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[医学]第七章 微生物的遗传和变异

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第七章 微生物的 遗传和变异 通过本章的学习,要求掌握: 1、细菌基因重组的原理和方法。 2、基因工程的基本原理 重点: 细菌的基因重组 微生物是遗传学研究中的明星 ? 微生物细胞结构简单,营养体一般为单倍体, 方便建立纯系。 ? 很多常见微生物都易于人工培养,快速、大 量生长繁殖。 ? 物种和代谢类型多样 ? 对环境因素的作用敏感,易于获得各类突变株, 操作性强。 ?遗传性:生物的亲代传递给其子代一套遗 传信息的特性; ?遗传型:生物体所携带的全部基因总称; ?表型:具有一定遗传型的个体,在特定的 外界环境中,通过生长和发育所表现出来 的种种形态和生理特征的总和; ?变异:指生物体在某种内因或外因的作用 下所引起的遗传物质结构或数量的改变; ?饰变:同种遗传型的生物,在不同的外界 条件下,会呈现不同的表型。 第一节 生物遗传信息的载体 一、 证明核酸是遗传物质的经典实验 ①1928 年 , F. Griffith ; 1944 年 O. T. Avery 肺 炎 链 球 菌 (Streptococcus pneumoniae)转化试验。 ②1952年,A. D. Hershy、M. Chase的噬菌体感染实验。 ③1956年,H. Fraenkel-Conrat的TMV拆开和重建实验。 1、经典转化实验——1928年,F.Griffth 肺炎链球菌:S型(菌体具荚膜,菌落表面光滑,有致病能力) R型(菌体无荚膜,菌落表面粗糙,无致病能力) 1944 年 Avery 、 MacLeod 和 M c C a r t y 从 热 死 S 型 S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分,并 在离体条件下进行了转化试验: 活R菌 ?①加S菌DNA ?②加S菌DNA及DNA酶以外的酶 ?③加S菌的DNA和DNA酶 ?④加S菌的RNA ?⑤加S菌的蛋白质 ?⑥加S菌的荚膜多糖 长出S菌 只有R菌 只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S 型。且DNA纯度越高,转化效率也越高。说明S型菌株转 移给R型菌株的,是遗传因子DNA。 2、噬菌体感染实验——1952年, A. D. Hershy、M. Chase 3、植物TMV重组实验——证明RNA是TMV的遗传物质 二、 微生物基因组 染色体 原核生物 真核生物 染色体外 遗传成分 质粒 细胞器 转座因子 插入序列(IS) 转座子(Tn) 某些病毒(Mu噬菌体) 转座因子:细胞中能改变自身位置(例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DNA序列。 也称跳跃基因或可移动基因。 ? 插入序列:能在染色体上和质粒的许多位点上插入并改 换位点,也称跳跃基因。 ? 转座子:能插入染色体或质粒不同位点的一般DNA序列 ,具有转座功能,本身也可复制。转座后在原来位置仍保 留1份拷贝。 ? 某些病毒:能自我复制,也可整合到染色体或质粒上, 且可在微生物细胞之间进行转移而可看作为一类微生物染 色体外的遗传物质。 一切具有自主复制能力的遗传功能单位都称为基因。它 的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的DNA片段。 结构基因:是为细胞结构、组成(如细胞生化反应所需的酶)及 完成细胞功能所需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。 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,以此来决定结构基因的转 录是否能进行。 重复基因:DNA片段重复 跳跃基因:可在DNA上转移位置的基因(IS因子、Tn因子) 乳糖操纵子调控模型 信息大分子及遗传信息流 第二节 细菌的基因重组 基因重组gene recombination ? 两个不同来源的遗传物质进行交换,经过基因的重新组 合,形成新的基因型的过程。重组获得的后代具有新的 基因组合,表现出不同于亲本的新性状。 ? 原核微生物没有有性生殖,其基因重组通过转化、接 合、转导方式进行。 一、 转化 转化:指外源DNA(人工合成的或者从供体细胞中提取的)不 经任何媒介被直接吸收到受体细胞的过程。这些被转化的游离 的DNA片段称为转化因子 。转化后的受体菌,称为转化子。 DNA片段 供体菌 受体菌 转化需要的条件: 1、感受态细胞:受体菌最容易接受外源DNA片段并 实现转化的生理状态称为感受态 2、外源游离DNA分子 转化 过程 转化的特点: 不需两个细胞 直接接触,供体 DNA提取出来, 注入受体即可。 转染(transfection): 噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒 转染的特点:提纯的噬菌体DNA以转化的(而非感染)途径进 入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。 人工转化: 在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段, 不是由细菌自身的基因所控制,是基因工程的奠基石 和基础技术。 用CaCl2处理细胞,电穿孔等是常用的人工转化手段。 二、 转导 转导:是指通过噬菌体介导的DNA在不同细菌细胞间转移和基 因重组的现象。 转导噬菌体:能将细菌宿主的部分染色体和质粒DNA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DNA片段的受体细胞 称为转导子。在转导中被转移的染色体片段称为转导因子。 普遍转导 完全转导 流产转导 细菌转导的类型: 局限转导 低频转导 高频转导 普遍转导(generalized transduction) 通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行误包,而 将其遗传性状传递给受体菌的现象。 普遍性转导的三种后果: 完全转导 进入受体的外源DNA通过 与细胞染色体的重组交换 而形成稳定的转导子 流产转导 外源DNA被降解,转导失败。 流产转导: 转导DNA不能进行整合、重组和复制,也不迅速消失,而是表 现稳定的转录、转译和性状表达。因此群体中仅一个细胞


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