微生物的遺傳變異

關(guān)于微生物的遺傳變異第1頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微生物的變異分為遺傳性變異和非遺傳性變異。

遺傳性變異：是細(xì)菌的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，故又稱基因型變異。常發(fā)生于個(gè)別的細(xì)菌，不受環(huán)境因素的影響，變異發(fā)生后是不可逆的，產(chǎn)生的新性狀可穩(wěn)定地遺傳給后代。非遺傳性變異：細(xì)菌在一定的環(huán)境條件影響下產(chǎn)生的變異，其基因結(jié)構(gòu)未改變，稱為表型變異。易受到環(huán)境因素的影響，凡在此環(huán)境因素作用下的所有細(xì)菌都出現(xiàn)變異，而且當(dāng)環(huán)境中的影響因素去除后，變異的性狀又可復(fù)原，表型變異不能遺傳。

第2頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微生物是研究現(xiàn)代遺傳學(xué)和其它許多主要的生物學(xué)基本理論問(wèn)題中最熱衷的研究對(duì)象。對(duì)微生物遺傳規(guī)律的深入研究，不僅促進(jìn)了現(xiàn)代分子生物學(xué)和生物工程學(xué)的發(fā)展，而且為育種工作提供了豐富的理論基礎(chǔ)，促使育種工作從不自覺到自覺、從低效到高效、從隨機(jī)到定向、從近緣雜交到遠(yuǎn)緣雜交的方向發(fā)展。研究微生物遺傳學(xué)的意義第3頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一微生物遺傳變異的特點(diǎn)個(gè)體的體制極其簡(jiǎn)單；營(yíng)養(yǎng)體一般都是單倍體；易于在成分簡(jiǎn)單的組合培養(yǎng)基上大量生長(zhǎng)繁殖；繁殖速度快；易于積累不同的中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物；菌落形態(tài)特征的可見性和多樣性；環(huán)境條件對(duì)微生物群體中各個(gè)個(gè)體作用的直接性和均一性；易于形成營(yíng)養(yǎng)缺陷型；各種微生物一般都有相應(yīng)的病毒；存在多種處于進(jìn)化過(guò)程中的原始有性生殖方式；第4頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大小和形態(tài)在不同的生長(zhǎng)時(shí)期可不同，生長(zhǎng)過(guò)程中受外界環(huán)境的影響也可發(fā)生變異。如：鼠疫耶氏菌在陳舊培養(yǎng)物上細(xì)菌的多形態(tài)性、細(xì)菌L型。特殊結(jié)構(gòu)如：莢膜（肺炎鏈球菌）、芽胞（炭疽芽孢桿菌）、鞭毛（變形桿菌H-O變異）也可發(fā)生變異。二變異的類型1形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異第5頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月毒力增強(qiáng)：無(wú)毒力的白喉棒狀桿菌常寄居在咽喉部，不致病；當(dāng)感染了β-棒狀噬菌體后變成溶原性細(xì)菌，則獲得產(chǎn)生白喉毒素的能力，引起白喉。毒力減弱：有毒菌株長(zhǎng)期在人工培養(yǎng)基上傳代培養(yǎng)，可是細(xì)菌的毒力減弱或消失。卡介苗(BCG)是有毒的牛分枝桿菌在含有膽汁的甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基上，經(jīng)過(guò)13年，連續(xù)穿230代，獲得的一株毒力減弱但仍保持免疫原性的變異株。2毒力變異第6頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月耐藥性變異：微生物對(duì)某種抗菌藥物由敏感變?yōu)槟退幍淖儺?。有些微生物還表現(xiàn)為同時(shí)耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性。耐藥性變異成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)上的重要難題。3耐藥性變異第7頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙(rough,R)型兩種。S型菌落表面光滑、濕潤(rùn)、邊緣整齊。經(jīng)人工培養(yǎng)多次傳代后菌落表面邊為粗糙、干燥、邊緣不整齊，稱S—R變異。S—R變異常見于腸道桿菌，是由于失去LPS的特異性寡糖重復(fù)單位而引起的。變異時(shí)不僅菌落的特征發(fā)生改變，且細(xì)菌的其它性狀也發(fā)生了變化。S型菌的致病性強(qiáng)，但有少數(shù)R型菌的致病性強(qiáng)，如結(jié)核分枝桿菌。4菌落變異第8頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月S型菌落R型菌落第9頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)種質(zhì)連續(xù)理論：1883~1889年間Weissmann提出。認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一種具有特定分子結(jié)構(gòu)的化合物。基因?qū)W說(shuō)：1933年摩爾根（ThomasHuntMorgan）發(fā)現(xiàn)了染色體，并證明基因在染色體上呈直線排列，提出了基因?qū)W說(shuō)，使得遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的范圍縮小到染色體上。但染色體是由核酸和蛋白質(zhì)兩種長(zhǎng)鏈高分子組成。20多種氨基酸經(jīng)過(guò)不同排列組合，可以演變出的蛋白質(zhì)數(shù)目幾乎可以達(dá)到一個(gè)天文數(shù)字，而核酸的組成卻簡(jiǎn)單得多，一般僅由4種不同的核苷酸組成，它們通過(guò)排列核組合只能產(chǎn)生較少種類的核酸，因此當(dāng)時(shí)認(rèn)為決定生物遺傳型的染色體和基因，起活性成分是蛋白質(zhì)。DNA是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)的證明：1944年以后，先后有利用微生物為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行的三個(gè)著名實(shí)驗(yàn)的論證（肺炎球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)、噬菌體感染試驗(yàn)、病毒的拆開與重建試驗(yàn)），才使人們普遍接受核酸才是真正的遺傳物質(zhì)。第10頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1證明核酸是遺傳物質(zhì)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）研究對(duì)象：Streptococcuspneumoniae（肺炎雙球菌）SIII型菌株：有莢膜，菌落表面光滑，有致病性RII型菌株：無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病性1928年，Griffith進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

