第七章微生物遺傳學(xué)

1、第七章微生物遺傳學(xué) 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) 第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子 第四節(jié) 基因突變及修復(fù) 第五節(jié) 細菌基因轉(zhuǎn)移和重組 第六節(jié) 真核微生物的基因重組 第七節(jié) 誘變育種 第八節(jié) 菌種保藏遺傳遺傳：親代與子代相似變異變異：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)特性之一遺傳型遺傳型：表型（表現(xiàn)型）表型（表現(xiàn)型）：生物的全部遺傳因子及基因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)出來的形態(tài)等生物學(xué)特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。表型飾變

2、：表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點：暫時性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個體的行為橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳。遺傳型變異（基因變異、基因突變）遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點：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）微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：t 微生物細胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。微生物細胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。t 很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。t 對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強。對環(huán)境因素的作用敏感

3、，易于獲得各類突變株，操作性強。微生物的獨特生物學(xué)特性：微生物的獨特生物學(xué)特性：（1）個體的體制極其簡單；個體的體制極其簡單；（2）營養(yǎng)體一般都是單倍體；營養(yǎng)體一般都是單倍體；（3）易于在成分簡單的組合培養(yǎng)基上大量生長繁易于在成分簡單的組合培養(yǎng)基上大量生長繁 殖；殖；（4）繁殖速度快；繁殖速度快；（5）易于積累不同的中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物；易于積累不同的中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物；（6）菌落形態(tài)特征的可見性和多樣性；菌落形態(tài)特征的可見性和多樣性；（7）環(huán)境條件對微生物群體中各個個體作用的直環(huán)境條件對微生物群體中各個個體作用的直 接性和均一性；接性和均一性；（8）易于形成營養(yǎng)缺陷型；易于形成營養(yǎng)缺陷型；

4、（9）各種微生物一般都有相應(yīng)的病毒；各種微生物一般都有相應(yīng)的病毒；（10)存在多種處于進化過程中的原始有性生殖方存在多種處于進化過程中的原始有性生殖方式；式；第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)一、證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個一、證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個經(jīng)典實驗經(jīng)典實驗 （一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗（transformationtransformation）：）：F.GriffithF.Griffith， 研究對象：研究對象：Streptococcus pneumoniae（肺炎肺炎雙球菌）雙球菌） S SIIIIII型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性病性

5、R RII II型菌株：無莢膜，菌落表面粗糙，無致型菌株：無莢膜，菌落表面粗糙，無致病性病性 19281928年，年，GriffithGriffith進行了以下幾組實驗：進行了以下幾組實驗： （1 1）動物實驗）動物實驗對小鼠注射活對小鼠注射活R RII II菌或死菌或死S SIIIIII菌菌 小鼠存活小鼠存活 對小鼠注射活對小鼠注射活S SIIIIII菌菌 小鼠死亡小鼠死亡 對小鼠注射活對小鼠注射活R RII II菌和熱死菌和熱死S SIIIIII菌菌 小鼠死亡小鼠死亡抽取心血抽取心血分離分離 活的活的S SIIIIII菌菌GriffithGriffith轉(zhuǎn)化試驗轉(zhuǎn)化試驗示意示意混合培養(yǎng)混合

6、培養(yǎng)RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型熱死菌型熱死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死病死病死病死（2 2）細菌培養(yǎng)實驗）細菌培養(yǎng)實驗（3）S型菌的無細胞抽提液試驗型菌的無細胞抽提液試驗以上實驗說明：加熱殺死的以上實驗說明：加熱殺死的SIII型細菌細胞內(nèi)可型細菌細胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過某種方式進入能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過某種方式進入RII型型細胞并使細胞并使RII型細胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀，轉(zhuǎn)變?yōu)樾图毎@得穩(wěn)定的遺傳性狀，轉(zhuǎn)變?yōu)镾III型型細胞。細胞。熱死熱死SIII菌菌不生長不生長活活 RII

7、 菌菌長出長出RII菌菌熱死熱死SIII菌菌長出大量長出大量RII菌和菌和10-6SIII菌菌活活R菌菌+S菌無細胞抽提液菌無細胞抽提液長出大量長出大量R菌菌和少量和少量S菌菌+活活RII菌菌平皿培養(yǎng)平皿培養(yǎng)加加S S菌菌DNADNA加加S S菌菌DNADNA及及DNADNA酶以外的酶酶以外的酶加加S S菌的菌的DNADNA和和DNADNA酶酶加加S S菌的菌的RNARNA加加S S菌的蛋白質(zhì)菌的蛋白質(zhì)加加S S菌的莢膜多糖菌的莢膜多糖活活R菌菌長出長出S菌菌只有只有R菌菌1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M。McCarty從熱死從熱死S型型S. pneumoniae中

