环境工程微生物学-6：微生物遗传新课件.ppt

1、生物生物基因数基因数基组大小基组大小(bp)MS2噬菌体(MS2 Phage)33103 噬菌体(Phage)505104T40噬菌体(T4 Phage)1502105 生殖道枝原体(Mycoplasma genitalium)4730.58106詹氏甲烷球菌(Methanococcus jannaschii)*16821.66106幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)1.66106 流感嗜血菌(Hacmophilus influenzae)17601.83106枯草杆菌(Bacillus subtilis)37004.2106大肠杆菌(Escherichia coli)410

2、04.7106黄色粘球菌(Myxococcus xanthus)80009.4106啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)580013.5106脉孢菌属(Neurospora)500060106果蝇(Drosophila melanogaster)12000165106Nicotiana tobacum(一种烟草)430004500106拟南芥菜(Arabidopsis thaliana)160003300070-145106人(human)30109啤酒酵母的染色体染色体染色体长度长度(kbp)基因数基因数tRNA基因数基因数2301064813423133151721

3、015328142757729213270136101091573335632911143923110 74538724666334161078550229244872178442115109257120 94849917 注：号染色体长度只包括了二个拷贝rDNA，实际上有100-200个，长1-2106bp。plasmidplasmid 1.碱基变化与遗传信息的改变碱基变化与遗传信息的改变 不同的碱基变化对遗传信息的改变是不同的，可分为四种类型(2)插入染料(intercalating dye)这是一类扁平的具有三个苯环结构的化合物，在分子形态上类似于碱基对的扁平分子。所以它们是通过插入DN

4、A分子的碱基对之间，使其分开，从而导致DNA在复制过程中的滑动，这种滑动增加了一小段DNA插入和缺失的机率，导致突变率的增加，常引起移码突变。溴化乙锭和吖啶橙是这类诱变剂的代表。(3)直接与DNA碱基起化学反应的诱变剂 最常见的有亚硝酸、羟胺和烷化剂。亚硝酸能引起含NH2基的碱基(A.G.C)产生氧化脱氨反应，使氨基变为酮基，从而改变配对性质造成碱基置换突变。羟胺(NH2OH)几乎只和胞嘧啶发生反应，因此只引起GCAT的转换。甲磺酸乙酯(EMS)和亚硝基胍(NTG)都属于烷基化试剂，其烷基化位点主要在鸟嘌呤的N-7位和腺嘌呤N-3位上。但这两个碱基的其它位置以及其它碱基的许多位置也能被烷化，烷

5、化后的碱基也像碱基结构类似物一样能引起碱基配对的错误。亚硝基胍是一种诱变作用特别强的诱变剂，因而有超诱变剂之称，它可以使一个群体中任何一个基因的突变率高达1%，而且能引起多位点突点，主要集中在复制叉附近，随复制叉的移动其作用位置也移动。此外，硫酸二乙酯(DES)、乙基磺酸乙酯(EES)以及二乙基亚硝酸胺(DEN)等也都是常用的诱变烷化剂。自然转化：细菌生长到一定的阶段分泌一种小分子的蛋白质，称为感受态因子，这种感受态因子又与细胞表面受体(图中的M)相互作用，诱导一些感受态一特异蛋白质表达，其中一种是自溶素(autolysin)，它的表达使细胞表面的DNA结合蛋白及核酸酶裸露出来，使其具有与DN

6、A结合的活性。线型DNA分子的结合和进入细胞：DNA以双链形式在细胞表面的几个位点上结合并遭到酶的切割，核酸内切酶首先切断DNA双链中的一条链，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，另一条链与感受态一特异蛋白质结合，以这种形式进入细胞，并通过 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 证实接合过程的“U”型管实验（Bernard Davis，1950）l结果在LA-22端出现原养型his+try+。含有F因子的细胞：“雄性”菌株（F+），其细胞表面有性菌毛 不含F因子的细胞：“雌性”菌株（F-），细胞表面没有性菌毛PCR技术技术1.直接从基因组中

7、扩增直接从基因组中扩增（1）提取基因组）提取基因组DNA作模板作模板（2）根据目的基因序列设计引物）根据目的基因序列设计引物（3）PCR扩增扩增PCR技术Polymerase Chain Reaction双链双链DNA在在受热受热后，配对碱基的氢键断裂，后，配对碱基的氢键断裂，DNA两条链分开成为两条链分开成为单链单链。TGCATGCATATCTTGAACTAGAACTTGACGTACGTATGCATGCATATCTTGAAC3 5 5 3 3 5 5 3 TAGAACTTGACGTACGTA95oC（1）DNA模板变性模板模板模板（模板（template）95oCTGCATGCATATCTT

8、GAAC3 5 5 TAGAACTTGACGTACGTA3 人工合成的单链人工合成的单链DNA小片断，碱基顺序分别小片断，碱基顺序分别与所要扩增的模板与所要扩增的模板DNA双链的双链的5端相同端相同。（2）DNA模板与引物复性(退火）模板模板模板模板ATCTTGAAC5 3 ACGTACGTA5 3 引物引物引物引物引物（引物（primer）:40-65oCDNA聚合酶按碱基配对原则在模板上延聚合酶按碱基配对原则在模板上延伸伸DNA链。链。（3）DNA链的延伸TGCATGCATATCTTGAAC3 5 5 TAGAACTTGACGTACGTA3 模板模板模板模板ATCTTGAAC5 ACGTA

9、CGTA5 TaqTaq72oC理论上理论上25-30次循环就可以合成次循环就可以合成225-230条条DNA。变性变性复性（退火）复性（退火）延伸。延伸。（5）1个循环的结果个循环的结果（4）新一轮循环开始DNA elongation需要的模板量极低。需要的模板量极低。4.PCR的特点（1）特异性强）特异性强 PCR使用专门合成的使用专门合成的DNA引物引物。延伸过程是在延伸过程是在高温高温下进行。下进行。（2）敏感性高）敏感性高 这就避免了一般这就避免了一般DNA聚合酶污染和非引物聚合酶污染和非引物延伸形成的延伸形成的DNA。提高了反映的特异性。提高了反映的特异性。理论上只要一条模板链，理

10、论上只要一条模板链，32次循环就可合成约次循环就可合成约109条！条！RT-PCR：对模板的纯度要求低。对模板的纯度要求低。（5）可以扩增）可以扩增mRNA （4）简便 先用先用逆转录酶逆转录酶将将mRNA合成合成cDNA，再以，再以cDNA为模板进行扩增。为模板进行扩增。（3）快速）快速 整个整个PCR过程约过程约2-4小时即可完成。小时即可完成。不需要纯化，甚至可以直接用细菌。已固定或包不需要纯化，甚至可以直接用细菌。已固定或包埋的组织切片也可以直接用于作模板。埋的组织切片也可以直接用于作模板。PCR技术的应用In situ identification of archaea/SRB aggregates with fluorescently labelled rRNA-targeted oligonucleotide probes.The archaea are shown in red,and the SRB in green.The aggregates were visualized using filter sets specific for DAPI,CY3 and FLUOS for identical microscopic fields.