基因突變和原核生物質(zhì)粒

1、關(guān)于基因突變與原核生物的質(zhì)粒第一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月可以通過轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用而由一個細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個菌細(xì)胞中，使兩個細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒的細(xì)胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時，它可以單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也可以攜帶著染色體（片段）一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，所以它可成為基因工程的載體。對于細(xì)菌的生存并不是必要的功能多樣化原核生物的質(zhì)粒第二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月功能：進(jìn)行細(xì)胞間接合，并帶有一些基因，如產(chǎn)生毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類、降解功能等。重組：在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間菌可發(fā)生。存在范圍：很多細(xì)菌如E.coli、Shigella（志賀氏菌）、S.aureus（金黃色葡萄球菌）、Str

2、eptococcus lactis（乳鏈球菌）、根癌土壤桿菌等制備：包括增殖、裂解細(xì)胞、分離質(zhì)粒與染色體和蛋白質(zhì)等成分、去除RNA和蛋白質(zhì)等步驟。鑒定：電鏡觀察、電泳、密度梯度離心、限制性酶切圖譜等方法原核生物的質(zhì)粒第三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月幾種代表性質(zhì)粒：1. F因子（fertility factor）：又稱致育因子或性因子，62106Dalton，94.5kb，相當(dāng)于核染色體DNA2%的環(huán)狀雙鏈DNA，足以編碼94個中等大小多肽，其中1/3基因（tra區(qū)）與接合作用有關(guān)。存在于腸細(xì)菌屬、假單胞菌屬、嗜血桿菌、奈瑟氏球菌、鏈球菌等細(xì)菌中，決定性別。第四張，PPT共二十八頁

3、，創(chuàng)作于2022年6月Figure. Representative FERTILITY PLASMID. A fertility plasmid carries the genes for conjugation as well as a number of other genes. In this figure the fertility plasmid also carries antibiotic resistant genes. 第五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月最初發(fā)現(xiàn)于痢疾志賀氏菌（Shigella dysenteriae），后來發(fā)現(xiàn)還存在于Salmonella（沙門氏

4、菌）、Vibrio（副溶血性弧菌）、Bacillus（芽孢桿菌）、Pseudomonas（假單胞菌）和Staphylococcus（葡萄球菌）中。R因子由相連的兩個DNA片段組成，即抗性轉(zhuǎn)移因子（resistence transfor factor， RTF ）和抗性決定R因子（r-determinant），RTF為分子量約為11106Dalton，控制質(zhì)粒copy數(shù)及復(fù)制，抗性決定質(zhì)粒大小不固定，從幾百萬到100106Dalton以上。其上帶有其它抗生素的抗性基因。R-因子在細(xì)胞內(nèi)的copy數(shù)可從12個到幾十個，分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，經(jīng)氯霉素處理后，松弛型質(zhì)?？蛇_(dá)20003000個/細(xì)胞。

5、2. R因子（resistence factor）第六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月產(chǎn)大腸桿菌素因子。大腸桿菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的細(xì)菌素，能通過抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專一地殺死其它腸道細(xì)菌。其分子量約41048104Dalton。大腸桿菌素都是由Col因子編碼的。Col因子可分為兩類，分別以ColE1和ColIb為代表。ColE1分子量約為5106Dalton，無接合作用，是多copy的； ColE1研究得很多，并被廣泛地用于重組DNA 的研究和用于體外復(fù)制系統(tǒng)上。ColIb分子量約為80106Dalton，它與F因子相似，具有通過接合作用轉(zhuǎn)移的功能，屬

6、于嚴(yán)緊型控制，只有12個copy。凡帶Col因子的菌株，由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而對大腸桿菌素有免疫作用，不受其傷害。3. Col因子（colicinogenic factor）第七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月降解性質(zhì)粒只在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)?？蔀橐幌盗心芙到鈴?fù)雜物質(zhì)的酶編碼，從而能利用一般細(xì)菌所難以分解的物質(zhì)做碳源。這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名，例如有分解CAM（樟腦）質(zhì)粒，XYL（二甲苯）質(zhì)粒，SAL（水楊酸）質(zhì)粒，MDL（扁桃酸）質(zhì)粒，NAP（萘）質(zhì)粒和TOL（甲苯）質(zhì)粒等。4. 降解性質(zhì)粒第八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月即誘癌質(zhì)粒。存在

