微生物的遗传和变异专家讲座.pptx

第七章第七章微生物遗传和变异微生物遗传和变异微生物的遗传和变异第1页主主要要内内容容第一节、遗传变异物质基础第一节、遗传变异物质基础第二节、第二节、微生物突变微生物突变第四节、真菌基因重组第四节、真菌基因重组第三节、细菌基因重组第三节、细菌基因重组第五节、微生物遗传和变异知识应用第五节、微生物遗传和变异知识应用第六节、菌种衰退、复壮和保藏第六节、菌种衰退、复壮和保藏三个经典试验原理与方法三个经典试验原理与方法微生物突变体主要类型和基因突变特点微生物突变体主要类型和基因突变特点转化、转导和结合转化、转导和结合有性生殖和准性生殖有性生殖和准性生殖自学自学微生物菌种保藏基本方法微生物菌种保藏基本方法微生物的遗传和变异第2页难点难点微生物的遗传和变异第3页遗传遗传：亲代与子代相同亲代与子代相同亲代与子代相同亲代与子代相同变异：变异：亲代与子代、子代间不一样个体不完全相同亲代与子代、子代间不一样个体不完全相同亲代与子代、子代间不一样个体不完全相同亲代与子代、子代间不一样个体不完全相同遗传（遗传（inheritance）和变异（）和变异（variation）是生命最本质特征之一）是生命最本质特征之一遗传型遗传型：表型（表现型）：表型（表现型）：生物全部遗传因子及基因生物全部遗传因子及基因遗传型遗传型+环境条件环境条件生长发育生长发育形态等生物学特征总和形态等生物学特征总和表型是由遗传型所决定，但也和环境相关。表型是由遗传型所决定，但也和环境相关。微生物的遗传和变异第4页微生物是遗传学研究中明星：微生物是遗传学研究中明星：t 微生物细胞结构简单，营养体普通为单倍体，方便建立纯系。微生物细胞结构简单，营养体普通为单倍体，方便建立纯系。t 很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。t 对环境原因作用敏感，易于取得各类突变株，操作性强。对环境原因作用敏感，易于取得各类突变株，操作性强。微生物的遗传和变异第5页第一节第一节遗传物质基础遗传物质基础一、证实核酸是遗传变异物质基础经典试一、证实核酸是遗传变异物质基础经典试验验二、遗传物质在细胞中存在形式（自学）二、遗传物质在细胞中存在形式（自学）微生物的遗传和变异第6页一、证实核酸是遗传变异物质基础一、证实核酸是遗传变异物质基础经典试验经典试验（一）、肺炎链球菌转化试验（一）、肺炎链球菌转化试验（二）、噬菌体感染试验（二）、噬菌体感染试验（三）、病毒拆开和重建试验（三）、病毒拆开和重建试验微生物的遗传和变异第7页（一）、肺炎链球菌转化试验（一）、肺炎链球菌转化试验Avery等于等于1944年以更精密试验设计重年以更精密试验设计重复了以上试验复了以上试验1928年年Griffith研究肺炎链球菌感染小白研究肺炎链球菌感染小白鼠发觉转化现象鼠发觉转化现象肺炎链球菌有荚膜称为肺炎链球菌有荚膜称为肺炎链球菌有荚膜称为肺炎链球菌有荚膜称为S S S S（smoothsmoothsmoothsmooth）型）型）型）型肺炎链球菌无荚膜称为肺炎链球菌无荚膜称为肺炎链球菌无荚膜称为肺炎链球菌无荚膜称为R R R R（roughroughroughrough）型）型）型）型微生物的遗传和变异第8页分别用降解分别用降解DNA、RNA、蛋白质酶、蛋白质酶作用于有毒作用于有毒S型菌细胞抽提物型菌细胞抽提物只有只有DNA被酶降解破坏抽提物无转化活性被酶降解破坏抽提物无转化活性DNA是转化所必需转化因子是转化所必需转化因子微生物的遗传和变异第9页(二二)、T2T2噬菌体感染试验噬菌体感染试验(1952(1952年年)微生物的遗传和变异第10页RNA作为遗传物质作为遗传物质生化提取分别取得含生化提取分别取得含RNA烟草花叶病烟草花叶病毒蛋白质外壳毒蛋白质外壳（病毒（病毒1）和核酸和核酸（病毒（病毒2）抗血清处理，证实杂种病毒抗血清处理，证实杂种病毒（病毒（病毒3）蛋白质外壳来自蛋白质外壳来自病毒病毒1，而非，而非病毒病毒2杂种病毒后代蛋白质外壳表现杂种病毒后代蛋白质外壳表现为为病毒病毒2，而非，而非病毒病毒1遗传物质是核酸（遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质）而非蛋白质（三）、病毒拆开和重建试验（三）、病毒拆开和重建试验微生物的遗传和变异第11页二、遗传物质在细胞内存在部位和方式（自学）二、遗传物质在细胞内存在部位和方式（自学）七个水平七个水平细胞水平细胞水平细胞水平细胞水平（单核，多核）（单核，多核）细胞核水平细胞核水平细胞核水平细胞核水平（真核，拟核）（真核，拟核）染色体水平染