《畜牧微生物学 第六章 微生物的遗传与变异》由会员分享，可在线阅读，更多相关《畜牧微生物学 第六章 微生物的遗传与变异（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、畜牧兽医学院 冯 新第六章 微生物的遗传变异 Microbiology Genetics -2-第一节 微生物遗传与变异的概念第二节 常见的微生物表型变异第三节 微生物变异的机理第四节 微生物变异株的获得 及微生物遗传性的保存-3-Review Genetics遗传学: science of heredityuHeredity, inheritance遗传: genetic substance transmitted from parentto offspring 子代uVariation变异: Inheritable, low rate (10-510-8)uMutation突变: any
2、change in the nucleotide sequence of the DNA in a cell. uModification饰变: on phenotype, not genotype uGenotype基因型: genetic makeupuPhenotype表现型: actual, expressed properties第一节 微生物遗传与变异的概念-4-微生物是遗传学研究中的明星：t 微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。t 很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖，菌落形态特征的可见性和多样性。t 物种和代谢类型多样，易于积累不同的中间代谢产物或
3、终产物。t 对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，易于形成营养缺陷型，操作性强。-5-研究微生物遗传学的意义微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生 物学基本理论问题时最热衷的研究对象研究对象。对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现现 代代分子生物学分子生物学和生物工程学生物工程学的发展，而且为育育 种种工作工作提供了丰富的理论基础，促使育种工作 从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定 向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。-6-Three Classical Experiments 三个经典实验三个经典实验1.Transformation 转化2.Infection of bacter
4、iophage噬菌体感染3.Reconstruction of plant virus 植物病毒重建-7-三个证明DNA是遗传物质的经典实验1、经典转化实验肺炎链球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光 滑，有致病能力）； R型（菌体无荚膜，菌 落表面粗糙，无致病能力）遗传变异的物质基础-8-1928年，F.Griffth作了3组实验 :-9-1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子实验证明，将R菌转化为S菌的转化因子是DNA-10-2、噬菌体感染实验Hershey &Chases experiment of phage infectionConclusion: DNA was th
5、e physical carrier of heredity 遗传物质基础是 DNA-11-3.Reconstruction of Tobacco Mosaic Virus (TMV) 植物病毒重建 Nucleic acid, DNA or RNA, is the hereditary material v为了证明核酸是遗传物质，H. Fraenkel- Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（ TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。 v将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将 其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA 在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其 患典型症状
6、，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒 子。-12-v选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别拆分取 得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分别与对方的蛋白 质外壳重建形成两种杂合病毒： （1）RNA（TMV） 蛋白质（HRV）（2）RNA（HRV） 蛋白质（TMV）v用两种杂合病毒感染寄主：（1）表现TMV的典型症状病分离到正常TMV粒 子（2）表现HRV的典型症状病分离到正常HRV粒 子。v上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基础也是 核酸。-13-朊病毒的发现和思考v朊病毒含有微量的核酸，仍未发现？v朊病毒仅由蛋白质构成v朊病毒的遗传物质为蛋白质？-14-质粒（plasmid）：一种独
7、立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物 细胞中。质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的； 在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特 殊的机能，从而使宿主得到生长优势。-15-质粒的结构特点 通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简称CCC)的超螺旋双 链DNA分子存在于细胞中； 也发现有线型双链DNA质粒和RNA质 粒； 质粒分子的大小范围从1kb左右到 1000kb； 细菌质粒多在10kb以内）-16-质粒的检测t 提取所有胞内DNA后电镜观察；t 超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；t 对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如
