微生物遺傳細菌基因轉(zhuǎn)移

微生物遺傳細菌基因轉(zhuǎn)移第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容細菌基因轉(zhuǎn)移和基因重組放線菌遺傳酵母遺傳絲狀真菌遺傳第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月細菌的基因轉(zhuǎn)移和基因重組第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1細菌基因組

1.1.1概況（大腸桿菌K-12）基因組大?。?.6Mbp?；蚪M中87.8%的DNA編碼蛋白質(zhì)，0.8%編碼RNA，0.7%是非編碼的重復序列，約11%參與調(diào)解和其它功能。共有4288個基因，基因的平均長度951bp，4500-5100bp：4個，3000-4500bp：51個，381個基因長度小于300bp，最大基因7149bp。第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2編碼蛋白質(zhì)的基因操縱子轉(zhuǎn)錄單元是由啟動子、結構基因及其終止子組成的一段DNA序列，如果功能上相關的幾個結構基因前后相連，利用一個共同的啟動子和終止子，這種單元被稱為操縱子。E.coliK-12共有2584個轉(zhuǎn)錄單元1個基因：2192個（73%）兩個基因：16.6%3個基因：4.6%4個以上基因：6%第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3其它序列rRNA基因：一般一個轉(zhuǎn)錄單元含有三個rRNA基因（5SrDNA,16SrDNA,23SrDNA）tRNA基因：以基因簇的形式存在，簇集在復制起點附近重復序列：Rhs（5.7-9.6kb,5個）,REP,ERIC,Chi等插入序列和轉(zhuǎn)座子噬菌體第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2質(zhì)粒（plasmid）一般指存在于細菌、真菌等微生物細胞中，獨立于染色體外、能進行自我復制的遺傳因子。通常是共價、閉合、環(huán)狀雙鏈DNA。大?。?-1000Kb。也存在線狀DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒。第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒的命名原則一般由三個英文字母及其編號組成第一個字母一律用小寫p表示，后兩個字母大寫，編號是阿拉伯數(shù)字第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒編碼的遺傳表型致育質(zhì)粒（F因子）抗藥性質(zhì)粒（R質(zhì)粒）能使宿主微生物對抗生素、化學藥物或重金屬離子等殺菌劑表現(xiàn)出抗性。產(chǎn)生抗生素（SCP1）和細菌素的質(zhì)粒（Col）產(chǎn)生毒素的質(zhì)粒降解質(zhì)粒致病性質(zhì)粒、共生固氮質(zhì)粒隱蔽質(zhì)粒第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒的拷貝數(shù)一般來說，拷貝數(shù)與分子量成反比；嚴緊性質(zhì)粒（小于10）和松弛性質(zhì)粒（10-100）第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒之間的不相容性指親緣關系相近的兩種質(zhì)粒，在非選擇性條件下常不能穩(wěn)定地存在于同一個細胞中，經(jīng)過若干代的培養(yǎng)，只含有同一種質(zhì)粒的細胞越來越多，含兩種質(zhì)粒的細胞相對減少。與質(zhì)粒復制起始控制密切相關第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)粒的不穩(wěn)定性包括分離的不穩(wěn)定性和結構的不穩(wěn)定性穩(wěn)定的遺傳至少滿足二個條件每個世代至少發(fā)生一次復制細胞分裂時要平均分配到兩個子細胞中主動分配（par區(qū)）一般包括編碼反式作用因子的基因和順式元件的序列（類著絲粒）隨機分配（無par區(qū)）需保持選擇壓力第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3基因轉(zhuǎn)移的種類和特點

4種形式：1）轉(zhuǎn)化

2）轉(zhuǎn)導：由噬菌體介導

3）接合：由F因子介導

4）原生質(zhì)體融合特點：1）片段性

2）單向性

3）基因轉(zhuǎn)移機制多樣第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.1F因子（Fertilityfactor）和轉(zhuǎn)化F因子是一種質(zhì)粒（plasmid），由共價環(huán)狀閉合DNA雙鏈構成，全長94.5Kb，主要分為三個區(qū)域：1、重組區(qū)；2、自主復制區(qū)；3、轉(zhuǎn)移區(qū)。這是最早發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒。F因子編碼在細菌表面產(chǎn)生性菌毛。F因子的特性為可以促進供體菌向受體菌傳遞染色體DNA或質(zhì)粒。F因子決定編碼的性菌毛可在供體與受體菌間形成交通通連接結構，從而可使兩個雜交細菌間形成胞漿內(nèi)連接橋。第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月F因子的四種細胞形式a）F-菌株，不含F(xiàn)因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收F因子而變成雄性菌株（F+）；b）F+菌株，F(xiàn)因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。d）F′菌株，Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F′因子。細胞表面同樣有性菌毛。第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部細菌染色體傳遞給F-細胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株（能十分有效地轉(zhuǎn)移細菌基因）。2）Hfr×F-雜交F-

Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細胞進行接合。所不同的是，當OriT序列被缺刻螺旋酶識別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導區(qū)(leadingregion)結合著染色體DNA向受體細胞轉(zhuǎn)移，F(xiàn)因子除先導區(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)移過程常被中斷，因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細胞大多數(shù)仍然是F-（即不能使受體菌變成供體）。第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月染色體上越靠近F因子的先導區(qū)的基因，進入的機會就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時間就越早，頻率也高。第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

中斷雜交（interruptedmating）技術和基因定位利用Hfr×F-的接合過程，在不同時間取樣，并把樣品猛烈攪拌以分散接合中的細菌，然后分析受體細菌基因型，以時間(分鐘)為單位繪制遺傳圖譜，該圖譜是細菌染色體上基因順序的直接反映。第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖9.27不同Hfr菌株的形成方式，以不同的起點不同的順序轉(zhuǎn)移基因。（a）細菌染色體為環(huán)狀，可以不同的IS位點打開，F(xiàn)質(zhì)粒插入進去。（b）Hfr菌株的部分基因順序。大腸桿菌基因組很大（全部轉(zhuǎn)移需要100分鐘），其遺傳圖譜須用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月三親結合轉(zhuǎn)移供體基因攜帶菌輔助質(zhì)粒攜帶菌受體菌第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2轉(zhuǎn)導（transduction）

由噬菌體介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式，一個細胞的DNA通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個細胞中

由轉(zhuǎn)導作用而獲得供體細胞部分遺傳性狀的重組受體細胞稱為轉(zhuǎn)導子（transductant）

攜帶供體部分遺傳物質(zhì)（DNA片段）的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導噬菌體。細菌轉(zhuǎn)導的二種類型普遍性轉(zhuǎn)導局限性轉(zhuǎn)導第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月普遍性轉(zhuǎn)導

（generalizedtransduction）定義：通過完全缺陷噬菌體對供體基因組上的任何DNA片段進行“誤包”，而將其遺傳性狀傳遞給受體細胞的現(xiàn)象。第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)導模型第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)導噬菌體為什么“錯”將宿主的DNA包裹進去?噬菌體的DNA包裝酶也能識別染色體DNA上類似pac的位點并進行切割，以“headful”的包裝機制包裝進P22噬菌體外殼，形成只含宿主DNA的轉(zhuǎn)導噬菌體顆粒（假噬菌體）因為染色體上的pac與P22DNA的pac序列不完全相同，利用效率較低，這種“錯裝”機率一般僅約10-6-10-8第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

形成轉(zhuǎn)導顆粒的噬菌體可以是溫和的，也可以是烈性的，但必須具有能偶爾識別宿主DNA的包裝機制，并在宿主基因組完全降解以前進行包裝。普遍性轉(zhuǎn)導的基本要求第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月普遍性轉(zhuǎn)導的三種后果1、進入受體的外源DNA通過與細胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導子2、流產(chǎn)轉(zhuǎn)導（abortivetransduction）轉(zhuǎn)導DNA不能進行重組和復制，但其攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達。3、外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導失敗。第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月局限性轉(zhuǎn)導（specializedtransduction）溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上宿主細胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導而發(fā)生裂解時，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把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月普遍轉(zhuǎn)導與局限轉(zhuǎn)導的特性比較普遍轉(zhuǎn)導局限轉(zhuǎn)導轉(zhuǎn)導的發(fā)生自然發(fā)生人工誘導（uv）噬菌體形成誤包前噬菌體的“誤切”內(nèi)含DNA只含宿主DNA含噬菌體和宿主DNA轉(zhuǎn)導性狀供體的任何性狀前噬菌體兩端鄰近基因轉(zhuǎn)導過程雙交換（轉(zhuǎn)導DNA替換受體DNA同源區(qū)）轉(zhuǎn)導DNA插入，使受體菌為部分二倍體第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3轉(zhuǎn)化（transformation）定義：受體細胞直接吸收供體細胞的DNA片段,并與其染色體同源片段進行遺傳物質(zhì)交換，從而使受體細胞獲得新的遺傳性狀的現(xiàn)象。

抽提導入ssDNA整合供體細胞dsDNA受體細胞轉(zhuǎn)化子感受態(tài)復制

每毫升菌液的轉(zhuǎn)化子數(shù)轉(zhuǎn)化頻率

=

每毫升菌液的細胞數(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)化后出現(xiàn)了供體性狀的受體細胞稱為轉(zhuǎn)化子（transformant），即轉(zhuǎn)化成功的菌落。

第29頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月自然遺傳轉(zhuǎn)化（naturalgenetictransformation）人工轉(zhuǎn)化（artificialtransformation）感受態(tài)細胞：具有攝取外源DNA能力的細胞（competentcell）第30頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月自然感受態(tài)與人工感受態(tài)的不同？

自然感受態(tài)的出現(xiàn)是細胞一定生長階段的生理特性（如肺炎鏈球菌的感受態(tài)出現(xiàn)在對數(shù)生長期）受細菌自身的基因控制

人工感受態(tài)則是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取DNA的能力，或人為地將DNA導入細胞內(nèi)。（該過程與細菌自身的遺傳控制無關?。┑?