色体水平染色体水平染色体水平核酸水平核酸水平核酸水平核酸水平DNA，部分病毒为，部分病毒为RNA；双链，少数病毒为单链；双链，少数病毒为单链基因水平基因水平基因水平基因水平（遗传功效单位）（遗传功效单位）（遗传功效单位）（遗传功效单位）密码子水平密码子水平密码子水平密码子水平（遗传信息单位）（遗传信息单位）（遗传信息单位）（遗传信息单位）核苷酸水平核苷酸水平核苷酸水平核苷酸水平（最低突变单位和交换单位）（最低突变单位和交换单位）（最低突变单位和交换单位）（最低突变单位和交换单位）（一套，两套（一套，两套,核外染色体）核外染色体）微生物的遗传和变异第12页“遗传物质基础遗传物质基础”小结小结证实核酸是遗传物质基础三个经典试验为证实核酸是遗传物质基础三个经典试验为肺炎链球肺炎链球菌转化试验菌转化试验、噬菌体感染试验噬菌体感染试验和和病毒拆开和重建试病毒拆开和重建试验验肺炎链球菌转化试验关键是肺炎链球菌转化试验关键是只有从有荚膜只有从有荚膜S型细菌中型细菌中提取出来提取出来DNA才能使才能使R型细菌转化为有毒性型细菌转化为有毒性S型细菌型细菌而使小鼠致死，提取其它物质如蛋白质和多糖不具而使小鼠致死，提取其它物质如蛋白质和多糖不具备转化能力备转化能力噬菌体感染试验使用噬菌体感染试验使用35S和和32P分别标识噬菌体蛋白分别标识噬菌体蛋白质和核酸，结果发觉质和核酸，结果发觉在噬菌体浸染过程中，在噬菌体浸染过程中，只有标只有标识了识了32P核酸进入寄主细菌核酸进入寄主细菌，而标识了而标识了而标识了而标识了35353535S S S S蛋白质外壳蛋白质外壳蛋白质外壳蛋白质外壳留在寄主细菌外面留在寄主细菌外面留在寄主细菌外面留在寄主细菌外面病毒拆开和重建试验是将两种不一样植物病毒蛋白病毒拆开和重建试验是将两种不一样植物病毒蛋白质外壳和核酸关键分别组合，质外壳和核酸关键分别组合，重组得到新病毒特征重组得到新病毒特征取决于对应核酸关键，与蛋白质外壳无关取决于对应核酸关键，与蛋白质外壳无关微生物的遗传和变异第13页第二章、微生物突变第二章、微生物突变突变突变突变突变自发突变自发突变诱变诱变环境原因影响，环境原因影响，DNA复制过程偶然错误等而造成，复制过程偶然错误等而造成，普普通频率较低，通常为通频率较低，通常为10-6-10-9。一些物理、化学原因对生物体一些物理、化学原因对生物体DNA进行直接作用，进行直接作用，突突变以较高频率产生。变以较高频率产生。基因突变：一个基因内部遗传结构或基因突变：一个基因内部遗传结构或DNADNA序列任何改变序列任何改变微生物的遗传和变异第14页一、常见微生物突变类型一、常见微生物突变类型表型表型基因型基因型表型饰变：表型饰变：表型差异只与环境相关表型差异只与环境相关特点：特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体行为暂时性、不可遗传性、表现为全部个体行为橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳。遗传型变异（基因变异、基因突变）遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，造成表型改变遗传物质改变，造成表型改变特点：特点：遗传性、群体中极少数个体行为遗传性、群体中极少数个体行为 （自发突变频率通常为（自发突变频率通常为10-6-10-9）微生物的遗传和变异第15页（一）、形态突变型（一）、形态突变型（morphological mutant）造成形态改变突变型造成形态改变突变型特点：特点：非选择性突变非选择性突变突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。举例：举例：产蛋白酶缺点突变株筛选产蛋白酶缺点突变株筛选菌落颜色改变菌落颜色改变 半乳糖苷酶基因插入失活，使重组子菌落为白色而半乳糖苷酶基因插入失活，使重组子菌落为白色而半乳糖苷酶基因插入失活，使重组子菌落为白色而半乳糖苷酶基因插入失活，使重组子菌落为白色而与蓝色非重组子分开。与蓝色非重组子分开。与蓝色非重组子分开。与蓝色非重组子分开。这里主要介绍几个惯用因为基因突变而造成微生物表型改变这里主要介绍几个惯用因为基因突变而造成微生物表型改变突变型及其分离突变型及其分离微生物的遗传和变异第16页微生物的遗传和变异第17页（二）、生化突变型（二）、生化突变型（biochemical mutant）特点：特点：选择性突变选择性突变发生了代谢路径变异，从形态特征上无法显著区分。发生了代谢路径变异，从形态特征上无法显著区分。