8、提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，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：并在離體條件下進行了轉(zhuǎn)化試驗：只有只有S型細菌的型細菌的DNA才能將才能將S. pneumoniae的的R型轉(zhuǎn)化為型轉(zhuǎn)化為S型。且型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說明純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說明S型菌株轉(zhuǎn)型菌株轉(zhuǎn)移給移給R型菌株的，是遺傳因子。型菌株的，是遺傳因子。（二）噬菌體感染實驗（二）噬菌體感染實驗 A. D. HersheyA. D. Hershey和和M. ChaseM. Chase， 19521952年年（1）含）含32P-DNA的一組：放射性的一組：放射性85%在沉淀中在沉

9、淀中10分鐘后分鐘后用搗碎器用搗碎器使空殼脫離使空殼脫離吸附吸附離心離心沉淀細胞進一步培沉淀細胞進一步培養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體完整的子代噬菌體上清液中含上清液中含15%放射性放射性沉淀中含沉淀中含85%放射性放射性沉淀中含沉淀中含25%放射性放射性以以32S32S標記蛋白質(zhì)外殼做噬菌體感染實驗標記蛋白質(zhì)外殼做噬菌體感染實驗 （2 2）含）含3535S-S-蛋白質(zhì)的一組：放射性蛋白質(zhì)的一組：放射性75%75%在上清液中在上清液中10分鐘后分鐘后用搗碎器用搗碎器使空殼脫離使空殼脫離吸附吸附離心離心沉淀細胞進一步培沉淀細胞進一步培養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量完整的子代噬

10、菌體完整的子代噬菌體上清液中含上清液中含75%放射性放射性（三）植物病毒的重建實驗（三）植物病毒的重建實驗 為了證明核酸是遺傳物質(zhì)，H. Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的煙草花葉病毒（TMV）進行了著名的植物病毒重建實驗。 將TMV在一定濃度的苯酚溶液中振蕩，就能將其蛋白質(zhì)外殼與RNA核心相分離。分離后的RNA在沒有蛋白質(zhì)包裹的情況下，也能感染煙草并使其患典型癥狀，而且在病斑中還能分離出正常病毒粒子。 選用選用TMVTMV和霍氏車前花葉和霍氏車前花葉病毒（病毒（HRVHRV），），分別拆分分別拆分取得各自取得各自的的RNARNA和蛋白質(zhì)，和蛋白質(zhì)，將兩種將兩種RNARNA

11、分別與對方的分別與對方的蛋白質(zhì)外殼重建形成兩種雜蛋白質(zhì)外殼重建形成兩種雜合病毒：合病毒： （1 1）RNARNA（TMVTMV） 蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（HRVHRV） （2 2）RNARNA（HRVHRV） 蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（TMVTMV）用兩種雜合病毒感染寄主：用兩種雜合病毒感染寄主： （1 1）表現(xiàn)）表現(xiàn)TMVTMV的典型癥狀病分離到的典型癥狀病分離到 正常正常TMVTMV粒子粒子 （2 2）表現(xiàn)）表現(xiàn)HRVHRV的典型癥狀病分離到的典型癥狀病分離到正常正常HRVHRV粒子。粒子。上述結(jié)果說明，在上述結(jié)果說明，在RNARNA病毒中，遺傳的物病毒中，遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)也是核酸。質(zhì)基礎(chǔ)也是核酸。MTV H

12、RVHRV MTVl（一）核酸存在的七個水平及質(zhì)粒（一）核酸存在的七個水平及質(zhì)粒細胞水平：存在于細胞核或核質(zhì)體，單核或多核細胞水平：存在于細胞核或核質(zhì)體，單核或多核細胞核水平細胞核水平: 原與真核生物的細胞核結(jié)構(gòu)不同，核外原與真核生物的細胞核結(jié)構(gòu)不同，核外DNA染色體水平染色體水平: 倍性倍性(真核真核)和染色體數(shù)和染色體數(shù)核酸水平：在原核中同染色體水平、存在部分二倍體核酸水平：在原核中同染色體水平、存在部分二倍體 DNA或或RNA，復(fù)合或裸露，雙鏈或單鏈復(fù)合或裸露，雙鏈或單鏈基因水平：具自主復(fù)制能力的遺傳功能單位，長度與信息量，基因水平：具自主復(fù)制能力的遺傳功能單位，長度與信息量，轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻

13、譯翻譯密碼子水平：密碼子水平： 信息單位信息單位,起始和終止起始和終止,核苷酸水平：核苷酸水平： 突變或交換單位，四種堿基突變或交換單位，四種堿基二、遺傳物質(zhì)在細胞內(nèi)的存在部位和方式二、遺傳物質(zhì)在細胞內(nèi)的存在部位和方式第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考（參見（參見 P191 和和 P195）亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白質(zhì)致病因子，迄今為止尚未 發(fā)現(xiàn)該蛋白內(nèi)含有核酸。其致病作用是由于動物體內(nèi)正常的蛋白質(zhì)PrP c改變折疊狀態(tài)為PrP sc所致，而這二種蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)并沒有改變。人的庫魯病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等羊搔癢癥

