環(huán)境工程微生物學(xué)第七章微生物遺傳

環(huán)境工程微生物學(xué)第七章微生物遺傳第1頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質(zhì)特性之一遺傳型：表型（表現(xiàn)型）：生物的全部遺傳因子,即基因組所攜帶的所有遺傳信息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(xué)特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。第7章微生物的遺傳第2頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點：表現(xiàn)為全部個體的行為,不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變,只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄,翻譯水平上的表型變化.橘生淮南則為橘，生于淮北則為枳。第3頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月表型飾變：Productionofaredpigment(prodigiosin)bySerratiamarcescens.

Fromlefttoright:slantculturegrownat25°C,slantculturegrownat37°C,brothculturegrownat25°C,brothculturegrownat37°C.

第4頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月遺傳型變異（基因變異、基因突變）：生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變.（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）第5頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月微生物在遺傳學(xué)研究中擔當重要角色：

微生物細胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。

很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。

對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強。生長周期、孟德爾第6頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、DNA作為遺傳物質(zhì)二、RNA作為遺傳物質(zhì)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考第7頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、DNA作為遺傳物質(zhì)1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗(F.Griffith1928年)

肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力）

R型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無致病能力）第8頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA作為遺傳物質(zhì)第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)分別用降解DNA、RNA、蛋白質(zhì)的酶作用于有毒的S型菌細胞抽提物只有DNA被酶降解破壞的抽提物無轉(zhuǎn)化活性DNA是轉(zhuǎn)化所必需的轉(zhuǎn)化因子第9頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)Avery在四十年代以更精密的實驗設(shè)計重復(fù)了以上實驗第10頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月一、DNA作為遺傳物質(zhì)第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)1944年，Avery證實DNA是遺傳物質(zhì)，這是20世紀生物科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代生物學(xué)正是建立在這個基礎(chǔ)之上。在此之后，建立DNA分子結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)家獲得了諾貝爾獎，闡述DNA生物合成機理的科學(xué)家獲得了諾貝爾獎，發(fā)明DNA復(fù)制技術(shù)的科學(xué)家也獲得了諾貝爾獎。可是，DNA的發(fā)現(xiàn)者或確定者始終沒有被授予諾貝爾獎。Avery完成這項驚世之作時已經(jīng)67歲,當諾貝爾獎委員會認識到他的發(fā)現(xiàn)偉大之時，他已經(jīng)謝世了。第11頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)2、噬菌體感染實驗(A.D.Hershey和M.Chase1952年)

把攜帶有噬菌體的E.coli培養(yǎng)在含32P和35S作為磷源和硫源的培養(yǎng)基中,從而制備出含32P-DNA的核心和含35S-蛋白質(zhì)外殼的噬菌體,接下來進行以下實驗:第12頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)T2噬菌體感染實驗（1952年）第13頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)二、RNA作為遺傳物質(zhì)植物病毒的重建實驗(H.Fraenkel-Conrat1956年)

材料:

煙草花葉病毒(tobaccomosaicvirusTMV)

霍氏車前花葉病毒(HolmesribgrassvirusHRV)第14頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)二、RNA作為遺傳物質(zhì)第15頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白質(zhì)致病因子，迄今為止尚未發(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(zhì)PrPc改變折疊狀態(tài)為PrPsc所致，而這二種蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)并沒有改變。第16頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考第17頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月人的庫魯病(kuru)、克雅氏病(CreutzfeldtJakobdisease,CJD)等羊搔癢癥(scrapie)牛海綿狀腦病(spongiformencephalopathy)第18頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月引起人與動物的致死性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病第19頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月Prusiner(1982)提出羊搔癢病因子是一種蛋白質(zhì)侵染顆粒（proteinaceousinfectiousparticle），并將之稱做Prion或Virino。

-------朊病毒1997年，StanleyB.Prusiner榮獲諾貝爾獎第20頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考1）蛋白質(zhì)是否可以作為遺傳物質(zhì)？

prion是生命的一個特例？還是僅僅為表達調(diào)控的一種形式？2）蛋白質(zhì)折疊與功能的關(guān)系？DNA→RNA→蛋白質(zhì)第21頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、概念基因組（genome）：一個物種的單倍體的所有染色體及其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。有時為雙倍體第22頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計劃人類基因組計劃（HumanGenomeProject）1985年提出；

