第八章微生物遺傳和變異

1、第八章 微生物的遺傳和變異遺傳遺傳：親代與子代相親代與子代相似似變異變異：親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同遺傳型：遺傳型：表型：表型：生物的全部遺傳因子所攜帶的遺傳信息生物的全部遺傳因子所攜帶的遺傳信息具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育所表現(xiàn)出來(lái)的外表特征和內(nèi)在特征的總和。所表現(xiàn)出來(lái)的外表特征和內(nèi)在特征的總和。遺傳型遺傳型（可能性）（可能性）環(huán)境條件環(huán)境條件代謝，發(fā)育代謝，發(fā)育表型表型（現(xiàn)實(shí)性）（現(xiàn)實(shí)性）表型飾變：表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳

2、性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為遺傳型變異（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)致表型改變遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點(diǎn)：遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為（自發(fā)突變頻率通常為特點(diǎn)：遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為（自發(fā)突變頻率通常為1010-6-6- -1010-9-9）. .粘質(zhì)沙雷氏菌產(chǎn)色素，斜面粘質(zhì)沙雷氏菌產(chǎn)色素，斜面和液體在和液體在25 培養(yǎng)產(chǎn)生紅培養(yǎng)產(chǎn)生紅色色素，在色色素，在 37 條件下培條件下培養(yǎng)則不產(chǎn)生色素。養(yǎng)則不產(chǎn)生色素。一、三個(gè)證明一、三個(gè)證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、

3、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn) 肺炎鏈球菌：肺炎鏈球菌： S型：型：菌體具莢膜，菌落表面菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力。光滑，有致病能力。 R型：型：菌體無(wú)莢膜，菌落表面菌體無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病能力。粗糙，無(wú)致病能力。1928年，年，F(xiàn).Griffth作了作了3組實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn): 1944年，年，Avery精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子2、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)、噬菌體感染實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)是的物質(zhì)是DNA。 DNA包含有產(chǎn)包含有產(chǎn)生完整噬菌體的生完整噬菌體的全部信息。全部信息。3、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)（一）微生

4、物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（一）微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1）染色體為）染色體為雙鏈環(huán)狀的雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；分子（單倍體）；2）基因組上遺傳信息具有）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性連續(xù)性；3）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)操縱子結(jié)構(gòu)； 4）結(jié)構(gòu)基因的）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝單拷貝及及rRNA基因的多拷貝；基因的多拷貝； 5）基因組的重復(fù)序列少而短；）基因組的重復(fù)序列少而短；二、遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)存在的部位和方式二、遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)存在的部位和方式1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；2）沒(méi)有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；）沒(méi)有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；3）有間隔區(qū)（即非編碼

5、區(qū)）和）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子內(nèi)含子序列；序列； 4）重復(fù)序列多；）重復(fù)序列多；（二）原核生物的質(zhì)粒（二）原核生物的質(zhì)粒1、定義、定義 質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmid）：）：一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。 質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的； 在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)機(jī)能，從而使宿主得到生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(

6、1) 通常以共價(jià)閉合環(huán)狀超螺旋雙鏈通常以共價(jià)閉合環(huán)狀超螺旋雙鏈DNA分子存在分子存在(2) 具有自我復(fù)制能力；具有自我復(fù)制能力；(3) 質(zhì)?；虿皇巧L(zhǎng)所必需，但決質(zhì)?；虿皇巧L(zhǎng)所必需，但決定宿主細(xì)胞的某些特性；定宿主細(xì)胞的某些特性；(4) 具有不相容性；具有不相容性；(5) 可自行或以人工方法消除可自行或以人工方法消除(6) 可從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移給另一個(gè)細(xì)菌可從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移給另一個(gè)細(xì)菌3、質(zhì)粒的主要種類(lèi)、質(zhì)粒的主要種類(lèi)質(zhì)粒所編碼質(zhì)粒所編碼的功能和賦的功能和賦予宿主的表予宿主的表型效應(yīng)型效應(yīng)致育因子（致育因子（Fertility factor，F(xiàn)因子）因子）抗性因子（抗性因子（Resistanc

