第七章普通微生物學課后習題及答案2

1、細菌和病毒作為遺傳學研究的材料有哪些優(yōu)越性？（1）世代周期短：每個世代以min或h計算,繁殖速度快,大大縮短了實驗周期.

（2）易于管理和進行化學分析個體小,繁殖方便,可以大量節(jié)省人力、物力和財力；且代謝旺盛,繁殖又快,累積大量的代謝產(chǎn)物.

（3）便于研究基因的突變細菌和病毒均屬于單倍體,所有突變都能立即表現(xiàn)出來,不存在顯性掩蓋隱性的問題.

（4）便于研究基因的作用通過基本培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基的影印培養(yǎng),很容易篩選出營養(yǎng)缺陷型,利于生化[研究.

（5）便于基因重組的研究通過細菌的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導和接合作用,在一支試管中可以產(chǎn)生遺傳性狀不相同的后代.

（6）便于用于研究基因結(jié)構(gòu)、功能及調(diào)控機制的材料細菌和病毒的遺傳物質(zhì)簡單,基因定位和結(jié)構(gòu)分析等易于進行且可用生理生化方法進行基因的表達和調(diào)控分析.

（7）便于進行遺傳操作細菌質(zhì)粒和病毒作為載體,已成為高等生物的分子遺傳學研究和生物工程的重要工具.2、簡述證明DNA是遺傳物質(zhì)的主要證據(jù)。T2

噬菌體侵染細菌實驗

噬菌體侵染

1．

T2

噬菌體是一種專門寄生于細菌體內(nèi)的病毒,它的主要組成部分是蛋白質(zhì)殼體和

DNA

分子；

2．

將用于實驗的

T2

噬菌體分為

2

組,一組用

35S

標記噬菌體的蛋白質(zhì),另一組用

32P

噬菌

體的

DNA；

3．

將

2

組作了標記的噬菌體分別與細菌進行侵染實驗；

4．

實驗發(fā)現(xiàn)：35S

標記主要出現(xiàn)在宿主細胞外,而

32P

標記主要出現(xiàn)在宿主細胞內(nèi),并且在

噬菌體的子代中也檢測到

32P3、怎樣從遺傳學角度理解朊病毒的存在？從理論上講,“中心法則”認為DNA復制是“自我復制”,即DNA～DNA,而朊病毒蛋白是PrP→PrP,是為“自他復制”.這對遺傳學理論有一定的補充作用.但也有矛盾,即“DNA→蛋白質(zhì)”與“蛋白質(zhì)→蛋白質(zhì)”之間的矛盾.對這一問題的研究會豐富生物學有關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容；對病理學、分子生物學、分子病毒學、分子遺傳學等學科的發(fā)展至關(guān)重要,對探索生命起源與生命現(xiàn)象的本質(zhì)有重要意義.4、原核生物基因組和真核生物基因各自的結(jié)構(gòu)特點是什么？模式真細菌-大腸桿菌基因組的結(jié)構(gòu)基因組組成特點：1、功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子2、結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝3、基因組的重復序列少而短高等真核生物模型-釀酒酵母的基因組結(jié)構(gòu)酵母基因組組成特點：1、基因排列緊密2、GC豐富DNA序列和GC缺乏DNA序列鑲嵌排列3、含有大量DNA重復序列。5、什么叫轉(zhuǎn)導、普遍性轉(zhuǎn)導、局限性轉(zhuǎn)導?轉(zhuǎn)導：通過溫和的或有缺陷的噬菌體將細菌基因從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。普遍的轉(zhuǎn)導：噬菌體可誤包供體菌中任何基因,并使受體菌實現(xiàn)各種性狀的轉(zhuǎn)導，稱為普遍轉(zhuǎn)導。一般用溫和噬菌體作為普遍轉(zhuǎn)導的媒介。局限轉(zhuǎn)導：是指通過某些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，并與后者基因整合、重組，形成轉(zhuǎn)導子的轉(zhuǎn)導現(xiàn)象。6、簡述F因子在E.coli中的不同存在方式，以及不同組合雜交時的特點。答：Fˉ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因子而變成雄性菌株（F+）（1分）；F+菌株，F(xiàn)因子獨立存在，細胞表面有性菌毛（1分）；Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛（1分）；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（1分）。F+×Fˉ雜交均成為F+細胞；Hfr×Fˉ雜交后的受體細胞(或接合子)大多數(shù)仍然是Fˉ；F′×Fˉ雜交后的受體細胞變成F′（3分；答出2種及2種以上）。7、試比較轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導、性導在細菌遺傳物質(zhì)的傳遞上的異同？答：這四種現(xiàn)象的相同之處是：都是細菌的遺傳物質(zhì)DNA在不同的細菌細胞之間傳遞，從而使受體細胞遺傳物質(zhì)發(fā)生重組。

