微生物的遗传与变异.doc

1、第八章 第八章 微生物的遗传与变异教学目的要求掌握微生物遗传与变异的基本原理，了解微生物育种的基本技术。重点与难点遗传变异的物质基础基因突变和诱变育种基因重组教学方法与手段讲授结合多媒体课件教学时间8 学时教学内容第一节：遗传突变的物质基础一、什么是遗传与变异遗传：子代与亲代相似的现象通称为遗传。保持物种连续性和相对稳定性，是物种存在依据。保证了种的存在和延续变异：是子代与亲代间的差异。可遗传给后代，是物种发展，进化的依据。推动了种的进化和发展。微生物特性的改变不一定都是变异，只发生在转录、翻译水平的表型变化是不遗传的。不是变异。表型(phcnotype) ：是指遗传特性在定环境条件下的具体表

2、现。微生物变异发生最快、迅速、常见。不一定都是变异或都能遗传。突变：是遗传物质核酸（RNA，DNA）中的核苷酸顺序发生了稳定的可遗传的变化。 （合段发生改变，而引起遗传性状改变）包括：染色体突变和基因突变。微生物主要是基因突变。二、DNA 是遗传变异的物质基础第八章 (一)从孟德尔的粒子到 DNA 双螺旋结构1865（1866）年：孟德尔：发现遗传规律 分离、自由组合规律1893 年：Overton 发现植物 细胞减数分裂。1900 年：重新发现孟德尔定律，建立遗传学。1901 年：发现 X 染色体。1902 年：建立细胞遗传学。1903 年 WSSutton，染色体的遗传行为与性状的遗传行为

3、有着平行的关系。1905 年：Wilson 发现性染色体1905-08 年：发现连锁基因。1906 年：提出性染色体。1909 年：丹麦生物学家 W.L.Johannsen 提出基因概念。1910 年：摩尔根（Morgan ）建立基因学说。1913 年：减数分裂与孟德尔定律联系起来。得到正确解释。1910-27 年：连锁互换。1935 年：电镜问世。20 世纪 40、50 年代， 3 个典型实验：1944 年：肺炎双球菌转化。遗传信息物质是 DNA，核酸水平1952 年：Watson Crick 提出 DNA 结构。1953 年：Hershey 和 Chase 同位素标记大肠杆菌噬菌体 T2，

4、证明遗传物质是 DNA，而不是蛋白质。1953 年：Fraenkel Conrat 和 Singer 的烟草花叶病毒重组实验证实了RNA 也是遗传物质。1957 年58 年：DNA 半保留复制。 分子遗传学和分于生物学。1960 年：体细胞融合技术。第八章 (二)遗传物质在细胞中的存在形式除部分病毒的遗传物质是 RNA 外，其余生物体的遗传物质都是 DNA。分染色体 DNA 和染色体外 DNA。1、DNA 在原核微生物中的存在方式原核微生物细胞最大的特点：无核膜与核仁的分化，染色体 DNA处于核区，无组蛋白，近年来发现细菌染色体 DNA 也与类组蛋白的碱性蛋白相结合。几种原核微生物染色体的物理

5、特性见表 81。原核细胞的染色体外 DNA 主要指质粒。2DNA 在真核微生物中的存在方式真核微生物 DNA 分为核 DNA 和核外 DNA。核 DNA 即染色体 DNA，与组蛋白结合构成具合染色体。组蛋白已发现有 4 种：H2A、H2B、H3 、H4 。每种组蛋白各有 2 个分子与 DNA 形成核小体。组蛋白有保护作用（DNA ） ，影响DNA 基因的表达。核外 DNA 主要为线粒体 DNA、质粒 DNA 等。酵母菌 DNA的主要存在方式见表 82。三、基因和性状第八章 (一)基因的概念基因是由丹麦生物学家 W.L.Johannsen 于 1909 年提出来的他用“基因”这个术语来代替孟德尔

6、的“遗传因子” 。到 20 世纪 50 年代以后，才有较明确的概念。 “基因”是一个具有遗传因子效应的 DNA 片段，它是遗传物质的最小功能单位。(二)性状与基因表达性状是构成一个生物个体的结构、形态、物质和功能等各方面特征的总称。基因决定性状，性状是基因表达的结果。基因：分为调节基因、操纵基因和结构基因 3 大类。结构基因：是细胞结构、组成及完成细胞功能所需的蛋白质等编码的基因。蛋白的表达不仅受结构基因控制，同时也受调节基因和操纵基冈的调控。遗传信息通过“中心法则”传递。第八章 第二节 细菌的基因转移和重组方式：真核生物：染色体的重新组合，即杂交（有性） ，准性生殖。原核生物：转化、传导、接

