1、微生物學(xué)復(fù)習(xí)提綱第一章第八章 微生物遺傳遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質(zhì)特性之一遺傳型：生物的全部遺傳因子及基因。表型（表現(xiàn)型）：具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過生長(zhǎng)發(fā)育所表現(xiàn)出來的形態(tài)等生物學(xué)特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點(diǎn)：遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：t微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。t很多常

2、見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長(zhǎng)繁殖。t對(duì)環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強(qiáng)。第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)一、證明核酸是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：（參見 P194）（一） 轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（二） 噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)（三） 病毒的拆開和重建實(shí)驗(yàn)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考（參見 P191 和 P195）亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白質(zhì)致病因子，迄今為止尚為發(fā)現(xiàn)該蛋白內(nèi)含有核酸。其致病作用是由于動(dòng)物體內(nèi)正常的蛋白質(zhì)PrP c改變折疊狀態(tài)為PrP sc所致，而這二種蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)并沒有改變。第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、概念（參見 P197）基因組（genome）：一個(gè)物種的單倍體的所有染色體及其

3、所包含的遺傳信息的總稱。原核生物（如細(xì)菌），多為單倍體（在一般情況下只有一條染色體）真核微生物，多條染色體，例如啤酒酵母有16條染色體。有時(shí)為雙倍體二、微生物與人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃 （Human Genome Project）1985年提出； 1990年正式開始實(shí)施； 2003年6月，測(cè)序工作完成；后基因組時(shí)代（Postgenome Era）微生物基因組測(cè)序工作是在人類基因組計(jì)劃的促進(jìn)下開始的，最開始是作為模式生物，后來不斷發(fā)展，已成為研究微生物學(xué)的最有力的手段。被選擇進(jìn)行全基因組測(cè)序的微生物：1、人類基因組計(jì)劃中的模式生物2、與人類生活關(guān)系密切的微生物3、對(duì)闡明生物學(xué)基本問題有價(jià)值的

4、微生物三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（參見 P197-200）1、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組：1）染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；2）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；3）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；4）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；5）基因組的重復(fù)序列少而短。操縱子（operon）：功能相關(guān)的幾個(gè)基因前后相連，再加上一個(gè)共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點(diǎn)（啟動(dòng)子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作。2、真核微生物（啤酒酵母）的基因組：1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；4）重復(fù)序列多。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子質(zhì)粒（plas

5、mid）：一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。轉(zhuǎn)座因子（transposable element）：位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的DNA序列，廣泛分布于原核和真核細(xì)胞中。質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子是細(xì)胞中除染色體以外的另外二類遺傳因子一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡(jiǎn)稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；（細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）。2、質(zhì)粒的檢測(cè)t提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；t超速離心或瓊脂糖

6、凝膠電泳后觀察；t 對(duì)于實(shí)驗(yàn)室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點(diǎn)，如抗藥性初步判斷。 二、質(zhì)粒的主要類型質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。質(zhì)粒所編碼的功能和賦予宿主的表型效應(yīng)致育因子（Fertility factor，F(xiàn)因子）抗性因子（Resistance factor，R因子）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocin production plasmid）毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmid）隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmid）第四節(jié) 基因突變及修復(fù)基因突

7、變：一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變（參見 P 206）?；蛲蛔兪侵匾纳飳W(xué)現(xiàn)象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉(zhuǎn)移、重組一起提供了推動(dòng)生物進(jìn)化的遺傳多變性。突變：自發(fā)突變 環(huán)境因素的影響，DNA復(fù)制過程的偶然錯(cuò)誤等而導(dǎo)致，一般頻率較低，通常為10-6-10-9 ；誘變 某些物理、化學(xué)因素對(duì)生物體的DNA進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。一、基因突變的特點(diǎn)：（參見 P 209）1、特點(diǎn)1）非對(duì)應(yīng)性2）稀有性3）規(guī)律性4）獨(dú)立性5）遺傳和回復(fù)性6）可誘變性2、實(shí)驗(yàn)證據(jù)如何證明基因突變的非對(duì)應(yīng)性？三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對(duì)應(yīng)關(guān)

8、系！二、常見的微生物突變類型1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）：一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長(zhǎng)。表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長(zhǎng)。營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標(biāo)記和育種的重要手段。營養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營養(yǎng)物的前三個(gè)英文小寫斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母C同一表型中不同基因的突變）；表型：同前，但第一個(gè)字母大寫，且不用斜體：HisC。2）抗藥性突變型（resistant mutant）基因突變使菌株對(duì)某種或某幾種藥物，特別是

9、抗生素，產(chǎn)生抗性。表示方法：所抗藥物的前三個(gè)小寫斜體英文字母加上“r”表示strr 和 strs 分別表示對(duì)鏈霉素的抗性和敏感性。3）條件致死突變型（conditional lethal mutant）：在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用ts（temperaturesensitive）表示，這類突變?cè)诟邷叵拢ㄈ?2）是致死的，但可以在低溫（如25-30）下得到這種突變。三、誘變劑與致癌物質(zhì)Ames試驗(yàn)（參見 P 212）美國加利福尼亞大學(xué)的Bruce Ames教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗(yàn)具體操作：檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌(

