基因突變與原核生物的質(zhì)粒

關(guān)于基因突變與原核生物的質(zhì)粒第1頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③可以通過(guò)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用而由一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)菌細(xì)胞中，使兩個(gè)細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒的細(xì)胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時(shí)，它可以單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也可以攜帶著染色體（片段）一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，所以它可成為基因工程的載體。④對(duì)于細(xì)菌的生存并不是必要的⑤功能多樣化原核生物的質(zhì)粒第2頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月功能：進(jìn)行細(xì)胞間接合，并帶有一些基因，如產(chǎn)生毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類(lèi)、降解功能等。重組：在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間菌可發(fā)生。存在范圍：很多細(xì)菌如E.coli、Shigella（志賀氏菌）、S.aureus（金黃色葡萄球菌）、Streptococcuslactis（乳鏈球菌）、根癌土壤桿菌等制備：包括增殖、裂解細(xì)胞、分離質(zhì)粒與染色體和蛋白質(zhì)等成分、去除RNA和蛋白質(zhì)等步驟。鑒定：電鏡觀察、電泳、密度梯度離心、限制性酶切圖譜等方法原核生物的質(zhì)粒第3頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾種代表性質(zhì)粒：1.F–因子（fertilityfactor）：又稱(chēng)致育因子或性因子，62×106Dalton，94.5kb，相當(dāng)于核染色體DNA2%的環(huán)狀雙鏈DNA，足以編碼94個(gè)中等大小多肽，其中1/3基因（tra區(qū)）與接合作用有關(guān)。存在于腸細(xì)菌屬、假單胞菌屬、嗜血桿菌、奈瑟氏球菌、鏈球菌等細(xì)菌中，決定性別。第4頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Figure.RepresentativeFERTILITYPLASMID.Afertilityplasmidcarriesthegenesforconjugationaswellasanumberofothergenes.Inthisfigurethefertilityplasmidalsocarriesantibioticresistantgenes.第5頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月最初發(fā)現(xiàn)于痢疾志賀氏菌（Shigelladysenteriae），后來(lái)發(fā)現(xiàn)還存在于Salmonella（沙門(mén)氏菌）、Vibrio（副溶血性弧菌）、Bacillus（芽孢桿菌）、Pseudomonas（假單胞菌）和Staphylococcus（葡萄球菌）中。R因子由相連的兩個(gè)DNA片段組成，即抗性轉(zhuǎn)移因子（resistencetransforfactor，RTF）和抗性決定R因子（r-determinant），RTF為分子量約為11×106Dalton，控制質(zhì)粒copy數(shù)及復(fù)制，抗性決定質(zhì)粒大小不固定，從幾百萬(wàn)到100×106Dalton以上。其上帶有其它抗生素的抗性基因。R-因子在細(xì)胞內(nèi)的copy數(shù)可從1~2個(gè)到幾十個(gè)，分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，經(jīng)氯霉素處理后，松弛型質(zhì)?？蛇_(dá)2000~3000個(gè)/細(xì)胞。2.R因子（resistencefactor）第6頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)大腸桿菌素因子。大腸桿菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的細(xì)菌素，能通過(guò)抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專(zhuān)一地殺死其它腸道細(xì)菌。其分子量約4×104~8×104Dalton。大腸桿菌素都是由Col因子編碼的。Col因子可分為兩類(lèi)，分別以ColE1和ColIb為代表。ColE1分子量約為5×106Dalton，無(wú)接合作用，是多copy的；ColE1研究得很多，并被廣泛地用于重組DNA的研究和用于體外復(fù)制系統(tǒng)上。ColIb分子量約為80×106Dalton，它與F因子相似，具有通過(guò)接合作用轉(zhuǎn)移的功能，屬于嚴(yán)緊型控制，只有1~2個(gè)copy。凡帶Col因子的菌株，由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而對(duì)大腸桿菌素有免疫作用，不受其傷害。3.Col因子（colicinogenicfactor）第7頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月降解性質(zhì)粒只在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)?？蔀橐幌盗心芙到鈴?fù)雜物質(zhì)的酶編碼，從而能利用一般細(xì)菌所難以分解的物質(zhì)做碳源。這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名，例如有分解CAM（樟腦）質(zhì)粒，XYL（二甲苯）質(zhì)粒，SAL（水楊酸）質(zhì)粒，MDL（扁桃酸）質(zhì)粒，，NAP（萘）質(zhì)粒和TOL（甲苯）質(zhì)粒等。4.降解性質(zhì)粒第8頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月即誘癌質(zhì)粒。存在于根癌土壤桿菌（Agrobacteriumtumefaciens）中,可引起許多雙子葉植物的根癌當(dāng)細(xì)菌侵入植物細(xì)胞中后，在其細(xì)胞中溶解，把細(xì)菌的DNA釋放到植物細(xì)胞中。這時(shí)，含有復(fù)制基因的Ti質(zhì)粒的小片段與植物細(xì)胞中的核染色體發(fā)生整合，破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而使它轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。Ti質(zhì)粒長(zhǎng)200kb，是一個(gè)大型質(zhì)粒。當(dāng)前，Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。一些具有重要性狀的外源基因可借DNA重組技術(shù)設(shè)法插入到Ti質(zhì)粒中，并進(jìn)一步使之整合到植物染色體上，以改變?cè)撝参锏倪z傳性，達(dá)到培育植物優(yōu)良品種的目的。5、Ti質(zhì)粒(tumorinducingplasmid)第9頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月是近年來(lái)在Rhizobium（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量為200~300×106Dalton，比一般質(zhì)粒大幾十倍到幾百倍，故稱(chēng)巨大質(zhì)粒，其上有一系列固氮基因。6.巨大質(zhì)粒（mega質(zhì)粒）第10頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因：能夠表達(dá)和產(chǎn)生基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的DNA序列。原核生物基因系統(tǒng)： 啟動(dòng)子（基因） 操縱子 操縱子（基因）基因調(diào)控系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)基因 調(diào)節(jié)基因第11頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月遺傳密碼：指DNA鏈上各個(gè)核苷酸的特定排列順序密碼子（coden）：由3個(gè)核苷酸順序決定，負(fù)載遺傳信息的基本單位不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄：只有DNA雙鏈的一股才作為有意義鏈被轉(zhuǎn)錄，這種現(xiàn)象又稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)錄。起始密碼子：AUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸終止密碼子：UAA、UGA、UAG第12頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核外DNA的種類(lèi)核外染色體真核生物的“質(zhì)?！痹松锏馁|(zhì)粒

