生物的基因組結(jié)構(gòu)明確基因組的概念，微生物在人類基因組計劃中的獨特而重要的地位；人類基因組計劃對微生物學發(fā)展的影響；三種代表性微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點，特別強調(diào)古生菌基因組的獨特性及雙重特征；隨著基因組全序列測定微生物的增多所發(fā)現(xiàn)的新問題：

水平基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象

Woese系統(tǒng)發(fā)育樹面臨的挑戰(zhàn)

第二十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點1、原核生物（細菌）的基因組1）染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；2）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；基因數(shù)基本接近由它的基因組大小所估計的基因數(shù)一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。3）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；4）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；5）基因組的重復序列少而短.基因組genome：一種生物的全套基因。第二十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日2、真核微生物（啤酒酵母）的基因組1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；啤酒酵母基因組大小為13.5×106bp，分布在16條染色體中。2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）或內(nèi)含子序列；4）最顯著的特點是重復序列多.

第一個完成基因組測序的真核生物基因組第二十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日基因組上有許多較高同源性的DNA重復序列，這是一種進化。即可在少數(shù)基因發(fā)生突變而失去功能時不會影響生命過程，也可適應復雜多變的環(huán)境，豐余的基因可在不同的環(huán)境種起用多個功能相同或相似的基因產(chǎn)物，有備無患。酵母菌確實比細菌和病毒進步而富有，而細菌和病毒似乎更聰明，能更經(jīng)濟更有效地利用遺傳資源。第二十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日2、古生菌（詹氏甲烷球菌）的基因組第一個完成基因組測序的古生菌只有40％的基因與其他兩界的生物有同源性古生菌的基因組在結(jié)構(gòu)上類似于細菌1.66x106bp的環(huán)狀染色體DNA1682個ORF(OpenReadingFrame)3)負責信息傳遞功能的基因（復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯）則類似于真核生物第二十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日ORF(Openingreadingframe)任何一種生物的基因組，都是由不編碼和編碼蛋白質(zhì)的核苷酸序列（基因）所組成?；蛲ǔＶ皇腔蚪M的一小部分.一個基因組擁有的“基因”數(shù)目是由兩部分組成的：通過實驗證明確有蛋白質(zhì)產(chǎn)物的真實基因、根據(jù)起始密碼和終止密碼序列所確定的潛在基因。生物學家們把這兩類基因都稱為“開放閱讀框”(ＯＲＦ）。因此，一個基因組內(nèi)的基因數(shù)目通常是指ＯＲＦ的數(shù)目。

第三十頁，共九十八頁，2022年，8月28日克隆clone不經(jīng)過有性細胞的結(jié)合，由體細胞發(fā)育成新個體，即無性繁殖?；蛑亟Mgenerecombination兩個不同來源的遺傳物質(zhì)進行交換，經(jīng)過基因的重新組合，形成新的基因型的過程。重組獲得的后代具有新的基因組合，表現(xiàn)出不同于親本的新性狀。原核微生物沒有有性生殖，其基因重組通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導方式進行。第三節(jié)原核微生物的基因重組第三十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日一、細菌的接合作用(conjugation)通過細胞與細胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過程1.實驗證據(jù)第三十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日接合(conjugation)通過供體菌與受體菌間細胞接觸而傳遞大段DNA1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.TatumE.colik12的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實驗中間平板上長出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致。第三十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日F因子大腸桿菌是有性別分化的。決定它們性別的因子稱為F因子(致育因子或稱性質(zhì)粒)，呈超螺旋狀態(tài)，既可以在細胞內(nèi)獨立存在,

具有自主的與染色體進行同步復制和轉(zhuǎn)移到其他細胞中的能力,也可插入(即整合)到染色體上第三十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日F因子的四種細胞形式：

a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F(xiàn)因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收F因子而變成F+菌株；b）F+菌株(“雄性”菌株)，

