水處理微生物學(xué)雙語第五章節(jié)

水處理微生物學(xué)雙語第五章節(jié)第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.Genotype/phenotype遺傳型/表型1.1Genotype（遺傳型）：某生物含有的遺傳信息即DNA中正確的核苷酸序列。1.2Phenotype（表型）：遺傳型性狀的具體體現(xiàn)，如產(chǎn)生莢膜的能力或者產(chǎn)生抗生素藥物抗性的能力。1.3基因型和表型的表示方法：表型用羅馬單詞的頭三個(gè)縮寫字母，第一個(gè)字母大寫。用+或者-區(qū)分野生型或缺陷型。如Phe-（Phenylalanine）表示沒有合成苯丙氨酸的能力，Lac+（lactose）表示能夠利用乳糖作為碳源?；蛐陀脝卧~頭三個(gè)字母的小寫表示，第四個(gè)用大寫字母表示所涉及的特定基因，所有的字母均為斜體字。如lacZ。第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.Mutation

突變2.1Mutation（突變）：細(xì)胞中DNA的核苷酸序列發(fā)生的任何改變。這種改變可以通過細(xì)胞的表型改變觀察到，有的也觀察不到。2.2突變有單位點(diǎn)突變和多位點(diǎn)突變。2.3多位點(diǎn)突變：堿基序列的缺失、插入、倒位、重復(fù)等，從而影響到許多基因。第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月多位點(diǎn)突變第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月3.Pointmutations

點(diǎn)突變3.1Pointmutation（點(diǎn)突變）：DNA序列中單個(gè)堿基發(fā)生改變稱為點(diǎn)突變。點(diǎn)突變可分為轉(zhuǎn)換（transitions）A←→G；顛換（transversions）嘌呤和嘧啶互換。有四種點(diǎn)突變的類型。同義突變、錯(cuò)義突變、無義突變、移碼突變第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月4.Isolationofmutation突變株的分離4.1有毒化合物抗性突變株，如對(duì)抗生素或者對(duì)噬菌體侵染的抗性。這些突變株能夠通過在有毒藥劑或者噬菌體存在的條件下來選擇。4.2營(yíng)養(yǎng)缺陷型的突變株，如不能合成某一種氨基酸和維生素。這些突變株可以通過影印培養(yǎng)法來篩選。4.3不能利用某種特殊底物突變株，如不能利用乳糖和麥芽糖生長(zhǎng)的突變株，也可以通過影印培養(yǎng)法鑒別。第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月5.Replicaplating影印培養(yǎng)法5.1影印培養(yǎng)法是篩選大量特殊突變菌落的一種方法。5.2操作步驟：采用親本和突變株均能生長(zhǎng)的培養(yǎng)基，能形成單個(gè)菌落的稀釋度，將細(xì)菌鋪成平板；培養(yǎng)后用一個(gè)無菌的絲絨布包裹的圓柱章的圓墊轉(zhuǎn)移上述菌落到可以檢出突變株的培養(yǎng)基平板上。通過比較，即可確定突變株。第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月影印法圖第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月SectionEBacterialgenetics

細(xì)菌的遺傳E2Mutagenesis誘變第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.Spontaneousmutations（自發(fā)突變）1.1自發(fā)突變是指微生物在自然條件下，沒有人工干預(yù)而發(fā)生的突變。一個(gè)基因大約每106復(fù)制周期出現(xiàn)一個(gè)突變。1.2自發(fā)突變的原因：堿基的互變異構(gòu)效應(yīng)，若A（氨基式）改為A‘（亞氨基式），則由A-T配對(duì)改為A-C配對(duì)；另外堿基的酮式和稀醇式互變也改變堿基的配對(duì)方式，若T改換成烯醇式，會(huì)出現(xiàn)G-T配對(duì)；若C改換成亞氨基，會(huì)出現(xiàn)C-A配對(duì)。多因素低劑量的有變效應(yīng)：空間的各種短波輻射、自身代謝產(chǎn)物等第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.Mutagens（誘變劑）2.1堿基類似物（baseanalogs）：如5-溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤在DNA復(fù)制時(shí)摻入DNA分子，類似自發(fā)突變的堿基互變異構(gòu)現(xiàn)象，高頻率地導(dǎo)致突變。2.2嵌入劑（intercalatingagents）：如溴化乙啶和丫啶橙是三個(gè)環(huán)的類似堿基對(duì)形狀的化合物，它們能夠插入DNA分子，引起螺旋結(jié)構(gòu)變型，在DNA復(fù)制時(shí)導(dǎo)致插入或者缺失堿基。2.3修飾DNA的化學(xué)藥品（DNA-modifyingchemicals）：能夠改變堿基中的化合物，如將胞嘧啶轉(zhuǎn)變成羥胺胞嘧啶，后者與腺嘌呤配對(duì)，結(jié)果G-C變成A-T.2.4電離輻射，如紫外線誘發(fā)突變。原理以后講。第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月SectionEBacterialgenetics

