1、第八章 微生物遺傳 一切生命體最基本的屬性之一 病原生物學教研室 喬媛媛,1 遺傳(heredity,inheritance)的物質(zhì)基礎(chǔ),一、遺傳物質(zhì)化學本質(zhì)的確認 肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗(Transformation experiment of S.pneumoniae)-F. Griffith 1928；Avery等19441949年 T2噬菌體的感染實驗 TMV(Tobacco Mosaic Virus)拆分與重建實驗,1.Griffith的轉(zhuǎn)化實驗,轉(zhuǎn)化實驗分析 小鼠是由S型菌的毒性作用致死的， S型菌？不是S型的殘留者 不是R型的回復突變 合理解釋：活的非致病性的R型從已被殺死的S型中

2、獲得了遺傳物質(zhì)，使其產(chǎn)生莢膜轉(zhuǎn)化為致病性的S型。 以上這種現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)化(transformation) 引起轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為轉(zhuǎn)化因子(transforming factor),2.DNA作為遺傳物質(zhì)的第一個實驗證據(jù),Avery等證明DNA為轉(zhuǎn)化因子,3.T2噬菌體的感染實驗,1952年Hershy等實驗證明，進入細菌細胞內(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。,二、RNA作為遺傳物質(zhì)TMV(Tobacco Mosaic Virus) 拆分與重建實驗,*雜種病毒的感染特征和蛋白質(zhì)的特性是由它的RNA決定的，而不是蛋白質(zhì)決定的，遺傳物質(zhì)是RNA,1956年F.Fraenkel-C

3、onrat,結(jié) 論,核酸是負荷遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ),三、朊病毒(prion)的發(fā)現(xiàn)和思考 亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白致病因子 其致病作用是動物體內(nèi)正常的prpc改變折疊狀態(tài)為prpsc 蛋白質(zhì)是否可作為遺傳物質(zhì)？ Prion是生命的一個特例？還是僅僅為表達調(diào)控的一種形式？ 蛋白質(zhì)折疊與功能的關(guān)系，是否存在折疊密碼？,2微生物的基因組結(jié)構(gòu),基因組(genome) 一個物種的單倍體所包含的遺傳信息的總稱。 細胞或病毒中的所有基因和非基因的DNA序列的總稱，包括結(jié)構(gòu)基因、調(diào)控序列、功能目前尚不清楚的DNA序列。,一、大腸桿菌(Escherichia coli)的基因組 1997年Wisconsin

4、 大學的Blattner等完成 4.7Mbp 4,100個基因；代表原核生物基因組 染色體為雙鏈環(huán)狀DNA分子（單倍體） 例外：布氏疏螺旋體(Borrelia burgdorferi)的染色體是線狀 遺傳信息的連續(xù)性 個別細菌（鼠傷寒沙門氏菌和犬螺菌）和古生菌的rRNA和tRNA含有內(nèi)含子和間隔序列,功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子 操縱子(operon)：功能相關(guān)的幾個結(jié)構(gòu)基因前后相連，再加上一共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點（啟動子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時協(xié)同動作原核基因表達多采用轉(zhuǎn)錄調(diào)控 組成核糖體的16S rRNA-23S rRNA-5S rRNA在同一轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中,結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rR

5、NA基因的多拷貝 E.coli有7個rRNA(rrn)操縱子，6個在DNA的雙向復制起點。 基因組的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟而有效 基因組的重復序列少而短 4-40bp; 10-1000次,二、啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 的基因組-1996年 13.5Mbp 5,800個基因；代表真核微生物的基因組 沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu) 典型的真核染色體結(jié)構(gòu)：16條染色體，四種主要組蛋白(H2A、H2B、H3、H4) 有間隔區(qū)和內(nèi)含子 高度重復（最顯著的特點） 遺傳豐余(genetic redundancy) ？,原核生物和真核生物的基因組比較,比較項目 原核生物 真核生物 基因組大小 小

