微生物學復習提綱8

1、微生物學復習提綱第一章第八章 微生物遺傳遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質特性之一遺傳型：生物的全部遺傳因子及基因。表型（表現(xiàn)型）：具有一定遺傳型的個體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的形態(tài)等生物學特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關。表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關特點：暫時性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個體的行為遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質改變，導致表型改變特點：遺傳性、群體中極少數(shù)個體的行為（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）微生物是遺傳學研究中的明星：t微生物細胞結構簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。t很多常

2、見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。t對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強。第一節(jié) 遺傳的物質基礎一、證明核酸是遺傳物質基礎的三個經(jīng)典實驗：（參見 P194）（一） 轉化實驗（二） 噬菌體的感染實驗（三） 病毒的拆開和重建實驗三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考（參見 P191 和 P195）亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白質致病因子，迄今為止尚為發(fā)現(xiàn)該蛋白內(nèi)含有核酸。其致病作用是由于動物體內(nèi)正常的蛋白質PrP c改變折疊狀態(tài)為PrP sc所致，而這二種蛋白質的一級結構并沒有改變。第二節(jié) 微生物的基因組結構一、概念（參見 P197）基因組（genome）：一個物種的單倍體的所有染色體及其

3、所包含的遺傳信息的總稱。原核生物（如細菌），多為單倍體（在一般情況下只有一條染色體）真核微生物，多條染色體，例如啤酒酵母有16條染色體。有時為雙倍體二、微生物與人類基因組計劃人類基因組計劃 （Human Genome Project）1985年提出； 1990年正式開始實施； 2003年6月，測序工作完成；后基因組時代（Postgenome Era）微生物基因組測序工作是在人類基因組計劃的促進下開始的，最開始是作為模式生物，后來不斷發(fā)展，已成為研究微生物學的最有力的手段。被選擇進行全基因組測序的微生物：1、人類基因組計劃中的模式生物2、與人類生活關系密切的微生物3、對闡明生物學基本問題有價值的

4、微生物三、微生物基因組結構的特點（參見 P197-200）1、原核生物（細菌、古生菌）的基因組：1）染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；2）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；3）功能相關的結構基因組成操縱子結構；4）結構基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；5）基因組的重復序列少而短。操縱子（operon）：功能相關的幾個基因前后相連，再加上一個共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點（啟動子、操作子等）在基因轉錄時協(xié)同動作。2、真核微生物（啤酒酵母）的基因組：1）典型的真核染色體結構；2）沒有明顯的操縱子結構；3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；4）重復序列多。第三節(jié) 質粒和轉座因子質粒（plas

5、mid）：一種獨立于染色體外，能進行自主復制的細胞質遺傳因子，主要存在于各種微生物細胞中。轉座因子（transposable element）：位于染色體或質粒上的一段能改變自身位置的DNA序列，廣泛分布于原核和真核細胞中。質粒和轉座因子是細胞中除染色體以外的另外二類遺傳因子一、質粒的分子結構1、結構通常以共價閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質粒和RNA質粒；質粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；（細菌質粒多在10kb以內(nèi)）。2、質粒的檢測t提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；t超速離心或瓊脂糖

6、凝膠電泳后觀察；t 對于實驗室常用菌，可用質粒所帶的某些特點，如抗藥性初步判斷。 二、質粒的主要類型質粒所含的基因對宿主細胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質粒有時能賦予宿主細胞以特殊的機能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢。質粒所編碼的功能和賦予宿主的表型效應致育因子（Fertility factor，F(xiàn)因子）抗性因子（Resistance factor，R因子）產(chǎn)細菌素的質粒（Bacteriocin production plasmid）毒性質粒（virulence plasmid）代謝質粒（Metabolic plasmid）隱秘質粒（cryptic plasmid）第四節(jié) 基因突變及修復基因突

7、變：一個基因內(nèi)部遺傳結構或DNA序列的任何改變（參見 P 206）?；蛲蛔兪侵匾纳飳W現(xiàn)象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉移、重組一起提供了推動生物進化的遺傳多變性。突變：自發(fā)突變 環(huán)境因素的影響，DNA復制過程的偶然錯誤等而導致，一般頻率較低，通常為10-6-10-9 ；誘變 某些物理、化學因素對生物體的DNA進行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。一、基因突變的特點：（參見 P 209）1、特點1）非對應性2）稀有性3）規(guī)律性4）獨立性5）遺傳和回復性6）可誘變性2、實驗證據(jù)如何證明基因突變的非對應性？三個經(jīng)典實驗變量實驗、涂布實驗、影印實驗證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應關

8、系！二、常見的微生物突變類型1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）：一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長。表型判斷的標準：在基本培養(yǎng)基上能否生長。營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學研究中重要的選擇標記和育種的重要手段。營養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營養(yǎng)物的前三個英文小寫斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母C同一表型中不同基因的突變）；表型：同前，但第一個字母大寫，且不用斜體：HisC。2）抗藥性突變型（resistant mutant）基因突變使菌株對某種或某幾種藥物，特別是

9、抗生素，產(chǎn)生抗性。表示方法：所抗藥物的前三個小寫斜體英文字母加上“r”表示strr 和 strs 分別表示對鏈霉素的抗性和敏感性。3）條件致死突變型（conditional lethal mutant）：在某一條件下具有致死效應，而在另一條件下沒有致死效應的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用ts（temperaturesensitive）表示，這類突變在高溫下（如42）是致死的，但可以在低溫（如25-30）下得到這種突變。三、誘變劑與致癌物質Ames試驗（參見 P 212）美國加利福尼亞大學的Bruce Ames教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(

