第七章微生物的遗传和变异课件.ppt

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1、畜牧微生物学畜牧微生物学第七章、微生物的遗传和变异第七章、微生物的遗传和变异l l微生物是研究现代遗传学和其它许多主要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研究对的生物学基本理论问题中最热衷的研究对象。象。l l对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物学和生物工程学的发展，了现代分子生物学和生物工程学的发展，而且为育种工作提供了丰富的理论基础，而且为育种工作提供了丰富的理论基础，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、从近缘杂交到远缘高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘

2、杂交的方向发展。杂交的方向发展。研究微生物遗传学的意义研究微生物遗传学的意义遗传与变异的概念遗传与变异的概念l l遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。l l遗传遗传遗传遗传(heredity)(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲亲代生物的性状在子代得到表现；亲亲代生物的性状在子代得到表现；亲亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息

3、。代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。特点：具稳定性。特点：具稳定性。特点：具稳定性。遗传型（遗传型（遗传型（遗传型（genotypegenotype）：又称基因型，指某一生物个体又称基因型，指某一生物个体又称基因型，指某一生物个体又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和；所含有的全部基因的总和；所含有的全部基因的总和；所含有的全部基因的总和；-是一种内在可能性或是一种内在可能性或是一种内在可能性或是一种内在可能性或潜力。潜力。潜力。潜力。遗传型遗传型遗传型遗传型 +环境条件环境条件环境条件环境条件 表型表型表型表型l l表型（表型（表型（表型（phenot

4、ypephenotype）：指生物体所具有的一切外表特征指生物体所具有的一切外表特征指生物体所具有的一切外表特征指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和和内在特性的总和和内在特性的总和和内在特性的总和;-;-是一种是一种是一种是一种现实存在，现实存在，现实存在，现实存在，是具一定是具一定是具一定是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。变变异异(variation):生生物物体体在在外外因因或或内内因因的的作作用用下下，遗遗传传物物质质的的结结构构或

5、或数数量量发发生生改改变变。变变异异的的特特点点：a.a.在在群群体体中中以以极极低低的的几几率率出出现现，（一一般般为为1010-6-61010-10-10）；b.b.形形状状变变化化的的幅幅度度大大；c.c.变变化化后后形形成成的的新新性性状状是是稳稳定定的的，可可遗遗传传的。的。饰饰变变（modification）：指指不不涉涉及及遗遗传传物物质质结结构构改改变变而而只只发发生生在在转转录录、转转译译水水平平上上的的表表型型变变化化。特特点点是是：a.几几乎乎整整个个群群体体中中的的每每一一个个个个体体都都发发生生同同样样的的变变化化；b.性性状状变变化化的的幅幅度度小小；c.因因遗遗传

6、传物物质质不不变变，故故饰饰变变是是不不遗遗传传的的。引引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。起饰变的因素消失后，表型即可恢复。例如：粘质沙雷氏菌：例如：粘质沙雷氏菌：在在25下培养，产生深红色的灵下培养，产生深红色的灵杆菌素；在杆菌素；在37下培养，不产生色素；如果重新将温度下培养，不产生色素；如果重新将温度降到降到25，又恢复产色素的能力。，又恢复产色素的能力。遗传与变异的概念遗传与变异的概念微生物的独特生物学特性微生物的独特生物学特性：l l个体的体制极其简单；个体的体制极其简单；个体的体制极其简单；个体的体制极其简单；l l营养体一般都是单倍体；营养体一般都是单倍体；营养体一般都是单倍体

7、；营养体一般都是单倍体；l l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；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；l l繁殖速度快；繁殖速度快；繁殖速度快；繁殖速度快；l l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；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；l l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；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；l l环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和环境条件对微生物群体中

8、各个个体作用的直接性和环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和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；均一性；均一性；均一性；l l易于形成营养缺陷型；易于形成营养缺陷型；易于形成营养缺陷型；易于形成营养缺陷型；l l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；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；l l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；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；1928年，年，Griffith进行了以下几组实验：进行了以下几组实验：

9、（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菌菌一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验n（一）经典转化实验（一）经典转化实验（transformation）：F.Griffith，n研究对象：研究对象：Streptococcus pneumoniae（肺炎双球菌）肺炎双球菌）nSIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性型菌株

