微生物遗传.ppt

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第四章第四章微生物遗传与变异微生物遗传与变异遗传遗传：

亲代与子代相似变异变异：

亲代与子代、子代间不同个体不完全相同遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一遗传型遗传型：

表型（表现型）表型（表现型）：

生物的全部遗传因子及基因具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。

表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。

表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。

表型饰变：

表型饰变：

表型的差异只与环境有关特点：

暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。

遗传型变异（基因变异、基因突变）遗传型变异（基因变异、基因突变）：

遗传物质改变，导致表型改变特点：

遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频率通常为10-6-10-9）第一节微生物的遗传一、微生物遗传的物质基础二、细胞中DNA的复制（自学）三、RNA与遗传表达四、微生物基因表达的调控

（一）遗传物质DNA的分子结构及多样性（自学）

（二）遗传物质在微生物中的存在

（二）遗传物质在微生物中的存在1.1.遗传物质在微生物中存在的主要形式遗传物质在微生物中存在的主要形式生物体内的核酸通常都与蛋白质结合形成复合物，以核蛋白生物体内的核酸通常都与蛋白质结合形成复合物，以核蛋白（nucleoproteinnucleoprotein）的形式存在。

的形式存在。

DNADNA分子十分巨大，与蛋白质结分子十分巨大，与蛋白质结合后被组装到有限的空间中。

合后被组装到有限的空间中。

1.遗传物质存在的主要形式染色体组蛋白与DNA的结合核小体核小体3.微生物中染色体外DNA存在的另一形式质粒（plasmid）：

一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。

转座因子（transposableelement）：

位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。

质粒和转座因子是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子2.真核生物中染色体外的遗传物质细胞器DNA质粒的分子结构通常以共价闭合环状（covalentlyclosedcircle，简称CCC）的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb；（细菌质粒多在10kb以内）质粒与染色体的差异质粒与染色体的差异A大小不同B赖碱性不同C储存的遗传信息不同质粒的特性质粒的特性A可转移性B可整合性C可重组性D可消除性质粒与细胞器质粒与细胞器DNA的区别的区别相同点相同点A自主复制自主复制B消失后，后代细胞中不再出现消失后，后代细胞中不再出现C遗传信息少遗传信息少不同点不同点A质粒结构简单质粒结构简单B质粒功能多样质粒功能多样C质粒可转移质粒可转移质粒的主要类型质粒的主要类型质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应致育因子（致育因子（Fertilityfactor，F因子）因子）抗性因子（抗性因子（Resistancefactor，R因子）因子）产细菌素的质粒（产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）毒性质粒（毒性质粒（virulenceplasmid）代谢质粒（代谢质粒（Metabolicplasmid）隐秘质粒（隐秘质粒（crypticplasmid）致育因子（Fertilityfactor，F因子）又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。

携带F质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），无F质粒的菌株称为F-菌株（相当于雌性）。

F因子能以游离状态（F+）和以与染色体相结合的状态（Hfr）存在于细胞中，所以又称之为附加体（episome）。

抗性因子（Resistancefactor，R因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。

R100质粒（89kb）可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：

汞（mercuricion，mer）四环素（tetracycline，tet）链霉素（Streptomycin,Str）、磺胺（Sulfonamide,Su）、氯霉素（Chlorampenicol,Cm）夫西地酸（fusidicacid，fus）并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。

抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。

产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因、赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。

代谢质粒（Metabolicplasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。

将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。

假单胞菌：

具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物（苯）、农药（2,4dichlorophenoxyaceticacid）、辛烷和樟脑等的能力。

降解质粒：

细胞器核糖体：

细胞器核糖体：

与胞质中的存在明显差异，与胞质中的存在明显差异，并具不同形式。

有时与细菌核糖体大小相当并具不同形式。

有时与细菌核糖体大小相当（70%rRNA70%rRNA），），有时仅有时仅60S60S（30%rRNA30%rRNA）核糖体存在于每个进行蛋白质合成的细胞中。

核糖体存在于每个进行蛋白质合成的细胞中。

虽然在不同生物内其虽然在不同生物内其大小有别大小有别，但，但组织结构基本组织结构基本相同相同，而且执行的，而且执行的功能也完全相同功能也完全相同。

1.rRNA三三RNA与遗传表达与遗传表达

（一）

（一）RNA的结构和功能的结构和功能2mRNAEukaryoticmRNAProkaryoticmRNA将将DNA上的遗传信息携带到合成蛋白质的场所上的遗传信息携带到合成蛋白质的场所3tRNAtRNA折叠为紧凑的折叠为紧凑的L型三级结构型三级结构tRNAisanadaptortRNA的分类的分类（1111）起始）起始）起始）起始tRNAtRNAtRNAtRNA和延伸和延伸和延伸和延伸tRNAtRNAtRNAtRNA：