7、合、溶原性转变等方式。接合是通过细菌间的接触；转化是通过裸露的 DNA；转导则需要噬菌体作媒介。基因重组：两个不同性状个体的遗传基因转移到一起，遗传分子重新组合，形成新的遗传型个体。一、接合（细菌杂交）：遗传物质通过供体菌和受体菌二个完整细胞间的直接接触，而进行的 DNA转移和重组。即：供体和受体细胞直接接触，而传递遗传物质的现象。（一） 、大肠杆菌杂交实验1946 年，莱德伯格（J.Lederberg ）和塔图姆（E.L.Tatum）发现。遗传物质：一个基因，或质粒，或染色体，或质粒和染色体均可以。结合实验：E.coli k12 二个缺陷型菌株。 亲本（P）：Bio -，Met -，thr

8、+，Leu +（A - B- C+ D+）亲本（P）：Bio +，Met +，thr -，Leu -（A + B+ C- D-）P，P分别在基本培养基上均不能生长，但将 P，P混合后 。在基本培养基上，却可以生长，出现频率为 10-610-7。即找到了Bio+， Met+，thr +，Leu +的菌株。U 型管实验：排除由转化引起的，是由二个细胞接触引起的。在 U 型管中部放一个滤使细胞不能通 过，而培养基和 DNA 片段可以通过，然后在U 型管的两端分别接入菌种 P和 P，在 一端压入无菌空气，使培养基流动，培养一 段时间以后，取出菌种涂平板，结果二边均 不能在基本培养基上生长，没有找到Li

9、o+， Met+， thr+，Leu +。 加第八章 证明：细菌细胞间没有直接接触就不能进行遗传物质交换，细胞间不接触，遗传物质就无法转移。（二）接合菌株与 F 因子：E.coli：有性别分化，决定性别的因子，F 因子。1、F 因子：一种质粒，又叫致育因子，性因子。是染色体外的环状 DNA 分子(为大肠杆菌染色体的 2%)，分子量 5*107D，6*10 4bp,可编码 4060 种蛋白质。P170(T8-1)P170 T8-1 F 因子存在和转移方式基因组有 3 个主要区段，第一段：是控制自主复制区段；第二段：是控制细胞间传递的基因群区段，第二段：是控制重组区段。2、F +菌株：含游离 F

10、因子菌株为雄性菌株，还可使细胞产生 14 条性伞毛。游离 F 因子，可以独立于细胞核进行复制。3、Hfr 菌株：:F 因子整合到 DNA 的特定位置上的菌株，为高频重组菌株（Hfr） ，与宿主染色体同步复制。重组频率高。4、F 菌株和 F 因子：F 因子从细菌 DNA 上脱落下来，而带有细菌 DNA 的 F因子。F 因子：带有细菌 DNA 的 F 因子。F 菌株：带有 F 因子细菌。5、F -菌株： 不含 F 因子的菌株为 F-6、附加体：F 因子能与 DNA 整合又能脱离，形成质粒，这类质粒叫附加体。F+因子的菌株 F+不含 F 因子的为 F-。(三)几种杂交的结果（细菌杂交）：1、F +

11、F-F+F+ F+与 F-接合时，F +的 F 因子复制后单链 DNA 通过性伞毛进入 F-，然后再形成双链环状 DNA，即 F 与 F-变成 F+，另一 个不变。第八章 F F-F + FF 与 F-接合时，F 菌株即获得 F 因子，也获得了 F 因子的若干性状，使F-变成 F 。F 因子复制后进入 F-使 F- 变成 F。2、Hfr F - Hfr + F- Hfr F-Hfr +Hfr （P170 ）Hfr 与 F-接合时，Hfr 染色体在 F 因子处发生断裂，由环状变成线状， 以单链进入 F-菌株，进入时染色体先转移，F 因子最后进入 F-，由于整个转移完约 100 分钟才能完成，但由

12、于环境的种种因素的变化。很容易使 Hfr 断裂而中断杂交，使 F 因子不能进入F- 。 F 因子保留在 Hfr 中。未使 F- 变成 Hfr 。只有在极少数情况下才可使 F 因子进入 F- ，是 F-变成 Hfr。3F F-及 HfrHfr 杂交仅少数个体(0.1-1)可进行。因为携带 F 因子菌体表面的抗原性及表面电荷均不同于 F菌，其表面成分阻碍了携带 F 因子的两菌之间形成接合对，故不能杂交。但 F+菌在饥饿状态下，会失去表面阻碍性组分而获得 F菌的性质，能与雄性菌接合。但在新鲜培养基中，又恢复了 F+菌的正常表面性质，这种在遗传特性上的变化称为拟表型变化。接合的普遍性：E.coli k

13、12 为最初实验菌株。细菌，放线菌均可以接合，以 G-菌中的环门氏菌，志贺氏菌。赛氏杆菌，弧菌，固氮菌，克氏杆菌等较常见。放线菌中链霉菌属和诺氏菌属。二、转化：转化因子 DNA 的证实，是现代生命科学发展的重要起点。发现：1928 年，英国格里非斯（Griffith） 。肺炎链球菌对小鼠的感染实验，首次发现。肺炎双（链）球菌转化实验：(S、S、 S、R、R 、R为血清型)第八章 S 型：光滑型、有毒。R 型：粗糙型，无毒。肺炎双球菌可使人患肺炎，小鼠患败血症，死亡。1、S 型 鼠体死亡2、R 型鼠体生活正常3、S 型 杀死鼠体正常生活 分离4、S 型 +R 型鼠体死亡S 型菌。(一)几个概念1

