歷年課件8microbial genetics致病有莢膜表面光滑稱為型非無(wú)粗糙

HowcellscodegeneticMicrobialProkaryoticEukaryoticmicrobialGenomesofsmids MutationandRepairIsolationofMolecularbasicofDNARepair ProtostGeneticHowcellscodegeneticStreptococcus 致病,有莢膜,表面光滑,S型；非致病,無(wú)莢膜,表面粗糙,R1928,RIISIII(加熱殺死小鼠死1944,Avery等證明只有SIII的DNA才能將RII轉(zhuǎn)化為SIII,DNA是遺傳物質(zhì). SIII的DNA SIII型細(xì)菌SIIIDNA+DNASIIIDNA+DNASIIIRII型細(xì) RII型細(xì)SIIISIII噬菌體實(shí)驗(yàn)子代蛋白質(zhì)外殼的結(jié)構(gòu)、組成均與留在外面的一1952HersheyT2DNA含有整套遺傳信息(包括蛋白質(zhì)外殼在內(nèi)1956年Fraenkel-Conrat證明RNA是遺傳物質(zhì)（參見P206圖8-2）亞的一種：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)含有核酸蛋白質(zhì)是否可以作為遺傳物質(zhì)？prion是生命的一個(gè)特例？還是僅僅為表達(dá)調(diào)控的一種形式？蛋白質(zhì)折疊與功能的關(guān)系，是否存在折疊？Microbial 組(genome)：Anorganism’sgenomeisitsentirecomplementofgeneticinformation,includingthegenes,theirregulatorysequences,andnoncodingDNA.Prokaryotehasasinglechromosomecontainingall(ormost)ofthegenesfoundinsidethecell. Afewprokaryotes,bothspeciesofBacteriaandArchaea,containtwochromosomes.細(xì)菌一般為單倍體,一套完整的DNA序列即為組（個(gè)別包含兩個(gè)Eukaryoteshavemultiplechromosomesasapartoftheir真核微生物一般有兩套，二倍體（adiploidcell）,組是其一套的DNA序列微生物與幾種代表生物的組(參見Table15.1,15.3)Prokaryotic p174,Escherichiacoli的組代表著原核生物（細(xì)菌）DNA分子（closedcircularmolecularofDNA；DNA上結(jié)合有類組蛋白蛋白質(zhì)(10%)RNA分子(10%)，DNA雙螺旋分子有許多位點(diǎn)與這些蛋白質(zhì)結(jié)合,100個(gè)小區(qū)，使其壓縮成一種手腳架形的致密結(jié)構(gòu)。Figure一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。數(shù)基本接近由它的組大小所估計(jì)的數(shù),參見表8-1（通常以1000bp～1500bp為一個(gè)進(jìn)行計(jì)算）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)組成子結(jié)構(gòu)（operonFig8-14乳糖結(jié)構(gòu)的單拷貝及rRNA的多拷貝原核生物組的重復(fù)序列比真核生物少得多，而且重復(fù)的序列比較短，一般為4～40個(gè)堿EukaryoticMicrobial Saccharomycescerevisiae(釀酒酵母)的組代表著真核微生物的DNAinallknowneukaryoticchromosomesislinear.DNA線性，典型的真核結(jié)啤酒酵母組大小為13.5×106bp，分布在16條中，染色質(zhì)中DNA和蛋白質(zhì)含量大致相等。核小體[組蛋白八聚體(H2A、H2B、H3H4各一對(duì))H1DNA]、染色質(zhì)、沒有明顯的子結(jié)有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列，斷裂高度重復(fù)（最顯著的特點(diǎn)tRNA、rRNA的拷貝數(shù)大大高于原核生DNA“遺傳豐余酵母比細(xì)菌和“進(jìn)步”且“富有”，細(xì)菌和(許多組上的是的)似乎更“聰明”GenomesofMethanococcusjannaschii(詹氏甲烷球菌)的組代表著古菌的；②③子結(jié)構(gòu) ④結(jié)構(gòu)的單拷貝及rRNA的多拷貝RNARNAFig11-和一個(gè)因子，組成2’RNA8-10RNA10-12有5個(gè)組蛋白，暗示其結(jié)構(gòu)在細(xì)胞中類似于真核生物具有許多古菌特有的，在真細(xì)菌、真核生物中未搜索到同源性（編碼特異蛋白smidsandTransposableElementssmids(p175,smid(質(zhì)粒)aregeneticelementsthatexistandreplicate yfromthe一種獨(dú)立于外，能進(jìn)行自主的細(xì)胞質(zhì)遺傳因Figure1、GeneralAlmostallknownsmidsconsistofdouble-strandedDNA.Mostsmidsarecircular,butmanylinearsmidsarealsoknown.通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalentlyclosedcircle，CCC)DNA分子存 Naturallyoccurringsmidsvaryinsizefromapproxima y1kilobasetomorethan1megabase質(zhì)粒分子1kb1000kb smidscarryonlyunessential(butoftenveryhelpful)genes.