一类能特异识别一类能特异识别一类能特异识别一类能特异识别mRNAmRNAmRNAmRNA模板上起始密码子的模板上起始密码子的模板上起始密码子的模板上起始密码子的tRNAtRNAtRNAtRNA叫起始叫起始叫起始叫起始tRNAtRNAtRNAtRNA；其它；其它；其它；其它tRNAtRNAtRNAtRNA称为延伸称为延伸称为延伸称为延伸tRNAtRNAtRNAtRNA。

（2222）同工）同工）同工）同工tRNA:

tRNA:

tRNA:

tRNA:

代表相同氨基酸的代表相同氨基酸的代表相同氨基酸的代表相同氨基酸的tRNAtRNAtRNAtRNA称同工称同工称同工称同工tRNAtRNAtRNAtRNA。

（3333）校正）校正）校正）校正tRNAtRNAtRNAtRNA：

通过通过通过通过tRNAtRNAtRNAtRNA中反密码子改变来校正密码子中反密码子改变来校正密码子中反密码子改变来校正密码子中反密码子改变来校正密码子突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。

突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。

突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。

突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。

无义突变无义突变无义突变无义突变（nonsensemutation）:

（nonsensemutation）:

（nonsensemutation）:

（nonsensemutation）:

指指指指DNADNADNADNA上任何代表氨上任何代表氨上任何代表氨上任何代表氨基酸的密码子变为终止密码子的改变。

基酸的密码子变为终止密码子的改变。

基酸的密码子变为终止密码子的改变。

基酸的密码子变为终止密码子的改变。

1转录转录转录：

转录：

从从DNA到到RNA的过程，基因表达的核心步骤。

的过程，基因表达的核心步骤。

翻译：

翻译：

从从RNA到蛋白质的过程，基因表达的最终目的。

到蛋白质的过程，基因表达的最终目的。

信使信使RNA（messengerRNA,mRNA）转移转移RNA（transferRNA,tRNA）核糖体核糖体RNA（ribosomalRNA,rRNA）其他一些小其他一些小RNA（smallRNA,sRNA）转录产物类型转录产物类型起始起始（Initiation）延伸延伸（Elongation）终止终止（Termination）转录分三个阶段进行转录分三个阶段进行RNApolymerasecatalyzestranscription:

2.翻译过程翻译过程1）氨基酸活化氨基酸活化2）基本过程基本过程3）蛋白质合成蛋白质合成起始起始4）蛋白质合成）蛋白质合成延伸延伸5）蛋白质合成蛋白质合成终止终止5.2.3蛋白质合成的三个阶段简介蛋白质合成的三个阶段简介Initiation30SsubunitonmRNAbindingsiteisjoinedby50Ssubunitandaminoacyl-tRNAbindsElongationRibosomemovesalongmRNA，extendingproteinbytransferfrompeptidyl-tRNAtoaminoacyl-tRNATerminationPolypeptidechainisreleasedfromtRNA,andribosomedissociatesfrommRNA5.2.3蛋白质合成的三个阶段简介蛋白质合成的三个阶段简介一、微生物的变异与基因突变一、微生物的变异与基因突变微生物变异：

微生物子代的表型特征与亲代微生物变异：

微生物子代的表型特征与亲代的表型特征发生较大的差异，这种差异是的表型特征发生较大的差异，这种差异是由于子代的基因发生了由于子代的基因发生了突变所引起的稳定突变所引起的稳定的可遗传的变化的可遗传的变化突变包括：

基因突变和染色体畸变突变包括：

基因突变和染色体畸变第二节微生物的变异二、突变的类型二、突变的类型

（一）形态突变型

（一）形态突变型

（一）形态突变型

（一）形态突变型细胞形态或菌落形态的变异细胞形态或菌落形态的变异细胞形态或菌落形态的变异细胞形态或菌落形态的变异

（二）生化突变型

（二）生化突变型

（二）生化突变型

（二）生化突变型1.1.营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型2.2.抗性突变型抗性突变型抗性突变型抗性突变型3.3.抗原突变型抗原突变型抗原突变型抗原突变型（三）致死突变型（三）致死突变型（三）致死突变型（三）致死突变型（四）条件致死突变型（四）条件致死突变型（四）条件致死突变型（四）条件致死突变型1营养缺陷型（营养缺陷型（auxotroph）一种缺乏合成其生存所必须的营养物（一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素包括氨基酸、维生素、碱基等、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（营养或其前体物（precursor）才能生长。

才能生长。

营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段育种的重要手段表型判断的标准：

在基本培养基上能否生长在基本培养基上能否生长11营养缺陷型（营养缺陷型（auxotrophauxotroph）特点：

特点：

在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长负选择标记负选择标记突变株不能通过选择平板直接获得突变株不能通过选择平板直接获得1营营养养缺缺陷陷型型（auxotroph）影印平板（Replicaplati