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一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一遺傳（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(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過生長(zhǎng)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章微生物的遺傳第二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點(diǎn)：表現(xiàn)為全部個(gè)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。第三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一表型飾變：Productionofaredpigment(prodigiosin)bySerratiamarcescens.

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

第四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一遺傳型變異（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）第五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一微生物在遺傳學(xué)研究中擔(dān)當(dāng)重要角色：

微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，營(yíng)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(zhǎng)繁殖。

對(duì)環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強(qiáng)。生長(zhǎng)周期、孟德爾第六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(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)與思考第七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(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(shí)驗(yàn)(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）第八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、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(xì)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)化因子第九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)Avery在四十年代以更精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)重復(fù)了以上實(shí)驗(yàn)第十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、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(shí)DNA是遺傳物質(zhì)，這是20世紀(jì)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(gè)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(jiǎng)，闡述DNA生物合成機(jī)理的科學(xué)家獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，發(fā)明DNA復(fù)制技術(shù)的科學(xué)家也獲得了諾貝爾獎(jiǎng)?？墒?，DNA的發(fā)現(xiàn)者或確定者始終沒有被授予諾貝爾獎(jiǎng)。Avery完成這項(xiàng)驚世之作時(shí)已經(jīng)67歲,當(dāng)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)認(rèn)識(shí)到他的發(fā)現(xiàn)偉大之時(shí)，他已經(jīng)謝世了。第十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)2、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)(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(jìn)行以下實(shí)驗(yàn):第十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)T2噬菌體感染實(shí)驗(yàn)（1952年）第十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(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(shí)驗(yàn)(H.Fraenkel-Conrat1956年)

材料:

煙草花葉病毒(tobaccomosaicvirusTMV)

霍氏車前花葉病毒(HolmesribgrassvirusHRV)第十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)二、RNA作為遺傳物質(zhì)第十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(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(dòng)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(jí)結(jié)構(gòu)并沒有改變。第十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(jié)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考第十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一人的庫(kù)魯病(kuru)、克雅氏病(CreutzfeldtJakobdisease,CJD)等羊搔癢癥(scrapie)牛海綿狀腦病(spongiformencephalopathy)第十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一引起人與動(dòng)物的致死性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病第十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一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(jiǎng)第二十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(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(gè)特例？還是僅僅為表達(dá)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)第二十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、概念基因組（genome）：一個(gè)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(xì)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(shí)為雙倍體第二十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃（HumanGenomeProject）1985年提出；

1990年正式開始實(shí)施；

2001年2月，測(cè)序工作完成；后基因組時(shí)代（PostgenomeEra）第二十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計(jì)劃微生物基因組測(cè)序工作是在人類基因組計(jì)劃的促進(jìn)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。第二十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(jié)微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、微生物與人類基因組計(jì)劃被選擇進(jìn)行全基因組測(cè)序的微生物：1、人類基因組計(jì)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(duì)闡明生物學(xué)基本問題有價(jià)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(jìn)化關(guān)系。第二十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(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(diǎn)1、原核生物（細(xì)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）；第二十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(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(diǎn)1、原核生物（細(xì)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(diǎn)、啟動(dòng)子、終止子和一些由調(diào)節(jié)蛋白識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn)等信號(hào)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(gè)重要特點(diǎn)就是含有內(nèi)含子第二十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(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(diǎn)1、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組第二十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(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(diǎn)1、原核生物（細(xì)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(gè)基因前后相連，再加上一個(gè)共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點(diǎn)（啟動(dòng)子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作。操縱子（operon）：功能相關(guān)的幾個(gè)基因前后相連，再加上一個(gè)共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點(diǎn)（啟動(dòng)子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作。第二十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(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(diǎn)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；第三十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三節(jié)質(zhì)粒質(zhì)粒（plasmid）：一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)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(xì)胞中。質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子是細(xì)胞中除染色體以外的另外兩類遺傳因子第三十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三節(jié)質(zhì)粒一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalentlyclosedcircle，簡(jiǎn)稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)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；第三十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三節(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(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；第三十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、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(dāng)于雄性），無F質(zhì)粒的菌株稱為F-菌株（相當(dāng)于雌性）。第三節(jié)質(zhì)粒第三十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、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(xì)胞中.有關(guān)內(nèi)容在講細(xì)菌的接合作用（conjugation）時(shí)具體介紹第三節(jié)質(zhì)粒第三十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一2、抗性因子（Resistancefactor，R因子）主要包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡(jiǎn)稱R質(zhì)粒。R100質(zhì)粒(89kb)可使宿主對(duì)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(fù)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(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。第三節(jié)質(zhì)粒二、質(zhì)粒的主要類型第三十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一3、產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocinproductionplasmid）第三節(jié)質(zhì)粒二、質(zhì)粒的主要類型第三十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一4、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(duì)宿主（動(dòng)物、植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動(dòng)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)粒的主要類型第三十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一5、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(jìn)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(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡(jiǎn)單形式，環(huán)境保護(hù)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)粒的主要類型第三十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一6、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(cè)細(xì)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)粒的主要類型第四十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第四節(jié)基因突變及修復(fù)一個(gè)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(dòng)生物進(jìn)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(cuò)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(duì)生物體的DNA進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生?；蛲蛔儶M義：點(diǎn)突變廣義：基因突變和染色體畸變第四十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第四節(jié)基因突變及修復(fù)基因突變：第四十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一1、特點(diǎn)1）自發(fā)性2）非對(duì)應(yīng)性3）稀有性4）獨(dú)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(diǎn)第四十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一如何證明基因突變的自發(fā)性和非對(duì)應(yīng)性？三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)一、基因突變的特點(diǎn)2、實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)關(guān)系。第四十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一變量實(shí)驗(yàn)（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）

