第8章微生物遗传与变异课件.ppt

1、本章内容：本章内容：第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础第二节第二节 基因与基因突变基因与基因突变第三节第三节 原核生物的基因重组原核生物的基因重组第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础一、遗传和变异一、遗传和变异遗传遗传：讲的是发生在亲子间即上下代间的关系，讲的是发生在亲子间即上下代间的关系，即指上一代生物如何将自身的一整套遗即指上一代生物如何将自身的一整套遗 传基因稳定地传递给下一代的行为或功传基因稳定地传递给下一代的行为或功 能，它具有极其稳定（保守）的特性。能，它具有极其稳定（保守）的特性。变异：变异：指生物体在某种外因或内因的指生物体在某种外因或内因的 作用

2、下所引起的遗传物质结构或作用下所引起的遗传物质结构或 数量的改变，亦即遗传型（基因数量的改变，亦即遗传型（基因 型）的改变。型）的改变。二、遗传变异的物质基础二、遗传变异的物质基础出现争论？出现争论？19世纪末，德国、生物体的物质分为体质和世纪末，德国、生物体的物质分为体质和种质种质20世纪初，基因学说，染色体由核酸和世纪初，基因学说，染色体由核酸和蛋白质蛋白质组成组成1944年，年，3个实验证明个实验证明核酸核酸是生物遗传变异物质基础是生物遗传变异物质基础（一）经典转化实验（一）经典转化实验（二）噬菌体感染实验（二）噬菌体感染实验（三）植物病毒的重建实验（三）植物病毒的重建实验第二节第二节

3、基因与基因突变基因与基因突变本节内容：本节内容：u 基因突变基因突变u 基因突变的类型及分离基因突变的类型及分离u 基因突变的机制基因突变的机制 狭义：狭义：又称点突变，是指一个基因内部遗又称点突变，是指一个基因内部遗 传结构或传结构或DNA序列的任何改变，包序列的任何改变，包 括一对或少数几对碱基的缺失、插括一对或少数几对碱基的缺失、插 入或置换而导致的遗传变化。入或置换而导致的遗传变化。一、基因突变一、基因突变广义：广义：又称多位点突变或染色体畸变，是指基又称多位点突变或染色体畸变，是指基 因组大范围的重排，包括打断染色体的因组大范围的重排，包括打断染色体的 缺失、重复、倒位、插入、置换（

4、包括缺失、重复、倒位、插入、置换（包括 易位）以及基因组中重组或转座现象。易位）以及基因组中重组或转座现象。二、基因突变的类型及分离二、基因突变的类型及分离（一）碱基变化与遗传信息的改变（一）碱基变化与遗传信息的改变（二）表型变化（二）表型变化（一）碱基变化与遗传信息的改变（一）碱基变化与遗传信息的改变1 1、同义突变、同义突变2 2、错义突变、错义突变3 3、无义突变、无义突变4 4、移码突变、移码突变无义突变无义突变?是指编码某一氨基酸的三联体密码经碱基替是指编码某一氨基酸的三联体密码经碱基替换后换后,变成不编码任何氨基酸地终止密码变成不编码任何氨基酸地终止密码UAA、UAG或或UGA。虽

5、然无义突变并不引起氨基酸编码的错误虽然无义突变并不引起氨基酸编码的错误,但但由于终止密码出现在一条由于终止密码出现在一条的中间部的中间部位，就使多肽链的翻译就此终止，形成一条位，就使多肽链的翻译就此终止，形成一条不完整的多肽链。不完整的多肽链。（二）表型变化（二）表型变化表型：表型：指可观察或可检测到的个体性状或特征，指可观察或可检测到的个体性状或特征，是特定的基因型在一定环境条件下的表现。是特定的基因型在一定环境条件下的表现。基因型：基因型：指贮存在遗传物质中的信息，也就是它指贮存在遗传物质中的信息，也就是它 的的DNA碱基顺序。碱基顺序。几种常见的表型变化的几种常见的表型变化的突变型突变型

6、1 1、营养缺陷型、营养缺陷型 2 2、抗性突变型、抗性突变型3 3、条件致死突变型、条件致死突变型4 4、形态突变型、形态突变型野生型：野生型：从自然界分离到的菌株一般称野生从自然界分离到的菌株一般称野生 型菌株，简称野生型。型菌株，简称野生型。突变型：突变型：野生型经突变后形成的带有新性状野生型经突变后形成的带有新性状 的菌株，称为突变株，又叫突变型。的菌株，称为突变株，又叫突变型。1 1、营养缺陷型、营养缺陷型 是一种由于基因突变丧失合成自身生存所是一种由于基因突变丧失合成自身生存所必需的一种或几种生长因子的能力，只能从周必需的一种或几种生长因子的能力，只能从周围环境或培养基中获得这些营