6、大 復制起始點數(shù)目 一般1個 多個 染色體數(shù)目 一般1個 多個 染色體形態(tài) 環(huán)狀 線性 染色體與組蛋白結(jié)合 無 穩(wěn)定結(jié)合 核小體 無 有 基因連續(xù)性 強 差（被許多內(nèi)含子分割） 重復序列 少 多 非編碼序列 少 多 操縱子結(jié)構(gòu) 普遍存在 一般沒有 轉(zhuǎn)錄、翻譯部位 同在細胞質(zhì)中 核中轉(zhuǎn)錄、胞質(zhì)中翻譯,三、詹氏甲烷球菌(Methanococcus jannaschii)的基因組 1996美國基因組研究所(The Institute for Genomic Research,TIGR) 古生菌是真細菌與真核生物特征的一種奇異結(jié)合體 基因組結(jié)構(gòu)上類似細菌：1682個ORF，1.66Mbp， 環(huán)型染色體

7、DNA、無核膜、基本無內(nèi)含子 具有操縱子,負責信息傳遞功能的基因（復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯）則類似真核生物，特別是轉(zhuǎn)錄起始系統(tǒng)基本與真核生物一樣，與細菌的截然不同 RNA聚合酶在亞基組成和序列上類似真核生物的RNA聚合酶 和RNA聚合酶 啟動子位于-25 -30而非-10和-35 延伸因子、氨酰tRNA合成酶基因、起始因子等都與真核生物相似 5個組蛋白基因,古生菌基因組的意義,對研究生命的起源和進化具有重要意義 特有基因的研究為開發(fā)新藥物、生物活性物質(zhì)以及在工業(yè)中實施新技術(shù)開拓了廣闊前景,3質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子,質(zhì)粒（plasmid）：一種獨立于染色體外，能進行自主復制的細胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物

8、細胞中。對宿主細胞一般是非必須的 持(管)家基因(housekeeping gene) 轉(zhuǎn)座因子（trasposable element）：一種位于染色體或質(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胞中,通常以共價閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型（L型,linear form)雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒（疏螺旋體、鏈霉菌和酵母）；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；細菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi) OC型(open circular form),一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu),二、質(zhì)粒的類型,三、

9、質(zhì)粒的主要種類 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質(zhì)粒),與有性生殖有關(guān) 帶有F質(zhì)粒的為雄性(F+)菌，能長出性菌毛； 無F質(zhì)粒的為雌性(F-)菌，無性菌毛 F質(zhì)粒整合到宿主染色體上的菌株稱為高頻重組菌株(high frequence recombination,Hfr) 附加體(episome) F/因子,F質(zhì)粒的接合,抗性因子(resistance factor,R因子),編碼細菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的耐受性。 可通過細菌間接合進行傳遞的稱接合性耐藥質(zhì)粒，又稱R質(zhì)粒 不能通過接合傳遞的非接合性耐藥質(zhì)粒，但可通過噬菌體傳遞。,R質(zhì)粒的接合,

10、R質(zhì)粒的組成,耐藥性傳遞因子（RTF）：與F質(zhì)粒相似，編碼性菌毛,耐藥（r）決定因子：編碼對抗菌藥物的耐藥性,細菌素質(zhì)粒,編碼各種細菌產(chǎn)生的細菌素。 Col質(zhì)粒編碼大腸埃希菌產(chǎn)生大腸菌素 乳酸細菌的Ni-sinA能強烈抑制某些G+菌的生長，用于食品工業(yè),細菌素與抗生素的比較,毒性質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）,編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子。 許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對宿主（動物、植物）造成傷害。 如致病性的大腸埃希菌產(chǎn)生的耐熱性腸毒素是由ST質(zhì)粒編碼的。 細菌粘附定植在腸粘膜表面是由K質(zhì)粒決定的。,蘇云金桿菌含有編碼內(nèi)毒素(伴孢晶體中)的質(zhì)粒,根癌土壤

