第八章-遗传-.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第八章 遗传,-201508,一、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。,（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,4.710,6,bp,，,含,4288,个基因。,1.,拟核,大肠杆菌的染色体,DNA,长度约,1100,1400,m,，而,细胞的长度约,2,m,，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。,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.,功能相关的结构基因,组成操纵子。,4.,基因组的重复序列少而短。,（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,13.510,6,bp,，,含,5800,个基因，分布在,16,个不连续的染色体中,。,1.,酵母菌的,DNA,与,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,100,200,个拷贝。,（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,1.6610,6,bp,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。,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：,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。,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。,（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,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。,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,2,m,质粒不授与宿主任何表型。,18,质粒通常表现为：（单选,1,分）,2013,全国联赛试题,A,大多数是线性的，少数是环状的,B,大多数是双链,DNA,，少数不是,C,大多数存在于真核细胞，少数存在于原核细胞,D,大多数和染色体一起复制,原核生物细胞,DNA,发现于（,）,（,1,）细胞核和线粒体,（,2,）染色体和质粒,（,3,）鞭毛和菌毛,（,4,）细胞质和细胞核,竞赛练习题,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,10,6,10,10,。,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以下几类：,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。,5,溴尿嘧啶诱变机理,5,溴尿嘧啶（,Bu,）是,胸腺嘧啶,的类似物。通常以酮式存在，在第,1,次,DNA,复制时，可取代,T,掺入到,DNA,分子中并与,A,配对。,当它转变为烯醇式,时，在第,2,次,DNA,复制时，,可与,G,配对。,当第,3,次复制时，,使原来的,AT,对转变为,GC,对。,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。,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,AT,对。,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,。,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。,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，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。,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。,标准,AMES,试验中使用的菌种是（,）,竞赛练习题,（,1,）伤寒沙门氏菌野生型；,（,2,）鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型；,（,3,）鼠伤寒沙门氏菌赖氨酸缺陷型；,（,4,）鼠伤寒沙门氏菌抗青霉素型。,（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：,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,DNA,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。,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。,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,先复制再修复,。,重组修复过程,3.,重组修复,4.SOS,修复,SOS,反应是,细胞,DNA,受到损伤的紧急情况下，为求得生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。,29,（,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。,30,四、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,种方式：,接合、转化、转导和细胞融合,等。,31,（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。,32,1.,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,2,3,根性菌毛。,33,1.,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。,34,1.,大肠杆菌的雄性菌株与雌性菌株,（,3,）,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。,35,1.,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。,36,2.,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。,从细胞分离质粒有3种构型：CCC型,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）。,最显著特点是基因组中存在高度重复序列。,在第3次DNA复制时，使碱基对发生置换，于是基因发生突变。,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?,）被诱导裂解时，有极少数的原噬菌体（）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）。,古生菌的基因组结构类似于细菌：,前导链引导染色体DNA单链向F菌株细胞中转移。,该菌有1个大小为1.,光复活酶可与DNA链上的嘧啶二聚体结合并形成复合物。,最显著特点是基因组中存在高度重复序列。,2009年全国生物联赛试题,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。,（1）避免差错的修复,（1）避免差错的修复,37,2.,大肠杆菌,3,种接合类型,（,1,）,F,与,F,接合,F,F,F,F,（,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。,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。,（,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。,（,3,）,F,与,F,接合,F,F,F,F,。,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,因子大小：,100kb,前导链引导染色体DNA单链向F菌株细胞中转移。,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）。,光复活酶可与DNA链上的嘧啶二聚体结合并形成复合物。,B大多数是双链DNA，少数不是,整合在染色体上的F因子在转移起点处被切开。,例如亚硝酸能脱去碱基上的氨基：,局限性转导噬菌体衣壳内所含有DNA(）,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。,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。,第八章 遗传-201508,代谢质粒：又称降解质粒，携带能降解某些基质的酶的基因。,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。,在实验室中可通过人工方法促进转化。,大小为4.,光复活酶可与DNA链上的嘧啶二聚体结合并形成复合物。,F,是携带有宿主染色体基因的,F,因子，当,菌株与,F,菌株杂交时，,因子进入受体细胞，此时的受体细胞变成（,）,竞赛练习题,A.F,菌株,B.F,菌株,C.F,菌株,D.Hfr,菌株,答案：,C,大肠杆菌,A,菌株与,B,菌株接合后，,B,菌株只接受了合成赖氨酸的新性状，,A,菌应该可能是（,）,竞赛练习题,（,1,）,F,+,菌,（,2,）,Hfr,菌,（,3,）,F,菌,（,4,）,F,菌,（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,DNA,的细菌细胞。,2.,人工转化,在实验室中可通过人工方法促进转化。,（,1,）用,Ca,2,处理细胞,将大肠杆菌放在,CaCl,2,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。,（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。,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。,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,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。,当溶源菌（,E.coli.,）被诱导裂解时，有极少数的原噬菌体（,）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。,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,基因组的重复序列少而短。,诱变剂与致癌物的检测Ames试验,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。,A大多数是线性的，少数是环状的,毒性质粒：具有编码毒性基因。,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。,F F F F,DNA转移通道是特殊的接合桥。,致育因子：称F因子，与大肠杆菌的接 合作用有关，大小约100Kb。,代谢质粒：又称降解质粒，携带能降解某些基质的酶的基因。,细胞内特异酶找到并切除DNA损伤部位。,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。,2013全国联赛试题,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：,（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。,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,?,2009,年全国生物联赛试题,A,转导,B,紫外线诱变,C,与野生型菌株发生接合,D,转染,E,转化,答案：,ABCE,