微生物的遺傳與變異市公開課一等獎(jiǎng)省課獲獎(jiǎng)?wù)n件

微生物遺傳與變異第1頁微生物遺傳與變異第2頁（一）轉(zhuǎn)化試驗(yàn)①將無毒性R型活細(xì)胞注射到小鼠體內(nèi)，成果小鼠不死亡；②將有毒性S型活細(xì)胞注射到小鼠體內(nèi)，成果小鼠患敗血癥死亡；③將加熱殺死S型細(xì)菌注射到小鼠體內(nèi)，成果小鼠不死亡；④將無毒性R型活細(xì)菌與加熱殺死后S型細(xì)菌混合后，注射到小鼠體內(nèi)，成果小鼠患敗血癥死亡。一、證明遺傳變異物質(zhì)基礎(chǔ)三個(gè)典型試驗(yàn)第3頁第4頁（二）噬菌體感染試驗(yàn)在噬菌體感染過程中，其蛋白質(zhì)外殼主線未進(jìn)入宿主細(xì)胞，進(jìn)入宿主細(xì)胞只有噬菌體DNA，尚因釋放出子代噬菌體粒子具有同親代同樣蛋白質(zhì)外殼，故能夠肯定，僅只有DNA攜帶有所有遺傳信息。第5頁（三）植物病毒重建試驗(yàn)

病毒蛋白質(zhì)取決于對(duì)應(yīng)RNA。為此證明該病毒遺傳物質(zhì)為RNA，蛋白質(zhì)外殼對(duì)其僅起保護(hù)作用。第6頁遺傳與變異遺傳性：生物可通過無性繁殖或有性繁殖方式繁衍后裔，并使子代與親代相同。變異性：生物子代與親代，以及子代不一樣個(gè)體之間在性狀上又存在某些差異。第7頁

由于細(xì)菌個(gè)體微小、遺傳物質(zhì)較為簡單，易于人工培養(yǎng)，繁殖速度快，突變型容易識(shí)別和檢出。因此，細(xì)菌始終被用做碩士物遺傳與變異規(guī)律試驗(yàn)材料。第8頁第一節(jié)微生物遺傳和變異物質(zhì)基礎(chǔ)第9頁基因與基因組基因：是合成一種有功能多肽鏈或RNA分子所必需一段完整DNA序列；基因組：是指存在于生物體遺傳物質(zhì)中所有基因總稱。第10頁一、微生物主要遺傳物質(zhì)（一）病毒核酸除朊病毒沒有遺傳物質(zhì)外，所有病毒遺傳物質(zhì)都是DNA或RNA。第11頁（二）原核細(xì)胞型微生物染色體

原核細(xì)胞型微生物遺傳物質(zhì)包括染色體和質(zhì)粒。

1、染色體為一段共價(jià)閉合環(huán)狀雙鏈DNA：在細(xì)胞中緊密纏繞成較致密不規(guī)則小體，稱為擬核一、微生物主要遺傳物質(zhì)第12頁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；其他用作復(fù)制起點(diǎn)、啟動(dòng)子、終止子和某些由調(diào)整蛋白識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)等信號(hào)序列。除了個(gè)別細(xì)菌(鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌)和古生菌rRNA和tRNA中也發(fā)覺有內(nèi)含子或間隔序列外，原核微生物一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)而不是中斷。第13頁（三）真核細(xì)胞型微生物染色體1）真核細(xì)胞型微生物與高等動(dòng)植物同樣，具有完整細(xì)胞核構(gòu)造2）遺傳物質(zhì)以染色體形式存在，其化學(xué)組成是線狀雙鏈DNA分子和蛋白質(zhì)；3）基因是不連續(xù)，構(gòu)造基因內(nèi)部存在許多不編碼蛋白質(zhì)間隔序列，稱為內(nèi)含子，編碼區(qū)則稱為外顯子。5）一般具有多種染色體，并且每條染色體中具有許多復(fù)制起點(diǎn)，可同步進(jìn)行復(fù)制。一、微生物主要遺傳物質(zhì)第14頁二、質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子染色體第15頁質(zhì)粒（plasmid）：是一種染色體外DNA遺傳物質(zhì)，呈雙鏈、超螺旋、閉環(huán)狀，能進(jìn)行自主復(fù)制，主要存在于多種微生物細(xì)胞中。（一）質(zhì)粒第16頁（一）質(zhì)?；咎匦裕?、絕大多是質(zhì)粒是共價(jià)閉合環(huán)狀雙鏈DNA；2、質(zhì)粒可獨(dú)立于宿主染色體外自主復(fù)制；3、質(zhì)粒基因常賦予宿主細(xì)胞某些特性，如合成抗生素、細(xì)菌素等；4、質(zhì)粒能從宿主細(xì)胞自發(fā)消除，其所攜帶基因非細(xì)胞生存所必需，除去質(zhì)粒后，細(xì)胞可仍然存活5、質(zhì)?？赏ㄟ^接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)等方式在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移；6、細(xì)菌具有相容性或不相容性：兩類不一樣類型質(zhì)粒，能/不能穩(wěn)定地共存于一種細(xì)胞內(nèi)。第17頁常見質(zhì)粒類型F質(zhì)粒/致育因子R質(zhì)粒/耐藥質(zhì)粒/抗性因子Col質(zhì)粒代謝質(zhì)粒/降解質(zhì)粒第18頁1、F質(zhì)粒/致育因子

