微生物的遗传与变异.ppt

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1、第十一章第十一章 微生物的遗传与变异微生物的遗传与变异（一）转化实验（一）转化实验将无毒性的将无毒性的R型活细胞注射到小鼠体内，结果小鼠不死亡；型活细胞注射到小鼠体内，结果小鼠不死亡；将有毒性的将有毒性的S型活细胞注射到小鼠体内，结果小鼠患败血症死亡；型活细胞注射到小鼠体内，结果小鼠患败血症死亡；将加热杀死的将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内，结果小鼠不死亡；型细菌注射到小鼠体内，结果小鼠不死亡；将无毒性的将无毒性的R型活细菌与加热杀死后的型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后，注射到小鼠型细菌混合后，注射到小鼠体内，结果小鼠患败血症死亡。体内，结果小鼠患败血症死亡。一、证明遗传变异物质基础的三

2、个经典实验一、证明遗传变异物质基础的三个经典实验（二）噬菌体感染实验（二）噬菌体感染实验在噬菌体感染过程中，其在噬菌体感染过程中，其蛋白质外壳蛋白质外壳根本未进入宿根本未进入宿主细胞，进入宿主细胞的主细胞，进入宿主细胞的只有只有噬菌体噬菌体DNA，尚因释，尚因释放出的子代噬菌体粒子具放出的子代噬菌体粒子具有同亲代一样的蛋白质外有同亲代一样的蛋白质外壳，故可以肯定，仅只有壳，故可以肯定，仅只有DNA携带有全部遗传信息携带有全部遗传信息。（三）植物病毒的重建实验（三）植物病毒的重建实验 病毒的蛋白质取决于相应的病毒的蛋白质取决于相应的RNA。为此证明该病毒的遗传物质为。为此证明该病毒的遗传物质为R

3、NA，蛋白质外壳对其仅起保护作用。，蛋白质外壳对其仅起保护作用。 遗传与变异遗传与变异 遗传性遗传性：生物可通过：生物可通过无性繁殖或有性繁殖无性繁殖或有性繁殖的方式繁衍后代，的方式繁衍后代，并并使子代与亲代相似。使子代与亲代相似。 变异性：变异性：生物的子代与生物的子代与亲代，以及子代不同个亲代，以及子代不同个体之间在性状上又体之间在性状上又存在存在某些差异。某些差异。 由于细菌由于细菌个体微小、遗传物质个体微小、遗传物质较为简单，较为简单，易于人工易于人工培养，繁殖速度快，突变型容易识别和检出培养，繁殖速度快，突变型容易识别和检出。因此，细。因此，细菌一直被用做研究生物遗传与变异规律的实验

4、材料。菌一直被用做研究生物遗传与变异规律的实验材料。第一节第一节 微生物遗传和变异的物质基础微生物遗传和变异的物质基础基因与基因组基因与基因组 基因：基因：是合成一种有功能的多肽链或是合成一种有功能的多肽链或RNA分子所分子所必需的一段完整的必需的一段完整的DNA序列；序列； 基因组：基因组：是指存在于生物体遗传物质中全部基因是指存在于生物体遗传物质中全部基因的总称。的总称。一、微生物的主要遗传物质一、微生物的主要遗传物质（一）病毒的核酸（一）病毒的核酸 除朊病毒没有遗传物质外，所有病毒的遗传物质都是DNA或RNA。（二）原核细胞型微生物的染色体（二）原核细胞型微生物的染色体 原核细胞型微生物

5、的遗传物质包括染色体 和质粒。 1 1、染色体为一段、染色体为一段共价闭合环状的双链共价闭合环状的双链DNADNA：在细胞中紧密缠绕成较致密的不规则的小体，称为拟核一、微生物的主要遗传物质一、微生物的主要遗传物质2 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微生物基因组微生物基因组DNADNA绝大部分用来编码蛋白质、绝大部分用来编码蛋白质、RNARNA；其；其余用作复制起点、启动子、终止子和一些由调节蛋白余用作复制起点、启动子、终止子和一些由调节蛋白识别和结合的位点等信号序列。识别和结合的位点等信号序列。除了个别细菌除了个别细菌( (鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌鼠伤寒沙门氏菌和犬螺

