微生物遗传2006学习教案.pptx

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1、会计学1微生物遗传微生物遗传(ychun)2006第一页，共146页。遗传遗传(ychun)：亲代亲代(qndi)与子代相似与子代相似变异变异(biny)：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同亲代与子代、子代间不同个体不完全相同遗传（遗传（inheritance）和变异（和变异（variation）是生命的最本质特性之一是生命的最本质特性之一遗传型遗传型：(genotype)表型表型：(phenotype)决定生物表现型的遗传因子决定生物表现型的遗传因子具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长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外表特征和内在特征的总和。发育所表

2、现出来的外表特征和内在特征的总和。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。遗传型遗传型环境条件环境条件表型表型第2页/共146页第二页，共146页。表型饰变：表型饰变：同样遗传型的生物在不同外界条件下显现的不同表同样遗传型的生物在不同外界条件下显现的不同表现型的变异，不涉及遗传物质结构改变现型的变异，不涉及遗传物质结构改变特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体(gt)的行为的行为遗传型改变引起的表型变化遗传型改变引起的表型变化(binhu)，发生在，发生在基因水平上，可以遗传给子代。基因水平上，可以遗传给子代。特点：

3、遗传性、群体中极少数个体的行为（自发特点：遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频率通常为突变频率通常为10-6-10-9）遗传型变异遗传型变异(biny)(biny)（基因突变）：（基因突变）：第3页/共146页第三页，共146页。Productionofaredpigment(prodigiosin)bySerratiamarcescens（粘粘质沙雷氏菌）质沙雷氏菌）.Fromlefttoright:slantculturegrownat25C,slantculturegrownat37C,brothculturegrownat25C,brothculturegrownat37C.第5

4、页/共146页第五页，共146页。微生物是遗传学研究微生物是遗传学研究(ynji)中的明星：中的明星：t微生物细胞结构微生物细胞结构(jigu)简单，营养体一般为简单，营养体一般为单倍体单倍体,方便建立纯系。方便建立纯系。t很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。生长繁殖。t物种和代谢类型多样物种和代谢类型多样t对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株,操作性强。操作性强。第6页/共146页第六页，共146页。第一节第一节 遗传遗传(ychun)(ychun)的物质基的物质基础础一一.证明核酸是遗传物质的

5、经典实验证明核酸是遗传物质的经典实验19281928年，年，F.GriffithF.Griffith；19441944年年O.T.O.T.Avery Avery 肺炎链球菌（肺炎链球菌（Streptococcus Streptococcus pneumoniaepneumoniae）转化试验。）转化试验。19521952年，年，A.D.HershyA.D.Hershy、M.ChaseM.Chase的的噬菌体感染噬菌体感染(gnrn)(gnrn)实验。实验。19561956年，年，H.Fraenkel-ConratH.Fraenkel-Conrat的的TMVTMV拆拆开和重建实验。开和重建实验。

6、第7页/共146页第七页，共146页。1、经典转化实验、经典转化实验肺炎肺炎(fiyn)双球菌：双球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有致病能力）致病能力）R型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无致病能力）致病能力）第8页/共146页第八页，共146页。1928年，年，F.Griffth的转化的转化(zhunhu)实验实验第9页/共146页第九页，共146页。1944年，年，Avery的转化实验，确定的转化实验，确定(qudng)了了转化因子转化因子实验实验(shyn)证明，将证明，将R菌转化为菌转化为S菌的转化因子是菌的转化因子是D

7、NA！第10页/共146页第十页，共146页。2、噬菌体感染、噬菌体感染(gnrn)实验实验实验证明，进入细菌细胞内部实验证明，进入细菌细胞内部(nib)的物质是的物质是DNA。DNA包包含有产生完整噬菌体的全部信息。含有产生完整噬菌体的全部信息。32P标记标记(bioj)DNA35S标记蛋白质标记蛋白质第11页/共146页第十一页，共146页。3、植物、植物(zhw)病毒病毒TMV重重建实验建实验实验实验(shyn)证明，证明，TMV的遗传物质的遗传物质是是RNA。第12页/共146页第十二页，共146页。结论结论(jiln)(jiln)：证明核酸（DNA或RNA）是遗传的物质基础简单的细菌

8、（或病毒）解决(jiju)复杂而重大的问题微生物与高等生物具有共同的遗传本质第13页/共146页第十三页，共146页。Prusiner(1982)Prusiner(1982)提出提出(t ch)(t ch)羊搔痒病因子是羊搔痒病因子是一种蛋白质侵染颗粒（一种蛋白质侵染颗粒（proteinaceous infectious proteinaceous infectious particleparticle），并将之称做），并将之称做PrionPrion或或VirinoVirino。-朊病毒朊病毒1997年，年，StanleyB.Prusiner荣获荣获(rnhu)诺贝尔奖诺贝尔奖第14页/共14

9、6页第十四页，共146页。朊病毒的发现朊病毒的发现(fxin)和思考和思考:朊病毒朊病毒一种具有一种具有(jyu)传染性的蛋白传染性的蛋白质致病因子质致病因子蛋白质是遗传物质吗蛋白质是遗传物质吗?蛋白质折叠与功能的关蛋白质折叠与功能的关系，是否存在系，是否存在(cnzi)折叠密码？折叠密码？已知的传染性疾病的传播因子必已知的传染性疾病的传播因子必须含有核酸须含有核酸第15页/共146页第十五页，共146页。二、遗传物质在微生物细胞二、遗传物质在微生物细胞(xbo)内内存在的部位和形式存在的部位和形式(一）遗传物质在微生物细胞中的存在一）遗传物质在微生物细胞中的存在(cnzi)方式方式真核生物真

10、核生物DNA分子与组蛋白结合构成染色体，每条染分子与组蛋白结合构成染色体，每条染色体有单一线性双链色体有单一线性双链DNA分子。一个真核生物细分子。一个真核生物细胞内有多条染色体（脉孢菌胞内有多条染色体（脉孢菌7条，人条，人23条）。高条）。高等生物中有等生物中有2至多套染色体（动物至多套染色体（动物2倍，水稻倍，水稻4倍）倍），真菌有双倍体，但多数微生物是单倍体。真核，真菌有双倍体，但多数微生物是单倍体。真核细胞核物质细胞核物质(wzh)外有核膜包围，形成完整细胞外有核膜包围，形成完整细胞核。核。第16页/共146页第十六页，共146页。原核生物原核生物DNADNA不与组蛋白结合，染色体仅由

11、不与组蛋白结合，染色体仅由一条一条DNADNA组成，组成，DNADNA为共价闭合环为共价闭合环状双链，一个细胞内只有一条染状双链，一个细胞内只有一条染色体（单倍体色体（单倍体haploidhaploid）。无核膜）。无核膜膜包围，只在细胞中央形成膜包围，只在细胞中央形成(xngchng)(xngchng)核区。核区。质粒质粒plasmidplasmid和转座因子和转座因子原核生物中，除染色体以外，能够原核生物中，除染色体以外，能够自主复制的共价闭合环状自主复制的共价闭合环状DNADNA分子。分子。它们携带少量遗传基因，决定细它们携带少量遗传基因，决定细胞的某些性状，并非细菌生活必胞的某些性状，

12、并非细菌生活必需。需。第17页/共146页第十七页，共146页。1、细胞、细胞(xbo)水平水平2、细胞、细胞(xbo)核水核水平平3、染色体水平、染色体水平4、核酸水平、核酸水平5、基因水平、基因水平6、密码子水平、密码子水平7、核苷酸水平、核苷酸水平（二）遗传物质在（二）遗传物质在 7个水平个水平(shupng)上的形式上的形式第18页/共146页第十八页，共146页。1、细胞水平、细胞水平真核微生物：细胞核真核微生物：细胞核原核原核(yunh)微生物：核区微生物：核区细胞核或核区的数目在不同的微生物中是细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的不同的第19页/共146页第十九页，共146

13、页。2、细胞核水平、细胞核水平真核生物真核生物(shngw)细胞细胞核核核染色体核染色体原核生物原核生物(shngw)核区核区DNA链链核基因组核基因组在核基因组之外，还存在在核基因组之外，还存在(cnzi)各种形式的核外遗传各种形式的核外遗传物质物质第20页/共146页第二十页，共146页。3、染色体水平、染色体水平(shupng)染色体的数目在不同的生物中是不同的染色体的数目在不同的生物中是不同的真核生物染色体是由组真核生物染色体是由组蛋白与蛋白与DNA构成的线状构成的线状结构结构真核生物通常真核生物通常(tngchng)为多倍体为多倍体原核生物的染色体只有原核生物的染色体只有闭合环状的闭

14、合环状的DNA链链原核生物为单倍体原核生物为单倍体第21页/共146页第二十一页，共146页。4、核酸水平、核酸水平核酸种类：核酸种类：DNA，RNA核酸结构核酸结构(jigu)：双链、单链；：双链、单链；环状，线状，超螺旋状环状，线状，超螺旋状DNA长度：因种而异长度：因种而异微生物基因组测序工作微生物基因组测序工作(gngzu)是在人类基因组是在人类基因组计划的促进下开始的，最开始是模式生物，后来不断发计划的促进下开始的，最开始是模式生物，后来不断发展，已成为研究微生物学的最有力的手段。展，已成为研究微生物学的最有力的手段。第22页/共146页第二十二页，共146页。5、基因、基因(jyn

15、)水平水平一切具有自主复制能力的遗传功能单位都称一切具有自主复制能力的遗传功能单位都称为基因为基因(jyn)。它的物质基础是一个具有特。它的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的定核苷酸顺序的DNA片段。片段。1909年年丹麦丹麦(dnmi)生物学家生物学家WJohansen第23页/共146页第二十三页，共146页。结构基因：是为细胞结构、组成结构基因：是为细胞结构、组成(如细胞如细胞生化反应所需的酶生化反应所需的酶)及完成细胞功能所需及完成细胞功能所需的蛋白质等进行编码的基因。的蛋白质等进行编码的基因。调节基因：用于编码调节蛋白的基因。调节基因：用于编码调节蛋白的基因。操纵基因：是位于启动基因

16、和结构基因之操纵基因：是位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，能与调节蛋白相结合，间的一段碱基顺序，能与调节蛋白相结合，以此来决定结构基因的转录是否能进行。以此来决定结构基因的转录是否能进行。重复基因：重复基因：DNADNA片段片段(pin dun)(pin dun)重复重复跳跃基因：可在跳跃基因：可在DNADNA上转移位置的基因上转移位置的基因（ISIS因子、因子、TnTn因子）因子）第24页/共146页第二十四页，共146页。6、密码子水平、密码子水平(shupng)第25页/共146页第二十五页，共146页。核苷酸是最小突变单位核苷酸是最小突变单位(dnwi)和交和交换单位换单位(d

17、nwi)7、核苷酸水平、核苷酸水平(shupng)第26页/共146页第二十六页，共146页。（三）转座因子（三）转座因子(ynz)转座因子：细胞中能改变自身转座因子：细胞中能改变自身(zshn)位置（例位置（例如从染色体或质粒转移到另一个位点，或者在两如从染色体或质粒转移到另一个位点，或者在两个复制子之间转移）的一段个复制子之间转移）的一段DNA序列。序列。插入序列（插入序列（insertionsequence,IS)转座子（转座子（transposon,Tn)某些某些(muxi)病毒（病毒（Mu噬菌体）噬菌体）原核生物的转座因子：原核生物的转座因子：第27页/共146页第二十七页，共146

18、页。n n型型Compound transposons：两：两端端(lin dun)为为IS，抗性基因，抗性基因居中。如居中。如Tn5、Tn9、Tn10、Tn4001、Tn4003。n n型型Complex transposons：两端：两端(lin dun)为为IR(30-50bp)，中，中间为转座基因和抗性基因。如间为转座基因和抗性基因。如Tn1、Tn3、Tn21、Tn1721、Tn551。基因基因(jyn)转座转座genetransposition转座子的特征是在两端转座子的特征是在两端(lindun)有有IR序列序列,分两类：分两类：第28页/共146页第二十八页，共146页。转座的遗

19、传学效应转座的遗传学效应(xioyng)：1）插入）插入(chr)突变突变2）产生）产生(chnshng)染色体畸变染色体畸变3）基因的移动和重排）基因的移动和重排第29页/共146页第二十九页，共146页。(四四)质粒质粒1、致育因子、致育因子(ynz)(Fertilityfactor，F因子因子(ynz)3、产细菌、产细菌(xjn)素的质粒（素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）2、抗性因子、抗性因子(ynz)（Resistancefactor，R因子因子(ynz)）4、毒性质粒（毒性质粒（virulenceplasmid）5、代谢质粒（代谢质粒（Metabo

20、licplasmid）6、隐秘质粒（隐秘质粒（crypticplasmid）第30页/共146页第三十页，共146页。第二节：微生物的基因第二节：微生物的基因组结构组结构(jigu)n n明确基因组的概念，微生物在人类基因组计划中的独特明确基因组的概念，微生物在人类基因组计划中的独特明确基因组的概念，微生物在人类基因组计划中的独特明确基因组的概念，微生物在人类基因组计划中的独特而重要而重要而重要而重要(zhngyo)(zhngyo)的地位；的地位；的地位；的地位；n n 人类基因组计划对微生物学发展的影响（反求遗传学）；人类基因组计划对微生物学发展的影响（反求遗传学）；人类基因组计划对微生物学

21、发展的影响（反求遗传学）；人类基因组计划对微生物学发展的影响（反求遗传学）；n n三种代表性微生物基因组结构的特点，特别强调古生菌三种代表性微生物基因组结构的特点，特别强调古生菌三种代表性微生物基因组结构的特点，特别强调古生菌三种代表性微生物基因组结构的特点，特别强调古生菌基因组的独特性及双重特征；基因组的独特性及双重特征；基因组的独特性及双重特征；基因组的独特性及双重特征；n n随着基因组全序列测定微生物的增多所发现的新问题：随着基因组全序列测定微生物的增多所发现的新问题：随着基因组全序列测定微生物的增多所发现的新问题：随着基因组全序列测定微生物的增多所发现的新问题：n n 水平基因转移现象

22、水平基因转移现象水平基因转移现象水平基因转移现象n n Woese Woese系统发育树面临的挑战系统发育树面临的挑战系统发育树面临的挑战系统发育树面临的挑战第31页/共146页第三十一页，共146页。微生物基因组结构微生物基因组结构(jigu)的特点的特点:1、原核生物、原核生物(shngw)（细菌）的基因组（细菌）的基因组1）染色体为双链环状的）染色体为双链环状的DNA分子（单体）；分子（单体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；）基因组上遗传信息具有连续性；基因数基本接近基因数基本接近(jijn)由它的基因组大小所估由它的基因组大小所估计的基因数计的基因数一般不含内含子，遗传信息是连续的而

23、不是中断一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的的3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；）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）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短）基因组的重复序列少而短.基因组基因组genome：一种生物的全套基因。一种生物的全套基因。第32页/共146页第三十二页，共146页。第33页/共146页第三十三页，共146页。2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组、真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；）典型的真核染色体结构；啤酒酵母基因组大小为啤酒酵母基因组大小为13.5106bp，分布在分布在

24、16条染色体中。条染色体中。2）没有明显的操纵子结构；）没有明显的操纵子结构；3）有间隔）有间隔(jing)区（即非编码区）或内含子序列；区（即非编码区）或内含子序列；4）重复序列多）重复序列多.第一个完成第一个完成(wnchng)基因组测序的真核生物基因组测序的真核生物基因组基因组第34页/共146页第三十四页，共146页。第35页/共146页第三十五页，共146页。3、古生菌（詹氏甲烷、古生菌（詹氏甲烷(jiwn)球菌）的基因组球菌）的基因组第一个完成第一个完成(wnchng)基因组测序基因组测序的古生菌的古生菌1)只有只有40的基因与其他两界的生物的基因与其他两界的生物(shngw)有同

25、源有同源性性2)古生菌的基因组在结构上类似于细菌古生菌的基因组在结构上类似于细菌 1.66x106bp的环状染色体的环状染色体DNA 1682个个ORF(Open Reading Frame)3)负责信息传递功能的基因（复制负责信息传递功能的基因（复制、转录和翻译）、转录和翻译）则类似于真核生物则类似于真核生物(shngw)第36页/共146页第三十六页，共146页。克隆克隆cloneclone 不经过有性细胞的结合，由不经过有性细胞的结合，由体细胞发育成新个体，即无性繁体细胞发育成新个体，即无性繁殖。殖。基因重组基因重组gene recombinationgene recombination

26、两个不同来源的遗传物质进行交换，两个不同来源的遗传物质进行交换，经过基因的重新组合，形成新的经过基因的重新组合，形成新的基因型的过程。基因型的过程。原核微生物没有有性生殖，其基因原核微生物没有有性生殖，其基因重组通过转化重组通过转化(zhunhu)(zhunhu)、接合、接合、转导方式进行。转导方式进行。第三节第三节原核微生物的基因原核微生物的基因(jyn)重组重组第37页/共146页第三十七页，共146页。一、细菌的接合一、细菌的接合(jih)作用作用(conjugation)1.实验实验(shyn)证据证据 通过细胞通过细胞(xbo)与细胞与细胞(xbo)的直接接触而产生的遗的直接接触而产

27、生的遗传信息的转移和重组过程传信息的转移和重组过程第38页/共146页第三十八页，共146页。接合接合(conjugation)通过通过(tnggu)供体菌与供体菌与受体菌间细胞接触而传受体菌间细胞接触而传递大段递大段DNA1946年，Joshua Lederberg 和Edward L.TatumE.coli k12的多重营养缺陷型杂交(zjio)实验中间平板上长出的原养型中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组遗传交换和重组(zhnz)所致。所致。第39页/共146页第三十九页，共146页。证实接合证实接合(jih)过程需要细胞间的直接过程需要细胞间

28、的直接接触的接触的“U”型管实验（型管实验（BernardDavis，1950）第40页/共146页第四十页，共146页。中间平板上长出的原养型菌落中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传是两菌株之间发生了遗传(ychun)交换和重组所致！交换和重组所致！为何采用多重营养为何采用多重营养(yngyng)缺陷型菌株？缺陷型菌株？尽可能地排除回复尽可能地排除回复突变对实验结果突变对实验结果(jigu)的干扰！的干扰！第42页/共146页第四十二页，共146页。F因子因子(ynz)大肠杆菌是有性别分化大肠杆菌是有性别分化大肠杆菌是有性别分化大肠杆菌是有性别分化的。决定它们性别的因子称的。决定

29、它们性别的因子称的。决定它们性别的因子称的。决定它们性别的因子称为为为为F F F F因子因子因子因子(致育因子或称性质致育因子或称性质致育因子或称性质致育因子或称性质粒粒粒粒)，呈超螺旋状态，既可以，呈超螺旋状态，既可以，呈超螺旋状态，既可以，呈超螺旋状态，既可以在细胞内独立存在在细胞内独立存在在细胞内独立存在在细胞内独立存在,具有自具有自具有自具有自主的与染色体进行同步主的与染色体进行同步主的与染色体进行同步主的与染色体进行同步(tngb)(tngb)(tngb)(tngb)复制和转移到其他复制和转移到其他复制和转移到其他复制和转移到其他细胞中的能力细胞中的能力细胞中的能力细胞中的能力,也

30、可插入也可插入也可插入也可插入(即即即即整合整合整合整合)到染色体上到染色体上到染色体上到染色体上第44页/共146页第四十四页，共146页。F F因子的四种因子的四种(s zhn)(s zhn)形式：形式：a）F-菌株菌株(“雌性雌性”菌株菌株)，不含，不含F因子，没有性因子，没有性菌毛，但可以通过接菌毛，但可以通过接合作用接收合作用接收F因子而变因子而变成成F+菌株；菌株；b）F+菌株菌株(“雄性雄性”菌菌株株)，F因子独立存在因子独立存在(cnzi)，细胞表面有，细胞表面有性菌毛。性菌毛。第45页/共146页第四十五页，共146页。c）Hfr菌株，菌株，F因子插入到染色体因子插入到染色体

31、DNA上上,因此只要发生接合转移过程，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就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给递给F-细胞并发生重组，由此而得名细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株为高频重组菌株d）F菌株，菌株，Hfr菌株内的菌株内的F因子因不正因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的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但携带一小段染色体基因的F因子，因子，特称为特称为(chnwi)F因因子。子。细胞表细胞表面同样有性菌毛。面同样有性菌毛。第46页/共146页第四十六页，共146页。n nF+菌株菌株n n含含F质粒，细胞质粒，细胞(xbo)表面

32、产生表面产生性毛性毛(sex pili)，与，与F-细胞细胞(xbo)相相连，在接合后转移连，在接合后转移DNA。n nF-菌株菌株n n无无F质粒，不产生质粒，不产生n n 性毛，可接受外性毛，可接受外n n 来来F质粒。质粒。第47页/共146页第四十七页，共146页。Hfr菌株菌株高频重组菌株（高频重组菌株（high frequency recombination）。与）。与F-接合接合后，重组频率比后，重组频率比F+高几百倍。高几百倍。当当Hfr菌株与菌株与F-菌株接合时，菌株接合时，Hfr染色体在染色体在F因子处发生断因子处发生断裂，由环状变成线状。整段裂，由环状变成线状。整段线状染

33、色体转移至线状染色体转移至F-细胞的细胞的全过程约需全过程约需100 min。由于转移过程常中断，越在前由于转移过程常中断，越在前端的基因进入端的基因进入F-的机会的机会(j hu)就越多，在就越多，在F-中出现重组中出现重组子的时间就越早，频率也高。子的时间就越早，频率也高。第48页/共146页第四十八页，共146页。FF菌株菌株携带有携带有FF因子的菌株，其性因子的菌株，其性状介于状介于F+F+与与HfrHfr之间，这就之间，这就是初生是初生FF菌株。菌株。初生初生FF菌株与菌株与F-F-菌株接合，菌株接合，使后者转变成使后者转变成FF菌株，这菌株，这就是次生就是次生FF菌株。以这种菌株。

34、以这种接合来传递供体菌基因的方接合来传递供体菌基因的方式，称为式，称为F F因子转导因子转导(F-(F-duction)duction)、性导、性导(sexduction)(sexduction)。在次生的在次生的FF群体中，大约有群体中，大约有10%10%的的FF因子重新因子重新(chngxn)(chngxn)整合到染色体组整合到染色体组上，而恢复成上，而恢复成HfrHfr菌。菌。第49页/共146页第四十九页，共146页。1）F+F-杂交杂交(zjio)1 1）F+F+细菌通过性毛与细菌通过性毛与F-F-细菌接触并发生相互作用；细菌接触并发生相互作用；2 2）F F因子的转移因子的转移:双

35、链之一被切断，一条链进入双链之一被切断，一条链进入F-F-细菌细菌3 3）进入）进入F-F-细菌中的一条链复制出互补链细菌中的一条链复制出互补链,F-,F-成为成为F+F+4 4）原有）原有F+F+细胞细胞(xbo)(xbo)也完成也完成F F因子另一条链的复制因子另一条链的复制F+F+第50页/共146页第五十页，共146页。2 2）Hfr F-Hfr F-杂交杂交(zjio)(zjio)Hfr菌株仍保持着菌株仍保持着F+细胞的特征。细胞的特征。当当OriT序列序列(xli)被缺刻螺旋酶识别而产生被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，缺口后，F因子的先导区和染色体因子的先导区和染色体DNA向受向受体

36、细胞转移。体细胞转移。F因子除先导区外，绝大部分处于转移染色因子除先导区外，绝大部分处于转移染色体的末端，因转移过程常被中断，故体的末端，因转移过程常被中断，故F因子因子不易转入受体细胞中。不易转入受体细胞中。HfrF-杂交后的接合子多数仍然是杂交后的接合子多数仍然是F-。染色体上越靠近染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时中出现重组子的的时间就越早，频率也高。间就越早，频率也高。HfrHfrF-第51页/共146页第五十一页，共146页。3 3）FF-FF-杂交杂交(zjio)(zjio)FF-与与F+F-的不同

37、：的不同：供体的部分供体的部分(bfen)染色体染色体基因随基因随F一起转入受体细胞一起转入受体细胞a）与染色体发生重组；）与染色体发生重组；b）继续存在于）继续存在于F因子上，因子上，形成一种部分形成一种部分(bfen)二倍二倍体；体；细胞基因细胞基因(jyn)的这种转移过程又常称为性导的这种转移过程又常称为性导（sexduction）FF F F第52页/共146页第五十二页，共146页。1、普遍性转导、普遍性转导(zhundo)（generalizedtransduction）(1)意外意外(ywi)的发现的发现19511951年，年，Joshua LederbergJoshua Led

38、erberg和和Norton ZinderNorton Zinder为了证实大肠为了证实大肠杆菌以外的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同杆菌以外的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌的多重营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌(sh mn sh jn)(sh mn sh jn)进进行类似的实验行类似的实验用用“U U”型管进行同样的实验时，在给体和受体细胞不接触的型管进行同样的实验时，在给体和受体细胞不接触的情况下，同样出现原养型细菌！情况下，同样出现原养型细菌！二、细菌的转导二、细菌的转导(transduction)第53页/共146页第五十三页，共146页。n

39、 n1952 1952 1952 1952 年年年年Zinder Zinder Zinder Zinder 和和和和 Lederberg Lederberg Lederberg Lederberg 在验证在验证在验证在验证Salmonella Salmonella Salmonella Salmonella typhimuriumtyphimuriumtyphimuriumtyphimurium是否也存在接合是否也存在接合是否也存在接合是否也存在接合现象现象现象现象(xinxing)(xinxing)(xinxing)(xinxing)时发现了转时发现了转时发现了转时发现了转导现象导现象导现象

40、导现象(xinxing)(xinxing)(xinxing)(xinxing)。n nS.typhimuriumS.typhimuriumS.typhimuriumS.typhimurium：n nLT22A (trp-)LT22A (trp-)LT22A (trp-)LT22A (trp-)；n nLT2(his-)LT2(his-)LT2(his-)LT2(his-)n nLT22LT22LT22LT22溶原性溶原性溶原性溶原性n n噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体P22P22P22P22n n 感染感染感染感染LT2LT2LT2LT2（非溶原性）（非溶原性）（非溶原性）（非溶原性）n n可能释放

41、带可能释放带可能释放带可能释放带trp+trp+trp+trp+的的的的P22P22P22P22n nLT22A(trp-)LT22A(trp-)LT22A(trp-)LT22A(trp-)n n呈原养型。呈原养型。呈原养型。呈原养型。第54页/共146页第五十四页，共146页。沙门氏菌沙门氏菌LT22A是携带是携带(xidi)P22噬菌体的溶噬菌体的溶源性细菌源性细菌另一株是非溶源性细菌另一株是非溶源性细菌一个表面一个表面(biomin)看起来的常规研究却导致看起来的常规研究却导致一个惊奇和十分重要发现的重要例证！一个惊奇和十分重要发现的重要例证！基因基因(jyn)的传递很可能是由可透过的传

42、递很可能是由可透过“U”型管滤板的型管滤板的P22噬菌体介导的噬菌体介导的（普遍性转导这一重要的基因转移途径的发现）（普遍性转导这一重要的基因转移途径的发现）WhyandHow?第55页/共146页第五十五页，共146页。（2）转导）转导(zhundo)（transduction）转导：由病毒介导的细菌细胞间进行遗传转导：由病毒介导的细菌细胞间进行遗传(ychun)交换的一种方式。交换的一种方式。一个细胞的一个细胞的DNA或或RNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中。通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中。转导噬菌体：能将细菌宿主的部分染色体和质粒转导噬菌体：能将细菌宿主的部分染色体和质粒DN

43、A带到另一个细菌的噬菌体。获得了由噬菌体携带来的带到另一个细菌的噬菌体。获得了由噬菌体携带来的供体菌供体菌DNA片段的受体细胞称为片段的受体细胞称为(chnwi)转导子。转导子。在转导中被转移的染色体片段称为在转导中被转移的染色体片段称为(chnwi)转导因转导因子。子。第56页/共146页第五十六页，共146页。细菌转导细菌转导(zhundo)的类型：的类型：普遍普遍(pbin)转导转导低频转导低频转导(zhundo)高频转导高频转导(zhundo)局限局限转导转导完全转导完全转导流产转导流产转导第57页/共146页第五十七页，共146页。普遍普遍(pbin)转导（转导（generalize

44、dtransduction）噬菌体可误包供体菌中的任何基因噬菌体可误包供体菌中的任何基因(包包括质粒括质粒)转导至受体细菌转导至受体细菌(xjn)(xjn)中，并使受中，并使受体菌实现各种性状的转导体菌实现各种性状的转导第58页/共146页第五十八页，共146页。普遍性转导普遍性转导(zhundo)的三种后果：的三种后果：外源外源DNA被降解，转导被降解，转导(zhundo)失败。失败。完全完全(wnqun)转导转导流产转导流产转导第59页/共146页第五十九页，共146页。完全转导完全转导completetransduction：进入受体的外源进入受体的外源DNA通过与细胞通过与细胞(xbo

45、)染染色体的重组交换而形成稳定的转导子色体的重组交换而形成稳定的转导子(transductant)第60页/共146页第六十页，共146页。转导转导DNA不能进行整合、重组和复制，但其携带的基不能进行整合、重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。因此群体中仅一个因可经过转录而得到表达。因此群体中仅一个(y)细胞细胞含有含有DNA，而其它细胞只能得到其基因产物。，而其它细胞只能得到其基因产物。流产流产(lichn)转导：转导：第61页/共146页第六十一页，共146页。n n局限性转导是噬菌体对寄主特定基因进行的有效转局限性转导是噬菌体对寄主特定基因进行的有效转局限性转导是噬菌体对寄主特

46、定基因进行的有效转局限性转导是噬菌体对寄主特定基因进行的有效转移移移移n n溶原菌经诱导后，少数前噬菌体从宿主染色体脱落溶原菌经诱导后，少数前噬菌体从宿主染色体脱落溶原菌经诱导后，少数前噬菌体从宿主染色体脱落溶原菌经诱导后，少数前噬菌体从宿主染色体脱落时产生错误切割，把宿主的某些基因整合到噬菌体时产生错误切割，把宿主的某些基因整合到噬菌体时产生错误切割，把宿主的某些基因整合到噬菌体时产生错误切割，把宿主的某些基因整合到噬菌体的基因组上，当这样的基因组上，当这样的基因组上，当这样的基因组上，当这样(zhyng)(zhyng)的噬菌体侵染另一宿的噬菌体侵染另一宿的噬菌体侵染另一宿的噬菌体侵染另一宿

47、主菌时，噬菌体主菌时，噬菌体主菌时，噬菌体主菌时，噬菌体 DNA DNA 与受体菌的与受体菌的与受体菌的与受体菌的 DNA DNA 同源区段配同源区段配同源区段配同源区段配对，通过双交换而整合到受体菌的染色体组上，使对，通过双交换而整合到受体菌的染色体组上，使对，通过双交换而整合到受体菌的染色体组上，使对，通过双交换而整合到受体菌的染色体组上，使受体菌获得了供体的这部分遗传特性，从而形成转受体菌获得了供体的这部分遗传特性，从而形成转受体菌获得了供体的这部分遗传特性，从而形成转受体菌获得了供体的这部分遗传特性，从而形成转导子。导子。导子。导子。局限转导（又叫特异局限转导（又叫特异(ty)转导）：

48、转导）：specializedtransduction第62页/共146页第六十二页，共146页。如：如：前噬菌体位点两端是细菌染色体的前噬菌体位点两端是细菌染色体的gal和和bio，经诱导后噬菌体与寄主，经诱导后噬菌体与寄主DNA分离分离(fnl)。但在极低的频率下会。但在极低的频率下会出现错切，从而使邻接的的细菌出现错切，从而使邻接的的细菌DNA被被一起切除转导至受体菌。一起切除转导至受体菌。局限性转导包括低频转导和高频局限性转导包括低频转导和高频(opn)转转导两种类型导两种类型第63页/共146页第六十三页，共146页。低频低频(dpn)转导：转导：低频低频(dpn)转转导导裂解物裂解

49、物正常正常(zhngchng)噬菌体噬菌体极少量的极少量的部分部分缺陷噬菌体缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）（局限转导噬菌体）转导转导颗粒颗粒局限转导子局限转导子（极少量）（极少量）低感染低感染频率频率形成转导子形成转导子的频率只有的频率只有10-4-10-6第64页/共146页第六十四页，共146页。高频高频(opn)转导：转导：形成形成(xngchng)转导子的频率很高转导子的频率很高,理论上可达理论上可达50%。高频转导是双重溶源的结果：高频转导是双重溶源的结果：E.colik12E.coliK12(/dgal)FdgalUV转导噬菌体（转导噬菌体（gal）转导子菌落转导子菌落(jnlu)辅

50、助噬菌体（辅助噬菌体（）噬菌斑噬菌斑第65页/共146页第六十五页，共146页。局限转导与普遍转导的主要局限转导与普遍转导的主要(zhyo)区别：区别：a）局限转导）局限转导(zhundo)中被转导中被转导(zhundo)的基的基因共价地与噬菌体因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体连接，与噬菌体DNA一起进一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转导导(zhundo)包装的可能全部是宿主菌的基因。包装的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性转导颗粒携带）局限性转导颗粒携带(xidi)特定的染色体片段并特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故