第八章 微生物遺傳

遺傳：親代與子代相似的現(xiàn)象變異：親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質(zhì)特性之一;遺傳保證了種的存在和延續(xù)，而變異推動(dòng)了種的進(jìn)化和發(fā)展。遺傳型：表型（表現(xiàn)型）：生物的全部遺傳因子及基因遺傳特性在一定環(huán)境條件下的具體表現(xiàn)；具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的形態(tài)等生物學(xué)特征的總和。表型是由遺傳特性和環(huán)境共同決定的。表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳。遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點(diǎn)：遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。對(duì)環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強(qiáng)。一、核酸是遺產(chǎn)物質(zhì)（一）、DNA作為遺傳物質(zhì)（二）、RNA作為遺傳物質(zhì)（三）、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考一、DNA作為遺傳物質(zhì)Griffith1922轉(zhuǎn)化：受體細(xì)胞從外界直接吸收來自供體細(xì)胞的DNA片段，并與其染色體同源片斷進(jìn)行遺傳物質(zhì)交換，從而受體細(xì)胞獲得新的遺傳特性。（P171）肺炎鏈球菌實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化現(xiàn)象Avery在1944年代以更精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)重復(fù)了以上實(shí)驗(yàn)第一次證明了DNA是遺傳物質(zhì)分別用降解DNA、RNA、蛋白質(zhì)的酶作用于有毒的S型菌細(xì)胞抽提物只有DNA被酶降解破壞的抽提物無轉(zhuǎn)化活性DNA是轉(zhuǎn)化所必需的轉(zhuǎn)化因子T2噬菌體感染實(shí)驗(yàn)（1953年）DNA是遺傳物質(zhì)（二）、RNA作為遺傳物質(zhì)生化提取分別獲得含RNA的煙草花葉病毒蛋白質(zhì)外殼（HRV）和核酸（TMV）抗血清處理，證明雜種病毒的蛋白質(zhì)外殼來自病毒2，而非病毒1雜種病毒的后代的蛋白質(zhì)外殼表現(xiàn)為病毒2，而非病毒1遺傳物質(zhì)是核酸（RNA）而非蛋白質(zhì)培養(yǎng)一段時(shí)間有兩種可能：A.如果蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)，那么產(chǎn)生的后代應(yīng)該是病毒1的外殼內(nèi)含有病毒1的RNA；B.如果RNA是遺傳物質(zhì)，產(chǎn)生后代是病毒2的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)含有病毒2的RNA。（三）、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白質(zhì)致病因子，迄今為止尚為發(fā)現(xiàn)該蛋白內(nèi)含有核酸。其致病作用是由于動(dòng)物體內(nèi)正常的蛋白質(zhì)PrPc改變折疊狀態(tài)為PrPsc所致，而這二種蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)并沒有改變。人的庫魯病(kuru)、克雅氏病(CreutzfeldtJakobdisease,CJD)等羊搔癢癥(scrapie)牛海綿狀腦病(spongiformencephalopathy)引起人與動(dòng)物的致死性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病Prusiner(1982)提出羊搔癢病因子是一種蛋白質(zhì)侵染顆粒（proteinaceousinfectiousparticle），并將之稱做Prion或Virino。-------朊病毒1997年，StanleyB.Prusiner榮獲諾貝爾獎(jiǎng)第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考1）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？2）蛋白質(zhì)折疊與功能的關(guān)系，是否存在折疊密碼？DNA→RNA→肽鏈→蛋白質(zhì)二、遺傳物質(zhì)