對(duì)小鼠注射活RII菌或死SIII菌————小鼠存活

對(duì)小鼠注射活SIII菌————————小鼠死亡

對(duì)小鼠注射活RII菌和熱死SIII菌———小鼠死亡

抽取心血分離活的SIII菌第11頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Griffith轉(zhuǎn)化試驗(yàn)示意第12頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

熱死SIII菌—————不生長(zhǎng)

活RII菌—————長(zhǎng)出RII菌

熱死SIII菌—————長(zhǎng)出大量RII菌和10-6SIII菌（3）S型菌的無(wú)細(xì)胞抽提液試驗(yàn)活R菌+S菌無(wú)細(xì)胞抽提液——長(zhǎng)出大量R菌和少量S菌以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：加熱殺死的SIII型細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過(guò)某種方式進(jìn)入RII型細(xì)胞并使RII型細(xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀，轉(zhuǎn)變?yōu)镾III型細(xì)胞。第13頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長(zhǎng)出S菌只有R菌

1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty從熱死S型S.pneumoniae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(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：只有S型細(xì)菌的DNA才能將S.pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說(shuō)明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子。第14頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)A.D.Hershey和M.Chase，1952年（1）含32P-DNA的一組：放射性85%在沉淀中10分鐘后用搗碎器使空殼脫離吸附離心沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體上清液中含15%放射性沉淀中含85%放射性第15頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月沉淀中含25%放射性以32S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼做噬菌體感染實(shí)驗(yàn)（2）含35S-蛋白質(zhì)的一組：放射性75%在上清液中10分鐘后用搗碎器使空殼脫離吸附離心沉淀細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)后，可產(chǎn)生大量完整的子代噬菌體上清液中含75%放射性第16頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。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。第17頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MTV HRVHRV MTV（1）RNA（TMV）-蛋白質(zhì)（HRV）（2）RNA（HRV）-蛋白質(zhì)（TMV）用兩種雜合病毒感染寄主：（1）表現(xiàn)TMV的典型癥狀病分離到正常TMV粒子（2）表現(xiàn)HRV的典型癥狀病分離到正常HRV粒子。

