基因突变与原核生物的质粒ppt课件

1、原核生物的质粒原核生物的质粒定义：是一类小型闭合环状核外双螺旋定义：是一类小型闭合环状核外双螺旋DNADNA分子，能独立于细胞核分子，能独立于细胞核进展自主复制。进展自主复制。大小：约为大小：约为21002100106Dalton106Dalton，上面携带有数个到数十个甚至上百，上面携带有数个到数十个甚至上百个基因。个基因。性质：性质：可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在游离态，也可可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在游离态，也可以经过交换掺入染色体上，以附加体以经过交换掺入染色体上，以附加体episomeepisome的方式存在；的方式存在；质粒是一种复制子质粒是一种复制子replic

2、onreplicon，根据自我复制才干的不同，根据自我复制才干的不同，可把质粒复制的控制方式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒可把质粒复制的控制方式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒的复制受细胞核控制，与染色体的复制受细胞核控制，与染色体DNADNA复制相伴随复制相伴随, ,普通一个寄主细普通一个寄主细胞内只需少数几个胞内只需少数几个1515个拷贝；松弛型质粒的复制不受细胞核个拷贝；松弛型质粒的复制不受细胞核控制，在染色体控制，在染色体DNADNA复制停顿的情况下仍可以进展复制，在细胞内复制停顿的情况下仍可以进展复制，在细胞内的数量可以到达的数量可以到达1020010200个或更多。个或更多。

3、可以经过转化、转导或接协作用而由一个细菌细胞转移到可以经过转化、转导或接协作用而由一个细菌细胞转移到另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体片段一转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体片段一同进展转移，所以它可成为基因工程的载体。同进展转移，所以它可成为基因工程的载体。对于细菌的生存并不是必要的对于细菌的生存并不是必要的功能多样化功能多样化原核生物的质粒原核生物的质粒功能：进展细胞间接合，并带有一些基因，如产生功能：进展细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降

4、解功能等。毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。存在范围：很多细菌如存在范围：很多细菌如E.coli、Shigella志贺氏志贺氏菌、菌、S.aureus金黄色葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、Streptococcus lactis乳链球菌、根癌土壤杆菌乳链球菌、根癌土壤杆菌等等制备：包括增殖、裂解细胞、分别质粒与染色体和制备：包括增殖、裂解细胞、分别质粒与染色体和蛋白质等成分、去除蛋白质等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。和蛋白质等步骤。鉴定：电镜察看、电泳、密度梯度离心、限制性酶鉴定：电镜察看、电泳、密度梯

5、度离心、限制性酶切图谱等方法切图谱等方法原核生物的质粒原核生物的质粒几种代表性质粒：几种代表性质粒：1. F因子因子fertility factor：又称致育：又称致育因子或性因子，因子或性因子，62106Dalton，94.5kb，相当于核染色体相当于核染色体DNA2%的环状双链的环状双链DNA，足以编码，足以编码94个中等大小多肽，其个中等大小多肽，其中中1/3基因基因tra区与接协作用有关。存区与接协作用有关。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决议性奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决议性别。别。Figure. Represe

6、ntative 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. 最初发现于痢疾志贺氏菌最初发现于痢疾志贺氏菌Shigella dysenteriae，后来发，后来发现还存在于现还存在于Salmonella沙门氏菌、沙门氏菌、Vibrio副溶血性弧副溶血性弧菌、菌、Bacil

7、lus芽孢杆菌、芽孢杆菌、Pseudomonas假单胞菌假单胞菌和和Staphylococcus葡萄球菌中。葡萄球菌中。R因子由相连的两个因子由相连的两个DNA片段组成，即抗性转移因子片段组成，即抗性转移因子resistence transfor factor， RTF 和抗性决议和抗性决议R因子因子r-determinant，RTF为分子量约为为分子量约为11106Dalton，控制质，控制质粒粒copy数及复制，抗性决议质粒大小不固定，从几百万到数及复制，抗性决议质粒大小不固定，从几百万到100106Dalton以上。其上带有其它抗生素的抗性基因。以上。其上带有其它抗生素的抗性基因。R-因

8、子在细胞内的因子在细胞内的copy数可从数可从12个到几十个，分为严紧型个到几十个，分为严紧型和松弛型两种，经氯霉素处置后，松弛型质粒可达和松弛型两种，经氯霉素处置后，松弛型质粒可达20003000个个/细胞。细胞。2. R因子因子resistence factor 即诱癌质粒。即诱癌质粒。 存在于根癌土壤杆菌存在于根癌土壤杆菌Agrobacterium tumefaciens中中,可引起许多双子叶植物的根癌可引起许多双子叶植物的根癌 当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细菌的当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细菌的DNA释放到植物细胞中。这时，含有复制基因的释放到植物细胞中。这