举例：举例：营养缺点型营养缺点型抗性突变性抗性突变性发酵突变型发酵突变型毒力突变型毒力突变型产量突变型产量突变型微生物的遗传和变异第18页1、营养缺点型（、营养缺点型（auxotroph）一个缺乏合成其生存所必须营养物一个缺乏合成其生存所必须营养物（包含（包含氨基酸、维生素、碱氨基酸、维生素、碱基基等）等）突变型，只有从周围环境或培养基中取得这些营养或其前体物突变型，只有从周围环境或培养基中取得这些营养或其前体物（precursor）才能生长。）才能生长。营养缺点型是微生物遗传学研究中主要选择标识和营养缺点型是微生物遗传学研究中主要选择标识和育种主要伎俩育种主要伎俩表型判断标准：表型判断标准：在在基本培养基基本培养基 上能否生长上能否生长微生物的遗传和变异第19页营养缺点型表示方法营养缺点型表示方法基因型：所需营养物前三个英文小写斜体字母表示：基因型：所需营养物前三个英文小写斜体字母表示：hisC（组氨酸缺点型，其中大写字母（组氨酸缺点型，其中大写字母C同一表型中不一样基因突变）同一表型中不一样基因突变）表型：表型：同上，但第一个字母大写，且不用斜体：同上，但第一个字母大写，且不用斜体：HisCHisC在详细使用时多用在详细使用时多用hisC-和和hisC+，分别表示缺点型和野生型。，分别表示缺点型和野生型。微生物的遗传和变异第20页2、抗药性突变型（、抗药性突变型（resistant mutant）基因突变使菌株对某种或某几个药品，尤其是抗生素，产生抗性。基因突变使菌株对某种或某几个药品，尤其是抗生素，产生抗性。特点：特点：正选择正选择标识标识（突变株可直接从抗性平板上取得（突变株可直接从抗性平板上取得-在加有对应抗生素在加有对应抗生素平板上，只有抗性突变能生长。所以很轻易分离得到。平板上，只有抗性突变能生长。所以很轻易分离得到。）表示方法：表示方法：所抗药品前三个小写斜体英文字母加上所抗药品前三个小写斜体英文字母加上“r”表示表示strr 和和 strs 分别表示对链霉素抗性和敏感性分别表示对链霉素抗性和敏感性resistantsensitive；susceptive微生物的遗传和变异第21页3 3、产量突变型、产量突变型经经过过基基因因突突变变而而引引发发目目标标代代谢谢产产物物产产量量发发生生改改变变变变异异菌菌株株，其其在在产产量量上上高高于于或或低低于于原原始始出出发发菌菌株株。假假如如产产量量提提升升突突变变株株，被被称称为为“正正突突变变”（plus-mutant），也也称称为为“高高产产突突变变株株”(high producing mutant)；假假如如产产量量低低于于出出发发菌菌株株突突变变株株，则则称称为为“负负突突变变”（minus-mutant）。）。微生物的遗传和变异第22页（三）、条件致死突变型（三）、条件致死突变型（conditional lethal mutant在某一条件下含有致死效应，而在另一条件下没有致死效应突变型。在某一条件下含有致死效应，而在另一条件下没有致死效应突变型。温度敏感突变：温度敏感突变：（temperaturesensitive，ts）：在在高温高温下（下（原来能够生活原来能够生活温度如温度如42）致死；）致死；在在低温低温下（如下（如25-30）生活正常；）生活正常；特点：特点：负选择标识负选择标识这类突变型常被用来分离生长繁殖必需突变基因这类突变型常被用来分离生长繁殖必需突变基因微生物的遗传和变异第23页（一）非对应性（随机性）（一）非对应性（随机性）（二）稀有性（二）稀有性（三）独立性（三）独立性（四）可逆性（回复性）（四）可逆性（回复性）（五）稳定性（五）稳定性（六）可诱变性（六）可诱变性二、基因突变特点二、基因突变特点微生物的遗传和变异第24页（一）非对应性（随机性）（一）非对应性（随机性）细菌生长在含青霉素环境中细菌生长在含青霉素环境中抗青霉素突变体抗青霉素突变体长久紫外线照射长久紫外线照射抗紫外线突变体抗紫外线突变体生长在高温环境中生长在高温环境中耐高温突变体耐高温突变体争论争论突变性状突变性状(方向方向)与引发突变原因间有没与引发突变原因间有没有直接对应关系有直接对应关系?性状与引发突变原因间性状与引发突变原因间无无直接直接直接直接对应关对应关系系!微生物的遗传和变异第25页证实突变性状与引发突变原因间无直接对应关系！证实突变性状与引发突变原因间无直接对应关系！怎样证实基因突变非对应性？怎样证实基因突变非对应性？