第六章微生物的遗传与变异课件讲义.ppt

1、概述概述第一节第一节 微生物遗传的机制微生物遗传的机制 第二节第二节 微生物的变异微生物的变异第三节第三节 微生物的遗传与变异理论及微生物的遗传与变异理论及 实践意义实践意义 lIntroductionlMechanism of Microbial HereditylMicrobial VariationlTheories&Practical application of Microbial Heredity&Variationv性状性状基因基因 遗传遗传 变异变异v遗传遗传/变异变异 自身矛盾自身矛盾生物性状生物性状 相对稳定相对稳定 发展进化发展进化v微生物微生物生物生物 （特殊与一般）（

2、特殊与一般）转导转导致育因子致育因子 l Genotype and Phenotypel Heredity and Variation(Mutation)l Microorganisms and Organisms(special and common characteristics)l Transduction F factor一、遗传的物质基础：一、遗传的物质基础：性状性状基因基因染色体上能导致产生特染色体上能导致产生特定定肽链的一段肽链的一段DNADNADNADNA。二、基因的传递：二、基因的传递：基因位于染色体上基因位于染色体上 细菌细菌原核原核DNA DNA 真核真核核蛋白（组蛋白）

3、核蛋白（组蛋白）（一）（一）DNADNA的结构：的结构：DNA DNA 核苷酸单体核苷酸单体酸酸+碱基碱基A A（腺嘌呤）（腺嘌呤）T T（胸腺嘧啶）（胸腺嘧啶）C C（胞嘧啶）（胞嘧啶）G G（鸟嘌呤）（鸟嘌呤）两条核苷酸链两条核苷酸链 聚核苷酸（多）聚核苷酸（多）碱基在内碱基在内两链上碱基互补配对两链上碱基互补配对 A AT T（U U）G GC C 脱氧核糖、磷酸向外脱氧核糖、磷酸向外 氢键相连氢键相连lA.Material Basis of Genetics Gene-a length of DNA,which determines a specific peptide/protein

4、,on the chromosomelB.Flow of Genetic Information B1.Structure of Deoxyriboucleic Acid(DNA)(See next slide)Base base-pair double helix Structure of GeneStructure of Gene（二）（二）DNADNA的复制的复制 氢键断裂，两链分开各以核苷酸氢键断裂，两链分开各以核苷酸链为模板，按碱基配对原则，在链为模板，按碱基配对原则，在DNADNA聚聚合酶作用下，由一个合酶作用下，由一个DNADNA分子复制成两分子复制成两个结构相同的个结构相同的D

5、NADNA分子。复制的分子。复制的DNADNA分分子，各由一新旧链组成的双螺旋结构。子，各由一新旧链组成的双螺旋结构。lB2.Replication of DNAl DNA polymerase(DNA-pol)l Hemi-conservative replicationl replication forklB3.Gene&Genetic Expression DNA mRNA proteinTranscription Translation DNAReplication（三）基因与性状遗传（三）基因与性状遗传 碱基顺序碱基顺序基因（基因（DNADNA的片断）碱基顺序的片断）碱基顺序 基因基

6、因 氨基酸氨基酸 性状性状 性状的遗传性状的遗传 遗传信息的转达遗传信息的转达 即亲代基因的子代表现即亲代基因的子代表现 碱基顺序的转录过程（复制过程）碱基顺序的转录过程（复制过程）Figure.Reverse genetics.Top,gene structure of FASCIATA 1 with exons in blue and introns in yellow.Red denotes a bacterial T-DNA that has inserted into the gene.Bottom,mutants lacking the wild-type FAS1 gene ha

7、ve altered development.（一）转录（一）转录 mRNA聚合酶聚合酶 DNA mRNA 通过转录，DNA的碱基序列按互补配对的原则转变成RNA分子中的相应碱基序列。然后，再以mRNA为模板，按照其碱基(A、G、C、U)的排列顺序，以三个相邻碱基序列为一种氨基酸的密码子形式，来决定蛋白质合成时氨基酸的序列。这一过程称为翻译(translation)。TranslationlRetro-transcription of RNA viruses:RNA DNA mRNA Peptide一、常见的微生物变异现象一、常见的微生物变异现象（一）形态上的变异（一）形态上的变异 青霉素青霉

8、素 使正常变多形使正常变多形（二）结构上（抗原性）的变异：（二）结构上（抗原性）的变异：荚膜：（炭疽、肺炎球菌、荚膜抗原消失，致病性荚膜：（炭疽、肺炎球菌、荚膜抗原消失，致病性改变）改变）鞭毛：鞭毛：H HOhne hauchOhne hauch 膜膜 无膜无膜 鞭毛鞭毛 无鞭毛无鞭毛 鞭毛抗原鞭毛抗原 菌体抗原菌体抗原 芽胞：成芽胞菌芽胞：成芽胞菌无芽胞菌无芽胞菌（三）毒力上的改变（三）毒力上的改变 长期非最佳温度，非易感动物长期非最佳温度，非易感动物Mutations are inheritable changes in the base sequence of nucleic acid-

