第八章微生物遗传(教学用)课件.ppt
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- 第八 微生物 遗传 教学 课件
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1、第第 七七 章章微生物的遗传和变异微生物的遗传和变异教学重点教学重点w遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础(三个经典实验三个经典实验)w基因突变的特点(基因突变随机性的三个实验)基因突变的特点(基因突变随机性的三个实验)w基因突变的机制基因突变的机制w细菌的基因重组(转化、转导和接合实验)细菌的基因重组(转化、转导和接合实验)w诱变育种诱变育种w菌种保藏菌种保藏 生物亲代与子代之间,生物亲代与子代之间,在形态、结构和生理功能上在形态、结构和生理功能上常常相似,这就是遗传现象。常常相似,这就是遗传现象。金丝猴的后代仍然是金丝猴金丝猴的后代仍然是金丝猴牛的后代仍然是牛牛的后代仍然是牛DNADNA作
2、为遗传物质具备的条件作为遗传物质具备的条件 什么结构什么结构或物质具备这或物质具备这些条件呢?些条件呢?1 1、稳定性稳定性2 2、连续性连续性3 3、与蛋白质合成有关与蛋白质合成有关 4 4、变异性变异性第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 肺炎球菌肺炎球菌Griffith转化试验示意转化试验示意混合培养混合培养RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型热死菌型热死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死病死病死病死(3)S型菌的无细胞抽提液试验型菌的无细胞抽提液试验(二)噬菌体细菌的实验 噬噬菌菌体体细
3、细菌菌的的实实验验 同同位位素素标标记记法法(二)噬菌体感染实验(二)噬菌体感染实验(三)病毒的拆开与重建实验(三)病毒的拆开与重建实验分离纯化分离纯化TMVHRVHRVTMV二、遗传物质在细胞中的存在方式二、遗传物质在细胞中的存在方式(一)细胞水平(一)细胞水平(二)细胞核水平(二)细胞核水平(三)染色体水平(三)染色体水平(四)核酸水平四)核酸水平(五)基因水平(五)基因水平(六)密码水平(六)密码水平(七)核苷酸水平(七)核苷酸水平微生物的染色体外遗传因子微生物的染色体外遗传因子 质粒是存在于微生物染色体外的主要遗传质粒是存在于微生物染色体外的主要遗传物质,多数为闭合环状双链的物质,多数
4、为闭合环状双链的DNADNA,具有麻花状,具有麻花状的超螺旋结构,少数为线状、开环状,能自主的超螺旋结构,少数为线状、开环状,能自主复制。复制。大小:大小:1.01.01000kb1000kb 分子量:分子量:10106 610108 8,相当核基因组的相当核基因组的1 1%。1.F1.F因子(因子(fertility factorfertility factor):):又称致育因子或性因子,分子质量又称致育因子或性因子,分子质量63MDa63MDa,大小,大小约约100kb100kb,相当于核染色体,相当于核染色体DNA2%DNA2%的环状双链的环状双链DNADNA,足,足以编码以编码949
5、4个中等大小多肽,其中个中等大小多肽,其中1/31/3基因(基因(tratra区)区)与接合作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、与接合作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中,决定性嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中,决定性别。可分为别。可分为复制控制区复制控制区、插入与缺失区插入与缺失区和和转移操纵转移操纵子子三部分。三部分。(一)质粒的主要类型(一)质粒的主要类型一、质粒一、质粒 最早在大肠杆菌中发现,后在志贺氏菌属最早在大肠杆菌中发现,后在志贺氏菌属(ShigellaShigella)、沙门氏菌属()、沙门氏菌属(SalmonellaSalmonel
6、la)和链球)和链球菌属(菌属(StreptococcusStreptococcus)等其他细菌中也发现了与)等其他细菌中也发现了与大肠杆菌类似的致育因子。大肠杆菌类似的致育因子。在放线菌中,天蓝色链霉菌含有在放线菌中,天蓝色链霉菌含有SCP1SCP1和和SCP2SCP2两两种致育质粒,这两种质粒在天蓝色链霉菌的接合过种致育质粒,这两种质粒在天蓝色链霉菌的接合过程中起重要作用,带动染色体从供体细胞向受体细程中起重要作用,带动染色体从供体细胞向受体细胞转移。胞转移。携带携带F F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F F+菌株(相当于雄性),菌株(相当于雄性),无无F F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F
7、F-菌株(相当于雌性)。菌株(相当于雌性)。2.R2.R因子(因子(resistance factorresistance factor)最初发现于痢疾志贺氏菌(最初发现于痢疾志贺氏菌(Shigella Shigella dysenteriaedysenteriae),后来发现还存在于),后来发现还存在于SalmonellaSalmonella、VibrioVibrio、BacillusBacillus、和和StaphylococcusStaphylococcus中。中。又称又称抗性质粒抗性质粒,是分布最广的质量之一,主,是分布最广的质量之一,主要包括要包括抗药性抗药性和和抗金属性抗金属性两大
8、类,简称两大类,简称R R质粒。带质粒。带有抗药性因子的细菌对几种抗生素或其他药物呈有抗药性因子的细菌对几种抗生素或其他药物呈现抗性。如现抗性。如RIRI质粒可使寄主对氯霉素、链霉素、质粒可使寄主对氯霉素、链霉素、磺胺、氨苄青霉素和卡那霉素有抗性。磺胺、氨苄青霉素和卡那霉素有抗性。R R因子由相连的两个因子由相连的两个DNADNA片段组成,即片段组成,即抗性转移抗性转移因子因子(resistence transforresistence transfor factor factor,RTF RTF)和)和抗性决定抗性决定R R因子因子(r-determinantr-determinant),含