具有編碼性菌毛能力，可在染色體外游離存在，或整合入宿主菌染色體,成為染色體一部分。攜帶F質(zhì)粒菌株稱為F+菌株（相稱于雄性），無F質(zhì)粒菌株稱為F-菌株（相稱于雌性）第19頁2、R質(zhì)粒/耐藥質(zhì)粒R質(zhì)粒在細(xì)菌間傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性主要原因之一。接合型耐藥質(zhì)粒：由耐藥轉(zhuǎn)移因子（RTF，類似于F質(zhì)粒，具有致育性）和耐藥決定子（決定該菌株耐藥性)組成。非接合型耐藥質(zhì)粒：只有耐藥決定子，只有耐藥性，不能接合轉(zhuǎn)移。第20頁R因子構(gòu)造組成第21頁3、Col質(zhì)粒大腸桿菌產(chǎn)生細(xì)菌素為大腸桿菌素，而產(chǎn)生這種細(xì)菌素質(zhì)粒被稱為Col質(zhì)粒。第22頁質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而使某種類型大腸桿菌菌株對(duì)本身產(chǎn)生大腸桿菌有免疫力，但對(duì)其他類型大腸桿菌仍是敏感。第23頁4、代謝質(zhì)粒/降解質(zhì)粒具有此類質(zhì)粒細(xì)菌，能將復(fù)雜有機(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用簡單形式，環(huán)境保護(hù)方面具有主要意義。如假單胞菌：具有降解某些有毒化合物，如苯、辛烷和樟腦等能力。第24頁轉(zhuǎn)座因子：是一種DNA片段，可在質(zhì)粒與質(zhì)粒之間或質(zhì)粒與染色體之間隨機(jī)轉(zhuǎn)移，故又稱為“跳躍基因”。轉(zhuǎn)座子不能自我復(fù)制。轉(zhuǎn)座與轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座子質(zhì)粒第25頁轉(zhuǎn)座與轉(zhuǎn)座因子

轉(zhuǎn)座：是指轉(zhuǎn)座因子從染色體一種位置轉(zhuǎn)移到另一位置，或者在質(zhì)粒與染色體之間轉(zhuǎn)移過程，即轉(zhuǎn)座因子變化其在DNA分子上位置過程。由于轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座行為，將使DNA分子發(fā)生插入突變和廣泛基因重排，在促使生物變異及進(jìn)化上具有重大意義。第26頁●保守型轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)座子插入到DNA上新位點(diǎn)，首先交錯(cuò)切開靶DNA，再將轉(zhuǎn)座子連接到靶DNA凸出單鏈上，最后彌補(bǔ)空缺完成轉(zhuǎn)座。轉(zhuǎn)座機(jī)制第27頁轉(zhuǎn)座機(jī)制●復(fù)制型轉(zhuǎn)座①在轉(zhuǎn)座子和靶位點(diǎn)兩端分別交錯(cuò)切割產(chǎn)生切口;②形成一種交換構(gòu)造；③產(chǎn)生一種包括兩個(gè)正向反復(fù)轉(zhuǎn)座子拷貝復(fù)合物，稱為共合體；第28頁④在解離酶作用下進(jìn)行，釋放兩個(gè)復(fù)制子。轉(zhuǎn)座機(jī)制第29頁轉(zhuǎn)座遺傳學(xué)效應(yīng)1、引發(fā)插入突變：插入在宿主染色體某一構(gòu)造基因內(nèi)，造成該基因功能喪失。2、產(chǎn)生新基因,引發(fā)生物進(jìn)化：如插入抗藥性基因3、產(chǎn)生染色體畸變4、基因移動(dòng)和重排5、轉(zhuǎn)座因子能夠從插入位置上消失，可造成回復(fù)突變。第30頁第二節(jié)噬菌體及其對(duì)細(xì)菌遺傳性影響第31頁噬菌體是感染細(xì)菌、螺旋體或真菌等微生物病毒，由于噬菌體能引發(fā)宿主菌裂解，故稱為噬菌體。蝌蚪形、球形、桿狀第32頁噬菌體特性只有一種核酸類型，DNA或RNA；能通過細(xì)菌濾器；必須在活宿主細(xì)胞內(nèi)才能生長、增殖；宿主細(xì)胞是細(xì)菌等微生物細(xì)胞，且具有嚴(yán)格宿主特異性。第33頁噬菌體構(gòu)造頭部關(guān)鍵：DNA或RNA衣殼：蛋白質(zhì)尾部蛋白質(zhì)與吸附宿主有關(guān)第34頁噬菌體與宿主菌關(guān)系烈性/毒性噬菌體：在宿主菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最后使宿主菌細(xì)胞裂解；溫和噬菌體/溶原性噬菌體：感染宿主菌后不立即增殖，而是將其核酸整合到宿主菌核酸中，隨宿主菌核酸復(fù)制而復(fù)制，并隨細(xì)菌分裂而傳代。第35頁噬菌體復(fù)制毒性噬菌體第36頁吸附；穿入；生物合成；成熟與釋放毒性噬菌體第37頁噬菌體感染細(xì)菌成果溶菌周期毒性噬菌體溶原周期前噬菌體溶原性細(xì)菌

