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1、上节内容回顾,影响常规加压灭菌的因素 抗代谢药物的定义及磺胺的治疗传染性疾病的原理 抗生素的定义及分类 变异和饰变的定义,第七章 微生物的遗传、变异和育种,相关定义 第一节遗传变异的物质基础 第二节 基因突变和诱变育种 第三节 基 因 重 组 第四节 基因工程,相关定义,遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因的总和。 表型：指某一生物所具有的一切外表特征及内在特性的总和。遗传型在一定环境下的表现 变异：生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。 饰变：指不涉及遗传物质结构改变而发生在转录、转译水平上的表型变化。,第一节遗传变异的物质
2、基础,一 经典试验 二 原核生物的质粒,一 经典试验：证明核酸是遗传信息的载体 1、转化实验：1928年，Griffith等分别用肺炎R型/S型肺炎双球菌感染小鼠，得出S型肺炎双球菌可以将具有遗传功能的物质传递给R型肺炎双球菌的结论。,（1）动物实验对小鼠注射活R型菌或死S型菌 小鼠存活对小鼠注射活S型菌小鼠死亡对小鼠注射活R型菌和热死S型菌 小鼠死亡，抽取心血分离到活的S型菌,（2）细菌培养实验,（3）S型菌的无细胞抽提液试验,热死S型菌不生长（无菌落）活R型 菌 长出R型菌活R型 菌热死S型菌长出大量R型菌和10-6S型菌,活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量S菌,平皿培养,以上实验
3、说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并使R型细胞获得稳定的遗传性状，转变为S型细胞。,1944年，在以上基础上O.T.Avery等又将S型菌的各组分分别与R型菌共同培养，得出结论S型菌传递给R型菌的不是性状本身而是遗传物质基础。,加S菌DNA 加S菌DNA及DNA酶以外的酶 加S菌的DNA和DNA酶 加S菌的RNA 加S菌的蛋白质 加S菌的荚膜多糖,活R菌,长出S菌,只有R菌,只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型菌株的是遗传因子(DNA)。,2 噬菌体感染试验：
4、 将噬菌体分别培养在具有32P 及35S同位素的培养基中，得到噬菌体粒子后再去感染细菌，10分钟后离心进行分析，发现侵入细菌细胞的是DNA而不是蛋白，并且可以繁殖得到子代噬菌体粒子。 得出结论DNA 是物质基础。,A. D. Hershey和M. Chase， 1952年,（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中,上清液中含 15%放射性,沉淀中含 85%放射性,沉淀中含 25%放射性,（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中,上清液中含 75%放射性,3 植物病毒重建实验： 将TMV（烟草花叶病毒）及HRV（霍氏车前花叶病毒）用酚溶液进行分离，后将两者的RNA及蛋白交叉
5、重建，重新感染烟草及车前，得出结论RNA也是遗传物质基础。,MTV HRV,HRV MTV,二 遗传物质在细胞内的存在部位和方式,（一）七个水平： 1、细胞水平：几乎全部DNA都集中在细胞核或核质体（原核微生物） 2、细胞核水平： 原核微生物：无核膜包被，并含有貭粒 真核微生物：真正的细胞核（有核膜）、线粒体、叶绿体、中心体等亦含DNA,染色体外的遗传物质： 1）细胞质遗传物质线粒体或叶绿体 2）共生生物卡巴颗粒，草履虫的共生生物，15m大，具有双膜，内有DNA、RNA、酶、细胞色素等。细胞内含有几个至几百个不等。 3）2质粒酵母菌细胞核中染色体外的DNA，长2m 4）质粒细菌细胞中游离于核染