14、(scrapie)牛海綿狀腦病(spongiform encephalopathy)（參見（參見 P197）第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、概念基因組（genome）：一個物種的單倍體的所有染色體及其所包含的遺傳信息的總稱原核生物（如細菌），多為單倍體（在一般情況下只有一條染色體）真核微生物，多條染色體，例如啤酒酵母有16條染色體。有時為雙倍體（參見（參見 P197）第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計劃人類基因組計劃 （Human Genome Project）1985年提出； 1990年正式開始實施； 2001年2月，測序工作完成；后基因組時代（Postgenome Era）（

15、參見（參見 P197）第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計劃微生物基因組測序工作是在人類基因組計劃的促進下開始的，最開始是作為模式生物，后來不斷發(fā)展，已成為研究微生物學(xué)的最有力手段。/tdb/mdb/mdb.html截止到2001年4月： 43種微生物完成了全基因組測序； 100多個正在進行之中；（參見（參見 P197）第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計劃被選擇進行全基因組測序的微生物：1、人類基因組計劃中的模式生物a）從技術(shù)上從低等入手，建立技術(shù)、積累經(jīng)驗。通過對基因組結(jié)構(gòu)相對簡單生物，特別是微生物基因組的測序，對大規(guī)模測序的

16、策略及技術(shù)進行檢驗，積累經(jīng)驗；b）理論上利用基因組在進化上的連續(xù)性進行比較研究通過對不同進化程度的基因組的分析、比較揭示更多的基本生物學(xué)信息。通過研究較為簡單的基因組而解答復(fù)雜的人類基因組問題。（參見（參見 P197）第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計劃被選擇進行全基因組測序的微生物：1、人類基因組計劃中的模式生物2、與人類生活關(guān)系密切的微生物重要的致病菌及一些工業(yè)生產(chǎn)菌3、對闡明生物學(xué)基本問題有價值的微生物例如一些古生菌：如Methanococcus jannaschii (詹氏甲烷球菌)等，它們是微生物世界多樣性的代表，它們的序列比較有助于找出其進化關(guān)系。（參見（參見 P1

17、97-200）第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點1、原核生物（細菌、古生菌）的基因組1）染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；鏈環(huán)狀的染色體在細胞中以緊密纏繞成的較致密的不規(guī)則小體形式存在于細胞中，該小體稱為擬核(nucliod)，其上結(jié)合有類組蛋白蛋白質(zhì)和少量RNA分子，使其壓縮成一種手腳架形的致密結(jié)構(gòu)。例外：布氏疏螺旋體(Borrelia burgdorferi)的染色體是線狀的（參見（參見 P197-200）第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點1、原核生物（細菌、古生菌）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

18、；基因數(shù)基本接近由它的基因組大小所估計的基因數(shù)參見表8-1（通常以1000bp1500bp為一個基因進行計算）微生物基因組DNA絕大部分用來編碼蛋白質(zhì)、RNA；用作為復(fù)制起點、啟動子、終止子和一些由調(diào)節(jié)蛋白識別和結(jié)合的位點等信號序列。一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。（參見（參見 P197-200）第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點1、原核生物（細菌、古生菌）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；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(fù)序列少而短；古生菌的基因組

19、在結(jié)構(gòu)上類似于細菌。但是信息傳遞系統(tǒng)(復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯)則與細菌不同而類似于真核生物。操縱子（operon）：功能相關(guān)的幾個基因前后相連，再加上一個共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點（啟動子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時協(xié)同動作。操縱子（operon）：功能相關(guān)的幾個基因前后相連，再加上一個共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點（啟動子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時協(xié)同動作。第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點（參見（參見 P197-200）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)；2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；啤酒酵母基因組大小為13.5106bp，分布在16條染色體中。3）有

20、間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；4）重復(fù)序列多；第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P200）質(zhì)粒（plasmid）：一種獨立于染色體外，能進行自主復(fù)制的細胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細胞中。轉(zhuǎn)座因子（transposable element）：位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的DNA序列，廣泛分布于原核和真核細胞中。質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子是細胞中除染色體以外的另外二類遺傳因子第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P201）一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)通常以共價閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)

21、粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；（細菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P201）一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)2、質(zhì)粒的檢測t 提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；t 超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；t 對于實驗室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點， 如抗藥性初步判斷。對于由于三種構(gòu)型同時存在時造成的多帶現(xiàn)象（提取質(zhì)粒時造成對于由于三種構(gòu)型同時存在時造成的多帶現(xiàn)象（提取質(zhì)粒時造成或自然存在），可以進行特異性單酶切，使其成為一條帶?；蜃匀淮嬖冢?，可以進行特異性單酶切，使其成為一條帶。特定的質(zhì)粒提取方法和后處理使染色體和RNA均被除掉。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見

22、（參見 P201）二、質(zhì)粒的主要類型在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時能賦予宿主細胞以特殊的機能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷毎话闶欠潜匦璧?；第三?jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P202）二、質(zhì)粒的主要類型質(zhì)粒所編碼的功能和賦予宿主的表型效應(yīng)致育因子（Fertility factor，F(xiàn)因子）抗性因子（Resistance factor，R因子）產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒（Bacteriocin production plasmid）毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmid）隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmid）第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見