14、什么是转化受体细胞从外界直接吸收来自供体细胞的 DNA 片段，并与其染色体同源片段进行遗传物质交换（整合到受体细胞基因组中） ，从而使受体细胞获得新的遗传特性的现象称为转化。2转化子：经转化后出现了供体性状的受体细胞称转化子3转化因子：有转化活性的外来 DNA 片段。4感受态：细菌能够从周围环境中吸收 DNA 分子进行转化的生理状态称感受态(二)转化的条件包括受体菌与外源 DNA 的条件 P171(表 83)(三)转化过程 主要通过 3 个步骤完成。1感受态细胞的建立受体细胞必须处于感受态，最易接受外来的 DNA 片段。第八章 2DNA 的结合和摄取(1)供体双链 DNA 与受体细胞壁上的受体

15、位点相结合。此步最初可逆，随着与细胞膜蛋白的作用，与细胞壁的结合则变得稳定后，而不可逆。（2）过核酸酶降解核酸。已知有二种核酸酶细胞壁上的核酸酶：把结合的 DNA 随机切割；细胞膜上的核酸酶：后者将双链中的单链降解。过程：一条链被核酸酶降解，另一条链进入受体细胞。也有完整的双链被摄取的。3转化子与染色体重组 过程复杂（1）单链 DNA 进入受体 细胞后，与受体细胞双链 DNA 同源片 段发生交换重组。（2）双链 DNA 进入受体 细胞后，由 DNA 结合蛋白或胞内小泡 包裹，转运到受体染色体区，条 链被降解，另一条链则与受体菌 DNA 整合， 形成供体 DNA受体 DNA 复合物，通过 DNA

16、 复制和细胞分裂而表 现出转化性状 P172(图 83)。（四）感受态的机理机理只有处于感受态的细胞才能吸收外源 DNA 实现转化。感受态本质的解释：（1）局部原生质体化假说：认为处于感受态的受体菌局部失去了细胞壁，使外源 DNA 能顺利通过膜进入菌体。（2）酶受体假说：认为是受体细胞表面出现了种能结合 DNA 并使之进人细胞的酶。（3）转化模型：感受态因子与细胞表面受体相互作用，诱导感受态特异蛋第八章 白（如自溶素、部分核酸酶）等表达，与外源 DNA 结合，降解 DNA 为单链DNA，单链 DNA 与感受态特异蛋白结合而进入细胞。转化微生物：除肺炎双球菌，还有：E.coli，嗜血杆菌属，奈氏

17、菌属，葡萄球菌属，假单细胞杆菌属。酵母菌粗糙链的链孢霉等真菌也可转化。转化率为：0.1-1%。转染：用病毒的核酸感染受体细胞，能产生大量病毒。与转化不同。自然遗传转化：是某些细菌的一种生理特性，自然发生的。人工转化：是用人工方法诱导而产生的转化。转化作用的条件： 双链 DNA 转化能力强，纯度越高，转化能力越强。单链 DNA转化能力弱，或无转化能力。 （因为难于吸附在细胞膜表面） 受体细胞必 须处于感受 态。感受态细胞：能吸收 DNA 而被转化的细菌细胞。 受体染色体与 转化因子近似程度。转化作用过程机理：受体细胞处于感受态细胞膜有一种感受因子（蛋白质，5000-10000），外来 DNA 片

18、段，先以双链 形式吸附在感受因子上，细胞膜上二种酶将 DNA 切成 107D 长的片段。另一种酶使 DNA 解旋，水解一条链，而使另一条链进入受体细胞。进入受体菌的单链 DNA，与受体菌染色体组同源配对，受体 细胞染色体组，相应片段切除，并将外来的 DNA 片段连接在相映位置。在子代有一半个体为纯合的转化子。感受态细胞特点： 感受态细胞比非感受态细胞转化率高 100 倍。 cAMP 和 Ca2+能促进转 化作用。第八章 转化 DNA 片段为 107D。 一个感受态细胞可以接受 10 个转化因子。三、转导：先利用某一溶源性细菌释放出温和噬菌体为媒介，把供体细胞的 DNA 片段带到受体细胞中，从而

19、使受体细胞获得了供体细胞的部分遗传性状，发生遗传变异的过程。转导子：获得供体细胞遗传性状的重组受体细胞。转导噬菌体（转导颗粒）：携带供体菌 DNA 片段的噬菌体。完全缺陷噬菌体：仅含有供体 DNA 片段的噬菌体。部分缺陷噬菌体：同时含有供体 DNA 和噬菌体 DNA 的噬菌体。转导类型：普遍性转导和局限性转导。（一）普遍性转导：是可以把供体细菌中的任何一个基团（DNA 片段）带给受体菌的转导。1、转导的发现：1952 年辛德（N.Zinder）和莱德伯格 （J.Ledesleesg ）发现的。在研究鼠伤寒沙门氏菌接合时发现的转导。（1）菌种： P22 噬菌体色氨酸（Trp ）营养缺陷型： LT