10、：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性nRII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性（2）细细菌菌培培养养实实验验（3）S型菌的无细胞抽提液试验型菌的无细胞抽提液试验以上实验说明：加热杀死的以上实验说明：加热杀死的SIII型细菌细胞内可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能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型型细胞并使细胞并使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。热死热死SIII菌菌不生长不生长活活 RII 菌菌长出长出RII菌菌热死热死SIII菌菌长出大量长出大量RII菌和菌和

11、10-6SIII菌菌活活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菌和菌和少量少量S菌菌+活活RII菌菌平皿培养平皿培养n加加S菌菌DNAn加加S菌菌DNA及及DNA酶以外的酶酶以外的酶n加加S菌的菌的DNA和和DNA酶酶n加加S菌的菌的RNAn加加S菌的蛋白质菌的蛋白质n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1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M。McCarty从从热热死死S型型S.pneumoniae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，并在离体条件下进行了转化试验：并在离体条件下进行了转化试

12、验：只只有有S型型细细菌菌的的DNA才才能能将将S.pneumoniae的的R型型转转化化为为S型型。且且DNA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型型菌菌株株转转移给移给R型菌株的，是遗传因子。型菌株的，是遗传因子。（二）噬菌体感染实验（二）噬菌体感染实验nA.D.Hershey和和M.Chase，1952年年（1）含）含32P-DNA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沉淀细胞进一步培养后，可产生大量养后，可产生大量完整的子代噬菌体完整的子代噬菌体上清液中含上清液中含15

13、%放射性放射性沉淀中含沉淀中含85%放射性放射性沉淀中含沉淀中含25%放射性放射性以以32S标标记记蛋蛋白白质质外外壳壳做做噬噬菌菌体体感感染染实实验验n（2）含）含35S-蛋白质的一组：放射性蛋白质的一组：放射性75%在上在上清液中清液中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沉淀细胞进一步培养后，可产生大量养后，可产生大量完整的子代噬菌体完整的子代噬菌体上清液中含上清液中含75%放射性放射性噬菌体感染实验（三）植物病毒的重建实验（三）植物病毒的重建实验l l为了证明核酸是遗传物质为了证明核酸是遗传物质，H.Fraenkel-Conrat（1956

14、）用含用含RNA的烟草花叶病毒的烟草花叶病毒（TMV）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。l l将将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分核心相分离。分离后的离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下，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病毒粒子。病斑中还能分离出正常病毒粒子。选选选选用用用用TMVTMV和和和和霍霍霍霍氏氏氏氏车车车车前前前前花花花花叶叶叶叶病病病病毒毒毒毒（HRVHRV），分分分分别别别别拆拆

15、拆拆分分分分取取取取得得得得各各各各自自自自的的的的 RNARNA和和和和 蛋蛋蛋蛋 白白白白 质质质质，将将将将 两两两两 种种种种RNARNA分分分分别别别别与与与与对对对对方方方方的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质外外外外壳重建形成两种杂合病毒：壳重建形成两种杂合病毒：壳重建形成两种杂合病毒：壳重建形成两种杂合病毒：l l（1 1）RNARNA（TMVTMV）蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质（HRVHRV）l l（2 2）RNARNA（HRVHRV）蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质（TMVTMV）l l用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：l l（

16、1 1）表现）表现）表现）表现TMVTMV的典型症状病的典型症状病的典型症状病的典型症状病分离到正常分离到正常分离到正常分离到正常TMVTMV粒子粒子粒子粒子l l（2 2）表现）表现）表现）表现HRVHRV的典型症状病的典型症状病的典型症状病的典型症状病分离到正常分离到正常分离到正常分离到正常HRVHRV粒子。粒子。粒子。粒子。l l上述结果说明，在上述结果说明，在上述结果说明，在上述结果说明，在RNARNA病毒中，遗传病毒中，遗传病毒中，遗传病毒中，遗传的物质基础也是核酸。的物质基础也是核酸。的物质基础也是核酸。的物质基础也是核酸。MTV HRVHRV MTVl（一）核酸存在的七个水平及质

17、粒（一）核酸存在的七个水平及质粒细胞水平：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DNA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 DNA或或RNA，复合或裸露，双链或单链复合或裸露，双链或单链基因水平：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，转录转录翻译翻译密码子水平：密码子水平：信息单位信息单位,起始