1990年正式開始實施；

2001年2月，測序工作完成；后基因組時代（PostgenomeEra）第23頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計劃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(xué)的最有力的手段。第24頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計劃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(guān)系密切的微生物重要的致病菌及一些工業(yè)生產(chǎn)菌3、對闡明生物學(xué)基本問題有價值的微生物例如一些古生菌：如Methanococcusjannaschii(詹氏甲烷球菌)等，它們是微生物世界多樣性的代表，它們的序列比較有助于找出其進化關(guān)系。第25頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點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）；第26頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點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；微生物基因組DNA絕大部分用來編碼蛋白質(zhì)、RNA；用作為復(fù)制起點、啟動子、終止子和一些由調(diào)節(jié)蛋白識別和結(jié)合的位點等信號序列。一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。真核生物基因組的一個重要特點就是含有內(nèi)含子第27頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點1、原核生物（細菌、古生菌）的基因組第28頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點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(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；4）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；5）基因組的重復(fù)序列少而短；操縱子（operon）：功能相關(guān)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(zhuǎn)錄時協(xié)同動作。操縱子（operon）：功能相關(guān)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(zhuǎn)錄時協(xié)同動作。第29頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)三、微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點2、真核微生物（啤酒酵母）的基因組1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；啤酒酵母基因組大小為13.5×106bp，分布在16條染色體中。3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；4）重復(fù)序列多；第30頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)質(zhì)粒質(zhì)粒（plasmid）：一種獨立于染色體外，能進行自主復(fù)制的細胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細胞中。轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）：位于染色體或質(zhì)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(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子是細胞中除染色體以外的另外兩類遺傳因子第31頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)質(zhì)粒一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)通常以共價閉合環(huán)狀(covalentlyclosedcircle，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(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍多在1kb到100Kb左右；第32頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)質(zhì)粒二、質(zhì)粒的主要類型在某些特殊條件下，質(zhì)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(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷毎话闶欠潜匦璧?；?3頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二、質(zhì)粒的主要類型1、致育因子(Fertilityfactor，F(xiàn)因子)又稱F質(zhì)粒，其大小約100kb，這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象（接合作用）有關(guān)的質(zhì)粒。攜帶F質(zhì)粒的菌株稱為F+菌株（相當于雄性），無F質(zhì)粒的菌株稱為F-菌株（相當于雌性）。第三節(jié)質(zhì)粒第34頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二、質(zhì)粒的主要類型1、致育因子(Fertilityfactor，F(xiàn)因子)F因子能以游離狀態(tài)(F+)和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)(Hfr)存在于細胞中.有關(guān)內(nèi)容在講細菌的接合作用（conjugation）時具體介紹第三節(jié)質(zhì)粒第35頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2、抗性因子（Resistancefactor，R因子）主要包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡稱R質(zhì)粒。R100質(zhì)粒(89kb)可使宿主對下列藥物及重金屬具有抗性：汞（mercuricion，mer）四環(huán)素（tetracycline，tet）鏈霉素(Streptomycin,Str)、磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素(Chlorampenicol,Cm)夫西地酸（fusidicacid，fus）并且負責(zé)這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上?？剐再|(zhì)粒在細菌間的傳遞是細菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。第三節(jié)質(zhì)粒二、質(zhì)粒的主要類型第36頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月3、產(chǎn)細菌素的質(zhì)粒（Bacteriocinproductionplasmid）第三節(jié)質(zhì)粒二、質(zhì)粒的主要類型第37頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月4、毒性質(zhì)粒（virulenceplasmid）許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對宿主（動物、植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動物腹瀉的主要病原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒素編碼的質(zhì)粒。蘇云金桿菌含有編碼δ內(nèi)毒素(伴孢晶體中)的質(zhì)粒第三節(jié)質(zhì)粒二、質(zhì)粒的主要類型第38頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月5、代謝質(zhì)粒（Metabolicplasmid）質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。將復(fù)雜的有機化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式，環(huán)境保護方面具有重要的意義。假單胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、農(nóng)藥(2,4-dichlorophenoxyaceticacid)、辛烷和樟腦等的能力。降解質(zhì)粒：第三節(jié)質(zhì)粒二、質(zhì)粒的主要類型第39頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月6、隱秘質(zhì)粒（crypticplasmid）隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測細胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn).它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了解。在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性基因）第三節(jié)質(zhì)粒二、質(zhì)粒的主要類型第40頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)基因突變及修復(fù)一個基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變基因突變：基因突變是重要的生物學(xué)現(xiàn)象，它是一切生物變化的根源，連同基因轉(zhuǎn)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)突變誘發(fā)突變環(huán)境因素的影響，DNA復(fù)制過程的偶然錯誤等而導(dǎo)致，一般頻率較低，通常為10-6-10-9。某些物理、化學(xué)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?；蛲蛔儶M義：點突變廣義：基因突變和染色體畸變第41頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)基因突變及修復(fù)基因突變：第42頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月1、特點1）自發(fā)性2）非對應(yīng)性3）稀有性4）獨立性5）遺傳和回復(fù)性6）可誘變性第四節(jié)基因突變及修復(fù)一、基因突變的特點第43頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月如何證明基因突變的自發(fā)性和非對應(yīng)性？三個經(jīng)典實驗變量實驗、涂布實驗、影印實驗一、基因突變的特點2、實驗證據(jù)證明突變是自發(fā)產(chǎn)生的，并且突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應(yīng)關(guān)系。第44頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月變量實驗（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）

