微生物遺傳與變異

關(guān)于微生物遺傳與變異細(xì)菌的遺傳與變異一、細(xì)菌的遺傳遺傳(heredity或inheritance)：

親子間的關(guān)系，指生物的上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能，它具有極其穩(wěn)定的特性。第2頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異一、細(xì)菌的遺傳變異（variation）：

生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，亦即遺傳型的改變。

特點(diǎn)：在群體中以極低的幾率(一般為10－5一10－1)出現(xiàn)；性狀變化的幅度大；變化后的新性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的。第3頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳細(xì)菌遺傳物質(zhì)DNA

基本單位－脫氧核苷酸脫氧核糖堿基磷酸AGCT第4頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳脫氧核苷酸的種類（deoxyribonucleicacid）Therearefournucleotides:thosewithcytosine(C),thosewithguanine(G),thosewithadenine(A),andthosewiththymine(T).AGCT腺嘌呤脫氧核苷酸鳥嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸第5頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天ATGCATGC細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳脫氧核苷酸的連接第6頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳1953年華特生(JamesWatson)和克里克(Francis

Crick)通過(guò)X射線衍射法觀察DNA結(jié)構(gòu)，提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。第7頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)：

DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核糖核酸組成的螺旋狀長(zhǎng)鏈第8頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳證明DNA是遺傳物質(zhì)的Griffth轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)如何證明DNA是遺傳物質(zhì)？第9頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）：F.Griffith，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10頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天Griffith

轉(zhuǎn)化試驗(yàn)示意混合培養(yǎng)RII型活菌SIII型活菌SIII型熱死菌RII型活菌SIII型活菌健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死第11頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)（3）S型菌的無(wú)細(xì)胞抽提液試驗(yàn)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。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+活RII菌平皿培養(yǎng)第12頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天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13頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳微生物中的DNA：染色體第14頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳微生物中的DNA上含大量不同基因（Partialgenemapoftheoperons）第15頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳微生物中的質(zhì)粒第16頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳RNA在細(xì)胞里有三種類型：信使RNA（mRNA)

轉(zhuǎn)移RNA（tRNA)核糖體RNA（rRNA)第17頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳信使RNA（mRNA)約占總RNA的5%。不同細(xì)胞的mRNA的鏈長(zhǎng)和分子量差異很大。它的功能是將DNA的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)合成基地–核糖核蛋白體。第18頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異第四章細(xì)菌的生長(zhǎng)和遺傳變異細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)移RNA（tRNA)約占總RNA的10-15%。它在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息，并將相應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖核蛋白體的作用。已知每一個(gè)氨基酸至少有一個(gè)相應(yīng)的tRNA。RNA分子的大小很相似，鏈長(zhǎng)一般在73-78個(gè)核苷酸之間。第19頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳tRNA的空間結(jié)構(gòu)第20頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳核糖體RNA（rRNA)約占全部RNA的80%是核糖核蛋白體的主要組成部分rRNA的功能與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)第21頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳DNA的復(fù)制：半保留復(fù)制（semiconservativereplication）第22頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳真核微生物DNA半保留復(fù)制過(guò)程第23頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳遺傳信息的傳遞和表達(dá)：中心法則第24頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳翻譯：將RNA獲得的信息（遺傳密碼：3個(gè)堿基序列決定一個(gè)氨基酸）翻譯成蛋白質(zhì)第25頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳密碼AUG為翻譯啟動(dòng)信號(hào)第26頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳密碼UAA（UAG、UGA）為翻譯終止信號(hào)第27頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異第28頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異第29頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳基因表達(dá)的調(diào)控：結(jié)構(gòu)基因

調(diào)節(jié)基因操縱基因第30頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳大腸桿菌乳糖操縱子－－負(fù)控制第31頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳大腸桿菌乳糖操縱子第32頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的遺傳大腸桿菌乳糖操縱子第33頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異二、細(xì)菌的變異變異的途徑：基因突變（genemutation）基因重組（generecombination）基因突變類型：點(diǎn)突變(pointmutation)倒位(inversion)

易位(translocation)缺失(deletion)插入(insertion)基因重組類型：轉(zhuǎn)化(transformation)轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)接合(conjugation)第34頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因突變：倒位(inversion)

易位(translocation)第35頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因突變：缺失(deletion)插入(insertion)第36頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因突變的主要特點(diǎn)：無(wú)定向性稀有性自發(fā)性獨(dú)立性穩(wěn)定性可逆性誘變性第37頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因突變無(wú)定向性的變量試驗(yàn)證明第38頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因突變無(wú)定向性的影映試驗(yàn)證明第39頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異根據(jù)基因突變的方式分類：自發(fā)突變（spontaneousmutation）誘發(fā)突變（inducedmutation）第40頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異自發(fā)突變：

外界環(huán)境的自然作用引起

或細(xì)菌自身的變化引起

回復(fù)突變：突變體回復(fù)野生表型菌種退化問題誘發(fā)突變：人為利用物理化學(xué)因素（誘變劑）引起誘變劑可以誘導(dǎo)各種類型的點(diǎn)突變某些情況下突變能修復(fù)第41頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異常用誘變劑：

紫外線X射線r射線化學(xué)誘變劑誘變育種：

通過(guò)人工的方法處理微生物，使之發(fā)生突變，并應(yīng)用合理的篩選程序和方法，把適合人類需要的優(yōu)良菌種選育出來(lái)的過(guò)程。第42頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異誘變育種工作中應(yīng)考慮的幾個(gè)原則：選擇簡(jiǎn)便有效的誘變劑挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株(originalstrain）處理單泡子(或單細(xì)胞)懸液選用最適劑量充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)(synergism)利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)設(shè)計(jì)或采用高效篩選方案或方法第43頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異紫外線引起DNA中相鄰胸腺嘧啶堿基彼此結(jié)合第44頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因重組：轉(zhuǎn)化第45頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異Certaintypesofbacteriacan"donate"apieceofthetheirDNAtoarecipientcell.Therecombinationisthebacterialequivalentofsexualreproductionineukaryotes.NotethattheentireDNAisnotusuallytransferred,onlyasmallpiece.第46頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因重組：限制性轉(zhuǎn)導(dǎo)第47頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因重組：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)第48頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因重組：接合第49頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異基因重組：接合過(guò)程第50頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異細(xì)菌的變異E.colistrainsundergoingconjugation(TEMx27,700).第51頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異三、遺傳工程基因工程：

用人工的方法通過(guò)體外基因重組和載體作用，使新構(gòu)建的遺傳物質(zhì)組合進(jìn)入新的個(gè)體，并在新的個(gè)體中得以穩(wěn)定遺傳和表達(dá)的過(guò)程。第52頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異基因工程的工具1、DNA的切割工具：限制性內(nèi)切酶－分子剪刀2、DNA的縫合工具：DNA連接酶－分子針線3、DNA的轉(zhuǎn)運(yùn)工具：質(zhì)?；虿《荆肿虞d體第53頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異基因工程的工具1、限制性內(nèi)切酶（restrictionendonucleases）能識(shí)DNA分子上某種特殊的核苷酸序列，并在二個(gè)特定的堿基之間破壞其磷酸二酯鍵，從而將DNA分子的雙鏈交錯(cuò)地切斷。第54頁(yè),共62頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)菌的遺傳與變異基因工程的工具2、DNA連接酶（DNAliga