23、（參見 P202）二、質(zhì)粒的主要類型1、致育因子(Fertility factor，F(xiàn)因子)又稱F質(zhì)粒，其大小約100kb，這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象（接合作用）有關(guān)的質(zhì)粒。攜帶F質(zhì)粒的菌株稱為F+菌株（相當于雄性），無F質(zhì)粒的菌株稱為F-菌株（相當于雌性）。F因子能以游離狀態(tài)(F+)和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)(Hfr)存在于細胞中，所以又稱之為附加體(episome)。有關(guān)內(nèi)容在講細菌的接合作用（conjugation）時具體介紹第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P202）二、質(zhì)粒的主要類型2、抗性因子（Resistance factor，R因子）包括抗藥性和抗重金屬二大類，

24、簡稱R質(zhì)粒?？剐再|(zhì)粒在細菌間的傳遞是細菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。細菌素細菌素抗生素抗生素抑制或殺死近緣，甚至同種不同株的細菌抑制或殺死近緣，甚至同種不同株的細菌較廣的抗菌譜通過核糖體直接合成的多肽類物質(zhì)通過核糖體直接合成的多肽類物質(zhì)一般是次級代謝產(chǎn)物編碼細菌素的結(jié)構(gòu)基因及相關(guān)的基因一般位編碼細菌素的結(jié)構(gòu)基因及相關(guān)的基因一般位于質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上于質(zhì)粒或轉(zhuǎn)座子上一般無直接的結(jié)構(gòu)基因，相關(guān)酶的基因多在染色體上第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P202）二、質(zhì)粒的主要類型3、產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒（Bacteriocin production plasmid）細菌素結(jié)構(gòu)基因、 涉及細菌素運輸及發(fā)揮作用（pr

25、ocessing）的蛋白質(zhì)的基因、 賦予宿主對該細菌素具有“免疫力”的相關(guān)產(chǎn)物的基因一般都位于質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上，因此，細菌素可以殺死同種但不攜帶該質(zhì)粒的菌株。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P202）二、質(zhì)粒的主要類型3、產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒（Bacteriocin production plasmid）細菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進行命名：大腸桿菌（E. coli）產(chǎn)生的細菌素為colicins（大腸桿菌素），而質(zhì)粒被稱為Col質(zhì)粒。由G+細菌產(chǎn)生的細菌素或與細菌素類似的因子與colicins有所不同，但通常也是由質(zhì)?；蚓幋a，有些甚至有商業(yè)價值，例如一種乳酸細菌產(chǎn)生的細菌素NisinA能強烈抑制

26、某些G+細菌的生長，而被用于食品工業(yè)的保藏。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P203）二、質(zhì)粒的主要類型4、毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對宿主（動物、植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動物腹瀉的主要病原菌之一，其中許多菌株含有一種或多種腸毒素編碼的質(zhì)粒。蘇云金桿菌含有編碼內(nèi)毒素(伴孢晶體中)的質(zhì)粒根癌土壤桿菌所含Ti質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P203）二、質(zhì)粒的主要類型5、代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmid）質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物

27、生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。將復(fù)雜的有機化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式，環(huán)境保護方面具有重要的意義。假單胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、農(nóng)藥(2,4dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟腦等的能力。降解質(zhì)粒：第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P203）二、質(zhì)粒的主要類型6、隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmid）隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測細胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了解。在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改

28、造作為基因工程的載體在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性基因）（一般加上抗性基因）第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P203）二、質(zhì)粒的主要類型高拷貝數(shù)(high copy number)質(zhì)粒（每個宿主細胞中可以有10-100個拷貝） 松弛型質(zhì)粒(relaxed plasmid)低拷貝數(shù)(low copy number)質(zhì)粒（每個宿主細胞中可以有1-4個拷貝） 嚴謹型質(zhì)粒(stringent plasmid)窄宿主范圍質(zhì)粒(narrow host range plasmid)（只能在一種特定的宿主細胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒(broad host range pla

29、smid)（可以在許多種細菌中復(fù)制）第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P203）三、質(zhì)粒的不親和性質(zhì)粒之間的不親和性、以及質(zhì)?？截悢?shù)的多少、能適應(yīng)的宿主范圍的寬窄等特性均與質(zhì)粒的復(fù)制控制類型有關(guān)，欲了解詳細內(nèi)容請選修“微生物遺傳學(xué)”。自學(xué)！第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子（參見（參見 P204-206）四、轉(zhuǎn)座因子的類型和分子結(jié)構(gòu)五、轉(zhuǎn)座的遺傳學(xué)效應(yīng)自學(xué)！概念及應(yīng)用對分子生物學(xué)均十分重要，具體內(nèi)容的學(xué)習(xí)請選修“微生物遺傳學(xué)”、“分子遺傳學(xué)”第四節(jié) 基因突變及修復(fù)（參見（參見 P 206）一個基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變基因突變：第四節(jié) 基因突變及修復(fù)（參見（參見 P 206）一個基因內(nèi)部遺傳

