微生物的遗传变异讲稿.ppt

关于微生物的遗传变异第一页，讲稿共七十九页哦微生物的变异分为遗传性变异和非遗传性变异。微生物的变异分为遗传性变异和非遗传性变异。遗传性变异：遗传性变异：是细菌的基因结构发生了改变，故又称是细菌的基因结构发生了改变，故又称 基因型变异基因型变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。定地遗传给后代。非遗传性变异：非遗传性变异：细菌在一定的环境条件影响下产生的细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为变异，其基因结构未改变，称为表型变异表型变异。易受到。易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有细菌环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有细菌都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传。的性状又可复原，表型变异不能遗传。第二页，讲稿共七十九页哦微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学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中最热衷的基本理论问题中最热衷的研究对象研究对象研究对象研究对象。对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子现代分子现代分子现代分子生物学生物学生物学生物学和和生物工程学生物工程学的发展，而且为的发展，而且为育种工作育种工作提供提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从了丰富的理论基础，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。方向发展。研究微生物遗传学的意义研究微生物遗传学的意义第三页，讲稿共七十九页哦一一 微生物遗传变异的特点微生物遗传变异的特点个体的体制极其简单；个体的体制极其简单；营养体一般都是单倍体；营养体一般都是单倍体；易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；繁殖速度快；繁殖速度快；易于积累不同的中间代谢产物或终产物；易于积累不同的中间代谢产物或终产物；菌落形态特征的可见性和多样性；菌落形态特征的可见性和多样性；环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性；一性；易于形成营养缺陷型；易于形成营养缺陷型；各种微生物一般都有相应的病毒；各种微生物一般都有相应的病毒；存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；第四页，讲稿共七十九页哦v大小和形态大小和形态在不同的生长时期可不同，在不同的生长时期可不同，生长过程中受外界环境的影响也可发生生长过程中受外界环境的影响也可发生变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上变异。如：鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态性、细菌细菌的多形态性、细菌L L型。型。v特殊结构特殊结构如：荚膜（肺炎链球菌）、芽如：荚膜（肺炎链球菌）、芽胞（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛（变形杆菌胞（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛（变形杆菌H-OH-O变异）也可发生变异。变异）也可发生变异。二二 变异的类型变异的类型1 形态结构的变异形态结构的变异第五页，讲稿共七十九页哦毒力增强：毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了咽喉部，不致病；当感染了-棒状噬菌体后棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。引起白喉。毒力减弱：毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可是细菌的毒力减弱或消失。传代培养，可是细菌的毒力减弱或消失。卡介苗卡介苗(BCG)BCG)是有毒的牛分枝杆菌在含有胆是有毒的牛分枝杆菌在含有胆汁的甘油、马铃薯培养基上，经过汁的甘油、马铃薯培养基上，经过1313年，年，连续穿连续穿230230代，获得的一株毒力减弱但仍保代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。持免疫原性的变异株。2 毒力变异毒力变异第六页，讲稿共七十九页哦v耐药性变异：耐药性变异：微生物对某种抗菌药物由微生物对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些微生物还表敏感变为耐药的变异。有些微生物还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。药性。v耐药性变异成为当今医学、农业上的重要难题。耐药性变异成为当今医学、农业上的重要难题。3 耐药性变异耐药性变异第七页，讲稿共七十九页哦细菌的菌落主要有光滑细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)smooth,S)型和粗糙型和粗糙(rough,R)rough,R)型两种。型两种。