9、the genetic material.An organism with these changes is called a mutant.Genetic recombination is the process where genes from two genomes are combined together.A mutant will be different from its parent,its genotype or genetic makeup has been altered.A six-legged green frog.Property Accessor/Mutatorl

10、A.Morphological Variationl e.g.penicillin can induce this changelB.Structural Variationl Capsulel Outer-membranel Flagellal SporelC.Virulence Variation（四）代谢上的变异（四）代谢上的变异1 1营养缺陷型的变异：营养缺陷型的变异：能全面合成氨基酸能全面合成氨基酸不能合成某一氨基酸不能合成某一氨基酸可作为研究遗传的一个良好机会可作为研究遗传的一个良好机会2 2抗药性变异抗药性变异竞争竞争改变代谢途径改变代谢途径（五）菌落变异：（五）菌落变异：细菌从

11、细菌从S SR R 病毒的蚀斑大小病毒的蚀斑大小lD.Metabolic VariationlD1.lD2.Drug resistance l D2.1 competitionl D2.2 alternation in metabolic pathwaylE.Colonial VariationlBacteria:smooth rough(S-R variation)lViruses:size of plaque 微生物变异的机制微生物变异的机制 一非遗传性变异：一非遗传性变异：由于外界环境不同而引起，基因无改变由于外界环境不同而引起，基因无改变 炭疽杆菌炭疽杆菌 R SR S 普通琼脂普通琼

12、脂 厌氧、富含血清或血液培养基厌氧、富含血清或血液培养基二遗传性变异：由于基因发生了改变、引起了二遗传性变异：由于基因发生了改变、引起了相应的性状改变，从而发生可遗传性变异即突变。相应的性状改变，从而发生可遗传性变异即突变。（一）基因突变（一）基因突变 1.1.自发突变自发突变 由于细菌个体基因内部结构由于细菌个体基因内部结构发生了细微变化。发生了细微变化。自然界经常发生自然界经常发生 10104 410109 9（十亿）（十亿）2.2.诱发变异诱发变异 指在细菌的环境中加入理化指在细菌的环境中加入理化因素而诱导细菌发生突变。因素而诱导细菌发生突变。突变的原因在于碱基的增加、缺失、变位、突变的

13、原因在于碱基的增加、缺失、变位、重组。重组。lA.Non-genetic Variationl caused by circumstancesl e.g.Bacillus anthracis:S-R variationlB.Genetic Variation lcaused by changes in genes,so it is hereditary.lB1.Gene MutationlB1.1 Spontaneous mutation lB1.2 Induced mutationNon-genetic Variation caused by circumstancesSpontaneous

14、 mutationInduced mutation （二）基因重组二）基因重组 可见于无性繁殖或有性繁殖。可见于无性繁殖或有性繁殖。1.1.转化：外来细菌转化：外来细菌DNADNA的插入。的插入。2.2.转导：病毒（噬菌体）转导：病毒（噬菌体）DNADNA的插入。的插入。简单插入简单插入 全部插入全部插入 单交换单交换 加缺失插入加缺失插入 部分插入部分插入 双交换双交换 这种以噬菌体为媒介，使细菌的遗传物质这种以噬菌体为媒介，使细菌的遗传物质从一个细菌转移到另一个细菌的过程称为从一个细菌转移到另一个细菌的过程称为 转转导，该噬菌体称转导噬菌体。导，该噬菌体称转导噬菌体。lB2.Genetic

15、 Recombinationl (Seen in sexual or asexual multiplication).lB2.1 Transformationl Insertion of foreign bacterial DNA.lB2.2 Transduction l Insertion of viral(phage)DNA.l General transduction,Restricted transductionGenetic RecombinationTransformationTransduction3.3.接合：接合：有性遗传有性遗传 霉菌：两性孢子结合，甚因重组。霉菌：两性孢子

16、结合，甚因重组。细菌：雄性菌（细菌：雄性菌（F F+）将一段）将一段DNADNA转移给雌性菌转移给雌性菌（F F）。可位于染色体外）。可位于染色体外质粒质粒 致育因子致育因子 也可为细菌染色体的一部分（高也可为细菌染色体的一部分（高频重组细菌、大肠杆菌）频重组细菌、大肠杆菌）除致育因子外还有一些除致育因子外还有一些DNADNA片断和受精因子片断和受精因子结合导致细菌的抗药性遗传。结合导致细菌的抗药性遗传。（抗药性因子）（抗药性因子）受精子因子、抗药性可致移因子受精子因子、抗药性可致移因子 染色体外的染色体外的DNA DNA 质粒（游离基因）质粒（游离基因）4.4.误译：误译：uB2.3 Con