11、桿菌所含Ti質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子,Ti質(zhì)粒中的T-DNA可攜帶任何外源基因整合到植物基因組中，是植物基因工程中有效的克隆載體,代謝質(zhì)粒,編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶。 質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。 降解質(zhì)粒：將復雜的有機化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式，環(huán)境保護方面具有重要的意義。,假單胞菌： 具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、農(nóng)藥(2,4dichlorophenoxya-cetic acid)、辛烷和樟腦等的能力。,沙門菌發(fā)酵乳糖的能力通常是由質(zhì)粒決定的,隱蔽型質(zhì)粒,隱秘質(zhì)粒不顯示任何

12、表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測細胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。 它們存在的生物學意義，目前幾乎不了解。 在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性基因）,質(zhì)粒的特征,自我復制能力，為復制子，單拷貝或多拷貝 緊密型質(zhì)粒和松弛型質(zhì)粒 編碼產(chǎn)物賦予細菌某些性狀特征 可自行丟失與消除 消除：細胞中由于質(zhì)粒的復制受到抑制而染色體的復制并未受到明顯影響，細胞在繼續(xù)分裂的情況下質(zhì)粒被稀釋掉(diluted out),有轉(zhuǎn)移性 可分為相容性和不相容性 親和性(compatibility)與不親和性(incompatibility) 共同的復制因子或相同的分配系統(tǒng) 不

13、親和群(incompatibility group),四、轉(zhuǎn)座因子的類型和分子結(jié)構(gòu) 1983年諾貝爾獎，Barbarra MeClintock在玉米中發(fā)現(xiàn) 插入順序（insertion sequence,IS） 轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn） 轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體(Mu、D108) IS和Tn的共同特征： -轉(zhuǎn)座酶（transposase)基因 -反向末端重復序列(inverted terminal repeat,ITR),美國女遺傳學家 Barbura McClintock,插入序列（insertion sequence,IS） 是最小的轉(zhuǎn)座因子，長度不超過2kb，不攜帶任何已知與插入

14、功能無關(guān)的基因區(qū)域，往往是插入后與插入點附近的序列共同起作用，可能是原細胞正常代謝的調(diào)節(jié)開關(guān)之一。,在插入位點,IS 兩側(cè)總有短的正向重復(Direct repeat),轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn） 長度一般超過2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結(jié)構(gòu)基因等。因此當Tn插入某一基因時，一方面可引起插入基因失活產(chǎn)生基因突變，另一方面可因帶入耐藥性基因而使細菌獲得耐藥性。轉(zhuǎn)座子可能與細菌的多重耐藥性有關(guān)。,復合轉(zhuǎn)座子(compound transposon)/類型轉(zhuǎn)座子,復雜轉(zhuǎn)座子(complex transposon)/類型轉(zhuǎn)座子,整合子,它是E

15、.coli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位置上的一般溫和噬菌體不同，Mu噬菌體并沒有一定的整合位置。 與其他溫和性噬菌體的差別：其基因組不論在進入裂解周期或處于溶源狀態(tài)都可隨機整合到宿主染色體的任何位置，且游離的和已整合的基因次序是相同的. 與IS和Tn兩種轉(zhuǎn)座因子相比，Mu噬菌體的分子量最大（38kb），它含有20多個基因。Mu噬菌體引起的轉(zhuǎn)座可以引起插入突變，其中約有2是營養(yǎng)缺陷型突變。,Mu 噬菌體 (mutator phage),轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體 是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體，當整合到細菌染色體上，能改變?nèi)茉约毦哪承┥飳W性狀，如白喉棒狀桿菌、肉毒梭菌等的外毒