S S型菌落表面光滑、湿润、边型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面边为粗糙、缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面边为粗糙、干燥、边缘不整齐，称干燥、边缘不整齐，称SRSR变异。变异。SRSR变异常见于肠道杆菌，是由于失去变异常见于肠道杆菌，是由于失去LPSLPS的的特异性寡糖重复单位而引起的。特异性寡糖重复单位而引起的。变异时不仅菌落的特征发生改变，且细菌的其变异时不仅菌落的特征发生改变，且细菌的其它性状也发生了变化。它性状也发生了变化。S S型菌的致病性强，但有少数型菌的致病性强，但有少数R R型菌的致病性强，如型菌的致病性强，如结核分枝杆菌。结核分枝杆菌。4 菌落变异菌落变异第八页，讲稿共七十九页哦S型菌落型菌落R型菌落型菌落第九页，讲稿共七十九页哦三三 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础种质连续理论：种质连续理论：1883188918831889年间年间WeissmannWeissmann提出。认为遗传提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。物质是一种具有特定分子结构的化合物。基因学说：基因学说：19331933年摩尔根（年摩尔根（Thomas Hunt MorganThomas Hunt Morgan）发现了染色体，）发现了染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。基础的范围缩小到染色体上。但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。2020多种氨基酸多种氨基酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以达到经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎可以达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般仅由一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般仅由4 4种不种不同的核苷酸组成，它们通过排列核组合只能产生较少种类的同的核苷酸组成，它们通过排列核组合只能产生较少种类的核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基因，起活核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基因，起活性成分是蛋白质。性成分是蛋白质。DNADNA是遗传变异的物质基础的证明：是遗传变异的物质基础的证明：19441944年以后，先后有利用年以后，先后有利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎球菌的微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验），才转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。第十页，讲稿共七十九页哦1 1 证明核酸是遗传物质的三个经典实验证明核酸是遗传物质的三个经典实验（一）经典转化实验（一）经典转化实验（transformation）研究对象：研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球（肺炎双球菌）菌）SIII型菌株：型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性有荚膜，菌落表面光滑，有致病性RII型菌株：型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性1928年，年，Griffith进行了以下几组实验：进行了以下几组实验：（1）动物实验）动物实验对小鼠注射活对小鼠注射活RII菌或死菌或死SIII菌菌 小鼠存活小鼠存活对小鼠注射活对小鼠注射活SIII菌菌小鼠死亡小鼠死亡对小鼠注射活对小鼠注射活RII菌和热死菌和热死SIII菌菌 小鼠死亡小鼠死亡 抽取心血抽取心血 分离分离 活的活的SIII菌菌第十一页，讲稿共七十九页哦Griffith 转化试验示意转化试验示意第十二页，讲稿共七十九页哦（2 2）细菌培养实验）细菌培养实验热死热死热死热死SIII菌菌不生长不生长活活 RII 菌菌长出长出RII菌菌菌菌热死热死热死热死SIIISIII菌菌长出大量长出大量RII菌和菌和菌和菌和10-6SIII10-6SIII菌菌菌菌（3）S型菌的无细胞抽提液试验型菌的无细胞抽提液试验活活R菌菌+S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液长出大量长出大量R菌和少量菌和少量S菌菌以上实验说明：以上实验说明：加热杀死的加热杀死的SIII型细菌细胞内可能存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在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型细胞型细胞并使并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII型型细胞。细胞。