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1、概念,遗传(heredity)：亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。 遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和。 表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和;-是一种现实存在，是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。,第一节 遗传变异的物质基础,变异(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传物质的结构或数量发生改变。特点：a.在群体中以极低的几率出现（10-610-10）； b.形状变化的幅度大；c.变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。 饰变（modification）：指不涉及遗传物质

2、结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。,特点：a.几乎整个群体中每一个体都发生同样的变化； b.性状变化的幅度小；c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。引起饰变 的因素消失后，表型即可恢复。,例如：粘质沙雷氏菌：在25下培养，产生深红色的灵杆菌素；在37下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25，又恢复产色素的能力。,种质连续理论：1883-1889年间Weissmann提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。基因学说：1933年摩尔根（Thomas Hunt Morgan）发现了染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。进

3、一步发现染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种氨基酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得,一、遗传物质基础三个经典证明实验,肺炎球菌的转化试验 噬菌体感染试验 病毒的拆开与重建试验,证明遗传物质基础是核酸的三个经典实验,多，一般仅由4种不同的核苷酸组成，它们通过排列核组合只能产生较少种类的核酸，因此当时认为决定生物遗传的物质基础是蛋白质。,研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌）S型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性R型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性,（一）经典转化实验（transformat

4、ion）,1928年，Griffith进行了以下几组实验：,（1）动物实验,Griffith 转化试验 示意,混合培养,R型活菌,S型活菌,S型热死菌,R型活菌,S型活菌,健康,健康,健康,健康,健康,健康,健康,病死,病死,病死,（2）细菌培养实验,（3）S型菌的无细胞抽提液试验,以上实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并使R型细胞获得稳定的遗传性状，转变为S型细胞。,加S菌DNA 加S菌DNA及DNA酶以外的酶 加S菌的DNA和DNA酶 加S菌的RNA 加S菌的蛋白质 加S菌的荚膜多糖,活R菌,长出S菌,只有R菌,1944年O.T.Avery

5、、C.M.MacLeod和M。McCarty从热死S型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化试验：,只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型菌株的，是遗传因子。,（二）噬菌体感染实验,A. D. Hershey和M. Chase，1952年,含32P-DNA的一组：,上清液中含 15%放射性,沉淀中含 85%放射性,放射性85%在沉淀中,沉淀中含 25%放射性,含35S-蛋白质的一组：,上清液中含 75%放射性,放射性75%在上清液中,（三）植物病毒的重建实验,

6、1956 年，H. Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）和霍氏车前花叶病毒（HRV）进行了著名的植物病毒重建实验。将TMV和HRV在一定浓度尿素或苯酚溶液中振荡，分别拆分得到各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：,A杂合病毒：RNA（TMV） 蛋白质（HRV） B杂合病毒：RNA（HRV） 蛋白质（TMV）,MTV HRV,HRV MTV,过 程 示 意,用上述两种杂合病毒感染寄主，发现： A杂合病毒表现TMV的典型症状病，并分离到正常TMV粒子 B杂合病毒表现HRV的典型症状病，并分离到正常HRV粒子。 结论： 在RNA病毒

7、中，遗传的物质基础也是核酸。,1、细胞水平 大部分或全部DNA都集中于细胞核或核质体中，不同种类微生物或同种类不同细胞中细胞核的数目不同，单核或多核。 2、细胞核水平 真核生物(与组蛋白结合在一起)，原核生物（环状双链结构，不与蛋白质结合）。 3、染色体水平 真核微生物的每个细胞核内含有一定数量的染色体；而原核生物中一个核质体就是一个裸露的、光学显微镜下不能看到的环状染色体。,二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式,（一）核酸存在的七个水平及质粒,遗传物质类型,核外 遗传物质,真核生物的“质粒”原核生物的质粒,线粒体 细胞质基因 叶绿体 （质体） 中心体动 体 共生生物 卡巴颗粒 酵母菌的2m质

8、粒,F因子 R因子 Col质粒 Ti质粒 巨大质粒 降解性质粒,核基因组,遗传物质类型,4、核酸水平 在原核中同染色体水平、存在部分二倍体，DNA或RNA，复合或裸露，双链或单链。 5、基因水平 生物体内一切具有自主复制能力的遗传功能单位都可称为基因。原核生物具有操纵子结构，真核生物无。,6、密码子水平,遗传密码：指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序。 密码子（coden）：由3个核苷酸顺序决定，负载遗传信息的基本单位。 不对称转录：只有DNA双链的一股才作为有意义链被转录。 起始密码子：AUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸。 终止密码子：UAA、UGA、UAG。,7、核苷酸水平 突变或交换单位，绝