實(shí)驗(yàn)要點(diǎn):1,甲乙兩試管各裝10mL對(duì)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(shí).(每管0.2毫升)

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

對(duì)乙管,分別取0.2毫升,也涂布在50個(gè)同樣的平板上.4,因?yàn)槊總€(gè)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(shí)驗(yàn)所涂的平板,和乙管實(shí)驗(yàn)所涂的平板,抗性菌落的數(shù)量應(yīng)該沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異.第四十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一變量實(shí)驗(yàn)（fluctuationanalysis）SalvadorLuriaandMaxDelbruck（1943）第四十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一Newcombe的涂布實(shí)驗(yàn)（1949）第四十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第四節(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四十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、常見的微生物突變類型1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）一種缺乏合成其生存所必須的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長(zhǎng)。營(yíng)養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標(biāo)記和育種的重要手段表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長(zhǎng)第四節(jié)基因突變及修復(fù)第四十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、常見的微生物突變類型1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長(zhǎng)負(fù)選擇標(biāo)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)第五十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一1）營(yíng)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(yíng)養(yǎng)缺陷突變的原始菌株。野生型營(yíng)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(yíng)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(yíng)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五十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一營(yíng)養(yǎng)缺陷型的表示方法：1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）基因型：所需營(yíng)養(yǎng)物的前三個(gè)英文小寫斜體字母表示：his（組氨酸缺陷型）在具體使用時(shí)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五十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一2）抗藥性突變型（resistantmutant）基因突變使菌株對(duì)某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點(diǎn)：正選擇標(biāo)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(zhǎng)。所以很容易分離得到。）表示方法：所抗藥物的前三個(gè)小寫斜體英文字母加上“r”表示strr和strs分別表示對(duì)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五十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一3）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?cè)诟邷叵拢ㄈ?2℃）是致死的，但可以在低溫（如25-30℃）下得到這種突變。特點(diǎn)：負(fù)選擇標(biāo)記這類突變型常被用來分離生長(zhǎng)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五十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一4）形態(tài)突變型（morphologicalmutant）造成形態(tài)改變的突變型特點(diǎn)：非選擇性突變突變株和野生型菌株均可生長(zhǎng)，但可從形態(tài)特征上進(jìn)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五十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一5）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五十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、誘變劑與致癌物質(zhì)——Ames試驗(yàn)a）利用各種誘變劑獲得各類遺傳突變，進(jìn)行誘變育種；c）危害人類自身的健康b）對(duì)有害微生物進(jìn)行控制；很多種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機(jī)制導(dǎo)致DNA的突變第四節(jié)基因突變及修復(fù)第五十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一“生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則：人和細(xì)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(huì)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。第五十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一誘變劑的共性原則：化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比

