微生物遗传变异 (2).ppt
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1、关于微生物遗传变异(2)现在学习的是第1页,共109页几个基本概念遗传型遗传型(genotype):又称又称基因型,指某一生物基因型,指某一生物个体所含有的全部遗个体所含有的全部遗传因子即基因的总和。传因子即基因的总和。表现型表现型(phenotype):指指某一生物所具有的某一生物所具有的一切外表特征及内一切外表特征及内在特性的总和,是在特性的总和,是遗传型在合适条件遗传型在合适条件下的具体体现。下的具体体现。遗传型遗传型 +环境条件环境条件代谢代谢发育发育 表型表型现在学习的是第2页,共109页几个基本概念变异变异(variation):指指生物体在某种外因或生物体在某种外因或内因作用下引
2、起的遗内因作用下引起的遗传物质结构或数量的传物质结构或数量的改变,亦即遗传型的改变,亦即遗传型的改变。改变。饰变饰变(modification):指指不涉及遗传物质结不涉及遗传物质结构改变而只发生在构改变而只发生在转录、转译水平上转录、转译水平上的表型变化。的表型变化。现在学习的是第3页,共109页遗传遗传(heredity或或inheritance)和和变异变异(variation)是生物体最本质是生物体最本质的属性之一。的属性之一。在遗传性适宜的环境条件下时,在遗传性适宜的环境条件下时,通过代谢和发育才能使其后代转通过代谢和发育才能使其后代转化为与亲代相同的具体性状。化为与亲代相同的具体性
3、状。现在学习的是第4页,共109页关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。关于微生物遗传变异的物质基础及其存在形式。关关关关于于于于微微微微生生生生物物物物基基基基因因因因突突突突变变变变的的的的基基基基本本本本原原原原理理理理(类类类类型型型型、特特特特点和机制)。点和机制)。点和机制)。点和机制)。关于微生物基因重组的基本原理(方式和特点)。关于微生物基因重组的基本原理(方式和特点)。关于微生物基因重组的基本原理(方式和特点)。关于微生物基因重组的基本原理(方式和特点)。微微微微生生生生物物物物菌菌菌菌种
4、种种种退退退退化化化化的的的的原原原原因因因因;掌掌掌掌握握握握菌菌菌菌种种种种复复复复壮壮壮壮的的的的方方方方法法法法、防防防防止止止止菌菌菌菌种种种种退退退退化化化化的的的的措措措措施施施施以以以以及及及及菌菌菌菌种种种种保保保保藏藏藏藏的的的的方式和原理。方式和原理。方式和原理。方式和原理。本章主要内容现在学习的是第5页,共109页第一节第一节第一节第一节 微生物遗传变异的微生物遗传变异的微生物遗传变异的微生物遗传变异的物质基础物质基础物质基础物质基础 一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验实验 肺炎双球菌的转化实验肺炎双球菌的转化实验噬菌体的感染实
5、验噬菌体的感染实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验 现在学习的是第6页,共109页现在学习的是第7页,共109页现在学习的是第8页,共109页现在学习的是第9页,共109页现在学习的是第10页,共109页现在学习的是第11页,共109页这些实验说明:加热杀死的S型细菌,在其细胞内可能存在一种转化物质,这种转化物质能通过某种方式进入R型细胞,并使得R型细胞获得稳定的遗传性状。现在学习的是第12页,共109页现在学习的是第13页,共109页以上结果表明只有S型菌株的DNA才能将S.pmeumoniae 的R型转化成S型。DNA纯度越高,转化效率也越高。转移的是以DNA为物质
6、基础的遗传因子,而不是遗传性状本身(荚膜多糖)。现在学习的是第14页,共109页(二)(二)噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验1952 1952 年,侯喜年,侯喜(A.Hershey)A.Hershey)和蔡斯和蔡斯(M.Chase)M.Chase)发表了证发表了证明明DNADNA是噬菌体的遗传物质的实验:是噬菌体的遗传物质的实验:先用含有放射性先用含有放射性3535SOSO4 42-2-或或 3232POPO4 43-3-的培养基培养大肠杆的培养基培养大肠杆菌,然后让菌,然后让 T2 T2 噬菌体侵染培养后的大肠杆菌,从而使噬菌体侵染培养后的大肠杆菌,从而使 T2 T2 噬菌体打上噬菌体打上