7、e factor，R因子）因子）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocin production plasmid）毒性質(zhì)粒（毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）代謝質(zhì)粒（代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmid）隱秘質(zhì)粒（隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmid）供體細(xì)胞目的基因載體重組DNA分子轉(zhuǎn)化細(xì)胞受體細(xì)胞多肽藥物疫苗、抗體基因治療基因診斷 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物(畜牧業(yè)、漁業(yè) 生物反應(yīng)器)轉(zhuǎn)基因植物(農(nóng)業(yè)、林業(yè) 生物反應(yīng)器)冶金、環(huán)保輕工、食品4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用 質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，易分離和操作）體積小，易分離和操作（2）環(huán)

8、狀，穩(wěn)定）環(huán)狀，穩(wěn)定（3）獨(dú)立復(fù)制）獨(dú)立復(fù)制（4）拷貝數(shù)多）拷貝數(shù)多（5）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選 E. coli的的pBR322質(zhì)粒是一個(gè)常用的克隆載體質(zhì)粒是一個(gè)常用的克隆載體一、基因突變一、基因突變 一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變、序列的任何改變、可遺傳、自發(fā)或誘變產(chǎn)生可遺傳、自發(fā)或誘變產(chǎn)生基因突變基因突變狹義：點(diǎn)突變狹義：點(diǎn)突變廣義：基因突變和染色體畸變廣義：基因突變和染色體畸變野生型（原始性狀）野生型（原始性狀）基因突變基因突變突變型（新性狀）突變型（新性狀）（一）突變類(lèi)型（一）突變類(lèi)型突變株的表型突變株的表型選擇性突變株選擇性突變株

9、非選擇性突變株非選擇性突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型營(yíng)養(yǎng)缺陷型抗性突變型抗性突變型條件致死突變型條件致死突變型形態(tài)突變型形態(tài)突變型抗原突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型產(chǎn)量突變型（二）基因突變的特點(diǎn)（二）基因突變的特點(diǎn)1、自發(fā)性：、自發(fā)性：各種性狀的突變，可以在沒(méi)有人為誘變因素下自各種性狀的突變，可以在沒(méi)有人為誘變因素下自發(fā)發(fā)生。發(fā)發(fā)生。2、不對(duì)應(yīng)性：、不對(duì)應(yīng)性：突變性狀與引起突變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。突變性狀與引起突變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。3、稀有性：、稀有性：一般在一般在 10 -6 10 -10 。4、獨(dú)立性：、獨(dú)立性：兩個(gè)基因發(fā)生突變是各不相關(guān)的兩個(gè)事件。兩個(gè)基因發(fā)生突變是各不相關(guān)的兩個(gè)事件。5、可誘變

10、性：、可誘變性：過(guò)誘變劑的作用，可提高自發(fā)突變的頻率，一過(guò)誘變劑的作用，可提高自發(fā)突變的頻率，一般可提高般可提高 10105 。6、穩(wěn)定性：、穩(wěn)定性：產(chǎn)生的新性狀可穩(wěn)定遺傳。產(chǎn)生的新性狀可穩(wěn)定遺傳。7、可逆性：、可逆性：任何性狀既有正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變。任何性狀既有正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變。（三）基因突變自發(fā)性和不（三）基因突變自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性對(duì)應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)證明的實(shí)驗(yàn)證明三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)涂布實(shí)驗(yàn)涂布實(shí)驗(yàn)影印實(shí)驗(yàn)影印實(shí)驗(yàn)證明突變是自發(fā)產(chǎn)生證明突變是自發(fā)產(chǎn)生的，并且突變的性狀的，并且突變的性狀與引起突變的原因間與引起突變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。野生型野

11、生型（原始性狀）（原始性狀）特定環(huán)境特定環(huán)境突變型突變型（適應(yīng)環(huán)境的新性狀）（適應(yīng)環(huán)境的新性狀）馴化馴化定向定向誘變誘變篩選篩選？突變的原因突變的原因？變量實(shí)驗(yàn)（變量實(shí)驗(yàn)（fluctuation analysis）Newcombe的涂布實(shí)驗(yàn)（的涂布實(shí)驗(yàn)（1949）影印實(shí)驗(yàn)（影印實(shí)驗(yàn)（replica plating ）（四）基因突變及其機(jī)制（四）基因突變及其機(jī)制1、誘發(fā)突變：、誘發(fā)突變：物理、化學(xué)核生物的因素，提高突物理、化學(xué)核生物的因素，提高突 變率的人為的作法變率的人為的作法（1）堿基的置換）堿基的置換堿基的置換引起的突變堿基的置換引起的突變（2）移碼突變：添加或缺失核苷酸，引起閱讀錯(cuò)誤）移