在細(xì)胞里存在形式1.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)－1953Watson&Crick堿基均為含氮雜環(huán)化合物2.微生物的基因與基因組概念基因（gene）：是一個(gè)具有遺傳因子效應(yīng)的DNA片段，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位?；蚴钱a(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所需的全部核苷酸序列。（朱玉賢）基因組（genome）：一個(gè)物種的單倍體的所有染色體及其所包含的遺傳信息的總稱原核生物（如細(xì)菌），多為單倍體（在一般情況下只有一條染色體）真核微生物，多條染色體，例如啤酒酵母有16條染色體。有時(shí)為雙倍體性狀（trait）：構(gòu)成一個(gè)生物個(gè)體的有關(guān)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物質(zhì)、核功能等方面的特征的總和。1)、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組（自學(xué)）A.染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；鏈環(huán)狀的染色體在細(xì)胞中以緊密纏繞成的較致密的不規(guī)則小體形式存在于細(xì)胞中，該小體稱為擬核(nucliod)，其上結(jié)合有類組蛋白蛋白質(zhì)和少量RNA分子，使其壓縮成一種手腳架形的致密結(jié)構(gòu)。例外：布氏疏螺旋體(Borreliaburgdorferi)的染色體是線狀的1、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組A.染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；B.基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；基因數(shù)基本接近由它的基因組大小所估計(jì)的基因數(shù)微生物基因組DNA絕大部分用來編碼蛋白質(zhì)、RNA；用作為復(fù)制起點(diǎn)、啟動(dòng)子、終止子和一些由調(diào)節(jié)蛋白識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn)等信號(hào)序列。一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。真核生物基因組的一個(gè)重要特點(diǎn)就是含有內(nèi)含子個(gè)別細(xì)菌(鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌)和古生菌的rRNA和tRNA中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子或間插序列1)、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組A.染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；B.基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；C.功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；D.結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；E.基因組的重復(fù)序列少而短；古生菌的基因組在結(jié)構(gòu)上類似于細(xì)菌。但是信息傳遞系統(tǒng)(復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯)則與細(xì)菌不同而類似于真核生物。操縱子（operon）：功能相關(guān)的幾個(gè)基因前后相連，再加上一個(gè)共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點(diǎn)（啟動(dòng)子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作。乳糖操縱子模型2）、真核微生物（啤酒酵母）的基因組（自學(xué)）A.典型的真核染色體結(jié)構(gòu):多條染色體B.沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；啤酒酵母基因組大小為1.35×107bp，分布在16條染色體中。C.有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；D.重復(fù)序列多；2.微生物的基因與基因組原核微生物與真核微生物的區(qū)別P42細(xì)胞核結(jié)構(gòu)區(qū)別核膜、核仁、組蛋白、染色體數(shù)目、DNA含量細(xì)菌的三種水平基因轉(zhuǎn)移形式接合轉(zhuǎn)導(dǎo)自然轉(zhuǎn)化第二節(jié)細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移與重組接合：供體菌和受體菌的完整細(xì)胞互相直接接觸，通過接觸而進(jìn)行較大片段的DNA傳遞。（P169）轉(zhuǎn)化：受體細(xì)胞從外界直接吸收來自供體細(xì)胞的DNA片段，并與其染色體同源片斷進(jìn)行遺傳物質(zhì)交換，從而受體細(xì)胞獲得新的遺傳特性。（P171）轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過噬菌體，把供體細(xì)胞的DNA片段轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，并是后者發(fā)生遺傳變異的過程。（P172）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)自然遺傳轉(zhuǎn)化(naturalgenetictransformation)：游離DNA分子+感受態(tài)細(xì)胞接合作用P169F因子：性因子，F(xiàn)質(zhì)粒，控制大腸桿菌性絲的形成。存在形式：游離態(tài)和整合態(tài)F+

、F-菌株F’菌株、Hfr（高頻重組菌株）一、細(xì)菌的接合作用(conjugation)通過細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過程1.實(shí)驗(yàn)證據(jù)