16、素就是由轉(zhuǎn)座噬菌體的有關(guān)基因所編碼的。另外，轉(zhuǎn)座噬菌體從細菌染色體分離脫落時，可能連帶有細菌的DNA片段，故它還可能在遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程中起載體作用。,轉(zhuǎn)座噬菌體,棒狀噬菌體 白喉棒狀桿菌 獲得白喉毒素,3類轉(zhuǎn)座因子及其特點比較,比較項目 IS Tn 轉(zhuǎn)座噬菌體 種類 單一 復合型和復雜型 Mu、D108等 大小/kbp 0.71.7 225 39 基因數(shù) 12 幾個10余個 20余個 末端序列 反向重復（941）反向或正向重復 反向重復 抗性基因 無 有 無 宿主 原核生物 原核、真核生物 E.coli等腸桿菌,轉(zhuǎn)座機制,Replicative transposition(復制性轉(zhuǎn)座),Non

17、-replicative transposition(非復制性轉(zhuǎn)座),五、轉(zhuǎn)座的遺傳學效應(yīng) 插入突變 插入失活、新基因的獲得 產(chǎn)生染色體畸變 復制性轉(zhuǎn)座 同源重組 缺失和倒位 基因的轉(zhuǎn)移和重排 新的操縱子或表達單元、新基因,4基因突變及修復 -突變是進化的源泉,基因突變(gene mutation) 變異的一種，遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生突然而穩(wěn)定的可遺傳的變化，可自發(fā)或誘變產(chǎn)生,一、基因突變的類型及其分離 1.堿基變化與遺傳信息的改變 堿基的置換引起的突變：,移碼突變：添加或缺失核苷酸，引起閱讀錯誤,2.表型(phenotype)突變 可觀察或可檢測到的個體性狀或特征，是特定的基因型(ge

18、notype)在一定環(huán)境條件下的表現(xiàn)。 除同義突變外，其它突變都可能導致表型的變化。,幾種常用的表型變化,（1）營養(yǎng)缺陷型(auxotroph) 缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物的突變型，只有從環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這種營養(yǎng)或其前體物才能生長。 hisCHisC hisC- 和hisC+,營養(yǎng)缺陷型的分離,夾層培養(yǎng)法 限量補充培養(yǎng)法 逐個檢出法 影印法,夾層培養(yǎng)法,限量補充培養(yǎng)法,將誘變處理后的細菌接種在含有微量（0.01%）蛋白胨的基礎(chǔ)培養(yǎng)基平板上，挑小菌落 欲獲得某一特定的營養(yǎng)缺陷型菌株，只要在相應(yīng)的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加微量的相應(yīng)物質(zhì),逐個檢出法,細菌誘變處理 完全培養(yǎng)基平板涂布 單菌落轉(zhuǎn)種基礎(chǔ)培養(yǎng)基

19、 培養(yǎng)觀察,影印法,幾種常用的表型變化,（2）抗藥性突變(resistant mutant) strr strs （3）條件致死突變(conditional lethal mutant)溫度敏感突變(temperature-sensitive,ts) （4）形態(tài)突變(morphological mutant),二、基因突變的分子基礎(chǔ) 1.自發(fā)突變 自發(fā)突變的特性 1、非對應(yīng)性突變的發(fā)生與環(huán)境因子無對應(yīng)性 2、稀有性一般為10-1010-6 3、規(guī)律性金葡以10-7產(chǎn)生抗青霉素的突變 4、獨立性 5、遺傳和回復性 6、可誘變性,分子基礎(chǔ) 1、復制錯誤DNA聚合酶 2、DNA的物理 3、自發(fā)突變的

20、一個最主要的原因是堿基能以互變異構(gòu)體(taumer)的不同形式存在 4、DNA鏈的滑動(slippage) 5、脫堿基作用：C脫氨基變?yōu)閁 6、轉(zhuǎn)座子、同源重組,腺嘌呤堿基互變異構(gòu)導致的自發(fā)突變(AT-CG),胸腺嘧啶也可以由酮式到烯醇式的異構(gòu)作用發(fā)生AT變成GT，經(jīng)復制后導致AT GC的變化,RNA基因組的突變 RNA基因組的突變率比DNA基因組高1000倍 RNA酶無糾錯活性 無修復機制,2.誘發(fā)突變 能使突變率提高到自發(fā)突變水平以上的物理、化學和生物因子稱為誘變劑(mutage),常用誘變劑,1、堿基類似物(base analog) 5-溴尿嘧啶（胸腺嘧啶結(jié)構(gòu)類似物） 2-氨基嘌呤（腺嘌