12、碼突變：添加或缺失核苷酸，引起閱讀錯(cuò)誤- 錯(cuò)誤錯(cuò)誤+ 錯(cuò)誤錯(cuò)誤-+ 正常正常- 正常正常+ 正常正常（3）染色體畸變：）染色體畸變：缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位2、自發(fā)突變：、自發(fā)突變：無(wú)人為因素下的低頻率突變?cè)颍簾o(wú)人為因素下的低頻率突變?cè)颍海?）背景輻射）背景輻射（2）有害產(chǎn)物積累）有害產(chǎn)物積累（3）堿基錯(cuò)配）堿基錯(cuò)配第三節(jié)第三節(jié) 基因重組基因重組一、原核生物的基因重組一、原核生物的基因重組（一）轉(zhuǎn)化（一）轉(zhuǎn)化供體菌供體菌受體菌受體菌DNA片段片段 1928年，年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae

13、）的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,目前已知有二十多個(gè)種的細(xì)菌具有目前已知有二十多個(gè)種的細(xì)菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力自然轉(zhuǎn)化的能力 進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：1、建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞、建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞 感受態(tài)細(xì)胞：感受態(tài)細(xì)胞：具有攝取外源具有攝取外源DNA能力的細(xì)胞能力的細(xì)胞 自然感受態(tài)自然感受態(tài)的出現(xiàn)是細(xì)胞一定生長(zhǎng)階段的生理特性，受細(xì)的出現(xiàn)是細(xì)胞一定生長(zhǎng)階段的生理特性，受細(xì)菌自身的基因控制；菌自身的基因控制； 人工感受態(tài)人工感受態(tài)則是通過(guò)人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有攝取則是通過(guò)人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有攝取DNADNA的能力，或人為地將的能力，或人為地將DN

14、ADNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)2、外源游離、外源游離DNA分子（轉(zhuǎn)化因子）分子（轉(zhuǎn)化因子）轉(zhuǎn)化過(guò)程（革蘭氏陽(yáng)性菌的轉(zhuǎn)化模型）轉(zhuǎn)化過(guò)程（革蘭氏陽(yáng)性菌的轉(zhuǎn)化模型）噬菌體噬菌體DNA被感受態(tài)細(xì)胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒被感受態(tài)細(xì)胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒轉(zhuǎn)染轉(zhuǎn)染(transfection)：轉(zhuǎn)染的特點(diǎn)：提純的噬菌體轉(zhuǎn)染的特點(diǎn)：提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化的（而非感染）途徑進(jìn)入細(xì)以轉(zhuǎn)化的（而非感染）途徑進(jìn)入細(xì)胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。轉(zhuǎn)化過(guò)程的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)化過(guò)程的特點(diǎn)：a）對(duì)核酸酶敏感；對(duì)核酸酶敏感；b）不需要活的不需要活的DNA供體細(xì)胞；供體細(xì)胞；c）轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效

15、率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化供體菌轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化供體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系；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)化效率要低得多通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多（二）細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction） 由噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式由噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式 一個(gè)細(xì)胞的一個(gè)細(xì)胞的DNA通過(guò)通過(guò)病毒載體病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中的感染轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的類(lèi)型：細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的類(lèi)型：普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transducti

16、on） 噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體的任何部分到受體細(xì)胞中噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體的任何部分到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：外源外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。進(jìn)入受體的外源進(jìn)入受體的外源DNA通過(guò)通過(guò)與細(xì)胞染色體的重組交換與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)溫和噬菌體感染溫和噬菌體感染整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，在溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，在前噬菌體兩側(cè)的少數(shù)宿主基因因前噬菌體兩側(cè)的少數(shù)宿主

17、基因因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體菌體DNA上上部分缺陷的溫和噬菌體部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中受體菌中局限轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：局限轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：（a）局限轉(zhuǎn)導(dǎo)中被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價(jià)地與噬菌體局限轉(zhuǎn)導(dǎo)中被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價(jià)地與噬菌體DNA連接，與噬菌體連接，與噬菌體DNA一起進(jìn)行復(fù)制、包一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的可能全部是宿主菌的基因。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局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特

