最新微生物学-第六章微生物的遗传PPT课件.ppt
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1、微生物学微生物学-第六章微生物的遗传第六章微生物的遗传第一节 遗传变异的物质基础一、DNA作为遗传物质1,格里菲思转化(Griffith)实验 肺炎链球菌S型菌株加热杀死注入小鼠体内后小鼠不死,而且也不能从小鼠体内重新分离到肺炎球菌。将S型菌株加热杀死后和小量活的非致病的R型菌(由S型突变而来)一起注入小鼠体内后小鼠死亡,而且从小鼠体内重新分离到活的S肺炎球菌。四、原核微生物的遗传物质 原核微生物无典型的染色体结构,但是通常都称核区中的DNA为染色体DNA.。染色体DNA是原核微生物的主要遗传物质,直接存在于原核之中,一般为dsDNA,基因数103104。大肠杆菌基因组特点:1,遗传信息是连续
2、的。2,功能相关的结构基因组成操纵子结构,有些功能相关的RNA基因也串联在一起。4100个基因,2584个操纵子,16SrRNA基因-23SrRNA基因-5SrRNA基因串联在一起。3,结构基因在基因组中多为单拷贝。rRNA基因多拷贝,7个rRNA操纵子。4,基因组的重复序列少而短。重复序列一般为4-40个碱基。(质粒和转座因子是细胞中除染色体之外的另外两类遗传因子。)五、真核微生物的遗传物质染色体DNA存在于核内的染色体中,双链,每一条染色体只含有一条线状双链DNA。代表,啤酒酵母,16条染色体。啤酒酵母基因组特点:1,高度重复:tRNA基因在每条染色体上至少有4个,共约250个拷贝。2,没
3、有明显的操纵子结构,有间隔区或内含子序列。3,基因组上有许多较高同源性的DNA重复序列(即遗传丰余)。(核外遗传物质线粒体DNA、叶绿体DNA)六、古生菌-詹氏甲烷球菌的基因组1,几乎有一半基因在现有的基因数据库中找不到同源序列。2,基因组在结构上类似于细菌。如环形染色体DNA、功能相关的基因组成操纵子、基本上无内含子等。3,负责信息传递功能的基因(复制、转录、翻译)类似于真核生物,特别是古生菌的转录起始系统基本上与真核生物一样。如RNA聚合酶、启动子结构、翻译延伸因子等。第二节质粒和转座因子质粒和转座因子是细胞中除染色体之外的另外两类遗传因子。一、质粒1,概念 质粒:一种独立于染色体外、能进
4、行自主复制自主复制的细胞质遗传物质。2,质粒的特性(1)通常是共价闭合、环状、双链DNA分子。比染色体DNA小得多,约含50100个基因。(2)具有自我复制能力。(3)质粒基因不是宿主生长所必需的,消除质粒后不会影响到宿主细胞的生存,但是却决定宿主细胞的某些性状,如抗药性、接合作用等。(4)具有不相容性(不亲和性),当细胞内有一种质粒时,可干扰第二种近缘质粒进行复制。(5)质粒可自行或以人工方法消除。3,质粒类型(1)根据质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应A:致育质粒(致育因子、F因子、F质粒):是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖有关的质粒。携带F质粒的菌株称为F+,不携带F质粒的菌株称为
5、F-,F质粒整合到宿主细胞染色体上的菌株称为高频重组菌株(Hfr),当高频重组菌株(Hfr)上的F因子通过重组恢复成自主状态时,有时可将其相邻的染色体基因一起切割下来,而成为携带某一染色体基因的F因子,将这些携带不同基因的F因子统称为F,携带F因子的菌株也常用F表示。B:抗性质粒(抗性因子、R因子、R质粒):包括抗药性和抗金属性两大类。C:细菌素质粒:(细菌素是细菌产生的一般只能抑制或杀死种内不同亚种或菌株中敏感细菌的特殊多肽类代谢产物。)如col质粒。D:毒性质粒(致病质粒):质粒上具有编码毒素的基因,如Ti质粒。E:代谢质粒(降解质粒):这类质粒上携带有能降解某些基质的基因,这类质粒还包括
6、一些能编码固氮功能的质粒。F:隐秘质粒:不显示任何表型效应,只有通过物理方法才能发现。(2)根据质粒的拷贝数A:高拷贝质粒(松弛型质粒)10-100B:低拷贝质粒(严谨型质粒)1-4(3)根据宿主范围A:窄宿主范围质粒:质粒的复制起点较特异,只能在一种特定的宿主细胞中复制。B:广宿主范围质粒二、转座因子转座因子是细胞中(位于染色体或质粒上)能够改变自身位置的一段特殊的DNA序列。1,转座因子的类型 根据转座因子分子结构和特点可分为三大类:(1)插入顺序(插入序列IS)插入顺序:只含有编码转座所必需的转座酶基因,也称跳跃基因。如IS4。(2)转座子(易位子,Tn):包括复合转座子和复杂转座子两种