9、大多数四种碱基。,（二）原核生物的质粒,定义：是一类小型闭合环状核外双螺旋DNA分子，能自主复制。 大小：约1.5-300kb。性质：对于细菌的生存并不是必要的；功能多样化；是一种复制子(replicon)，根据自我复制能力的不同，可把质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种；,可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个细菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞。质粒转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一起进行转移，所以它可成为基因工程的载体。 可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也可以通过交换掺入染色体上，以附加体（episome）的形式存在。 功能

10、：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。,重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。 存在范围：很多细菌如E.coli、志贺氏杆菌(Shigella)、金葡菌(S.aureus)、乳链球菌(Streptococcus lactis)、根癌土壤 杆菌(Agrobacterium tumefaciens )等。 制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。 鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法。,几种代表性质粒：,1. F质粒（F plasmid）：又称致育因子或性因子，100kb，相当于核染色

11、体DNA2%的环状双链DNA，足以编码94个中等大小多肽，其中1/3基因（tra区）与接合作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性别。,R质粒由相连的两个DNA片段组成，即抗性转移因子（resistence transfor factor， RTF ）和抗性决定子（r-determinant）。RTF为分子量约为1.1107，含调节DNA复制和拷贝数的基因及转移基因，有转移功能；抗性决定子大小不固定，从几百万到1.0108以上。其上带有其它抗生素的抗性基因，无转移功能。,2. R质粒（R plasmid,resistrance plasmid）,最初发

12、现于痢疾志贺氏菌（Shigella dysenteriae），后来发现还存在于Salmonella、Proteus、和E.coli,Klebsiella中。,R质粒在细胞内的拷贝数可从12个到几十个，分为严紧型和松弛型两种，经氯霉素处理后，松弛型质粒可达20003000个/细胞。,又称大肠杆菌素质粒或产大肠杆菌素因子。 大肠杆菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的细菌素，由Col质粒编码，能专一地杀死其它肠道细菌。 Col因子可分为两类，分别以Col E1和Col Ib为代表。 Col E1分子量约为5106，无接合作用，是多拷贝的； Col E1研究得很多，并被广泛地用于重组DNA的研究和用

13、于体外复制系统上。 Col Ib分子量约为8107，它与F因子相似，具有通过接合作用转移的功能，属于严紧型控制，只有1-2个拷贝。 凡带Col因子的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。,3. Col质粒（colicin plasmid,col plasmid）,即诱癌质粒，是一个大型质粒，200kb。 存在于根癌土壤杆菌（Agrobacterium tumefaciens）中,可引起许多双子叶植物的根癌 当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细菌的DNA释放到植物细胞中。这时，含有复制基因的Ti质粒的小片段与植物细胞中的核染色体发生整合，破坏控制细胞

14、分裂的激素调节系统，从而使它转变成癌细胞。 当前，Ti质粒已成为植物遗传工程研究中的重要载体。一些具有重要性状的外源基因可借DNA重组技术设法插入到Ti质粒中，并进一步使之整合到植物染色体上，以改变该植物的遗传性，达到培育植物优良品种的目的。,4. Ti质粒（tumor inducing plasmid）,5. Ri质粒（root inducing plasmid）,Agrobacterium rhizogenes（发根土壤杆菌）可侵染双子叶植物的根部，并诱生大量称为毛状根的不定根。与Ti质粒相似，该菌侵入植物根部细胞后，会将大型Ri（250kb）中的一段T-DNA整合到宿主根部细胞的核基因组

15、中，使之发生转化，从而稳定遗传下去。由Ri质粒转化的根部不形成瘤，仅生出可再生新植株的毛状根。实践上，Ri质粒已成为外源基因的良好载体，也可用作进行次生代谢产物的生产。,只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码，从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。这些质粒以其所分解的底物命名，例如有分解CAM（樟脑）质粒，XYL（二甲苯）质粒，SAL（水杨酸）质粒，MDL（扁桃酸）质粒，NAP（奈）质粒和TOL（甲苯）质粒等。,7. 降解性质粒,6. mega质粒（megaplasmid）,即巨大质粒，是近年来在Rhizobium（根瘤菌属）中发现的一种质粒，分子量为2.0-3.0108，比一般质粒大几十倍到几百倍，故称巨大质粒，其上有一系列固氮基因。,请 提 宝 贵 意 见 谢 谢,