20、22（trp -,his+）溶源性细菌，组氨基酸（His）营养缺陷型：LT2A（trp +,his-）敏感菌株。（2）实验：取 LT22 和LT2A 放入 U 型管两端，U 中部放有滤板只允许比细菌小的粒子通过。第八章 使细菌不能直接接触。用真空泵抽气使液体流动。（3）结果：在 LT22 端发现原养型个体。即：Trp +,his+。发现细菌未接触但有遗传物质的转移和重组。P173（T8-4）（4）原理：少数 LA22 菌株自发裂解释放出噬菌体 P22。P 22 通过滤板感染 LA2 后，裂解，少数 P22 带有 LA2 的 DNA 片段含有 trp+基团。然后再通过滤器回 LA22，重新感染

21、LA22 使少数 LA22 获得了新的性状即 trp+，而使 LA22 变为营养基型（trp +,his+） 。2、普遍性转导的机制：-“包裹选择模型” P173(图 85)普遍性转导噬菌体：噬菌体在细菌内增殖时，也把寄主 DNA 降解为许多小的片段，装配时，正常情况下，将本身的 DNA 包裹在衣壳中，也有10-6-10-8 错误地包装了宿主的 DNA 片段（可包裹寄主细胞 DNA 的任一片段） ，形成“噬菌体” ，为完 全缺陷噬菌体。裂解后，普遍 性转导噬菌体也被释放。当转 导噬菌体侵染受体菌时，寄主DNA 片段带入受体菌发生重 组，又称完全普遍性转导。装配时，包裹 DNA 是随 机的（包括

22、质粒 DNA）虽然包 裹寄主细胞的频率低，但每次 释放噬菌体数量多（10100 万） 转导机会也很高。3、P22 噬菌体的转导机制 （略）末端冗余：P22 DNA 分子末端有少数相同的核苷酸重复序列(2 )。DNA 分子成环状排列结构，其 DNA 分子中的核苷酸序列是不变的，但复制的起始位点是可变的。当 P22感染敏感菌时，DNA 分子借助于其冗余末端而形成环状，此环状分子以滚环复制万式产生一个长的、含多个基因组拷贝的 DNA 分子，在形成噬菌体外壳的同时，DNA 分子也从其特殊位点并始被切割包装。在噬菌体基因调节下，按其特定长度进行切割并包装进入 P22噬菌体外壳。形成新的 P22 噬菌体颗

23、粒。与此同时。P22 宿主中的环状 DNA 也能成为 P22包装的基质，噬菌体基因编码的酶同样可识别染色体 DNA 上类似 pac 的位点并进行切割和包装。形成新的噬菌体。但宿主上的 pac 位点很少，如：沙门氏菌染色体上只有约 1015第八章 个类似于 pac 的位点，并且其位点上的序列与噬菌体上的 pac 位点序列不完全相同，因此宿主染色体被包装的概率很少(10 -810-6)。4其他转导噬菌体多种噬菌体具有普通性转导特性，例如，大肠杆菌的 P1 噬菌体、T4 噬菌体、大肠杆菌 、Mu 噬菌体、枯草杆菌 PBSl 噬菌体等。5流产转导-另一种普通性转导方式转导类型：（1）完全转导 （稳定转

24、导）：供体菌 DNA 进入受体细胞后与受体菌发生重组。然后遗传给后代。（2）流产转导：进入受体菌的 DNA 片段不与受体菌的染色体整合。也不复制，当细胞分裂时细胞有一个细胞获得 DNA，形成小的菌落。是单线遗传。发生率是完全传导 10 倍。在普遍性转导过程中，有时转导 DNA 不能通过重织整合到宿主 DNA 上，而是以游离和稳定的状态存在于细胞质中，DNA 不能复制，故在细胞分裂时只能传递给一个细胞，随着细菌分裂的增多便渐渐被淘汰。称为流产转导 P174(图 86)。但 DNA 携带的遗传特性仍能在数代细胞中表达，放在基本培养基平板上表现为极小的菌落。（二）局限性转导：是指噬菌体只能把少数一定

25、的基因转给受体菌细胞。这种转导，只能转导一种或少数几种基团。如：大肠杆菌 噬菌体侵染 E.coli k12. 噬菌体整合在细菌染色体的生物素基因（bio）和半乳糖（gal）基团之间使细菌溶原化并遗传给后代。缺陷噬菌体：丢失自身一部分基因，并被同等长度的宿主基因所取代而形成的噬菌体。转导子：转导后获得了供体部分遗传特性的重组受体细胞，此时的受体菌称为缺陷溶源菌。第八章 1局限性转导的机制-“杂种形成模型” 噬菌体的线状双链 DNA 分子的两端为 12 个核昔酸单链 (即粘性末端cos 位点 )，在溶源状态下，以前噬菌体状态存在于细菌染色体上。细菌裂解时，以粘性末端形成的环状分子，通过滚环复制形成

