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1、第八章,微生物的遗传与变异,本章内容：,第一节 遗传变异的物质基础 第二节 基因与基因突变 第三节 原核生物的基因重组,第一节 遗传变异的物质基础,一、遗传和变异,遗传：讲的是发生在亲子间即上下代间的关系， 即指上一代生物如何将自身的一整套遗 传基因稳定地传递给下一代的行为或功 能，它具有极其稳定（保守）的特性。,变异： 指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（基因 型）的改变。,二、遗传变异的物质基础,出现争论？,19世纪末，德国、生物体的物质分为体质和种质,20世纪初，基因学说，染色体由核酸和蛋白质组成,1944年，3个实验证明核酸是生物遗传变异物
2、质基础,（一）经典转化实验,（二）噬菌体感染实验,（三）植物病毒的重建实验,第二节 基因与基因突变,本节内容：,基因突变 基因突变的类型及分离 基因突变的机制,狭义：又称点突变，是指一个基因内部遗 传结构或DNA序列的任何改变，包 括一对或少数几对碱基的缺失、插 入或置换而导致的遗传变化。,一、基因突变,广义：又称多位点突变或染色体畸变，是指基 因组大范围的重排，包括打断染色体的 缺失、重复、倒位、插入、置换（包括 易位）以及基因组中重组或转座现象。,二、基因突变的类型及分离,（一）碱基变化与遗传信息的改变 （二）表型变化,（一）碱基变化与遗传信息的改变,1、同义突变 2、错义突变 3、无义突
3、变 4、移码突变,无义突变 ?,是指编码某一氨基酸的三联体密码经碱基替换后,变成不编码任何氨基酸地终止密码UAA、UAG或UGA。 虽然无义突变并不引起氨基酸编码的错误,但由于终止密码出现在一条的中间部位，就使多肽链的翻译就此终止，形成一条不完整的多肽链。,（二）表型变化,表型：指可观察或可检测到的个体性状或特征， 是特定的基因型在一定环境条件下的表现。,基因型：指贮存在遗传物质中的信息，也就是它 的DNA碱基顺序。,几种常见的表型变化的突变型,1、营养缺陷型 2、抗性突变型 3、条件致死突变型 4、形态突变型,野生型：从自然界分离到的菌株一般称野生 型菌株，简称野生型。,突变型：野生型经突变
4、后形成的带有新性状 的菌株，称为突变株，又叫突变型。,1、营养缺陷型,是一种由于基因突变丧失合成自身生存所 必需的一种或几种生长因子的能力，只能从周 围环境或培养基中获得这些营养或其前体物质 才能生长的一种突变型。,无法在基本培养基中正常生长、 繁殖、只能在加有已知生长因 子的基本培养基上生长,2、抗性突变型,是一种由于基因突变使菌株对某种或某几种 药物，特别是抗生素，产生抗性的一种突变型。,3、条件致死突变型,是指某菌株或病毒经基因突变后，在某种 条件下可正常的生长、繁殖并呈现其固有的表 型，而在另一种条件下却无法生长、繁殖的突 变类型。,温度敏感突变株（Ts突变株）：,是一类典型的条件致死
5、突变株,例如,T4噬菌体突变株在25 下可感染宿主大肠杆菌， 而在37时却不能感染,大肠杆菌的某些菌株在 37下正常生长，而 在42下却不能生长,引起Ts突变的原因？,突变使某些重要蛋白质的结构和功能发生 改变，以致会在某特定温度下具有功能，而在 另一温度下则无功能,4、形态突变型,指造成形态改变的突变型，包括影响 细胞和菌落形态、颜色以及影响噬菌体的 噬菌斑形态的突变型。,是一类非选择性突变，形态突变和非 突变类型均同样生长在平板上，只能靠 看得见的形态变化筛选,三、基因突变的机制,基因突变的机制是多样性的,（一）自发突变 （二）诱发突变,（一）自发突变,定义： 指生物体在无人 工干预下自然