6、色体外或吸附于其上的闭合双链DNA。,3、染色体水平：不同细胞染色体的数目不同，染色体的套数亦不同。 4、核酸水平：绝大多数遗传物质为DNA，只有部分病毒的遗传物质为RNA 基因组（genome）是指存在于细胞或病毒中的所有基因，实际上是指细胞中基因以及非基因的DNA序列组成的总称。,几种代表微生物的基因组,5、基因水平：基因的物质基础是一个具有特定功能的核酸片段 6、密码子水平：3个核苷酸决定一个密码子 7、核苷酸水平：核苷酸是最低突变单位或交换单位,（二） 原核生物的质粒,质粒上携带着某些染色体上所没有的基因，使细菌等原核生物被赋予了某些对其生存并非必不可少的特殊功能（如接合、产毒、抗药固
7、氮、产特殊酶或降解毒物等）,1 质粒的分类 严紧型：与核染色体的复制进行同步复制。 松弛型：独立进行复制，与核染色体复制不同步，拷贝数较多。,2 质粒的优点：体积小，便于使用；呈环状，不易被破坏；能够独立复制；拷贝数多，可以大量积累物质；有选择标记。,3 质粒的提取：裂解细胞去除细胞中的蛋白和RNA 分离染色体DNA 得质粒 利用电子显微镜，琼脂糖凝胶电泳或聚丙烯酰胺凝胶电泳来鉴定质粒。 4 质粒不能共存于同一细胞中的性质称为不亲和性。属于许多不亲和群。,DNA 的三种存在形式,5 常见质粒举例,1）F因子：62106Dal 94.5kb(为94个中等大小的多肽进行编码) 2）R因子：最早在痢
8、疾志贺氏菌中发现，抗性转移因子（含调节DNA复制和拷贝数的基因及转移基因）抗性决定子构成 3）Col因子：产大肠杆菌素的因子，使其他原核生物致死的蛋白质类 ColE1：5106 Dal 无接合作用 多拷贝 ColE2：80106Dal 接合转移、严紧型控制，1-2个拷贝,4）毒性质粒：许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因 5）降解性质粒：这类质粒上携带有能降解某些基质的酶的基因，含有这类基因的细菌，特别是假单胞菌，能将复杂的有机化合物降解成能被其利用的碳源和能源利用的简单形式。如，芳香族化合物、农药等。 6）隐秘质粒：不显示任何表型效应，但具可检测的遗传型。,
9、抗生素的定义及分类 变异和饰变的定义 质粒的分类,上节内容回顾,第二节 基因突变和诱变育种,一 基因突变 二 突变与育种,一 基因突变 突变：变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结构突然发生的可遗传的变化（106109）,（一） 突变类型,1、选择性突变株：凡能选择性培养、快速选择出来的突变型。 1）营养缺陷型（auxotroph）：丧失合成一种或几种生长因子的能力而无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。,2）抗性突变型（resistent mutant）：对某化学药物或致死物理因子抗性的变异类型,3）条件致死突变型（conditional lethal mutant）：在某种条件下可正常
10、生长、繁殖并实现其表型，而在另一种条件下却无法生长、繁殖的突变型（如：温度敏感突变株）,2、非选择性突变株： 1)形态突变型（morphological mutant）：由于突变而产生的个体或菌落形态发生变化的非选择性变异。 2)抗原突变型（antigenic mutant）：抗原结构发生变异的突变类型。 3)产量突变型：产量高于原始菌株的突变株称为正变株；否则为负变株。,1 突变率：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率或每一单位群体在每一世代中产生突变株的数目来表示。 2 测定方法：回复突变 抗药性突变,（二） 突变率,菌名 突变性状突变率 E. coli抗T1噬菌体3 108 E.