7、类型。(3)转座噬菌体:具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌体。如Mu。2,转座的遗传学效应(1)插入突变(2)染色体畸变(DNA的缺失和倒位)(3)基因的移动和重排第三节基因突变和修复一、基因突变的类型DNA分子中一对或少数几对碱基发生变化称为基因突变(狭义的基因突变),也称点突变。1,根据碱基变化对遗传信息的改变不同可分为:(1)同义突变:某个碱基的变化没有改变产物氨基酸序列的密码子变化。(2)错义突变:碱基序列的改变引起了产物氨基酸的改变。(3)无义突变:某个碱基的改变,使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白质合成的终止密码子(UAA,UAG,UGA)。(4)移码突变:由于DNA序列中发生
8、12个核苷酸的缺失或插入,使翻译的阅读框发生改变,从而导致从改变位置以后的氨基酸序列的完全变化。2,根据突变所引起的表型变化可分为:表型:可观察或可检测到的个体性状或特征,是特定的基因型在一定环境条件下的表现。(1)营养缺陷型(2)抗药性突变型(3)条件致死突变型(4)形态突变型二、基因突变规律1,自发突变(1)彷徨实验(又称变量实验或波动实验)(2)涂布实验(3)影印培养实验2,自发基因突变的分子基础(1)碱基的互变异构体形成不同碱基配对(2)在DNA复制时短的DNA片断的插入或缺失(3)随机插入基因组的转座因子3,突变规律(1)非对称性(随机性)(2)稀有性(3)规律性(4)独立性(5)遗
9、传和回复性(6)可诱变性三、诱发突变(一)诱变剂种类:1,碱基类似物:5-溴尿嘧啶等。2,插入染料:溴化乙锭、丫啶橙等。3,直接与DNA碱基起化学反应的诱变剂:NH2OH等。4,辐射和热:UV等。5,生物诱变因子:转座因子等。(二)诱变剂与致癌物质Ames试验凡是致癌剂都是诱变剂,化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌率成正比关系,所以只要试验一下某化学物质对细菌是否有诱变性,便可推测它的致癌性。其原理是;组氨酸缺陷型在基本培养基上不能生长,如果待测样品具有诱变作用而使其发生回复突变后即能在基本培养基上生长,从而初步判断待测样品是否具有诱变作用。将待测样品与从老鼠肝脏抽提的酶混合在一起适当保温
10、后,用直径约23mm的圆形滤纸片吸取待测样品,放置在含有鼠伤寒沙门氏细菌组氨酸缺陷型突变株的基本培养基平板中央,370C培养1624小时。如有诱变作用,则在滤纸片周围即可长出回复突变的菌落,由于试验纸片的化学药剂向四周扩散而形成自然的浓度梯度,故在浓度最高即离试验纸片近的地方,细菌会全部被杀死,因而无菌落形成;而离试验滤纸片较远的适宜地方形成回复突变的菌落最多。(实验所用的细菌必须不含有DNA修复酶)四、DNA的损伤修复1,光复活作用(光修复)2,切除修复3,重组修复4,SOS修复(另外:适应修复,DNA酶的校正作用)(光修复、切除修复、重组修复是避免差错的修复,SOS修复是倾向差错的修复)第
11、四节、细菌的基因转移和重组基因重组是指来自两种不同亲本的DNA分子在同一生物体内经过交换作用而产生新的重组DNA分子的现象。在真核生物内,基因重组主要通过典型的有性生殖方式有规律地进行,而在细菌及放线菌等原核生物中,由于缺少完全的有性生殖方式,不能形成真正的融合细胞。所以它们的基因重组只能在特定的条件下才能发生,一般只能以转化、接合和转导方式由供体菌进入受体菌而形成重组子。一、细菌的接合作用接合作用是指通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。质粒起主要作用。二、转导作用转导:是指一个细胞的DNA或RNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中的过程。(是由病毒介导的细胞间进行的遗
12、传物质交换一种形式。)能将一个细菌宿主的部分染色体或质粒DNA带到另一个细菌的噬菌体称为转导噬菌体。转导可分为普遍性转导和局限性转导两种类型。在普遍性转导中,噬菌体可以转导供体染色体的任何部分到受体细胞中(如P22);而在局限性转导中,噬菌体总是携带同样的DNA片断到受体细胞中。普遍性转导中外源普遍性转导中外源DNA的三种后果的三种后果1)进入受体的外源进入受体的外源DNA通过与细胞染色体的重组通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子交换而形成稳定的转导子.2)如果转导如果转导DNA不能进行重组和复制,其上的基不能进行重组和复制,其上的基因仅经过转录而得到表达,就成为流产转导因仅经过转录而
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