微生物学复习提纲8.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流微生物学复习提纲8.精品文档.微生物学复习提纲第八章 微生物遗传遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一遗传型：生物的全部遗传因子及基因。表型（表现型）：具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。表型饰变：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遗传型变异（基因变异、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）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。t对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。第一节 遗传的物质基础一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验：（参见 P194）（一） 转化实验（二） 噬菌体的感染实验（三） 病毒的拆开和重建实验三、朊病毒的发现与思考（参见 P191 和 P195）亚病毒的一种：具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚为发现该蛋白内含有核酸。其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP c改变折叠状态为PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。第二节 微生物的基因组结构一、概念（参见 P197）基因组（genome）：一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称。原核生物（如细菌），多为单倍体（在一般情况下只有一条染色体）真核微生物，多条染色体，例如啤酒酵母有16条染色体。有时为双倍体二、微生物与人类基因组计划人类基因组计划 （Human Genome Project）1985年提出； 1990年正式开始实施； 2003年6月，测序工作完成；后基因组时代（Postgenome Era）微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开始的，最开始是作为模式生物，后来不断发展，已成为研究微生物学的最有力的手段。被选择进行全基因组测序的微生物：1、人类基因组计划中的模式生物2、与人类生活关系密切的微生物3、对阐明生物学基本问题有价值的微生物三、微生物基因组结构的特点（参见 P197-200）1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组：1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短。操纵子（operon）：功能相关的几个基因前后相连，再加上一个共同的调节基因和一组共同的控制位点（启动子、操作子等）在基因转录时协同动作。2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组：1）典型的真核染色体结构；2）没有明显的操纵子结构；3）有间隔区（即非编码区）和内含子序列；4）重复序列多。第三节 质粒和转座因子质粒（plasmid）：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。转座因子（transposable element）：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。质粒和转座因子是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子一、质粒的分子结构1、结构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）。2、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，如抗药性初步判断。 二、质粒的主要类型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。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）第四节 基因突变及修复基因突变：一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变（参见 P 206）。基因突变是重要的生物学现象，它是一切生物变化的根源，连同基因转移、重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。突变：自发突变 环境因素的影响，DNA复制过程的偶然错误等而导致，一般频率较低，通常为10-6-10-9 ；诱变 某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接作用，突变以较高的频率产生。一、基因突变的特点：（参见 P 209）1、特点1）非对应性2）稀有性3）规律性4）独立性5）遗传和回复性6）可诱变性2、实验证据如何证明基因突变的非对应性？三个经典实验变量实验、涂布实验、影印实验证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！二、常见的微生物突变类型1）营养缺陷型（auxotroph）：一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（precursor）才能生长。表型判断的标准：在基本培养基上能否生长。营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段。营养缺陷型的表示方法：基因型：所需营养物的前三个英文小写斜体字母表示：hisC（组氨酸缺陷型，其中的大写字母C同一表型中不同基因的突变）；表型：同前，但第一个字母大写，且不用斜体：HisC。2）抗药性突变型（resistant mutant）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。表示方法：所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上“r”表示strr 和 strs 分别表示对链霉素的抗性和敏感性。3）条件致死突变型（conditional lethal mutant）：在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts（temperaturesensitive）表示，这类突变在高温下（如42）是致死的，但可以在低温（如25-30）下得到这种突变。三、诱变剂与致癌物质Ames试验（参见 P 212）美国加利福尼亚大学的Bruce Ames教授于1966年发明，因此称为Ames试验具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率。回复突变(reverse mutation或back mutation)：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变。由于生物体内、体外可能存在的差异，可在体外加入哺乳动物（如大鼠）微粒体酶系统，使待测物活化，使Ames试验的准确率达80-90%。第五节 细菌基因转移和重组细菌的三种水平基因转移形式：接合、转导、自然转化（参见 P 215）接合 (conjugation)：细胞与细胞的直接接触（由F因子介导）转导(transduction)：由噬菌体介导自然遗传转化(natural genetic transformation)：游离DNA分子 + 感受态细胞一、细菌的接合作用(conjugation)通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。1.实验证据参见P 2161946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm细菌的多重营养缺陷型杂交实验。证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（ Bernard Davis，1950 ）。2. 机制（参见P 215）F因子的四种细胞形式 (参见P202)1） F+×F-杂交F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞的染色体DNA一般不被转移。杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为F+细胞。理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成F-菌株。2）Hfr ×F-杂交（参见P 217）Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与F-细胞进行接合。所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，F因子的先导区(leading region)结合着染色体DNA向受体细胞转移，F因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-。染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。F因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F-杂交后的受体细胞（或称接合子）大多数仍然是F-。（参见P218）3）F×F-杂交（参见P218）细胞基因的这种转移过程又常称为性导（sexduction）、F因子转导（F-duction），或F因子媒介的转导（F-mediated transduction）。Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时， 形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F因子。F×F-与F+×F-的不同：给体的部分染色体基因随F一起转入受体细胞。二、细菌的转导（transduction）（参见P218）由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式：一个细胞的DNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中。能将一个细菌宿主的部分染色体或质粒DNA带到另一个细菌的噬菌体称为转导噬菌体。细菌转导的二种类型：普遍性转导、局限性转导1、普遍性转导（generalized transduction） （参见P218）噬菌体可以转导给体染色体的任何部分到受体细胞中的转导过程(1) 意外的发现（参见P218）(2) 转导模型（参见P219）普遍性转导的三种后果：A.进入受体的外源DNA通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子;B.流产转导（abortive transduction）1不转导DNA不能进行重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。DNA不能复制，因此群体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得到其基因产物，形成微小菌落。特点：在选择培养基平板上形成微小菌落。C.外源DNA被降解，转导失败。2、局限性转导（specialized transduction）（参见P219）局限性转导与普遍性转导的主要区别：a）被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性。三、细菌的遗传转化（genetic transformation）（参见P220）定义：同源或异源的游离DNA分子(质粒和染色体DNA)被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程。感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞。1、自然遗传转化（简称自然转化）（参见P221）1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）的转化现象。进行自然转化，需要二方面必要的条件：建立了感受态的受体细胞;外源游离DNA分子。转染(transfection)：噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒。特点：提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。现在把DNA转移至动物细胞的过程也称转染。“接合” “转导” 及“自然转化”这三种在自然界中存在的细菌遗传重组过程各自的特点：a）外源DNA的来源及进入途径有差异；b）决定因素也各有不同。如何设计实验对三种途径进行区分？2、人工转化（参见P222）四、基因定位和基因组测序（参见P223）基因定位：通过遗传重组等手段确定不同的基因在染色体上的位置及相对距离，从而获得遗传图谱。细菌基因转移的三种方式（接合、转导、转化）都可以用来进行细菌基因组作图。基因组测序：测定待测生物基因组的所有碱基排列顺序，并在此基础上对遗传信息进行研究和分析。1、中断杂交（interrupted mating）技术2、基因连锁3、遗传图谱4、基因组测序5、基因组序列的注释和意义第八节 菌种保藏性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：a）变异；b）污染；c）死亡；一、菌种的衰退与复壮菌种衰退的特点：大量群体中的自发突变菌种的复壮：1）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有 原有典型性状的菌种。 a）纯种分离； b）通过寄主体进行复壮；2）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选“正变”个体。二、防止衰退的措施1）减少传代次数；2）创造良好的培养条件；3）经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；4）采用有效的菌种保藏方法。