9、),含1-21-2个抗性个抗性基因基因,如抗生素的抗性基因。如抗生素的抗性基因。R R因子能自行重组,来自不同耐药株的因子能自行重组,来自不同耐药株的R R因子基因子基因整合在一起,构成多重耐药菌株。因整合在一起,构成多重耐药菌株。R-R-因子在细胞内的因子在细胞内的copycopy数可从数可从1-21-2个到几十个,个到几十个,分为分为严紧型严紧型和和松弛型松弛型两种,经氯霉素处理后,松弛两种,经氯霉素处理后,松弛型质粒可达型质粒可达2000-30002000-3000个个/细胞。细胞。3.Col3.Col因子(因子(colicinogeniccolicinogenic factor fac
10、tor)ColCol因子又称产因子又称产大肠杆菌素因子大肠杆菌素因子。许多细菌都。许多细菌都能产生某些代谢产物,能产生某些代谢产物,抑制或杀死其他近缘细菌或抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株同种不同菌株,因为这些代谢产物是由质粒编码的,因为这些代谢产物是由质粒编码的蛋白质,不象抗生素那样具有很广的杀菌谱,所以蛋白质,不象抗生素那样具有很广的杀菌谱,所以称为称为细菌素细菌素(bacteriiocinbacteriiocin)细菌素种类很多细菌素种类很多,一般根据产生菌的种类进行一般根据产生菌的种类进行命名:命名:E.coliE.coli产生的细菌素为产生的细菌素为colicinscolicin
11、s(大肠杆菌(大肠杆菌素)素),此外还有枯草杆菌素、乳酸菌素、根瘤菌素,此外还有枯草杆菌素、乳酸菌素、根瘤菌素等。等。大肠杆菌素是产自大肠杆菌的一种蛋白质,具大肠杆菌素是产自大肠杆菌的一种蛋白质,具有专一性地杀死其亲缘关系很近的、不具有专一性地杀死其亲缘关系很近的、不具ColCol质粒质粒的其它肠道细菌的功能。的其它肠道细菌的功能。由由G G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与与colicinscolicins有所不同,但通常也是由质粒基因编码,有所不同,但通常也是由质粒基因编码,有些甚至有商业价值,例如一种乳酸细菌产生的细有些甚至有商业价值,例如一种乳
12、酸细菌产生的细菌素菌素NisinANisinA能强烈抑制某些能强烈抑制某些G G+细菌的生长,而被用细菌的生长,而被用于食品工业的保藏。于食品工业的保藏。4.4.毒性质粒(毒性质粒(virulence plasmidvirulence plasmid)许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的,这些的,这些质粒具有编码毒素的基因,其产物对宿主质粒具有编码毒素的基因,其产物对宿主(动物、植物)造成伤害。(动物、植物)造成伤害。产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一,其中许多菌株含有为一种或多种肠毒病原菌之
13、一,其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒。素编码的质粒。苏云金杆菌含有编码苏云金杆菌含有编码内毒素内毒素(伴孢晶体中伴孢晶体中)的的质粒。质粒。根癌土壤杆菌所含根癌土壤杆菌所含TiTi质粒是引起双子叶植物冠质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子。瘿瘤的致病因子。TiTi质粒上的一段特殊质粒上的一段特殊DNADNA片段片段转移至植物细胞内并整合在其染色转移至植物细胞内并整合在其染色体上,导致细胞无控制地瘤状增生,体上,导致细胞无控制地瘤状增生,合成正常植物所没有的冠瘿碱化合合成正常植物所没有的冠瘿碱化合物,破控制细胞分裂的激素调节系物,破控制细胞分裂的激素调节系统,使它转为癌细胞。统,使它
14、转为癌细胞。TiTi质粒已成为植物遗传工程研质粒已成为植物遗传工程研究的重要载体,一些具重要性状的究的重要载体,一些具重要性状的外源基因可借外源基因可借DNADNA重组技术插入重组技术插入TiTi质粒并使之整合到植物染色体上,质粒并使之整合到植物染色体上,以改变植物的遗传性,培育植物优以改变植物的遗传性,培育植物优良品种。良品种。5.5.代谢质粒(代谢质粒(Metabolic plasmidMetabolic plasmid)代谢质粒上携带有有利于微生物生存的基因,代谢质粒上携带有有利于微生物生存的基因,如能如能降解某些基质的酶,进行共生固氮,或产生抗降解某些基质的酶,进行共生固氮,或产生抗生
15、素(某些放线菌)等。生素(某些放线菌)等。降解质粒降解质粒-假单胞菌假单胞菌能能将复杂的有机化合物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。境保护方面具有重要的意义。近年来在根瘤菌属中发现一种比一般质粒大几近年来在根瘤菌属中发现一种比一般质粒大几倍到几百倍称巨大质粒,质粒有一系列固氮基因。倍到几百倍称巨大质粒,质粒有一系列固氮基因。6.6.隐秘质粒隐秘质粒 不显示任何表型效应,只有通过物理方不显示任何表型效应,只有通过物理方法,如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才法,如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现
16、它的存在。它们存在的生物学意义不能发现它的存在。它们存在的生物学意义不清楚。清楚。(二)质粒的特性与应用(二)质粒的特性与应用 质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的;有时能质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的;有时能赋予宿主细胞以特殊的机能,从而使宿主得到生长优势。赋予宿主细胞以特殊的机能,从而使宿主得到生长优势。1.1.质粒的特性质粒的特性(1)(1)位于核基因组外;位于核基因组外;(3)3)自主复制自主复制(4)(4)有的质粒可整合到核染色体上;有的质粒可整合到核染色体上;(5)(5)可重组(质粒与质粒间,质粒与染色体间);可重组(质粒与质粒间,质粒与染色体间);(7)(7)有的质粒可
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