1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm細(xì)菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)中間平板上長出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致！生物素、苯丙氨酸、半胱氨酸蘇氨酸、亮氨酸、硫胺素證實(shí)接合過程需要細(xì)胞間的直接接觸的“U”型管實(shí)驗(yàn)（BernardDavis，1950）2.機(jī)制(大腸桿菌的接合機(jī)制)接合作用是由一種被稱為F因子的質(zhì)粒介導(dǎo)F因子的分子量通常為5×107，上面有編碼細(xì)菌產(chǎn)生性菌毛（sexpili）及控制接合過程進(jìn)行的20多個(gè)基因。含有F因子的細(xì)胞：“雄性”菌株（F+），其細(xì)胞表面有性菌毛不含F(xiàn)因子的細(xì)胞：“雌性”菌株（F-），細(xì)胞表面沒有性菌毛F因子為附加體質(zhì)粒既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插入（整合）到染色體上F因子的四種細(xì)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(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細(xì)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(shí)，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(xì)胞表面同樣有性菌毛。1）F+×F-雜交雜交的結(jié)果：給體細(xì)胞和受體細(xì)胞均成為F+細(xì)胞理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株F+菌株的F因子向F-細(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細(xì)胞的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。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)移轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給F-細(xì)胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株。2）Hfr×F-雜交染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞（或稱接合子）大多數(shù)仍然是F-。3）F′×F-雜交Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，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。F′×F-與F+×F-的不同：給體的部分染色體基因隨F′一起轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞二、細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化（genetictransformation）定義：轉(zhuǎn)化：受體細(xì)胞從外界直接吸收來自供體細(xì)胞的DNA片段，并與其染色體同源片斷進(jìn)行遺傳物質(zhì)交換，從而受體細(xì)胞獲得新的遺傳特性。（P171）自然遺傳轉(zhuǎn)化（naturalgenetictransformation）人工轉(zhuǎn)化（artificialtransformation）感受態(tài)細(xì)胞：具有攝取外源DNA能力的細(xì)胞（competentcell）轉(zhuǎn)化子：經(jīng)轉(zhuǎn)化后出現(xiàn)了供體性狀的受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化因子：有轉(zhuǎn)化活性的外來DNA片段自然感受態(tài)與人工感受態(tài)的不同？自然感受態(tài)的出現(xiàn)是細(xì)胞一定生長階段的生理特性，受細(xì)菌自身的基因控制；人工感受態(tài)則是通過人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有攝取DNA的能力，或人為地將DNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)。（該過程與細(xì)菌自身的遺傳控制無關(guān)?。?、自然遺傳轉(zhuǎn)化（簡稱自然轉(zhuǎn)化）1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）

的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象目前已知有二十多個(gè)種的細(xì)菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞外源游離DNA分子自然遺傳轉(zhuǎn)化的進(jìn)行涉及到細(xì)菌染色體上十幾個(gè)基因的功能及彼此間的相互協(xié)調(diào)，因此被認(rèn)為是名副其實(shí)的細(xì)菌水平基因轉(zhuǎn)移途徑。目前的研究熱點(diǎn)：1）細(xì)菌為什么要耗費(fèi)如此多的染色體遺傳資源來進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化，即該過程的生物學(xué)意義到底何在？它對(duì)細(xì)菌自身有什么好處？

（人們已提出了一些假說，但均不圓滿）2）自然轉(zhuǎn)化過程的很多細(xì)節(jié)仍不清楚，包括細(xì)菌如何協(xié)調(diào)感受態(tài)