上述結(jié)果說(shuō)明，在RNA病毒中，遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)也是核酸。選用TMV和霍氏車前花葉病毒（HRV），分別拆分取得各自的RNA和蛋白質(zhì)，將兩種RNA分別與對(duì)方的蛋白質(zhì)外殼重建形成兩種雜合病毒：第18頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）核酸存在的七個(gè)水平及質(zhì)粒細(xì)胞水平：存在于細(xì)胞核或核質(zhì)體，單核或多核細(xì)胞核水平:原與真核生物的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)不同，核外DNA染色體水平:倍性(真核)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 DNA或RNA，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(zhǎng)度與信息量，轉(zhuǎn)錄——翻譯密碼子水平： 信息單位,起始和終止,核苷酸水平： 突變或交換單位，四種堿基2遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式第19頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義：是一類小型閉合環(huán)狀核外雙螺旋DNA分子，能獨(dú)立于細(xì)胞核進(jìn)行自主復(fù)制。大小：約為2-100×106Dalton，上面攜帶有數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)基因。性質(zhì)：①可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在（游離態(tài)），也可以通過(guò)交換摻入染色體上，以附加體（episome）的形式存在；②質(zhì)粒是一種復(fù)制子（replicon），根據(jù)自我復(fù)制能力的不同，可把質(zhì)粒復(fù)制的控制形式分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，嚴(yán)緊型質(zhì)粒的復(fù)制受細(xì)胞核控制，與染色體DNA復(fù)制相伴隨,一般一個(gè)寄主細(xì)胞內(nèi)只有少數(shù)幾個(gè)（1-5）個(gè)拷貝；松弛型質(zhì)粒的復(fù)制不受細(xì)胞核控制，在染色體DNA復(fù)制停止的情況下仍可以進(jìn)行復(fù)制，在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量可以達(dá)到10-200個(gè)或更多。

質(zhì)粒第20頁(yè)，課件共79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、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、S.aureus、Streptococcuslactis、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質(zhì)粒第21頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾種代表性質(zhì)粒Figure.RepresentativeFERTILITYPLASMID.Afertilityplasmidcarriesthegenesforconjugationaswellasanumberofothergenes.Inthisfigurethefertilityplasmidalsocarriesantibioticresistantgenes.（1）.F–因子（fertilityfactor）：又稱致育因子或性因子，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22頁(yè)，課件共79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、Vibrio、Bacillus、Pseudomonas和Staphylococcus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（resistancefactor）第23頁(yè)，課件共79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，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24頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）.Ti質(zhì)粒（tumorinducingplasmid）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。第25頁(yè)，課件共79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）（5）.降解性質(zhì)粒降解性質(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（奈）質(zhì)粒和TOL（甲苯）質(zhì)粒等。第26頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因原核生物基因系統(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)基因基因是能夠表達(dá)和產(chǎn)生基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的DNA序列。第27頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞水平：大部分或全部DNA都集中于細(xì)胞核或核質(zhì)體中，不同種類微

生物或同種不同細(xì)胞中細(xì)胞核的數(shù)目不同；

染色體水平：真核微生物的每個(gè)細(xì)胞核內(nèi)含有一定數(shù)量的染色體；而原核微生物中一個(gè)核質(zhì)體就是一個(gè)裸露的、光學(xué)顯微鏡下不能看到的環(huán)狀染色體。一些真核生物和原核生物基因組的比較