質(zhì)粒所含的對(duì)宿主細(xì)胞一般是非必需的,但是有助于細(xì)胞（能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能）DNA對(duì)于常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點(diǎn)，如抗藥性初步判斷3、Typeofsmidsandtheirbiologicalsignificance質(zhì)粒所編碼的功能和賦予宿主的表型效應(yīng):p276-278致育因子（Fertilityfactor，F(xiàn)因子）抗性因子（factor，R因子，抗藥、抗重金屬）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocinproductionsmid）毒性質(zhì)粒（virulencesmid）代謝質(zhì)粒（Metabolicsmid）隱秘質(zhì)粒（crypticsmid）高拷貝數(shù)(highcopynumber)質(zhì)粒（每個(gè)宿主細(xì)胞中可以有10-100個(gè)拷貝）----松弛型質(zhì)粒(relaxed低拷貝數(shù)(lowcopynumber)質(zhì)粒（每個(gè)宿主細(xì)胞中可以有1-4個(gè)拷貝）--—嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒(stringent窄宿主范圍質(zhì)粒(narrowhostrangesmid)（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中）廣宿主范圍質(zhì)粒(broadhostrangesmid)（可以在許多種細(xì)菌中）4 patibility質(zhì)粒的不親和性Whenasmidistranferredintoacellthatalreadycarriesanothersmid,acommonobservationisthatthesecondsmidmaynotbemaintainedandislostduringsubsequentcellreplication.Ifthisoccurs,thetwosmidsaresaidto Thesmidsofone patiblegroupexcludeeachotherfromreplicatinginthecellbutcancoexistwithsmidsfromothergroups.同屬于一個(gè)不親和群( patibilitygroup)的質(zhì)粒不可以并存，但能與不同TransposableElementsTransposableelement（轉(zhuǎn)座因子）aresegmentsofDNAthatcanmovefromonesiteonachromosome,asmid,oraviralgenometoanothersite,eitheronthesamemoleculeoronadifferentDNAmolecules.TheyreplicateaspartofsomeothermoleculeofDNA(hostDNAmolecule).Theyarefoundinbothprokaryotesandeukaryotes.位于，或質(zhì)粒，或組上的一段能改變自身位置的DNA序列，與宿主DNA分子同步。廣泛分布于原核·麥克林托克（BarbaraMcClintock,1902年－1992年，遺傳學(xué)家，1983年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)Duringthe1940sand1950s,McClintockdiscoveredtranspositionandusedittoshowhowgenesareresponsibleforturningphysicalcharacteristicsonoroff.在玉米中發(fā)現(xiàn)了“會(huì)跳舞”的(jumgenes)（無(wú)義，有義）Fig②導(dǎo)致畸變（不同位置上的2個(gè)轉(zhuǎn)座因子發(fā)生同源重組，導(dǎo)致的DNA缺失、倒位③移動(dòng)和重原核生物中的3InsertionsequencesIS(插入序列Transposons(轉(zhuǎn)座子)Speciales(特殊1、DNAIR（invertedterminalTransposasetheenzymenecessaryfortransposition，轉(zhuǎn)座酶,DNAFigure10.292授予宿主某些遺傳特性的，如抗生素，抗毒物，乳糖發(fā)酵等250bp，②compositetransposon,復(fù)合轉(zhuǎn)座子，2端為順向或反向的IS，其他位于中部，Tn5Figure10.29(b)3、特殊Mu-噬菌E．coli的溫和噬菌體，可以溶源化，也可裂解生長(zhǎng)，含有噬菌體生長(zhǎng)繁殖的必需，同時(shí)含有轉(zhuǎn)座所必須的，因此是目前發(fā)現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)座因子。全長(zhǎng)39kb，2端無(wú)反向重復(fù)序列。FigFigIntegrons整合子Integronsaregeneticelementsthatcollectandexpressgenescarriedon segmentsofDNAcalledcassettes.整MostIntegronsarefoundonsmidsorintransposonsandmaycollectmultiplegenecassettes.Neitherintegronsnorgenecassettesaretransposableelements.（In11thedition:Integronsaretransposonsthatcancaptureandexpressgenesfromothersource.整合子是存在于細(xì) Afewintegronsarefoundonbacterialchromosomesandmaycollecthundredsofgenecassettes,whereupontheycalledsuper-1989年首次一個(gè)與細(xì)菌耐藥性有關(guān)的系統(tǒng)Genecassette(盒):aform 盒。