微生物遗传.doc

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1、【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遗传.精品文档.绪论独立分离定律：在生物体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。自由组合定律：控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的；在形成配子时，决定同一性状的成队的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。基因是在染色体上呈线性排列的遗传单位，它不仅是决定性状的功能单位，也是一个突变单位和交换单位。连锁和交换定律：遗传过程中，染色体可以自由组合，而排在一条染色体上的基因是不能自由组合的 ，即为“连锁”；同源染色体

2、的断离与重新结合，能够产生了基因的“互相交换”。现代基因概念 DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。合成有功能的蛋白质或RNA所必需的全部DNA序列（除部分病毒RNA）, 即一个基因不仅包括编码蛋白质或RNA的核苷酸序列，还包括为保证转录所必需的调控序列。基因组：携带生物体全部遗传信息的核酸量。从分子水平来说，基因有3个基本特性:（1）基因可自体复制 （2）基因决定性状 （3）基因突变基因的功能类别（1） 蛋白质基因：其最终产物为蛋白质v结构基因（structure gene） ：编码酶和结构蛋白的基因。结构基因的突变可导致特定蛋白质（或酶）一级结构的改变或影响蛋

3、白质（或酶）量的改变。v调节基因（regulator gene） ：指某些可调节控制结构基因表达的基因。调控基因的突变可以影响一个或多个结构基因的功能，或导致一个或多个蛋白质（或酶）量的改变（2） RNA基因：其最终产物是tRNA和rRNA （3）不转录的基因：不产生任何产物，对基因表达起调节控制作用v启动基因（启动子，启动区）：转录时RNA多聚酶与DNA结合的部位。 v操纵基因：位于结构基因（一个或多个）的前端，与阻遏蛋白或激活蛋白结合，控制结构基因活动的DNA区段。是操纵结构基因的基因。 基因的几种特殊形式（1）重复基因：指在基因组中有多份拷贝的基因，往往是生命活动中最基本、最重要的基因。

4、（2）重叠基因：指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列为两个或两个以上基因的组成部分。 （3）断裂基因指基因的编码序列在DNA分子上是不连续排列的，而是被不编码的序列所隔开。编码的序列称为外显子，对应于mRNA序列的区域，是一个基因表达为多肽链的部分。不编码的间隔序列称为内含子，内含子只转录，在前mRNA（premRNA）时被剪切掉。大多数真核生物的基因为不连续基因（interrupted或discontinuous gene）或断裂基因（split gene）。（4）跳跃基因(jumping gene)指可在DNA分子间进行转移的DNA片段。 也称为转座遗传因子（tr

5、ansposable genetic element），转座元件或转座基因（transposable element，TE），可动基因(mobile gene)。 （5）假基因 即与正常功能基因顺序基本相同却不具有控制蛋白质合成的功能的基因。在真核生物中是很普遍存在，形成的主要原因是碱基对缺失或插入以致不能正常编码。 细菌概述(1). 细菌的细胞：细菌是原核生物（prokaryotes)，无细胞核，不进行减数和有丝分裂，而是简单地复制和一分为二。(2). 细菌的染色体：细菌为单倍体，其染色体为环形双链DNA分子，不形成核小体结构。微生物基因组结构的特点1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染

6、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；古生菌的基因组在结构上类似于细菌。但是信息传递系统(复制、转录和翻译)则与细菌不同而类似于真核生物。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；啤酒酵母基因组大小为13.5106bp，分布在16条染色体中。3）有间隔区（即非编码区）和内含子

7、序列；4）重复序列多；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质粒的分子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）质粒的检测t 提取所有胞内DNA后电镜观察

8、；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，质粒的主要类型致育因子（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）1、致育因子(Fertility factor，F因子)又称F质粒，其大小约100kb，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。（conjugation）时具

9、体介绍2、抗性因子（Resistance factor，R因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。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。3、产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因、赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。4、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，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。5

10、、代谢质粒（Metabolic plasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。6、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方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。质粒的主要类型高拷贝数(high copy number)质粒松弛型质粒(relaxed plasmid（每个宿主细胞中可以有10-100个拷贝）低拷贝数(low copy number)质粒严谨型质粒(stringent plasmid)（每个宿主细胞中可以有1-4个拷贝）窄宿主范围质粒(narro

11、w host range plasmid)只能在一种特定的宿主细胞中复制广宿主范围质粒(broad host range plasmid)（可以在许多种细菌中复制）质粒的不亲和性在同一个大肠杆菌细胞，一般不能同时含有两种不同的。也称为质粒的不相容性。是指在没有选择压力的情况下，两种亲源关系密切的不同质粒，不能够在同一个寄主细胞系中稳定地共存的现象。质粒的不亲合性分子基础，主要是由于它们在复制功能之间的相互干扰造成的转座子的定义能将自身插入基因组新位置的DNA序列。 转座子的转座特点（1） 基因组内移动；（2） 不依赖于供体与受体间的序列关系；（3） 一般仅移动转座子序列本身。转座子的分类简单转