生物單倍體的分子量核苷酸對(duì)數(shù)已知染色體基因數(shù)約數(shù)（Da）人 32 3~5×10125~7×109~4000

黑腹果蠅4 7.9×10108.0×1075000~6000粗糙脈孢菌7 2.8×10104.5×107>500

大腸桿菌1 2.5×1093.8×106 ~1027

噬菌體T41 1.1×1082.0×105 ~135

噬菌體1 3.2×107

4.8×104~35噬菌體MS21 1.1×1063.5×1033 第28頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月密碼子（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)象又稱不對(duì)稱轉(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遺傳密碼：指DNA鏈上各個(gè)核苷酸的特定排列順序第29頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核外DNA的種類核外染色體真核生物的“質(zhì)?！痹松锏馁|(zhì)粒 線粒體細(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30頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月遺傳性變異：是由基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變所致，主要通過(guò)基因突變、基因損傷后的修復(fù)、基因的轉(zhuǎn)移與重組來(lái)實(shí)現(xiàn)。非遺傳性變異：是細(xì)菌在環(huán)境因素等影響下出現(xiàn)的變化，這種變化不是因基因結(jié)構(gòu)的變化而產(chǎn)生的。四變異的機(jī)制第31頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月突變(mutation)：是細(xì)菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致細(xì)菌性狀的遺傳性變異?；蛲蛔円?guī)律：突變率突變常自然發(fā)生，但突變率極低。突變與選擇突變是隨機(jī)的，不定向的?；貜?fù)突變細(xì)菌由野生型變?yōu)橥蛔冃褪钦蛲蛔?，有時(shí)突變株經(jīng)過(guò)又一次突變可恢復(fù)野生型的性狀。DNA的損傷修復(fù)：當(dāng)細(xì)菌DNA受到損傷時(shí)，細(xì)胞會(huì)用有效的DNA修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的修復(fù)，使損傷降為最小。1基因的突變與損傷后修復(fù)第32頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彷徨試驗(yàn)(fluctuationtest)第33頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影印試驗(yàn)(replicaplating)第34頁(yè)，課件共79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——

基因突變的類型第35頁(yè)，課件共79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36頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月突變的特點(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?？赡嫘裕簭脑嫉囊吧突虻阶儺愔甑耐蛔兎Q為正向突 變（forwardmutation），從突變株回到野生型的過(guò)程則稱為回復(fù)突變或回變（backmutation或reversemutation）。第37頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（五）基因突變的機(jī)制基因突變的原因是多種多樣的，可以是自發(fā)的或誘發(fā)的，誘變又可分為點(diǎn)突變和畸變。具體類型可歸納如下：第38頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月誘變機(jī)制誘變劑（mutagen）：凡能提高突變率的任何理化因子，就稱為誘變劑.種類：誘變劑的種類很多，作用方式多樣。即使是同一種誘變劑，也常有幾種作用方式。按照遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)討論幾種有代表性的誘變劑的作用機(jī)制。第39頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）堿基置換（substitution）定義：對(duì)DNA來(lái)說(shuō)，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（microlesion），一般也稱點(diǎn)突變（pointmutation）。它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition），即DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換；

顛換（transversion），即一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶,或是一個(gè)嘧啶被一個(gè)嘌呤所置換。對(duì)某一具體誘變劑來(lái)說(shuō)，即可同時(shí)引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學(xué)誘變劑是直接還是間接地引起置換，可把置換的機(jī)制分成以下兩類來(lái)討論。第40頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直接引起置換的誘變劑定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。種類：很多。例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亞硝基胍，N-甲基-N-亞硝基脲，乙烯亞胺，環(huán)氧乙酸，氮芥等）。作用：它們可與一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起DNA復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。羥胺只引起G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T發(fā)生互變的。能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有（參見下表）。第42頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若干誘變劑的作用機(jī)制及誘變功能誘變因素在DNA上的初級(jí)效應(yīng)遺傳效應(yīng)堿基類似物摻入作用AT=GC雙向轉(zhuǎn)換羥胺與胞嘧啶起反應(yīng)GC→AT的轉(zhuǎn)換亞硝酸 A、G、C的氧化脫氨作用交聯(lián)AT=GC雙向轉(zhuǎn)換缺失烷化劑烷化堿基（主要是G）烷化磷酸基團(tuán)喪失烷化的嘌呤糖-磷酸骨架的斷裂AT=GC雙向轉(zhuǎn)換AT→TA的顛換GC→CG的顛換巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位）丫啶類堿基之間相互作用雙鏈變形碼組移動(dòng)（＋或－）紫外線嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚體交聯(lián)GC→AT轉(zhuǎn)換碼組移動(dòng)（＋或－）電離輻射堿基的羥基化核降解DNA降解 糖-磷酸骨架的斷裂喪失嘌呤AT=GC雙向轉(zhuǎn)換碼組移動(dòng)（＋或－）巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位）加熱C脫氨基CG→TA轉(zhuǎn)換Mu噬菌體結(jié)合到一個(gè)基因中間碼組移動(dòng) 第43頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這類誘變劑主要是一些堿基類似物,如：5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、疊氮胸腺嘧啶（AIT）等等；

