遗传变异版ppt课件

1、 微生物的遗传与变异微生物的遗传与变异 遗传遗传heredity和变异和变异variation是是生命的三大根本特征之一。生命的三大根本特征之一。 1 遗传的物质根底遗传的物质根底一一. 微生物的遗传物质微生物的遗传物质核酸核酸w 原核细胞型微生物原核细胞型微生物DNAw 大多大多CCC(covalently closed circular) dsDNAw 染色体、质粒、转座因子染色体、质粒、转座因子w 真核细胞型微生物真核细胞型微生物DNAw 大多大多L(linear) dsDNAw 染色体染色体/质、转座因子质、转座因子w 非细胞型微生物非细胞型微生物DNA/RNAw 多种方式多种方式w

2、基因组基因组遗传物质的复制遗传物质的复制w 原核生物：原核生物：复制染色体复制染色体w 真核生物：多个复制起点真核生物：多个复制起点w 病毒：病毒： 复制，复制，复制复制 进展独立自主复制的一个完好的核酸进展独立自主复制的一个完好的核酸序列，构成一个复制单位，叫做复制序列，构成一个复制单位，叫做复制子。子。从复制起始点开场，同时向两个方向从复制起始点开场，同时向两个方向按半不延续、半保管方式进展。按半不延续、半保管方式进展。大肠杆菌大肠杆菌DNA半保管复制的中间产物半保管复制的中间产物型型滚环模型滚环模型 单向复制的特殊方式。单向复制的特殊方式。DNA的合成从一条链的的合成从一条链的起始位点专

3、注性切割开起始位点专注性切割开场，构成的场，构成的5端与一种端与一种特殊的蛋白质相连，而特殊的蛋白质相连，而3端在端在DNA聚合酶的作聚合酶的作用下，以另一条链为模用下，以另一条链为模板不断延伸，单链尾巴板不断延伸，单链尾巴的延伸与双链的延伸与双链DNA的绕的绕轴旋转同步，好似一个轴旋转同步，好似一个环在不断滚动。环在不断滚动。二二. 质粒根本特性质粒根本特性w 大多大多CCC(covalently closed circular) dsDNAw 自主复制自主复制w 非细胞生长所必需，赋予细胞某些特性，非细胞生长所必需，赋予细胞某些特性，如抗药性、致育性等如抗药性、致育性等w 质粒可自行消逝或

4、人工去除质粒可自行消逝或人工去除w 转移性，分接合型和非接合型转移性，分接合型和非接合型w 具相容性和不相容性干扰近缘质粒具相容性和不相容性干扰近缘质粒质粒DNA的三种构型 相对分子质量一样构型不同的质粒DNA的琼脂糖凝胶电泳代表性质粒代表性质粒w F质粒质粒致育性致育性w R质粒质粒抗药性抗药性w Col质粒质粒大肠杆菌素基因大肠杆菌素基因w Ti质粒质粒对植物细胞诱癌对植物细胞诱癌w 宏大质粒宏大质粒固氮固氮w 降解性质粒降解性质粒降解特殊碳源降解特殊碳源三三. 转座因子和转座转座因子和转座w 细胞基因组中可以从一个位置转移到另细胞基因组中可以从一个位置转移到另一个位置的一段一个位置的一段

5、DNA序列序列转座因子转座因子2 基因突变基因突变变异的产生变异的产生 点突变点突变 碱基对置换碱基对置换 基因突变基因突变 移码突变移码突变新遗传型新遗传型 染色体畸变染色体畸变的出现的出现 转化转化 基因重组基因重组 接合接合 转导转导 原生质体交融原生质体交融一一. 基因突变及其特性基因突变及其特性w概念概念w特性特性w1、自发性和不对应性、自发性和不对应性w2、稀少性、稀少性w3、诱变性、诱变性w4、独立性、独立性w5、稳定可遗传性、稳定可遗传性w6、可逆性、可逆性二二. 基因突变分子机制基因突变分子机制w诱变机制诱变机制wHNO2诱变机制诱变机制w5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶5-BU诱变机制

6、诱变机制w移码突变移码突变w紫外线诱变机制紫外线诱变机制DNA的正常碱基对的正常碱基对HNO2诱诱变变机机制制AHHCCUUA转换转换转换转换HNO2HNO2脱氨脱氨脱氨脱氨 腺嘌呤经氧化脱氨后变成烯醇式次黄嘌呤腺嘌呤经氧化脱氨后变成烯醇式次黄嘌呤He，He经过互变异构效应构成酮式次黄嘌呤经过互变异构效应构成酮式次黄嘌呤HK 。DNA双链第一次复制，结果双链第一次复制，结果Hk在在6位上含有酮基，位上含有酮基，故只能与故只能与6位上含有氨基的胞嘧啶位上含有氨基的胞嘧啶C配对。配对。DNA双链第二次复制，其中胞嘧啶双链第二次复制，其中胞嘧啶C正常与鸟正常与鸟嘌呤嘌呤G配对，使配对，使A-T G-

7、C ，从而实现转换。，从而实现转换。当胞嘧啶被氧化成尿嘧啶当胞嘧啶被氧化成尿嘧啶U时，也可实现时，也可实现G-C A-T 。5-BU诱变机制诱变机制5-BU酮式：酮式：T的类似物的类似物移码突变移码突变吖啶类染料、溴乙啶吖啶类染料、溴乙啶BE：DNA分子嵌入剂分子嵌入剂UV诱变诱变w T-T构成构成60-70年代，一种降低妇女妊娠反响的药物年代，一种降低妇女妊娠反响的药物“反反响停响停 非常流行。非常流行。 但随后发现畸形儿的出但随后发现畸形儿的出生率明显增高，而且消费畸形儿的妇女大多曾生率明显增高，而且消费畸形儿的妇女大多曾服用服用“反响停。反响停。 采用采用Ames实验发现这种物质确实具有

8、很强的实验发现这种物质确实具有很强的致突变作用，因此这种药物被制止运用。致突变作用，因此这种药物被制止运用。 药品开发过程中，必需有药品开发过程中，必需有“三致实验的数据，三致实验的数据，才可以获得同意。才可以获得同意。 三三. Ames实验实验 利用能否能引起鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型利用能否能引起鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型his菌株的回复突变来快速判别化学物质能否是菌株的回复突变来快速判别化学物质能否是诱变剂和致癌剂。诱变剂和致癌剂。Ames实验要点实验要点w 1.用途：用于检测食品、饮料、药品等能否具有用途：用于检测食品、饮料、药品等能否具有诱变作用诱变作用“三致三致w 2.菌株：鼠伤寒

9、沙门氏菌组氨酸缺陷型菌株：鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型hisw 3.原理：药物作用于实验菌，如有诱变作用，那原理：药物作用于实验菌，如有诱变作用，那么回复突变，能在根本培育基上生长，超越正常么回复突变，能在根本培育基上生长，超越正常几率即为阳性几率即为阳性w 4.诱变和致癌：诱变和致癌：Ames实验阳性和致癌之间有十清实验阳性和致癌之间有十清楚显的相关性楚显的相关性95的致癌剂有诱变作用，的致癌剂有诱变作用，90%非致癌剂无诱变作用非致癌剂无诱变作用w 5.优点：方法灵敏，检出率高，简便、易行，不优点：方法灵敏，检出率高，简便、易行，不需特殊器材，容易推行需特殊器材，容易推行留意留意w 有的致癌

10、物的诱变性是被哺乳动物肝细胞中的羟化酶有的致癌物的诱变性是被哺乳动物肝细胞中的羟化酶系统活化的，而细菌却没有这种酶系统，故参与鼠肝系统活化的，而细菌却没有这种酶系统，故参与鼠肝匀浆的酶系统能添加检测的灵敏度。匀浆的酶系统能添加检测的灵敏度。Ames检测菌株特点检测菌株特点含有以下突变：含有以下突变： 组氨酸基因突变组氨酸基因突变his，根据选择性培育基，根据选择性培育基上出现上出现his的回复突变率可测出诱变剂或致癌物的回复突变率可测出诱变剂或致癌物的诱变效率。的诱变效率。脂多糖屏障丧失脂多糖屏障丧失rfa，该菌株的细胞壁基因，该菌株的细胞壁基因有缺陷，使待测物容易进入细胞内。有缺陷，使待测物

11、容易进入细胞内。紫外线切除修复系统缺失紫外线切除修复系统缺失uvrB,同时其附同时其附近的硝基复原酶和生物素基因缺失近的硝基复原酶和生物素基因缺失bio，使，使致癌物引起的遗传损伤的修复降低到最小的程度。致癌物引起的遗传损伤的修复降低到最小的程度。抗药性标志抗药性标志R，表示某些菌株具有抗氨苄青霉，表示某些菌株具有抗氨苄青霉素素ampicillin的质粒，从而提高了检出灵敏性。的质粒，从而提高了检出灵敏性。 3 基因转移与重组基因转移与重组转化转化接合接合转导转导原生质体交融原生质体交融一一.转化转化(transformation)构成转化子构成转化子特定位点结合特定位点结合一条链降解一条链吸

12、收一条链降解一条链吸收 or dsDNA吸收后降解吸收后降解一条链一条链同源配对同源配对重组整合重组整合转化的前提条件转化的前提条件w 供体菌供体菌DNA片段应为片段应为dsDNA，且大小适，且大小适宜：分子量在宜：分子量在106108时转化率高时转化率高w 供体菌与受体菌有一定的亲缘关系：同供体菌与受体菌有一定的亲缘关系：同源性源性w 受体菌必需处于感受态：对数生长期后受体菌必需处于感受态：对数生长期后期或人工诱导期或人工诱导二二. 接合接合(conjugation) F因子存在方式及相互关系因子存在方式及相互关系F因子的四种细胞方式因子的四种细胞方式w 根据细胞中能否存在根据细胞中能否存在