細(xì)菌的遺傳E4DNArepairmechanismsDNA修復(fù)機(jī)制第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.Overview（概述）1.1DNA在復(fù)制中隨時(shí)可以發(fā)生差錯(cuò)和損傷，微生物有多鐘復(fù)雜的修復(fù)系統(tǒng)去修復(fù)這些DNA。修復(fù)時(shí)可以直接消除原有的損傷，不引起堿基序列改變；也可以快速、粗放的修復(fù)，但以不準(zhǔn)確為代價(jià)。1.2大腸桿菌中紫外線損傷的修復(fù)了解的最清楚，將是本節(jié)講述的主要內(nèi)容。1.3紫外線可以誘發(fā)形成環(huán)丁烷嘧啶二聚體，使DNA螺旋扭曲。這些二聚體不能形成正常的堿基配對(duì)，所以當(dāng)DNA聚合酶Ⅲ到達(dá)此類化合物時(shí)，DNA合成發(fā)生阻塞。1.4在大腸桿菌中至少有四個(gè)修復(fù)系統(tǒng)對(duì)付這種損傷。第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.Photoreactivation（光復(fù)活作用）2.1這一種修復(fù)作用依賴光線。光解酶與黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）能夠切割相鄰嘧啶堿的環(huán)丁烷恢復(fù)為原來的單聚體。這是對(duì)付紫外線損傷的第一道防線。嘧啶二聚體圖第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月3.Excision（dark）切除（暗）修復(fù)3.1將它稱之為暗修復(fù)是為了與光復(fù)活相區(qū)別，它是一種不同類型DNA損傷的修復(fù)的普遍系統(tǒng)?；虍a(chǎn)物UvrA、B、C結(jié)合形成一個(gè)核酸內(nèi)切酶，它能夠識(shí)別堿基改變所引起的DNA扭曲。修復(fù)原理如圖所示。第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月4.Recombinational(post-replication)repair

重組（復(fù)制后）修復(fù)4.1胸腺嘧啶二聚體不能被復(fù)制，但是DNA聚合酶可以跳過損傷部位，繼續(xù)合成。所以，在新合成的DNA子鏈上二聚體的對(duì)面留下一個(gè)缺口，這個(gè)缺口能夠被RecA蛋白通過以下機(jī)制來修復(fù)。第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月5.SOS-repairsystems（SOS修復(fù)系統(tǒng)）5.1SOS-修復(fù)系統(tǒng)是一個(gè)傾向差錯(cuò)的修復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)與DNA聚合酶相互作用，使校正酶抑制，堿基隨即插入二聚體的對(duì)面，結(jié)果在胸腺嘧啶二聚體部位能夠繼續(xù)復(fù)制，這個(gè)機(jī)制是紫外線導(dǎo)致突變的主要原因，因?yàn)槠渌男迯?fù)機(jī)制是很精確的。第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月5.SOS-repairsystems（SOS修復(fù)系統(tǒng)）5.2SOS修復(fù)系統(tǒng)是一個(gè)被誘導(dǎo)的系統(tǒng)。DNA損傷→Rec蛋白被激活→LexA蛋白被切開→LexA的阻遏功能喪失→結(jié)構(gòu)基因合成SOS系統(tǒng)第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月SectionEBacterialgenetics