7、3535S S 或或 3232P P 的标记。的标记。让这种让这种 T2 T2 噬菌体侵染不含标记元素的大肠杆菌噬菌体侵染不含标记元素的大肠杆菌吸附和侵入后,吸附和侵入后,强烈搅拌洗涤,再进行离心沉淀,分别强烈搅拌洗涤,再进行离心沉淀,分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记。测定沉淀物和上清液中的同位素标记。结果发现,几乎全部结果发现,几乎全部 3535S S 都在上清液中,而几乎全部都在上清液中,而几乎全部 3232P P 和细菌一起出现在沉淀物中。和细菌一起出现在沉淀物中。现在学习的是第15页,共109页现在学习的是第16页,共109页现在学习的是第17页,共109页现在学习的是第18页,共
8、109页The Hershey-Chase experiment现在学习的是第19页,共109页现在学习的是第20页,共109页(三)(三)(三)(三)烟草花叶病毒的拆开与重组实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验烟草花叶病毒的拆开与重组实验 1956年,美国的法朗克-康勒特(Fraenkel-Conrat)将烟草花叶病毒拆成RNA和蛋白质,并分别对烟草进行感染实验;结果发现只有RNA能感染烟草,并在感染后的寄主中分离到完整的具蛋白质外壳的烟草花叶病毒。现在学习的是第21页,共109页后来他又将甲、乙两种变种的烟草花叶病毒拆开,在体外分别将甲病毒的 RNA和乙病毒的蛋白质
9、结合,将乙病毒的RNA 和甲病毒的蛋白质结合进行重组。接着他把这些经过重组的病毒分别感染烟草。结果从寄主分离所得的病毒蛋白质均取决于相应病毒的 RNA。证明了核酸(RNA)是烟草花叶病毒的遗传物质基础。(三)烟草花叶病毒的拆开与重组实验(三)烟草花叶病毒的拆开与重组实验(三)烟草花叶病毒的拆开与重组实验(三)烟草花叶病毒的拆开与重组实验 现在学习的是第22页,共109页霍氏车前花叶病毒霍氏车前花叶病毒拆开的病毒拆开的病毒杂合的病毒杂合的病毒罹病的烟叶罹病的烟叶重新分离的病毒重新分离的病毒TMV重建实验示意图重建实验示意图TMVHRV烟草花叶病毒感染分离纯化重建原始病毒现在学习的是第23页,共1
10、09页 二、DNA的结构与复制(一)(一)DNA的结构:的结构:DNA单体:核苷酸单体:核苷酸磷酸磷酸+核糖核糖+碱基碱基A(腺嘌呤)(腺嘌呤)T(胸腺嘧啶)(胸腺嘧啶)C(胞嘧啶)(胞嘧啶)G(鸟嘌呤)(鸟嘌呤)两条核苷酸链两条核苷酸链 多聚核苷酸多聚核苷酸碱基在内碱基在内两链上碱基互补配对两链上碱基互补配对(氢键相连)(氢键相连)ATGC脱氧核糖、磷酸向外脱氧核糖、磷酸向外现在学习的是第24页,共109页Three representations of DNA.现在学习的是第25页,共109页1 1、遗传物质在细胞中的存在方式、遗传物质在细胞中的存在方式(一)细胞水平(一)细胞水平(一)细
11、胞水平(一)细胞水平细胞核细胞核细胞核细胞核;在在在在细细细细胞胞胞胞质质质质中中中中存存存存在在在在着着着着一一一一些些些些能能能能自自自自我我我我复复复复制制制制的的的的遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质,一一一一般般般般称称称称这这这这部部部部分分分分DNA DNA DNA DNA 为为为为质粒质粒质粒质粒。(二)细胞核水平(二)细胞核水平(二)细胞核水平(二)细胞核水平 真真真真核核核核微微微微生生生生物物物物的的的的细细细细胞胞胞胞核核核核有有有有核核核核膜膜膜膜包包包包围围围围,形形形形成成成成具具具具有有有有完完完完整整整整形形形形态态态态、在在在在光光光光学学学学显显显显微微微微
12、镜镜镜镜下下下下清清清清晰晰晰晰可可可可见见见见的的的的细细细细胞胞胞胞核核核核,核核核核内内内内DNA DNA DNA DNA 与与与与组组组组蛋蛋蛋蛋白结合在一起构成染色体。白结合在一起构成染色体。白结合在一起构成染色体。白结合在一起构成染色体。原原原原核核核核生生生生物物物物的的的的DNADNADNADNA与与与与很很很很少少少少量量量量蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质结结结结合合合合,没没没没有有有有核核核核膜膜膜膜包包包包围围围围,由由由由DNADNADNADNA细丝构成环状染色体。细丝构成环状染色体。细丝构成环状染色体。细丝构成环状染色体。现在学习的是第26页,共109页(三)分子水平(三
13、)分子水平DNADNA(RNARNA)在在DNA DNA 大大分分子子上上存存在在着着决决定定某某些些遗遗传传性性状状的的特特定定区区段段,即即所所谓谓基基因因一一个个基基因因含含若若干干核核苷苷酸酸碱基组成的三联密码。碱基组成的三联密码。四四种种核核苷苷酸酸,按按其其排排列列组组合合方方式式的的不不同同,可可编编出出三三联联密密码码 4 43 36464个个,用用于于决决定定组组成成蛋蛋白白质质的的20 20 种种氨氨基基酸酸顺顺序序。起起始始密码(密码(AUGAUG)和终止密码(和终止密码(UAAUAA、UGAUGA和和UAGUAG)。)。现在学习的是第27页,共109页2、基因、基因在生