18、和终止起始和终止,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，四种碱基二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式核外核外DNA的种类的种类n核外染色核外染色体体真真核核生生物物的的“质质粒粒”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（三）突变的特点（三）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

19、性为例。不对应性不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。自发性自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。稀有性稀有性：突变率低且稳定。：突变率低且稳定。独立性独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。：各种突变独立发生，不会互相影响。可诱发性可诱发性：诱变剂可提高突变率。：诱变剂可提高突变率。稳定性稳定性：变异性状稳定可遗传。：变异性状稳定可遗传。可逆性可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变（变（forward mutation

20、），），从突变株回到野生型的从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变（过程则称为回复突变或回变（back mutation或或reverse mutation）。）。微生物变异的类型微生物变异的类型l l形态结构的变异形态结构的变异l l色素突变体色素突变体色素突变体色素突变体l l无荚膜突变体无荚膜突变体无荚膜突变体无荚膜突变体l l细菌细菌细菌细菌L L型型型型l l菌落变异菌落变异l l毒力变异毒力变异:弱毒菌株弱毒菌株(卡介苗）卡介苗）l l耐药性变异耐药性变异:Strrl l代谢变异代谢变异l l营养突变体：色氨酸营养缺陷型：营养突变体：色氨酸营养缺陷型：营养突变体：色氨酸营养缺

21、陷型：营养突变体：色氨酸营养缺陷型：TrpTrpl l发酵突变体：不发酵乳糖突变体：发酵突变体：不发酵乳糖突变体：发酵突变体：不发酵乳糖突变体：发酵突变体：不发酵乳糖突变体：LacLac微生物变异的机理微生物变异的机理l l非遗传性变异：不遗传，条件诱发。非遗传性变异：不遗传，条件诱发。非遗传性变异：不遗传，条件诱发。非遗传性变异：不遗传，条件诱发。l l遗传性变异：遗传物质改变，可遗传遗传性变异：遗传物质改变，可遗传遗传性变异：遗传物质改变，可遗传遗传性变异：遗传物质改变，可遗传l l基因突变基因突变基因突变基因突变l l突变率：突变率：突变率：突变率：1/101/109 9-1/10-1/

22、104 4l l人工诱变人工诱变人工诱变人工诱变:1/10:1/103 3-1/10-1/102 2l l基因转移（基因重组）基因转移（基因重组）基因转移（基因重组）基因转移（基因重组）l l转化：感受态、转化因子；转化：感受态、转化因子；转化：感受态、转化因子；转化：感受态、转化因子；l l转导：噬菌体介导转导：噬菌体介导转导：噬菌体介导转导：噬菌体介导l l转换：温和噬菌体转换：温和噬菌体转换：温和噬菌体转换：温和噬菌体l l接合：直接接触接合：直接接触接合：直接接触接合：直接接触第三节第三节 基因重组基因重组l l定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到定义：凡把两个不同性状个体内的

23、遗传基因转移到定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式，称为基因重组（个体的方式，称为基因重组（个体的方式，称为基因重组（个体的方式，称为基因重组（gene gene recombinationrecombination）或遗传重组。或遗传重组。或遗传重组。或遗传重组。l l作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也作

24、用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的个体。能产生新遗传型的个体。能产生新遗传型的个体。能产生新遗传型的个体。一、一、原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组l l基因重组的方式基因重组的方式l l转化转化转化转化l l转导转导转导转导l l接合接合接合接合l l原生质体融合原生质体融合原生质体融合原生质体融合 R型型活菌活菌+S型死菌型死菌 S型活菌型活菌定义：定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部片段，并把它

25、整合到自己的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受体菌称为体菌称为转化子（转化子（transformant）。（一）转化（一）转化（transformation）1、转化及其发现：、转化及其发现：有关名词有关名词l l受体菌：受体菌：受体菌：受体菌：recipient/receptorrecipient/receptor，转化基因的接受，转化基因的接受，转化基因的接受，转化基因的接受者者者者l l供体菌：供体菌：供体菌：供体菌：donordonor，转化基因的提供者，转化基因的提供者，转化基因的提供者，转化基因