18、定的染色體片段并將固定的個(gè)別基因?qū)胧荏w，故稱(chēng)為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。定的個(gè)別基因?qū)胧荏w，故稱(chēng)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(jī)性。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基因具有隨機(jī)性。（三）接合（三）接合(conjugation) 通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過(guò)程。移和重組過(guò)程。接合機(jī)制接合機(jī)制(大腸桿菌的接合機(jī)制大腸桿菌的接合機(jī)制) 接合作用是由一種被稱(chēng)為接合作用是由一種被稱(chēng)為F因子因子的質(zhì)粒的質(zhì)粒介導(dǎo)。介導(dǎo)。 F因子的分子量通常為因子的分子量通常為5107，上，上面有編碼細(xì)菌產(chǎn)生性菌毛及控制接面有編碼細(xì)菌產(chǎn)生性菌毛及控制接合過(guò)程進(jìn)

19、行的合過(guò)程進(jìn)行的20多個(gè)基因。多個(gè)基因。 F因子為附加體質(zhì)粒因子為附加體質(zhì)粒既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插入（整合）到立存在，也可插入（整合）到染色體上染色體上F F因子的四種細(xì)胞形式因子的四種細(xì)胞形式 a）F-菌株菌株(“雌性雌性”菌株菌株)，不含不含F(xiàn)因子，沒(méi)有性菌毛，但可以通過(guò)接因子，沒(méi)有性菌毛，但可以通過(guò)接合作用接收合作用接收F因子而變成因子而變成F+菌株菌株；b）F+菌株菌株(“雄性雄性”菌株菌株)， F因子因子獨(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。獨(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。c c）HfrHfr菌株，菌株，F(xiàn) F因子插入到染色體因子插入到染色體DNADNA

20、上上，細(xì)胞表面有性菌毛。，細(xì)胞表面有性菌毛。d d）F F菌株，菌株，Hfr菌株內(nèi)的菌株內(nèi)的F因子因因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱(chēng)為因子，特稱(chēng)為F因因 子。子。 細(xì)胞表面細(xì)胞表面同樣有性菌毛。同樣有性菌毛。1） F+F-雜交雜交理化因子的處理可將理化因子的處理可將F因子消除而使因子消除而使F+菌株變成菌株變成F-菌株菌株2 2）HfrHfr F-雜交雜交 Hfr菌株仍然保持著菌株仍然保持著F+細(xì)胞的特征，具有細(xì)胞的特征，具有F性菌毛，并象性菌毛，并象F+一樣與一樣與F-細(xì)胞進(jìn)行接合。細(xì)胞

21、進(jìn)行接合。 所不同的是，當(dāng)所不同的是，當(dāng)OriT序列被缺刻螺旋酶序列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)生缺口后，識(shí)別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導(dǎo)區(qū)因子的先導(dǎo)區(qū)(leading region)結(jié)合著染色體結(jié)合著染色體DNA向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移。向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移。 F因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部分是因子除先導(dǎo)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(guò)程常被處于轉(zhuǎn)移染色體的末端，由于轉(zhuǎn)移過(guò)程常被中斷，因此中斷，因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中。因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中。 HfrF-雜交后的受體細(xì)胞雜交后的受體細(xì)胞(或接合子或接合子)大大多數(shù)仍然是多數(shù)仍然是F-。 染色體上越靠近染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入

22、的機(jī)會(huì)就越因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，在多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。3 3）FFF-雜交雜交Hfr菌株內(nèi)的菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的一小段染色體基因的F因子，特稱(chēng)因子，特稱(chēng)為為F因子。因子。FF-與與F+F-的不同：的不同： 供體的部分染色體基因隨供體的部分染色體基因隨F一起轉(zhuǎn)一起轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞入受體細(xì)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，形成一種部因子上，形成一種部分二倍體；分二倍體；細(xì)胞基因