F因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。d）F′菌株，Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F′因子。細胞表面同樣有性菌毛。第三十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日F+菌株 含F(xiàn)質(zhì)粒，細胞表面產(chǎn)生性毛(sexpili)，與F-細胞相連，在接合后轉(zhuǎn)移DNA。F-菌株 無F質(zhì)粒，不產(chǎn)生性毛，可接受外來F質(zhì)粒。第三十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日Hfr菌株高頻重組菌株（highfrequencyrecombination）。與F-接合后，重組頻率比F+高幾百倍。在Hfr細胞中，存在與染色體特定位點相整合的F因子(產(chǎn)生頻率約10-5)。當它與F-菌株發(fā)生接合時，Hfr染色體在F因子處發(fā)生斷裂，由環(huán)狀變成線狀。整段線狀染色體轉(zhuǎn)移至F-細胞的全過程約需100min。在轉(zhuǎn)移時，由于斷裂發(fā)生在F因子中，所以必然要等Hfr的整條染色體組全部轉(zhuǎn)移完成后，F(xiàn)因子才能完全進入F-細胞。但轉(zhuǎn)移過程中斷，所以越在前端的基因，進入的機會就越多，故在F-中出現(xiàn)重組子的時間就越早，頻率也高。第三十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日F’菌株當Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離其染色體組時，可形成游離的攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱F’因子。攜帶有F’因子的菌株，其性狀介于F+與Hfr之間，這就是初生F’菌株。初生F’菌株與F-菌株接合，可使后者轉(zhuǎn)變成F’菌株，這就是次生F’菌株，它既獲得了F因子，又獲得了來自初生F’菌株的若干遺傳性狀。以這種接合來傳遞供體菌基因的方式，稱為F因子轉(zhuǎn)導(F-duction)、性導(sexduction)

。在次生的F’群體中，大約有10%的F’因子重新整合到染色體組上，而恢復成Hfr菌。第三十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日1）F+×F-雜交1）F+細菌通過性毛與F-細菌接觸并發(fā)生相互作用；2）F因子出現(xiàn)缺口，雙鏈之一被切斷，從斷端轉(zhuǎn)移F因子的一條鏈到F-細菌中。3）F因子的一條鏈一進入F-細菌中，在F-細菌中復制新的F因子從而變成F+

4）原有F+細胞也完成F因子另一條鏈的復制，所以轉(zhuǎn)移是F+的拷貝。F+＋F+第三十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部細菌染色體傳遞給F-細胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株2）Hfr×F-雜交Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細胞進行接合。所不同的是，當OriT序列被缺刻螺旋酶識別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導區(qū)(leadingregion)結(jié)合著染色體DNA向受體細胞轉(zhuǎn)移。F因子除先導區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移染色體的末端，由于轉(zhuǎn)移過程常被中斷，因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細胞中。Hfr×F-雜交后的受體細胞(或接合子)大多數(shù)仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導區(qū)的基因，進入的機會就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時間就越早，頻率也高。Hfr＋F-第四十頁，共九十八頁，2022年，8月28日3）F′×F-雜交F′×F-與F+×F-的不同：供體的部分染色體基因隨F′一起轉(zhuǎn)入受體細胞a）與染色體發(fā)生重組；b）繼續(xù)存在于F′因子上，形成一種部分二倍體細胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又常稱為性導（sexduction）。F′＋F′第四十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日1、普遍性轉(zhuǎn)導（generalizedtransduction）(1)意外的發(fā)現(xiàn)1951年，JoshuaLederberg和NortonZinder為了證實大腸桿菌以外的其它菌種是否也存在接合作用，用二株具不同的多重營養(yǎng)缺陷型的鼠傷寒沙門氏菌進行類似的實驗：用“U”型管進行同樣的實驗時，在給體和受體細胞不接觸的情況下，同樣出現(xiàn)原養(yǎng)型細菌！二、細菌的轉(zhuǎn)導(transduction)第四十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日1952年Zinder和Lederberg