三个经典试验三个经典试验变量试验、涂布试验、影印试验变量试验、涂布试验、影印试验试验证据试验证据微生物的遗传和变异第26页变量试验（变量试验（fluctuation analysis）Salvador Luria and Max Delbruck（1943）Salvador LuriaMax DelbrckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969微生物的遗传和变异第27页对噬菌体对噬菌体T1敏感敏感E.coli对数期培养物，对数期培养物，稀释至稀释至103/mL，分装两试管，各，分装两试管，各10mL与甲管分装各小管与甲管分装各小管同时保温同时保温2436h甲管甲管乙管乙管微生物的遗传和变异第28页在涂布过一在涂布过一组中，共长组中，共长出抗性菌落出抗性菌落353个，比未个，比未经涂布过经涂布过（28个菌落）个菌落）高得多高得多约繁殖了约繁殖了12.3代代选取对选取对T1噬菌体噬菌体敏感敏感E.coli，以相，以相等数目涂布于等数目涂布于12个平板上个平板上Newcombe涂涂布试验布试验（1949）微生物的遗传和变异第29页影印试验（影印试验（replica plating）Joshua Lederberg and Esther Lederberg（1952）Joshua LederbergJ.Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physiology in 1958微生物的遗传和变异第30页经过使菌经过使菌不接触抗不接触抗性环境而性环境而检验其抗检验其抗性菌落方性菌落方法法微生物的遗传和变异第31页微生物的遗传和变异第32页稀有性稀有性自发突变几率低（自发突变几率低（10-610-10）突变率：突变率：每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变几率。每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变几率。（某一单位群体在每一世代中产生突变株数目）（某一单位群体在每一世代中产生突变株数目）独立性独立性某基因突变率不受它种基因突变率影响某基因突变率不受它种基因突变率影响可诱变性可诱变性自发突变频率可因诱变剂影响而提升（自发突变频率可因诱变剂影响而提升（10-310-6）稳定性稳定性基因突变后新性状是稳定基因突变后新性状是稳定可逆性可逆性野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生反野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生反向回复突变。向回复突变。基因突变其它主要特点基因突变其它主要特点微生物的遗传和变异第33页三、基因突变机制（自学）三、基因突变机制（自学）遗传学遗传学分子生物学分子生物学遗传学遗传学微生物的遗传和变异第34页a a）利用各种诱变剂取得各类遗传突变，）利用各种诱变剂取得各类遗传突变，进行诱变育种；进行诱变育种；c c）危害人类本身健康）危害人类本身健康 诱发癌症原因之一诱发癌症原因之一b b）对有害微生物进行控制；）对有害微生物进行控制；很各种化学物质，能以各种机制造成很各种化学物质，能以各种机制造成DNA突变突变四、诱变剂与致癌物质四、诱变剂与致癌物质Ames试验试验微生物的遗传和变异第35页“生物化学统一性生物化学统一性”法则：人和细菌在人和细菌在DNA结构及特征方面是一致，能使微生物发生突变诱变剂必定也结构及特征方面是一致，能使微生物发生突变诱变剂必定也会作用于人会作用于人DNA，使其发生突变，最终造成癌变或其它不良后果，使其发生突变，最终造成癌变或其它不良后果全部生物全部生物DNA在结构及特征上含有一致性在结构及特征上含有一致性微生物的遗传和变异第36页诱变剂共性标准：诱变剂共性标准：化学药剂对细菌诱变率化学药剂对细菌诱变率与其对动物致癌性成正比与其对动物致癌性成正比 超出超出95%致癌物质对微生物有诱变作用致癌物质对微生物有诱变作用90%以上非致癌物质对微生物没有诱变作用以上非致癌物质对微生物没有诱变作用怎样简便有效检测致癌物质致癌性怎样简便有效检测致癌物质致癌性微生物的遗传和变异第37页回复突变回复突变(reverse mutation或或back mutation)：突变体失去野生型性状，能够经过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称突变体失去野生型性状，能够经过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变。为回复突变。美国加利福尼亚大学美国加利福尼亚大学Bruce Ames教授于教授于1966年创造，所以称为年创造，所以称为Ames试验试验。