17、jugationuSexual,hereditaryuMoulds:spore combinationuBacteria:by means of F,R and Col plasmidsuResistance factoruResistance transfer factoruB2.4 Mistaken translation一、基因图谱与遗传工程一、基因图谱与遗传工程 把表示不同性状的各个基因在染色体上的位把表示不同性状的各个基因在染色体上的位置用图示的方法表示出来即置用图示的方法表示出来即。人为地改变染色体上基因位置的方法称基因人为地改变染色体上基因位置的方法称基因工程。工程。人胰岛素制造

18、基因人胰岛素制造基因+大肠杆菌大肠杆菌DNADNA。连接酶连接酶 内切酶内切酶 制造胰岛素的大肠杆菌。制造胰岛素的大肠杆菌。二二 、人工获得变异品系的方法、人工获得变异品系的方法 （一）筛选（一）筛选从自然变异中挑选出所从自然变异中挑选出所需要的变异株。需要的变异株。黄绿色强荧光黄绿色强荧光强毒出败巴氏杆菌。强毒出败巴氏杆菌。无色（伊红美兰培养基）不发酵大肠杆无色（伊红美兰培养基）不发酵大肠杆菌。菌。物理物理紫外线、同位素、激素、高温。紫外线、同位素、激素、高温。lA.Genomic Mapping&Genetic EngineeringlGenomic Mappingmethod of lo

19、cating genes that decide different phenotypes on the chromosome by means of a diagram.A:STS map indicating which cosmids were used in the experiment.STSs are represented as vertical ticks separated by an arbitrary distance.The relative orientation of the contigs was unknown.B:Images of representativ

20、e hybridizations of pairs of cosmids.Bar indicates 10 microns,i.e.20 kb.C:Final map.Affymetrix GeneChip analysis of TRPM8 expression in different cell lines.PMQ values of TRPM8 mRNA expression in 30 cell lines dived from six different tissues including prostate,bladder,colon,mammary gland,lung and p

21、ancreas.Genetic Engineeringmethods of artificially change the position of genes on the chromosome e.g.insulin gene ligase insulin gene in E.coli +restriction nuclease E.coli genome（二）人工诱变二）人工诱变 化学化学5-5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶 生物生物多代人工培养、非易感动物多代人工培养、非易感动物 化学诱变的原理化学诱变的原理 1 1改变碱基配对顺序：改变碱基配对顺序：5 5溴尿嘧啶溴尿嘧啶 T TA A A T G

22、 A T G 甲硫氨酸甲硫氨酸 替代（替代（5-Ubr5-Ubr r r）U UbrbrA A 复制复制 A C G A C G 苏氨酸苏氨酸 UbrUbrG G 转录转录 C CG G lB.How to Acquire Artificially Variants?lB1.Screeningl-needed isolates selected from natural variantslB2.Artificial Inductionl-chemical methodsl-biological methodslB3.Hybrid BreedinglB4.Genetic Engineering2

23、 2改变碱基结构：改变碱基结构：腺嘌呤（腺嘌呤（A A）次黄膘岭（次黄膘岭（H H）胞嘧啶（胞嘧啶（C C）脲嘧啶（脲嘧啶（V V）（三）杂交育种（三）杂交育种（四）基因工程（四）基因工程Theory of Chemical Mutation 1)Change in Base-pair：2).Change in base structure Subsequent mutation on one strand of a helix to maintain structure following initial mutation of a complementary base.遗传信息遗传信息DN

24、ADNA、RNARNA核苷酸核苷酸 现代遗传变异的研究现代遗传变异的研究 生物学遗传变异生物学遗传变异从微生物突破从微生物突破再利用于生再利用于生物变异物变异 认识核苷酸的碱基结构以来，有关基因工程从两方认识核苷酸的碱基结构以来，有关基因工程从两方面作工作，人为地改变染色体上基因位置面作工作，人为地改变染色体上基因位置基因工程基因工程 1 1分离出天然基因加入现有生物体的染色体中分离出天然基因加入现有生物体的染色体中 2 2利用诱变、增加变异率利用诱变、增加变异率 工业上高产、医学上低毒、良好抗原性、农业上高工业上高产、医学上低毒、良好抗原性、农业上高产或含特殊成分。产或含特殊成分。Thanks!制作人：李新生制作人：李新生