在驗證Salmonellatyphimurium是否也存在接合現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)導現(xiàn)象。S.typhimurium： LT22A(trp-)； LT2(his-)LT22溶原性→噬菌體P22→感染LT2（非溶原性）→可能釋放帶trp+的P22→LT22A(trp-)→呈原養(yǎng)型。第四十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日沙門氏菌LT22A是攜帶P22噬菌體的溶源性細菌,另一株是非溶源性細菌一個表面看起來的常規(guī)研究卻導致一個驚奇和十分重要發(fā)現(xiàn)的重要例證！基因的傳遞很可能是由可透過“U”型管濾板的P22噬菌體介導的（普遍性轉(zhuǎn)導這一重要的基因轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)現(xiàn)）WhyandHow?第四十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日（二）轉(zhuǎn)導（transduction）轉(zhuǎn)導：由病毒介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式

一個細胞的DNA或RNA通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個細胞中。細菌轉(zhuǎn)導的類型：普遍轉(zhuǎn)導局限轉(zhuǎn)導完全轉(zhuǎn)導流產(chǎn)轉(zhuǎn)導低頻轉(zhuǎn)導高頻轉(zhuǎn)導轉(zhuǎn)導噬菌體：能將細菌宿主的部分染色體和質(zhì)粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體。獲得了由噬菌體攜帶來的供體菌DNA片段的受體細胞稱為轉(zhuǎn)導子。在轉(zhuǎn)導中被轉(zhuǎn)移的染色體片段稱為轉(zhuǎn)導因子。

第四十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日普遍轉(zhuǎn)導（generalizedtransduction）噬菌體可以轉(zhuǎn)導供體菌染色體的任何部分到受體細胞中普遍性轉(zhuǎn)導的三種后果：外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導失敗。進入受體的外源DNA通過與細胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導子流產(chǎn)轉(zhuǎn)導第四十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日完全轉(zhuǎn)導completetransduction

：

形成了遺傳性穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導子(transductant)普遍轉(zhuǎn)導(generalizedtransduction)噬菌體可誤包供體菌中的任何基因(包括質(zhì)粒)，并使受體菌實現(xiàn)各種性狀的轉(zhuǎn)導第四十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)導DNA不能進行整合、重組和復制，但其攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達。因此群體中僅一個細胞含有DNA，而其它細胞只能得到其基因產(chǎn)物。流產(chǎn)轉(zhuǎn)導：第四十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日局限轉(zhuǎn)導：溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上宿主細胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導而發(fā)生裂解時，在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中第四十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日局限轉(zhuǎn)導specialized

transduction當溶原菌群經(jīng)誘導后，其中極少數(shù)前噬菌體從宿主染色體脫落時產(chǎn)生錯誤切割，從而把宿主的某些基因（λ前噬菌體位點兩端是細菌染色體的gal＋和bio＋，故形成的轉(zhuǎn)導噬菌體通常帶有g(shù)a1＋或bio＋）整合到噬菌體的基因組上，當這樣的噬菌體侵染另一宿主菌時，噬菌體DNA與受體菌的DNA同源區(qū)段配對，通過雙交換而整合到受體菌的染色體組上，使受體菌獲得了供體的這部分遺傳特性，而形成轉(zhuǎn)導子（缺陷溶源菌）。第五十頁，共九十八頁，2022年，8月28日局限轉(zhuǎn)導與普遍轉(zhuǎn)導的主要區(qū)別：a）局限轉(zhuǎn)導中被轉(zhuǎn)導的基因共價地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進行復制、包裝以及被導入受體細胞中。而普遍性轉(zhuǎn)導包裝的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性轉(zhuǎn)導顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個別基因?qū)胧荏w，故稱為局限性轉(zhuǎn)導。而普遍性轉(zhuǎn)導攜帶的宿主基因具有隨機性。第五十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日溶源轉(zhuǎn)變(lysonenicconversion)當溫和噬菌體感染其宿主而使之發(fā)生溶源化時，因噬菌體的基因整合到宿主的基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性狀的現(xiàn)象。當宿主喪失這一噬菌體時，通過溶源轉(zhuǎn)變而獲得的性狀也同時消失。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導有本質(zhì)上的不同，首先是它的溫和噬菌體不攜帶任何供體菌的基因；其次，這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的。典型例子：不產(chǎn)毒素的白喉棒桿菌(Corynebacteriumdiphtheriae)