的建立，外源DNA進(jìn)入和重組的具體過程等等3）細(xì)菌中具有自然轉(zhuǎn)化能力的范圍，到底有那些菌具有自然轉(zhuǎn)化能力？4）轉(zhuǎn)化DNA的來源和在自然環(huán)境中發(fā)生的自然轉(zhuǎn)化2、人工轉(zhuǎn)化用CaCl2處理細(xì)胞，電穿孔等是常用的人工轉(zhuǎn)化手段。在自然轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的一項(xiàng)細(xì)菌基因重組手段，是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。不是由細(xì)菌自身的基因所控制；用多種不同的技術(shù)處理受體細(xì)胞，使其人為地處于一種可以攝取外源DNA的“人工感受態(tài)”。質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化效率高；三、細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）通過噬菌體，把供體細(xì)胞的DNA片段轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，并是后者發(fā)生遺傳變異的過程。（P172）能將一個(gè)細(xì)菌宿主的部分染色體或質(zhì)粒DNA帶到另一個(gè)細(xì)菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的二種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)證實(shí)接合過程需要細(xì)胞間的直接接觸的“U”型管實(shí)驗(yàn)（BernardDavis，1950）1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)給體染色體的任何部分到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程(1)意外的發(fā)現(xiàn)1951年，JoshuaLederberg和NortonZinder為了證實(shí)大腸桿菌以外的其它菌種是否也存在接合作用，用二株具不同的多重營養(yǎng)缺陷型的鼠傷寒沙門氏菌進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)：用“U”型管進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在給體和受體細(xì)胞不接觸的情況下，同樣出現(xiàn)原養(yǎng)型細(xì)菌！沙門氏菌LT22A是攜帶P22噬菌體的溶源性細(xì)菌另一株是非溶源性細(xì)菌一個(gè)表面看起來的常規(guī)研究卻導(dǎo)致一個(gè)驚奇和十分重要發(fā)現(xiàn)的重要例證！基因的傳遞很可能是由可透過“U”型管濾板的P22噬菌體介導(dǎo)的（普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)這一重要的基因轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)現(xiàn)）(2)轉(zhuǎn)導(dǎo)模型①形成轉(zhuǎn)導(dǎo)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(shí)別宿主DNA的包裝機(jī)制（pac位點(diǎn)）并在宿主基因組完全降解以前進(jìn)行包裝。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本要求：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：進(jìn)入受體的外源DNA通過與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortivetransduction）轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進(jìn)行重組和復(fù)制，在細(xì)胞分裂室只能傳遞給一個(gè)后代細(xì)胞，隨著細(xì)菌的分裂增多而逐漸被淘汰。但其攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)。外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。DNA不能復(fù)制，因此群體中僅一個(gè)細(xì)胞含有DNA，而其它細(xì)胞只能得到其基因產(chǎn)物，形成微小菌落。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溫和噬菌體感染整合到細(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把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，新產(chǎn)生的DNA是失去了前噬菌體的部分DNA，但獲得了一段相應(yīng)長度的細(xì)菌宿主基因組DNA。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別（P175）：a）被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價(jià)地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個(gè)別基因?qū)胧荏w，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基因具有隨機(jī)性。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）

