微生物學(xué)第六章教學(xué)課件

微生物學(xué)第六章教學(xué)課件第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四重點(diǎn)和難點(diǎn)1，細(xì)菌的基因水平轉(zhuǎn)移方式；2，轉(zhuǎn)座，轉(zhuǎn)座子的類型及其遺傳效應(yīng)。第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四OswaldT.Averyandhiscolleaguesthensetouttodiscoverwhichconstituentintheheat-killedvirulentpneumococciwasresponsibleforGriffith’stransformation.Theseinvestigatorsselectivelydestroyedconstituentsinpurifiedextractsofvirulentpneumococci,usingenzymesthatwouldhydrolyzeDNA,RNA,orprotein.TransformationofthenonvirulentbacteriawasblockedonlyiftheDNAwasdestroyed,suggestingthatDNAwascarryingtheinformationrequiredfortransformation.Thepublicationofthesestudies

providedthefirstevidencethatGriffith’stransformingprinciplewasDNAandthereforethatDNAcarriedgeneticinformation.第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Genehorizotaltransfer(基因的水平轉(zhuǎn)移）目前來說，微生物的基因水平轉(zhuǎn)移方式主要有三種：轉(zhuǎn)化（transformation）；轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction)；和接合轉(zhuǎn)移（conjugation)。A,供體(donor)：提供DNA的細(xì)菌細(xì)胞；B,受體(recipient)：獲得DNA的細(xì)胞；C,供體基因進(jìn)入受體細(xì)胞產(chǎn)生的結(jié)果：（1）暫時(shí)存在于受體細(xì)胞中，在細(xì)胞分裂過程中被丟失；（2）整合到受體細(xì)胞基因組中；（3）外源基因置換受體中的部分基因。第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四DNATransformation（轉(zhuǎn)化）OnewayinwhichDNAcanmovebetweenbacteriaisthroughtransformation,discoveredbyFredGriffithin1928.TransformationistheuptakebyacellofanakedDNAmoleculeorfragmentfromthemediumandtheincorporationofthismoleculeintotherecipientchromosomeinaheritableform.InnaturaltransformationtheDNAcomesfromadonorbacterium.Theprocessisrandom,andanyportionofagenomemaybetransferredbetweenbacteria.第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化（transformation)：受體菌直接吸收供體菌的DNA片段而獲得后者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化子（transformant）:通過轉(zhuǎn)化方式而形成的雜種后代稱為轉(zhuǎn)化子。感受態(tài)（competence）:

受體細(xì)胞最易接受外源DNA片段并能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。DNATransformation（轉(zhuǎn)化）第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化過程第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Whenbacterialyse,theyreleaseconsiderableamountsofDNAintothesurroundingenvironment.Thesefragmentsmayberelativelylargeandcontainseveralgenes.Ifafragmentcontactsacompetent(感受態(tài)）cell,oneabletotakeupDNAandbetransformed,itcanbeboundtothecellandtakeninside.當(dāng)細(xì)菌裂解后，它們向環(huán)境中釋放大量的DNA。其中的某些DNA片段相對(duì)比較大，含有多個(gè)基因。如果其中一個(gè)片段與感受態(tài)細(xì)胞接觸，后者就會(huì)與之結(jié)合，并將其轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)。第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Thetransformationfrequencyofverycompetentcellsisaround10-3formostgenerawhenanexcessofDNAisused.Thatis,aboutonecellineverythousandwilltakeupandintegratethegene.Competencyisacomplexphenomenonandisdependentonseveralconditions.Genetransferbythisprocessoccursinsoilandmarineenvironmentsandmaybeanimportantrouteofgeneticexchangeinnature.第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Artificialtransformationiscarriedoutinthelaboratorybyavarietyoftechniques,includingtreatmentofthecellswithcalciumchloride,whichrenderstheirmembranesmorepermeabletoDNA.

Thisapproachsucceedsevenwithspeciesthatarenotnaturallycompetent,suchasE.coli.人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室可以通過多種技術(shù)制備感受態(tài)細(xì)胞，例如：使用CaCl2處理細(xì)胞，處理后的細(xì)胞對(duì)DNA的通透性增強(qiáng)。這種方法已經(jīng)成功的應(yīng)用于許多自然條件下非感受態(tài)的微生物，如大腸桿菌。第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Transduction（轉(zhuǎn)導(dǎo)）Transductionisthetransferofbacterialgenesbyviruses.Bacterialgenesareincorporatedintoaphagecapsidbecauseoferrorsmadeduringtheviruslifecycle.Theviruscontainingthesegenestheninjectsthemintoanotherbacterium,completingthetransfer.Transductionmaybethemostcommonmechanismforgeneexchangeandrecombinationinbacteria.Therearetwoverydifferentkindsoftransduction:generalizedtransduction(普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)）andspecializedtransduction（特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)）.第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Transduction（轉(zhuǎn)導(dǎo)）第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Generalizedtransductionoccursduringthe

lyticcycleofvirulentandtemperatephagesandcantransferanypartofthebacterialgenome.Duringtheassemblystage,whentheviralchromosomesarepackagedintoproteincapsids,randomfragmentsofthepartiallydegradedbacterialchromosomealsomaybepackagedbymistake

（誤包）.