菌株在被噬菌體感染而發(fā)生溶源化時，會變成產(chǎn)白喉毒素的致病菌株。第五十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日低頻轉(zhuǎn)導與高頻轉(zhuǎn)導低頻轉(zhuǎn)導：當用λ噬菌體轉(zhuǎn)導發(fā)酵乳糖的基因時，約10-6

被感染的細菌中出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)導子。即大約10-6

噬菌體中只有一個帶有發(fā)酵乳糖的基因。高頻轉(zhuǎn)導：當λ噬菌體整合到寄主細胞后，帶有發(fā)酵乳糖基因的λ噬菌體也整合到寄主染色體上，成為雙重溶源化細胞。這種細菌用紫外線誘導時，非轉(zhuǎn)導的和轉(zhuǎn)導的噬菌體同時脫離細胞染色體而復制繁殖，兩個噬菌體中就有一個帶有發(fā)酵乳糖的基因。用這種細胞釋放的噬菌體轉(zhuǎn)導發(fā)酵乳糖基因，就可以得到50％的轉(zhuǎn)導子。第五十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日供體菌受體菌DNA片段轉(zhuǎn)化：指同源或異源的游離DNA分子（質(zhì)粒和染色體DNA）被自然或人工感受態(tài)細胞提取，并得到表達的水平方向的基因轉(zhuǎn)移過程。這些被轉(zhuǎn)化的游離的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子

。轉(zhuǎn)化后的受體菌，稱為轉(zhuǎn)化子。

1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）

的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象目前已知有二十多個種的細菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力三、細菌的遺傳轉(zhuǎn)化（genetictransformation）第五十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日

感受態(tài)細胞：受體菌最容易接受外源DNA片段并實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)。

轉(zhuǎn)化需要二方面必要條件：1、建立了感受態(tài)的受體細胞2、外源游離DNA分子（轉(zhuǎn)化因子）自然感受態(tài)是細胞一定生長階段的生理特性，受細菌自身的基因控制；人工感受態(tài)則是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取DNA的能力，或人為地將DNA導入細胞內(nèi)轉(zhuǎn)化因子通常是雙鏈DNA。

第五十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)化過程:

①感受態(tài)的出現(xiàn)②轉(zhuǎn)化因子的吸附與摻入③轉(zhuǎn)化因子的整合

第五十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日噬菌體DNA被感受態(tài)細胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒轉(zhuǎn)染(transfection)：轉(zhuǎn)染的特點：提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化的（而非感染）途徑進入細胞并表達后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。第五十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日人工轉(zhuǎn)化：用CaCl2處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉(zhuǎn)化手段。在自然轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的一項細菌基因重組手段，不是由細菌自身的基因所控制，是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。用多種不同的技術(shù)處理受體細胞，使其人為地處于一種可以攝取外源DNA的“人工感受態(tài)”。電穿孔法（electroporation):用高壓脈沖電流擊破細胞膜形成小孔，使各種大分子（包括DNA)能通過這些小孔進入細胞，所以又稱電轉(zhuǎn)化。第五十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日五.原生質(zhì)體融合將遺傳性狀不同的兩種菌（包括種間、種內(nèi)及屬間）原生質(zhì)體融合成為一個新的重組子的技術(shù)。原生質(zhì)體融合步驟：1、原生質(zhì)體制備2、原生質(zhì)體融合和再生3、融合子的選擇第五十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日微生物細胞融合的研究始于1976年。主要過程：先準備兩個有選擇性遺傳標記的突變株，在高滲溶液中，用適當?shù)拿摫诿溉コ毎?，再將形成的原生質(zhì)體離心聚集，并加入促融合劑PEG(聚乙二醇)促進融合，然后在高滲溶液中稀釋，涂在能使其再生細胞壁或進行分裂的培養(yǎng)基上，待形成菌落后，通過影印接種法，將其接種到各種選擇性培養(yǎng)基上，最后鑒定它們是否是重組子。第六十頁，共九十八頁，2022年，8月28日