不同之處是：轉(zhuǎn)化是裸露的DNA直接與處于感受態(tài)的細胞之間的互作，進入受體細胞，發(fā)生重組；接合是由于F因子的整合產(chǎn)生Hfr菌株，在F因子進行轉(zhuǎn)移時，供體菌遺傳物質(zhì)也被帶入受體菌，實現(xiàn)重組；性導是Hfr菌株中F因子的錯誤環(huán)出，產(chǎn)生了攜帶有供體菌遺傳物質(zhì)的F'因子，接合時隨F'因子的轉(zhuǎn)移而使供體菌遺傳物質(zhì)導入到受體菌中；轉(zhuǎn)導是細菌的一段染色體被錯誤地包裝在噬菌體的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)，并通過感染而轉(zhuǎn)移到另一個受體菌內(nèi)。8、何為突變？試述其分子基礎(chǔ)?；蛲蛔儯邯M義：指染色體上某一基因位點內(nèi)部，由于DNA堿基對的置換、增添或缺失引起的基因化學性質(zhì)的變化，也叫點突變。廣義基因突變：點突變、染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)目變異。分子基礎(chǔ)：

一、自發(fā)突變(spontaneousmutation)

自發(fā)突變可能由復制錯誤、DNA損傷和轉(zhuǎn)座作用等引起.

1.DNA復制錯誤(errorsofDNAreplication)

DNA堿基有互變異構(gòu)體,造成DNA復制過程中的DNA錯配.

（1）轉(zhuǎn)換：Purine→Pu;或者Pyrimidine→Py

（2）顛換：Pu→Py;或者Py→Pu

（3）移碼突變：增加或減少幾個堿基,導致蛋白質(zhì)翻譯錯位.

（4）缺失和重復：大片段堿基的缺失或重復,如E.coli乳糖發(fā)酵調(diào)節(jié)基因lacⅠ中四堿基重復序列.

野生型：5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’

突變型FS5：5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’

突變型FS2：5‘-GTCTGGCTGGC-3’

2、DNA損傷（lesions）

（1）脫嘌呤由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵受到破壞,從而引起一個鳥嘌呤或腺嘌呤從DNA分子上脫落下來.

（2）脫氨基C脫氨基變成U;A脫氨基變成H,：

AAT→→→H-T→→→H-C→→→H-C

↘→A-T↘→G-C

BGC→→→G-U→→→A-U→→→A-U

↘→G-C↘→A-T

造成轉(zhuǎn)換

（3）氧化損傷（oxidativelesions）:O2-OH-H2O2

可對DNA造成損傷

二、誘發(fā)突變（inducedmutaion）

多種理化因素都可以誘導DNA的突變：

1、誘變機制

（1）堿基類似物例：5-BU和5-BrdU是胸腺嘧啶(T)的結(jié)構(gòu)類似物,酮式結(jié)構(gòu)易與A配對；烯醇式結(jié)構(gòu)易與G配對.另有2-氨基嘌呤(2-AP,A類似物)、5-氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等.

（2）特異性錯配例烷化劑:甲磺酸乙酯(EMS)、亞硝基胍(NG)、芥子氣等.通過改變堿基結(jié)構(gòu)使堿基錯配.

如：G-C;當G烷基化后可與T配對,導致堿基轉(zhuǎn)換.