26、一个含多个基因组的 DNA 多联体，以 2 个 cos 位点之间的距离决定其包装片段的大小而进行切割、包装，最终形成转导噬菌体。在极少数情况下(约 10-6)，在前噬菌体两端邻近位点上与细菌染色体发生错误的切割，使噬菌体 DNA 失去了前噬菌体的部分 DNA，增加了相应长度的细菌宿主染色体 DNA，这样形成的杂合 DNA 可正常包装、复制。形成的新转导噬菌体称为部分缺陷噬菌体。 前噬菌体位点两端是细菌染色体的 gal+和 bio+，形成的转导噬菌体通常带有 gal+或 bio+基因，缺陷噬菌体表示为 dg(缺陷性半乳糖转导噬菌体)或 db(缺陷性生物素转导噬菌体)。这些转导噬菌体侵入受体菌，通

27、过插入而整合到受体菌的染色体组上，使受体菌获得了供体的这部分遗传特性，而形成转导子( 缺陷溶源菌)。即：当细菌细胞裂解时（自发或诱发），噬菌体与细菌发生基因交换，噬菌体 DNA 留下一段在染色体上，而 带走细菌染色体上的一个或几个基 团（bio 或 gal）基因。带有 bio 或 gal 基团的噬菌体若侵入 bio-或 gal-受体菌时，则使受体菌获得新性状，即可以合成 bio 或 gal.2局限性转导个的低频转导与高频转导低频转导(LFT) ：形成转导子的频率很低，只合 l0-6(P175 图 8-7)。高频转导(HFT)：形成转导子的频率很高，理论上可达 50。第八章 原因：供体菌为双重溶

28、源菌，同时有两种噬菌体整合在染色体上。如，大肠杆菌 K12 株，其双重活源的为 Ecoli K12(/dg)F，即其前噬菌体有 和 dg。dg 为缺陷噬菌体 ,带有供体 gal+基因，但丢失了部分本身的DNA；而 噬菌体为正常噬菌体，不带 gal+基因，起辅助作用，称为辅助噬菌体，可弥补 dg 的不足，使 dg 也能成为“完整噬菌体”而释放。这样，一个细菌可同时等量地释放出 dg 和 两种噬菌体，侵入受体菌后使出现两种不同的结果。即：同时产生转导子菌落和噬菌斑。表示为：P175(三)普遍性转导和局限性转导的比较不同的转导方式具有不同的特性，产生的转导子也不同(表 84)。(四)转导的普遍性：

29、细菌转导在自然很普遍。种类：沙门氏菌，埃希氏菌，假单胞菌，变形杆菌，志贺菌等均可转导。第八章 意义：低等生物进化过程中，转导现象可能是产生新的基因组合的一种方式。溶原转变（溶原性转、噬菌体转变）：温和性噬菌体感染寄主细胞使之发生溶原化时，原噬菌体基因整合到寄主细胞的基因组中，使寄主细 胞死亡获得新形状的现象。即：原噬菌体使寄主细胞溶原化，使细胞遗传性发生改 变是现象。与局限转导不同： 噬菌体离开寄主染色体时，不携带寄主细胞任何基因。局限性转导则携带基因。 溶原转变中噬菌体都是正常的温和性噬菌体，而局限性转导中有转导能力的却是缺陷型噬菌体。溶原转变：例如：白喉杆菌，被 噬菌体侵染发生溶原化时，成

30、为有毒力菌株，噬菌体离开则毒力丧失。细菌基因转移方式的比较：基因转移的本质：是遗传物质从供体菌向受体菌转移，使受体菌发生变异。转 化 转 导 接 合 DNA 转移方式 通过受体菌细胞膜通过噬菌体外壳 Pr 的包裹细胞结合后通过性伞毛参与的细菌 G+和 G- G+ G- 都为 G-移供体菌 DNA 的量 约 20 个基因 约 20 个基因20 个列整个核 DNA受体转移 + + +对 DNA 酸的抗性 - + +单向转移 - + +第八章 四、染色体外遗传因子的转移与重组()细菌质粒是细菌细胞内染色体外的复制子。随宿主染色体的复制传给子代。使宿主细胞获得新性状。是共价闭环的脱氧核糖核酸分子(cc

31、cDNA)。在链霉菌和酵母面中发现了线形双链 DNA 质粒和 RNA 质粒。类型：根据其复制特点分为：严紧型：如 F 因子、Col2、R100 等,只有 12 个(拷贝数)。松弛型：如 ColE1、ColE2、ColE3、R6K 等，可有 10 个以上。根据质粒在细胞间转移的差异性，分为：转移性质粒：可在细胞间转移，并能带动染色体发生转移；非转移性质粒：。不能在细胞间转移。常见的质粒类型：1F 因子 致育性因子或 F 质粒。2R 因子 又称抗药性因子或 R 质粒细菌对抗生素、金属及其他药物(磺胺)产生抗性的因子，属转移性质粒。结构：R 因子分为两部分。（1）抗性转移因子(RTF)：包括质粒的复

