第九章微生物的遺傳變異遺傳：親代生物傳遞給子代生物的一套實(shí)現(xiàn)與其相同性狀的遺傳信息。變異：由于內(nèi)外環(huán)境作用，子代某一或幾個(gè)性狀與親代不一致，且能遺傳下一代。主要內(nèi)容第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)微生物發(fā)生變異的機(jī)制

第三節(jié)基因重組第四節(jié)基因工程第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)一、證實(shí)遺傳物質(zhì)的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)二、脫氧核糖核酸三、基因組DNA和染色體四、染色體以外的遺傳因子一、三個(gè)證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力）R型（菌體無(wú)莢膜，菌落表面粗糙，無(wú)致病能力）1928年，F(xiàn).Griffth作了3組實(shí)驗(yàn):1944年，Avery精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子實(shí)驗(yàn)證明，將R菌轉(zhuǎn)化為S菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA2、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)是DNA。DNA包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全部信息。3、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，遺傳信息的流向與DNA的傳遞是一致的。結(jié)論細(xì)胞生物的遺傳物質(zhì)是雙鏈DNA病毒的遺傳物質(zhì)可以是單鏈的或雙鏈的DNA或RNA，即：ssDNA，dsDNA，ssRNA或dsRNA。二、脫氧核糖核酸1．核酸的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)2．DNA的復(fù)制方式3．DNA的理化性質(zhì)1、核酸的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)DNA分子是由兩條相互平行、方向相反的多核苷酸單鏈以右手螺旋方向相互纏繞而形成的雙螺旋。脫氧核糖和磷酸構(gòu)成的主鏈位于外圍，通過(guò)氫鍵相互交聯(lián)的堿基處于雙螺旋的內(nèi)部。A-T,G-C；兩條單鏈互補(bǔ)；一條鏈的堿基序列限定了另一條鏈的序列。2、DNA的復(fù)制方式

細(xì)菌DNA的q-形復(fù)制真核生物DNA的復(fù)制10～100

mm復(fù)制叉復(fù)制叉復(fù)制原點(diǎn)

模板 新生鏈DNA的滾環(huán)復(fù)制模式

切口5’5’3’3’3’

模板

新生鏈新鏈連續(xù)復(fù)制互補(bǔ)鏈合成3、DNA的理化性質(zhì)（1）DNA的穩(wěn)定性（2）DNA的光學(xué)性質(zhì)（3）DNA的熱變性（4）復(fù)性、退火或雜交（5）分子特征與微生物分類(lèi)鑒定（1）DNA的穩(wěn)定性在溶液中，DNA具有一定的粘性，易受剪切力的破壞；易被核酸酶降解；在強(qiáng)酸中，DNA能被水解成堿基、糖和磷酸；在特定的稀酸中(如pH3-4)，不同堿基與核糖之間的糖苷鍵會(huì)發(fā)生特異性的斷裂，根據(jù)這種特異性可測(cè)定DNA的堿基序列；在稀堿如0.2當(dāng)量NaOH中，雙鏈DNA很快變性產(chǎn)生單鏈DNA，繼而單鏈DNA被進(jìn)一步破壞。（2）DNA的光學(xué)性質(zhì)DNA中的堿基屬于芳香簇化合物，能夠吸收紫外光(UV)。DNA吸收峰的光波波長(zhǎng)為260nm；當(dāng)濃度為1mg/ml時(shí)， dsDNA：A260=20 ssDNA、RNA：A260≌25人們根據(jù)A260測(cè)定DNA的濃度，根據(jù)A260/A280和估算DNA的純度。（3）DNA的熱變性雙鏈DNA在一定的高溫下解鏈(變性)產(chǎn)生單鏈DNA。雙鏈DNA完全解鏈后，紫外吸收值A(chǔ)260可以提高40％，當(dāng)吸收值的提高達(dá)到中點(diǎn)時(shí)的溫度稱(chēng)為解鏈溫度（Tm）。1.41.21.0708090100°CTm（4）復(fù)性、退火或雜交當(dāng)溫度緩慢降低時(shí)，序列互補(bǔ)的單鏈DNA能夠漸漸地重新配對(duì)，即復(fù)性。不同來(lái)源的DNA之間堿基序列互補(bǔ)的區(qū)段進(jìn)行的堿基配對(duì)，稱(chēng)為退火或雜交，這被廣泛應(yīng)用于DNA的擴(kuò)增、定點(diǎn)誘變、基因鑒別。（5）分子特征與微生物分類(lèi)鑒定DNA中的G＋C含量通常通過(guò)Tm值來(lái)測(cè)定。同一個(gè)屬的細(xì)菌，G＋C含量的變化一般小于10％。DNA－DNA雜交技術(shù)用于研究親緣關(guān)系近的微生物。如果兩菌株在最適條件下雜交，DNA相關(guān)性≧70%，且Tm值差別<5％，它們就被認(rèn)為同種。三、基因組DNA和染色體基因組：是指一種生物體內(nèi)單套遺傳物質(zhì)的全部遺傳基因。染色體：指攜帶細(xì)胞功能所必備的基因的遺傳單元。非細(xì)胞生物，它們的全套遺傳基因稱(chēng)為基因組，但不足以形成染色體。原核生物的染色體常為一個(gè)環(huán)狀的DNA分子。真核生物的細(xì)胞有幾條至幾十條染色體，各含一個(gè)線狀的DNA分子。