超過95%的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用90%以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒有誘變作用第五十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一回復(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(guó)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(yàn)具體操作：檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphmurium)組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率第六十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一Ames試驗(yàn)第六十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一由于生物體內(nèi)、體外可能存在的差異，可在體外加入哺乳動(dòng)物（如大鼠）微粒體酶系統(tǒng)，使待測(cè)物活化，使Ames試驗(yàn)的準(zhǔn)確率達(dá)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(yàn)第六十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第六十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一證明Ames試驗(yàn)重要性的應(yīng)用實(shí)例：國(guó)外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)?！?，由于其藥效顯著，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(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強(qiáng)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(jìn)行Ames試驗(yàn)檢測(cè)，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免。第六十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第五節(jié)細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移和重組細(xì)菌的三種水平基因轉(zhuǎn)移形式接合轉(zhuǎn)導(dǎo)自然轉(zhuǎn)化第六十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一一、細(xì)菌的接合作用(conjugation)通過細(xì)胞與細(xì)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(shí)驗(yàn)證據(jù)1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm細(xì)菌的多重營(yíng)養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)第六十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一證實(shí)接合過程需要細(xì)胞間的直接接觸的“U”型管實(shí)驗(yàn)（BernardDavis，1950）第六十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.機(jī)制(大腸桿菌的接合機(jī)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(xì)菌組DNA的2%,94.5kb，上面有編碼細(xì)菌產(chǎn)生性菌毛（sexpili）及控制接合過程進(jìn)行的20多個(gè)基因。含有F因子的細(xì)胞：“雄性”菌株（F+），其細(xì)胞表面有性菌毛

不含F(xiàn)因子的細(xì)胞：“雌性”菌株（F-），細(xì)胞表面沒有性菌毛第六十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.機(jī)制第六十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一F因子為附加體質(zhì)粒既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插入（整合）到染色體上第七十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一F因子的四種細(xì)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(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細(xì)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(shí)，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(xì)胞表面同樣有性菌毛。第七十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一1）F+×F-雜交雜交的結(jié)果：給體細(xì)胞和受體細(xì)胞均成為F+細(xì)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(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細(xì)胞的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。第七十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一2）Hfr×F-雜交第七十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一2）Hfr×F-雜交Hfr菌株仍然保持著F+細(xì)胞的特征，具有F性菌毛，能夠與F-細(xì)胞進(jìn)行接合。所不同的是，細(xì)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(xì)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(xì)胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞(或接合子)大多數(shù)仍然是F-。第七十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一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(xì)菌染色體傳遞給F-細(xì)胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株。2）Hfr×F-雜交第七十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)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(xì)胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細(xì)胞（或稱接合子）大多數(shù)仍然是F-。第七十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一3）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(shí)，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(xì)胞;第七十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一3）F’×F-雜交第七十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一第七十九頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）由噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式：一個(gè)細(xì)胞的DNA通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中能將一個(gè)細(xì)菌宿主的部分染色體或質(zhì)粒DNA帶到另一個(gè)細(xì)菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的二種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)第八十頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一1、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(shí)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(yíng)養(yǎng)缺陷型的鼠傷寒沙門氏菌進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)：用“U”型管進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在給體和受體細(xì)胞不接觸的情況下，同樣出現(xiàn)原養(yǎng)型細(xì)菌！第八十一頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一沙門氏菌LT22A是攜帶P22噬菌體的溶源性細(xì)菌另一株是非溶源性細(xì)菌一個(gè)表面看起來的常規(guī)研究卻導(dǎo)致一個(gè)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)）第八十二頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一(2)轉(zhuǎn)導(dǎo)模型第八十三頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一噬菌體的DNA包裝酶也能識(shí)別染色體DNA上類似的位點(diǎn)并進(jìn)行切割，并把染色體DNA片段包裝進(jìn)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(cuò)裝”機(jī)率一般僅約10-6-10-8第八十四頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一形成轉(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(shí)別宿主DNA的包裝機(jī)制并在宿主基因組完全降解以前進(jìn)行包裝。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本要求：第八十五頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：進(jìn)入受體的外源DNA通過與細(xì)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(jìn)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(dá)。特點(diǎn)：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(gè)細(xì)胞含有DNA，而其它細(xì)胞只能得到其基因產(chǎn)物，形成微小菌落。第八十六頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溫和噬菌體感染整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，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)移到受體菌中第八十七頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溫和噬菌體λ裂解時(shí)的不正常切割：包含gal或bio基因缺陷噬菌體在宿主細(xì)胞內(nèi)能夠象正常的λDNA分子一樣進(jìn)行復(fù)制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。第八十八頁(yè)，共九十六頁(yè)，編輯于2023年，星期一局限性轉(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