實驗要點:1,甲乙兩試管各裝10mL對噬菌體敏感的103/mL大腸桿菌培養(yǎng)物.2,甲管中培養(yǎng)物分裝50小管,保溫24-36小時.(每管0.2毫升)

乙管中培養(yǎng)物不分裝,直接保溫24-36小時.3,甲管實驗中,50小管涂布在50個含有大腸桿菌噬菌體的平板上.

對乙管,分別取0.2毫升,也涂布在50個同樣的平板上.4,因為每個平板上涂的大腸桿菌數(shù)量是相同的,如果突變與選擇性壓力有關(guān)(也就是說,如果抗噬菌體的大腸桿菌菌落的出現(xiàn),

和噬菌體的存在有關(guān)),那么甲管實驗所涂的平板,和乙管實驗所涂的平板,抗性菌落的數(shù)量應(yīng)該沒有統(tǒng)計學(xué)上的差異.第45頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月變量實驗（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）第46頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月Newcombe的涂布實驗（1949）第47頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型表型基因型這里主要介紹幾種常用的由于基因突變而造成微生物表型變化的突變型及其分離第48頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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。營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標記和育種的重要手段表型判斷的標準：在基本培養(yǎng)基上能否生長第四節(jié)基因突變及修復(fù)第49頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常見的微生物突變類型1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）特點：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長負選擇標記突變株不能通過選擇平板直接獲得第四節(jié)基因突變及修復(fù)第50頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）野生型：從自然界分離到的，沒有發(fā)生人為營養(yǎng)缺陷突變的原始菌株。野生型營養(yǎng)缺陷型基因突變具有可回復(fù)性原養(yǎng)型原養(yǎng)型：一般指營養(yǎng)缺陷型突變株經(jīng)回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，其營養(yǎng)要求在表型上與野生型相同。第四節(jié)基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型第51頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月營養(yǎng)缺陷型的表示方法：1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）基因型：所需營養(yǎng)物的前三個英文小寫斜體字母表示：his（組氨酸缺陷型）在具體使用時多用his-和his+，分別表示缺陷型和野生型。第四節(jié)基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型第52頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2）抗藥性突變型（resistantmutant）基因突變使菌株對某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點：正選擇標記（突變株可直接從抗性平板上獲得-----在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長。所以很容易分離得到。）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第四節(jié)基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型第53頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月3）條件致死突變型（conditionallethalmutant）

在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)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。特點：負選擇標記這類突變型常被用來分離生長繁殖必需的突變基因第四節(jié)基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型第54頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月4）形態(tài)突變型（morphologicalmutant）造成形態(tài)改變的突變型特點：非選擇性突變突變株和野生型菌株均可生長，但可從形態(tài)特征上進行區(qū)分。舉例：產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株的篩選菌落顏色變化β半乳糖苷酶基因的插入失活，使重組子菌落為白色而與蘭色的非重組子分開。第四節(jié)基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型第55頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月5）其它突變類型抗原突變型、產(chǎn)量突變型第四節(jié)基因突變及修復(fù)二、常見的微生物突變類型第56頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月三、誘變劑與致癌物質(zhì)——Ames試驗a）利用各種誘變劑獲得各類遺傳突變，進行誘變育種；c）危害人類自身的健康b）對有害微生物進行控制；很多種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機制導(dǎo)致DNA的突變第四節(jié)基因突變及修復(fù)第57頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月“生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則：人和細菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。第58頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月誘變劑的共性原則：化學(xué)藥劑對細菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比