26、的提供者l l转化因子：来自供体菌的转化因子：来自供体菌的转化因子：来自供体菌的转化因子：来自供体菌的DNADNA片段片段片段片段l l转化子：转化子：转化子：转化子：transformanttransformant，将转化基因重组进入，将转化基因重组进入，将转化基因重组进入，将转化基因重组进入自身染色体组的重组子自身染色体组的重组子自身染色体组的重组子自身染色体组的重组子 受体细胞要处于感受态受体细胞要处于感受态.感受态感受态：competence，受体细胞能从环境吸取外受体细胞能从环境吸取外源源DNA片段并实现其转化的一种生理状态片段并实现其转化的一种生理状态供体供体DNA片段（片段（转化

27、因子转化因子）大小适宜，分子量一大小适宜，分子量一般为般为1 107 D 左右左右 菌株间的亲缘关系密切菌株间的亲缘关系密切2、转化发生的条件：、转化发生的条件：l l根据感受态建立的方式，可以分为：根据感受态建立的方式，可以分为：l l自然遗传转化自然遗传转化natural genetic transformationl l人工转化人工转化artificial transformation 3、转化的类型：、转化的类型：感受态：感受态：l l只在细菌生长的某一时期出现；不同菌种的感受态出现在不同生长时期只在细菌生长的某一时期出现；不同菌种的感受态出现在不同生长时期只在细菌生长的某一时期出现；

28、不同菌种的感受态出现在不同生长时期只在细菌生长的某一时期出现；不同菌种的感受态出现在不同生长时期l lStreptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae的感受态出现在生长曲线中的指数期的感受态出现在生长曲线中的指数期的感受态出现在生长曲线中的指数期的感受态出现在生长曲线中的指数期的中期，的中期，的中期，的中期，l lBacillusBacillus的一些种则往往出现在指数期末及稳定期的初期。的一些种则往往出现在指数期末及稳定期的初期。的一些种则往往出现在指数期末及稳定期的初期。的一些种则往往出现在指数期末及稳定期的初期。l l感受态由细胞的遗传性决

29、定，但同时也受环境因子的影响：感受态由细胞的遗传性决定，但同时也受环境因子的影响：感受态由细胞的遗传性决定，但同时也受环境因子的影响：感受态由细胞的遗传性决定，但同时也受环境因子的影响：cAMPcAMP、CaCa2+2+等最明显。如用等最明显。如用等最明显。如用等最明显。如用CaClCaCl2 2 处理处理处理处理E.coliE.coli可以诱发其产生感受态。可以诱发其产生感受态。可以诱发其产生感受态。可以诱发其产生感受态。l l当处于感受态高峰时，群体中呈感受态的细胞因菌种而不同当处于感受态高峰时，群体中呈感受态的细胞因菌种而不同当处于感受态高峰时，群体中呈感受态的细胞因菌种而不同当处于感受

30、态高峰时，群体中呈感受态的细胞因菌种而不同.l lBacillus subtilisBacillus subtilis不超过不超过不超过不超过1015%1015%l lStreptococcus pneumoniaStreptococcus pneumonia和和和和Haemophilus influenzaeHaemophilus influenzae（流感嗜流感嗜流感嗜流感嗜血杆菌）达到血杆菌）达到血杆菌）达到血杆菌）达到100%100%l l在群体中含有在群体中含有在群体中含有在群体中含有15%15%感受态细胞时，感受态细胞时，感受态细胞时，感受态细胞时，0.10.1 gDNA/mlgD

31、NA/ml细胞悬液即可有效发生细胞悬液即可有效发生细胞悬液即可有效发生细胞悬液即可有效发生转化转化转化转化转化因子转化因子：l l转化因子：本质是供体转化因子：本质是供体转化因子：本质是供体转化因子：本质是供体DNADNA片段片段片段片段l l一般的转化因子都是线状双链一般的转化因子都是线状双链一般的转化因子都是线状双链一般的转化因子都是线状双链DNADNA；也有少数报道认也有少数报道认也有少数报道认也有少数报道认为线状单链为线状单链为线状单链为线状单链DNADNA也有转化作用。也有转化作用。也有转化作用。也有转化作用。l l大小：经过多次提纯操作后，每一转化大小：经过多次提纯操作后，每一转化