8、抗药性初步判断。-17-质粒的主要种类质粒所编码 的功能和赋 予宿主的表 型效应致育因子（Fertility factor，F因子）抗性因子（Resistance factor，R因子）产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）毒性质粒（virulence plasmid）代谢质粒（Metabolic plasmid）隐秘质粒（cryptic plasmid）-18-Advantages of using plasmid as Advantages of using plasmid as vector in gene engineering vector i
9、n gene engineering 质质粒作为为基因工程载载体的优势质优势质 粒作为为基因工程载载体的优优 势势1.Small size: easily used in DNA separation and manipulation 体积小,易操作 2.Circular shape环形: keep DNA stable 3.Independent starting point of replication: not controlled by nuclear genome 独立的复制起点 4.Multiple copies多拷贝: increase exogenousDNA rapidly迅
10、 速复制外源DNA 5.Antibiotic resistant gene: used as selective marker 抗生素 抗性基因作为选择标记-19-一、形态态和结结构的变变异3-6%食盐盐 鼠疫杆菌 多形态态性(衰残型) 。琼琼脂培基第二节 常见的微生物表型变异-20-青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型一、形态和结构的变异-21-特殊结结构的变变异：42-43 炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低10-20天 变变形杆菌（H） 1%石炭酸 单单个菌落（O）迁徙生长长 鞭毛变变异一、形态态和结结构的变变异-22-23
11、-二、菌落变变异 在陈旧培养基中长期培养 光滑型菌落 粗糙型菌落S 或在有免疫力的人体内 R 失去失去LPSLPS的特异性多糖重复的特异性多糖重复单单位位 同同时时伴有其他性状的改伴有其他性状的改变变-24-Single cell sort of Salmonella culture results in different colony morphology Non-Genetic variation-25-三、毒力变变异v 棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 获获得白喉毒素 -26-v 胆汁、甘油、马铃马铃 薯培养基 牛型结结核杆菌 卡介苗13年(230代)三、毒力变变异-27-四、耐药药性变变异v
12、 细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为 耐药性变异。 v金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的 14%上升至目前的70%以上。 v有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多 重耐药性，甚至产生药物依赖性。 v 含链霉素培基 痢疾杆菌 依链株(耐药菌株)长期培养-28-四、耐药药性变变异-29-四、耐药药性变变异-30-五、代谢谢的变变异某种微生物原来在代谢过谢过 程中能全成 某种营营养成分的特性，会变为变为 失去这这 种能力，成为为所谓谓的营营养缺陷型。-31-vv肠道杆菌细胞壁脂多糖上的特异性多糖称为肠道杆菌细胞壁脂多糖上的特异性多糖称为OO抗原抗原 ，具有属特异性；鞭毛蛋白称为
13、，具有属特异性；鞭毛蛋白称为H H抗原，具有种特异抗原，具有种特异 性。性。血清学鉴定的基础。 vvOO与与H H是可以发生变异的。是可以发生变异的。六、抗原性的变异-32-第三节 微生物变异的机理表型的差异只与环境有关 特点： 暂时性、 不可遗传性、 表现为全部个体的行为一、非遗传性变异微生物受外界环境条件变化影响，产生诱导作用， 使基因表达暂时改变，某一表型性状随之发生改变，当 除去该诱发条件时，可恢复原来的性状。-33-遗传型变异（基因转移、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变 特点：遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频率 通常为10-6-10-9）第三节 微生物变异的机理二、遗
14、传性变异在自然或人工条件下，微生物的基因发生了改变， 使相应的性状也发生变化，并可以遗传下去，这就是遗 传性变异。-34-（一）基因突变基因突变（gene mutation）简称突变，是变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结构或数量突然发生 的可遗传的变化。突变率常在10-410-9范围内。-35-Characteristics of Mutation Characteristics of Mutation 突变的特征突变的特征1.Spontaneous自发性 2.Non-correspondent 不对应性 3.Rare 稀有性 4.Independent 独立性 5.Inducible 可
15、诱发性 6.Stability 稳定性 7.Reversible 可逆性-36-（二）基因转移（transgenosis）转化转导噬菌体转换接合基因转移的方式-37-1. 转化（transformation）转化或转化作用：受体菌（recipient或receptor）直接吸 收了来自供体菌（donor）的DNA片段，通过交换整合到 自己的基因组中，从而获得部分新的遗传型状的现象。接 受了供体菌DNA的受体菌称为转化子（transformant）。范围：原核生物中，转化是一个较普遍的现象。转化发生的条件:两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程 中的亲缘关系有着密切的关系。但即使在转化率极高的 那些种中，其不同菌株间也不一定都可发生转化。进行转化的受体细胞必须处于感受态(competence)。 即受体细胞最易接受外源DNA片