30、結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變基因突變：基因突變是重要的生物學(xué)現(xiàn)象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉(zhuǎn)移、重組基因轉(zhuǎn)移、重組一起提供了推動生物進化的遺傳多變性?；蛲蛔僁NA損傷修復(fù)機制突變突變自發(fā)突變誘變環(huán)境因素的影響，DNA復(fù)制過程的偶然錯誤等而導(dǎo)致，一般頻率較低，通常為10-6-10-9 。某些物理、化學(xué)因素對生物體的DNA進行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。前突可以通過DNA復(fù)制而成為真正的突變，也可以重新變?yōu)樵瓉淼慕Y(jié)構(gòu)，這取決于修復(fù)作用和其它多種因素。1、特點1）非對應(yīng)性2）稀有性3）規(guī)律性4）獨立性5）遺傳和回復(fù)性6）可誘變性第四節(jié) 基因突變及修復(fù)一、基因突變的特點（參見（參見 P 2

31、09）證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應(yīng)關(guān)系！如何證明基因突變的非對應(yīng)性？三個經(jīng)典實驗變量實驗、涂布實驗、影印實驗一、基因突變的特點2、實驗證據(jù)變量實驗（fluctuation analysis）Salvador Luria and Max Delbruck（1943）The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969Newcombe的涂布實驗（1949）影印實驗（replica plating ）Joshua Lederberg and Esther Lederberg（1952）J. Lederberg is awarded the Nob

32、le Prize in Medicine and Physiology in 1958第四節(jié) 基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型（參見（參見 P 207-209）表型基因型這里主要介紹幾種常用的由于基因突變而造成微生物表型變化的突變型及其分離第四節(jié) 基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型（參見（參見 P 207-209）1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長。營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標記和育種的重要手段表型判斷的標準：在基本培養(yǎng)基

33、上能否生長第四節(jié) 基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型（參見（參見 P 207-209）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負選擇標記突變株不能通過選擇平板直接獲得1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）實驗步驟見 P 208影印平板（Replica plating）法是Lederberg夫婦在1952年建立第四節(jié) 基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型（參見（參見 P 207-209）營養(yǎng)缺陷型的表示方法：1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）基因型：所需營養(yǎng)物的前三個英文小寫斜體字母小寫斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母

34、C同一表型中不同基因的突變）表型：同上，但第一個字母大寫，且不用斜體：第一個字母大寫，且不用斜體：HisC在具體使用時多用hisC-和hisC+，分別表示缺陷型和野生型。第四節(jié) 基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型（參見（參見 P 207-209）2）抗藥性突變型（resistant mutant）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。特點：正選擇標記（突變株可直接從抗性平板上獲得-在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長。所以很容易分離得到。）表示方法：所抗藥物的前三個小寫斜體英文字母加上“r”表示strr 和 strs 分別表示對鏈霉素的抗性和敏感性第四節(jié) 基因突

35、變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型（參見（參見 P 207-209）3）條件致死突變型（conditional lethal mutant） 在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用TS（temperaturesensitive）表示，這類突變在高溫下（如42）是致死的，但可以在低溫（如25-30）下得到這種突變。特點：負選擇標記負選擇標記這類突變型常被用來分離生長繁殖必需的突變基因第四節(jié) 基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型（參見（參見 P 207-209）4）形態(tài)突變型（morphological mutant）造成形態(tài)改變的突變型

36、特點：非選擇性突變突變株和野生型菌株均可生長，但可從形態(tài)特征上進行區(qū)分。舉例：產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株的篩選菌落顏色變化形成芽孢缺陷菌株細胞水平上的形態(tài)突變，突變株的檢出更加困難。第四節(jié) 基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型（參見（參見 P 207-209）5）其它突變類型毒力、生產(chǎn)某種代謝產(chǎn)物的發(fā)酵能力的變化等在實際應(yīng)用中具有重要意義突變類型一般都不具有很明顯或可直接檢測到的表型。其突變株的獲得往往需要較大的工作量。第四節(jié) 基因突變及修復(fù)三、誘變劑與致癌物質(zhì)Ames試驗（參見（參見 P 212）a）利用各種誘變劑獲得各類遺傳突變，進行誘變育種；c）危害人類自身的健康b）對有害微生物進行控制；很多

37、種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機制導(dǎo)致DNA的突變“生物化學(xué)統(tǒng)一性生物化學(xué)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。誘變劑的共性原則：化學(xué)藥劑對細菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比 超過95%的致癌物質(zhì)對微生物有誘變作用90%以上的非致癌物質(zhì)對微生物沒有誘變作用回復(fù)突變(reverse mutation或back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變。美國加利福尼亞大學(xué)的Bruce Ames教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗

38、具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率Ames試驗證明Ames試驗重要性的應(yīng)用實例：國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)停”，由于其藥效顯著，在60-70年代十分流行但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用“反應(yīng)?！?，后來采用Ames試驗發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用但如果能在這種藥物上市之前就進行Ames試驗檢測，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免第四節(jié) 基因突變及修復(fù)三、誘變劑與致癌物質(zhì)Ames試驗（參見（參見 P 212）由于生物體內(nèi)、