详细操作：详细操作：检测检测鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺点型菌株组氨酸营养缺点型菌株(his-)回复突变率回复突变率让细菌代人受过！让细菌代人受过！微生物的遗传和变异第38页Ames试验微生物的遗传和变异第39页证实证实AmesAmes试验主要性应用实例：试验主要性应用实例：国外曾开发了一个降低妇女妊娠反应药品国外曾开发了一个降低妇女妊娠反应药品“反应停反应停”，因为其，因为其药效显著，在药效显著，在60-7060-70年代十分流行，年代十分流行，但随即人们就发觉畸形儿出生率显著增高，而且生产畸形儿但随即人们就发觉畸形儿出生率显著增高，而且生产畸形儿妇女大多曾服用妇女大多曾服用“反应停反应停”，以后采取，以后采取AmesAmes试验发觉这种物质确实试验发觉这种物质确实含有很强致突变作用，所以这种药品被禁止使用含有很强致突变作用，所以这种药品被禁止使用但假如能在这种药品上市之前就进行但假如能在这种药品上市之前就进行AmesAmes试验检测，那么这种大试验检测，那么这种大量出生畸形儿悲剧完全能够防止。量出生畸形儿悲剧完全能够防止。微生物的遗传和变异第40页许多潜在致癌剂在体外试验中可能不显示诱变作用，许多潜在致癌剂在体外试验中可能不显示诱变作用，但进入人体后可转变成致癌活性但进入人体后可转变成致癌活性怎么用怎么用Ames试验来确定该物质有致癌性？试验来确定该物质有致癌性？所以为了使体外试验更靠近于人体内代谢条件，所以为了使体外试验更靠近于人体内代谢条件，Ames等采取了在体外等采取了在体外加入加入哺乳动物（如大鼠）微粒体酶系统，使待测物活化哺乳动物（如大鼠）微粒体酶系统，使待测物活化，使，使Ames试验试验准确率达准确率达80-90%。在体内转变为致癌活性物质原因在体内转变为致癌活性物质原因在体内转变为致癌活性物质原因在体内转变为致癌活性物质原因肝脏内混合功效氧肝脏内混合功效氧化酶系作用化酶系作用微生物的遗传和变异第41页五、五、DNA损伤修复损伤修复自学自学分子生物学分子生物学微生物的遗传和变异第42页“微生物突变微生物突变”小结小结微生物突变体主要类型有形态突变型、生化突变型和条件致死突变型等微生物突变体主要类型有形态突变型、生化突变型和条件致死突变型等生化突变型主要分为生化突变型主要分为营养缺点型营养缺点型、抗性突变性抗性突变性和和产量突变型产量突变型等等基因突变特点为基因突变特点为随机性、稀有性、独立性、可逆性和稳定性随机性、稀有性、独立性、可逆性和稳定性等等证实基因突变证实基因突变随机性随机性三个经典试验为三个经典试验为变量试验变量试验、涂布试验涂布试验和和影印培养试验影印培养试验。三个试验证实三个试验证实突变性状突变性状(方向方向)与引发突变原因间有没有直接对应关系，与引发突变原因间有没有直接对应关系，外界外界环境条件只是起到了淘汰不适应环境突变体作用环境条件只是起到了淘汰不适应环境突变体作用变量试验是先将对变量试验是先将对T1T1噬菌体敏感大肠杆菌分为两份，噬菌体敏感大肠杆菌分为两份，一份先分成若干小等份一份先分成若干小等份一份先分成若干小等份一份先分成若干小等份后培养一段时间再分别接种噬菌体后培养一段时间再分别接种噬菌体后培养一段时间再分别接种噬菌体后培养一段时间再分别接种噬菌体，而，而另一份是先培养一段时间再分成小等另一份是先培养一段时间再分成小等另一份是先培养一段时间再分成小等另一份是先培养一段时间再分成小等份后接种噬菌体份后接种噬菌体份后接种噬菌体份后接种噬菌体。结果发觉。结果发觉前者等份中产生抗性突变体数目差异很大，而后前者等份中产生抗性突变体数目差异很大，而后者产生抗性突变体数目比较一致者产生抗性突变体数目比较一致涂布试验是先将对涂布试验是先将对T1T1噬菌体敏感大肠杆菌培养物分为两组，噬菌体敏感大肠杆菌培养物分为两组，一组培养物直接一组培养物直接一组培养物直接一组培养物直接接种噬菌体，另一组先涂布再接种噬菌体接种噬菌体，另一组先涂布再接种噬菌体接种噬菌体，另一组先涂布再接种噬菌体接种噬菌体，另一组先涂布再接种噬菌体，结构发觉，结构发觉涂布后再接种噬菌体一涂布后再接种噬菌体一组培养物突变体多得多组培养物突变体多得多影印培养试验主要是影印培养试验主要是采取像采取像采取像采取像“印章印章印章印章”一样接种面将一个培养皿中大肠杆菌培一样接种面将一个培养皿中大肠杆菌培一样接种面将一个培养皿中大肠杆菌培一样接种面将一个培养皿中大肠杆菌培养物原样地养物原样地养物原样地养物原样地“复制到复制到复制到复制到”不含有链霉素和含有链霉素两个培养皿上不含有链霉素和含有链霉素两个培养皿上不含有链霉素和含有链霉素两个培养皿上不含有链霉素和含有链霉素两个培养皿上，结果发觉，结果发觉在含有链霉素培养基上长出抗性突变体，在不含链霉素培养基上对应位置也在含有链霉素培养基上长出抗性突变体，在不含链霉素培养基上对应位置也能找到其对应突变体菌落能找到其对应突变体菌落生物界核酸含有统一性，能引发微生物突变化学物质，也会引发动物致癌，生物界核酸含有统一性，能引发微生物突变化学物质，也会引发动物致癌，能够能够用用Ames试验来检测物质致癌性试验来检测物质致癌性。