超過95%的致癌物質(zhì)對微生物有誘變作用90%以上的非致癌物質(zhì)對微生物沒有誘變作用第59頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月回復(fù)突變(reversemutation或backmutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變美國加利福尼亞大學(xué)的BruceAmes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(Salmonellatyphmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率第60頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月Ames試驗第61頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月由于生物體內(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%。第四節(jié)基因突變及修復(fù)三、誘變劑與致癌物質(zhì)——Ames試驗第62頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月證明Ames試驗重要性的應(yīng)用實例：國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)?！保捎谄渌幮э@著，在60-70年代十分流行，但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用“反應(yīng)?！?，后來采用Ames試驗發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用.但如果能在這種藥物上市之前就進行Ames試驗檢測，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免。第64頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)細菌基因轉(zhuǎn)移和重組細菌的三種水平基因轉(zhuǎn)移形式接合轉(zhuǎn)導(dǎo)自然轉(zhuǎn)化第65頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月一、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(zhuǎn)移和重組過程1.實驗證據(jù)

1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm細菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實驗第66頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月證實接合過程需要細胞間的直接接觸的“U”型管實驗（BernardDavis，1950）第67頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2.機制(大腸桿菌的接合機制)接合作用是由一種被稱為F因子的質(zhì)粒介導(dǎo)F因子通常為環(huán)狀,大小約為細菌組DNA的2%,94.5kb，上面有編碼細菌產(chǎn)生性菌毛（sexpili）及控制接合過程進行的20多個基因。含有F因子的細胞：“雄性”菌株（F+），其細胞表面有性菌毛

不含F(xiàn)因子的細胞：“雌性”菌株（F-），細胞表面沒有性菌毛第68頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2.機制第69頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月F因子為附加體質(zhì)粒既可以脫離染色體在細胞內(nèi)獨立存在，也可插入（整合）到染色體上第70頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月F因子的四種細胞形式a）F-菌株，不含F(xiàn)因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收

F因子而變成雄性菌株（F+）；b）F+菌株，F(xiàn)因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。d）F′菌株，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，特稱為F′因子。細胞表面同樣有性菌毛。第71頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月1）F+×F-雜交雜交的結(jié)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F+菌株的F因子向F-細胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細胞的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。第72頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2）Hfr×F-雜交第73頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2）Hfr×F-雜交Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，能夠與F-細胞進行接合。所不同的是，細菌發(fā)生接合后，F(xiàn)因子的先導(dǎo)區(qū)(leadingregion)結(jié)合著染色體DNA向受體細胞轉(zhuǎn)移，F(xiàn)因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移染色體的末端，由于轉(zhuǎn)移過程常被中斷，因此F因子不易轉(zhuǎn)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-。第74頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月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(zhuǎn)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。2）Hfr×F-雜交第75頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進入的機會就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的頻率也高。F因子不易轉(zhuǎn)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-。第76頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月3）F′×F-雜交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，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(zhuǎn)入受體細胞;第77頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月3）F’×F-雜交第78頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月第79頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月二、細菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）由噬菌體介導(dǎo)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(zhuǎn)移到另一個細胞中能將一個細菌宿主的部分染色體或質(zhì)粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的二種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)第80頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）(1)意外的發(fā)現(xiàn)1951年，JoshuaLederberg和NortonZinder為了證實大腸桿菌以外的其它菌種是否也存在接合作用，用二株具不同的多重營養(yǎng)缺陷型的鼠傷寒沙門氏菌進行類似的實驗：用“U”型管進行同樣的實驗時，在給體和受體細胞不接觸的情況下，同樣出現(xiàn)原養(yǎng)型細菌！第81頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月沙門氏菌LT22A是攜帶P22噬菌體的溶源性細菌另一株是非溶源性細菌一個表面看起來的常規(guī)研究卻導(dǎo)致一個驚奇和十分重要發(fā)現(xiàn)的重要例證！基因的傳遞很可能是由可透過“U”型管濾板的P22噬菌體介導(dǎo)的（普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)這一重要的基因轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)現(xiàn)）第82頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)轉(zhuǎn)導(dǎo)模型第83頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月噬菌體的DNA包裝酶也能識別染色體DNA上類似的位點并進行切割，并把染色體DNA片段包裝進P22噬菌體外殼，形成只含宿主DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體顆粒（假噬菌體）。這種“錯裝”機率一般僅約10-6-10-8第84頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒的噬菌體可以是溫和的也可以是烈性的，但必須具有能偶爾識別宿主DNA的包裝機制并在宿主基因組完全降解以前進行包裝。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本要求：第85頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：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(zhuǎn)導(dǎo)子流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortivetransduction）轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進行重組和復(fù)制，但其攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達。特點：在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。DNA不能復(fù)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。第86頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上宿主細胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時，在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中第87頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溫和噬菌體λ裂解時的不正常切割：包含gal或bio基因缺陷噬菌體在宿主細胞內(nèi)能夠象正常的λDNA分子一樣進行復(fù)制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。第88頁，課件共96頁，創(chuàng)作于2023年2月局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：a）被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因共