39、體外可能存在的差異，可在體外加入哺乳動物（如大鼠）微粒體酶系統(tǒng)，使待測物活化，使Ames試驗的準確率達80-90%。第四節(jié) 基因突變及修復(fù)有關(guān)基因突變及修復(fù)的其它內(nèi)容自學(xué)！第五節(jié) 細菌基因轉(zhuǎn)移和重組細菌的三種水平基因轉(zhuǎn)移形式接合轉(zhuǎn)導(dǎo)自然轉(zhuǎn)化（參見（參見 P 215）接合 (conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F因子介導(dǎo)）轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)：由噬菌體介導(dǎo)自然遺傳轉(zhuǎn)化(natural genetic transformation)：游離DNA分子 + 感受態(tài)細胞一、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

40、據(jù)1946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm細菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實驗（參見（參見 P 215）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！參見P 216證實接合過程需要細胞間的直接接觸的“U”型管實驗（ Bernard Davis，1950 ）參見P 2162. 機制(大腸桿菌的接合機制)接合作用是由一種被稱為F因子的質(zhì)粒介導(dǎo) F因子的分子量通常為5107，上面有編碼細菌產(chǎn)生性菌 毛（sex pili）及控制接合過程進行的20多個基因。含有F因子的細胞：“雄性”菌株（F+），其細胞表面有性菌毛 不含F(xiàn)因子的細胞：“雌性”菌株（F-），

41、細胞表面沒有性菌毛參見P 217F因子為附加體質(zhì)粒既可以脫離染色體在細胞內(nèi)獨立存在，也可插入（整合）到染色體上F因子的四種細胞形式 (參見P202)a）F-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+）；b）F+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。1） F+F-雜交雜交的結(jié)果：給體細胞和受體細胞均成為F+細胞理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌

42、株變成F-菌株F+菌株的F因子向F-細胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細胞的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。（參見P 215） 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高頻重組菌株。2）Hfr F-雜交（參見P 217）染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)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。F因子不易轉(zhuǎn)入受體細胞中，故HfrF-雜交后的受體細胞（或稱接合子）大多數(shù)仍然是F-。（參見P218）3）FF-雜交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

43、體基因的F因子，特稱為F因子。（參見P218）FF-與F+F-的不同：給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；與染色體發(fā)生重組；b）繼續(xù)存在于繼續(xù)存在于F因子上，形成一種部分二倍體；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(dǎo)（細胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又常稱為性導(dǎo)（sexduction）、）、F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)因子轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-duction），），或或F因子媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)（因子媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-mediated transduction）。）。二、細菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）由噬菌體介導(dǎo)的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式： 一個細胞的DNA通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一

44、個細胞中能將一個細菌宿主的部分染色體或質(zhì)粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的二種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（參見P218）1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction）噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)給體染色體的任何部分到受體細胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程(1) 意外的發(fā)現(xiàn)1951年，Joshua Lederberg和Norton Zinder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！（參見P218）沙門氏菌L

45、T22A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(dǎo)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(dǎo)的（普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)這一重要的基因轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)現(xiàn)）（參見P218）(2) 轉(zhuǎn)導(dǎo)模型（參見P219）轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體為什么轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體為什么“錯錯”將宿主的將宿主的DNADNA包裹進去包裹進去? ?噬菌體的DNA包裝酶也能識別染色體DNA上類似pac的位點并進行切割，以“headful”的包裝機制包裝進P22噬菌體外殼，形成只含宿主DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體顆粒（假噬菌體）。因為染色體上的pac與P22 DNA的pac序列不完全相同，利用

46、效率較低，這種“錯裝”機率一般僅約10-6-10-8形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒的噬菌體可以是溫和的也可以是烈性的，但必須具有能偶爾識別宿主DNA的包裝機制并在宿主基因組完全降解以前進行包裝。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本要求：（參見P219）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：進入受體的外源進入受體的外源DNA通過與細胞染色體通過與細胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortive transduction）轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進行重組和復(fù)制，但其不能進行重組和復(fù)制，但其攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達。攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達。特點：在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落特點：在選擇培養(yǎng)

47、基平板上形成微小菌落外源外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。DNA不能復(fù)制，因此群體中僅一個細胞含有不能復(fù)制，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，形成微小菌落。而其它細胞只能得到其基因產(chǎn)物，形成微小菌落。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）（參見P219）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(dǎo)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2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）

48、溫和噬菌體裂解時的不正常切割：包含gal或bio基因（幾率一般僅有10-6）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：a）被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起 進行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細胞中。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的 可能全部是宿主菌的基因。b）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個別基因 導(dǎo)入受體，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基 因具有隨機性。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）（參見P219） 溶源轉(zhuǎn)變（lysogenic conversion）：一個與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似又不同的現(xiàn)象溫和噬菌體感染細胞后使之發(fā)生溶源化，因噬菌體的基因整合到宿

49、主染色體上，而使后者獲得了新性狀的現(xiàn)象。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)的不同？溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)的不同？a）不攜帶任何供體菌的基因；b）這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的；三、細菌的遺傳轉(zhuǎn)化（genetic transformation）定義：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)細胞攝取，并得到表達的水平方向水平方向的基因轉(zhuǎn)移過程自然遺傳轉(zhuǎn)化（自然遺傳轉(zhuǎn)化（natural genetic transformation）人工轉(zhuǎn)化（人工轉(zhuǎn)化（artificial transformation）感受態(tài)細胞：具有攝取外源DNA能力的細胞（參見P220）（competent cell）自然感受態(tài)