作用方式：通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)參入到DNA分子中，主要是在DNA復(fù)制時(shí)堿基類似物插入DNA中，引起堿基對(duì)配對(duì)錯(cuò)誤，造成堿基置換。以5-溴尿嘧啶(5-BU)為例：5-BU是胸腺嘧啶（T）的類似物，酮式的5-BU可以和A配對(duì)，烯醇式的5-BU可以和G配對(duì)，在DNA分子復(fù)制的過(guò)程中，由于5-BU的插入和互變異構(gòu)導(dǎo)致堿基置換。間接引起置換的誘變劑第44頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）移碼突變frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株（frame-shiftmutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子的微小損傷。丫啶類染料，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。第45頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖8-14——能誘發(fā)移碼突變的幾種代表性化合物引起移碼突變的誘變劑：主要是吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。這類化合物都是平面型的三環(huán)分子，它們的結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤—嘧啶對(duì)十分相似。第46頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）染色體畸變（chromosomalaberration）某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA的大損傷（macrolesion）——染色體畸變，它包括：染色體結(jié)構(gòu)上的變化：缺失（deletion）重復(fù)（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色體數(shù)目的變化第47頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月染色體結(jié)構(gòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分缺失或重復(fù)時(shí)，其結(jié)果可造成基因的減少或增加；如發(fā)生倒位或易位時(shí)，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。倒位--------是指斷裂下來(lái)的一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到原來(lái)染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反；易位--------是指斷裂下來(lái)的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間的易位。第48頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月染色體畸變第49頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)座因子（transposibleelement）由40年代B.McClintock對(duì)的遺傳研究而發(fā)現(xiàn)染色體易位，自1967年以來(lái)，已在微生物和其它生物中得到普遍證實(shí)，并已成為分子遺傳學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。舊概念：基因是固定在染色體DNA上的一些不可移動(dòng)的核苷酸片段。新發(fā)現(xiàn)：有些DNA片段不但可在染色體上移動(dòng)，還可從一個(gè)染色體跳到另一個(gè)染色體，從一個(gè)質(zhì)粒跳到另一個(gè)質(zhì)?；蛉旧w，甚至還從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。在這些DNA順序的跳躍過(guò)程中，往往導(dǎo)致DNA鏈的斷裂或重接，從而產(chǎn)生重組交換或使某些基因啟動(dòng)或關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致突變的發(fā)生。轉(zhuǎn)座因子（transposibleelement）：在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段DNA順序。也稱作跳躍基因（jumpinggene）或可移動(dòng)基因（movablegene）。第50頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變是指在沒有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。幾種自發(fā)突變的可能機(jī)制微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)過(guò)氧化氫是普遍存在于微生物體內(nèi)的一種代謝產(chǎn)物。它對(duì)Neurospora（脈孢菌）有誘變作用，這種作用可因同時(shí)加入過(guò)氧化氫酶而降低，如果在加入該酶的同時(shí)又加入酶抑制劑KCN，則又可提高突變率。這就說(shuō)明，過(guò)氧化氫很可能是“自發(fā)突變”中一種內(nèi)源性誘變劑。在許多微生物的陳舊培養(yǎng)物中易出現(xiàn)自發(fā)突變株，可能也是同樣的原因。