雜交是在細胞水平上發(fā)生的一種遺傳重組方式。有性雜交：指性細胞間的接合和隨之發(fā)生的染色體重組，并產(chǎn)生新遺傳型后代的一種方式。

（一）有性雜交第四節(jié)真核微生物的基因重組能產(chǎn)生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以進行有性雜交第六十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日（二）準性雜交準性生殖是指真菌中不通過有性生殖的基因重組過程。它類似于有性生殖，但比之更原始的一種生殖方式，它可使同一生物的兩個不同來源的體細胞經(jīng)融合后，不通過減數(shù)分裂而導致低頻率的基因重組。在半知菌類中最為常見。2、異核體形成1、菌絲聯(lián)合3、核配4、體細胞交換和單倍體化準性生殖的過程：

雜合二倍體只有相對的穩(wěn)定性，在其繁殖過程中雖不進行減數(shù)分裂，但在有絲分裂中可以發(fā)生染色體交換和染色體單倍化，從而形成各種分離子。

第六十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日第五節(jié)基因突變和誘變育種

基因突變：一個基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何可遺傳的改變。野生型（原始性狀）基因突變突變型（新性狀）一、基因突變的定義第六十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日自發(fā)突變：在自然條件下發(fā)生的基因突變。誘發(fā)突變：利用物理化學因子處理微生物使其產(chǎn)生的突變。

回復突變：突變菌株發(fā)生突變，回復到出發(fā)菌株的狀態(tài)。

基因突變分為

二、基因突變的類型同義突變：堿基的變化沒有改變產(chǎn)物氨基酸序列的變化。錯義突變：堿基序列的變化引起產(chǎn)物氨基酸的變化。無義突變：堿基的改變是密碼子變?yōu)榻K止密碼子。移碼突變：堿基的缺失或插入使翻譯的閱讀框發(fā)生改變，從而使氨基酸序列完全變化。不同的堿基變化對遺傳信息的改變不同：第六十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日常見的微生物突變類型：1、營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）特點：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長負選擇標記（突變株不能通過選擇平板直接獲得）缺乏合成其生存所必需的營養(yǎng)物的突變型。第六十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日2、抗藥性突變型（resistantmutant)由于基因突變使菌株對某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性的突變型。3、條件致死突變型(conditionallethalmutant)在某一條件下具有致死效應，而在另一條件下沒有致死效應的突變型。4、形態(tài)突變型(morphologicalmutant)指造成形態(tài)改變的突變型。5、其他突變型如毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物的種類和產(chǎn)量以及對某種藥物的依賴性突變型等。第六十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

1）自發(fā)性2）不對應性3）稀有性4）規(guī)律性

三、基因突變的機制

5）獨立性6）可誘變性7）遺傳性8）可逆性1、基因突變的特點：第六十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日

基因突變的自發(fā)性和非對應性的證明一種觀點認為，突變的原因和突變的性狀間是相對應的，并認為這就是“定向變異”、“馴化”。另一種觀點認為，基因突變是自發(fā)的。如何證明基因突變的非對應性？ 三個經(jīng)典實驗

變量實驗、涂布實驗、影印實驗1943年S.E.Luria與M.Dlbruck進行了Fluctuationtest1949年H.B.Newcombe的Respredingplatedincubacion1952年J.Lederberg夫婦用Replica-plating結(jié)束了爭論證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應關(guān)系！第六十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日2、自發(fā)突變的機制主要的原因是：堿基互變異構(gòu)體的存在導致形成不同的堿基配對。腺嘌呤氨基式

