第4章-微生物的遗传与变异.ppt

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,*,遗传和变异的概念,遗传变异的物质基础,DNA,基因突变与基因重组,遗传工程,内容,第一节 微生物的遗传,微生物的遗传,遗传变异是菌种选育工作的理论,选种,育种,保藏,复壮,微生物的遗传,证明,DNA,是遗传物质的,Griffth,转化实验,微生物的遗传,证明,DNA,是遗传物质的嗜菌体感染实验,微生物的遗传,微生物中遗传物资主要存在形式：,染色体,1、,真核生物的为,DNA,及蛋白质构成，原核生物是单纯的,DNA,或,RNA,2、真核生物的不止一个呈线性，原核生物只一个呈环形,3、真核生物的有核膜包被，原核生物无核膜，是裸露的,微生物的遗传,真核微生物中染色体外的遗传物资,细胞器,DNA,细胞器（叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等）,DNA,编码相应酶的基因,细胞器及其,DNA,特征,：,1、,结构复杂而多样,2、,功能不一,3、数目多少不一,4、自体复制,5、消失后，后代细胞不再出现,数量只占染色体,DNA1%,以下,微生物的遗传,微生物中染色体外的,DNA,另外形式,质粒,1、,原核微生物,2、,真核微生物的酵母菌,质粒的种类,微生物的遗传,抗药性质粒,抗生素产生质粒,芳香族化合物降解质粒,大肠杆菌素质粒,性质粒,限制型核酸内切酶和修饰酶产生的质粒,微生物的遗传,有的微生物遗传的物质基础,RNA,微生物的遗传,二、微生物中,DNA,的复制,半保留复制（,semiconservative replication）,1、,多聚酶：修复作用和连接片断功能,2、,多聚酶：修复作用,3、多聚酶：新链的合成,微生物的遗传,真核微生物,DNA,半保留复制过程,微生物的遗传,证明,DNA,半保留复制的密度梯度离心试验,微生物的遗传,RNA,在细胞里有三种类型：,信使,RNA（,mRNA,),转移,RNA（,tRNA,),核糖体,RNA（,rRNA,),三、,RNA,与遗传表达,微生物的遗传,信使,RNA（mRNA),约占总,RNA,的5%。,不同细胞的,mRNA,的链长和分子量差异很大。,它的功能是将,DNA,的遗传信息传递到蛋白质合成基地 核糖核蛋白体。,微生物的遗传,转移,RNA（tRNA),约占总,RNA,的10-15%。,它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。,已知每一个氨基酸至少有一个相应的,tRNA,。,RNA,分子的大小很相似，链长一般在73-78个核苷酸之间。,微生物的遗传,tRNA,的空间结构,微生物的遗传,核糖体,RNA（rRNA),约占全部,RNA,的80%,是核糖核蛋白体的主要组成部分,rRNA,的功能与蛋白质生物合成相关,微生物的遗传,遗传信息的传递和表达：中心法则,微生物的遗传,20种氨基酸的遗传密码（64个密码）,微生物的遗传,密码,AUG,为翻译启动信号,微生物的遗传,密码,UAA（UAG、UGA）,为翻译终止信号,微生物的遗传,四、微生物基因表达的调控,基因的表达是其遗传信息转化为生物学性状与功能的过程,酶活性的调节,酶蛋白合成后进行的，是酶化学水平上的调节,酶量的调节,合成多少酶，是转录水平或翻译水平的调节,微生物的遗传,酶量的转录水平调节,操纵子结构,：,结构基因编码酶蛋白,操纵基因操控结构基因表达,调节基因编码作用于操作基因的调节蛋白,启动子控制转录起始,第二节 微生物的变异,微生物的变异,突变类型,：,基因突变（,gene mutation）,或点突变(,point mutation),染色体畸变（,chromosomal aberration）,染色体畸变类型,：,倒位(,inversion),易位(,translocation),缺失(,deletion),插入(,insertion),一、微生物的变异与基因突变,微生物的变异,突变型,：,形态突变型,鞭毛、芽孢、荚膜、菌落、,S,型、,R,型、颜色等变异,生化突变型,代谢途径变异：营养缺陷型、抗性突变型、抗原突变型,致死突变型,个体死亡活生活力下降（半致死）,条件致死突变型,如温度敏感突变型,二、突变型类型,微生物的变异,三、基因突变的机理,根据基因突变的方式分类,：,自发突变（,spontaneous mutation）,诱发突变（,induced mutation）,频率很低,点突变,微生物的变异,自发突变：,频率很低，10,-6,10,-10,DNA,分子某种程度的改变,长期综合效应,修复系统可以修复,微生物的变异,波动试验：突变是适应环境还是自发的？