试验关键主要是利用。试验关键主要是利用鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌组组氨酸营养缺点型菌株氨酸营养缺点型菌株(his(his-)在致癌物质作用下在致癌物质作用下在致癌物质作用下在致癌物质作用下回复突变回复突变回复突变回复突变，变成非组氨酸营养缺，变成非组氨酸营养缺，变成非组氨酸营养缺，变成非组氨酸营养缺点型菌株点型菌株点型菌株点型菌株微生物的遗传和变异第43页第三节第三节 细菌基因重组细菌基因重组微生物变异微生物变异微生物变异微生物变异基因突变基因突变基因重组基因重组基因重组基因重组两个不一样性状个体细胞，其中两个不一样性状个体细胞，其中一个细胞内基因转一个细胞内基因转一个细胞内基因转一个细胞内基因转移到另一个细胞内移到另一个细胞内移到另一个细胞内移到另一个细胞内并经过基因重组并经过基因重组并经过基因重组并经过基因重组使之发生遗传变使之发生遗传变异过程异过程不发生基因突变，而是整个基因水平转移不发生基因突变，而是整个基因水平转移供体菌供体菌受体菌受体菌接收部分染色体或少数基因细菌接收部分染色体或少数基因细菌提供部分染色体或少数基因细菌提供部分染色体或少数基因细菌微生物的遗传和变异第44页细菌三种水平基因转移形式细菌三种水平基因转移形式接合（Conjugation）转导（Transduction）转化（Transformation）微生物的遗传和变异第45页一、转化（一、转化（Transformation）同源或异源游离同源或异源游离DNA分子分子(质粒和染色体质粒和染色体DNA)被自然或人工被自然或人工感受态细胞感受态细胞摄取，摄取，并得到表示水平方向基因转移过程。并得到表示水平方向基因转移过程。自然遗传转化（自然遗传转化（natural genetic transformation）人工转化（人工转化（artificial transformation）感受态细胞：感受态细胞：含有摄取外源含有摄取外源DNA能力细胞能力细胞（competent cell）自然遗传转化进行包括到细菌染色体上几十个基因功效及彼此间相互协调，自然遗传转化进行包括到细菌染色体上几十个基因功效及彼此间相互协调，所以被认为是所以被认为是名副其实名副其实 细菌水平基因转移路径。细菌水平基因转移路径。微生物的遗传和变异第46页自然感受态与人工感受态不一样？自然感受态与人工感受态不一样？自然感受态自然感受态出现是细胞一定生长阶段生理特征。出现是细胞一定生长阶段生理特征。人工感受态人工感受态则是经过人为诱导方法，使细胞含有摄取则是经过人为诱导方法，使细胞含有摄取DNA能力，能力，或或人为地将人为地将DNA导入细胞内。导入细胞内。与细菌本身遗传控制无关与细菌本身遗传控制无关受细菌本身基因控制受细菌本身基因控制普通出现在细菌生长中、后期普通出现在细菌生长中、后期微生物的遗传和变异第47页1928年，年，Griffith发觉肺炎链球菌（发觉肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）转化现象转化现象当前已知有二十多个种细菌含有自然转化能力当前已知有二十多个种细菌含有自然转化能力进行自然转化条件：进行自然转化条件：建立了自然感受态受体细胞建立了自然感受态受体细胞外源游离外源游离DNA分子分子 DNA是遗传物质确实证；是遗传物质确实证；基因工程技术建立；基因工程技术建立；主要微生物遗传学方法；主要微生物遗传学方法；微生物的遗传和变异第48页枯草芽孢杆菌自然转化过程（革兰氏阳性菌转化模型）枯草芽孢杆菌自然转化过程（革兰氏阳性菌转化模型）转化后结果？转化后结果？