一個(gè)整合子可捕獲1個(gè)或多個(gè)盒Mostcassetteslackapromoter,andtheirantibioticgeneisflankedbyshortnoncodingsequences.Thus,cassettegenesareexpressedonlywhenthecassetteisinsertedintheappropriateorientationintoanintegron.Fig10.34整合子結(jié)構(gòu)：整合酶(integrase):intI重組位點(diǎn):att磺胺藥物抗性盒(Genecassette)整合酶(integrase):Anenzymethatcatalyzedanothertypesite- bination重組酶,負(fù)責(zé)催化盒在attI的整合及切耐藥形成盒的一部分加速了耐藥的水平.已發(fā)現(xiàn)40種以上不同的抗性存在此類盒中。攜帶著重組盒的整合子插入到轉(zhuǎn)座子或接合性質(zhì)粒中,在不同菌屬細(xì)菌中運(yùn)動(dòng)而耐藥性,使得耐MutationandRepairMechanismsMutation(突變)：Aninheritablechangeinthebasesequenceofthegenomeofanorganism(生物體組的堿基序列發(fā)生了可遺傳變化Mutation突變)突變:1個(gè)內(nèi)部DNA結(jié)構(gòu)的任何變化畸變:DNA的缺失、重復(fù)和倒位Mutant（突變體）:Astrainofanycell carryingachangeinnucleotide帶有突變的菌株或，型（genotype,thenucleotidesequenceofthegenome）不同于親本菌株（parentalIsolationofmutants突變的篩選Table10.1幾種常用的表型變化的突變型及其分離1)營(yíng)養(yǎng)缺陷型2)抗藥性突變型3)營(yíng)養(yǎng)缺陷型（nutritionalauxotroph）影印平板（Replicating）法:Lederberg在1952年建Fig青霉素選擇法:penicillin-selection 死，而不能生長(zhǎng)的突變細(xì)胞則不會(huì) 表示方法：所抗藥物的前三個(gè)小寫斜體英文字母加上“r”表示strr條件致死突變型（conditionallethalmutant）死的，但可以在低溫（25-30℃）下得到這種突變。影印平板法分離,和營(yíng)養(yǎng)缺陷型不同的是培養(yǎng)基,Molecularbasicofmutation突變的分子基TwoclassesofSpontaneousmutations自發(fā)突變，環(huán)境因素的影響，DNA過(guò)程的偶然錯(cuò)誤等而導(dǎo)致，一般頻率較低，通10-6-10-9。InducedmutationsDNA三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)證明突變的性狀與引起突變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系！突變是自發(fā)產(chǎn)生的 Delbruc（1943Spontaneous(自發(fā)性，隨機(jī)性)當(dāng)108個(gè)細(xì)胞一次平均形成一個(gè)突變體。（核苷酸序列④獨(dú)立性：各種性狀改變的突變彼此是獨(dú)立的，某種細(xì)菌可以一定的突變率產(chǎn)生不同的突變MolecularbasicofmutationBase-pairsubstitutions

FrameshiftmutationMutationsinvolvingmanybasepairs：Deletions缺失、Insertions插入、TranslocationsInversions①三聯(lián)體子：3個(gè)堿基對(duì)應(yīng)1個(gè)氨基酸,是生物內(nèi)負(fù)載遺傳信息的基本單位③非Base-pairsubstitutionsFrameshiftmutationMutationsinvolvingmanybasepairshundredsoreventhousands)Deletions缺失InsertionsTranslocationsInversionsBase-pairsubstitutions 錯(cuò)義突變,無(wú)義突變,同義突變移碼突變Fig.10.4mutagens (intercalative og)Fig插入(intercalatingdye): Ethidiumbromide(溴化乙錠)和acridines(吖啶橙)，插入兩個(gè)堿基對(duì)之間,造成移羥胺:CGC→AT的轉(zhuǎn)換.烷化劑:GTGC亞硝基胍,DNADNA酶切除紫外線(nonioning)：T-T二聚體，SOSMutagenesisandCarcinogenesis誘變作用與作用檢測(cè)——TheAmes 化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的性成正比超過(guò)95%的物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用；90%以上的非物質(zhì)對(duì)微生物沒有誘變作用AmestestisoftenusedasoneoftheinitialscreensforpotentialdrugstoweedoutpossibleBruceNathanAmes(bornDecember16,1928)1966Ames試具體操作：檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphmurium)組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株(hisˉ)FigDNARepair DNADNA結(jié)構(gòu)的任何改變可以通過(guò)DNA而成為真正的突變，也可以重新變?yōu)樵瓉?lái)的結(jié)構(gòu)，這取決于修復(fù)作主要的四種類型：1.