6、杆菌) )和古生菌的和古生菌的rRNArRNA和和tRNAtRNA中也发现有内含子或间隔序列外，原核微生中也发现有内含子或间隔序列外，原核微生物一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。物一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。（三）真核细胞型微生物的染色体（三）真核细胞型微生物的染色体1 1）真核细胞型微生物与高等动植物一样，具有）真核细胞型微生物与高等动植物一样，具有完整的细胞核完整的细胞核结构结构2 2）遗传物质以染色体的形式存在，其化学组成是）遗传物质以染色体的形式存在，其化学组成是线状双链线状双链DNADNA分子和蛋分子和蛋白质；白质；3 3）基因是）基因是不连续的不连续的

7、，结构基因内部存在许多不编码蛋白质的间隔序列，结构基因内部存在许多不编码蛋白质的间隔序列，称为内含子，编码区则称为外显子。称为内含子，编码区则称为外显子。5 5）通常含有多种染色体，并且）通常含有多种染色体，并且每条染色体中具有许多复制起点每条染色体中具有许多复制起点，可同时，可同时进行复制。进行复制。一、微生物的主要遗传物质一、微生物的主要遗传物质二、质粒和转座因子二、质粒和转座因子染色体染色体质粒（质粒（plasmidplasmid）：）：是一种染色体外是一种染色体外DNADNA遗传物质遗传物质，呈双链、超螺旋、闭，呈双链、超螺旋、闭环状，能进行环状，能进行自主复制自主复制，主要存在于各种

8、微生物细，主要存在于各种微生物细胞中。胞中。（一）质粒（一）质粒（一）质粒（一）质粒基本特性：基本特性：1、绝大多是质粒是、绝大多是质粒是共价闭合环状双链共价闭合环状双链DNA；2、质粒可独立于宿主染色体外、质粒可独立于宿主染色体外自主复制自主复制；3、质粒基因常、质粒基因常赋予宿主细胞某些特性赋予宿主细胞某些特性，如合成抗生素、细，如合成抗生素、细菌素等；菌素等；4、质粒能、质粒能从宿主细胞自发消除从宿主细胞自发消除，其所携带的基因非细胞生，其所携带的基因非细胞生存所必需，除去质粒后，细胞可依然存活存所必需，除去质粒后，细胞可依然存活5、质粒可通过、质粒可通过接合、转化或转导接合、转化或转导

9、等方式在细菌间转移；等方式在细菌间转移；6、细菌具有、细菌具有相容性或不相容性相容性或不相容性：两类不同类型的质粒，能：两类不同类型的质粒，能/不能稳定地共存于一个细胞内。不能稳定地共存于一个细胞内。常见的质粒类型常见的质粒类型 F F质粒质粒/ /致育因子致育因子 R R质粒质粒/ /耐药质粒耐药质粒/ /抗性因子抗性因子 ColCol质粒质粒 代谢质粒代谢质粒/ /降解质粒降解质粒1、F质粒质粒/致育因子致育因子 具有编码具有编码性菌毛性菌毛的能力，可在染色体外游离存在，的能力，可在染色体外游离存在，或整合入宿主菌染色体或整合入宿主菌染色体, ,成为染色体的一部分。成为染色体的一部分。携带

10、携带F F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F F+ +菌株（相当于雄性）菌株（相当于雄性），无，无F F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F F- -菌株（相当于雌性）菌株（相当于雌性）2 2、R R质粒质粒/ /耐药质粒耐药质粒 R R质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一要原因之一。接合型耐药质粒：接合型耐药质粒：由耐药转移因子（由耐药转移因子（RTFRTF，类似于，类似于F F质粒质粒，具有致育性）和耐药决定子（决定该菌株的耐药性，具有致育性）和耐药决定子（决定该菌株的耐药性) )构构成。成。非接合型耐药质粒：非接合型耐药质粒：只有耐药决定子，只有耐

11、药性，不只有耐药决定子，只有耐药性，不能接合转移。能接合转移。R R因子的结构组成因子的结构组成 3 3、ColCol质粒质粒大肠杆菌产生的细菌素为大肠杆菌素，而产生这大肠杆菌产生的细菌素为大肠杆菌素，而产生这种细菌素的质粒被称为种细菌素的质粒被称为ColCol质粒。质粒。质粒本身编码一种质粒本身编码一种免疫蛋白免疫蛋白，从而使某种类型大肠，从而使某种类型大肠杆菌的菌株对自身产生的大肠杆菌有免疫力，但对杆菌的菌株对自身产生的大肠杆菌有免疫力，但对其他类型的大肠杆菌仍是敏感的。其他类型的大肠杆菌仍是敏感的。4 4、代谢质粒、代谢质粒/ /降解质粒降解质粒含有这类质粒的细菌，含有这类质粒的细菌，能