第十三页，讲稿共七十九页哦加加S菌菌DNA加加S菌菌DNA及及DNA酶以外的酶酶以外的酶加加S菌的菌的DNA和和DNA酶酶加加S菌的菌的RNA加加S菌的蛋白质菌的蛋白质加加S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖活活R菌菌长出长出S菌菌只有只有R菌菌 19441944年年O.T.AveryO.T.Avery、C.M.MacLeodC.M.MacLeod和和MM。McCartyMcCarty从从热热死死S S型型S.S.pneumoniaepneumoniae中中提提纯纯了了可可能能作作为为转转化化因因子子的的各各种种成成分分，并并在在离离体体条件下进行了转化试验：条件下进行了转化试验：只只有有S S型型细细菌菌的的DNADNA才才能能将将S.S.pneumoniaepneumoniae的的R R型型转转化化为为S S型型。且且DNADNA纯纯度度越越高高，转转化化效效率率也也越越高高。说说明明S S型型菌菌株株转转移移给给R R型型菌菌株株的，是遗传因子。的，是遗传因子。第十四页，讲稿共七十九页哦（二）噬菌体感染实验（二）噬菌体感染实验A.D.Hershey和M.Chase，1952年（1）含）含32PDNA的一组：放射性的一组：放射性85%在沉淀中在沉淀中10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培养沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整后，可产生大量完整的子代噬菌体的子代噬菌体上清液中含上清液中含15%放射性放射性沉淀中含沉淀中含85%放射性放射性第十五页，讲稿共七十九页哦沉淀中含沉淀中含25%放射性放射性以以32S32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验（2）含）含35S-蛋白质的一组：放射性蛋白质的一组：放射性75%在上清液中在上清液中10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培养沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整后，可产生大量完整的子代噬菌体的子代噬菌体上清液中含上清液中含75%放射性放射性第十六页，讲稿共七十九页哦（三）植物病毒的重建实验（三）植物病毒的重建实验为了证明核酸是遗传物质，为了证明核酸是遗传物质，H.Fraenkel-H.Fraenkel-ConratConrat（19561956）用含）用含RNARNA的烟草花叶病毒的烟草花叶病毒（TMVTMV）进行了著名的植物病毒重建实验。）进行了著名的植物病毒重建实验。将将TMVTMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与将其蛋白质外壳与RNARNA核心相分离。分离后的核心相分离。分离后的RNARNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草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，而且在病斑中还能分离出正常并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。病毒粒子。第十七页，讲稿共七十九页哦MTV HRVHRV MTV（1）RNA（TMV）蛋白质（蛋白质（HRV）（2）RNA（HRV）蛋白质（蛋白质（TMV）用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：（1）表现）表现TMV的典型症状病分离到正常的典型症状病分离到正常TMV粒子粒子（2）表现）表现HRV的典型症状病分离到正常的典型症状病分离到正常HRV粒子。粒子。上述结果说明，在上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基病毒中，遗传的物质基础也是核酸。础也是核酸。选用选用TMV和霍氏车前花叶病毒（和霍氏车前花叶病毒（HRV），），分别拆分取得各自的分别拆分取得各自的RNA和蛋白质，将和蛋白质，将两种两种RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：两种杂合病毒：第十八页，讲稿共七十九页哦（一）核酸存在的七个水平及质粒（一）核酸存在的七个水平及质粒v细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核v细胞核水平细胞核水平:原与真核生物的细胞核结构不同，核外原与真核生物的细胞核结构不同，核外DNADNAv染色体水平染色体水平:倍性倍性(真核真核)和染色体数和染色体数v核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNADNA或或RNARNA，复合或裸露，双链或单链，复合或裸露，双链或单链v基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信息量，基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信息量，转录转录翻译翻译v密码子水平：密码子水平：信息单位信息单位,起始和终止起始和终止,v核苷酸水平：核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基突变或交换单位，四种碱基2 2 遗传物质在细胞内的存在部位和方式遗传物质在细胞内的存在部位和方式第十九页，讲稿共七十九页哦定义：定义：是一类小型闭合环状核外双螺旋是一类小型闭合环状核外双螺旋DNADNA分子，能独立于细胞核进行自主复分子，能独立于细胞核进行自主复制。制。