12、座子（插入序列）Simple transposon （ insertion sequence）作为一个整体进行转座复合转座子 (Composite transposon)插入序列的结构特征（1）含短的末端反向重复序列;（2）含编码转座酶的基因;（3）靶位点存在 5-9 bp 的短正向重复序列。复合转座子的结构特征(1)中间区域含编码转座酶以外的标记基因；(2)两端具有插入序列；(3)两末端是反向重复序列；(4)靶位点存在短正向重复序列。复合转座子的转座特点可以作为一个整体进行转座；含有的一个或两个IS元件也可进行单独转座。转座机制所有转座子的共同机制：在靶DNA上造成交错切口，转座子与突出的末

13、端相连，填补缺口。转座类型据转座子的移动机制，可分为：复制型转座（replicative transposition）非复制型转座（nonreplicative transposition）保守型转座（conservative transposition） 转座引起的遗传学效应（1）引起插入突变（2）产生新的基因（3）引起生物进化（4）引起染色体畸变注：转座引起DNA重排（Rearrangement) 转座子多个拷贝之间的同源重组引起宿主DNA的重排； 转座子重复序列间的同源重组导致精确或不精确切除营养缺陷型（auco troph）：因丧失合成某些生活必需物质的能力，不能在基本培养基上生长的，

14、突变型菌株。营养缺陷型auxotroph 指微生物等不能在无机盐类和碳源组成的合成培养基中增殖，必须补充一种或一种以上的营养物质才能生长。营养缺陷型菌株 从自然界分离到的微生物在其发生突变前的原始菌株，成为野生型菌株。营养缺陷性菌株是野生型菌株经过人工诱变或自发突变失去合成某种成长因子的能力，只能在完成培养基或补充了相应的生长因子的基本培养基中才能正常生长的变异菌株。获得 营养缺陷型是一种生化突变株，它的出现是由基因突变引起的。遗传信息的载体是一系列为酶蛋白编码的核酸系列，如果核酸系列中某碱基发生突变，由该基因所控制的酶合成受阻，该菌株也因此不能合成某种营养因子，使正常代谢失去平衡。 营养缺陷

15、型菌株的筛选一般包括诱发突变、后培养、淘汰野生型、检出缺陷型和鉴别缺陷型、生产能力测试等主要步骤。 在筛选营养缺陷型突变株的工作中，常用三种培养基：一是基本培养基，它是仅能满足微生物野生型菌株生长要求的培养基。第二种是完全培养基，它是能满足某微生物所有营养缺陷型菌株营养要求的天然或半合成培养基。第三种是补充培养基，凡是只能满足某种营养缺陷型生长需要的合成培养基么就称为补充培养基。1.用于诱发营养缺陷型的诱变剂有亚硝基胍,紫外线,亚硝酸等,其中亚硝基胍的诱发突变率极高,一般可达10%以上,另外,随着诱变剂量的提高突变频率也追加.2.在诱变之后存活的菌体中,存活的营养缺陷型菌株的数量很少,而野生型

16、细胞却大量存在,所以常采用抗生素法和菌丝过滤法来筛选营养缺陷型菌株.3.经过第二步,野生型的细胞和营养缺陷型细胞数量比例发生很大变化,但是终究还是混合体,要设法把缺陷型菌株从群体分离检出,可用点植对照法,影印法,夹层法,限量补充培养法来分离.4.缺陷型菌株的鉴定,实际是测定营养缺陷型菌株所需的生长因子种类.鉴定的方法可分为两大类:一种方法是在一个平皿中加入一种营养物质以测定多株缺陷型菌株(10-50)对该生长因子的需求情况.第二种方法是在同一个平皿上测定一种缺陷型菌株对许多生长因子的需求情况,成为生长谱法.应用 在理论研究中，营养缺陷型不仅被广泛应用于阐明微生物代谢途径上，而且在遗传学的研究中

17、具有特殊的地位。在转化、转导、原生质体融合、质粒和转座因子等遗传学研究中，营养缺陷型是常用的标菌种。此外，营养缺陷型菌株还是研究基因的结构与功能常用的材料。在生产实践中，营养缺陷型可以用来切断代谢途径，以积累中间代谢产物；也可以阻断某一分支代谢途径，从而积累具有共同前体的另一分支代谢产物；营养缺陷型还能解除代谢的反馈调节机制，以积累合成代谢中某一末端产物或者中间产物；也可将营养缺陷型菌株作为生产菌株杂交、重组育种的遗传标记。营养缺陷型菌株广泛应用于核苷酸及氨基酸等产品的生产。1、阻断代谢途径，积累中间代谢产物2、阻断分支代谢，改变代谢方向，积累另一终端代谢产物3、解除反馈抑制，积累代谢产物4、利用渗漏缺陷型进行代谢调控育种