32、大小：经过多次提纯操作后，每一转化大小：经过多次提纯操作后，每一转化DNADNA片段的分片段的分片段的分片段的分子量都小于子量都小于子量都小于子量都小于1101107 7，即约占细菌核染色体组的，即约占细菌核染色体组的，即约占细菌核染色体组的，即约占细菌核染色体组的0.3%0.3%，其上平均约含其上平均约含其上平均约含其上平均约含1515个基因。而粗制的个基因。而粗制的个基因。而粗制的个基因。而粗制的DNADNA则分子量较大。则分子量较大。则分子量较大。则分子量较大。l l吸收数量：每个感受态细胞约可掺入吸收数量：每个感受态细胞约可掺入吸收数量：每个感受态细胞约可掺入吸收数量：每个感受态细胞约

33、可掺入1010个转化因子。个转化因子。个转化因子。个转化因子。l l转化频率：一般只有转化频率：一般只有转化频率：一般只有转化频率：一般只有0.11%0.11%，最高时亦达，最高时亦达，最高时亦达，最高时亦达10%10%左右。左右。左右。左右。据研究，呈质粒形式据研究，呈质粒形式据研究，呈质粒形式据研究，呈质粒形式（双（双（双（双链闭链闭合合合合环环状）状）状）状）的转化因子，的转化因子，的转化因子，的转化因子，其转化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与其转化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与其转化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与其转化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与

34、受体染色体进行交换、整合即可进行复制和表达）；。受体染色体进行交换、整合即可进行复制和表达）；。受体染色体进行交换、整合即可进行复制和表达）；。受体染色体进行交换、整合即可进行复制和表达）；。转化的过程转化的过程l l以以以以S.Pneumonia strS.Pneumonia strr r（肺炎链球菌抗链霉素菌株）为例，肺炎链球菌抗链霉素菌株）为例，肺炎链球菌抗链霉素菌株）为例，肺炎链球菌抗链霉素菌株）为例，大致可分为六阶段：大致可分为六阶段：大致可分为六阶段：大致可分为六阶段：l l吸附：双链吸附：双链吸附：双链吸附：双链DNADNA片段与细胞表面的特定位点（主要在新片段与细胞表面的特定位

35、点（主要在新片段与细胞表面的特定位点（主要在新片段与细胞表面的特定位点（主要在新形成细胞壁的赤道区）结合，此时，细胞膜上的胆碱可形成细胞壁的赤道区）结合，此时，细胞膜上的胆碱可形成细胞壁的赤道区）结合，此时，细胞膜上的胆碱可形成细胞壁的赤道区）结合，此时，细胞膜上的胆碱可促进这一过程。在吸附过程的前阶段，如外界加入促进这一过程。在吸附过程的前阶段，如外界加入促进这一过程。在吸附过程的前阶段，如外界加入促进这一过程。在吸附过程的前阶段，如外界加入DNADNA酶，就会减少转化子的产生。稍后，酶，就会减少转化子的产生。稍后，酶，就会减少转化子的产生。稍后，酶，就会减少转化子的产生。稍后，DNADNA

36、酶即无影响，酶即无影响，酶即无影响，酶即无影响，说明此时该转化因子已进入细胞；说明此时该转化因子已进入细胞；说明此时该转化因子已进入细胞；说明此时该转化因子已进入细胞；l l切割：在吸附位点上的切割：在吸附位点上的切割：在吸附位点上的切割：在吸附位点上的DNADNA被核酸内切酶分解，形成平被核酸内切酶分解，形成平被核酸内切酶分解，形成平被核酸内切酶分解，形成平均分子量为均分子量为均分子量为均分子量为451045106 6的的的的DNADNA片段；片段；片段；片段；l l入胞：入胞：入胞：入胞：DNADNA双链中的一条单链被膜上的另一种核酸酶切双链中的一条单链被膜上的另一种核酸酶切双链中的一条单

37、链被膜上的另一种核酸酶切双链中的一条单链被膜上的另一种核酸酶切除，另一条单链逐步进入细胞，这是一个耗能的过程。除，另一条单链逐步进入细胞，这是一个耗能的过程。除，另一条单链逐步进入细胞，这是一个耗能的过程。除，另一条单链逐步进入细胞，这是一个耗能的过程。分子量小于分子量小于分子量小于分子量小于5105105 5的的的的DNADNA片段不能进入细胞。这时如用低片段不能进入细胞。这时如用低片段不能进入细胞。这时如用低片段不能进入细胞。这时如用低浓度溶菌酶处理，因它提高了细胞壁的通透性，故可提浓度溶菌酶处理，因它提高了细胞壁的通透性，故可提浓度溶菌酶处理，因它提高了细胞壁的通透性，故可提浓度溶菌酶处