10、Salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率。回復(fù)突變(reverse mutation或back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變。由于生物體內(nèi)、體外可能存在的差異，可在體外加入哺乳動(dòng)物（如大鼠）微粒體酶系統(tǒng)，使待測(cè)物活化，使Ames試驗(yàn)的準(zhǔn)確率達(dá)80-90%。第五節(jié) 細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移和重組細(xì)菌的三種水平基因轉(zhuǎn)移形式：接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、自然轉(zhuǎn)化（參見 P 215）接合 (conjugation)：細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸（由F因子介導(dǎo)）轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)：由噬菌體介導(dǎo)自然遺傳轉(zhuǎn)化(n

11、atural genetic transformation)：游離DNA分子 + 感受態(tài)細(xì)胞一、細(xì)菌的接合作用(conjugation)通過細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過程。1.實(shí)驗(yàn)證據(jù)參見P 2161946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm細(xì)菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)。證實(shí)接合過程需要細(xì)胞間的直接接觸的“U”型管實(shí)驗(yàn)（ Bernard Davis，1950 ）。2. 機(jī)制（參見P 215）F因子的四種細(xì)胞形式 (參見P202)1） F+×F-雜交F+菌株的F因子向F-細(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細(xì)胞的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。雜

12、交的結(jié)果：給體細(xì)胞和受體細(xì)胞均成為F+細(xì)胞。理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株。2）Hfr ×F-雜交（參見P 217）Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給F-細(xì)胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株。Hfr菌株仍然保持著F+細(xì)胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細(xì)胞進(jìn)行接合。所不同的是，當(dāng)OriT序列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導(dǎo)區(qū)(leading region)結(jié)合著染色體DNA向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移，F(xiàn)因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移染色體的末端，由于轉(zhuǎn)移過程常被中斷，因此F因

13、子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞(或接合子)大多數(shù)仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞（或稱接合子）大多數(shù)仍然是F-。（參見P218）3）F×F-雜交（參見P218）細(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又常稱為性導(dǎo)（sexduction）、F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-duction），或F因子媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-mediated transduction）。Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)， 形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子

14、，特稱為F因子。F×F-與F+×F-的不同：給體的部分染色體基因隨F一起轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞。二、細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）（參見P218）由噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式：一個(gè)細(xì)胞的DNA通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中。能將一個(gè)細(xì)菌宿主的部分染色體或質(zhì)粒DNA帶到另一個(gè)細(xì)菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的二種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction） （參見P218）噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)給體染色體的任何部分到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程(1) 意外的發(fā)現(xiàn)（參見P218）(2) 轉(zhuǎn)導(dǎo)模型（參見P219）普遍性轉(zhuǎn)

15、導(dǎo)的三種后果：A.進(jìn)入受體的外源DNA通過與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子;B.流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortive transduction）1不轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進(jìn)行重組和復(fù)制，但其攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)。DNA不能復(fù)制，因此群體中僅一個(gè)細(xì)胞含有DNA，而其它細(xì)胞只能得到其基因產(chǎn)物，形成微小菌落。特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落。C.外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）（參見P219）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：a）被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共價(jià)地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進(jìn)行復(fù)制、包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包

16、裝的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個(gè)別基因?qū)胧荏w，故稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基因具有隨機(jī)性。三、細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化（genetic transformation）（參見P220）定義：同源或異源的游離DNA分子(質(zhì)粒和染色體DNA)被自然或人工感受態(tài)細(xì)胞攝取，并得到表達(dá)的水平方向的基因轉(zhuǎn)移過程。感受態(tài)細(xì)胞：具有攝取外源DNA能力的細(xì)胞。1、自然遺傳轉(zhuǎn)化（簡(jiǎn)稱自然轉(zhuǎn)化）（參見P221）1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：建立了感受態(tài)的受體

17、細(xì)胞;外源游離DNA分子。轉(zhuǎn)染(transfection)：噬菌體DNA被感受態(tài)細(xì)胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒。特點(diǎn)：提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化的（而非感染）途徑進(jìn)入細(xì)胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的病毒顆?！，F(xiàn)在把DNA轉(zhuǎn)移至動(dòng)物細(xì)胞的過程也稱轉(zhuǎn)染?！敖雍稀?“轉(zhuǎn)導(dǎo)” 及“自然轉(zhuǎn)化”這三種在自然界中存在的細(xì)菌遺傳重組過程各自的特點(diǎn)：a）外源DNA的來源及進(jìn)入途徑有差異；b）決定因素也各有不同。如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)三種途徑進(jìn)行區(qū)分？2、人工轉(zhuǎn)化（參見P222）四、基因定位和基因組測(cè)序（參見P223）基因定位：通過遺傳重組等手段確定不同的基因在染色體上的位置及相對(duì)距離，從而獲得遺傳圖譜。細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移的三種方式（接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化）都可以用來進(jìn)行細(xì)菌基因組作圖?；蚪M測(cè)序：測(cè)定待測(cè)生物基因組的所有堿基排列順序，并在此基礎(chǔ)上對(duì)遺傳信息進(jìn)行研究和分析。1、中斷雜交（interrupted mating）技術(shù)2、基因連鎖3、遺傳圖譜4、基因組測(cè)序5、基因組序列的注釋和意義第八節(jié) 菌種