14、物体内,一切具有自主复制能力的遗传功能单位,都可称为基因。其物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的核酸片断,每个基因一般含有1000bp(碱基对)。现在学习的是第28页,共109页基因调基因调控系统控系统操纵子操纵子调节基因调节基因启动基因启动基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因酶及结酶及结构蛋白构蛋白阻遏蛋白阻遏蛋白原核生物的基因通过组成以下的调控原核生物的基因通过组成以下的调控系统而发挥作用:系统而发挥作用:现在学习的是第29页,共109页大肠杆菌乳糖操纵子大肠杆菌乳糖操纵子莫诺与雅可布因提出“操纵子学说”而荣获1965年诺贝尔生理学与医学奖。1969年,贝克维斯(JRBeckwith)从大肠
15、杆菌的DNA中分离出乳糖操纵子,完全证实了雅可布和莫诺的模型。现在学习的是第30页,共109页乳糖操纵子关闭现在学习的是第31页,共109页现在学习的是第32页,共109页原核生物的质粒原核生物的质粒游离于原核生物染色体外,具有独立复制能游离于原核生物染色体外,具有独立复制能力的小型共价闭合环状力的小型共价闭合环状DNA分子,称为质粒,分子,称为质粒,即即 cccDNA (circular covalently closed DNA)。现在学习的是第33页,共109页几种细菌的质粒几种细菌的质粒F因子因子(fertilityfactor):又称致育因子):又称致育因子或性因子。是或性因子。是E
16、.Coli等细菌中决定性别的质等细菌中决定性别的质粒。粒。R因子因子(resistancefactor):又称又称R质粒,质粒,即抗抗生素或化学治疗剂因子。即抗抗生素或化学治疗剂因子。R因子对多因子对多种抗生素有抗性,可作筛选时的理想标记,种抗生素有抗性,可作筛选时的理想标记,也可用作基因载体。也可用作基因载体。现在学习的是第34页,共109页Col因子因子(colicinogenicfactor):即产):即产大肠杆菌素因子。许多细菌都能产生使其他大肠杆菌素因子。许多细菌都能产生使其他原核生物致死的蛋白质类细菌毒素。大肠杆原核生物致死的蛋白质类细菌毒素。大肠杆菌素(菌素(colicin)具有
17、通过抑制复制、转录、)具有通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其他肠道转译或能量代谢等而专一地杀死其他肠道细菌的功能。细菌的功能。现在学习的是第35页,共109页Ti质粒质粒(tumorinducingplasmid):即:即诱癌质粒。诱癌质粒。巨大质粒巨大质粒(megaplasmid):在根瘤菌属:在根瘤菌属中发现的一种质粒,其上有一系列固氮基中发现的一种质粒,其上有一系列固氮基因。因。降解性质粒降解性质粒:只在假单胞菌属中发现。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物质的酶编码,从而能利
18、用一般细菌所难以分解的物质作碳源。以分解的物质作碳源。现在学习的是第36页,共109页3、遗传信息的传递中心法则现在学习的是第37页,共109页4.DNA的复制现在学习的是第38页,共109页三、DNA的变性和复性当天然双链当天然双链DNA受热受热或在或在其他因素其他因素的作用下,的作用下,两条链之间的结合力被破坏而分开成单链两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA,称为,称为DNA变性。变性。其他因素:其他因素:pH,达,达11.3时,氢键完全消失时,氢键完全消失尿素尿素硫胺硫胺现在学习的是第39页,共109页三、DNA的变性和复性退火:退火:变性变性DNA溶液经适当处理后重新形成天溶液经
19、适当处理后重新形成天然然DNA的过程叫退火。的过程叫退火。现在学习的是第40页,共109页四、RNA 碱基四种:碱基四种:RNA有四种:有四种:RNARNA RNA反义反义RNA,是在,是在 RNA转录的同时形成的短的片转录的同时形成的短的片段,起调节作用,决定段,起调节作用,决定 RNA翻译合成速率。翻译合成速率。年美国科学家研究质粒的复制时发现了反义RNA。现在学习的是第41页,共109页现在学习的是第42页,共109页五、遗传密码现在学习的是第43页,共109页六、蛋白质的合成蛋白质合成过程:蛋白质合成过程:转录转录翻译翻译多肽链形成多肽链形成现在学习的是第44页,共109页现在学习的是