21、呤結(jié)構(gòu)類似物）,2、插入染料 溴化乙錠、吖啶橙 平面型三個苯環(huán)的化合物，結(jié)構(gòu)類似嘌呤或嘧啶 可以嵌入相鄰的兩個堿基之間，造成DNA雙鏈雙螺旋部分解開（兩個堿基對之間為0.34nm，嵌入一個吖啶分子后變?yōu)?.68nm，DNA復制過程中，使鏈上增添或減少一個堿基）,3、直接與DNA堿基起化學反應(yīng)的誘變劑 亞硝酸,羥胺 幾乎只與C反應(yīng)，引起GC AT 烷化劑 甲磺酸乙酯 （ethyl methane sulfonate,EMS)和亞硝基胍(nitrosoguanidine,NTG) -烷化位點主要在鳥嘌呤的N-7位和腺嘌呤N-3位上，烷化后的堿基引起堿基錯配。 NTG超誘變劑 -主要在復制叉附近,4

22、、輻射和熱 非電離輻射：紫外線(ultraviolet,UV) 嘧啶比嘌呤敏感的多：TT TC CC二聚體 電離輻射：X-射線，-射線，快中子、激光、離子束等 熱：使C脫氨基 U 導致GC AT 引起G-脫氧核糖鍵的移動，造成GC 到 CG的顛換,5、生物誘變因子 轉(zhuǎn)座子 Tn5隨機失活突變,Ames實驗 利用細菌模型了解潛在化學致癌物的誘變作用 “生物化學統(tǒng)一性”法則： 人和細菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。 誘變劑的共性原則： 化學藥劑對細菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比 超過95%的致癌

23、物質(zhì)對微生物有誘變作用 90%以上的非致癌物質(zhì)對微生物沒有誘變作用,美國加利福尼亞大學的Bruce Ames教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗 具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復突變率 回復突變(reverse/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，這種第二次突變稱為回復突變,Ames實驗檢測致癌物示意圖,證明Ames試驗重要性的應(yīng)用實例： 國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)停”，由于其藥效顯著，在60-70年代十分流行，但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯

24、增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用“反應(yīng)?！?，后來采用Ames試驗發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用 但如果能在這種藥物上市之前就進行Ames試驗檢測，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免,DNA損傷的修復,1、DNA聚合酶的糾錯功能 2、光復活作用(photoreactivation, photorestoration) 光解酶Phr在暗處專一識別嘧啶二聚體 酶-DNA復合物 二聚體拆開,3、切除修復(excision repair)暗修復,4、其他修復 重組修復：不將損傷堿基除去，而是通過復制后，經(jīng)染色體交換而進行修復,SOS修復：lexA阻遏蛋白 recA

25、、uvrA、uvrB、 uvrC,5細菌基因轉(zhuǎn)移和重組 生物進化的主要動力之一,一、細菌的接合作用 通過細胞與細胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過程,1.實驗證據(jù),1946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm 細菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實驗,中間平板上長出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致。,證實接合過程需要細胞間的直接接觸的“U”型管實驗（ Bernard Davis，1950 ）,接合機制(大腸桿菌的接合機制),接合作用是由F因子介導。 F因子的分子量通常為5107，上面有編碼細菌產(chǎn)生性菌毛及控制接合過程進行的20多個基因。,F因子為附

26、加體質(zhì)粒 既可以脫離染色體在細胞內(nèi)獨立存在，也可插入（整合）到染色體上,F因子的四種細胞形式,a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F(xiàn)因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收F因子而變成F+菌株； b）F+菌株(“雄性”菌株)， F因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。 c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。 d）F菌株，Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F因 子。 細胞表面同樣有性菌毛。,2. F+F-雜交 F+菌株的F因子向F-細胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細胞 的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。,所以最終雜交的結(jié)果是F-細