9、时，含有复制基因的Ti质粒质粒的小片段与植物细胞中的核染色体发生整合，破坏控制的小片段与植物细胞中的核染色体发生整合，破坏控制细胞分裂的激素调理系统，从而使它转变成癌细胞。细胞分裂的激素调理系统，从而使它转变成癌细胞。 Ti质粒长质粒长200kb，是一个大型质粒。当前，是一个大型质粒。当前，Ti质粒已成质粒已成为植物遗传工程研讨中的重要载体。一些具有重要性状为植物遗传工程研讨中的重要载体。一些具有重要性状的外源基因可借的外源基因可借DNA重组技术设法插入到重组技术设法插入到Ti质粒中，并质粒中，并进一步使之整合到植物染色体上，以改动该植物的遗传进一步使之整合到植物染色体上，以改动该植物的遗传性

10、，到达培育植物优良种类的目的。性，到达培育植物优良种类的目的。5、Ti质粒质粒(tumor inducing plasmid) 是近年来在是近年来在Rhizobium根瘤菌属中发现的根瘤菌属中发现的一种质粒，分子量为一种质粒，分子量为200300106Dalton，比，比普通质粒大几十倍到几百倍，故称宏大质粒，普通质粒大几十倍到几百倍，故称宏大质粒，其上有一系列固氮基因。其上有一系列固氮基因。6. 6. 宏大质粒宏大质粒megamega质粒质粒基因：可以表达和产生基因产物蛋白质基因：可以表达和产生基因产物蛋白质或或RNA的的DNA序列。序列。原核生物基因系统：原核生物基因系统： 启动子基因启动

11、子基因 支配子支配子 支配子基因支配子基因基因调控系统基因调控系统 构造基因构造基因 调理基因调理基因遗传密码：指遗传密码：指DNA链上各个核苷酸的特定陈列顺序链上各个核苷酸的特定陈列顺序密码子密码子codencoden：由：由3 3个核苷酸顺序决议，负个核苷酸顺序决议，负载遗传信息的根本单位载遗传信息的根本单位不对称转录：只需不对称转录：只需DNADNA双链的一股才作为有意双链的一股才作为有意义链被转录，这种景象又称不对称转录。义链被转录，这种景象又称不对称转录。起始密码子：起始密码子：AUGAUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸终止密码子：终止密码子：UAAUAA、UGAU

12、GA、UAGUAG核外核外DNA的种类的种类 核外染色核外染色体体真核生物真核生物的的 “ 质 粒质 粒原核生物原核生物的质粒的质粒线粒体线粒体细胞质基因细胞质基因叶绿体叶绿体质体质体中心体中心体动动 体体共生生物：共生生物：卡巴颗粒卡巴颗粒酵母菌的酵母菌的2m质粒质粒F因子因子R因子因子Col质粒质粒Ti质粒质粒宏大质粒宏大质粒降解性质粒降解性质粒第二节第二节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种 依表型的改动分为：依表型的改动分为： 形状突变型形状突变型 营养缺陷型营养缺陷型因突变而丧失产生某种生物合成酶的才干，因突变而丧失产生某种生物合成酶的才干，并因此成为必需在培育基中添加某种物质才干

13、生长的突变并因此成为必需在培育基中添加某种物质才干生长的突变类型。类型。 发酵突变型发酵突变型丧失产生某种生物合成酶才干的突变型丧失产生某种生物合成酶才干的突变型 抗性突变型抗性突变型因突变而产生了对某种化学药物或致死物因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性理因子的抗性 条件致死突变型条件致死突变型突变后在某种条件下可正常生长繁衍，突变后在某种条件下可正常生长繁衍，而在另一条件下却无法生长繁衍的突变型而在另一条件下却无法生长繁衍的突变型 抗原突变型抗原突变型因突变而引起的抗原构造发生改动因突变而引起的抗原构造发生改动 产量突变型产量突变型 一基因突变的类型一基因突变的类型按能否比较容

14、易、迅速地分别到发生突变的细胞来分：选择性突变株selective mutant：具有选择标志如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型，只需选择适当的环境条件，如培育基、温度、pH值等，就比较容易检出和分别到。非选择性突变株non-selective mutant：无选择标志如产量突变型、抗原突变型、形状突变型，能鉴别这种突变体的独一方法是检查大量菌落并找出差别。定义：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。定义：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。突变率为突变率为108108是指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发生是指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发生一次突变。突变率也可以用每一单位群

15、体在每一世代中一次突变。突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株产生突变株mutantmutant，即突变型的数目来表示。如一，即突变型的数目来表示。如一个含个含108108个细胞的群体，当其分裂为个细胞的群体，当其分裂为2 2108108个细胞时，即个细胞时，即可平均发生一次突变的突变率也是可平均发生一次突变的突变率也是108 108 。突变率突变率= =突变细胞数突变细胞数/ /分裂前群体细胞数分裂前群体细胞数突变是独立的。某一基因发生突变不会影响其它基因的突变是独立的。某一基因发生突变不会影响其它基因的突变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率突变率。在同一个细胞中同时发生