38、理，因它提高了细胞壁的通透性，故可提高转化频率；高转化频率；高转化频率；高转化频率；l l重组：来自供体菌的单链重组：来自供体菌的单链重组：来自供体菌的单链重组：来自供体菌的单链DNADNA片段在细胞内与受体细片段在细胞内与受体细片段在细胞内与受体细片段在细胞内与受体细胞核染色体组上的同源区配对，接着受体染色体组上胞核染色体组上的同源区配对，接着受体染色体组上胞核染色体组上的同源区配对，接着受体染色体组上胞核染色体组上的同源区配对，接着受体染色体组上的相应单链片段被切除，并被外来的单链的相应单链片段被切除，并被外来的单链的相应单链片段被切除，并被外来的单链的相应单链片段被切除，并被外来的单链D

39、NADNA交换、交换、交换、交换、整合和取代，于是形成了一个杂合整合和取代，于是形成了一个杂合整合和取代，于是形成了一个杂合整合和取代，于是形成了一个杂合DNADNA区段区段区段区段（heterozygous regionheterozygous region）。在这一过程中，有核酸酶、）。在这一过程中，有核酸酶、）。在这一过程中，有核酸酶、）。在这一过程中，有核酸酶、DNADNA聚合酶和聚合酶和聚合酶和聚合酶和DNADNA连接酶的参与；连接酶的参与；连接酶的参与；连接酶的参与；l l复制：受体菌的染色体组进行复制，杂合区段分离成复制：受体菌的染色体组进行复制，杂合区段分离成复制：受体菌的染色

40、体组进行复制，杂合区段分离成复制：受体菌的染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一获得了供体菌的转化基因，另一个未两个，其中之一获得了供体菌的转化基因，另一个未两个，其中之一获得了供体菌的转化基因，另一个未两个，其中之一获得了供体菌的转化基因，另一个未获供体基因；获供体基因；获供体基因；获供体基因；l l转化子形成：当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体转化子形成：当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体转化子形成：当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体转化子形成：当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体基因，这就是转化子；另一个细胞与原始受体菌一样基因，这就是转化子；另一个细胞与原始受体菌一样基因，这就是

41、转化子；另一个细胞与原始受体菌一样基因，这就是转化子；另一个细胞与原始受体菌一样。转化的过程转化的过程降解降解吸附吸附切割成切割成45106单链入胞单链入胞同源部同源部分配对、分配对、整合整合复制分裂，只复制分裂，只有一个子代有一个子代DNA分子获得分子获得供体基因供体基因非转化子非转化子转化子转化子转化过程l l到目前为止，已发现能发生转化作用的菌属主要有：到目前为止，已发现能发生转化作用的菌属主要有：到目前为止，已发现能发生转化作用的菌属主要有：到目前为止，已发现能发生转化作用的菌属主要有：l lStreptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumonia

42、e、HaemophilusHaemophilus（嗜血杆菌属）、嗜血杆菌属）、嗜血杆菌属）、嗜血杆菌属）、BacillusBacillus、NeisseriaNeisseria（奈瑟氏球菌属）、奈瑟氏球菌属）、奈瑟氏球菌属）、奈瑟氏球菌属）、RhizobiumRhizobium（根瘤菌属）根瘤菌属）根瘤菌属）根瘤菌属）、StaphylococcusStaphylococcus、PseudomonasPseudomonas和和和和XanthomonasXanthomonas中多见。中多见。中多见。中多见。l l在若干放线菌和蓝细菌以及在若干放线菌和蓝细菌以及在若干放线菌和蓝细菌以及在若干放线菌和

43、蓝细菌以及Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae、Neurospora crassaNeurospora crassa（粗糙脉胞菌）和粗糙脉胞菌）和粗糙脉胞菌）和粗糙脉胞菌）和Aspergillus nigerAspergillus niger中，也中，也中，也中，也有转化现象。有转化现象。有转化现象。有转化现象。l l肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因一方面由于外来肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因一方面由于外来肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因一方面由于外来肠杆菌科的一些细菌很难进行转化，主要原因一方面由于外来DN

44、ADNA难以掺入到细胞中，另一方面在受体细胞内常存在可降解线难以掺入到细胞中，另一方面在受体细胞内常存在可降解线难以掺入到细胞中，另一方面在受体细胞内常存在可降解线难以掺入到细胞中，另一方面在受体细胞内常存在可降解线形形形形DNADNA的核酸酶。如果用的核酸酶。如果用的核酸酶。如果用的核酸酶。如果用CaClCaCl2 2处理处理处理处理E.coliE.coli的球状体，就可以使的球状体，就可以使的球状体，就可以使的球状体，就可以使之发生低频率的转化。另外，可利用霉菌的原生质体进行转化。之发生低频率的转化。另外，可利用霉菌的原生质体进行转化。之发生低频率的转化。另外，可利用霉菌的原生质体进行转化

45、。之发生低频率的转化。另外，可利用霉菌的原生质体进行转化。l l两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘关系有着密切的关系。关系有着密切的关系。关系有着密切的关系。关系有着密切的关系。自然转化的普遍性：自然转化的普遍性：人工转化人工转化人工转化人工转化是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人工地将的能力，或人工地将DNA导入细胞内。导入细胞内。方法：方法：CaCl

46、2处理处理细胞，使其成为能摄取外源细胞，使其成为能摄取外源DNA的感受态状的感受态状态态.电穿孔法电穿孔法electroporation：用高压脉冲电流击破细胞膜，用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包括或击成小孔，使各种大分子（包括DNA）能通过这些能通过这些小孔进入细胞。小孔进入细胞。可转化的性状：可转化的性状：荚膜多糖的合成荚膜多糖的合成专一性酶的合成专一性酶的合成专一性蛋白质的合成专一性蛋白质的合成抗药性抗药性（二）接合（二）接合（conjugation）l l定义：供体菌（定义：供体菌（定义：供体菌（定义：供体菌（“雄雄雄雄”）通过其性菌毛与受体菌（）通过其性菌毛与受

47、体菌（）通过其性菌毛与受体菌（）通过其性菌毛与受体菌（“雌雌雌雌”）相接触，前者传递不同长度的）相接触，前者传递不同长度的）相接触，前者传递不同长度的）相接触，前者传递不同长度的DNADNA给后者，并给后者，并给后者，并给后者，并在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的

48、现象，称为接合。称为接合。称为接合。称为接合。l l通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（conjugantconjugant）l l研究方法：研究方法：研究方法：研究方法：19461946年年年年J.LederbergJ.Lederberg等采用等采用等采用等采用E.coliE.coli的两株营的两株营的两株营的两株营养缺陷型进行实验，奠定了方法学基础；也为以后的养缺陷型进行实验，奠定了方法学基础；也为以后的养缺陷型进行实验，奠定了方法学基础；也为以后的养缺陷型进行实验

49、，奠定了方法学基础；也为以后的微生物遗传学提供了必要的条件。微生物遗传学提供了必要的条件。微生物遗传学提供了必要的条件。微生物遗传学提供了必要的条件。接合接合两个亲本细胞通过直接接触来转移遗传物质的两个亲本细胞通过直接接触来转移遗传物质的基基因重组方式。因重组方式。通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（子（conjugant）1946年用年用E.coli的两个营养缺陷型所作的实的两个营养缺陷型所作的实验：验：Met+bio+thr+leu+Met-bio-thr+leu+Met+bio+thr-leu-Met.bio.thr.leu-混合培养离心洗涤后

50、1、接合及其发现、接合及其发现AB接合实验接合实验AB-过滤器U型管实验：型管实验：接合：接合：供体与受体供体与受体细胞直胞直接接触，借性菌毛接接触，借性菌毛传递DNA，在受体在受体细胞中胞中发生交生交换、整合，使之、整合，使之获得供体菌的得供体菌的遗传性状的性状的现象，称象，称为接合。通接合。通过接合而接合而获得新性状的受得新性状的受体体细胞就称接合子。胞就称接合子。F因子的存在方式因子的存在方式根据根据F因子在因子在E.coli中的有无，及与染色体的关系，中的有无，及与染色体的关系，可将可将E.coli分为四种类型：分为四种类型：F（“雌性雌性”）菌株）菌株：细胞中不含有细胞中不含有F因子