50、與人工感受態(tài)的不同？自然感受態(tài)與人工感受態(tài)的不同？自然感受態(tài)的出現(xiàn)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(dǎo)的方法，使細胞具有 攝取DNA的能力，或人為地將DNA導(dǎo)入細胞內(nèi)。 （該過程與細菌自身的遺傳控制無關(guān)！該過程與細菌自身的遺傳控制無關(guān)?。▍⒁奝220）1、自然遺傳轉(zhuǎn)化（簡稱自然轉(zhuǎn)化）1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae） 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)化的能力進行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：建立了感受態(tài)的受體細胞感受態(tài)的受體細胞外源游離外源游離DNA分子分子（參見P220）

51、自然轉(zhuǎn)化過程的特點：a）對核酸酶敏感；c）轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化（DNA） 給體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系；d）通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多；提高質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率的二種方法：1）使質(zhì)粒形成多聚體，這樣進入細胞后重新組合成有 活性的質(zhì)粒的機率大大提高；2）在質(zhì)粒上插入受體菌染色體的部分片段，或?qū)①|(zhì)粒轉(zhuǎn)化進含有與該質(zhì)粒具有同源區(qū)段的質(zhì)粒的受體菌-重組獲救b）不需要活的DNA給體細胞；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)：現(xiàn)在把現(xiàn)在把DNA轉(zhuǎn)移至動物細胞的過程也稱轉(zhuǎn)染轉(zhuǎn)移至動物細胞的過程也稱轉(zhuǎn)染提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化

52、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。特點：（參見P222）自然遺傳轉(zhuǎn)化的進行涉及到細菌染色體上幾十個基因的功能及彼此間的相互協(xié)調(diào)，因此被認為是名副其實名副其實 的細菌水平基因轉(zhuǎn)移途徑。目前的研究熱點：1）細菌為什么要耗費如此多的染色體遺傳資源來進行自然轉(zhuǎn)化，）細菌為什么要耗費如此多的染色體遺傳資源來進行自然轉(zhuǎn)化， 即該過程的生物學(xué)意義到底何在？它對細菌自身有什么好處？即該過程的生物學(xué)意義到底何在？它對細菌自身有什么好處？ （人們已提出了一些假說，但均不圓滿）（人們已提出了一些假說，但均不圓滿）2）自然轉(zhuǎn)化過程的很多細節(jié)仍不清楚，包括細菌如何協(xié)調(diào)感受態(tài)）自然轉(zhuǎn)化過程的很多細節(jié)仍

53、不清楚，包括細菌如何協(xié)調(diào)感受態(tài) 的建立，外源的建立，外源DNA進入和重組的具體過程等等進入和重組的具體過程等等3）細菌中具有自然轉(zhuǎn)化能力的范圍，到底有那些菌具有自然）細菌中具有自然轉(zhuǎn)化能力的范圍，到底有那些菌具有自然 轉(zhuǎn)化能力？轉(zhuǎn)化能力？ 4）轉(zhuǎn)化）轉(zhuǎn)化DNA的來源和在自然環(huán)境中發(fā)生的自然轉(zhuǎn)化的來源和在自然環(huán)境中發(fā)生的自然轉(zhuǎn)化接合 (conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F因子介導(dǎo)）轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)：由噬菌體介導(dǎo)自然遺傳轉(zhuǎn)化(natural genetic transformation)：游離DNA分子 + 感受態(tài)細胞“接合接合” “轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)” 及“自然轉(zhuǎn)化自然轉(zhuǎn)化

54、”這三種在自然界中存在的細菌遺傳重組過程各自的特點：a）外源DNA的來源及進入途徑有差異；b）決定因素也各有不同；如何設(shè)計實驗對三種途徑進行區(qū)分？2、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，是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。不是由細菌自身的基因所控制；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)人工感受態(tài)”。質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化效率高；（參見P222）四、基因定位和基因組測序基因定位：通過遺傳重組等手段確定不同的基因在染色體上的 位置及相對距離，從而獲得遺傳圖譜。（參見P223）細菌基因轉(zhuǎn)移的三種方式

55、（接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化）都可以用來進行細菌基因組作圖?；蚪M測序：測定待測生物基因組的所有堿基排列順序，并 在此基礎(chǔ)上對遺傳信息進行研究和分析。四、基因定位和基因組測序1、中斷雜交（interrupted mating）技術(shù)（參見P224）利用HfrF-的接合過程，在不同時間取樣，并把樣品猛烈攪拌以分散接合中的細菌，然后分析受體細菌基因型，以時間(分鐘)為單位繪制遺傳圖譜，該圖譜是細菌染色體上基因順序的直接反映。四、基因定位和基因組測序1、中斷雜交技術(shù)（參見P224）大腸桿菌基因組很大（全部轉(zhuǎn)移需要100分鐘），其遺傳圖譜須用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成四、基因定位和基因組測序2、基