7、于根癌土壤桿菌（Agrobacterium tumefaciens）中,可引起許多雙子葉植物的根癌當(dāng)細(xì)菌侵入植物細(xì)胞中后，在其細(xì)胞中溶解，把細(xì)菌的DNA釋放到植物細(xì)胞中。這時，含有復(fù)制基因的Ti質(zhì)粒的小片段與植物細(xì)胞中的核染色體發(fā)生整合，破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而使它轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。Ti質(zhì)粒長200kb，是一個大型質(zhì)粒。當(dāng)前，Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。一些具有重要性狀的外源基因可借DNA重組技術(shù)設(shè)法插入到Ti質(zhì)粒中，并進(jìn)一步使之整合到植物染色體上，以改變該植物的遺傳性，達(dá)到培育植物優(yōu)良品種的目的。5、Ti質(zhì)粒(tumor inducing plasmid)第九張，PP

8、T共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月是近年來在Rhizobium（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量為200300106Dalton，比一般質(zhì)粒大幾十倍到幾百倍，故稱巨大質(zhì)粒，其上有一系列固氮基因。6. 巨大質(zhì)粒（mega質(zhì)粒）第十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月基因：能夠表達(dá)和產(chǎn)生基因產(chǎn)物（蛋白質(zhì)或RNA）的DNA序列。原核生物基因系統(tǒng)： 啟動子（基因） 操縱子 操縱子（基因）基因調(diào)控系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)基因 調(diào)節(jié)基因第十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月遺傳密碼：指DNA鏈上各個核苷酸的特定排列順序密碼子（coden）：由3個核苷酸順序決定，負(fù)載遺傳信息的基本單位不對稱轉(zhuǎn)錄：只有D

9、NA雙鏈的一股才作為有意義鏈被轉(zhuǎn)錄，這種現(xiàn)象又稱不對稱轉(zhuǎn)錄。起始密碼子：AUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸終止密碼子：UAA、UGA、UAG第十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月核外DNA的種類核外染色體真核生物的“質(zhì)?！痹松锏馁|(zhì)粒線粒體細(xì)胞質(zhì)基因葉綠體（質(zhì)體）中心體動 體共生生物：卡巴顆粒酵母菌的2m質(zhì)粒F因子R因子Col質(zhì)粒Ti質(zhì)粒巨大質(zhì)粒降解性質(zhì)粒第十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 基因突變和誘變育種突變（ mutation ）：指生物體的表型突然發(fā)生的可遺傳的變化。 染色體畸變細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化突變 基因突變細(xì)胞學(xué)上看不到遺傳物質(zhì)的變化突變體（m

10、utant）：發(fā)生了突變的微生物細(xì)胞或菌株野生型（wild type）：從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生突變前的原始菌株第十四張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月依表型的改變分為：形態(tài)突變型營養(yǎng)缺陷型因突變而喪失產(chǎn)生某種生物合成酶的能力，并因而成為必須在培養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長的突變類型。發(fā)酵突變型喪失產(chǎn)生某種生物合成酶能力的突變型抗性突變型因突變而產(chǎn)生了對某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性條件致死突變型突變后在某種條件下可正常生長繁殖，而在另一條件下卻無法生長繁殖的突變型抗原突變型因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變產(chǎn)量突變型 （一）基因突變的類型第十五張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于202

11、2年6月按是否比較容易、迅速地分離到發(fā)生突變的細(xì)胞來分：選擇性突變株（selective mutant）：具有選擇標(biāo)記（如營養(yǎng)缺陷性、抗性突變型、條件致死突變型），只要選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，如培養(yǎng)基、溫度、pH值等，就比較容易檢出和分離到。非選擇性突變株（non-selective mutant）：無選擇標(biāo)記（如產(chǎn)量突變型、抗原突變型、形態(tài)突變型），能鑒別這種突變體的惟一方法是檢查大量菌落并找出差異。第十六張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第十七張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月定義：每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率為108是指該細(xì)胞在一億次細(xì)胞分裂中，會發(fā)生一

12、次突變。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株（mutant，即突變型）的數(shù)目來表示。如一個含108個細(xì)胞的群體，當(dāng)其分裂為2108個細(xì)胞時，即可平均發(fā)生一次突變的突變率也是108 。突變率=突變細(xì)胞數(shù)/分裂前群體細(xì)胞數(shù)突變是獨(dú)立的。某一基因發(fā)生突變不會影響其它基因的突變率。在同一個細(xì)胞中同時發(fā)生兩個基因突變的幾率是極低的，因?yàn)殡p重突變型的幾率只是各個突變幾率的乘積。由于突變的幾率一般都極低，因此，必須采用檢出選擇性突變株的手段，尤其是采用檢出營養(yǎng)缺陷型的恢復(fù)突變株（back mutant或reverse mutant）或抗性突變株特別是抗藥性突變株的方法來加以確定。（二）突變率第十