10、Salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復突變率。回復突變(reverse mutation或back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復，這種第二次突變稱為回復突變。由于生物體內(nèi)、體外可能存在的差異，可在體外加入哺乳動物（如大鼠）微粒體酶系統(tǒng)，使待測物活化，使Ames試驗的準確率達80-90%。第五節(jié) 細菌基因轉移和重組細菌的三種水平基因轉移形式：接合、轉導、自然轉化（參見 P 215）接合 (conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F因子介導）轉導(transduction)：由噬菌體介導自然遺傳轉化(n

11、atural genetic transformation)：游離DNA分子 + 感受態(tài)細胞一、細菌的接合作用(conjugation)通過細胞與細胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉移和重組過程。1.實驗證據(jù)參見P 2161946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm細菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實驗。證實接合過程需要細胞間的直接接觸的“U”型管實驗（ Bernard Davis，1950 ）。2. 機制（參見P 215）F因子的四種細胞形式 (參見P202)1） F+×F-雜交F+菌株的F因子向F-細胞轉移，但含F(xiàn)因子的宿主細胞的染色體DNA一般不被轉移。雜

12、交的結果：給體細胞和受體細胞均成為F+細胞。理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株。2）Hfr ×F-雜交（參見P 217）Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發(fā)生接合轉移過程，就可以把部分甚至全部細菌染色體傳遞給F-細胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株。Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細胞進行接合。所不同的是，當OriT序列被缺刻螺旋酶識別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導區(qū)(leading region)結合著染色體DNA向受體細胞轉移，F(xiàn)因子除先導區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉移染色體的末端，由于轉移過程常被中斷，因此F因

13、子不易轉入受體細胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細胞(或接合子)大多數(shù)仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導區(qū)的基因，進入的機會就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時間就越早，頻率也高。F因子不易轉入受體細胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細胞（或稱接合子）大多數(shù)仍然是F-。（參見P218）3）F×F-雜交（參見P218）細胞基因的這種轉移過程又常稱為性導（sexduction）、F因子轉導（F-duction），或F因子媒介的轉導（F-mediated transduction）。Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時， 形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子

14、，特稱為F因子。F×F-與F+×F-的不同：給體的部分染色體基因隨F一起轉入受體細胞。二、細菌的轉導（transduction）（參見P218）由噬菌體介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式：一個細胞的DNA通過病毒載體的感染轉移到另一個細胞中。能將一個細菌宿主的部分染色體或質粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體稱為轉導噬菌體。細菌轉導的二種類型：普遍性轉導、局限性轉導1、普遍性轉導（generalized transduction） （參見P218）噬菌體可以轉導給體染色體的任何部分到受體細胞中的轉導過程(1) 意外的發(fā)現(xiàn)（參見P218）(2) 轉導模型（參見P219）普遍性轉

15、導的三種后果：A.進入受體的外源DNA通過與細胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉導子;B.流產(chǎn)轉導（abortive transduction）1不轉導DNA不能進行重組和復制，但其攜帶的基因可經(jīng)過轉錄而得到表達。DNA不能復制，因此群體中僅一個細胞含有DNA，而其它細胞只能得到其基因產(chǎn)物，形成微小菌落。特點：在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落。C.外源DNA被降解，轉導失敗。2、局限性轉導（specialized transduction）（參見P219）局限性轉導與普遍性轉導的主要區(qū)別：a）被轉導的基因共價地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進行復制、包裝以及被導入受體細胞中。而普遍性轉導包

16、裝的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性轉導顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個別基因導入受體，故稱為局限性轉導。而普遍性轉導攜帶的宿主基因具有隨機性。三、細菌的遺傳轉化（genetic transformation）（參見P220）定義：同源或異源的游離DNA分子(質粒和染色體DNA)被自然或人工感受態(tài)細胞攝取，并得到表達的水平方向的基因轉移過程。感受態(tài)細胞：具有攝取外源DNA能力的細胞。1、自然遺傳轉化（簡稱自然轉化）（參見P221）1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）的轉化現(xiàn)象。進行自然轉化，需要二方面必要的條件：建立了感受態(tài)的受體

17、細胞;外源游離DNA分子。轉染(transfection)：噬菌體DNA被感受態(tài)細胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒。特點：提純的噬菌體DNA以轉化的（而非感染）途徑進入細胞并表達后產(chǎn)生完整的病毒顆?！，F(xiàn)在把DNA轉移至動物細胞的過程也稱轉染?！敖雍稀?“轉導” 及“自然轉化”這三種在自然界中存在的細菌遺傳重組過程各自的特點：a）外源DNA的來源及進入途徑有差異；b）決定因素也各有不同。如何設計實驗對三種途徑進行區(qū)分？2、人工轉化（參見P222）四、基因定位和基因組測序（參見P223）基因定位：通過遺傳重組等手段確定不同的基因在染色體上的位置及相對距離，從而獲得遺傳圖譜。細菌基因轉移的三種方式（接合、轉導、轉化）都可以用來進行細菌基因組作圖?；蚪M測序：測定待測生物基因組的所有堿基排列順序，并在此基礎上對遺傳信息進行研究和分析。1、中斷雜交（interrupted mating）技術2、基因連鎖3、遺傳圖譜4、基因組測序5、基因組序列的注釋和意義第八節(jié) 菌種