溫和噬菌體第38頁噬菌體應(yīng)用用于細(xì)菌判定和分型：噬菌體溶菌具有高度特異性；耐藥性細(xì)菌感染治療作為分子生物學(xué)研究工具：構(gòu)造簡單、基因數(shù)少，易取得大量突變體；遺傳工程：作為載體將需要轉(zhuǎn)移基因帶入菌細(xì)胞第39頁第三節(jié)微生物變異常見類型第40頁1、高產(chǎn)突變株：經(jīng)不停自然選育或人工誘變處理，選出高突變株，如青霉素產(chǎn)生菌通過誘變，產(chǎn)量提升；2、抗性突變株：基因突變使菌株對(duì)噬菌體或藥品，尤其是抗生素，產(chǎn)生抗性。第41頁3、條件致死突變型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)突變型。以溫度敏感突變株為例，某些腸道菌在高溫下（如42℃）是致死，但能夠在低溫（如25-30℃）卻能夠生長。4、營養(yǎng)缺陷型突變株一種缺乏合成其生存所必須營養(yǎng)物(包括氨基酸、維生素、堿基等)突變型,只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中取得這些營養(yǎng)或才能生長.第42頁5、毒力變異株長期培養(yǎng)于加有特殊化學(xué)成份培養(yǎng)基或長期通過不一樣動(dòng)物傳代，其毒力能夠減少，可用于弱毒活疫苗制備。如卡介苗（結(jié)核分枝桿菌在特殊培養(yǎng)基）、狂犬疫苗（病毒注射到兔腦中）制備。第43頁第四節(jié)微生物變異機(jī)制及其修復(fù)第44頁一、基因突變突變：是指生物體遺傳物質(zhì)核苷酸序列發(fā)生了穩(wěn)定而可遺傳變化?；蛲蛔儯菏侵敢环N基因內(nèi)部由于一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基置換、缺失或插入而引發(fā)突變，其包括變化范圍很小，因此又叫做點(diǎn)突變；染色體畸變：是指大段染色體缺失、反復(fù)、易位和倒位。第45頁二、基因轉(zhuǎn)移和重組●轉(zhuǎn)化●接合●

轉(zhuǎn)導(dǎo)●

噬菌體轉(zhuǎn)變●原生質(zhì)體融合●

重組第46頁受體菌從周圍環(huán)境中直接攝取供體菌游離DNA片段，并整合入受體菌基因組中，從而取得供體菌部分遺傳性狀過程。

被轉(zhuǎn)化DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子。

轉(zhuǎn)化第47頁有莢膜活菌？第48頁

活無莢膜肺炎鏈球菌從死有莢膜肺炎鏈球菌中取得莢膜（毒力決定因子）編碼基因，即為轉(zhuǎn)化第49頁接合：供體菌通過性菌毛與受體菌直接接觸，并將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）轉(zhuǎn)移給受體菌，使受體菌取得新遺傳性狀。接合第50頁質(zhì)粒質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移示意圖染色體性菌毛受體菌供體菌第51頁F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipient第52頁以噬菌體為媒介，將供體菌DNA片段（染色體DNA、非接合性質(zhì)粒DNA）轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，通過基因重組而使受體菌取得新遺傳性狀。轉(zhuǎn)導(dǎo)第53頁1、普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)

前噬菌體從染色體上脫離進(jìn)行增殖，裝配成新子代噬菌體。大約在105～107次裝配中發(fā)生一次錯(cuò)誤，誤將大小合適供體菌DNA片段裝入噬菌體頭部，成為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體/“假噬菌體”。

轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體供體菌第54頁當(dāng)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體再度感染受體菌時(shí)，將供體菌DNA帶入受體菌內(nèi)。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)、不足轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體受體菌供體菌DNA第55頁完全轉(zhuǎn)導(dǎo)和流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)模式圖第56頁2、局限轉(zhuǎn)導(dǎo)溶原期時(shí)，噬菌體DNA整合在細(xì)菌染色體特定部位，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將本身一段DNA留在細(xì)菌染色體上，而帶走了細(xì)菌DNA上兩側(cè)基因。當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并整合到受體菌中，使受體菌取得供體菌某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導(dǎo)只限于