6、发 生的低频率突变,2.原因: 背景辐射和环境因素引起 微生物自身有害代谢产物引起 DNA复制时碱基配对错误引起,（二）诱发突变,是指通过人为的方法，利用物理、化学或 生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。,注,诱发突变不是用诱变剂 产生新的突变,而是通过不 同的方式提高突变率,诱变剂：凡具有诱变效应的任何因素，都称为诱变剂,1、碱基类似物 2、插入染料 3、直接与DNA起化学反应的诱变剂 4、辐射和热 5、生物诱变因子,第三节 原核生物的基因重组,基因重组,两个不同来源的遗传物质进行交换，经过基因的重新组合，形成新的基因型的过程。,原核生物基因从供体到受体的转移途径,主要包括： 转化作用
7、转导作用 接合作用,一、转化,（一）定义,是指某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型细胞的DNA（DNA片断或质粒），而使它的基因型和表型发生相应变化的现象 。,（二）转化作用的发现,肺炎链球菌分为S型和R型两种。从活的S型菌中抽提各种细胞成分（DNA、蛋白质、荚膜多糖等），然后对各种生化组分进行转化实验。,试验,转化S菌的DNA 长出S菌 活R菌 转化S菌的RNA 转化S菌的蛋白质 只长出R菌 转化S菌的荚膜多糖,结果表明：只有S型菌株的DNA 才能将R型菌株转化为S型,（三）环境中发生的自然转化,自然转化现象首先是在肺炎链球菌中发现的，70 多年来已经发现许多细菌属中的某些种或某些
8、株有自 然转化的能力。近10多年来的研究已表明，通过自然 转化进行的基因转移过程已不是一种“实验室现象”， 而是广泛存在于自然界，可能是自然界进行基因交换 的重要途径。环境中是否能发生自然转化，主要取决 于环境中是否存在具有转化活性的DNA分子及可吸收 DNA的感受态细胞。,供体菌的dsDNA片断与感受态受体菌的膜连DNA结合蛋白相结合 一条链被核酸酶水解，另一条进入细胞 来自供体菌的ssDNA片断被细胞内的特异蛋白RecA结合 其与受体菌核染色体上的同源区段配对、重组，形成一小段杂合DNA区段,（四）人工转化,大多数微生物在自然状态下根本不能发生转化,人工诱导,PEG转化,Ca2+,高压脉冲
9、电流,人工转化,电转化,二、转导,（一）定义,是利用噬菌体为媒介，将供体菌的部分DNA转移到受体菌的现象。,转导子 :由转导作用而获得 部分新性状的重组细胞,（二）种类,1、普遍性转导：在噬菌体感染供体菌的末期，供体 菌染色体被断裂成许多小片断，在形成噬菌体颗粒 时，少数噬菌体将供体菌的DNA误认为是它们自己 的DNA而包被在蛋白外壳内，从而形成转导噬菌体， 进而将其遗传性状传递给受体菌的现象。,2、局限性转导：以噬菌体为媒介，把供体菌的少数特 定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重 组，形成转导子的现象。,区别：在普遍性转导中，噬菌体可以转导供体 染色体的任何部分到受体细胞中；而在
10、局限性转导中，噬菌体总是携带同样的 片段到受体细胞中。,能进行局限性转导的 噬菌体一般都是温和 噬菌体，如大肠杆菌 的噬菌体,三、接合,（一）定义,供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片断传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象。,接合子:通过接合而获得新 遗传性状的受体细胞,（二）F因子,细菌的接合作用是由F因子介导的,F质粒的结构： (1)原点， 转移的起点 (2)致育基因：形成性菌毛的基因群 (3)DNA复制酶基因 (4)插入序列（insertion sequence， IS）,（三）F因子在E.coli 细胞中的存在状态,F+菌株：1至多个F质粒 1至多根性菌毛 F-菌株：无质粒和性菌毛 Hfr菌株：F质粒整合到宿 主染色体上 F菌株：Hfr的F质粒因不正 常切离形成游离的 携带整合位点附近 一小段核染色体基 因的特殊F质粒,（四）F因子与接合作用,1、F+ F 杂交 2、Hfr F 杂交 3、F F 杂交,