大小：大小：约为约为2-100102-100106 6DaltonDalton，上面携带有数个到数十个甚至上百个基因。，上面携带有数个到数十个甚至上百个基因。性质：性质：可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也可以通过交换掺可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也可以通过交换掺入染色体上，以附加体（入染色体上，以附加体（episomeepisome）的形式存在；）的形式存在；质粒是一种复制子（质粒是一种复制子（repliconreplicon），根据自我复制能力的不同，可把质粒复制的），根据自我复制能力的不同，可把质粒复制的控制形式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒的复制受细胞核控制，与染色控制形式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒的复制受细胞核控制，与染色体体DNADNA复制相伴随复制相伴随,一般一个寄主细胞内只有少数几个（一般一个寄主细胞内只有少数几个（1-51-5）个拷贝；松弛型质）个拷贝；松弛型质粒的复制不受细胞核控制，在染色体粒的复制不受细胞核控制，在染色体DNADNA复制停止的情况下仍可以进行复制，在复制停止的情况下仍可以进行复制，在细胞内的数量可以达到细胞内的数量可以达到10-20010-200个或更多个或更多。质质 粒粒第二十页，讲稿共七十九页哦可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒转移时，它菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一起进行转移，所可以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一起进行转移，所以它可成为基因工程的载体。以它可成为基因工程的载体。对于细菌的生存并不是必要的对于细菌的生存并不是必要的功能多样化功能多样化功能：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、功能：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。固氮、产生酶类、降解功能等。重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。存在范围：很多细菌如存在范围：很多细菌如E.coli、Shigella、S.aureus、Streptococcus lactis、根癌土壤杆菌等、根癌土壤杆菌等制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成分、去除分、去除RNA和蛋白质等步骤。和蛋白质等步骤。鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法法质质 粒粒第二十一页，讲稿共七十九页哦几种代表性质粒几种代表性质粒Figure.Representative FERTILITY PLASMID.A fertility plasmid carries the genes for conjugation as well as a number of other genes.In this figure the fertility plasmid also carries antibiotic resistant genes.（1）.F因子（因子（fertility factor）：又称致育因子或性因子，）：又称致育因子或性因子，62106Dalton，94.5kb，相当于核染色体，相当于核染色体DNA2%的环状双链的环状双链DNA，足，足以编码以编码94个中等大小多肽，其中个中等大小多肽，其中1/3基因（基因（tra区）与接合作用有关。存区）与接合作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性别。性别。第二十二页，讲稿共七十九页哦最初发现于痢疾志贺氏菌（最初发现于痢疾志贺氏菌（Shigella dysenteriaeShigella dysenteriae），后来发现还），后来发现还存在于存在于SalmonellaSalmonella、VibrioVibrio、BacillusBacillus、PseudomonasPseudomonas和和StaphylococcusStaphylococcus中。中。R R因子由相连的两个因子由相连的两个DNADNA片段组成，即抗性转移因子片段组成，即抗性转移因子（resistence transfor factorresistence transfor factor，RTF RTF）和抗性决定）和抗性决定R R因子因子（r-determinantr-determinant），），RTFRTF为分子量约为为分子量约为111011106 6DaltonDalton，控制，控制质粒质粒copycopy数及复制，抗性决定质粒大小不固定，从几百万到数及复制，抗性决定质粒大小不固定，从几百万到10010100106 6DaltonDalton以上。其上带有其它抗生素的抗性基因。以上。其上带有其它抗生素的抗性基因。R-R-因子在细胞内的因子在细胞内的copycopy数可从数可从1212个到几十个，分为严紧型和个到几十个，分为严紧型和松弛型两种，经氯霉素处理后，松弛型质粒可达松弛型两种，经氯霉素处理后，松弛型质粒可达2000300020003000个个/细胞。细胞。（2）.R因子（resistance factor）第二十三页，讲稿共七十九页哦产大肠杆菌素因子。产大肠杆菌素因子。