微生物的遗传与变异文档格式.docx

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是指遗传特性在—定环境条件下的具体表现。

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

（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W．S．Sutton，染色体的遗传行为与性状的遗传行为有着平行的关系。

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：

WatsonCrick提出DNA结构。

1953年：

Hershey和Chase同位素标记大肠杆菌噬菌体T2，证明遗传物质是DNA，而不是蛋白质。

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。

（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特性见表8—1。

原核细胞的染色体外DNA主要指质粒。

2．DNA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8—2。

三、基因和性状

（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.colik12二个缺陷型菌株。

亲本Ⅰ（PⅠ）：

Bio-，Met-，thr+，Leu+（A-B-C+D+）

亲本Ⅱ（PⅡ）：

Bio+，Met+，thr-，Leu-（A+B+C-D-）

PⅠ，PⅡ分别在基本培养基上均不能生长，但将PⅠ，PⅡ混合后。

在基本培养基上，却可以生长，出现频率为10-6—10-7。

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。

加

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PⅠ和PⅡ，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Lio+，Met+，thr+，Leu+。

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*104bp,可编码40—60种蛋白质。

P170（T8-1）

P170T8-1F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因子菌株为雄性菌株，还可使细胞产生1—4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、Fˊ菌株和Fˊ因子：

F因子从细菌DNA上脱落下来，而带有细菌DNA的F因子。

Fˊ因子：

带有细菌DNA的F因子。

Fˊ菌株：

带有Fˊ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+×

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。

Fˊ×

F-——Fˊ+Fˊ

Fˊ与F-接合时，F菌株即获得F因子，也获得了Fˊ因子的若干性状，使F-变成Fˊ。

Fˊ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。

3．Fˊ×

F-及Hfr×

Hfr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.colik12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：

（SⅠ、SⅡ、SⅢ、RⅠ、RⅡ、RⅢ为血清型）

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、SⅢ型——鼠体——死亡

2、RⅡ型——鼠体——生活正常

3、SⅢ型—△—杀死——鼠体——正常生活

分离

4、SⅢ型+RⅡ型——鼠体——死亡——SⅢ型菌。

（一）几个概念

1．什么是转化

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8—3）

（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。

2．DNA的结合和摄取

（1）供体双链DNA与受体细胞壁上的受体位点相结合。

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复制和细胞分裂而表现出转化性状P172（图8—3）。

（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。