27、菌變成F+細菌，而原有的F+細菌則不變。,理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株,F DNA接合轉(zhuǎn)移模型,3.Hfr F-雜交 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菌染色體傳遞給F-細胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株(high frequence recombination,Hfr)。,Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細胞進行接合。 所不同的是，當OriT序列被缺口酶-螺旋酶(nickase-helicase)識別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導區(qū)(leading region)結(jié)合著染色體D

28、NA向受體細胞轉(zhuǎn)移。 F因子除先導區(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因子不易轉(zhuǎn)入受體細胞中。HfrF-雜交后的受體細胞(或接合子)大多數(shù)仍然是F-。,染色體上越靠近F因子的先導區(qū)的基因，進入的機會就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時間就越早，頻率也高。,4.FF-雜交,Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F因子。,FF-與F+F-的不同： 供體的部分染色體基因隨F一起轉(zhuǎn)入受體細胞 a）與染色體發(fā)生重組； b）繼續(xù)存在于F因子上，形成一種部分二倍體；,細胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又常稱為性導（sexducti

29、on）、F因子轉(zhuǎn)導（F-duction），或F因子媒介的轉(zhuǎn)導（F-mediated transduction）。,二、細菌的轉(zhuǎn)導,由噬菌體介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式 一個細胞的DNA或RNA通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個細胞中,細菌轉(zhuǎn)導的類型,普遍轉(zhuǎn)導,局限轉(zhuǎn)導,完全普遍轉(zhuǎn)導 流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導,低頻轉(zhuǎn)導 高頻轉(zhuǎn)導,普遍轉(zhuǎn)導（generalized transduction） 噬菌體可以轉(zhuǎn)導供體菌染色體的任何部分到受體細胞中的轉(zhuǎn)導過程,意外發(fā)現(xiàn):1951年Lederberg和Zinder等用多重營養(yǎng)缺陷型的鼠傷寒沙門氏菌,LT22A為攜帶P22噬菌體的溶源性細菌，LT2為非溶源性細菌。,

30、普遍性轉(zhuǎn)導的三種后果：,完全普遍轉(zhuǎn)導,流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導,轉(zhuǎn)導DNA不能進行整合、重組和復制，但其攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達。 因此群體中僅一個細胞含有DNA，而其它細胞只能得到其基因產(chǎn)物，在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落,局限轉(zhuǎn)導(specialized transduction),普遍性轉(zhuǎn)導與局限性轉(zhuǎn)導的區(qū)別,溶源轉(zhuǎn)變(lysogenic conversion) 是一個與轉(zhuǎn)導相似又不同的現(xiàn)象,溫和噬菌體感染細胞后使之發(fā)生溶源化，因噬菌體的基因整合到宿主染色體上，而使后者獲得了新性狀的現(xiàn)象。,溶源轉(zhuǎn)變的特點： 1、噬菌體不攜帶任何供體菌的基因； 2、噬菌體是完整的，而不是缺陷的； 3、噬菌體基因

31、的整合到宿主染色體上導致宿主獲得新性狀，無通過基因重組而形成的穩(wěn)定轉(zhuǎn)導子； 4、宿主獲得新性狀具有不穩(wěn)定性,三、細菌的遺傳轉(zhuǎn)化(transformation),1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae） 的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,目前已知有二十多個種的細菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力,進行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件： 1、建立了感受態(tài)的受體細胞 感受態(tài)細胞：具有攝取外源DNA能力的細胞 自然感受態(tài)的出現(xiàn)是細胞一定生長階段的生理特 性，受細菌自身的基因控制； 人工感受態(tài)則是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取DNA的能力，或人為地將DNA導入細胞內(nèi) 2、外源游離DN