大肠杆菌素是由大肠杆菌素是由E.coliE.coli的某些菌株所分泌的细菌素，能通过抑制复制、的某些菌株所分泌的细菌素，能通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。其分子量约转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。其分子量约4104104 4-810-8104 4DaltonDalton。大肠杆菌素都是由。大肠杆菌素都是由ColCol因子编码的。因子编码的。ColCol因子可分为两类，分别以因子可分为两类，分别以ColE1ColE1和和ColIbColIb为代表。为代表。ColE1ColE1分子量约为分子量约为5105106 6DaltonDalton，无接合作用，是多，无接合作用，是多copycopy的；的；ColE1ColE1研究得很多，并被广泛地用于重组研究得很多，并被广泛地用于重组DNA DNA 的研究和用于体外的研究和用于体外复制系统上。复制系统上。ColIbColIb分子量约为分子量约为801080106 6DaltonDalton，它与，它与F F因子相似，具有通过接因子相似，具有通过接合作用转移的功能，属于严紧型控制，只有合作用转移的功能，属于严紧型控制，只有1-21-2个个copycopy。凡带凡带ColCol因子的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白，从而对大肠杆菌因子的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。素有免疫作用，不受其伤害。（3）.Col因子（colicinogenic factor）第二十四页，讲稿共七十九页哦（4）.Ti质粒（tumor inducing plasmid）即诱癌质粒即诱癌质粒。存在于根癌土壤杆菌（存在于根癌土壤杆菌（Agrobacterium tumefaciensAgrobacterium tumefaciens）中）中,可引可引起许多双子叶植物的根癌。起许多双子叶植物的根癌。当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细菌的当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细菌的DNADNA释释放到植物细胞中。这时，含有复制基因的放到植物细胞中。这时，含有复制基因的TiTi质粒的小片段与植质粒的小片段与植物细胞中的核染色体发生整合，破坏控制细胞分裂的激素调节系统，物细胞中的核染色体发生整合，破坏控制细胞分裂的激素调节系统，从而使它转变成癌细胞。从而使它转变成癌细胞。TiTi质粒长质粒长200kb200kb，是一个大型质粒。当前，是一个大型质粒。当前，TiTi质粒已成为植物遗质粒已成为植物遗传工程研究中的重要载体。一些具有重要性状的外源基因可传工程研究中的重要载体。一些具有重要性状的外源基因可借借DNADNA重组技术设法插入到重组技术设法插入到TiTi质粒中，并进一步使之整合到植物染色质粒中，并进一步使之整合到植物染色体上，以改变该植物的遗传性，达到培育植物优良品种的目的。体上，以改变该植物的遗传性，达到培育植物优良品种的目的。第二十五页，讲稿共七十九页哦是近年来在是近年来在RhizobiumRhizobium（根瘤菌属）中发现的一种质粒，（根瘤菌属）中发现的一种质粒，分子量为分子量为20030010200300106 6DaltonDalton，比一般质粒大几十倍到，比一般质粒大几十倍到几百倍，故称巨大质粒，其上有一系列固氮基因。几百倍，故称巨大质粒，其上有一系列固氮基因。6.6.巨大质粒（巨大质粒（megamega质粒）质粒）（5 5）.降解性质粒降解性质粒v降解性质粒降解性质粒只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码，只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码，从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。这些质粒以其所分解的底物命名，从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。这些质粒以其所分解的底物命名，例如有分解例如有分解CAMCAM（樟脑）质粒，（樟脑）质粒，XYLXYL（二甲苯）质粒，（二甲苯）质粒，SALSAL（水杨酸）质粒，（水杨酸）质粒，MDLMDL（扁桃酸）质粒，（扁桃酸）质粒，NAPNAP（奈）质粒和（奈）质粒和TOLTOL（甲苯）质粒等。（甲苯）质粒等。第二十六页，讲稿共七十九页哦基基 因因原核生物基因系统：原核生物基因系统：启动子（基因）启动子（基因）操纵子操纵子 操纵子（基因）操纵子（基因）基因调控系统基因调控系统 结构基因结构基因 调节基因调节基因基因是能够表达和产生基因产物（蛋白质或基因是能够表达和产生基因产物（蛋白质或RNARNA）的）的DNADNA序列。序列。第二十七页，讲稿共七十九页哦细胞水平：细胞水平：大部分或全部大部分或全部DNADNA都集中于细胞核或核质体中，不同都集中于细胞核或核质体中，不同种类微种类微生物或同种不同细胞中细胞核的数目不同；生物或同种不同细胞中细胞核的数目不同；染色体水平：染色体水平：真核微生物的每个细胞核内含有一定数量的染色体；真核微生物的每个细胞核内含有一定数量的染色体；而原核微生物中一个核质体就是一个裸露的、光学显微镜下不能看而原核微生物中一个核质体就是一个裸露的、光学显微镜下不能看到的环状染色体到的环状染色体。