32、制和转移基因。（2）抗性决定子：有多种抗生素的抗性基因，共本身不能移动，只有在RTF 推动下才能转移。用途：R 因子对多种抗生素有抗性，可作基因载体，作为菌株筛选酌标记。3 Col 因子 大肠杆菌素质粒编码产生大肠杆菌素的质粒，是除 F 因子外研究历史最长的质粒。根据是否具有转移能力可分为两类：非接合型：相对分子质量约 5106 的多拷贝因子，缺乏自身传递的遗传结构如 ColE1、ColE2、ColE3 等，广泛应用基因工程；接合型：分子量约 5107-8l07，只有 1-2 个拷贝的可转移因子。与 F 因子相似，有使宿主产生性丝的基因，如 Co1B、ColV 等。4降解质粒第八章 具有分解多

33、种特殊有机化合物能力的因子。例如，能降解二甲苯、己烷、苯酚、樟脑等。假单胞菌的两种质粒：TOL 质粒：含有分解甲苯的基因；CAMOCT 质粒：均为转移性质粒。能分解樟脑辛烷，含有 alk 基因。恶臭假单胞菌的 CAMOCT 质粒至少有 6 个基因。5毒性质粒携带编码产生毒素基因的质粒。如：苏云金杆菌编码 内毒素的质粒；产毒素大肠杆菌中编码肠毒素的质物；编码因氮功能的质粒。隐秘型质粒：不授予宿主任何功能。可用作基因工程载体的 Ti 质料、Ri 质粒等。质粒的发现，对分子遗传学、分子生物学、基因工程学的建立发挥了重要作用。质粒作为基因工程的载体已被广泛利用。用人工方法改造天然质粒，构建出多种高效人

34、工载体，pBR313、pBR332 等。构建多允降位点或体，如 pUC18、pUCl9 等。近年还利用强启动子，构建了许多表达载体。(二)可移动遗传因子 细菌转座因子 又称 “跳跃基因” 。是生物体细胞中一类能在 DNA 分子内和 DNA 分子间移动位置的一段DNA 序列。可在 DNA 分了的许多位点插入及整合。根据分子结构和遗传性质分为：插入序列、转座子和转座噬菌体等。1插入序列（IS） 最早发现的转座因子研究大肠杆菌的半乳糠操纵子时发现的。至今已搞活全序列的 IS有 l00 多种。长度在 700-2000bp 不等，能在细菌染色体、噬菌体DNA 和质粒上的许多位点移近移出。IS 只携带与转

35、座有关的基因。可编码特殊酶和调节蛋白，没有表型效应，可干扰基因的正常读码，导致基因失活或突变，频率约为 10-7。2转座子第八章 转座子与插入序列的主要不同：携带能赋予宿主遗传特性的基因。主要是抗生素的抗性基因。比 IS 因子大，结构复杂，能在同一细胞内从一个质粒移至另一个质粒，也能从质粒移到细胞染色体或前噬菌体上。细菌、植物细胞、动物细胞中都有转座子。种类：如复合型 Tn，TnA 族 Tn，接合型等。3Mu 噬菌体是以大肠杆菌为宿主的温和性突变噬菌体。原核生物中第一个被叙述的可移动因子。与其他温和性噬菌体的差别是：Mu 的基因组在裂解周期或溶源状态均可整合到宿上染色体上，整合的部位足随机的。

36、它同时具有温和噬菌体和转座因子的双重特性。Mu 应用：有两点比 IS 和 Tn 更有利。（1）它不是细菌基因组的一个正常组分，故能方便地判断出携带或不携带 Mu 的两种细菌；（2）Mu 可通过诱导产生，使于制备。还有噬菌体 D108 等。第八章 第三节 真菌的基因重组真菌除了同时具有有性生殖和无性生殖外有两种独特的遗传系统，异核现象和准性生殖。一、有性生殖质配- 核配 -减数分裂，并发育成新的单倍体细胞。亲本的基因重组主要是通过染色体的独立分离和染色体之间的交换。多数真菌的减数分裂发生在 1 个闭合的子囊壳中。如：粗糙脉孢菌，1 个子囊内的 2N 核，减数分裂产生的 4 个孢子，直线排列在子囊

37、内，进行一次有丝分裂，8 个子囊抱子，相连的 2 个孢子的遗传型是相同的。子囊孢子的排列有 6 种情况：(a)AAAAaaaa， (b)aaaaAAAA， (c)AAaaAAaa，(d)aaAAaaAA (e)AAaaaaAA， (f )aaAAAAaa。二、异核现象指在一些真菌的菌丝细胞内，存在一个以上不同遗传型细胞核的现象。子囊菌、担子菌和半知菌中。产生原因：由于突变或不同遗传型菌丝之间的联合导致细胞质或细胞核转移的结果。异核现象可导致体细胞的重组，产生互补的异核体具有高度的生理适应性。三、准性生殖不产生有性孢子的丝状真菌，不经过减数分裂就能导致染色体单元化和基因重组的过程称为准性生殖。1