第51頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月互變異構(gòu)效應(yīng)堿基T、G的第六位上是酮基，會(huì)以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)C、A的第六位上是氨基，會(huì)以氨基式或亞氨基式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)平衡一般趨向于酮式或氨基式，在DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中一般總是以A︰T和G┇C堿基配對(duì)的形式出現(xiàn)在偶然情況下，在DNA復(fù)制到達(dá)這一位置的瞬間，在T以稀有的烯醇式出現(xiàn)時(shí)，其相對(duì)位置上就出現(xiàn)G同樣，如果C以稀有的亞氨基形式出現(xiàn)在DNA復(fù)制到達(dá)這一位置的瞬間，則在新合成DNA單鏈中與C相對(duì)應(yīng)的位置上就將是A。這可能就是發(fā)生相應(yīng)的自發(fā)突變的原因。要預(yù)言在某一時(shí)間、某一基因發(fā)生自發(fā)突變是不可能的。在運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)這些偶然事件做大量統(tǒng)計(jì)分析后，可以發(fā)現(xiàn)并掌握其中的規(guī)律。例如，據(jù)統(tǒng)計(jì)，堿基對(duì)發(fā)生自發(fā)突變的幾率約為10–8~10–9。第52頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)出效應(yīng)即環(huán)狀突出效應(yīng)。有人提出，在DNA的復(fù)制過(guò)程中，如果其中某一單鏈上偶然產(chǎn)生一個(gè)小環(huán)，則會(huì)因其上的基因越過(guò)復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失，從而造成自發(fā)突變。下圖就是環(huán)出效應(yīng)的設(shè)想機(jī)制。在上鏈中，標(biāo)記B處發(fā)生“環(huán)出”，故只有A及C能獲得復(fù)制，從而發(fā)生自發(fā)突變。而在下鏈中，復(fù)制仍正常進(jìn)行第53頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)已知的DNA損傷類型很多，機(jī)體對(duì)其修復(fù)的方式也各異。發(fā)現(xiàn)較早和研究得較深入的是紫外線（U.V.，ultravioletray）的作用。嘧啶對(duì)紫外線的敏感性要比嘌呤強(qiáng)得多。嘧啶的光化產(chǎn)物主要是二聚體和水合物。其中了解較清楚的是胸腺嘧啶二聚體的形成和消除。紫外線的主要作用是使同鏈DNA的相鄰嘧啶間形成共價(jià)結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體。二聚體的出現(xiàn)會(huì)減弱雙鏈間氫鍵的作用，并引起雙鏈結(jié)構(gòu)扭曲變形，阻礙堿基間的正常配對(duì)，從而有可能引起突變或死亡。在互補(bǔ)雙鏈間形成嘧啶二聚體的機(jī)會(huì)較少。但一旦形成，就會(huì)妨礙雙鏈的解開，因而影響DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并使細(xì)胞死亡。第54頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光復(fù)活作用（photoreactivation）定義：經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為光復(fù)活作用。經(jīng)紫外線照射后形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗下會(huì)被一種光激活酶（photoreactivatingenzyme）即光裂合酶（photolyase）結(jié)合，當(dāng)形成的復(fù)合物暴露在可見光（300~500nm）下時(shí)，此酶會(huì)因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。與此同時(shí)，光激活酶也從復(fù)合物中釋放出來(lái)，以便重新執(zhí)行功能。每一E.coli細(xì)胞中約含有25個(gè)光激活酶分子。由于一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用，所以進(jìn)行紫外線誘變育種時(shí)，只能在紅光下照射及處理照射后的菌液。第55頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖:光復(fù)活作用第56頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月暗修復(fù)作用（darkrepair）又稱切除修復(fù)（excisionrepair）。是活細(xì)胞內(nèi)一種用于修復(fù)被紫外線等誘變劑（包括烷化劑、X射線和γ射線等）損傷后的DNA的機(jī)制。這種修復(fù)作用與光無(wú)關(guān)。有四種酶參與——①內(nèi)切核酸酶在胸腺嘧啶二聚體的5’一側(cè)切開一個(gè)3’-OH和5’-P的單鏈缺口；②外切核酸酶從5’-P至3’-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大缺口；③DNA聚合酶以DNA的另一條互補(bǔ)鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’-OH端起逐個(gè)延長(zhǎng)，重新合成一段缺失的DNA鏈；④通過(guò)連接酶的作用，把新合成的寡核苷酸的3’-OH末端與原鏈的5’-P末端相連接，從而完成了修復(fù)作用。第57頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月暗修復(fù)作用（darkrepair）1、由核酸內(nèi)切酶切開二聚體的5’末端，形成3’-OH和5’-P的單鏈缺口2、核酸外切酶從5’-P到3’-OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大缺口。