活作用；2.切除修復(fù)；3.重組修復(fù)；4.SOS修復(fù) 細(xì)菌的四種水平轉(zhuǎn)移形 DNAisincorporatedintoarecipientcellandbringsaboutgeneticchange.DNA分子(質(zhì)粒和DNA)被自然或人工感受態(tài)細(xì)胞攝取并得到表達(dá)的過(guò)程Transformationoccursnaturallyinsomespeciesofbacteria,butitcanalsobeaffectedbyartificialmeansinother感受態(tài)的受體細(xì)胞(competentcells):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；人工感受態(tài)則是通DNA的能力DNA化的（而非）途徑進(jìn)入細(xì)胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的顆粒。Conjugation1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Tatum細(xì)菌的多重營(yíng)養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)（參見P216）:中間平板FFig GeneticmapoftheF(fertility)smid(99kb)ofEscherichiaF因子既可以脫離在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插入（整合）到上.F因子的四種細(xì)胞形式,（F+F+F因子獨(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛,“雄性”Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到DNA上，細(xì)胞表面有性菌毛F′菌株，Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離時(shí)，形成游離的但攜帶一小段FF′因子。細(xì)胞表面同樣有性菌毛。F+×Fˉ雜交（FigF+FFˉF+Hfr×Fˉ雜交（FigHfr菌株的F因子插入到DNA上，因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移過(guò)程，就可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給Fˉ細(xì)胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株(Highfrequencyof 列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導(dǎo)區(qū)(leadingregion)結(jié)合著DNA向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移，F(xiàn)因Hfr×Fˉ雜交后的受體細(xì)胞(或接合子)Fˉ。FigHfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離時(shí)形成游離的但攜帶一小段的F因子特稱為F′F′通過(guò)接合作用進(jìn)入Fˉ菌株，F(xiàn)ˉ菌株會(huì)變成含有不完整F因子的F′菌株,是部分二倍體細(xì)胞,。以F′因子來(lái)傳遞供體的方式又稱為性導(dǎo)( duction，或F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-transduction）TransductionThetransferofviral,bacterial,orbothbacterialandviralDNAfromonecelltoanotherusingabacteriophagevector.能將一個(gè)細(xì)菌宿主的部分或質(zhì)粒DNA帶到另一個(gè)細(xì)菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)給體的到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)“U”P22噬菌體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)模型Fig10.15Notethat"normal"virionscontainphagegeneswhileatransducingparticlecontainshost2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized的少數(shù)特定轉(zhuǎn)移到受體菌中（幾率一般僅有10-6）FigFig10.11ProcessesbywhichDNAistransferredfromdonortorecipientbacterialProtost 原生融親本及其遺傳標(biāo)記選擇:,MgSO4\蝸牛酶、纖維素酶、葡聚糖酶原生融誘導(dǎo)，滲透壓，低速離心電融合：細(xì)胞在電場(chǎng)作用下,細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生偶極化,促使細(xì)胞排列成串,外加瞬間高頻直流強(qiáng)電壓作用,原生質(zhì)膜穿孔復(fù)原原生再生:高滲再生培養(yǎng)基，無(wú)機(jī)鹽/有機(jī)物，防止機(jī)械損融合子選擇:營(yíng)養(yǎng)缺陷型、抗性標(biāo)記選擇,連續(xù)傳代營(yíng)養(yǎng)缺陷型,抗性,熒光染色標(biāo)記組洗牌(genomeshuffling)技（Nature, 415,644-646)結(jié)合了1994年所發(fā)明“DNA洗牌法(Nature370,389–391)和原生融合技術(shù)，遞推式原生融合組洗術(shù)的第一項(xiàng)成果是一個(gè)改良的Streptomycesfradiae弗氏鏈霉菌，可制造更