7、养或其前体物质围环境或培养基中获得这些营养或其前体物质才能生长的一种突变型。才能生长的一种突变型。无法在基本培养基中正常生长、无法在基本培养基中正常生长、繁殖、只能在加有已知生长因繁殖、只能在加有已知生长因子的基本培养基上生长子的基本培养基上生长 2 2、抗性突变型、抗性突变型 是一种由于基因突变使菌株对某种或某几种是一种由于基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性的一种突变型。药物，特别是抗生素，产生抗性的一种突变型。3 3、条件致死突变型、条件致死突变型 是指某菌株或病毒经基因突变后，在某种是指某菌株或病毒经基因突变后，在某种条件下可正常的生长、繁殖并呈现其固有的表条件下可

8、正常的生长、繁殖并呈现其固有的表型，而在另一种条件下却无法生长、繁殖的突型，而在另一种条件下却无法生长、繁殖的突变类型。变类型。温度敏感突变株（温度敏感突变株（Ts突变株）：突变株）：是一类典型的条件致死突变株是一类典型的条件致死突变株例如例如T4噬菌体突变株在噬菌体突变株在25下可感染宿主大肠杆菌，下可感染宿主大肠杆菌，而在而在37时却不能感染时却不能感染 大肠杆菌的某些菌株在大肠杆菌的某些菌株在37下正常生长，而下正常生长，而在在42下却不能生长下却不能生长 突变使某些重要蛋白质的结构和功能发生突变使某些重要蛋白质的结构和功能发生改变，以致会在某特定温度下具有功能，而在改变，以致会在某特定

9、温度下具有功能，而在另一温度下则无功能另一温度下则无功能 4 4、形态突变型、形态突变型 指造成形态改变的突变型，包括影响指造成形态改变的突变型，包括影响细胞和菌落形态、颜色以及影响噬菌体的细胞和菌落形态、颜色以及影响噬菌体的噬菌斑形态的突变型。噬菌斑形态的突变型。是一类非选择性突变，形态突变和非是一类非选择性突变，形态突变和非突变类型均同样生长在平板上，只能靠突变类型均同样生长在平板上，只能靠看得见的形态变化筛选看得见的形态变化筛选 三、基因突变的机制三、基因突变的机制基因突变的机制是多样性的基因突变的机制是多样性的（一）自发突变（一）自发突变（二）诱发突变（二）诱发突变（一）自发突变（一）

10、自发突变1.定义：定义：指生物体在无人指生物体在无人 工干预下自然发工干预下自然发 生的低频率突变生的低频率突变2.原因原因:背景辐射和环境因素引起背景辐射和环境因素引起 微生物自身有害代谢产物引起微生物自身有害代谢产物引起 DNA复制时碱基配对错误引起复制时碱基配对错误引起（二）诱发突变（二）诱发突变 是指通过人为的方法，利用物理、化学或是指通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。注注诱发突变不是用诱变剂诱发突变不是用诱变剂产生新的突变产生新的突变,而是通过不而是通过不同的方式提高突变率同的方式提高突变率 诱变剂诱变剂：

11、凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂：凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂1 1、碱基类似物、碱基类似物 2 2、插入染料、插入染料3 3、直接与、直接与DNADNA起化学反应的诱变剂起化学反应的诱变剂4 4、辐射和热、辐射和热5 5、生物诱变因子、生物诱变因子第三节第三节 原核生物的基因重组原核生物的基因重组基因重组基因重组 两个不同来源的遗传物质进行两个不同来源的遗传物质进行交换，经过基因的重新组合，形成交换，经过基因的重新组合，形成新的基因型的过程。新的基因型的过程。原核生物基因从供体到受体的转移途径原核生物基因从供体到受体的转移途径 主要包括：主要包括：转化作用转化作用 转导作用转

12、导作用 接合作用接合作用一、转化一、转化（一）定义（一）定义 是指某一基因型的细胞从周围介质中吸收是指某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型细胞的来自另一基因型细胞的DNA（DNA片断或质片断或质粒），而使它的基因型和表型发生相应变化的粒），而使它的基因型和表型发生相应变化的现象现象。（二）转化作用的发现（二）转化作用的发现 肺炎链球菌分为肺炎链球菌分为S S型和型和R R型两种。从活型两种。从活的的S S型菌中抽提各种细胞成分（型菌中抽提各种细胞成分（DNADNA、蛋白、蛋白质、荚膜多糖等），然后对各种生化组分质、荚膜多糖等），然后对各种生化组分进行转化实验。进行转化实验。试试验验

13、转化转化S S菌的菌的DNA DNA 长出长出S菌菌 活活R R菌菌 转化转化S S菌的菌的RNA RNA 转化转化S S菌的蛋白质菌的蛋白质 只长出只长出R菌菌 转化转化S S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖 结果表明：结果表明：只有只有S型菌株的型菌株的DNA才能将才能将R型菌株转化为型菌株转化为S型型（三）环境中发生的自然转化（三）环境中发生的自然转化 自然转化现象首先是在肺炎链球菌中发现的，自然转化现象首先是在肺炎链球菌中发现的，70多年来已经发现许多细菌属中的某些种或某些株有自多年来已经发现许多细菌属中的某些种或某些株有自然转化的能力。近然转化的能力。近10多年来的研究已表明，通过自然多年来