38、953 年发现了准性生殖现象。与有性生殖的不同：（1）重组体细胞和营养体细胞相同，不产生特殊的囊器中；（2）染色体的交换及单倍体化过程没有规律件。准性生殖过程可形成一个完整的循环，最后达到和有性生殖同样的基因重组的结果，该循环称为准性循环。第八章 (一)准性生殖过程：分 3 个阶段1异核体形成概念：一个细胞内若同时具有两种或两种以上基因型的细胞核，则称为异核体，这种现象称为异核现象。过程：二个不同营养缺陷型突变株的混合孢子，大量接种到基本培养基表面，可得到少量原养型菌落，在这些菌落中的某一条菌丝或一个细胞内若同时具有两种或两种以上基因型的细胞核，则称为异核体，这种现象称为异核现象。作用：异核体

39、可应用于霉菌的杂交育种、测定菌株的突变为等位基因或非等值基因突变，也可通过异核体分离后的亲本型性状来研究细胞质对细胞核的影响等。2核融合和杂合二倍体的形成核融合：是指异核体内 2 个不同基因型的单倍体细胞核在繁殖过程中融合成 1 个二倍体细胞核的过程，这个机会是极少的。杂合二倍体：是指细胞核中含有 2 个不同来源染色体组的菌体细胞。3单倍体化杂合二倍体极不稳定，进行有丝分裂时，有极少数细胞单体之间发生互换(称体细胞重组 )，在体细胞分裂时，产生 1 个或 1 个以上标记的纯合现象，从而形成具有新性状的单倍体杂合产。（二）准性生殖的应用在杂交育种中应用。（三）准性生殖与有性生殖比较 P179（B

40、8-5）四、染色体外的遗传现象真菌中核外有 DNA，有不符合遗传规律的核外遗传现象。特点：性状不分离，性状来自母本原生质。核外遗传物质：线粒体、质粒、病毒等。第八章 第四节 微生物的突变突变：是指染色体数量、结构及遗传组成等遗传物质发生变化的现象。既：核酸（RNA，DNA）中的核苷酸顺序发生了稳定的可遗传的变化。（合子发生改变，而引起遗传性状改变）包括：染色体畸变和基因突变。微生物主要是基因突变。包括：染色体畸变和结构变异结构变异：倒位，易位，重复，缺失，畸变等。基因突变：点突变和移码突变。一、突变率和基因符号突变率：细胞在一个世代发生突变的概率。基因突变的符号：3 个小写英文字母+座位（一个

41、大写字母）如：hisA hisB cysA 等。突变型：3 个小写英文字母+上标，如：lac -、arg + strs strr等。strs strr分别表示对链霉素第三和有抗性。自发突变：突变率低：10 -410-10 突变率在 10-610-9之间。二、突变的类型： 主要介绍基因突变。按发生的方式：分为自发突变和诱发突变；按突变的表型：形态突变、生理生化突变、抗性突变和致病性突变等；按遗传物质的结构改变：分为染色体畸变和基因突变等。（一）基因突变：只涉及 DNA 分了小一对或少数几对碱基的突变称基因突变，又称点突变。根据碱基特性的改变，主要类型见 P180（表 86） 。第八章 （二）染色

42、体畸变染色体畸变：是指染色体在结构上有较大范围变化的变异。主要类型见 P181（表 87） 。三、突变的发生个突变菌株表现型发生广变化，是 DNA 分广中碱基序列改变的结果，这种遗传结构的改变，可以自然发生也可以用人工诱导发生。(一)基因突变的自发性，突变结果与原因不对应性的证明细菌对药物敏感到产个抗性的原因？ 抗性突变实验细菌对药物的突变与接触药物无关。是细菌自发突变的结果。1943 年起，通过设计巧妙的实验证明基因突变规律。著名的 3 个实验是：变量试验、涂朽试验和平板影印培养试验。1、变量试验：彷徨试验1943 年美国鲁里亚（S.LURIA）和德尔波留克（M.Delberuck）设计的。

43、步骤： 先收 E,coli 溶液用培养液稀释成菌悬液，分别取 10ml 于只管第八章 A、B 中。 将 A 液分装 50 支小试管，然后将 50 支小试管 B 液在同问度下培养。 经 2436 小时，将 50 支小试管分别涂 50 个带有噬菌体的平板，将 B 也同样涂 50 个平板。培养，检查菌落数，结果发现：B 管：50 个平板菌落数相差极小。A 管：50 个平板菌落数差别较大。原因：抗性突变体是在接触噬菌体之前就已经随机发生了。突变体产生越早，均落就越多。若是在与噬菌体接触时产生的突变则 A，B 菌落数相近。第八章 结果：突变是自发的随机产生的与药物无关。2、涂布试验涂布试验是 1949