或者烷化劑使嘌呤脫落,造成轉(zhuǎn)換、顛換、斷裂或其他突變

子（3）嵌合劑的致突作用

例.吖啶類染料:吖啶橙、吖啶黃素、原黃素等堿基對的類似物,易造成移碼突變.

（4）輻射誘導效應(yīng)

①紫外線UV:形成嘧啶二聚體,如T二聚體,①同一條單鏈內(nèi),影響復制時與A的配對,使復制中止；②雙鏈之間,影響雙鏈變性,并影響復制.

重復、缺失、移碼突變

②電離輻射：如X-ray、可引起堿基的降解或脫落,A變成H;C變成T,出現(xiàn)轉(zhuǎn)換.

物理——物理化學——生物化學——大分子損傷

ⅴ黃曲霉的作用

使鳥嘌呤G脫落,SOS修復引入A,造成突變.

2、堿基替換的遺傳效應(yīng)

(ⅰ)同義突變（samesensemutation）不改變氨基酸的密碼子變化,與密碼子的兼并性有關(guān).如GAU/GAC—Asp.

(ⅱ)錯義突變（missensemutation）堿基替換的結(jié)果引起氨基酸序列的改變.

(ⅲ)無義突變（nonsensemutation）編碼區(qū)的單堿基突變導致終止密碼子(UAG/UGA/UAA)的形成,使mRNA的翻譯提前終止,形成不完全的肽鏈.

如鐮刀型貧血癥：血紅蛋白B鏈(146Aa),6號氨基酸的替換,導致明顯的表型癥狀.Glu→Val,若Glu→Asp則影響較小.

3、碼突變及其產(chǎn)生

在基因的外顯子中插入或缺失1,2或4個核苷酸,使閱讀信息發(fā)生錯位,從而使翻譯的蛋白質(zhì)序列與原來完全不同.eg.E.coli中乳糖發(fā)酵的調(diào)節(jié)基因(lacⅠ):

野生型:5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’

移碼突變Ⅰ:5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’

移碼突變Ⅱ:5‘-GTCTGGCTGGC-3’

4、突變熱點和增變基因

基因中某些位點比其它位點突變率高,稱突變熱點.

例分析T4-PhagerⅡ基因1500個突變體：rⅡA(1800bp)有200個位點；rⅡB(850bp)有108個位點.

形成原因：

（1）、5-MeC的存在,5-甲基胞嘧啶(MeC)脫氨基后變成T,使G-C部位轉(zhuǎn)變成A-T部位；

（2）短的重復序列的存在,容易配對錯位,造成重復或缺失

（3）與誘變劑類型有關(guān),不同誘變劑出現(xiàn)不同的熱點.

（4）增變基因(mutatorgene)：該基因的突變會使整個基因組的突變頻率增高,例A.DNA多聚酶基因,突變后使多聚酶的3’→5’校正功能降低或喪失,使基因組突變頻率增高；

B.dam基因,突變后使堿基的錯配修復功能降低或喪失,使基因組突變頻率增高.

三、誘變與腫瘤

腫瘤的形成與否取決于機體中癌基因和抑癌基因的平衡,抑癌基因突變會致癌.一些誘變劑可以特異性的誘導抑癌基因突變,導致腫瘤發(fā)生.eg.黃曲霉素、UV(ultraviolet)等.

黃曲霉素可誘導P53基因G→T顛換,導致肝癌的發(fā)生；

UV可誘導P53基因5’-TC-3’發(fā)生C→T顛換,形成“T二聚體”,導致人類鱗狀細胞皮膚癌的發(fā)生.

四、定點誘變

定義：利用人工合成的寡核苷酸,在離體的條件下,制造基因中任何部位的位點特異性突變的技術(shù).

