微生物的遗传与变异知识点整理.docx

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微生物的遗传与变异知识点整理

第八章微生物遗传

第一节遗传的物质基础

1三个经典的实验

1928年Griffith转化实验（动物实验）实验说明：

加热杀死的SIII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RII型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII型细胞。

1944年O.T.Avery、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：

1952噬菌体感染实验

第二节微生物的基因组结构

基因：

指DNA链上编码多肽、tRNA和rRNA的特定核苷酸序列。

基因组（genome）：

一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称

原核生物（如细菌）——多数为单倍体；

真核微生物——通常为双倍体；

（例如啤酒酵母有16条染色体，可以单倍体生活，也可以双倍体生活）

大肠杆菌

啤酒酵母

詹氏甲烷球菌

类型

原核微生物

真核微生物

古菌

内含子

无

有

无（有些菌有）

操纵子

有

无

有

组蛋白

无

有

有

基因组重复序列

有（少而短）

高度重复，遗传丰余

有

其它

双链环状DNA

/

第三节质粒和转座因子

质粒的主要类型

质粒：

独立于染色体外能自主复制的细胞质遗传因子，通常有三种构型：

CCC型、开环型（OC）、线型（L）

F质粒:

与有性接合有关

R质粒:

与抗药性有关

Col质粒:

编码免疫蛋白

毒性质粒：

苏云金芽孢杆菌内毒素质粒

代谢质粒：

降解复杂有机化合物

隐秘质粒：

酵母的2μm质粒

转座因子：

细胞中能改变自身位置的一段DNA序列

插入序列（InsertionSequence,IS）

转座子（Transposon,Tn）

Mu噬菌体

转座引起的遗传效应插入突变

产生染色体畸变

基因的移动和重排

第四节基因突变和修复

4.1突变类型同义突变

表型变化

错义突变

无义突变

移码突变营养缺陷型

抗性突变型

条件致死突变型

形态突变型

抗原突变型

产量突变型

4.2自发突变——分子基础：

碱基的互变异构---转换和颠换

4．3诱发突变碱基结构类似物

胸腺嘧啶类似物-----５－溴尿嘧啶

腺嘌呤类似物--------２－氨基嘌呤

插入染料

溴化乙锭、吖啶橙

诱变剂

亚硝酸、羟胺类化合物、烷化剂

辐射和热

紫外线-----嘧啶二聚体

生物诱变因子：

转座因子

4.4诱变剂与致癌物质——Ames实验

4.5DNA损伤的修复

光复活作用：

光复合酶直接修复

切除修复

重组修复

SOS修复

第五节细菌的基因转移和重组

转化（transformation）

结合（conjugation,mating）

转导（transduction）

5.1转化

定义：

受体细胞直接吸收了来自供体细胞的DNA片断，并把它整合到自己的基因组中，细胞部分遗传性状发生变化的现象叫转化。

转化因子：

转化是游离的DNA片断的转移和重组，游离的DNA片断叫转化因子。

感受态：

受体细胞能接受转化的生理状态称为感受态，只有处于感受态的细菌才能接受转化因子。

特点：

不需两个细胞直接接触，供体DNA提取出来，注入受体即可

根据感受态建立方式，可以分为自然转化：

感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特性；

人工转化：

人为诱导使细胞具有摄取DNA的能力；

核酸酶

细菌的染色体

DNA结合蛋白

感受态特异蛋白

<自然转化>

自由核苷酸

细菌生长到一定阶段，分泌出感受态因子，感受态因子与细胞表面受体相互作用，诱导一些感受态特异蛋白质表达，使细胞表面的DNA结合蛋白与核酸酶裸露出来，使其具有与DNA结合的活性，DNA以双链的形式在细胞表面结合并遭到酶切，核酸内切酶切断一条链，被切断的链遭到核酸酶降解，成为寡核苷酸释放到培养基中，另一条链与感受态特异蛋白结合，进入细胞，通过同源重组以置换的方式整合进受体染色体DNA，经复制和细胞分裂后形成重组体。