转化转化子和非转化子子和非转化子微生物的遗传和变异第49页自然转化过程特点：a）对核酸酶敏感；）对核酸酶敏感；c）成功是否及效率高低主要取决于给体和受体菌）成功是否及效率高低主要取决于给体和受体菌 株之间亲源关系；株之间亲源关系；d）通常情况下质粒自然转化效率要低得多；）通常情况下质粒自然转化效率要低得多；b）不需要活）不需要活DNA给体细胞；给体细胞；微生物的遗传和变异第50页提升质粒自然转化效率二种方法：提升质粒自然转化效率二种方法：1）使质粒形成）使质粒形成多聚体多聚体，这么进入细胞后重新组合成有，这么进入细胞后重新组合成有 活性质粒几率大大提升；活性质粒几率大大提升；2）在质粒上插入受体菌染色体部分片段，或将质粒转）在质粒上插入受体菌染色体部分片段，或将质粒转 化进含有与该质粒含有同源区段质粒受体菌化进含有与该质粒含有同源区段质粒受体菌 -重组获救重组获救微生物的遗传和变异第51页噬菌体噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性病毒颗粒被感受态细胞摄取并产生有活性病毒颗粒转染转染(transfection)：现在把现在把DNA转移至动物细胞过程也称转染转移至动物细胞过程也称转染提纯噬菌体提纯噬菌体DNA以转化以转化（而非感染）（而非感染）路径进入细路径进入细胞并表示后产生完整病毒颗粒。胞并表示后产生完整病毒颗粒。特点：特点：转染和转化区分何在？转染和转化区分何在？微生物的遗传和变异第52页意外发觉意外发觉1951年，年，JoshuaLederberg和和NortonZinder为了证实大肠杆菌以为了证实大肠杆菌以外其它菌种是否也存在接合作用，用外其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不一样多重营养缺点型二株具不一样多重营养缺点型鼠伤寒鼠伤寒沙门氏菌沙门氏菌进行类似试验进行类似试验用用“U”型管进行一样试验时，在给体和受体型管进行一样试验时，在给体和受体细胞不接触情况下，一样细胞不接触情况下，一样出现原养型细菌出现原养型细菌！his+try-hishis-trytry+二、转导二、转导（transduction）微生物的遗传和变异第53页沙门氏菌沙门氏菌LA-22是携带是携带P22噬菌体溶源性细菌，另噬菌体溶源性细菌，另一株一株LA-2是非溶源性细菌是非溶源性细菌基因传递很可能是由可透过基因传递很可能是由可透过“U”型管滤型管滤板板P22噬菌体介导噬菌体介导Why and How?微生物的遗传和变异第54页细菌转导二细菌转导二种类型种类型普遍性转导普遍性转导不足转导不足转导P22P22噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体由噬菌体介导细菌细胞间进行遗传由噬菌体介导细菌细胞间进行遗传交换一个方式，称为转导交换一个方式，称为转导一个细胞一个细胞DNADNA经过病毒载体感染转移到经过病毒载体感染转移到另一个细胞中另一个细胞中能将一个细菌宿主部分染色体或质粒能将一个细菌宿主部分染色体或质粒DNADNA带到另一个细菌噬菌体：带到另一个细菌噬菌体：转导噬菌体转导噬菌体微生物的遗传和变异第55页（一）、普遍性转导（一）、普遍性转导（generalized transduction）噬菌体能够转导噬菌体能够转导给体染色体任何部分给体染色体任何部分到受体细胞中转导过程到受体细胞中转导过程缺点噬菌体缺点噬菌体部分缺点噬菌体部分缺点噬菌体完全缺点噬菌体完全缺点噬菌体噬菌体增值过程？噬菌体增值过程？微生物的遗传和变异第56页转转导导模模型型微生物的遗传和变异第57页形成转导颗粒噬菌体能够是温和也能够是烈性，但形成转导颗粒噬菌体能够是温和也能够是烈性，但必须含有能必须含有能必须含有能必须含有能偶然识别宿主偶然识别宿主偶然识别宿主偶然识别宿主DNADNADNADNA包装机制包装机制包装机制包装机制并并在宿主基因组完全降解以在宿主基因组完全降解以前进行包装前进行包装普遍性转导基本要求：普遍性转导基本要求：微生物的遗传和变异第58页普遍性转导三种后果：普遍性转导三种后果：完全转导：完全转导：进入受体外源进入受体外源DNA经过经过与细胞染色体重组交换而形成稳定与细胞染色体重组交换而形成稳定转导子转导子流产转导流产转导（abortive transduction）转导转导DNA不能进不能进行重组和复制，行重组和复制，但其携带基因可但其携带基因可经过转录而得到经过转录而得到表示。表示。