第八章 遗传.ppt

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1、第八章 遗传现在学习的是第1页，共54页本章提要 一、微生物基因组 二、质粒 三、诱变原理与修复机制 四、细菌的基因转移与重组 五、真菌的基因重组现在学习的是第2页，共54页一、微生物基因组 基因组：是指在细胞或病毒中存在着一套完整遗传物质的总和。在真核和原核生物中它以DNA的形式存在；在病毒中以DNA或RNA形式存在。细菌通常是含一套基因，称为单倍体，真核生物通常含有二套基因，称为二倍体。现在学习的是第3页，共54页（一）大肠杆菌基因组 大组杆菌基因组：是环状双链DNA分子，大小为4.7106bp，含4288个基因。现在学习的是第4页，共54页 1.拟核 大肠杆菌的染色体DNA长度约1100

2、1400m，而细胞的长度约2m，所以必须以一定的组织结构压缩在细胞内。大肠杆菌以及其他原核细胞基因组就是以这种拟核形式执行复制、转录、重组等各种功能。现在学习的是第5页，共54页 2.遗传信息的连续性 绝大多数原核生物不含内含子，说明他们的遗传信息是连续的。3.3.功能相关的结构基因组成操纵子。4.4.基因组的重复序列少而短。基因组的重复序列少而短。现在学习的是第6页，共54页（二）酿酒酵母基因组 1996年完成了全基因的测序工作，这是第一个完成测序的真核生物基因组。其基因大小为13.5106bp，含5800个基因，分布在16个不连续的染色体中。现在学习的是第7页，共54页1.酵母菌的DNA与

3、4种主要的组蛋白结合构成核小体。2.基因组中没有明显的操纵子结构。3.基因组中有基因间隔区或内含子序列。4.最显著特点是基因组中存在高度重复序列。tRNA基因在每个染色体上共有约250个拷贝，rRNA基因在染色体上约有100200个拷贝。现在学习的是第8页，共54页（三）詹氏甲烷球菌的基因组 詹氏甲烷球菌（Methanococcus annaschii）属于古生菌。1.古生菌的基因组结构类似于细菌：该菌有1个大小为1.66106bp的环形染色体DNA。功能相关的基因组成操纵子结构。基本无内含子。无核膜等。现在学习的是第9页，共54页2.负责信息传递功能的基因（复制、转录和翻译）类似于真核生物：

4、复制起始因子均类似于真核生物。转录起始系统与真核生物基本一样。古生菌的RNA聚合酶亚基的组成和序列类似真核生物RNA聚合酶和。启动子的典形结构也类似真核生物。翻译延伸因子EF-Ia、EF-2和氨酰tRNA合成酶基因也类似真核生物。现在学习的是第10页，共54页 二、质粒 质粒是一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子。（一）质粒的分子结构 质粒通常以共价闭环（CCC）超螺旋双链DNA存在于细胞中。从细胞分离质粒有3种构型：CCC型 开环型 线型。现在学习的是第11页，共54页（二）质粒的主要类型 1.致育因子：称F因子，与大肠杆菌的接 合作用有关，大小约100Kb。2.抗性因子：称R

5、因子，主要包括抗药性和抗金属两大类。3.Col质粒：含有编码大肠杆菌素基因。现在学习的是第12页，共54页4.毒性质粒：具有编码毒性基因。例如苏云金杆菌含有编码内毒素（伴孢晶体中）的质粒。5.代谢质粒：又称降解质粒，携带能降解某些基质的酶的基因。如假单孢菌含有樟脑质粒，辛烷质粒等。6.隐秘质粒：不显示任何表型的质粒，如酵母的2m质粒不授与宿主任何表型。现在学习的是第13页，共54页1818质粒通常表现为：质粒通常表现为：（单选（单选1 1分）分）20132013全国联赛试题全国联赛试题 A A大多数是线性的，少数是环状的大多数是线性的，少数是环状的 B B大多数是双链大多数是双链DNADNA，