一些真核生物和原核生物基因组的比较一些真核生物和原核生物基因组的比较 生 物 单倍体的分子量 核苷酸对数 已知染色体基因数 约数（Da）人 32 35 1012 57 109 4000 黑腹果蝇 4 7.9 1010 8.0 107 50006000 粗糙脉孢菌 7 2.8 1010 4.5 107 500 大肠杆菌 1 2.5 109 3.8 106 1027 噬菌体T4 1 1.1 108 2.0 105 135 噬菌体 1 3.2 107 4.8 104 35 噬菌体MS2 1 1.1 106 3.5 103 3第二十八页，讲稿共七十九页哦密码子（密码子（codencoden）：）：由由3 3个核苷酸顺序决定，负个核苷酸顺序决定，负载遗传信息的基本单位载遗传信息的基本单位不对称转录：不对称转录：只有只有DNADNA双链的一股才作为有意义双链的一股才作为有意义链被转录，这种现象又称不对称转录。链被转录，这种现象又称不对称转录。起始密码子：起始密码子：AUGAUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸终止密码子：终止密码子：UAAUAA、UGAUGA、UAGUAG遗传密码：遗传密码：指指DNADNA链上各个核苷酸的特定排列顺链上各个核苷酸的特定排列顺序序第二十九页，讲稿共七十九页哦核外核外DNADNA的种类的种类核外染色体核外染色体真真核核生生物物的的“质粒质粒”原原核核生生物物的质粒的质粒线粒体线粒体细胞质基因细胞质基因叶绿体叶绿体（质体）（质体）中心体中心体动动 体体共生生物：共生生物：卡巴颗粒卡巴颗粒酵母菌的酵母菌的2 m质粒质粒F因子因子R因子因子Col质粒质粒Ti质粒质粒巨大质粒巨大质粒降解性质粒降解性质粒第三十页，讲稿共七十九页哦遗传性变异：遗传性变异：是由基因结构发生改变所致，主要是由基因结构发生改变所致，主要通过基因突变、基因损伤后的修复、基因的转移与重通过基因突变、基因损伤后的修复、基因的转移与重组来实现。组来实现。非遗传性变异：非遗传性变异：是细菌在环境因素等影响下出现是细菌在环境因素等影响下出现的变化，这种变化不是因基因结构的变化而产生的。的变化，这种变化不是因基因结构的变化而产生的。四四 变异的机制变异的机制第三十一页，讲稿共七十九页哦突变突变(mutation)mutation)：是细菌遗传物质的结构发生突然而是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。基因突变规律：基因突变规律：突变率突变率 突变常自然发生，但突变率极突变常自然发生，但突变率极低。突变与选择低。突变与选择 突变是随机的，不定向的。回复突突变是随机的，不定向的。回复突变变 细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突变可恢复野生型的性状。株经过又一次突变可恢复野生型的性状。DNADNA的损伤修复：的损伤修复：当细菌当细菌DNADNA受到损伤时，细胞会用有效受到损伤时，细胞会用有效的的DNADNA修复系统进行细致的修复，使损伤降为最小。修复系统进行细致的修复，使损伤降为最小。1 基因的突变与损伤后修复基因的突变与损伤后修复第三十二页，讲稿共七十九页哦彷徨试验彷徨试验(fluctuation test)第三十三页，讲稿共七十九页哦影印试验影印试验(replica plating)第三十四页，讲稿共七十九页哦依表型的改变分为：依表型的改变分为：形态突变型形态突变型营养缺陷型营养缺陷型因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。型。发酵突变型发酵突变型丧失产生某种生物合成酶能力的突变型丧失产生某种生物合成酶能力的突变型抗性突变型抗性突变型因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性抗性条件致死突变型条件致死突变型突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型另一条件下却无法生长繁殖的突变型抗原突变型抗原突变型因突变而引起的抗原结构发生改变因突变而引起的抗原结构发生改变产量突变型产量突变型 基因突变的类型基因突变的类型第三十五页，讲稿共七十九页哦按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：选择性突变株（选择性突变株（selective mutantselective mutant）：）：具有选择标记具有选择标记（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、选择适当的环境条件，如培养基、温度、pHpH值等，就比值等，就比较容易检出和分离到。较容易检出和分离到。非选择性突变株（非选择性突变株（non-selective mutantnon-selective mutant）：无选择标记）：无选择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能鉴别这种（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌落并找出差异。突变体的惟一方法是检查大量菌落并找出差异。第三十六页，讲稿共七十九页哦突变的特点突变的特点突变的特点突变的特点适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。稀有性：突变率低且稳定。稀有性：突变率低且稳定。独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。可诱发性：诱变剂可提高突变率。可诱发性：诱变剂可提高突变率。稳定性：变异性状稳定可遗传。稳定性：变异性状稳定可遗传。