20、第45页,共109页现在学习的是第46页,共109页第二节第二节第二节第二节 微生物的基因突变微生物的基因突变微生物的基因突变微生物的基因突变突变率突变率(mutation ratemutation rate):):每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率,每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率,称突变率。称突变率。突变率为突变率为1010-8-8的,即指该细胞在一亿次细胞分裂中,会发的,即指该细胞在一亿次细胞分裂中,会发生一次突变。生一次突变。或者一个含有或者一个含有10108 8个细胞的群体,当其分裂为个细胞的群体,当其分裂为2 210108 8个细胞个细胞时,即可平均发生一次突
21、变的突变几率也是时,即可平均发生一次突变的突变几率也是1010-8-8。现在学习的是第47页,共109页基因突变的机理基因突变的机理基因突变简称突变,是变异的一种,指生物体内遗传物质的分子结构突然发生可遗传的变化。(一)诱发突变(一)诱发突变 利用物理化学因素处理微生物群体,促使少数个体利用物理化学因素处理微生物群体,促使少数个体利用物理化学因素处理微生物群体,促使少数个体利用物理化学因素处理微生物群体,促使少数个体细胞的细胞的细胞的细胞的DNA分子结构发生改变,引起微生物的遗传分子结构发生改变,引起微生物的遗传分子结构发生改变,引起微生物的遗传分子结构发生改变,引起微生物的遗传性状发生突变。
22、性状发生突变。性状发生突变。性状发生突变。现在学习的是第48页,共109页1111碱基对的置换(点突变碱基对的置换(点突变碱基对的置换(点突变碱基对的置换(点突变point mutationpoint mutationpoint mutationpoint mutation)直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂 (亚硝酸类、羟胺、(亚硝酸类、羟胺、(亚硝酸类、羟胺、(亚硝酸类、羟胺、烷化剂类)烷化剂类)烷化剂类)烷化剂类)间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂 (碱基类似物)(碱基类似物)(碱基类似物)(碱基
23、类似物)2 2 移码突变移码突变 :诱变剂使:诱变剂使:诱变剂使:诱变剂使DNADNADNADNA分子中的一个或少数几分子中的一个或少数几分子中的一个或少数几分子中的一个或少数几个核苷酸的增添(插入)或缺失,从而使该部位后个核苷酸的增添(插入)或缺失,从而使该部位后个核苷酸的增添(插入)或缺失,从而使该部位后个核苷酸的增添(插入)或缺失,从而使该部位后面的全部密码发生转录和转译错误的一类突变。面的全部密码发生转录和转译错误的一类突变。面的全部密码发生转录和转译错误的一类突变。面的全部密码发生转录和转译错误的一类突变。3 3 3 3 染色体畸变:染色体畸变:染色体畸变:染色体畸变:DNADNAD
24、NADNA的大段损伤。的大段损伤。的大段损伤。的大段损伤。现在学习的是第49页,共109页基因突变及其机制基因突变及其机制基因突变及其机制基因突变及其机制现在学习的是第50页,共109页基因突变的机理基因突变的机理(二)自发突变的机制(二)自发突变的机制(二)自发突变的机制(二)自发突变的机制 :原因不详的低剂量诱变因素长:原因不详的低剂量诱变因素长:原因不详的低剂量诱变因素长:原因不详的低剂量诱变因素长期作用的综合效应。期作用的综合效应。期作用的综合效应。期作用的综合效应。1 1 1 1 背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应背景辐射和环境中多因素低剂量
25、的诱变效应背景辐射和环境中多因素低剂量的诱变效应 2222微生物自身有害代谢产物的诱变效应微生物自身有害代谢产物的诱变效应微生物自身有害代谢产物的诱变效应微生物自身有害代谢产物的诱变效应 3 3 3 3 互变异构效应互变异构效应互变异构效应互变异构效应 四种碱基的第六位上不是酮基(四种碱基的第六位上不是酮基(四种碱基的第六位上不是酮基(四种碱基的第六位上不是酮基(T T和和和和GG)就是氨基()就是氨基()就是氨基()就是氨基(A A和和和和C C)(T T和和和和GG:酮式和烯醇式,:酮式和烯醇式,:酮式和烯醇式,:酮式和烯醇式,C C和和和和A A以氨基式或亚氨基式)以氨基式或亚氨基式)以
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