6、少数不是，少数不是 C C大多数存在于真核细胞，少数存在于原核细胞大多数存在于真核细胞，少数存在于原核细胞 D D大多数和染色体一起复制大多数和染色体一起复制 原核生物细胞原核生物细胞DNADNA发现于（发现于（）（1 1）细胞核和线粒体）细胞核和线粒体 （2 2）染色体和质粒）染色体和质粒 （3 3）鞭毛和菌毛）鞭毛和菌毛 （4 4）细胞质和细胞核）细胞质和细胞核竞赛练习题竞赛练习题现在学习的是第14页，共54页三、诱变原理与修复机制（一）诱变原理 在自然条件下发生突变称为自发突变，通常自发突变频率是很低的，大约为 1061010。凡能提高突变率的理化因子称为诱变剂，常用的诱变剂的作用原理有

7、以下几类：现在学习的是第15页，共54页 1.碱基类似物 碱基类似物在第1次DNA复制时，可取代正常碱基掺入到DNA分子中，并与互补链上碱基配对。这些碱基类似物极易发生互变异构，在第2次DNA复制时，改变与之配对的碱基。在第3次DNA复制时，使碱基对发生置换，于是基因发生突变。现在学习的是第16页，共54页5溴尿嘧啶诱变机理5 5溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BuBu）是）是胸腺嘧啶胸腺嘧啶的类似物。的类似物。通常以酮通常以酮式存在，在第式存在，在第1 1次次DNADNA复制时，可取代复制时，可取代T T掺入到掺入到DNADNA分分子中并与子中并与A A配对。配对。当它转变为烯醇式当它转变为烯醇式时，在

8、第时，在第2 2次次DNADNA复制时，复制时，可与可与G G配对。配对。当第当第3 3次复制时，次复制时，使原来的使原来的ATAT对对转变为转变为GCGC对对 。现在学习的是第17页，共54页 2.碱基修饰剂 某些诱变剂可与DNA中的碱基发生化学反应，因而使碱基受到修饰。在DNA复制时，使碱基配对发生错误，因而引起突变。现在学习的是第18页，共54页 例如亚硝酸能脱去碱基上的氨基：腺嘌呤脱氨后成为次黄嘌呤（H），DNA复制时它与胞嘧啶配对，而不是与胸腺嘧啶配对，第2次复制时使AT对转变为GC对。胞嘧啶脱氨后成为尿嘧啶，DNA复制时它与腺嘌呤配对，而不是与鸟嘌呤配对，第2次复制时使GC对转变为

9、AT对。现在学习的是第19页，共54页3.嵌入染料 一些吖啶类化合物如吖啶橙、吖啶黄、原黄素还有溴化乙锭等染料，它们是一类扁平稠环分子，可插入到DNA碱基对之间，正好占据一个碱基对的位置。在DNA复制时造成新合成的链碱基的增加或缺失，结果造成移码突变。现在学习的是第20页，共54页 4.紫外线 紫外线的诱变作用是使DNA相邻的两个胸腺嘧啶形成二聚体，使DNA分子发生扭曲，因而妨碍碱基的正常配对，从而引起突变。现在学习的是第21页，共54页 5.诱变剂与致癌物的检测Ames试验 许多化学诱变剂一般都有致癌作用，它们能引起正向突变，通常也能引起回复突变。Ames发明了一种检测物品中的致癌物的方法，

10、此法已广泛用于检测食品、饮料、药物、饮水等的致癌物的含量。他利用鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸缺陷型菌株作为试验菌株。现在学习的是第22页，共54页 先将待测物与鼠肝匀浆保温（使待测物中的前诱剂转变为诱变剂）。将试验菌与处理后的待测物置于无组氨酸的基本培养基中培养，可观察到：若待测物中无致癌物则平板上无菌落生长。若待测物中含有致癌物，具有诱变作用，就可使组氨酸缺陷型菌株转变为原养型菌株，平板就会长出菌落。并可从菌落多少判断待测物中致癌物含量多少。现在学习的是第23页，共54页标准标准AMES试验中使用的菌种是（试验中使用的菌种是（）竞赛练习题（1 1）伤寒沙门氏菌野生型；）伤寒沙门氏菌野生型；（2）鼠

11、伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型；）鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型；（3 3）鼠伤寒沙门氏菌赖氨酸缺陷型；）鼠伤寒沙门氏菌赖氨酸缺陷型；（4 4）鼠伤寒沙门氏菌抗青霉素型。）鼠伤寒沙门氏菌抗青霉素型。现在学习的是第24页，共54页（二）DNA损伤的修复机制 生物在某些物理和化学诱变剂的作用下，或者在DNA的复制和重组过程中都可能使DNA的结构受到损伤，功能受到破坏，严重的甚至出现致突或致死。在长期进化过程中，生物获得了对DNA损伤的修复功能，大致有以下几种：现在学习的是第25页，共54页1.光复活作用 微生物经紫外线照射后，立即置于可见光之下，可明显降低其死亡率，称为光复活作用。光复活机制：光复活酶可与D

