微生物的遗传变异和育种 (3)讲稿.ppt

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1、关于微生物的遗传变异和育种(3)第一页，讲稿共八十二页哦遗传性遗传性 是指亲代生物传递给子代的与自身相同性状的遗传是指亲代生物传递给子代的与自身相同性状的遗传信息，这种遗传性是相对稳定的。信息，这种遗传性是相对稳定的。变异性变异性 凡在遗传物质水平上发生了改变从而引起某些相应凡在遗传物质水平上发生了改变从而引起某些相应性状发生改变的特性，称为变异性，这种变异性是可性状发生改变的特性，称为变异性，这种变异性是可以遗传的。以遗传的。微生物的遗传和变异微生物的遗传和变异第二页，讲稿共八十二页哦第一节第一节 微生物的遗传微生物的遗传微生物的遗传-遗传的物质基础 证明核酸是遗传变异物质基证明核酸是遗传变

2、异物质基证明核酸是遗传变异物质基证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验础的经典实验础的经典实验础的经典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感染实验噬菌体感染实验病毒的拆开和重建实验病毒的拆开和重建实验第三页，讲稿共八十二页哦4（二）噬菌体感染实验（二）噬菌体感染实验 A.D.HersheyA.D.Hershey和和和和M.ChaseM.Chase，19521952年年年年实验证明，进入细菌实验证明，进入细菌细胞内部的物质是细胞内部的物质是DNA。DNA包含有产生完包含有产生完整噬菌体的全部信整噬菌体的全部信息。息。第四页，讲稿共八十二页哦DNA的结构与复制的结构与复制 DNA的化学

3、组成的化学组成:DNA是一种高分子化合物，它由四种核苷酸组成，每是一种高分子化合物，它由四种核苷酸组成，每一种核苷酸均含环状碱基、脱氧核糖和磷酸根三种组分。一种核苷酸均含环状碱基、脱氧核糖和磷酸根三种组分。四种核苷酸的差异仅仅在于碱基的不同。四种碱基为：腺四种核苷酸的差异仅仅在于碱基的不同。四种碱基为：腺嘌呤嘌呤(Adenine,(Adenine,简称简称简称简称A)、鸟嘌呤、鸟嘌呤(Guanine 简称简称G)G)、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶(Thymine，简称，简称T)、胞嘧啶、胞嘧啶(Cytosine，简称，简称，简称，简称C)，含这四，含这四种碱基的核苷酸分别称为腺嘌呤核

4、苷酸、鸟嘌呤核苷酸、种碱基的核苷酸分别称为腺嘌呤核苷酸、鸟嘌呤核苷酸、胸腺嘧啶核苷酸和胞嘧啶核苷酸。胸腺嘧啶核苷酸和胞嘧啶核苷酸。第五页，讲稿共八十二页哦嘌呤碱结构示意图第六页，讲稿共八十二页哦嘧啶碱结构示意图第七页，讲稿共八十二页哦核苷结构图第八页，讲稿共八十二页哦核苷结构图第九页，讲稿共八十二页哦核苷结构图第十页，讲稿共八十二页哦核苷酸结构1第十一页，讲稿共八十二页哦核苷酸结构 2 5-5-脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸第十二页，讲稿共八十二页哦DNA的多核苷酸链的结构及其缩写式表示法 第十三页，讲稿共八十二页哦DNA中中多核苷多核苷酸链的酸链的一部分一部分示意图示意图第十四页，讲稿共八十二页哦DN

5、A的结构的结构 WatsonCrick所提出的模型所提出的模型(称为称为B-DNA)螺旋是以螺旋是以DNA的的X射线衍射图谱为射线衍射图谱为根据的，这个模型里螺旋每圈含约根据的，这个模型里螺旋每圈含约10个碱基，个碱基，在此右手螺旋中碱基对平面垂直于螺旋轴。在此右手螺旋中碱基对平面垂直于螺旋轴。第十五页，讲稿共八十二页哦 DNA的的双双螺螺旋旋结结构构模模型型第十六页，讲稿共八十二页哦DNA图第十七页，讲稿共八十二页哦DNA双螺旋结构的稳定性的三种力量互补碱基之间有氢键互补碱基之间有氢键 DNA分子中的碱基堆积力分子中的碱基堆积力离子键离子键第十八页，讲稿共八十二页哦DNA的复制的复制 DNA

6、是生物遗传变异的物质基础，遗传信息是生物遗传变异的物质基础，遗传信息就储存在就储存在DNA分子上，生物遗传性状就是由分子上，生物遗传性状就是由分子上，生物遗传性状就是由分子上，生物遗传性状就是由DNADNA分分分分子中碱基对的数目和排列顺序所决定的。为了在细胞子中碱基对的数目和排列顺序所决定的。为了在细胞子中碱基对的数目和排列顺序所决定的。为了在细胞子中碱基对的数目和排列顺序所决定的。为了在细胞分裂中确保子代的遗传性状不变，必须将分裂中确保子代的遗传性状不变，必须将分裂中确保子代的遗传性状不变，必须将分裂中确保子代的遗传性状不变，必须将DNA分子分子上的遗传信息原封不动地传给子代，即母代细胞上

7、的遗传信息原封不动地传给子代，即母代细胞中的中的DNADNA中碱基对的数目和排列顺序十分精确地中碱基对的数目和排列顺序十分精确地被复制。被复制。DNADNA的复制过程首先是的复制过程首先是DNA的双链从一端打开，的双链从一端打开，分离成两条单链，然后以每条单链为模板，通过碱分离成两条单链，然后以每条单链为模板，通过碱基配对逐渐建立起完全互补的一套核苷酸单位，新基配对逐渐建立起完全互补的一套核苷酸单位，新连接上的多核苷酸链与原有的多核苷酸链重新形成连接上的多核苷酸链与原有的多核苷酸链重新形成新的双螺旋新的双螺旋DNADNA。这样，。这样，在在DNA复制中，引起碱基缺失、置换或插入，改复制中，引起

8、碱基缺失、置换或插入，改变了碱基排列顺序，就会发生子代的变异。变了碱基排列顺序，就会发生子代的变异。第十九页，讲稿共八十二页哦在在在在DNADNA聚合酶的催化下，聚合酶的催化下，一个一个DNADNA分子最终复制成分子最终复制成两个结构完全相同的两个结构完全相同的DNADNA，从而准确地将遗传特性，从而准确地将遗传特性传递给子代。复制后的传递给子代。复制后的DNA分子，各由一条新链分子，各由一条新链和一条旧链构成双螺旋结构，和一条旧链构成双螺旋结构，这种复制方法称为半保留复这种复制方法称为半保留复这种复制方法称为半保留复这种复制方法称为半保留复制。制。制。制。第二十页，讲稿共八十二页哦二、遗传信

9、息的传递二、遗传信息的传递基因的表达基因的表达 染色体是由许多不同的基因所构成的，染色体是由许多不同的基因所构成的，基因基因是是某一特定遗传信息的贮藏场所，从分子水平上来看就某一特定遗传信息的贮藏场所，从分子水平上来看就是具有某一特定碱基排列顺序和数目的是具有某一特定碱基排列顺序和数目的DNA分子片段。分子片段。基因上贮存的遗传信息需要通过一系列物质和能量代基因上贮存的遗传信息需要通过一系列物质和能量代谢过程才能在生理上或形态上表达出相应的遗传性状。谢过程才能在生理上或形态上表达出相应的遗传性状。所以，遗传信息的传递，即基因的表达过程就可以决所以，遗传信息的传递，即基因的表达过程就可以决定微生

10、物表现出某种性状定微生物表现出某种性状(如是否产生荚膜、鞭毛等如是否产生荚膜、鞭毛等)。在遗传信息传递过程中，必须存在一种称为核糖在遗传信息传递过程中，必须存在一种称为核糖核酸核酸(RNA)的物质，它也是由四种核苷酸的物质，它也是由四种核苷酸第二十一页，讲稿共八十二页哦所组成的高分子物质，与所组成的高分子物质，与所组成的高分子物质，与所组成的高分子物质，与DNA的化学成分相似。不同的化学成分相似。不同的是核苷酸中不是脱氧核糖而是核糖，并且以尿嘧啶的是核苷酸中不是脱氧核糖而是核糖，并且以尿嘧啶(U)代替了代替了DNA中的胸腺嘧啶（中的胸腺嘧啶（中的胸腺嘧啶（中的胸腺嘧啶（T）。）。已知细胞中参与

11、信息传递的已知细胞中参与信息传递的RNA至少有三种类型：至少有三种类型：至少有三种类型：至少有三种类型：信使核糖核酸信使核糖核酸信使核糖核酸信使核糖核酸(简称简称简称简称mRNA)，指导蛋白质的合成；，指导蛋白质的合成；，指导蛋白质的合成；，指导蛋白质的合成；核核核核蛋白体核糖核酸蛋白体核糖核酸蛋白体核糖核酸蛋白体核糖核酸(简称简称rRNA)rRNA)，rRNArRNA与蛋白质组成核糖与蛋白质组成核糖体体(又称核蛋白体又称核蛋白体)，是蛋白质，是蛋白质，是蛋白质，是蛋白质(或多肽或多肽)合成的场所；合成的场所；转运核糖核酸转运核糖核酸(简称简称tRNA)，可识，可识mRNA上的信息，并上的信息

12、，并将特定的氨基酸送到将特定的氨基酸送到rRNA上供蛋白质合成。上供蛋白质合成。分子遗传学研究指出，贮存分子遗传学研究指出，贮存分子遗传学研究指出，贮存分子遗传学研究指出，贮存DNADNA上的遗传信息是通过上的遗传信息是通过DNA的复制传给子代的，而通过的复制传给子代的，而通过的复制传给子代的，而通过的复制传给子代的，而通过RNA的中间作用来指导的中间作用来指导蛋白质蛋白质(酶酶酶酶)的合成。这种关于的合成。这种关于DNADNA的复制和遗传信息传的复制和遗传信息传的复制和遗传信息传的复制和遗传信息传递的基本规律被称为分子遗传学的递的基本规律被称为分子遗传学的递的基本规律被称为分子遗传学的递的基

13、本规律被称为分子遗传学的“中心法则中心法则”。第二十二页，讲稿共八十二页哦中中 心心 法法 则则 1958年年FCrick提出了中心法则提出了中心法则,中心法中心法则表示了遗传信息传递的方向则表示了遗传信息传递的方向:信息可以通过复信息可以通过复制一直世代传递下去；信息也可以从制一直世代传递下去；信息也可以从DNA传递传递到到RNA，又从，又从RNA传递到蛋白质。但信息不能传递到蛋白质。但信息不能离开蛋白质再传递到其它分子。转录能产生编码离开蛋白质再传递到其它分子。转录能产生编码一个或几个遗传信息的一个或几个遗传信息的RNA(包括包括mRNA)分子。分子。翻译则将编码在翻译则将编码在mRNA核

14、苷酸顺序中的信息转变核苷酸顺序中的信息转变为蛋白质中的氨基酸顺序。为蛋白质中的氨基酸顺序。RNA沟通了遗传物质沟通了遗传物质和蛋白质之间的联系。遗传信息的这种传递顺序和蛋白质之间的联系。遗传信息的这种传递顺序在生物中是千真万确的。在生物中是千真万确的。第二十三页，讲稿共八十二页哦中心法则的完善中心法则的完善 70年代以后随着对病毒的认识，中心法则得年代以后随着对病毒的认识，中心法则得到进一步的完善。如到进一步的完善。如RNA病毒，遗传信息本来就病毒，遗传信息本来就编码在编码在RNA中而不是在中而不是在DNA里。所以能通过自里。所以能通过自身复制其身复制其RNA分子，并产生分子，并产生mRNA。

15、另外，如另外，如RNA肿瘤病毒，它含有一种逆转录肿瘤病毒，它含有一种逆转录酶，能将病毒酶，能将病毒RNA复制成复制成DNA分子，它产生了分子，它产生了与中心法则规定的方向相反的信息流向。与中心法则规定的方向相反的信息流向。第二十四页，讲稿共八十二页哦完整的中心法则路线完整的中心法则路线 第二十五页，讲稿共八十二页哦转录转录mRNA的合成的合成 以以DNA的双链中的一条链为模板，按互的双链中的一条链为模板，按互补方式合成补方式合成RNA，这种遗传信息由，这种遗传信息由DNA到到RNA的传递过程称为的传递过程称为转录转录。翻译翻译 转录后的转录后的mRNA作为合成蛋白质的模板，作为合成蛋白质的模板

16、，并且由并且由mRNA的碱基排列顺序决定多肽链中的碱基排列顺序决定多肽链中氨基酸的排列顺序，这种遗传信息从氨基酸的排列顺序，这种遗传信息从mRNA到蛋白质的传递过程称为到蛋白质的传递过程称为翻译翻译。性状的表达性状的表达第二十六页，讲稿共八十二页哦遗传密码的主要特征 密码子高度简并密码子高度简并密码的通用性密码的通用性遗传密码的改变遗传密码的改变 重叠基因与重叠密码重叠基因与重叠密码第二十七页，讲稿共八十二页哦 遗传密码表第二十八页，讲稿共八十二页哦大肠杆菌70s核糖体示意图第二十九页，讲稿共八十二页哦蛋白质合成氨基酸的活化肽链的形成（包括肽链合成的起始、延长和终止）肽链的释放AA+tRNA+

17、ATPAA+tRNA+ATP氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨酰氨酰-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPi 第三十页，讲稿共八十二页哦第二节 微生物的突变突变的原因突变的原因 随着科学的发展，人们越来越清楚地认识到，随着科学的发展，人们越来越清楚地认识到，随着科学的发展，人们越来越清楚地认识到，随着科学的发展，人们越来越清楚地认识到，突变突变突变突变是是DNADNA分子中碱基对发生变化的结果。即分子中碱基对发生变化的结果。即分子中碱基对发生变化的结果。即分子中碱基对发生变化的结果。即由于某些原因，引由于某些原因，引起起DNADNA分子碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内部

18、分子碱基的缺失、置换或插入，改变了基因内部原有的排列顺序和数目，从而引起微生物性状的改变，原有的排列顺序和数目，从而引起微生物性状的改变，并能够遗传给子代。并能够遗传给子代。所以，突变往往发生在所以，突变往往发生在DNADNADNADNA的复的复的复的复制过程中。制过程中。制过程中。制过程中。DNADNA分子中碱基对的变化可以在自然条件下自发进分子中碱基对的变化可以在自然条件下自发进行，也可以人为地诱发引起。因此，从发生突变的原因来行，也可以人为地诱发引起。因此，从发生突变的原因来看，可分为自发突变和诱发突变。看，可分为自发突变和诱发突变。自发突变可以由自然界中的某些物理、化学因子的干扰自发突

19、变可以由自然界中的某些物理、化学因子的干扰自发突变可以由自然界中的某些物理、化学因子的干扰自发突变可以由自然界中的某些物理、化学因子的干扰引起引起引起引起(如辐射、臭氧等如辐射、臭氧等如辐射、臭氧等如辐射、臭氧等)，可以由微生物体内的代谢产物亚，可以由微生物体内的代谢产物亚硝酸、过氧化氢等引起；亦可由碱基本身的互变异构引硝酸、过氧化氢等引起；亦可由碱基本身的互变异构引起。起。第三十一页，讲稿共八十二页哦自发突变的机率很低，一般自发突变率为自发突变的机率很低，一般自发突变率为1010-5-51010-9-9。诱发突变诱发突变(又称诱变又称诱变)是人为地应用物理化学因是人为地应用物理化学因素引起的

20、突变，这些引起诱发突变的物理化学因素素引起的突变，这些引起诱发突变的物理化学因素称为诱变剂。常用的诱变剂有紫外线、亚硝酸等。称为诱变剂。常用的诱变剂有紫外线、亚硝酸等。诱发突变可以大大提高突变率。诱发突变可以大大提高突变率。以往人们一直认为，突变是定向突变，直到以往人们一直认为，突变是定向突变，直到19431943年后，人们才通过大量科学实验得出突变的发生年后，人们才通过大量科学实验得出突变的发生是非定向的结论，即认为突变的结果与突变的原是非定向的结论，即认为突变的结果与突变的原因间是不相对应的。基因因间是不相对应的。基因DNADNA上碱基对的改变是随上碱基对的改变是随机的，但突变体发生后能否

21、生长、繁殖则取决于环机的，但突变体发生后能否生长、繁殖则取决于环境条件能否满足突变体的要求，即适者生存，不适境条件能否满足突变体的要求，即适者生存，不适者淘汰。者淘汰。第三十二页，讲稿共八十二页哦基因突变及其机制基因突变及其机制 第三十三页，讲稿共八十二页哦341、诱发突变：物理、化学和生物的因素，提高突、诱发突变：物理、化学和生物的因素，提高突 变率的人为的作法变率的人为的作法（1）碱基的置换）碱基的置换第三十四页，讲稿共八十二页哦35碱基的置换引起的突变碱基的置换引起的突变第三十五页，讲稿共八十二页哦36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 定义

22、：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂，不论在机定义：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂，不论在机定义：一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂，不论在机定义：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。体内或是在离体条件下均有作用。体内或是在离体条件下均有作用。体内或是在离体条件下均有作用。种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，种类：很多。例如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，种类：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，甲基磺酸乙酯，甲基磺酸

23、乙酯，甲基磺酸乙酯，N-N-甲基甲基甲基甲基-N-N 硝基硝基硝基硝基-N-N-亚硝基胍，亚硝基胍，亚硝基胍，亚硝基胍，N-N-甲基甲基甲基甲基-N-N-亚硝基亚硝基亚硝基亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起DNADNA复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发生变异。复制时碱基配对的转换，并

24、进一步使微生物发生变异。复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发生变异。复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发生变异。羟胺只引起羟胺只引起羟胺只引起羟胺只引起GG CA:TCA:T，其余都是可使其余都是可使其余都是可使其余都是可使GG C=A:TC=A:T发生互变的。发生互变的。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。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有。第三十六页，讲稿共八十二页哦37这类诱变剂主要是一些碱基类似物这类诱变剂主要是一些碱基类似物,如：如：5-溴尿嘧啶溴尿

25、嘧啶(5-BU)和和5-氨基氨基尿嘧啶（尿嘧啶（5AU）、叠氮胸腺嘧啶（）、叠氮胸腺嘧啶（AIT）等等；）等等；作用方式：通过活细胞的代谢活动参入到作用方式：通过活细胞的代谢活动参入到DNA分子中，主要是在分子中，主要是在DNA复制时碱基类似物插复制时碱基类似物插入入DNA中，引起碱基对配对错误，造成碱基置换。中，引起碱基对配对错误，造成碱基置换。以以5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(5-BU)为例：为例：5-BU是胸腺嘧啶（是胸腺嘧啶（T）的）的类似物类似物，酮式的，酮式的5-BU可以可以和和A配对，烯醇式的配对，烯醇式的5-BU可以和可以和G配对，在配对，在DNA分子复制的过程中，由于分子复制的过程中

26、，由于5-BU的插入和的插入和互变异构导致碱基置换。互变异构导致碱基置换。间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂第三十七页，讲稿共八十二页哦38（2）移码突变：添加或缺失核）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误苷酸，引起阅读错误-错误错误+错误错误-+正常正常-正常正常+正常正常第三十八页，讲稿共八十二页哦39（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、倒位、易位）染色体畸变：缺失、重复、插入、倒位、易位第三十九页，讲稿共八十二页哦40（3）染色体畸变）染色体畸变（chromosomal aberration）某些理化因子，如某些理化因子，如某些理化因子，如某些理化因子，如X X射线等的辐射及烷

27、化剂、亚硝酸等，射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起除了能引起点突变外，还会引起除了能引起点突变外，还会引起除了能引起点突变外，还会引起DNADNADNADNA的大损伤的大损伤（macrolesionmacrolesionmacrolesionmacrolesion）染色体畸变，它包括：染色体畸变，它包括：染色体畸变，它包括：染色体畸变，它包括：pp染色体结构上的变化：染色体结构上的变化：染色体结构上的变化：染色体结构上的变化：缺失（缺失（缺失（缺失（deletiondeletiondeletiondele

28、tion）重复（重复（重复（重复（duplicationduplicationduplicationduplication）易位（易位（易位（易位（translocationtranslocationtranslocationtranslocation）倒位（倒位（倒位（倒位（inversioninversioninversioninversion）pp染色体数目的变化染色体数目的变化染色体数目的变化染色体数目的变化第四十页，讲稿共八十二页哦41染色体结构上的变化染色体结构上的变化 分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。分为

29、染色体内畸变和染色体间畸变两类。染色体内畸变：染色体内畸变：只涉及一条染色体上的变化，只涉及一条染色体上的变化，如发生染色体的部分缺失或重复时，其结果可造成基因的减少或如发生染色体的部分缺失或重复时，其结果可造成基因的减少或如发生染色体的部分缺失或重复时，其结果可造成基因的减少或如发生染色体的部分缺失或重复时，其结果可造成基因的减少或增加；增加；增加；增加；如发生如发生如发生如发生倒位倒位倒位倒位或或或或易位易位易位易位时，则可造成基因排列顺序的改变，但数时，则可造成基因排列顺序的改变，但数时，则可造成基因排列顺序的改变，但数时，则可造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。目却不改变。目却不改

30、变。目却不改变。倒位倒位倒位倒位-是指断裂下来的一段染色体旋转是指断裂下来的一段染色体旋转是指断裂下来的一段染色体旋转是指断裂下来的一段染色体旋转180180180180 后，重后，重后，重后，重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与其它的基因顺序相反；其它的基因顺序相反；其它的基因顺序相反；其它的基因顺序相反；易位易位易位易位-是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地是指断裂下来的一小段染色体再顺向或

31、逆向地是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。插入到同一条染色体的其它部位上。插入到同一条染色体的其它部位上。插入到同一条染色体的其它部位上。染色体间畸变：指非同源染色体间的染色体间畸变：指非同源染色体间的染色体间畸变：指非同源染色体间的染色体间畸变：指非同源染色体间的易位易位。第四十一页，讲稿共八十二页哦42染色体畸变第四十二页，讲稿共八十二页哦第三节 细菌的基因重组 基因重组基因重组(Gene recombination)是微生物变异的又是微生物变异的又一途径。所谓基因重组，就是指两个不同性状的生物一途径。所谓基因重组，就是指两个不同性状的生物细胞，其中一个

32、生物细胞中的基因转移到另一个生物细胞，其中一个生物细胞中的基因转移到另一个生物细胞中，并与这个细胞中的基因进行重新排列。细胞中，并与这个细胞中的基因进行重新排列。第四十三页，讲稿共八十二页哦转化转化 受体细胞直接吸收了来自供体细胞的受体细胞直接吸收了来自供体细胞的受体细胞直接吸收了来自供体细胞的受体细胞直接吸收了来自供体细胞的(处于游离状态的处于游离状态的)DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，从而获片段，并把它整合到自己的基因组中，从而获得了供体细胞部分遗传性状的现象，称为转化得了供体细胞部分遗传性状的现象，称为转化(Transformation)。接合接合 接合接合接合接合(conjug

33、ation)(conjugation)，就是指供体菌和受体菌的完整，就是指供体菌和受体菌的完整细胞经直接接触而传递大段细胞经直接接触而传递大段DNA(包括质粒包括质粒)遗传信息遗传信息的现象。在细菌和放线菌中都存在着接合现象。的现象。在细菌和放线菌中都存在着接合现象。转导转导 通过噬菌体的媒介，把供体细胞中的通过噬菌体的媒介，把供体细胞中的通过噬菌体的媒介，把供体细胞中的通过噬菌体的媒介，把供体细胞中的DNA片段携带到片段携带到片段携带到片段携带到受体细胞中，从而使后者获得了前者部分遗传性状的现象，受体细胞中，从而使后者获得了前者部分遗传性状的现象，受体细胞中，从而使后者获得了前者部分遗传性状

34、的现象，受体细胞中，从而使后者获得了前者部分遗传性状的现象，称为转导称为转导称为转导称为转导(Transduction)(Transduction)。第四十四页，讲稿共八十二页哦45一、原核生物的基因重组一、原核生物的基因重组（一）转化（一）转化概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片片段，通过交换，把它组合到自己的基因组段，通过交换，把它组合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。转化后的受体菌，称转化子转化后的受体菌，称转化子transformant来自供体的来自供体的DNA片段称为转化因子片段称为转化因

35、子。供体菌供体菌受体菌受体菌DNA片段片段第四十五页，讲稿共八十二页哦461928年，年，Griffith发现肺炎链球菌发现肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）的转化现象）的转化现象,目目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力；前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力；真菌有酿酒酵母等真菌有酿酒酵母等第四十六页，讲稿共八十二页哦47转化的过程转化的过程strrstrr第四十七页，讲稿共八十二页哦481、能进行转化的细胞必须是感受态的。即受体菌、能进行转化的细胞必须是感受态的。即受体菌最易接收外源最易接收外源DNA片段并实现转化的生理状态。片段并实现转化的生理状态

36、。感受态：感受态：受体细胞最易于接受外源受体细胞最易于接受外源DNA片段并能实现片段并能实现转化的一种生理状态转化的一种生理状态.2、外源游离、外源游离DNA分子（转化因子）分子（转化因子）进行自然转化，需要二方面必要的条件：进行自然转化，需要二方面必要的条件：第四十八页，讲稿共八十二页哦转染转染(transfection)：提纯病毒核酸被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒提纯病毒核酸被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒第四十九页，讲稿共八十二页哦（二）转导（二）转导transduction概念：通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的概念：通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的DNA片段携带到受体

37、细胞中，从而使后者获得前者片段携带到受体细胞中，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象。部分遗传性状的现象。第五十页，讲稿共八十二页哦512.转导的种类转导的种类 完全普遍转导完全普遍转导 普遍转导普遍转导 流产普遍转导流产普遍转导流产普遍转导流产普遍转导 转导转导转导转导 低频转导低频转导低频转导低频转导 局限转导局限转导局限转导局限转导 高频转导高频转导高频转导高频转导第五十一页，讲稿共八十二页哦52（1）普遍转导（普遍转导（generalized transduction）定定定定义义义义：通通通通过过过过完完完完全全全全缺缺缺缺陷陷陷陷噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体对对对对供供供供体体体体菌菌

38、菌菌任任任任何何何何DNADNADNADNA小小小小片片片片段段段段的的的的“误误包包”而而实实现现其其遗遗传传性性状状传传递递至至受受体体菌菌的的转转导导现现象，称为象，称为普遍性转导普遍性转导普遍性转导普遍性转导。1.11.11.11.1完完完完全全全全(普普遍遍)转转导导：complete complete complete complete transductiontransductiontransductiontransduction。19521952年年发发现现，在在Salmonella Salmonella Salmonella Salmonella typhimuriumtyp

39、himuriumtyphimuriumtyphimurium中中存存在在转转导导现现象。在它的完全普遍性转导实验中：象。在它的完全普遍性转导实验中：vv以其野生型菌株作为供体菌以其野生型菌株作为供体菌以其野生型菌株作为供体菌以其野生型菌株作为供体菌vv营养缺陷型菌株作为受体菌营养缺陷型菌株作为受体菌营养缺陷型菌株作为受体菌营养缺陷型菌株作为受体菌vvP22P22P22P22噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体作作作作为为为为转转转转导导导导媒媒媒媒介介介介，对对对对供供供供体体体体菌菌菌菌是是是是烈烈烈烈性性性性噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体，对对对对受受受受体体体体菌是温和噬菌体菌是温和噬菌体菌是温和噬菌体菌

40、是温和噬菌体第五十二页，讲稿共八十二页哦53完全普遍转导完全普遍转导过程：过程：供体菌供体菌 正常噬菌体正常噬菌体 +完全缺陷噬菌体完全缺陷噬菌体 少量裂解物少量裂解物 +大量受体菌大量受体菌 遗传稳定的转导子遗传稳定的转导子裂解裂解第五十三页，讲稿共八十二页哦54（1）普遍性转导（普遍性转导（generalized transduction）过程：过程：过程：过程：vvP22P22在供体菌内增殖时，宿主的核染色体组断裂，待噬菌体在供体菌内增殖时，宿主的核染色体组断裂，待噬菌体在供体菌内增殖时，宿主的核染色体组断裂，待噬菌体在供体菌内增殖时，宿主的核染色体组断裂，待噬菌体成熟与包装之际，极少数

41、（成熟与包装之际，极少数（成熟与包装之际，极少数（成熟与包装之际，极少数（10 10 6 6 10 10 8 8）噬菌体的衣壳将与噬）噬菌体的衣壳将与噬）噬菌体的衣壳将与噬）噬菌体的衣壳将与噬菌体头部核心大小相似的一段供体菌体头部核心大小相似的一段供体菌体头部核心大小相似的一段供体菌体头部核心大小相似的一段供体DNADNA片段误包入其中，形成了片段误包入其中，形成了片段误包入其中，形成了片段误包入其中，形成了一个完全不含噬菌体自身一个完全不含噬菌体自身一个完全不含噬菌体自身一个完全不含噬菌体自身DNADNA的的的的缺陷噬菌体。缺陷噬菌体。缺陷噬菌体。缺陷噬菌体。vv供体菌裂解时，如把少量裂解物

42、与大量受体菌群体相混，供体菌裂解时，如把少量裂解物与大量受体菌群体相混，供体菌裂解时，如把少量裂解物与大量受体菌群体相混，供体菌裂解时，如把少量裂解物与大量受体菌群体相混，使其使其使其使其感染复数（感染复数（感染复数（感染复数（m.o.im.o.i）11，这种完全缺陷噬菌体就会将这一外源这种完全缺陷噬菌体就会将这一外源这种完全缺陷噬菌体就会将这一外源这种完全缺陷噬菌体就会将这一外源DNADNA片段导入受体细胞内。片段导入受体细胞内。片段导入受体细胞内。片段导入受体细胞内。vv在这种情况下，由于一个受体细胞只感染了一个完全缺陷噬在这种情况下，由于一个受体细胞只感染了一个完全缺陷噬在这种情况下，由

43、于一个受体细胞只感染了一个完全缺陷噬在这种情况下，由于一个受体细胞只感染了一个完全缺陷噬菌体，故受体细胞不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫菌体，故受体细胞不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫菌体，故受体细胞不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫菌体，故受体细胞不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而由于导入的外源性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而由于导入的外源性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而由于导入的外源性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而由于导入的外源DNADNA片段可与受体细胞核染色体组上的同源区段配对，再通过片段可与受体细胞核染色体组上的同源区段配对

44、，再通过片段可与受体细胞核染色体组上的同源区段配对，再通过片段可与受体细胞核染色体组上的同源区段配对，再通过双交换而整合到受体菌染色体组中，所以使后者成为一个双交换而整合到受体菌染色体组中，所以使后者成为一个双交换而整合到受体菌染色体组中，所以使后者成为一个双交换而整合到受体菌染色体组中，所以使后者成为一个遗传遗传遗传遗传性状稳定的转导子性状稳定的转导子性状稳定的转导子性状稳定的转导子。第五十四页，讲稿共八十二页哦55感染复数（感染复数（m.o.i，multiplicity of infection）:感感染染复复数数由由于于每每一一宿宿主主细细胞胞表表面面的的特特异异性性受受体体有有限限，因

45、因此此所所能能吸吸附附的的噬噬菌菌体体数数目目也也有有一一个个限限量。每一敏感细胞所能吸附的噬菌体的数量量。每一敏感细胞所能吸附的噬菌体的数量m.o.i，一般很大，可达，一般很大，可达250360。由由于于超超m.o.i的的外外源源噬噬菌菌体体吸吸附附而而引引起起的的、不不能能产产生生子子代代噬噬菌菌体体的的裂裂解解，称称为为自自外外裂裂解（解（lysis from without）。第五十五页，讲稿共八十二页哦56噬菌体裂解第一个宿主时可能有三种情况：噬菌体裂解第一个宿主时可能有三种情况：1 1）包入的完全是噬菌体的）包入的完全是噬菌体的DNADNA（正常噬菌体正常噬菌体）2 2）包入的完全

46、是细菌）包入的完全是细菌DNADNA（完全缺陷噬菌体完全缺陷噬菌体）3 3）部分带有噬菌体基因的）部分带有噬菌体基因的DNADNA（部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体）转导分别是由后两种噬菌体参与进行的。转导分别是由后两种噬菌体参与进行的。噬菌体裂解第一个宿主噬菌体裂解第一个宿主第五十六页，讲稿共八十二页哦57一个稳定的转导子的形成一个稳定的转导子的形成1.第一次交换2.第二次交换3.交换完成，外源DNA掺入染色体组中第五十七页，讲稿共八十二页哦581.21.2流产普遍性转导（流产普遍性转导（流产普遍性转导（流产普遍性转导（abortive transductionabortive transduc

47、tion）概念：概念：受体菌经转导获得的供体受体菌经转导获得的供体DNADNA片段在受体菌片段在受体菌中不发生复制、交换和整合，也不迅速消失，而中不发生复制、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译（性状表达），这种现象就只是进行转录和转译（性状表达），这种现象就称为称为流产转导流产转导。现象现象现象现象：发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将这段外源将这段外源将这段外源将这段外源DNA分配给一个子细胞，而另一子细胞仅分配给一个子细胞，而另一子细胞仅获得供体

48、基因的产物获得供体基因的产物酶，在表型上表现出轻微的供酶，在表型上表现出轻微的供酶，在表型上表现出轻微的供酶，在表型上表现出轻微的供体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，所以，能在选择性培养基所以，能在选择性培养基平板上形成微小菌落就是平板上形成微小菌落就是流产转导的特点。流产转导的特点。第五十八页，讲稿共八十二页哦592.局限性转导局限性转导 定义：定义：定义：定义：通过通过通过通过部分缺陷的温和噬菌体部分缺陷的温和噬菌体部分缺陷的温和噬菌体部分缺陷的温和噬菌体把

49、供体菌的少数特定基因携带到把供体菌的少数特定基因携带到把供体菌的少数特定基因携带到把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，获得表达的转导现象。受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，获得表达的转导现象。受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，获得表达的转导现象。受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，获得表达的转导现象。特点特点特点特点：噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体 只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整

50、合位点只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点两侧的基因）两侧的基因）两侧的基因）两侧的基因）该特定基因由该特定基因由该特定基因由该特定基因由部分缺陷的噬菌体部分缺陷的噬菌体部分缺陷的噬菌体部分缺陷的噬菌体携带携带携带携带 缺陷噬菌体是由于其在形成过程中所发生的低频率（约缺陷噬菌体是由于其在形成过程中所发生的低频率（约缺陷噬菌体是由于其在形成过程中所发生的低频率（约缺陷噬菌体是由于其在形成过程中所发生的低频率（约10 10 5 5）“误切误切误切误切”，或由于，或由于，或由于，或由于双重溶源菌双重溶源菌双重溶源菌双重溶源菌的裂解而形成