微生物遺傳學遺傳的物質基礎

微生物遺傳學遺傳的物質基礎第1頁/共49頁第二章微生物的遺傳物質第一節(jié)遺傳物質的本質第2頁/共49頁一、DNA是遺傳物質（一）DNA作為主要遺傳物質的間接證據

基因存在于染色體上(真核生物)：蛋白質

約占66％

脫氧核糖核酸(DNA)

約占27％核酸

核糖核酸(RNA)

約占6％其它：如擬脂和無機物質

少量染色體第3頁/共49頁1.DNA含量恒定性。配子DNA=1/2體細胞，多倍體DNA含量倍增，但細胞內而蛋白質含量是不恒定的。2.DNA代謝穩(wěn)定性。3.DNA是所有生物染色體所共有的。4.UV激發(fā)最有效波長是2600Ao，與DNA所吸收的UV光譜是一致的。第4頁/共49頁（二）DNA作為主要遺傳物質的直接證據●Griffith的試驗（1928）材料：RⅡ型肺炎雙球菌，粗糙型無毒

SⅢ型肺炎雙球菌，光滑型有毒

家鼠

方法：a.

少量RⅡ

家鼠

b.

大量SⅢ(予先加熱65殺死)家鼠注入注入1.細菌的轉化(Transformation)

一種生物由于接受了另一種生物的遺傳物質（DNA或RNA）而表現出后者的遺傳性狀，或發(fā)生遺傳性狀改變的現象。第5頁/共49頁推測:被加熱殺死的SⅢ型肺炎雙球菌必然含有某種促成以上結果的活性物質第6頁/共49頁1944年Avery等從S抽提液中部分純化了此轉化因子，而且此物質不受蛋白酶、多糖酶和核糖核酶（Rnase）的影響，只能為DNA酶所破壞，證明它是DNA。利用此DNA樣品加入R型細菌的培養(yǎng)物中，得到菌落中含有了S型球菌。這個實驗證明了使肺炎球菌的遺傳性發(fā)生改變的轉化因子是DNA，而不是蛋白質。這一發(fā)現極大地推動了對核酸的結構和功能的研究。

第7頁/共49頁2.噬菌體侵染與繁殖

實驗：

（1）用P32標記T2噬菌體的DNA

S35標記T2噬菌體的蛋白質（2）分別感染大腸桿菌

（3）10min用攪拌器甩掉附著于細胞外面的噬菌體外殼,發(fā)現

a.全部放射性活動(P32)見于細菌內→子代

b.放射性(S35)大部分見于被甩掉的外殼中→子代

DNA是遺傳物質第8頁/共49頁第9頁/共49頁噬菌體侵染實驗第10頁/共49頁遺傳物質必須具有以下特性：

（1）貯存并表達遺傳物質；（2）能把遺傳信息傳給子代；（3）物理和化學性質穩(wěn)定；（4）有遺傳變化的能力。DNA具有上述特性，適合作為遺傳物質。第11頁/共49頁二、RNA是遺傳物質實驗證據：

煙草花葉病毒(TMV)——TMV病毒是RNA與蛋白質組成。

(1)用RNA接種到煙葉上→發(fā)病

(2)用蛋白質接種煙草葉上→不發(fā)病

(3)用RNA+RNA酶接種到煙葉上→不發(fā)病

RNA是遺傳物質

第12頁/共49頁第13頁/共49頁三、存在核酸之外的其它遺傳物質

朊病毒（prion=proteinaceousinfectiousagent）：意為蛋白質樣的感染性粒子。只有蛋白質而沒有核酸的病毒。美國生物學家S.B.Prusiner1997年諾貝爾醫(yī)學或生理學獎這種因子具有可感染性。與病毒類似，搔癢病的感染性粒子是濾過性的，但與病毒不同的是，福爾馬林處理不能完全消除其傳染性。它可被蛋白酶K滅活，但不能被核酸酶處理和UV輻射滅活，表現出典型的蛋白質性質。在高度純化的感染性物質中檢測不到大于100nt的核酸，因而這種感染性的粒子不是核酸。第14頁/共49頁