可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突称为正向突变变（forward mutationforward mutation），从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回），从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变（变（back mutationback mutation或或reverse mutationreverse mutation）。）。第三十七页，讲稿共七十九页哦（五）基因突变的机制（五）基因突变的机制基因突变的原因是多种多样的，可以是自发的或诱发的，诱变基因突变的原因是多种多样的，可以是自发的或诱发的，诱变又又可分为点突变和畸变。具体类型可分为点突变和畸变。具体类型可归纳如下：可归纳如下：第三十八页，讲稿共七十九页哦诱变机制诱变机制诱变剂（诱变剂（mutagenmutagen）：凡能提高突变率的任何）：凡能提高突变率的任何理化因子，就称为诱变剂理化因子，就称为诱变剂.种类种类：诱变剂的种类很多，作用方式多样。即：诱变剂的种类很多，作用方式多样。即使是同一种诱变剂，也常有几种作用方式。使是同一种诱变剂，也常有几种作用方式。按照遗传物质结构变化的特点讨论几种有代表性按照遗传物质结构变化的特点讨论几种有代表性的诱变剂的作用机制。的诱变剂的作用机制。第三十九页，讲稿共七十九页哦（1）碱基置换（substitution）定义定义：对：对DNADNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤（microlesionmicrolesion），一般也称点突变（），一般也称点突变（point mutationpoint mutation）。它只涉及一）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。对碱基被另一对碱基所置换。分类：分类：转换（转换（transitiontransition），），即即DNADNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；颠换（颠换（transversiontransversion），），即一个嘌呤被一个嘧啶即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。啶被一个嘌呤所置换。对某一具体诱变剂来说，对某一具体诱变剂来说，即可同时引起转换与颠换，即可同时引起转换与颠换，也可只具其中的一种功能。也可只具其中的一种功能。根据化学诱变剂是根据化学诱变剂是直接直接还还是是间接间接地引起置换，可把置地引起置换，可把置换的机制分成以下两类来讨换的机制分成以下两类来讨论。论。第四十页，讲稿共七十九页哦第四十一页，讲稿共七十九页哦直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂定义：定义：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂，不论在机体内或是在离体条件下均有作用。变剂，不论在机体内或是在离体条件下均有作用。种类：种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-N-甲基甲基-N-N硝硝基基-N-N-亚硝基胍，亚硝基胍，N-N-甲基甲基-N-N-亚硝基脲，乙烯亚胺，亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。环氧乙酸，氮芥等）。作用：作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起从而引起DNADNA复制时碱基配对的转换，并进一步复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发生变异。使微生物发生变异。羟胺只引起羟胺只引起GCA:TGCA:T，其余都是可使其余都是可使GC=A:TGC=A:T发生互变的。发生互变的。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有（参见下表）。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有（参见下表）。第四十二页，讲稿共七十九页哦若干诱变剂的作用机制及诱变功能诱变因素诱变因素在在DNA上的初级效应上的初级效应遗传效应遗传效应碱基类似物碱基类似物掺入作用掺入作用AT=GC双向转换双向转换羟羟 胺胺与胞嘧啶起反应与胞嘧啶起反应GCAT的转换的转换亚硝酸亚硝酸A、G、C的氧化脱氨作用的氧化脱氨作用交交 联联AT=GC双向转换双向转换 缺失缺失烷化剂烷化剂烷化碱基（主要是烷化碱基（主要是G）烷化磷酸基团烷化磷酸基团丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂AT=GC双向转换双向转换ATTA的颠换的颠换GCCG的颠换的颠换巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类丫啶类碱基之间相互作用碱基之间相互作用 双链变形双链变形码组移动（或）码组移动（或）紫外线紫外线嘧啶的水合物嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚体形成嘧啶的二聚体交交 联联GCAT转换转换码组移动（或）码组移动（或）电离辐射电离辐射碱基的羟基化核降解碱基的羟基化核降解DNA降解降解 糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂丧