微生物遗传与变异_2课件

第八章,微生物的遗传与变异,本章内容：,第一节 遗传变异的物质基础 第二节 基因与基因突变 第三节 原核生物的基因重组,第一节 遗传变异的物质基础,一、遗传和变异,遗传：讲的是发生在亲子间即上下代间的关系， 即指上一代生物如何将自身的一整套遗 传基因稳定地传递给下一代的行为或功 能，它具有极其稳定（保守）的特性。,变异： 指生物体在某种外因或内因的 作用下所引起的遗传物质结构或 数量的改变，亦即遗传型（基因 型）的改变。,二、遗传变异的物质基础,出现争论？,19世纪末，德国、生物体的物质分为体质和种质,20世纪初，基因学说，染色体由核酸和蛋白质组成,1944年，3个实验证明核酸是生物遗传变异物质基础,（一）经典转化实验,（二）噬菌体感染实验,（三）植物病毒的重建实验,第二节 基因与基因突变,本节内容：,基因突变 基因突变的类型及分离 基因突变的机制,狭义：又称点突变，是指一个基因内部遗 传结构或DNA序列的任何改变，包 括一对或少数几对碱基的缺失、插 入或置换而导致的遗传变化。,一、基因突变,广义：又称多位点突变或染色体畸变，是指基 因组大范围的重排，包括打断染色体的 缺失、重复、倒位、插入、置换（包括 易位）以及基因组中重组或转座现象。,二、基因突变的类型及分离,（一）碱基变化与遗传信息的改变 （二）表型变化,（一）碱基变化与遗传信息的改变,1、同义突变 2、错义突变 3、无义突变 4、移码突变,无义突变 ?,是指编码某一氨基酸的三联体密码经碱基替换后,变成不编码任何氨基酸地终止密码UAA、UAG或UGA。 虽然无义突变并不引起氨基酸编码的错误,但由于终止密码出现在一条的中间部位，就使多肽链的翻译就此终止，形成一条不完整的多肽链。,（二）表型变化,表型：指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。,基因型：指贮存在遗传物质中的信息，也就是它 的DNA碱基顺序。,几种常见的表型变化的突变型,1、营养缺陷型 2、抗性突变型 3、条件致死突变型 4、形态突变型,野生型：从自然界分离到的菌株一般称野生 型菌株，简称野生型。,突变型：野生型经突变后形成的带有新性状 的菌株，称为突变株，又叫突变型。,1、营养缺陷型,是一种由于基因突变丧失合成自身生存所 必需的一种或几种生长因子的能力，只能从周 围环境或培养基中获得这些营养或其前体物质 才能生长的一种突变型。,无法在基本培养基中正常生长、 繁殖、只能在加有已知生长因 子的基本培养基上生长,2、抗性突变型,是一种由于基因突变使菌株对某种或某几种 药物，特别是抗生素，产生抗性的一种突变型。,3、条件致死突变型,是指某菌株或病毒经基因突变后，在某种 条件下可正常的生长、繁殖并呈现其固有的表 型，而在另一种条件下却无法生长、繁殖的突 变类型。,温度敏感突变株（Ts突变株）：,是一类典型的条件致死突变株,例如,T4噬菌体突变株在25 下可感染宿主大肠杆菌， 而在37时却不能感染,大肠杆菌的某些菌株在 37下正常生长，而 在42下却不能生长,引起Ts突变的原因？,突变使某些重要蛋白质的结构和功能发生 改变，以致会在某特定温度下具有功能，而在 另一温度下则无功能,4、形态突变型,指造成形态改变的突变型，包括影响 细胞和菌落形态、颜色以及影响噬菌体的 噬菌斑形态的突变型。,是一类非选择性突变，形态突变和非 突变类型均同样生长在平板上，只能靠 看得见的形态变化筛选,三、基因突变的机制,基因突变的机制是多样性的,（一）自发突变 （二）诱发突变,（一）自发突变,定义： 指生物体在无人 工干预下自然发 生的低频率突变,2.原因: 背景辐射和环境因素引起 微生物自身有害代谢产物引起 DNA复制时碱基配对错误引起,（二）诱发突变,是指通过人为的方法，利用物理、化学或 生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。,注,诱发突变不是用诱变剂 产生新的突变,而是通过不 同的方式提高突变率,诱变剂：凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂,1、碱基类似物 2、插入染料 3、直接与DNA起化学反应的诱变剂 4、辐射和热 5、生物诱变因子,第三节 原核生物的基因重组,基因重组,两个不同来源的遗传物质进行交换，经过基因的重新组合，形成新的基因型的过程。,原核生物基因从供体到受体的转移途径,主要包括： 转化作用 转导作用 接合作用,一、转化,（一）定义,是指某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型细胞的DNA（DNA片断或质粒），而使它的基因型和表型发生相应变化的现象 。,（二）转化作用的发现,肺炎链球菌分为S型和R型两种。从活的S型菌中抽提各种细胞成分（DNA、蛋白质、荚膜多糖等），然后对各种生化组分进行转化实验。,试验,转化S菌的DNA 长出S菌 活R菌 转化S菌的RNA 转化S菌的蛋白质 只长出R菌 转化S菌的荚膜多糖,结果表明：只有S型菌株的DNA 才能将R型菌株转化为S型,（三）环境中发生的自然转化,自然转化现象首先是在肺炎链球菌中发现的，70 多年来已经发现许多细菌属中的某些种或某些株有自 然转化的能力。近10多年来的研究已表明，通过自然 转化进行的基因转移过程已不是一种“实验室现象”， 而是广泛存在于自然界，可能是自然界进行基因交换 的重要途径。环境中是否能发生自然转化，主要取决 于环境中是否存在具有转化活性的DNA分子及可吸收 DNA的感受态细胞。,供体菌的dsDNA片断与感受态受体菌的膜连DNA结合蛋白相结合 一条链被核酸酶水解，另一条进入细胞 来自供体菌的ssDNA片断被细胞内的特异蛋白RecA结合 其与受体菌核染色体上的同源区段配对、重组，形成一小段杂合DNA区段,（四）人工转化,大多数微生物在自然状态下根本不能发生转化,人工诱导,PEG转化,Ca2+,高压脉冲电流,人工转化,电转化,二、转导,（一）定义,是利用噬菌体为媒介，将供体菌的部分DNA转移到受体菌的现象。,转导子 :由转导作用而获得 部分新性状的重组细胞,（二）种类,1、普遍性转导：在噬菌体感染供体菌的末期，供体 菌染色体被断裂成许多小片断，在形成噬菌体颗粒 时，少数噬菌体将供体菌的DNA误认为是它们自己 的DNA而包被在蛋白外壳内，从而形成转导噬菌体， 进而将其遗传性状传递给受体菌的现象。,2、局限性转导：以噬菌体为媒介，把供体菌的少数特 定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重 组，形成转导子的现象。,区别：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；而在 局限性转导中，噬菌体总是携带同样的 片段到受体细胞中。,能进行局限性转导的 噬菌体一般都是温和 噬菌体，如大肠杆菌 的噬菌体,三、接合,（一）定义,供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片断传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象。,接合子:通过接合而获得新 遗传性状的受体细胞,（二）F因子,细菌的接合作用是由F因子介导的,F质粒的结构： (1)原点， 转移的起点 (2)致育基因：形成性菌毛的基因群 (3)DNA复制酶基因 (4)插入序列（insertion sequence， IS）,（三）F因子在E.coli 细胞中的存在状态,F+菌株：1至多个F质粒 1至多根性菌毛 F-菌株：无质粒和性菌毛 Hfr菌株：F质粒整合到宿 主染色体上 F菌株：Hfr的F质粒因不正 常切离形成游离的 携带整合位点附近 一小段核染色体基 因的特殊F质粒,（四）F因子与接合作用,1、F+ × F 杂交 2、Hfr ×F 杂交 3、F ×F 杂交,