13、八張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月若干細(xì)菌某一性狀的自發(fā)突變率菌 名 突變性狀突變率E. coli抗T1噬菌體3 108E. coli抗T3噬菌體1 107 E. coli不發(fā)酵乳糖1 1010E. coli 抗紫外線1 105Staphylococcus aureus 抗青霉素1 107S. aureus 抗鏈霉素1 109 Salmonella typhi抗25g/L鏈霉素1 106 Bacillus megaterium 抗異煙肼5 105 第十九張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）突變的特點(diǎn)適用于整個生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。不對應(yīng)性：突變的性狀與突變原因之間無

14、直接的對應(yīng)關(guān)系。自發(fā)性：突變可以在沒有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。稀有性：突變率低且穩(wěn)定。獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會互相影響?？烧T發(fā)性：誘變劑可提高突變率。穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳?？赡嫘裕簭脑嫉囊吧突虻阶儺愔甑耐蛔兎Q為正向突變（forward mutation），從突變株回到野生型的過程則稱為回復(fù)突變或回變（back mutation或reverse mutation）。第二十張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）基因突變的自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明在各種基因突變中，抗性突變最為常見。但在過去相當(dāng)長時間內(nèi)對這種抗性產(chǎn)生的原因爭論十分激烈。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，突變是通過適應(yīng)而發(fā)生

15、的，即各種抗性是由其環(huán)境（指其中所含的抵抗對象）誘發(fā)出來的，突變的原因和突變的性狀間是相對應(yīng)的，并認(rèn)為這就是“定向變異”，也有人稱它為“馴化”或“馴養(yǎng)”。另一種看法則認(rèn)為，基因突變是自發(fā)的，且與環(huán)境是不相對的。由于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等多種因素錯綜在一起，所以難以探究問題的實(shí)質(zhì)。從1943年起，經(jīng)過幾個嚴(yán)密而巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計，主要攻克了檢出在接觸抗性因子前已產(chǎn)生的自發(fā)突變株的難題，終于解決了這場紛爭。第二十一張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月變量試驗(yàn)又稱波動試驗(yàn)或彷徨試驗(yàn)。1943年，S. E. Luria 和M. Delbrck 根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，設(shè)計了左方的實(shí)驗(yàn)。

16、1. 變量試驗(yàn)fluctuation test第二十二張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.涂布試驗(yàn)原理與變量試驗(yàn)相同，方法更為簡便，且可計算突變率。第二十三張，PPT共二十八頁，創(chuàng)作于2022年6月涂布試驗(yàn)中突變率的計算初始接種量：5 104 個/皿培養(yǎng)5小時，繁殖了12.3代，每個微菌落約含5100個細(xì)菌這時，每個平皿上的細(xì)胞數(shù)為：5100 5 104 2.6 108個/皿在6個平板上，比接種時增加的細(xì)胞數(shù)為：6 （2.6 108 5 104）= 15.6 108在未涂布的平板上共發(fā)現(xiàn)28個突變，故突變率 = 28/15.6 108 = 1.8 108第二十四張，PPT共二十八頁，

17、創(chuàng)作于2022年6月3. 平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)（replica plating）1952年，J. Lederberg夫婦的論文平板影印培養(yǎng)法和細(xì)菌突變株的間接選擇，更好地證明了微生物的抗藥性是在未接觸藥物前自發(fā)地產(chǎn)生的，這一突變與相應(yīng)藥物環(huán)境毫不相干。平板影印培養(yǎng)法，是一種能達(dá)到在一系列培養(yǎng)皿的相同位置上出現(xiàn)相同遺傳型菌落的接種培養(yǎng)方法：把長有許多菌落的母種培養(yǎng)皿倒置于包有滅菌絲絨布的木質(zhì)圓柱印章上，使其沾上來自平板上的菌落。然后可把這一“印章”上的菌落一一接種到不同的選擇性培養(yǎng)基平板上。待這些平板培養(yǎng)后，對各平板相同位置上的菌落作對比后，就可選出適當(dāng)?shù)耐蛔冃途?。?jù)報道，用此法可把母平板上1020%量的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到絲絨布上，并可利用這一“印章”接種8個子培養(yǎng)皿。因此，通