32、A分子（轉(zhuǎn)化因子）,轉(zhuǎn)化過程（革蘭氏陽性菌的轉(zhuǎn)化模型）,轉(zhuǎn)化過程的特點,a）對核酸酶敏感； b）不需要活的DNA供體細胞； c）轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化供體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系； d）通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多,轉(zhuǎn)染(transfection)：,噬菌體DNA被感受態(tài)細胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒 轉(zhuǎn)染的特點：提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化的（而非感染）途徑進入細胞并表達后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。,人工轉(zhuǎn)化,在自然轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的一項細菌基因重組手段，是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。 不是由細菌自身的基因所控制； 用多種不同的技術(shù)處理受體細胞，使其人為地處于

33、一種可以攝取外源DNA的“人工感受態(tài)”。 用CaCl2處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉(zhuǎn)化手段。,四、基因定位和基因組測序,1.中斷雜交（interrupted mating）技術(shù) 利用HfrF-的接合過程，在不同時間取樣，并把樣品猛烈攪拌以分散接合中的細菌，然后分析受體細菌基因型，以時間(分鐘)為單位繪制遺傳圖譜，該圖譜是細菌染色體上基因順序的直接反映。,大腸桿菌基因組很大（全部轉(zhuǎn)移 需要100分鐘），其遺傳圖譜須用 多株F因子整合在不同位置的Hfr 菌才能完成,2.基因連鎖 如果兩個基因在染色體上是緊密連鎖的，那么它們可以同時被轉(zhuǎn)化，也稱共轉(zhuǎn)化(cotransformation)，連鎖的兩個

34、基因基因越近，其共轉(zhuǎn)化頻率越高。 兩個處在同一轉(zhuǎn)導片段上的基因通過普遍性轉(zhuǎn)導一起整合進受體染色體中稱共轉(zhuǎn)導(cotransduction)。 共轉(zhuǎn)導和共轉(zhuǎn)化都是基因定位的重要技術(shù),3.基因組測序,1995年第一個自由生活的生物流感嗜血桿菌的全基因組測序由J.Craig Venter和Hamilton Smith完成。,全基因組鳥槍測序 (whole-genome shotgun sequencing),1.克隆文庫的構(gòu)建 2.DNA片段自動測序 3.計算機拼接 4.缺口(gap)的填補,基因組序列測定的意義,通過對病原微生物基因組序列的分析，可以使我們更好地了解其致病機制及其與宿主相互關(guān)系，發(fā)

35、展特異、靈敏的診斷、分型技術(shù)；并對新藥物的臨床篩選和設(shè)計具有指導意義 提供新藥靶,微生物作為一種結(jié)構(gòu)簡單的模式生物，其基因組信息也將有利于人類基因組計劃的完成 不同細菌基因組的比較研究對理解進化、遺傳調(diào)節(jié)和基因組組織結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)特殊基因以充分利用微生物資源具有重要意義,6真核微生物的遺傳學特性,一、酵母菌的接合型遺傳 酵母菌一般泛指能發(fā)酵糖類的各種單細胞真菌 a和接合型受MAT活性區(qū)的調(diào)控,酵母雙倍體和單倍體的比較,比較項目 雙倍體 單倍體 細胞 大，橢圓形 小，球形 菌落 大，形態(tài)均一 小，形態(tài)變化較大 液體培養(yǎng) 繁殖較快，較分散 繁殖較慢，聚集成團 產(chǎn)孢子培養(yǎng)基 形成子囊 不形成子囊,二、酵母菌的質(zhì)粒 2m質(zhì)粒 閉環(huán)雙鏈DNA，高拷貝 含600bp的反向重復序列 以A和B兩種異構(gòu)體形式存在 屬隱蔽型質(zhì)粒,三、酵母菌的線粒體 四、絲狀真菌的準性生殖(parasexal reproduction),不經(jīng)過減數(shù)分裂就能導致基因重組的生殖過程,準性生殖與有性生殖的比較,比較項目 準性生殖 有性生殖 參與接合的親本細胞 形態(tài)相同的體細胞 形態(tài)或生理上有分化的性細胞 獨立生活的異核體階段 有 無 接合后雙倍體的細胞形態(tài) 與單倍體基本相同 與單倍體明顯不同 雙倍體變?yōu)?/p>