12、将复杂的有机化合物降解成能能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具，环境保护方面具有重要的意义。有重要的意义。如假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如苯、辛烷和如假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如苯、辛烷和樟脑等的能力。樟脑等的能力。转座因子：转座因子：是一个是一个DNA片段，可在质粒与质粒之间或质片段，可在质粒与质粒之间或质粒与染色体之间随机转移，故又称为粒与染色体之间随机转移，故又称为“跳跃基因跳跃基因”。转。转座子不能自我复制。座子不能自我复制。转座与转座因子转座与转座因子转座子转座子质粒质粒转座与转座因子转座与转座因子

13、 转座转座：是指转座因子从：是指转座因子从染色体的一个位置转移染色体的一个位置转移到另一位置到另一位置，或者，或者在质粒与染色体之间转移在质粒与染色体之间转移的的过程，即转座因子改变其在过程，即转座因子改变其在DNA分子上位置的分子上位置的过程。过程。 由于转座因子的转座行为，将使由于转座因子的转座行为，将使DNA分子发生分子发生插入突变插入突变和广泛的和广泛的基因重排基因重排，在促使生物变异，在促使生物变异及进化上具有重大意义。及进化上具有重大意义。保守型转座保守型转座转座子插入到转座子插入到DNADNA上新上新的位点，首先交错切的位点，首先交错切开靶开靶DNADNA，再将转座子，再将转座子

14、连接到靶连接到靶DNADNA的凸出单的凸出单链上，最后填补空缺链上，最后填补空缺完成转座。完成转座。转座机制转座机制转座机制转座机制l 复制型转座复制型转座在转座子和靶位点两端分别在转座子和靶位点两端分别交错切割产生切口交错切割产生切口; ;形成一种交换结构；形成一种交换结构；产生一个包含两个正向重复产生一个包含两个正向重复的转座子拷贝的复合物，称的转座子拷贝的复合物，称为为共合体共合体；在解离酶的作用下进行，在解离酶的作用下进行，释放两个复制子。释放两个复制子。转座机制转座机制转座的遗传学效应转座的遗传学效应1 1、引起插入突变引起插入突变：插入在宿主染色体的某一结构基因内，：插入在宿主染色

15、体的某一结构基因内，造成该基因功能的丧失。造成该基因功能的丧失。2 2、产生新的基因产生新的基因, ,引起生物进化引起生物进化：如插入抗药性基因：如插入抗药性基因3 3、产生染色体畸变产生染色体畸变4 4、基因的移动和重排基因的移动和重排5 5、转座因子可以从插入位置上消失，可导致、转座因子可以从插入位置上消失，可导致回复突变回复突变。第二节第二节 噬菌体及其对细菌遗传性的影响噬菌体及其对细菌遗传性的影响噬菌体噬菌体 是感染细菌、螺旋体或真菌等微生物的病毒，因为噬菌体能引起宿主菌的裂解，故称为噬菌体。 蝌蚪形、球形、杆状噬菌体的特性噬菌体的特性只有一种核酸类型，DNA或RNA；能通过细菌滤器；

16、必须在活的宿主细胞内才能生长、增殖；宿主细胞是细菌等微生物细胞，且具有严格的宿主特异性。噬菌体的结构噬菌体的结构头部 核心：DNA 或 RNA 衣壳：蛋白质尾部 蛋白质 与吸附宿主有关噬菌体与宿主菌的关系噬菌体与宿主菌的关系 烈性烈性/毒性噬菌体：毒性噬菌体：在宿主菌细胞内复制增殖在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并，产生许多子代噬菌体，并最终使宿主菌细胞最终使宿主菌细胞裂解；裂解； 温和噬菌体温和噬菌体/溶原性噬菌体：溶原性噬菌体：感染宿主菌后不感染宿主菌后不立即增殖，而是将其立即增殖，而是将其核酸整合到宿主菌核酸中核酸整合到宿主菌核酸中，随宿主菌核酸的复制而复制，并随细菌的分，随宿主菌核酸的复制而复制，并随细菌的分裂而传代。裂而传代。噬菌体的复制噬菌体的复制毒性噬菌体毒性噬菌体吸附；穿入；生物合成；成熟与释放吸附；穿入；生物合成；成熟与释放毒性噬菌体毒性噬菌体噬菌体感染细菌的结果噬菌体感染细菌的结果 溶菌周期 毒性噬菌体 溶原周期 前噬菌体 溶原性细菌 温和噬菌体噬菌体的应用噬菌体的应用 用于细菌的鉴定和分型：噬菌体的溶菌具有高度的特用于细菌的鉴定和分型：噬菌体的溶菌具有