線(xiàn)粒體細(xì)胞質(zhì)基因 葉綠體（質(zhì)體） 中心體 動(dòng)體共生生物： 卡巴顆粒酵母菌的2m質(zhì)粒F因子R因子Col質(zhì)粒Ti質(zhì)粒巨大質(zhì)粒降解性質(zhì)粒第13頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)基因突變和誘變育種突變（mutation

）：指生物體的表型突然發(fā)生的可遺傳的變化。

染色體畸變——細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化突變

基因突變——細(xì)胞學(xué)上看不到遺傳物質(zhì)的變化突變體（mutant）：發(fā)生了突變的微生物細(xì)胞或菌株野生型（wildtype）：從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生突變前的原始菌株第14頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月★依表型的改變分為：形態(tài)突變型——營(yíng)養(yǎng)缺陷型——因突變而喪失產(chǎn)生某種生物合成酶的能力，并因而成為必須在培養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長(zhǎng)的突變類(lèi)型。發(fā)酵突變型——喪失產(chǎn)生某種生物合成酶能力的突變型抗性突變型——因突變而產(chǎn)生了對(duì)某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性條件致死突變型——突變后在某種條件下可正常生長(zhǎng)繁殖，而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)繁殖的突變型抗原突變型——因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變產(chǎn)量突變型——

（一）基因突變的類(lèi)型第15頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月★按是否比較容易、迅速地分離到發(fā)生突變的細(xì)胞來(lái)分：選擇性突變株（selectivemutant）：具有選擇標(biāo)記（如營(yíng)養(yǎng)缺陷性、抗性突變型、條件致死突變型），只要選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，如培養(yǎng)基、溫度、pH值等，就比較容易檢出和分離到。非選擇性突變株（non-selectivemutant）：無(wú)選擇標(biāo)記（如產(chǎn)量突變型、抗原突變型、形態(tài)突變型），能鑒別這種突變體的惟一方法是檢查大量菌落并找出差異。第16頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義：每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率為10–8是指該細(xì)胞在一億次細(xì)胞分裂中，會(huì)發(fā)生一次突變。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株（mutant，即突變型）的數(shù)目來(lái)表示。如一個(gè)含108個(gè)細(xì)胞的群體，當(dāng)其分裂為2×108個(gè)細(xì)胞時(shí)，即可平均發(fā)生一次突變的突變率也是10–8