反義遺傳學（reversegenetics）：合成—連接(單鏈M13)—復制—轉(zhuǎn)化—檢測9、簡述DNA損傷修復機理。第一種：光復活又稱光逆轉(zhuǎn)。這是在可見光（波長3000～6000埃）照射下由光復活酶識別并作用于二聚體，利用光所提供的能量使環(huán)丁酰環(huán)打開而完成的修復過程。

第二種：切除修復。在DNA多聚酶的作用下以損傷處相對應(yīng)的互補鏈為模板合成新的DNA單鏈片斷進行修復

第三種：重組修復。在重組蛋白的作用下母鏈和子鏈發(fā)生重組,重組后原來母鏈中的缺口可以通過DNA多聚酶的作用,以對側(cè)子鏈為模板合成單鏈DNA片斷來填補進行修復。第四種：SOS修復。DNA受到損傷或脫氧核糖核酸的復制受阻時的一種誘導反應(yīng)。10、簡述微生物基因重組的機理.原核微生物轉(zhuǎn)化：指受體菌直接吸收來自供體菌的游離DNA片段，通過交換，將其組合到自己的基因組中，從而獲得供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象，其本質(zhì)是由游離的DNA所導致的基因重組。轉(zhuǎn)導：通過溫和的或有缺陷的噬菌體將細菌基因從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。接合：通過供體菌（雄性）和受體菌（雌性）完整細胞間的通過性軍帽直接接觸而傳遞大段DNA的過程稱為接合，也叫雜交。原生質(zhì)體融合：通過人為方法，使遺傳性狀不同的兩細胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并產(chǎn)生兼有雙親遺傳形狀的重組子的過程，稱為原生質(zhì)體融合，又稱細胞融合。此方法獲得重組子稱為融合子。真核微生物有性雜交：在細胞水平上發(fā)生的一種遺傳重組方式，一般指不同遺傳型的兩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育種技術(shù)。準性生殖：是一種類似于有性生殖，但比有性生殖更為原始的一種生殖方式，它可使同種生物兩種不同菌株的體細胞發(fā)生融合，且不經(jīng)過減數(shù)分裂的方式而導致低頻率基因重組并產(chǎn)生重組子。常見于某些絲狀真菌。11、簡述基因工程的主要操作步驟。1、目的基因獲得：從適當?shù)墓w細胞DNA中分離。通過反轉(zhuǎn)錄酶的作用由mRNA合成cDNA（互補DNA），化學方法或PCR（聚合酶鏈式反應(yīng)）合成DNA。2、載體的選擇：具有自我復制能力的復制子、相對分子質(zhì)量盡可能小、包含有多種限制性內(nèi)切酶的單一切點、載體分子內(nèi)有不影響其復制、生長的非必要區(qū)域、具有多種選擇性標記，常用營養(yǎng)缺陷型、抗藥性、形成噬菌斑能力和外源性蛋白質(zhì)的產(chǎn)生等。3、目的基因與載體DNA的體外重組：含有目的基因的DNA片段和載體DNA連接技術(shù)即DNA重組技術(shù)，其核心是DNA片段之間的體外連接，其本質(zhì)是涉及限制酶、連接酶等酶促反應(yīng)過程。4、重組載體引入受體細胞：體外反應(yīng)生成的重組載體只有被引入受體細胞后，才能使其基因擴增和表達。5、重組DNA的篩選、鑒定以及目的基因表達。篩選:從眾多的轉(zhuǎn)化子菌落或噬菌斑中篩選并鑒定哪一菌落或噬菌斑所含重組DNA分子缺失帶有目的基因，這一過程即為篩選。遺傳學方法1、互補作用克隆技術(shù)：營養(yǎng)缺陷型可通過互補作用來篩選重組體DNA。2、抗藥性標記插入失活篩選法：當培養(yǎng)基中含有抗生素時，只有攜帶相應(yīng)抗藥性基因載體的細胞才能生存繁殖，而未受載體DNA的細胞則不能生長。3、原位雜交：放射性標記的特異性DNA探針雜交，通過放射自顯影找出與探針雜交的菌落或噬菌斑。該菌落或噬菌斑的細胞中所含的重組DNA上便攜帶有目的基因。免疫學方法：利用特定抗體與目的基因表達產(chǎn)物的特異性結(jié)合進行篩選。12、經(jīng)典遺傳學和現(xiàn)代遺傳學中基因的概念有何異同？經(jīng)典遺傳學認為：基因是一個最小的單位，不能分割；既是結(jié)構(gòu)單位，又是功能單位。

現(xiàn)代基因概念：基因是DNA