細(xì)菌的遺傳E5Plasmids質(zhì)粒圖第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.Structureofplasmids（質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)）1.1質(zhì)粒（plasmids）：原核細(xì)胞中常含有的一種或多種，染色體以外的DNA。1.2質(zhì)粒一般是共價(jià)、閉合、環(huán)狀、超螺旋的DNA分子，能夠獨(dú)立于染色體進(jìn)行復(fù)制。1.3真核生物如酵母菌中也分離出大量的質(zhì)粒，甚至也發(fā)現(xiàn)一些線性質(zhì)粒。第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.Functionofplasmids（質(zhì)粒的功能）2.1質(zhì)粒所攜帶的基因?qū)?xì)菌的正常生長(zhǎng)和細(xì)胞分裂并不是必需的，但是對(duì)細(xì)菌是有用的。2.2很多質(zhì)粒不表現(xiàn)出任何功能，這些質(zhì)粒稱為隱蔽性質(zhì)粒2.3一些質(zhì)粒的功能如圖所示。第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月3.Replicationofplasmids（質(zhì)粒的復(fù)制）3.1非常小的質(zhì)粒利用宿主的復(fù)制系統(tǒng)去復(fù)制它們自己，它們都有一個(gè)復(fù)制原點(diǎn)，DNA聚合酶和DNA合成系統(tǒng)能夠結(jié)合上去。3.2大的質(zhì)粒具有另外的基因，這些基因是質(zhì)粒復(fù)制所必需的成分。3.3某些質(zhì)粒能夠整合到染色體上，隨染色體復(fù)制而復(fù)制，這些質(zhì)粒也稱為附加體（episomes）。第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月4.Conjugativeplasmids（接合質(zhì)粒）4.1接合質(zhì)粒是質(zhì)粒中的一個(gè)重要的類群，這些質(zhì)粒能夠通過細(xì)菌的接合在細(xì)菌中轉(zhuǎn)移。4.2大腸桿菌中的F-因子就是一種接合質(zhì)粒；另外R-質(zhì)粒也是一種接合質(zhì)粒，這種質(zhì)粒攜帶有抗生素抗性的基因。4.3許多接合質(zhì)粒只在同種間轉(zhuǎn)移，但是有一類能夠在革蘭是陰性細(xì)菌中廣泛轉(zhuǎn)移，稱為濫交質(zhì)粒（promiscuousplasmids）。4.4所有的R-質(zhì)粒，尤其是濫交質(zhì)粒有可能傳播細(xì)菌細(xì)胞抗生素抗型基因。第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月SectionEBacterialgenetics

細(xì)菌的遺傳E6FPlasmidsandconjugationF-質(zhì)粒與接合第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.Conjugation（接合）1.1接合（conjugation）：是某些質(zhì)粒調(diào)控細(xì)胞間DNA轉(zhuǎn)移的重要機(jī)制，它需要細(xì)胞間直接接觸。1.2接合質(zhì)粒（如大腸桿菌的F-質(zhì)粒）在細(xì)胞間有轉(zhuǎn)移它們自身的能力，在某些情況下也能夠轉(zhuǎn)移一段染色體DNA。1.3F-質(zhì)粒攜帶的一組基因稱為tra基因，它編碼與其它細(xì)菌形成交配體所需的全部蛋白，然后DNA從含質(zhì)粒的細(xì)胞（供體F+）想不含質(zhì)粒的細(xì)胞（受體F-）轉(zhuǎn)移。1.4含有F質(zhì)粒的細(xì)胞（F+

）由tra基因編碼合成細(xì)胞表面的性菌毛（一種蛋白質(zhì)的絲狀結(jié)構(gòu)），附著在F-細(xì)胞表面形成一個(gè)交配體。F-性纖毛在接觸后縮回，兩個(gè)細(xì)胞緊密接觸。1.5F質(zhì)粒通過滾環(huán)復(fù)制向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移一個(gè)完整的F質(zhì)粒。第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.IntegrationandHfrstrains

（整合與Hfr菌株）2.1高頻重組菌株high-frequencyrecombination（Hfrstrains）：染色體上整合了F質(zhì)粒的菌株稱為高頻重組菌株。2.2整合機(jī)理：大腸桿菌染色體上有許多分散的F質(zhì)粒插入序列，這些同源序列間重組導(dǎo)致F質(zhì)粒整合在染色體的基因組特定位點(diǎn)上.。2.3整合后的F-質(zhì)粒仍然能夠形成交配體，染色體上的基因隨F質(zhì)粒的DNA進(jìn)入受體細(xì)胞，進(jìn)入的多少，依接合的時(shí)間而定，理論上一個(gè)大腸桿菌完整的染色體全部轉(zhuǎn)移需要100分鐘。最后轉(zhuǎn)移的基因是tra。2.4交配個(gè)體的基因轉(zhuǎn)移隨時(shí)都可以中斷，進(jìn)來的染色體不能環(huán)化形成質(zhì)?；蛘叩诙旧w，但是可以整合到受體的染色體中。

2.5Hfrstrains用于測(cè)定大腸桿菌基因在染色體上的位置。第35頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月高頻菌株圖第36頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月3.F’factors（F’因子）3.1F’因子（F’factors）：質(zhì)粒從染色體上切離時(shí)，帶下來一段