<人工转化>高浓度钙离子诱导

电穿孔法

5.2接合

定义：

通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。

发现过程：

两株多重营养缺陷型菌株只有在混合培养后才能在基本培养基上长出原养型菌落，而未混合的两亲菌均不能在基本培养基上生长，说明发生了遗传交换和重组；

U型管试验→证明重组现象需要直接接触

F因子与结合

F+XF-杂交→F+&F+

性菌毛

F因子编码的性菌毛与受体细胞接触，使供体细胞与受体细胞相连；

性菌毛收缩，使给体和受体细胞紧密相连；

F因子的一条链被缺刻螺旋酶切断（具有TrayI，识别位点在oriT）；

转移链到达受体细菌后在宿主细胞编码的酶的作用下开始复制，最后给、受体各含有一个F因子。

供体

缺刻螺旋酶

DNA聚合酶III

HfrXF-杂交→Hfr&F-/Hfr

F因子除先导区外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中，故杂交后的受体因子仍然是F-

5.3转导

定义：

通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传形状的现象。

普遍性转导完全普遍转导

流产转导

局限性转导低频转导

高频转导

<普遍性转导>（完全缺陷噬菌体）

>>指噬菌体能转导供体细菌的任何基因

鼠伤寒沙门氏菌的P22噬菌体

大肠杆菌的P1噬菌体

枯草杆菌的PBS1、PBS2、SP10噬菌体等

>>其机制在于这些噬菌体可以整合在供体菌染色体DNA的任何位置上

噬菌体

<局限性转导>

>>噬菌体只能转导供体菌染色体DNA上的某些特定基因

只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点两侧的基因）

该特定基因由部分缺陷的噬菌体携带

>>低频转导

>>高频转导

在局限转导中，若对双重溶源菌进行诱导，就会产生含50％左右的局限转导噬菌体的高频转导裂解物，用这种裂解物去转导受体菌，就可获得高达50％左右的转导子，故称。

双重溶源菌：

同时感染有正常噬菌体和缺陷噬菌体的受体菌

>>Λ（lambda）

>>低m.o.i：

指λ远小于E.Coli的量

>>当用LFT裂解物以高m.o.i感染E.coligal–（不发酵半乳糖的营养缺陷型）菌株时，凡是感染有λdgal噬菌体任一细胞，几乎都同时感染有正常的λ噬菌体。

这时λ与λdgal同时整合在一个受体菌的核染色体组上，从而使它成为一个双重溶源菌（doublelysogen）。

当双重溶源菌被紫外线等诱导时，其中的正常λ噬菌体的基因可补偿λdgal缺失的部分基因功能，因而两种噬菌体就同时获得复制的机会。

所以在双重溶源菌中的正常λ噬菌体被称为助体（或辅助）噬菌体（helperphage）。

双重溶源菌的裂解物中含有等量的λ和λdgal粒子，称为HFT（高频转导）裂解物。

用HFT裂解物以低m.o.I感染另一个E.coligal–（不发酵半乳糖的营养缺陷型）受体菌，就可以高频率地把它转化为能发酵半乳糖的E.coligal+转导子。

是为高频转导

总结：

第六节诱变育种

自发突变与育种在生产中育种

定向培育优良菌株：

卡介苗的生产

诱变育种-三类突变株的筛选A产量突变株的筛选

B抗药性突变株的筛选

C营养缺陷型突变株的筛选

A产量突变株的筛选

——琼脂块培养法筛选

B抗药性突变株的筛选

C营养缺陷型突变株的筛选

夹层培养法

限量补充培养法

逐个检出法

影印平板法

>>

野生型菌株：

变异前的原始菌株。

基本培养基：

满足野生型菌株营养要求的最低成分合成培养基。

营养缺陷型菌株：

经过诱变产生，在一些营养物质的合成上出现缺陷，必须在基本培养基上加入相应的营养成分才能生长。

完全培养基：

满足微生物各种营养缺陷型菌株生长所需的培养基。

补充培养基：

在基本培养基上有针对性的加入一种或某几种营养物质，满足相应的营养缺陷型菌株生长的培养基。

DNAshuffling技术

原理：

将来源不同但功能相同的一组同源基因，用DNA核酸酶I进行消化产生随机小片段，由这些随机小片段组成一个文库，使之互成为引物和模板，进行PCR扩增，当一个基因拷贝片段作为另一基因拷贝的引物时，引起模板转换，重组基因因而发生，导入体内后，选择正突变体作新一轮的体外重组。

第七节基因工程