四、染色體以外的遺傳因子線粒體和葉綠體中含有的DNA能夠自體復(fù)制，并編碼執(zhí)行線粒體和葉綠體功能的蛋白，屬于染色體以外的遺傳因子。質(zhì)粒一般指存在于細(xì)菌、真菌等微生物細(xì)胞中，獨(dú)立于染色體以外，能進(jìn)行自我復(fù)制的遺傳因子。質(zhì)粒的大小為1～1000kb，常為環(huán)狀的雙鏈DNA分子，也有線狀DNA或RNA質(zhì)粒。有些質(zhì)粒既能夠整合到染色體上，又能以游離狀態(tài)存在，并能攜帶部分染色體基因進(jìn)行轉(zhuǎn)移，它們被稱(chēng)為附加體。

質(zhì)粒的特性可轉(zhuǎn)移性：可以細(xì)胞間的接合作用或其它途徑從供體細(xì)胞向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移可整合性：可以可逆性地整合到宿主細(xì)胞染色體上可重組性：不同來(lái)源的質(zhì)粒之間，質(zhì)粒與宿主細(xì)胞染色體間的基因可以發(fā)生重組可消除性：某些理化因素如加熱、加丫啶橙或絲裂霉素、溴化乙錠等均可使質(zhì)粒消除此外，還有互不相容性、耐堿性等。F–因子（fertilityfactor）又稱(chēng)致育因子或性因子，2×106D，94.5kb，相當(dāng)于核染色體DNA2%的環(huán)狀雙鏈DNA，足以編碼94個(gè)中等大小多肽其中1/3基因（tra區(qū)）與接合作用有關(guān)。存在于腸細(xì)菌屬、假單胞菌屬、嗜血桿菌、奈瑟氏球菌、鏈球菌等細(xì)菌中，決定性別。幾種代表性質(zhì)粒2.

R因子（resistencefactor）最初發(fā)現(xiàn)于痢疾志賀氏菌（Shigella

dysenteriae），后來(lái)發(fā)現(xiàn)還存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、Pseudomonas和Staphylococcus中。R因子由相連的兩個(gè)DNA片段組成，即抗性轉(zhuǎn)移因子（resistence

transforfactor，RTF）和抗性決定R因子（r-determinant），RTF為分子量約為11×106Dalton，控制質(zhì)粒copy數(shù)及復(fù)制，抗性決定質(zhì)粒大小不固定，從幾百萬(wàn)到100×106Dalton以上。其上帶有其它抗生素的抗性基因。幾種代表性質(zhì)粒3.Col因子（colicinogenicfactor）產(chǎn)大腸桿菌素因子。大腸桿菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的細(xì)菌素，能通過(guò)抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專(zhuān)一地殺死其它腸道細(xì)菌。大腸桿菌素都是由Col因子編碼的。Col因子可分為兩類(lèi)，分別以ColE1和ColIb為代表。ColE1無(wú)接合作用，是多拷貝的；ColIb具有通過(guò)接合作用轉(zhuǎn)移的功能，只有1~2個(gè)拷貝。凡帶Col因子的菌株，由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而對(duì)大腸桿菌素有免疫作用，不受其傷害。幾種代表性質(zhì)粒4.

降解性質(zhì)粒只在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)粒可為一系列能降解復(fù)雜物質(zhì)的酶編碼，從而能利用一般細(xì)菌所難以分解的物質(zhì)做碳源。這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名，例如有分解CAM（樟腦）質(zhì)粒，XYL（二甲苯）質(zhì)粒，SAL（水楊酸）質(zhì)粒，MDL（扁桃酸）質(zhì)粒，，NAP（奈）質(zhì)粒和TOL（甲苯）質(zhì)粒等。幾種代表性質(zhì)粒5.

Ti質(zhì)粒（tumorinducingplasmid）即誘癌質(zhì)粒。存在于根癌土壤桿菌（Agrobacteriumtumefaciens）中,可引起許多雙子葉植物的根癌當(dāng)細(xì)菌侵入植物細(xì)胞中后，在其細(xì)胞中溶解，把細(xì)菌的DNA釋放到植物細(xì)胞中。這時(shí)，含有復(fù)制基因的Ti質(zhì)粒的小片段與植物細(xì)胞中的核染色體發(fā)生整合，破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而使它轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。Ti質(zhì)粒長(zhǎng)200kb，是一個(gè)大型質(zhì)粒。當(dāng)前，Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。一些具有重要性狀的外源基因可借DNA重組技術(shù)設(shè)法插入到Ti質(zhì)粒中，并進(jìn)一步使之整合到植物染色體上，以改變?cè)撝参锏倪z傳性，達(dá)到培育植物優(yōu)良品種的目的。幾種代表性質(zhì)粒6.

巨大質(zhì)粒（mega質(zhì)粒）是近年來(lái)在Rhizobium（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量為200~300×106Dalton，比一般質(zhì)粒大幾十倍到幾百倍，故稱(chēng)巨大質(zhì)粒，其上有一系列固氮基因。幾種代表性質(zhì)粒第二節(jié)遺傳物質(zhì)的變異突變：生物體表象在遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)上發(fā)生可遺傳的變化；按原因可分為：自發(fā)突變和誘變，誘變又可分為點(diǎn)突變和畸變；突變誘變點(diǎn)突變畸變轉(zhuǎn)換：AG,TC顛換：AT,ACGC,GT缺失：ABCABABCA添加：ABCABCABC缺失：abc

ghijkl添加重復(fù)：abcabcdef插入：abcpqrdef易位：abcpqrghi倒位：abcfedghi自發(fā)突變移碼突變