16、两个基因突变的几率是极低的，由于双重突变型的几率只是各个突变几率的是极低的，由于双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。乘积。由于突变的几率普通都极低，因此，必需采用检出选择由于突变的几率普通都极低，因此，必需采用检出选择性突变株的手段，尤其是采用检出营养缺陷型的恢复突性突变株的手段，尤其是采用检出营养缺陷型的恢复突变株变株back mutantback mutant或或reverse mutantreverse mutant或抗性突变株特或抗性突变株特别是抗药性突变株的方法来加以确定。别是抗药性突变株的方法来加以确定。二突变率二突变率假设干细菌某一性状的自发突变假设干细菌某一性状的自发突变率

17、率 菌菌 名名 突变性状突变性状突变率突变率 E. coliE. coli抗抗T1T1噬菌体噬菌体3 3 108108 E. coliE. coli抗抗T3T3噬菌体噬菌体1 1 107 107 E. coliE. coli不发酵乳糖不发酵乳糖1 1 10101010 E. coliE. coli 抗紫外线抗紫外线1 1 105105 Staphylococcus aureusStaphylococcus aureus 抗青霉素抗青霉素1 1 107107 S. aureusS. aureus 抗链霉素抗链霉素1 1 109 109 Salmonella typhiSalmonella typ

18、hi抗抗2525g/Lg/L链霉素链霉素1 1 106 106 Bacillus megateriumBacillus megaterium 抗异烟肼抗异烟肼5 5 105 105 三突变的特点三突变的特点适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。不对应性：突变的性状与突变缘由之间无直接的对应关系。不对应性：突变的性状与突变缘由之间无直接的对应关系。自发性：突变可以在没有人为诱变要素处置下自发地产生。自发性：突变可以在没有人为诱变要素处置下自发地产生。稀有性：突变率低且稳定。稀有性：突变率低且稳定。独立性：各种突变独立发生，不会相互影响。独立性：各种突变独立发

19、生，不会相互影响。可诱发性：诱变剂可提高突变率。可诱发性：诱变剂可提高突变率。稳定性：变异性状稳定可遗传。稳定性：变异性状稳定可遗传。可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变变forward mutation，从突变株回到野生型的，从突变株回到野生型的过程那么称为回复突变或回变过程那么称为回复突变或回变back mutation或或reverse mutation。四基因突变的自发性和不对应性的证明四基因突变的自发性和不对应性的证明 在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长

20、时间内对这种抗性产生的缘由争论非常猛烈。时间内对这种抗性产生的缘由争论非常猛烈。 一种观念以为，突变是经过顺应而发生的，即各种抗性是一种观念以为，突变是经过顺应而发生的，即各种抗性是由其环境指其中所含的抵抗对象诱发出来的，突变的由其环境指其中所含的抵抗对象诱发出来的，突变的缘由和突变的性状间是相对应的，并以为这就是缘由和突变的性状间是相对应的，并以为这就是“定向变异定向变异，也有人称它为，也有人称它为“驯化或驯化或“驯养。驯养。 另一种看法那么以为，基因突变是自发的，且与环境是不另一种看法那么以为，基因突变是自发的，且与环境是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择相对的。由于其中

21、有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等多种要素错综在一同，所以难以探求问题的本质。条件等多种要素错综在一同，所以难以探求问题的本质。 从从19431943年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，主要攻克年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，主要攻克了检出在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难题，终了检出在接触抗性因子前已产生的自发突变株的难题，终于处理了这场纷争。于处理了这场纷争。变量实验变量实验又称动摇又称动摇实验或彷实验或彷徨实验。徨实验。19431943年，年，S. E. S. E. Luria Luria 和和M. M. Delbrck Delbrck 根据统计根据统计学原理，学原理，设计

22、了左设计了左方的实验。方的实验。1. 变量实验变量实验fluctuation test2.涂布实验原理与变量实验一样，方法更为简便，原理与变量实验一样，方法更为简便，且可计算突变率。且可计算突变率。涂布实验中突变率的计算涂布实验中突变率的计算初始接种量：初始接种量：5 5 104 104 个个/ /皿皿培育培育5 5小时，繁衍了小时，繁衍了12.312.3代，每个微菌落约含代，每个微菌落约含51005100个细菌个细菌这时，每个平皿上的细胞数为：这时，每个平皿上的细胞数为：5100 5100 5 5 104 2.6 104 2.6 108108个个/ /皿皿在在6 6个平板上，比接种时添加的细

23、胞数为：个平板上，比接种时添加的细胞数为：6 6 2.6 2.6 108 108 5 5 104 104= 15.6 = 15.6 108108在未涂布的平板上共发现在未涂布的平板上共发现2828个突变，故个突变，故突变率突变率 = 28/15.6 = 28/15.6 108 = 1.8 108 = 1.8 10108 83. 平板影印培育实验平板影印培育实验replica plating 19521952年，年，J. LederbergJ. Lederberg夫妇的论文夫妇的论文 ，更好地证明了微生物的抗药性是在未，更好地证明了微生物的抗药性是在未接触药物前自发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不相接触药物前自发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不相关。关。 平板影印培育法，是一种能到达在一系列培育皿的一样位置平板影印培育法，是一种能到达在一系列培育皿的一样位置上出现一样遗传型菌落的接种培育方法：把长有许多菌落的上出现一样