特点：在选择培养基平板上形成微小菌落特点：在选择培养基平板上形成微小菌落特点：在选择培养基平板上形成微小菌落特点：在选择培养基平板上形成微小菌落外源外源DNA被降解被降解，转导失败，转导失败微生物的遗传和变异第59页微生物的遗传和变异第60页（二）、不足转导（二）、不足转导（specialized transduction）原原(前前)噬菌体噬菌体裂解时不正常切割裂解时不正常切割（低频率）（低频率）部分缺点温和噬菌体部分缺点温和噬菌体（携带特定宿主（携带特定宿主DNA片段）片段）经过感染把供体菌少数特定基因转移到受体菌中经过感染把供体菌少数特定基因转移到受体菌中微生物的遗传和变异第61页温和噬菌体温和噬菌体裂解时裂解时不正常切割不正常切割：包含：包含gal或或bio基因基因（几率普通仅有（几率普通仅有10-6）缺点噬菌体在宿主细胞内能够缺点噬菌体在宿主细胞内能够象正象正象正象正常常常常DNADNADNADNA分子一样进行复制、分子一样进行复制、分子一样进行复制、分子一样进行复制、包装，提供所需要裂解功效包装，提供所需要裂解功效包装，提供所需要裂解功效包装，提供所需要裂解功效，形成，形成转导颗粒。转导颗粒。但没有正常噬菌体但没有正常噬菌体溶源性和增溶源性和增殖能力殖能力，感染受体细胞后，经过，感染受体细胞后，经过DNA整合进宿主染色体而形成稳定整合进宿主染色体而形成稳定转导子转导子微生物的遗传和变异第62页微生物的遗传和变异第63页 溶源转变（溶源转变（lysogenic conversion）P75一个与转导相同又不一样现象一个与转导相同又不一样现象温和噬菌体感染细胞后使之温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体基因整合发生溶源化，因噬菌体基因整合到宿主染色体上到宿主染色体上，而使后者取得了新性状现象。，而使后者取得了新性状现象。溶源转变与转导不一样？溶源转变与转导不一样？a）发生溶源转变噬菌体携带不携带供体菌基因？）发生溶源转变噬菌体携带不携带供体菌基因？b）发生溶源转变噬菌体是完整，还是缺点？）发生溶源转变噬菌体是完整，还是缺点？c）新取得性状是什么细胞？而不是什么细胞？）新取得性状是什么细胞？而不是什么细胞？d）所取得形状稳定不稳定？）所取得形状稳定不稳定？P75微生物的遗传和变异第64页（三）、接合（三）、接合(conjugation)1.试验证据试验证据2.机制机制细菌接合作用特点及过程细菌接合作用特点及过程经过细胞与细胞直接接触而产生经过细胞与细胞直接接触而产生遗传信息转移和重组过程遗传信息转移和重组过程微生物的遗传和变异第65页经过细胞与细胞直接接触而产生经过细胞与细胞直接接触而产生遗传信息转移和重组过程遗传信息转移和重组过程试验证据试验证据1946年，年，Joshua Lederberg 和和Edward L.Taturm细菌细菌多重营养缺点型多重营养缺点型杂交杂交试验试验微生物的遗传和变异第66页中间平板上长出原养型菌落是两中间平板上长出原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组菌株之间发生了遗传交换和重组所致！所致！为何采取多重营养缺点型菌株？为何采取多重营养缺点型菌株？多重营养缺点型菌株多重营养缺点型菌株微生物的遗传和变异第67页证实接合过程需要细胞间直接接触证实接合过程需要细胞间直接接触“U”型管试验：型管试验：排除转化和转导排除转化和转导微生物的遗传和变异第68页2、机制大肠杆菌接合机制接合作用是由一个被称为接合作用是由一个被称为F因子因子质粒质粒介导；介导；F因子分子量通常为因子分子量通常为5107，上面有编码细菌产生，上面有编码细菌产生性菌毛性菌毛（sex pili）及控制接合过程进行）及控制接合过程进行20多个基因多个基因微生物的遗传和变异第69页3、菌毛、菌毛(pili,单数单数pilus)性菌毛结构和成份与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一最少数几根。性菌毛结构和成份与菌毛相同，但比菌毛长，数量仅一最少数几根。性菌毛普通见于革兰氏阴性细菌性菌毛普通见于革兰氏阴性细菌“雄性雄性”菌株菌株（即供体菌）中，其功效是向即供体菌）中，其功效是向“雌雌 性性”菌株菌株（即受体菌）传递遗传物质。有性菌毛还是（即受体菌）传递遗传物质。有性菌毛还是RNA噬菌体特异性吸附受噬菌体特异性吸附受体。体。（二）、细菌细胞特殊结构（二）、细菌细胞特殊结构P26微生物的遗传和变异第70页F因子为因子为附加体附加体质粒既能够脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）质粒既能够脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上到染色体上微生物的遗传和变异第71页机 制“雄性雄性”（F+），有性菌），有性菌毛毛 “雌性雌性”（F-），无性菌），无性菌毛毛微生物的遗传和变异第72页F因子四种细胞形式b）F+；