56、因連鎖連鎖的二基因間的距離與其共轉(zhuǎn)化，或共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率成反比，因此，連鎖的二基因間的距離與其共轉(zhuǎn)化，或共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率成反比，因此，可根據(jù)二個基因被可根據(jù)二個基因被共轉(zhuǎn)化或共轉(zhuǎn)導(dǎo)共轉(zhuǎn)化或共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率判斷它們在染色體上的相的頻率判斷它們在染色體上的相對距離。對距離。（參見P224）接合作用（中斷雜交）作圖只能判斷相距較遠的基因間的相對位置；轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化則可用于對相隔很近的基因進行定位；四、基因定位和基因組測序3、遺傳圖譜（參見P224）目前對大腸桿菌的染色體已定位了1000多個基因四、基因定位和基因組測序4、基因組測序（參見P225）“全基因組鳥槍測序”（whole genome shotgun seq

57、uencing）5、基因組序列的注釋和意義借助計算機對基因組序列進行分析第六節(jié)第六節(jié) 真核微生物的遺傳學(xué)特性真核微生物的遺傳學(xué)特性自學(xué)！第七節(jié)第七節(jié) 微生物育種微生物育種酵母菌的有性雜交育種酵母菌的有性雜交育種（一）酵母菌的（一）酵母菌的生活史生活史（復(fù)習(xí)）（復(fù)習(xí)）（二）酵母菌有性雜交技術(shù)（二）酵母菌有性雜交技術(shù)酵母菌有性雜交程序一般為：酵母菌有性雜交程序一般為：親本的單倍化親本的單倍化有性雜交有性雜交雜交后代的檢出雜交后代的檢出篩選優(yōu)良性狀個體篩選優(yōu)良性狀個體1.親本的單倍化親本的單倍化1)雜交親本單倍體細胞的分離雜交親本單倍體細胞的分離A.子囊孢子的形成子囊孢子的形成a.形成子囊的條件形成

58、子囊的條件b.一般方法一般方法B.單倍體子囊孢子的分離單倍體子囊孢子的分離a.顯微操作器分離單倍體子囊孢子法顯微操作器分離單倍體子囊孢子法b.酶法酶法c.機械研磨法機械研磨法C.單倍體菌株的確定單倍體菌株的確定a.單倍體細胞與二倍體細胞在單倍體細胞與二倍體細胞在形態(tài)方面的區(qū)別形態(tài)方面的區(qū)別b.生孢子能力的測定生孢子能力的測定c.單倍體細胞結(jié)合型的確定單倍體細胞結(jié)合型的確定2)雜交親本單倍體細胞遺傳標記的制作雜交親本單倍體細胞遺傳標記的制作酵母菌有性雜交的方法：酵母菌有性雜交的方法：1. 可口可樂可口可樂2. 酵母菌有性雜交酵母菌有性雜交 （1）孢子雜交法）孢子雜交法 （2）群體交配法）群體交配

59、法 （3）單倍體細胞雜交法）單倍體細胞雜交法3. 雜交后代的檢出雜交后代的檢出4. 篩選優(yōu)良性狀個體篩選優(yōu)良性狀個體S. Cerevisiae S. Cerevisiae 的雙倍體和單倍體細胞的雙倍體和單倍體細胞的比較的比較 項項 目目雙倍體雙倍體單倍體單倍體 細細 胞胞大，橢圓形大，橢圓形小，球形小，球形 菌菌 落落大，形態(tài)均一大，形態(tài)均一小，形態(tài)變化較多小，形態(tài)變化較多 液體培養(yǎng)液體培養(yǎng)繁殖快，細胞較分散繁殖快，細胞較分散繁殖較慢，細胞常聚繁殖較慢，細胞常聚集成團集成團 在產(chǎn)孢子培養(yǎng)基在產(chǎn)孢子培養(yǎng)基 形成子囊及子囊孢子形成子囊及子囊孢子 不形成子囊不形成子囊自自 或或然然 人人破破 工工壁

60、壁 破破 壁壁減數(shù)分裂減數(shù)分裂接合接合子囊孢子發(fā)芽子囊孢子發(fā)芽定義和意義：定義和意義：類似于有性生殖但更原始的生殖方式，是通過同一物種類似于有性生殖但更原始的生殖方式，是通過同一物種兩個不同菌株的體細胞發(fā)生融合，不經(jīng)過減數(shù)分裂而導(dǎo)兩個不同菌株的體細胞發(fā)生融合，不經(jīng)過減數(shù)分裂而導(dǎo)致低頻率基因重組并產(chǎn)生重組子。為半知菌育種提供了致低頻率基因重組并產(chǎn)生重組子。為半知菌育種提供了一個重要手段。一個重要手段。存在范圍：存在范圍：常見于一些真菌尤其是半知菌中常見于一些真菌尤其是半知菌中準性生殖的過程準性生殖的過程：（二）準性生殖（二）準性生殖（parasexual hybridization）準性準性生殖