44、年 Newcombe 设计的试验。其方法简便、易行。要点是：(1)选用对 T1 噬菌体敏感的 Ecoli 菌株，(2)以相等数目(510 4个皿)涂布于 12 个平板上，(3)在 5h 培养后(约繁殖了 123 代)，平板上长出了大量微菌落(每一面落约含 5300 个细菌)。(4)取 6 个平板用涂布器均习涂布遍，6 个不涂布，(5)然后同时喷上等量 T1 噬菌体。(6)培养后分别计算各平板上的抗噬菌体菌落数。(7)发现，涂布过的一组中，共长出抗性菌落 353 个，要比未经涂布过的(仅 28 个菌落)高得多。(8)因为在接触噬菌体之前，抗性突变体已经出现并分裂了数次，重新涂布会把它们分散开各自

45、成菌落。故说明了抗性突变是发生在未接触噬菌体之前。3、影印培养试验：1952 年莱德伯格（J.Ledeslesg）设计的。第八章 步骤： 把对链霉素敏感的 E.coli 涂在不含链霉素的平板上。 把此平板长出的菌落印到无菌丝上或印章上。那印章上的细菌先印在一个不含链霉素的平板上（A） ，再按同一方法印到一个含有链霉素的平板上（B） 。含有链霉素的平板（B）出现很少的抗链霉素菌落。再从平板（A）相应位置找到平板（B）的兄弟菌落。将兄弟菌落排列不含链霉素的培养基是上再影印，重复几次。结果可见未接触链霉素的菌落与接触链霉素的菌落一样多。结果证明：突变完全是自发地随即地产生的，与环境无关。环境（噬菌体

46、和链霉素）只起到甄别作用（选择作用） 。(二)自发突变生物可以以一定的频率(约 10-910-6) 自然发生突变为自发突变。是生物进化的根源。是种普遍现象。1自发突变的原因 紫外线，辐射，碱基 结构改变，代 谢产物等。引起微生物自发突变的因素很多，主要有：(1)DNA 复制错误 遗传物质 DNA 在复制过程中，核苷酸对掺人的错误，子代 DNA 分子产生变化，引起突变。(2)微生物自身产生绣变物质 细胞内的天然物质有诱变的物质。例如：微第八章 生物细胞内的咖啡碱、硫氰化合物、二硫化二丙烯等，它们既是微生物自身的代谢物，又可以引起微生物的自发诱变。(3)环境对微生物的诱变作用 自然界中存在着能引起

47、突变的物质，微生物与之接触便会发生自发突变。例如，短波辐射、加热等。2 自发突变的偶然性及热点突变是一个偶然事件、突变概率很低，可发生在任一瞬间、任一碱基，是难以预见的。任何时间、任何基因或任一个基因位置都有可能发生突变。突变并非足完全随机的，位置也并非是完全随机的。突变热点：是指同一基因内部突变率特别高的位点。3定向育种是指在其一特定条件下，长期培养某一微生物菌群，通过不断转接传代以积累自发突变，并最终获得优良菌株的过程。例如，卡介苗：是定向育种的结果。法国学家经历了 13 午时间，把牛型结核分支杆菌接在牛胆汁、甘油、马铃薯培养基上连续转接了 230 代。才在1923 年成功地获得了这种减毒

48、的活菌苗卡介苗。(三)诱发突变 人为利用理化因素而引起的突变叫诱发突变。特点：突变频率高。诱变剂：凡能提高基因突变频率的因素，主要包括物理和化学因素。1物理因素的诱变：高温，超声波，辐射， （紫外 线，X、 、 等）(1)紫外线 DNA 有强烈的紫外吸收能力。碱基中嘧啶比嘌呤敏感。紫外线的大剂量作用可导致菌体死亡。小量引起突变。生物学效应：是对 DNA 的作用，包括使 DNA 链断裂、DNA 分子内部和分子间交联，核酸和蛋白质交联、嘧啶碱的水合作用以及胸腺嘧啶二聚体的形成等。主要机制是胸腺嘧啶二聚体的形成，可在同一条链或两条链上发生。当形成的复合物暴露在可见光下，胸腺嘧啶二聚体重新解聚成为单体，此过程称为光复活作用。黑暗中胸腺嘧啶二聚体与光复活酶结合，稳定存在，可见光能使这种结合解离，导致二聚体重新成为单体。在紫外线照射诱变育种时，必须在红光下进行处理或操作，在黑暗条件下培养，以免发生光复活作用。(2)X 射线和 射线 x 射线和 射线是不带电的光量子，不直接引起物第八章 质电离，在与原于或分子碰撞时，把能量传给原子，产生次级电子，次级电子能量很高，使体内物质产生电离，而改变 DNA 的结构。直接效应：使碱基间、DNA 间、糖与磷酸间相接的化学键断裂；间接效应：电离作用引起