12、NA链上的嘧啶二聚体结合并形成复合物。当可见光激活光复活酶后，可分解嘧啶二聚体，然后酶被释放出来。现在学习的是第26页，共54页 2.切除修复 分两步完成：细胞内特异酶找到并切除DNA损伤部位。修复合成并连接。即以完整的DNA链为模板，在DNA聚合酶I作用下，合成切去部分，再在连接酶作用下将缺口连接，使损伤DNA链恢复正常结构。现在学习的是第27页，共54页 当DNA进行复制时，若DNA链上仍存在未修复的损伤部位，这时可先先复制再修复复制再修复。重组修复过程重组修复过程 3.重组修复现在学习的是第28页，共54页4.SOS4.SOS修复修复 SOS反应是细胞DNA受到损伤的紧急情况下，为求得生

13、存而出现的应急效应。（1）避免差错的修复 光复活修复、切除修复和重组修复能够识别并消除DNA的损伤或错配碱基，在修复过程中不引入错配碱基。SOS反应能诱导切除修复和重组修复中某些关键酶和蛋白质的产生，从而加强正确的修复能力。现在学习的是第29页，共54页3030（2）易产生差错的修复 SOS反应诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能催化空缺部位DNA修复，但是由于他们识别碱基精确度低，所以容易造成复制的差错，从而导致基因突变，即通过增加突变率而提高细胞存活率。现在学习的是第30页，共54页3131四、细菌的基因转移与重组 基因重组或称基因重排，是指基因片段的重新组合。细菌基因转移主要有4种方

14、式：接合、转化、转导和细胞融合等。现在学习的是第31页，共54页3232（一）接合 细菌的接合作用是指雄性细胞与雌性细胞互相接触，与性因子即F因子有关。现在学习的是第32页，共54页33331.1.大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株（1）F菌株（雄性菌株）细胞中存在着游离的F因子，在细胞表面有23根性菌毛。现在学习的是第33页，共54页34341.1.大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株（2）F菌株（雌性菌株）细胞中不含F因子，细胞表面也无性菌毛。现在学习的是第34页，共54页35351.1.大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株（3

15、）Hfr菌株即高频重组菌株细胞中存在着与染色体特定位点相整合的F因子，因它与F菌株接合后发生重组频率高故称高频重组菌株。现在学习的是第35页，共54页36361.1.大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株（4）F菌株细胞中存在着携带部分染色体基因的F因子。现在学习的是第36页，共54页37372.大肠杆菌3种接合类型（1）F与F接合 F F F F F菌株的性菌毛识别和联结F菌株，由于它的收缩使F 菌株与F菌株紧密接在一起。DNA转移通道是特殊的接合桥。F因子双链中的一条链经DNA通道进入F 菌株。进入F 菌株中的单链合成其互补链。留在原F 菌株中的F因子单链也合成其互补链。

16、现在学习的是第37页，共54页38382.大肠杆菌3种接合类型（1）F与F接合 F F F F 现在学习的是第38页，共54页（2）Hfr与F 接合 Hfr F Hfr F 整合在染色体上的F因子在转移起点处被切开。前导链引导染色体DNA单链向F菌株细胞中转移。大肠杆菌全部染色体DNA完成转移需要100min，两个正在接合的细胞经常受外界因素干扰而分开，称为接合中断，转移的DNA链被切断。现在学习的是第39页，共54页 由于F因子上决定性别的基因位于线状DNA的末端，不能进入F 菌株。接合后其重组体仍然是F 菌株。进入F 菌株的染色体单链片段先转变成双链，并与 F菌株的染色体进行重组。现在学习

17、的是第40页，共54页（3）F与F接合 F F F F 其接合过程与F与F 接合相似。所不同是F菌株的染色体基因随F因子一起进入F 菌株，实际上形成了部分二倍体结果F 菌株变成F菌株。现在学习的是第41页，共54页（3）F与F接合 F F F F。现在学习的是第42页，共54页大肠杆菌3种接合类型比较接合类型接合结果有无发生遗传重组F与F接合F F无Hfr与F 接合Hfr F发生高频重组F与F接合F F可发生遗传重组F F因子大小：100kb100kb现在学习的是第43页，共54页FF是携带有宿主染色体基因的是携带有宿主染色体基因的F F因子，当因子，当 菌株与F F菌菌株杂交时，株杂交时，因