Thisphageisknownasageneralizedtransducingparticleorphageandissimplyacarrierofgeneticinformationfromtheoriginalbacteriumtoanothercell.第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Asintransformation,oncetheDNAhasbeeninjected,itmustbeincorporatedintotherecipientcell’schromosometopreservethetransferredgenes.TheDNAremainsdoublestrandedduringtransfer,andbothstrandsareintegratedintotheendogenote’sgenome.About70to90%ofthetransferredDNAisnotintegratedbutoftenisabletosurviveandexpressitself.Abortivetransductants（流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)子）arebacteriathatcontainthisnonintegrated,transducedDNAandarepartialdiploids.第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，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

溫和噬菌體第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四接合作用（conjugation）定義供體菌（雄性）通過性菌毛與受體菌（雌性）直接接觸，把質(zhì)?；蚱鋽y帶的不同長(zhǎng)度的核基因片段傳遞給后者，使后者獲得若干新遺傳性狀的現(xiàn)象接合子（conjugant）通過接合而獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞

接合作用主要存在于細(xì)菌和放線菌中，在所有對(duì)象中，接合現(xiàn)象研究得最多，了解得最清楚的當(dāng)推E.coli，其有性別分化，決定其性別的是細(xì)胞內(nèi)的F質(zhì)粒（F因子）第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四1.F+×F-F+F-F+F-F+F+F+F+在F質(zhì)粒的一條單鏈特定位點(diǎn)上產(chǎn)生裂口單鏈B單鏈A5ˊ端為先導(dǎo)滾環(huán)復(fù)制BBˊAAˊ第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四E.coli的4種接合型菌株根據(jù)F質(zhì)粒在細(xì)胞內(nèi)的存在方式a.F+菌株b.F-菌株c.Hfr菌株d.Fˊ菌株接合過程“雄性”菌株，細(xì)胞內(nèi)含F(xiàn)質(zhì)粒，細(xì)胞表面有1至幾條性菌毛，F(xiàn)因子獨(dú)立存在“雌性”菌株，不含F(xiàn)因子，無性菌毛，可通過與F+或Fˊ菌株的接合作用接受F因子而變成F+菌株；高頻重組菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細(xì)胞表面有性菌毛。Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離核染色體組時(shí)，可重新形成游離的但攜帶整合位點(diǎn)鄰近一小段核染色體基因的特殊F質(zhì)粒，稱為F′因子。細(xì)胞表面同樣有性菌毛。第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四溶源轉(zhuǎn)變（lysogenicconversion）正常溫和噬菌體感染其宿主而使其發(fā)生溶源化時(shí)，因噬菌體的基因整合到宿主的核基因組上，而使宿主獲得了除免疫性外新性狀的現(xiàn)象。表面上與上述的轉(zhuǎn)導(dǎo)相似，但本質(zhì)上卻截然不同第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四不同之處：

1、噬菌體為不攜帶任何外源基因的正常噬菌體；

2、是噬菌體的基因而不是供體菌的基因提供了宿主的新性狀；

3、噬菌體基因的整合到宿主染色體上導(dǎo)致宿主獲得新性狀，不是通過基因重組而形成的穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子；

4、宿主獲得新性狀具有不穩(wěn)定性，隨噬菌體的消失而同時(shí)消失。第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四項(xiàng)目溶源轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體正常噬菌體缺陷噬菌體外源基因來源無供體菌新性狀產(chǎn)生原因溶源化基因重組表型穩(wěn)定性不穩(wěn)定穩(wěn)定（轉(zhuǎn)導(dǎo)子）溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)的比較第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四接合(conjugation)：細(xì)胞與細(xì)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)轉(zhuǎn)化(transformation)：游離DNA分子+感受態(tài)細(xì)胞簡(jiǎn)單比較第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四TransposableElementsThechromosomesofbacteria,viruses,andeucaryoticcellscontainpiecesofDNAthatmovearoundthegenome.Suchmovementiscalledtransposition（轉(zhuǎn)座）.DNAsegmentsthatcarrythegenesrequiredforthisprocessandconsequentlymoveaboutchromosomesaretransposableelements（轉(zhuǎn)座因子）or

transposons（轉(zhuǎn)座子）.第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四UnlikeotherprocessesthatreorganizeDNA,transpositiondoesnotrequireextensiveareasofhomologybetweenthetransposonanditsdestinationsite.Transposonsbehavesomewhatlikelysogenicprophagesexceptthattheyoriginateinonechromosomallocationandcanmovetoadifferentlocationinthesamechromosome.Transposableelementsdifferfromphagesinlackingaviruslifecycleandfromplasmidsinbeingunabletoreproduceautonomouslyandtoexistapartfromthechromosome.第39頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四Theywerefirstdiscoveredinthe1940sbyBarbaraMcClintockduringherstudiesonmaizegenetics(adiscov