朊病毒特性：比已知的最小的常規(guī)病毒還小得多（約30～50nm）。電鏡下觀察不到病毒粒子的結構，經負染后才見到聚集而成的棒狀體，其大小約為10～250x100～200納米，且不呈現免疫效應，不誘發(fā)干擾素產生，也不受干擾作用。濾過性

致病性

傳染性

宿主范圍的特異性：是羊搔癢病的致病因子，它導致山羊和綿羊的退行性神經疾病的原因。這種病與影響人腦功能的庫魯?。ㄐ聨變葋喺痤澆。┖涂耍攀喜〖隘偱２☆愃?。第15頁/共49頁

朊病毒是一個36kDa的疏水性的糖蛋白，稱為朊病毒蛋白（prionprotein,PrP）。PrP由宿主細胞核基因PRNP編碼。在正常動物的腦中也有表達。第16頁/共49頁有兩種形式：PrPc和PrPsc

正常的腦組織中發(fā)現的產物是PrPc可被蛋白酶完全降解；而PrPsc只存在被感染的腦組織，對蛋白酶的降解有較強的抗性，只能部分被降解。

PrPc是個可溶性的蛋白質，而PrPsc很難溶解。

兩種蛋白質具有相同的一級結構，但二級結構卻十分不同，PrPc的α螺旋的含量約為40％，幾乎沒有β片層結構，相反PrPsc則含有高達50％的β片層結構，而α螺旋的含量僅為20％。因而二者之間結構上的差異可能導致對蛋白酶抗性的不同。推測搔癢病的發(fā)生是感染性的PrPsc與內源的PrPc共同作用的結果。

第17頁/共49頁PrPc轉化為PrPsc的機制的不同模式：

第18頁/共49頁

構象轉化模式（Conformationalmodel）模板輔助模式（template-assistedmodel）：PrPsc

形式比PrPc的穩(wěn)定，但由PrPc到PrPsc的轉化在動力學上是不利的。PrPsc可以催化PrPc分子結構的變化。它可結合并穩(wěn)定PrPc到PrPsc的中間體，通過增加不穩(wěn)定的中間體的數量或提高中間體自發(fā)地轉化為PrPsc地速率，促進生成更多穩(wěn)定地PrPsc。模板輔助模式類似于一些蛋白質動力學控制的構型轉化，如流感血球凝集素、枯草桿菌蛋白酶等。第19頁/共49頁

成核聚合模式（nucleation-polymerizationmodel）：PrPsc的生成是一個依賴于晶核生成的聚合過程，在事先沒有聚集體存在時，PrPc與PrPsc之間的轉化是可逆的，但PrPsc沒有PrPc穩(wěn)定，PrPsc聚集體可與PrPc單體結合并使之穩(wěn)定。感染緩慢的發(fā)生，如同結晶過程中引入晶種并生成晶體一樣。成核聚合模型類似于微管蛋白的聚集、晶體的生成、鐮刀型血紅蛋白的形成、病毒衣殼粒的組裝、細菌鞭毛的聚集等生物過程。第20頁/共49頁推薦的相關論著：Satpute-KrishnanP,SerioTR.Prionproteinremodellingconfersanimmediatephenotypicswitch.Nature.2005;437(7056):262-5.SilveiraJR,RaymondGJ,HughsonAG,RaceRE,SimVL,HayesSF,CaugheyB.Themostinfectiousprionproteinparticles.Nature.2005;437(7056):257-61第21頁/共49頁第二節(jié)遺傳物質的存在狀態(tài)從細胞觀點，生物分為：真核生物原核生物：高等動物植物部分微生物：原生動物、真菌、單細胞藻類細菌、放線菌、噬菌體第22頁/共49頁就遺傳物質而言：真核生物原核生物遺傳物質DNADNAorRNA染色體組成DNA