A－T配對腺嘌呤亞氨基式

A－C配對結(jié)果：導致ATGC堿基置換：堿基與堿基之間的交換導致突變的發(fā)生

轉(zhuǎn)換：嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的堿基置換。顛換：嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的堿基置換。第六十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日3、誘發(fā)突變的機制（1）堿基的置換（轉(zhuǎn)換、顛換）堿基對置換substitution轉(zhuǎn)換transition顛換transversion第七十頁，共九十八頁，2022年，8月28日（2）移碼突變frame-shiftmutant

：添加或缺失核苷酸，引起閱讀錯誤第七十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日（3）染色體畸變chromosomalaberration

：缺失、重復、插入、易位、倒位第七十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日A、堿基類似物-------5-BU尿嘧啶引起堿基的轉(zhuǎn)換5－溴尿嘧啶（胸腺嘧啶結(jié)構(gòu)類似物）4、誘變劑第七十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日B、插入染料第七十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日C、與DNA堿基直接起化學反應的誘變劑亞硝酸引起DNA的堿基轉(zhuǎn)換第七十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日D、輻射和熱嘧啶嘧啶二聚體UV第七十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日第七十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日第七十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日“生物化學統(tǒng)一性”法則：人和細菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果所有生物的DNA在結(jié)構(gòu)及特性上具有一致性讓細菌代人受過！Ames試驗：利用細菌模型了解潛在化學致癌物的誘變作用第七十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日美國加利福尼亞大學BruceAmes教授于1966年發(fā)明具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復突變率回復突變：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復，這種第二次突變稱為回復突變Ames試驗第八十頁，共九十八頁，2022年，8月28日Ames試驗第八十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日四、DNA損傷的修復1、光復活作用嘧啶二聚體嘧啶光解酶2、切除修復3、重組修復第八十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日4、SOS修復DNA分子受到較大范圍的重大損傷時誘導產(chǎn)生的一種應急反應。錯誤傾向的SOS修復第八十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日第七節(jié)微生物與基因工程了解微生物學在基因工程技術(shù)的建立與發(fā)展中的重要意義，了解并掌握基因工程的基本過程和基本技術(shù)。第八十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日1.基因工程概述（微生物學與基因工程的關(guān)系）2.微生物與基因工程工具酶（限制性內(nèi)切酶的基本概念及其在基因操作技術(shù)中的最基本應用）

3.微生物與克隆載體（克隆載體的基本要求，了解目前有哪些克隆得到應用，它們各有什么特點和聯(lián)系（異同點）。重點掌握質(zhì)粒和λ噬菌體克隆載體）4.微生物作為克隆載體的宿主（為什么微生物通常能成為基因工程的重要宿主，最常用的有哪些？）5.基因工程的常用技術(shù)和方法（重點介紹PCR技術(shù)，原理與方法）第八十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日第七節(jié)微生物與基因工程一、基因工程基因工程：在基因水平上，改造遺傳物質(zhì)，即將分離到的或合成的基因經(jīng)過改造，插入載體中，導入宿主細胞內(nèi)，使其擴增和表達，從而獲得大量基因產(chǎn)物，或者令生物表現(xiàn)出新的性狀?？寺≥d體（cloningvector）負責將外源DNA片段運送到細胞中進行復制與擴增。第八十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日微生物學與基因工程的關(guān)系微生物學不僅為基因工程提供了理論基礎(chǔ)，同時也提供了操作技術(shù)?；蚬こ谈攀龌蚬こ蘥eneengineering 人工將供體的遺傳物質(zhì)--DNA在離體條件下用適當?shù)墓ぞ呙高M行切割，把它與載體(vector)的DNA分子連接，然后與載體一起導入某一受體細胞中，讓外源遺傳物質(zhì)進行正常的復制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術(shù)。第八十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日過程①基因分離：②體外重組：外源DNA與載體連接③載體傳遞：導入受體，使外源DNA在受體中表達④復制、表達⑤篩選、繁殖：對重組后的大量重組子性狀進行篩選，從中選出所需性狀重組子，并使之穩(wěn)定繁殖。第八十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日獲得目的基因選擇基因載體體外重組外源基因?qū)?/p>