微生物的遗传与变异文档格式.docx

1、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WSSutton，染色体的遗传行为与性状的遗传行

2、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：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，证明遗传物质是DNA，而不是蛋白质。Fraenk

3、elConrat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

4、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（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

5、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

6、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+，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

7、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

8、色体的2%），分子量5*107D，6*104bp,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

9、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。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，

10、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。 3FF-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，

11、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 k12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）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

12、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。2DNA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

13、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83）。（四）感受态的机

14、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。