11、coli抗T3噬菌体1 107 E. coli不发酵乳糖1 1010 E. coli 抗紫外线1 105 Staphylococcus aureus 抗青霉素1 107 S. aureus 抗链霉素1 109 Salmonella typhi抗25g/L链霉素1 106 Bacillus megaterium 抗异烟肼5 105,若干细菌某一性状的自发突变率,（三） 微生物突变的特点 1不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系； 2自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生； 3稀有性：突变率低且稳定；,4独立性：各种突变独立发生，不会互相影响 5诱变性：诱变剂可提高突变率；
12、 6稳定性：变异性状稳定可遗传； 7可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变，从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变,（四）基因突变的自发性和不对应性的证明,1、变量实验（fluctuation test）,又称波动实验或彷徨试验 1943年 取两试管装有10mL对噬菌体敏感的大肠杆菌菌液 1）培养后，涂布于50个含有噬菌体的平板上，抗性菌落数目差异不大。 2）分成50个小管培养后涂布于平板上，抗性菌落数目差异很大。,变量试验fluctuation test,变量试验说明：细菌是在接触噬菌体之前发生突变的，即抗噬菌体性状的产生，并非环境因素诱导的，而是自发产生的。,2、涂布试
13、验 1949年，取12个培养皿在固体培养基上涂以相同数目的对噬菌体敏感的大肠杆菌进行培养。其中，6个平皿培养5小时后直接喷上噬菌体T1，出现28个抗性菌落。 另外6个平皿培养5小时后，用灭菌的涂布棒涂布后喷上噬菌体T1，却出现353个抗性菌落,涂布试验,再次证明，抗噬菌体性状发生在与噬菌体接触之前,3、平板影印试验（replica plating） 影印培养法：一系列培养皿的相同位置上出现遗传型相同菌落的接种培养方法,1952年，将对链霉素敏感的大肠杆菌涂布于不含链霉素的固体培养基上，形成小菌落后，将其分别影印于含链霉素和不含链霉素的固体培养基上，培养后在加有链霉素的固体培养基上有菌落形成；取
14、抗性菌落周围的菌株进行液体培养，涂布于不含链霉素的固体培养基上，将培养基上的菌落分别影印于含链霉素的固体培养基及不含链霉素的固体培养基上，在含链霉素的培养基上形成的菌落数目有所增加。,平板影印培养法,在根本未接触过任何一点链霉素的情况下，就可以筛选到大量抗链霉素的突变株，充分说明了突变是自发产生的，链霉素只是起到了一种检出作用。 平板影印培养不仅在微生物遗传理论的研究中有重要应用，而且在育种时间和其它研究中均有应用，值得很好地领会。,（五）基因突变的机制,1、诱发突变 简称诱变，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突变频率的手段。 凡能提高突变率的理化因子均称为诱变剂。,1)
15、 诱变机制 碱基置换：一对碱基被另一对碱基所取代。 转换（transition）嘌呤嘌呤;嘧啶嘧啶 颠换（transversion） 嘌呤嘧啶,a直接引起置换的诱变剂： 亚硝酸、羟胺和各种烷化剂(包括硫酸二乙脂、甲基磺酸乙脂、N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍（NTG）及环氧乙酸等） 亚硝酸：AHG CUT GX,次黄嘌呤,黄嘌呤,亚硝酸引起的AT-GC转换细节,亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用。 HNO2 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U） HNO2 腺嘌呤（A） 次黄嘌呤（H） HNO2 鸟嘌呤（G） 黄嘌呤（X） 这些反应及形成物均可在DNA复制中产生影响，主要是使碱基对发生转换。,碱基转换的分子
16、机制以亚硝酸为例,羟胺引起CGTA的机制,b 间接引起置换的诱变剂： 碱基类似物，如5-BU 、5-AU、 8-NG、 2-AP等,5-BU引起的转换,移码突变（frameshift mutation） 诱变剂引起DNA分子中的1个或少数几个核苷酸的增添（插入）或缺失从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。 如吖啶黄 原黄素、吖啶橙和氨基吖啶等吖啶类染料。 ABC ABC ABC ABC ABC ABC ABC AB+ CAB CAB C ABC BCA BCA BCA BC ABC AB+ CAB +CA B+C ABC ABC ACA BCA BAB CAC ABC ABC,染色体畸变：由于电离辐射、烷化剂等作用引起DNA大的损失。 分为：缺失(deletion) 重复（duplication）插入（insertion）易位（translation）倒位（in