18、子进入受体细胞，此时的受体细胞变成（）竞赛练习题 A.F 菌株 B.F B.F 菌株菌株 C.F C.F 菌株菌株 D.Hfr D.Hfr 菌株菌株 答案：C大肠杆菌大肠杆菌A A菌株与菌株与B B菌株接合后，菌株接合后，B B菌株只接菌株只接受了合成赖氨酸的新性状，受了合成赖氨酸的新性状，A A菌应该可能是（菌应该可能是（）竞赛练习题竞赛练习题（1 1）F+菌 （2 2）HfrHfr菌菌 （3 3）F 菌菌 （4 4）F F 菌现在学习的是第44页，共54页（二）转化 细菌的转化是指细菌的感受态细胞直接吸收外源DNA片段（转化因子）而发生遗传性状改变的现象。所谓感受态细胞是指能够吸收外源DN

19、A的细菌细胞。现在学习的是第45页，共54页 2.2.人工转化人工转化 在实验室中可通过人工方法促进转化。（1）用Ca2处理细胞 将大肠杆菌放在CaCl2溶液中冷却（4），再与DNA混合，42保温，这种处理可增加细胞质膜通透性，使外源DNA更易转移到细胞中，从而提高转化效率。（2）电穿孔法 将DNA和细胞混合，置于高压脉冲电场，使细胞瞬时产生小孔，外源DNA通过这些小孔进入细胞。现在学习的是第46页，共54页（三）转导 通过完全或部分缺陷的噬菌体作为媒介，把供体菌的DNA片段转移到受体菌的细胞中，并发生基因重组和遗传性状改变的现象称为转导。转导有2种类型：普遍性转导和局限性转导。现在学习的是第

20、47页，共54页1.普遍性转导 由完全缺陷噬菌体将供体菌染色体的任何DNA片段转移到受体菌中，并发生基因重组。现在学习的是第48页，共54页 具体过程：当噬菌体感染供体菌，供体菌内染色体DNA发生断裂，当噬菌体组装时，极少数噬菌体的衣壳随机错包了供体菌的DNA片段，成为完全缺陷噬菌体。当供体菌裂解时，这种完全缺陷噬菌体感染受体菌时，把供体菌DNA片段转移到受体菌中，并与其染色体发生重组 现在学习的是第49页，共54页 2.局限性转导 是由部分缺陷噬菌体将供体菌染色体上的特定DNA片段转移到受体菌中，并发生基因重组。现在学习的是第50页，共54页当溶源菌（E.coli.）被诱导裂解时，有极少数的

21、原噬菌体（）发生不正常的切割，结果将原噬菌体两侧的宿主（供体菌）的染色体基因（gal或bio基因）与噬菌体基因连在一起被切割下来，并被包装，形成部分缺陷噬菌体（dgal或dbio）。此部分缺陷噬菌体感染受体菌时，把带有特定基因的供体菌DNA片段转移给受体菌时，并与其染色体发生遗传重组，使原来不能利用乳糖或合成生物素的受体菌变成为能利用乳糖和能合成生物素的转导子。现在学习的是第51页，共54页局限性转导噬菌体衣壳内所含有DNA(）A.全部是供体菌DNA B.全部是噬菌体DNA C.大部分是噬菌体DNA，少量是供体菌DNA D.大部分是供体菌DNA，少量是噬菌体DNA 答案：C现在学习的是第52页，共54页（四）原生质体融合 通过人工的方法，使遗传性状不同的两种细胞的原生质体发生融合和遗传重组，形成具有双亲性状的融合子。原生质体融合步骤：原生质体的制备、融合、再生和融合子的筛选等。原生质体融合既是原核生物也是真核生物重要育种手段之一。现在学习的是第53页，共54页通过下列哪些方法可以得到大肠杆菌组氨酸缺陷型的回复突变菌株?20092009年全国生物联赛试题年全国生物联赛试题A A转导转导 B B紫外线诱变紫外线诱变C C与野生型菌株发生接合 D D转染转染E E转化转化答案：ABCE现在学习的是第54页，共54页