14、的研究已表明，通过自然转化进行的基因转移过程已不是一种转化进行的基因转移过程已不是一种“实验室现象实验室现象”，而是广泛存在于自然界，可能是自然界进行基因交换而是广泛存在于自然界，可能是自然界进行基因交换的重要途径。环境中是否能发生自然转化，主要取决的重要途径。环境中是否能发生自然转化，主要取决于环境中是否存在具有转化活性的于环境中是否存在具有转化活性的及可吸收及可吸收DNA的的。供体菌的供体菌的dsDNA片断与感片断与感受态受体菌的膜连受态受体菌的膜连DNA结结合蛋白相结合合蛋白相结合一条链被核酸酶水解，另一条链被核酸酶水解，另一条进入细胞一条进入细胞 来自供体菌的来自供体菌的ssDNA片断

15、片断被细胞内的特异蛋白被细胞内的特异蛋白RecA结合结合其与受体菌核染色体上的其与受体菌核染色体上的同源区段配对、重组，形同源区段配对、重组，形成一小段杂合成一小段杂合DNA区段区段 （四）人工转化（四）人工转化大多数微生物在自然状态下根本不能发生转化大多数微生物在自然状态下根本不能发生转化 人工诱导人工诱导 PEG转化转化 Ca2+高压脉冲电流高压脉冲电流人工转化人工转化 电转化电转化 二、转导二、转导（一）定义（一）定义 是利用噬菌体为媒介，将供体菌的部分是利用噬菌体为媒介，将供体菌的部分DNA转移到受体菌的现象。转移到受体菌的现象。转导子转导子:由转导作用而获得由转导作用而获得部分新性状

16、的重组细胞部分新性状的重组细胞（二）种类（二）种类1、普遍性转导：、普遍性转导：在噬菌体感染供体菌的末期，供体在噬菌体感染供体菌的末期，供体 菌染色体被断裂成许多小片断，在形成噬菌体颗粒菌染色体被断裂成许多小片断，在形成噬菌体颗粒 时，少数噬菌体将供体菌的时，少数噬菌体将供体菌的DNA误认为是它们自己误认为是它们自己 的的DNA而包被在蛋白外壳内，从而形成转导噬菌体，而包被在蛋白外壳内，从而形成转导噬菌体，进而将其遗传性状传递给受体菌的现象。进而将其遗传性状传递给受体菌的现象。2、局限性转导：、局限性转导：以噬菌体为媒介，把供体菌的少数特以噬菌体为媒介，把供体菌的少数特 定基因携带到受体菌中，

17、并与后者的基因组整合、重定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重 组，形成转导子的现象。组，形成转导子的现象。区别：区别：在普遍性转导中，噬菌体可以转导供体在普遍性转导中，噬菌体可以转导供体 染色体的任何部分到受体细胞中；而在染色体的任何部分到受体细胞中；而在 局限性转导中，噬菌体总是携带同样的局限性转导中，噬菌体总是携带同样的 片段到受体细胞中。片段到受体细胞中。能进行局限性转导的能进行局限性转导的噬菌体一般都是温和噬菌体一般都是温和噬菌体，如噬菌体，如大肠杆菌大肠杆菌的的噬菌体噬菌体 三、接合三、接合（一）定义（一）定义 供体菌（供体菌（“雄性雄性”）通过性菌毛与受体菌）通过性菌毛与

18、受体菌（“雌性雌性”）直接接触，把）直接接触，把F质粒或其携带的质粒或其携带的不同长度的核基因组片断传递给后者，使后者不同长度的核基因组片断传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象。获得若干新遗传性状的现象。接合子接合子:通过接合而获得新通过接合而获得新遗传性状的受体细胞遗传性状的受体细胞（二）（二）F因子因子 细菌的接合作用是由细菌的接合作用是由F因子介导的因子介导的F质粒的结构：质粒的结构：(1)原点原点，转移的起点转移的起点(2)致育基因致育基因：形成性菌毛的基因群形成性菌毛的基因群(3)DNA复制酶基因复制酶基因(4)插入序列插入序列（insertion sequence，IS）（三）（三）F F因子在因子在E.coli 细胞中的存在状态细胞中的存在状态F+菌株：菌株：1至多个至多个F质粒质粒 1至多根性菌毛至多根性菌毛F-菌株：无质粒和性菌毛菌株：无质粒和性菌毛Hfr菌株：菌株：F质粒整合到宿质粒整合到宿 主染色体上主染色体上 F菌株：菌株：Hfr的的F质粒因不正质粒因不正 常切离形成游离的常切离形成游离的 携带整合位点附近携带整合位点附近 一小段核染色体基一小段核染色体基 因的特殊因的特殊F质粒质粒 （四）（四）F F因子与接合作用因子与接合作用1、F+F 杂交杂交2、Hfr F 杂交杂交3、F F 杂交杂交