生命科学学院生命科学学院 刘仁荣刘仁荣质质 粒（粒（plasmid））1 质粒（质粒（plasmidplasmid）：）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，一种独立于染色体外，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主要存在于各种微生物细胞中2 一、质粒的分子结构一、质粒的分子结构1 1、结构、结构通常以共价闭合环状通常以共价闭合环状(covalently closed circle)的超螺旋双链的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；分子存在于细胞中；也发现有线型双链也发现有线型双链DNA质粒和质粒和RNA质粒；质粒；质粒分子的大小范围从质粒分子的大小范围从1kb左右到左右到1000kb；；（细菌质粒多在（细菌质粒多在10kb以内）以内）3 2 2、质粒的检测、质粒的检测t 提取所有胞内提取所有胞内DNA后电镜观察；后电镜观察；t 超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；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，对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点， 如抗药性初步判断如抗药性初步判断一、质粒的分子结构一、质粒的分子结构4 超螺旋型超螺旋型线型线型松驰型松驰型5 质粒编质粒编码的功码的功能和赋能和赋予宿主予宿主的表型的表型效应效应致育因子（致育因子（Fertility factor，，F因子）因子）抗性因子（抗性因子（Resistance factor，，R因子）因子）产细菌素的质粒（产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid））毒性质粒（毒性质粒（virulence plasmid））代谢质粒（代谢质粒（Metabolic plasmid））隐秘质粒（隐秘质粒（cryptic plasmid））二、质粒的主要类型二、质粒的主要类型6 1、致育因子、致育因子(Fertility factor，，F因子因子)又称又称F质粒，其大小约质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。
的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒携带携带F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F+菌株菌株（相当于雄性），无（相当于雄性），无F质粒的质粒的菌株称为菌株称为F-菌株（相当于雌性）菌株（相当于雌性）二、质粒的主要类型二、质粒的主要类型7 2 2、抗性因子（、抗性因子（Resistance factorResistance factor，，R R因子）因子）包括抗药性和抗重金属二大类，包括抗药性和抗重金属二大类，简称简称R R质粒抗性质粒在细菌间的传递是细抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一菌产生抗药性的重要原因之一青霉素青霉素ββ内酰胺酶内酰胺酶二、质粒的主要类型二、质粒的主要类型8 2、抗性因子（、抗性因子（Resistance factor，，R因子）因子）抗性平板抗性平板9 3、产细菌素的质粒（、产细菌素的质粒（Col plasmid））细菌素一般根据产生菌的种类进行命名：细菌素一般根据产生菌的种类进行命名：大肠杆菌（大肠杆菌（E. coli）产生的细菌素为）产生的细菌素为colicins（大肠杆菌素），（大肠杆菌素），只杀死近缘且不含只杀死近缘且不含Col质粒的菌株，而其质粒被称为质粒的菌株，而其质粒被称为Col质粒。
质粒由由G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与colicins有所不同，但通常也是有所不同，但通常也是由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例如一种乳酸细菌产生的细菌素由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例如一种乳酸细菌产生的细菌素Nisin A能强烈抑制某些能强烈抑制某些G+细菌的生长，而被用于食品工业的保藏细菌的生长，而被用于食品工业的保藏二、质粒的主要类型二、质粒的主要类型10 4、毒性质粒（、毒性质粒（virulence plasmid））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，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一，产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒苏云金杆菌含有编码苏云金杆菌含有编码δδ内毒素内毒素( (伴孢晶体中伴孢晶体中) )的质粒的质粒根癌土壤杆菌所含根癌土壤杆菌所含TiTi质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子致病因子二、质粒的主要类型二、质粒的主要类型11 5、代谢质粒（、代谢质粒（Metabolic plasmid））质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。
的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义的简单形式，环境保护方面具有重要的意义假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物( (苯苯) )、农药、辛烷和樟脑等的能力农药、辛烷和樟脑等的能力降解质粒：降解质粒：二、质粒的主要类型二、质粒的主要类型12 农药农药 石油石油 洗涤剂洗涤剂 多氯联苯多氯联苯 氰和腈氰和腈 农药农药 微生物作用微生物作用 被氧化被氧化 被脱卤被脱卤 被还原被还原 被脱烃被脱烃 ClClClClClClCl假单胞菌等假单胞菌等 脱卤作用脱卤作用 降解质粒：降解质粒：二、质粒的主要类型二、质粒的主要类型13 2002.11.192002.11.19巴哈马籍油轮巴哈马籍油轮“威望号威望号”在西班牙发生断裂在西班牙发生断裂沉没导致燃料油泄漏这艘船共装有沉没导致燃料油泄漏这艘船共装有7.77.7万吨燃料油万吨燃料油 14 15 6、隐秘质粒（、隐秘质粒（cryptic plasmid））隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。
方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现它们存在的生物学意义，目前几乎不了解它们存在的生物学意义，目前几乎不了解在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体（一般加上抗性基因）（一般加上抗性基因）二、质粒的主要类型二、质粒的主要类型16 高拷贝数高拷贝数(high copy number)质粒质粒（每个宿主细胞中可以有（每个宿主细胞中可以有10-100个拷贝）个拷贝） ———————松弛型质粒松弛型质粒(relaxed plasmid)低拷贝数低拷贝数(low copy number)质粒质粒（每个宿主细胞中可以有（每个宿主细胞中可以有1-4个拷贝）个拷贝） ———————严谨型质粒严谨型质粒(stringent plasmid)窄宿主范围质粒窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid)（只能在一种特定的宿主细胞中复制）（只能在一种特定的宿主细胞中复制）广宿主范围质粒广宿主范围质粒(broad host range plasmid)（可以在许多种细菌中复制）（可以在许多种细菌中复制）三、质粒的数量与宿主三、质粒的数量与宿主17 •知识连接：知识连接：质粒与基因工程质粒与基因工程1 1、、获得目的基因获得目的基因2 2、、获得质粒获得质粒4 4、、连接连接3 3、、酶切酶切18 5 5、、转化转化6 6、、筛选筛选19 谢谢！谢谢！20 。