溶源化轉(zhuǎn)變（lysogenicconversion）：感染宿主細(xì)胞后不能完成復(fù)制循環(huán)，噬菌體基因組長期存在于宿主細(xì)胞內(nèi)，沒有成熟噬菌體產(chǎn)生。一個(gè)與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似又不同的現(xiàn)象溫和噬菌體感染細(xì)胞后使之發(fā)生溶源化，因噬菌體的基因整合到宿主染色體上，而使后者獲得了新性狀的現(xiàn)象。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)的不同？a）不攜帶任何供體菌的基因；b）這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的；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)自然遺傳轉(zhuǎn)化(naturalgenetictransformation)：游離DNA分子+感受態(tài)細(xì)胞轉(zhuǎn)至78頁質(zhì)粒（plasmid）：(P176)一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）：位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的DNA序列，廣泛分布于原核和真核細(xì)胞中。質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子是細(xì)胞中除染色體以外的另外二類遺傳因子一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalentlyclosedcircle，簡稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；（細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)2、質(zhì)粒的檢測(cè)提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；對(duì)于實(shí)驗(yàn)室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點(diǎn)，如抗藥性初步判斷。對(duì)于由于三種構(gòu)型同時(shí)存在時(shí)造成的多帶現(xiàn)象（提取質(zhì)粒時(shí)造成或自然存在），可以進(jìn)行特異性單酶切，使其成為一條帶。二、質(zhì)粒的主要類型在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢(shì)。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；二、質(zhì)粒的主要類型質(zhì)粒所編碼的功能和賦予宿主的表型效應(yīng)致育因子（Fertilityfactor，F(xiàn)因子）抗性因子（Resistancefactor，R因子）大腸桿菌素質(zhì)粒（Colicinogenicfactor）毒性質(zhì)粒（virulenceplasmid）降解質(zhì)粒（Metabolicplasmid）隱秘質(zhì)粒（crypticplasmid）二、質(zhì)粒的主要類型(自學(xué))1、致育因子(Fertilityfactor，F(xiàn)因子)又稱F質(zhì)粒，其大小約100kb，這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象（接合作用）有關(guān)的質(zhì)粒。攜帶F質(zhì)粒的菌株稱為F+菌株（相當(dāng)于雄性），無F質(zhì)粒的菌株稱為F-菌株（相當(dāng)于雌性）。二、質(zhì)粒的主要類型包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡稱R質(zhì)粒。R100質(zhì)粒(89kb)可使宿主對(duì)下列藥物及重金屬具有抗性：汞（mercuricion，mer）四環(huán)素（tetracycline，tet）鏈霉素(Streptomycin,Str)、磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（fusidicacid，fus）并且負(fù)責(zé)這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上?？剐再|(zhì)粒在細(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。二、質(zhì)粒的主要類型3、產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocinproductionplasmid）細(xì)菌素結(jié)構(gòu)基因、涉及細(xì)菌素運(yùn)輸及發(fā)揮作用（processing）的蛋白質(zhì)的基因、賦予宿主對(duì)該細(xì)菌素具有“免疫力”的相關(guān)產(chǎn)物的基因一般都位于質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上，因此，細(xì)菌素可以殺死同種但不攜帶該質(zhì)粒的菌株。二、質(zhì)粒的主要類型3、產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocinproductionplasmid）細(xì)菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進(jìn)行命名：大腸桿菌（E.coli）產(chǎn)生的細(xì)菌素為colicins（大腸桿菌素），而質(zhì)粒被稱為Col質(zhì)粒。由G+細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素或與細(xì)菌素類似的因子與colicins有所不同，但通常也是由質(zhì)粒基因編碼，有些甚至有商業(yè)價(jià)值，例如一種乳酸細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素NisinA能強(qiáng)烈抑制某些G+細(xì)菌的生長，而被用于食品工業(yè)的保藏。二、質(zhì)粒的主要類型4、毒性質(zhì)粒（virulenceplasmid）許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對(duì)宿主（動(dòng)物、植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動(dòng)物腹瀉的主要病原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒素編碼的質(zhì)粒。蘇云金桿菌含有編碼δ內(nèi)毒素(伴孢晶體中)的質(zhì)粒根癌土壤桿菌所含Ti質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子二、質(zhì)粒的主要類型5、代謝質(zhì)粒（Metabolicplasmid）質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進(jìn)行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。將復(fù)雜的有機(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式，環(huán)境保護(hù)方面具有重要的意義。假單胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、農(nóng)藥(2,4dichlorophenoxyaceticacid)、辛烷和樟腦等的能力。降解質(zhì)粒：二、質(zhì)粒的主要類型6、隱秘質(zhì)粒（crypticplasmid）隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測(cè)細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了解。在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性基因）二、質(zhì)粒的主要類型（要掌握）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(relaxedplasmid)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(stringentplasmid)窄宿主范圍質(zhì)粒(narrowhostrangeplasmid)（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒(broadhostrangeplasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）三、質(zhì)粒的不親和性（要掌握）質(zhì)粒之間的不親和性、以及質(zhì)?？截悢?shù)的多少、能適應(yīng)的宿主范圍的寬窄等特性均與質(zhì)粒的復(fù)制控制類型有關(guān)，其它內(nèi)容，自學(xué)分子克隆。在沒有選擇壓力的情況下,兩種親緣關(guān)系密切的不同質(zhì)粒,不能在同一宿主細(xì)胞中穩(wěn)定地共存,這一現(xiàn)象稱為質(zhì)粒的不親和性(plasmid