3、DNA聚合酶以另一條互補(bǔ)鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’-OH端起合成缺失片段。4、連接酶將新合成的3’-OH與原有的5’-P相連接。第58頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月紫外誘變方法設(shè)備：紫外燈、磁力攪拌器、暗室等，紫外燈：波長(zhǎng)為253、7nm,功率是15W處理時(shí)的照射距離：20cm—30cm樣品：要直接暴露在紫外燈下，厚度不能超過(guò)3mm照射時(shí)，要用磁力攪拌器攪拌。處理劑量：常用照射時(shí)間或死亡率作為相對(duì)劑量。生產(chǎn)上經(jīng)常采用的劑量：死亡率為70%——80%左右第59頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重組修復(fù)必須在DNA復(fù)制的情況下進(jìn)行，所以又叫復(fù)制后修復(fù)。細(xì)胞在不切除二聚體的情況下，以帶有二聚體的這條鏈為模板合成互補(bǔ)單鏈，但在每個(gè)二聚體附近留有一空隙。通過(guò)染色體交換，空隙部位就不在面對(duì)著胸腺嘧啶二聚體，而是面對(duì)著正常的單鏈，在這種條件下，DNA聚合酶和連接酶起作用將空隙部位進(jìn)行修復(fù)，重組修復(fù)中的DNA損傷并沒有去除，但隨著微生物的傳代繁殖，損傷的比例逐漸降低。第60頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因轉(zhuǎn)移(genetransfer)：外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌進(jìn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過(guò)程?；蛑亟M(recombination)：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起，使受體菌獲得供體菌某些特性。外源性遺傳物質(zhì)：供體菌染色體DNA，質(zhì)粒DNA及噬菌體基因等。細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組方式：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換、細(xì)胞融合。五基因的轉(zhuǎn)移與重組第61頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.轉(zhuǎn)化(transformation):供體菌裂解游離的DNA片段轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過(guò)程。第62頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.接合(conjugation)接合：是細(xì)菌通過(guò)性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。能通過(guò)結(jié)合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，不能通過(guò)性菌毛在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒為非接合性質(zhì)粒。第63頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第64頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第65頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第66頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)導(dǎo)：是以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，是受體菌獲得新的性狀。根據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因片段的范圍，可將轉(zhuǎn)導(dǎo)分為兩類：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（轉(zhuǎn)導(dǎo)的DNA可是供菌染色體上的任何部分）、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（轉(zhuǎn)導(dǎo)的DNA只限供菌染色體上的特定基因）。3.轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)第67頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)第68頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第69頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(restrictedtransduction)第70頁(yè)，課件共79頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.溶原性轉(zhuǎn)換(lysogenicconversion)當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌時(shí)，宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段，使其成為溶原狀態(tài)時(shí)，而使細(xì)菌獲得新的性狀。第71頁(yè)，課件共79頁(yè)