,微生物的变异,基因突变无定向性的影映试验证明,微生物的变异,诱发突变,：,人为利用物理化学因素（诱变剂）引起,诱变剂可以诱导各种类型的点突变,某些情况下突变能修复,诱发突变类型,：,点突变(,point mutation),染色体畸变（,chromosomal aberration）,点突变,：,碱基置换(,substiution,)-,转换和颠换二类,移码突变（,frame-shift mutation）,移码突变株,微生物的变异,染色体畸变：,倒位(,inversion),易位(,translocation),微生物的变异,基因突变：,缺失(,deletion),插入(,insertion),微生物的变异,常用诱变剂：,紫外线,X,射线,r,射线,化学诱变剂,四、,DNA,损伤的修复,修复方式,：,光复活作用,切除修复,重组修复,SOS,修复,微生物的变异,光复活作用,主要是对由紫外线引起的,DNA,损伤进行修复光解酶,微生物的变异,紫外线引起,DNA,中相邻胸腺嘧啶碱基彼此结合,微生物的变异,切除修复,是一种暗修复，其遗传信息来自,DNA,双螺旋的互补链,重组修复,从另外相同或相似的,DNA,分子上取得相应片断来修复,SOS,修复,SOS,是,DNA,修复最重要，最广泛的基因集团,第三节 微生物基因重组,接合,转化,转导,微生物的变异,一、原核微生物的基因重组,基因重组类型,：,接合(,conjugation),转导(,transduction,),转化(,transformation),微生物的变异,基因重组：接合过程,微生物的变异,基因重组：接合,微生物的变异,E.coli,strains undergoing conjugation(TEM x27,700).,微生物的变异,基因重组：转化,微生物的变异,基因重组：限制性转导,微生物的变异,基因重组：普遍性转导,微生物的变异,二、真核微生物的基因重组,基因重组类型,：,有性杂交细胞水平，类似于高等动植物,准性生殖比有性杂交原始，细胞融合且不经减数分裂,酵母菌染色体外的,DNA,重组质粒,DNA,或线粒体,DNA,第四节 人工构建新菌株,构建新菌株方式,：,诱变育种,原生质体融合,基因工程,微生物的变异,微生物的变异,诱变育种工作中应考虑的几个原则,：,选择简便有效的诱变剂,挑选优良的出发菌株(,original strain）,处理单泡子(或单细胞)悬液,选用最适剂量,充分利用复合处理的协同效应(,synergism),利用和创造形态、生理与产量间的相关指标,设计或采用高效筛选方案或方法,诱变育种,：,通过人工的方法处理微生物，使之发生突变，并应用合理的筛选程序和方法，把适合人类需要的优良菌种选育出来的过程。,一、诱变育种,微生物的变异,用人工的方法，使遗传性状不同的二个细胞的原生质体发生融合，并产生重组子的过程。也称为细胞融合。,无接合作用的菌株间也可以采用。,图4-10。,二、原生质体融合,微生物的变异,用人工的方法通过体外基因重组和载体作用，使新构建的遗传物质组合进入新的个体，并在新的个体中得以稳定遗传和表达的过程。,三、基因工程,微生物的变异,基因工程的工具,1、,DNA,的切割工具：限制性内切酶分子剪刀,2、,DNA,的缝合工具：,DNA,连接酶分子针线,3、,DNA,的转运工具：质粒或病毒分子载体,微生物的变异,基因工程的工具,1、限制性内切酶（,restriction endonucleases）,能识,DNA,分子上某种特殊的核苷酸序列，并在二个特定的碱基之间破坏其磷酸二酯键，从而将,DNA,分子的双链交错地切断。,微生物的变异,基因工程的工具,2、,DNA,连接酶（,DNA ligase）,能在二个,DNA,分子片断的末端之间形成磷酸二酯键，从而将,DNA,分子连接起来。,微生物的变异,基因工程的工具,3、,DNA,运载体,能自由进出细胞，而且在装载了外来,DNA,分子片断后仍能照样复制的小分子,DNA,。,如：细菌质粒DNA、,噬菌体,DNA、,动物病毒,DNA,微生物的变异,基因工程操作步骤,1、取得目的基因,2、载体的选择,2、目的基因与载体的体外重组,3、杂种载体分子进入受体细胞,微生物的变异,1、取得目的基因,限制性内切酶处理,DNA,分子,反转录酶处理,mRNA,分子,化学方法合成,DNA,分子,微生物的变异,2、载体选择条件,复制子,高复制率,限制性内切酶切口,选择遗传标记,微生物的变异,3、目的基因与载体的体外重组,如嵌合质粒（,chimera）,微生物的变异,4、杂种载体分子进入受体细胞,微生物的变异,基因工程在环境工程中的应用,1、在降解人工合成化合物和难降解物方面发挥重要作用,2、教材例：降解石油的超级细菌、耐汞质粒、降解染料的质粒,微生物的变异,基因工程的安全防护,致癌病毒,DNA,的扩散,耐药质粒的传播,干扰和破坏正常细胞的功能,破坏生态平衡,制造巨大杀伤力的生物武器,思 考 题,1、,P126，,第1至第5题,6、证实,DNA,是遗传物质、,DNA,半保留复制的经典实验是什么？,7、基因表达与细菌代谢有何联系？,8、试述波动试验的实验设计逻辑思想。,9、遗传密码本质是什么？能改变吗？,10、中心法则的含义和步骤？,11、举例说明微生物基因的某种调控方式。,12、已知哪些化学和物理诱变剂引起突变？,13、自发突变最重要的特性是什么？,14、转化中的,DNA,片断在染色体还是质粒进行？,15、人类基因能在细菌质粒插入并表达吗？,