。突變率=突變細(xì)胞數(shù)/分裂前群體細(xì)胞數(shù)突變是獨(dú)立的。某一基因發(fā)生突變不會(huì)影響其它基因的突變率。在同一個(gè)細(xì)胞中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)基因突變的幾率是極低的，因?yàn)殡p重突變型的幾率只是各個(gè)突變幾率的乘積。由于突變的幾率一般都極低，因此，必須采用檢出選擇性突變株的手段，尤其是采用檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型的恢復(fù)突變株（backmutant或reversemutant）或抗性突變株特別是抗藥性突變株的方法來(lái)加以確定。（二）突變率第18頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若干細(xì)菌某一性狀的自發(fā)突變率菌名 突變性狀 突變率E.coli 抗T1噬菌體 3×10–8E.coli 抗T3噬菌體 1×10–7

E.coli 不發(fā)酵乳糖 1×10–10E.coli 抗紫外線(xiàn) 1×10–5Staphylococcusaureus 抗青霉素 1×10–7S.aureus 抗鏈霉素 1×10–9

Salmonellatyphi 抗25g/L鏈霉素 1×10–6

Bacillusmegaterium 抗異煙肼 5×10–5

第19頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）突變的特點(diǎn)適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。不對(duì)應(yīng)性：突變的性狀與突變?cè)蛑g無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。自發(fā)性：突變可以在沒(méi)有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會(huì)互相影響?？烧T發(fā)性：誘變劑可提高突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳。可逆性：從原始的野生型基因到變異株的突變稱(chēng)為正向突 變（forwardmutation），從突變株回到野生型的 過(guò)程則稱(chēng)為回復(fù)突變或回變（backmutation或 reversemutation）。第20頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明在各種基因突變中，抗性突變最為常見(jiàn)。但在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)這種抗性產(chǎn)生的原因爭(zhēng)論十分激烈。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，突變是通過(guò)適應(yīng)而發(fā)生的，即各種抗性是由其環(huán)境（指其中所含的抵抗對(duì)象）誘發(fā)出來(lái)的，突變的原因和突變的性狀間是相對(duì)應(yīng)的，并認(rèn)為這就是“定向變異”，也有人稱(chēng)它為“馴化”或“馴養(yǎng)”。另一種看法則認(rèn)為，基因突變是自發(fā)的，且與環(huán)境是不相對(duì)的。由于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等多種因素錯(cuò)綜在一起，所以難以探究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。從1943年起，經(jīng)過(guò)幾個(gè)嚴(yán)密而巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要攻克了檢出在接觸抗性因子前已產(chǎn)生的自發(fā)突變株的難題，終于解決了這場(chǎng)紛爭(zhēng)。第21頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月變量試驗(yàn)又稱(chēng)波動(dòng)試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)。1943年，S.E.Luria和M.Delbrück根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，設(shè)計(jì)了左方的實(shí)驗(yàn)。1.變量試驗(yàn)fluctuationtest第22頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.涂布試驗(yàn)原理與變量試驗(yàn)相同，方法更為簡(jiǎn)便，且可計(jì)算突變率。第23頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月涂布試驗(yàn)中突變率的計(jì)算初始接種量：5×104

個(gè)/皿培養(yǎng)5小時(shí)，繁殖了12.3代，每個(gè)微菌落約含5100個(gè)細(xì)菌這時(shí)，每個(gè)平皿上的細(xì)胞數(shù)為：5100×5×104≈2.6×108個(gè)/皿在6個(gè)平板上，比接種時(shí)增加的細(xì)胞數(shù)為：

6×（2.6×108

5×104）=15.6×108在未涂布的平板上共發(fā)現(xiàn)28個(gè)突變，故突變率=28/15.6×108=1.8×108第24頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)（