23、的這種轉(zhuǎn)移過(guò)程又常稱(chēng)為性導(dǎo)細(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過(guò)程又常稱(chēng)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）。）。 “接合接合” “轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)” 及及“轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化”這三種在自然界中存這三種在自然界中存在的細(xì)菌遺傳重組過(guò)程各自的特點(diǎn)：在的細(xì)菌遺傳重組過(guò)程各自的特點(diǎn)：外源外源DNA的來(lái)源及進(jìn)入途徑有差異的來(lái)源及進(jìn)入途徑有差異第四節(jié)第四節(jié) 微生物遺傳學(xué)的應(yīng)用微生物遺傳學(xué)的應(yīng)用一、菌種選育一、菌種選育（一）自然選育（一）自然選育（二）誘變選育（二）誘變選育 以微生物的自然變異作為基礎(chǔ)的生產(chǎn)選

24、種的機(jī)率并不以微生物的自然變異作為基礎(chǔ)的生產(chǎn)選種的機(jī)率并不很高，一個(gè)基因的自然突變頻率僅很高，一個(gè)基因的自然突變頻率僅10-6-10-10左右。左右。 誘變育種：誘變育種：以誘發(fā)突變?yōu)榛A(chǔ)的育種，是迄今為止國(guó)以誘發(fā)突變?yōu)榛A(chǔ)的育種，是迄今為止國(guó)內(nèi)外提高菌種產(chǎn)量、性能的主要手段。內(nèi)外提高菌種產(chǎn)量、性能的主要手段。 誘變育種的原理誘變育種的原理是用物理或化學(xué)的方法人工誘導(dǎo)基因是用物理或化學(xué)的方法人工誘導(dǎo)基因發(fā)生突變發(fā)生突變，從而引起菌體發(fā)生遺傳的變異，在用合理的篩，從而引起菌體發(fā)生遺傳的變異，在用合理的篩選方法從群體中篩選出少數(shù)具有優(yōu)良性狀的菌株。選方法從群體中篩選出少數(shù)具有優(yōu)良性狀的菌株。二、二

25、、Ames試驗(yàn)試驗(yàn)“生物化學(xué)統(tǒng)一性生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則：法則： 人和細(xì)菌在人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生的結(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(huì)作用于人的物發(fā)生突變的誘變劑必然也會(huì)作用于人的DNA，使其發(fā)生使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。突變，最后造成癌變或其他不良的后果。誘變劑的共性原則：誘變劑的共性原則：1. 1. 化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比2. 2. 超過(guò)超過(guò)95%95%的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用3. 90%3. 90%以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生

26、物沒(méi)有誘變作用以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒(méi)有誘變作用 美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Bruce Ames教授于教授于1966年發(fā)明，年發(fā)明，因此稱(chēng)為因此稱(chēng)為Ames試驗(yàn)。試驗(yàn)。 具體操作：檢測(cè)具體操作：檢測(cè)鼠傷寒沙門(mén)氏菌鼠傷寒沙門(mén)氏菌(Salmonella typhmurium)組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率的回復(fù)突變率 。 回復(fù)突變回復(fù)突變：突變體失去的野生型性狀，可以通過(guò)第二次突變體失去的野生型性狀，可以通過(guò)第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱(chēng)為突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱(chēng)為回復(fù)突變回復(fù)突變。證明證明Ames試驗(yàn)重要性的應(yīng)用實(shí)例：試驗(yàn)重要性的應(yīng)用

27、實(shí)例： 國(guó)外曾開(kāi)發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物國(guó)外曾開(kāi)發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)停反應(yīng)?！保捎谄渌幮э@著，在，由于其藥效顯著，在60-7060-70年代十分流行。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產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用“反應(yīng)停反應(yīng)停”，后來(lái)采用，后來(lái)采用AmesAmes試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強(qiáng)的致突變作用，因此這種藥驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強(qiáng)的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用。物被禁止使用。 但如果能在這種藥物上市之前就進(jìn)行但如果能在這種藥物上市之前就進(jìn)行AmesAmes試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)檢測(cè)，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免。那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免。三、菌種的衰退、復(fù)壯和保藏三、菌種的衰退、復(fù)壯和保藏 性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否則生產(chǎn)或科研都無(wú)法正常進(jìn)行。本要求，否則生產(chǎn)或科研都無(wú)法正常進(jìn)行。 影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素： a）變異；變異； b）污染；污染； c）死亡。死亡。（一）菌種的衰退與復(fù)壯（一）菌種的衰退與復(fù)壯菌種衰退的原因菌種衰退的原因：大量群體中的自發(fā)突變大量群體中