incompatibility),也稱不相容性。第四節(jié)微生物的突變（參見P179）是染色體數(shù)量、結(jié)構(gòu)及組成等遺傳物質(zhì)發(fā)生多種變化的現(xiàn)象。包括染色畸變核基因突變。突變：重復(fù)1.突變率:表示微生物發(fā)生突變的強(qiáng)弱,指每個(gè)細(xì)胞在每一世代中發(fā)生突變的概率.比如：突變率為10-8，表示細(xì)胞在10-8次分裂中，會(huì)發(fā)生1次突變?；蛘?，在108個(gè)細(xì)胞分裂成2＊

108會(huì)有１個(gè)細(xì)胞發(fā)生突變。第四節(jié)基因突變及修復(fù)一、突變率與基因符號(hào)2.基因突變符號(hào):三個(gè)英文小寫字母（斜體）表示基因座位，加上一個(gè)上角標(biāo)，＋表示原養(yǎng)型，－表示缺陷型，s表示敏感就，r表示抗性。后加一個(gè)大寫字母等位基因。（后邊還要介紹）his+his-strsstrr第四節(jié)基因突變及修復(fù)一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變基因突變：基因突變DNA損傷修復(fù)機(jī)制前者可以通過DNA復(fù)制而成為真正的突變，也可以重新變?yōu)樵瓉淼慕Y(jié)構(gòu)，這取決于修復(fù)作用和其它多種因素。第四節(jié)基因突變及修復(fù)基因突變是重要的生物學(xué)現(xiàn)象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉(zhuǎn)移、重組一起提供了推動(dòng)生物進(jìn)化的遺傳多變性。突變自發(fā)突變誘發(fā)突變環(huán)境因素的影響，DNA復(fù)制過程的偶然錯(cuò)誤等而導(dǎo)致，一般頻率較低，通常為10-6-10-9。某些物理、化學(xué)因素對(duì)生物體的DNA進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。二、常見的微生物突變類型二、常見的微生物突變類型1、自發(fā)突變?cè)騊182DNA復(fù)制微生物自身產(chǎn)物發(fā)生誘變物質(zhì)環(huán)境對(duì)微生物的誘變作用自發(fā)突變的偶然性及其熱點(diǎn)P183突變熱點(diǎn):指同一基因內(nèi)部突變率特別高的位點(diǎn)。偶然時(shí)間普遍現(xiàn)象根據(jù)產(chǎn)生突變的原因(自學(xué))定向育種P183減毒活疫苗：卡介苗，預(yù)防結(jié)核?。ㄅ＝Y(jié)核分支桿菌）2、誘發(fā)突變P183－5物理因素：紫外線、X射線等化學(xué)因素：堿基類似物（EB）定位誘變：PCR第四節(jié)基因突變及修復(fù)表型基因型根據(jù)對(duì)表型的影響生物的全部遺傳因子及基因遺傳特性在一定環(huán)境條件下的具體表現(xiàn)；同義突變錯(cuò)義突變無義突變UAA、UAG、UGA移碼突變證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對(duì)應(yīng)關(guān)系！如何證明基因突變的非對(duì)應(yīng)性？三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)一、基因突變的特點(diǎn)三、突變的發(fā)生變量實(shí)驗(yàn)（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）說明細(xì)菌突變與噬菌體的存在沒有關(guān)系，而是在某一次細(xì)胞分裂中隨即自發(fā)產(chǎn)生的。Newcombe的涂布實(shí)驗(yàn)（1949）說明細(xì)菌突變與噬菌體的存在沒有關(guān)系假說說明細(xì)菌突變與抗生素的存在沒有關(guān)系影印實(shí)驗(yàn)（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）JoshuaLederbergJ.LederbergisawardedtheNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin1958細(xì)菌的結(jié)合、轉(zhuǎn)導(dǎo)和影印實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)至89第四節(jié)基因突變及修復(fù)四、微生物突變類型及檢出1．營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長。營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標(biāo)記和育種的重要手段表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長第四節(jié)基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型1．營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長負(fù)選擇標(biāo)記突變株不能通過選擇平板直接獲得3、營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選：

A、基本培養(yǎng)基：（MM，MinimalMedium）：指僅能滿足某微生物的野生型菌株生長需要的最低成分組合培養(yǎng)基，不同種類的微生物其MM是不一樣的。B、完全培養(yǎng)基（CMCompleteMedium）：凡能滿足一切營養(yǎng)缺陷株?duì)I養(yǎng)需要的培養(yǎng)基稱--。一般可在基本培養(yǎng)基中加入一些富含氨基酸、維生素和堿基之類的天然物質(zhì)（如蛋白胨、酵母膏等）。C、補(bǔ)充培養(yǎng)基（SMSuppleMadium）：凡只能滿足相應(yīng)的營養(yǎng)缺陷型生長需要的組合培養(yǎng)基，稱為---。它是由基本培養(yǎng)基再添加某種營養(yǎng)缺陷型菌株所不能合成的物質(zhì)構(gòu)成的。

（1）

常用到的幾種培養(yǎng)基：（與營養(yǎng)缺陷株有關(guān)的三種培養(yǎng)基）（2）

與營養(yǎng)缺陷突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體：

A、

野生型：（WildType）：在自然界中分離的任何微生物在其發(fā)生營養(yǎng)缺陷突變之前的原始菌株，稱該種微生物的野生型。B、

營養(yǎng)缺陷型（AuxoTroph）：野生菌株經(jīng)誘變后，由于喪失了某種酶的合成能力，因而只能在添加了該E合成產(chǎn)物的培養(yǎng)基上生長，這類菌株