和蛋白質DNAorRNA染色體數目多個一個核膜有無細胞分裂過程出現紡錘體有著絲粒無無第23頁/共49頁一、DNA在真核類微生物中的存在狀態(tài)如，粗糙脈孢菌七條染色體，每一條染色體都有染色粒、隨體及核仁組織中心中期染色體核型模式第24頁/共49頁以細胞器形式存在的真核微生物DNA-------葉綠體、線粒體、中心粒、毛基體等第25頁/共49頁以細胞器形式存在的真核微生物DNA-------葉綠體、線粒體、中心粒、毛基體等結構特性成分復雜。包括DNA、蛋白質、脂質類及RNA等成分結構復雜而多樣。如，葉綠體和線粒體具有復雜膜結構；中心粒和毛基體都具有微管或微纖絲結構。功能不一。數目不一。自我復制。一旦消失，后代細胞中將不會出現。第26頁/共49頁二、DNA在原核微生物中的存在狀態(tài)染色體和質粒第27頁/共49頁第三節(jié)染色體倍性和生活史一、染色體倍性單倍體和二倍體的狀態(tài)交替生存現象是生物界的一個普遍現象。高等動物和植物：二倍體微生物的原生動物大部分：二倍體

細菌和放線菌、真菌：單倍體

酵母菌：二倍體和單倍體都有第28頁/共49頁二、生活史（lifecycle）一般指某種生物一生中的變化。具體指生物的單倍體和二倍體的交替存在。

以生活史為標準，生物可劃分為三種類型：

二倍性生物（高等動物）

單倍性生物（多數生物）

雙單性生物（酵母菌）舉例：第29頁/共49頁粗糙脈孢菌的生活史酵母菌的生活史第30頁/共49頁小結：

遺傳物質的證明

遺傳物質存在的狀態(tài)

染色體倍性和生活史問答題：舉例說明遺傳物質的本質？第31頁/共49頁如何做SeminarPresentation第32頁/共49頁Seminar

?

（專題研究）Semen：aseed

第33頁/共49頁Seminary第34頁/共49頁Seminar:

seedbed(seedbedofthought)第35頁/共49頁Seminar“Asmallgroupofadvancedstudentsinacollegeorgraduateschoolengagedinoriginalresearchorintensivestudyundertheguidanceofaprofessorwhomeetsregularlywiththemtodiscusstheirreportsandfindings.”

“大學或研究生院中在教授的指導下，從事開創(chuàng)性研究或深入學習的一小群先進的學生，教授定期與他們討論他們的報告和發(fā)現。”即人們常說的大學研究班、研究討論會。第36頁/共49頁如何選擇一篇好的專題研究報告的文章？TopJournalInterestingOriginalresearch第37頁/共49頁SeminarVS.ReviewAsciencereview:AperiodicalcontainingcriticalevaluationsandarticlesonspecificsubjectsSeminarVS.JournalClubJournalClub:

Arecordofevents,personalexperiencesandthoughtsetc.,keptdaybyday.第38頁/共49頁好的Seminar報告文章

新的觀念

（Newideas）

新的技術

（Newtechnology）

具有討論性的主題

（Hypothesis）第39頁/共49頁Seminar報告內容

題目、文章出處及研究團隊

前言

作者所欲證實的理論

實驗設計

實驗結果與討論

結果第40頁/共49頁Seminar

最重要是能提出文章所要證實的hypothesis第41頁/共49頁HypothesisAberrantAIDexpressioncontributestowidespreadgenomicinstability,Imatinibresistance,andBlymphoidblastcrisisprogressionofCML.第42頁/共49頁如何介紹實驗方法？先介紹實驗的目的，然后簡要地介紹作者所應用的方法；如何介紹實驗結果？借助幻燈片傳達明確和準確的信息；引導聽眾去解讀文章數據和數據的意義；說明實驗結果的學術意義。第43頁/共49頁DLBCL(GC-deriveddiffuse-largeBcelllymphomacells)Question1:whetherAIDisimplicatedinCMLprogressionintofatalblastcrisis?CD34+marker實時定量RT-PCRWestern-BlotFACS實時定量RT-PCRAIDisabsentinchronic-phaseCML,itisexpressedandactiveinasubsetofpa