13、F因子以及其存在方式的不因子以及其存在方式的不w 同，把同，把E.coli分成四种菌株。分成四种菌株。w F菌株：不含菌株：不含F因子，没有性菌毛，但可以经因子，没有性菌毛，但可以经过接协作用接纳过接协作用接纳F因子而变成雄性菌株因子而变成雄性菌株F+；w F菌株：菌株： F因子独立存在，细胞外表有性菌毛。因子独立存在，细胞外表有性菌毛。w Hfr高频重组菌株：高频重组菌株：F因子插入到染色体因子插入到染色体DNA上，细胞外表有性菌毛。上，细胞外表有性菌毛。w F菌株：菌株：Hfr菌株内的菌株内的F因子因不正常切割而脱因子因不正常切割而脱离染色体时，构成游离的但携带一小段染色体基离染色体时，构

14、成游离的但携带一小段染色体基因的因的F因子，称为因子，称为F因子。细胞外表同样有性菌毛。因子。细胞外表同样有性菌毛。F+F-性菌毛收性菌毛收缩搭桥缩搭桥从从otiT开场开场滚环复制滚环复制接合对分别接合对分别FF FFHfr F FF-HfrF杂交后的受体细胞或接合子大多数依然是杂交后的受体细胞或接合子大多数依然是F。F质粒构造简图质粒构造简图 携带携带F因子的菌株称初生因子的菌株称初生F菌株。菌株。FF与与FF的不同：供体的部分染色体基因随的不同：供体的部分染色体基因随F一同转一同转入受体细胞。入受体细胞。 与染色体发生重组；与染色体发生重组； 继续存在于继续存在于F因子上，构成部分二倍体因

15、子上，构成部分二倍体次生次生F菌株；菌株；3 FF杂交杂交理化因子的处置可将理化因子的处置可将F F因子消除而使因子消除而使F F菌株变成菌株变成F F菌菌株株三三. 转导转导transductionw普遍性转导普遍性转导w完全转导完全转导w流产转导流产转导w局限性转导局限性转导w低频转导低频转导w高频转导高频转导普遍性转导普遍性转导( generalized transduction)装配，误包装配，误包侵染侵染复制复制裂解释放裂解释放侵染新宿主菌侵染新宿主菌构成转导子构成转导子预备过程预备过程真正转导真正转导完全转导完全转导流产转导流产转导局限局限转导转导( restric-ted tra

16、nsdu-ction)供体菌供体菌 溶源菌溶源菌 UV等诱导等诱导 正常切离正常切离 不正常切离不正常切离(10-6) 正常噬菌体正常噬菌体 () 部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体dgal/ dbio LFT裂解物裂解物 侵染受体菌侵染受体菌 高感染复数高感染复数 低感染低感染复数复数m.o.i. 双重溶源菌双重溶源菌(、dgal) 局限转导子局限转导子 诱导切离诱导切离 协助协助dgal复制复制 HFT裂解物等量裂解物等量、dgal 低感染复数下侵染受体菌低感染复数下侵染受体菌 局限转导子局限转导子 温暖噬菌体侵染温暖噬菌体侵染 大量大量极少量极少量预备过程预备过程真正转导真正转导高频转导高频转

17、导低频转导低频转导低频转导裂解物低频转导裂解物转导和溶源转变区别转导和溶源转变区别噬菌体噬菌体受体菌结果受体菌结果携带供携带供体菌基体菌基因否因否烈性烈性/温温和和完整完整/缺缺陷陷基因基因新性状新性状普遍转普遍转导导是是均可均可完全缺完全缺陷陷带有外带有外源源供体供体菌菌基因基因可稳定可稳定遗传遗传局限转局限转导导是是温和温和部分缺部分缺陷陷噬菌体噬菌体转变转变否否温和温和完整完整只带有只带有噬菌体噬菌体基因基因随噬菌随噬菌体消失体消失而消失而消失四四. 原生质体交融原生质体交融(protoplast fusion)优点：扩展了基因重组的范围，如光合细菌与酵母菌优点：扩展了基因重组的范围，如

18、光合细菌与酵母菌的交融的交融 方法：参与交融诱导剂如聚乙二醇方法：参与交融诱导剂如聚乙二醇 PEG或施加特或施加特殊的物理刺激殊的物理刺激(如高压直流电脉冲如高压直流电脉冲) 基基因因工工程程主主要要流流程程菌种保藏法菌种保藏法生活态生活态 传代培育保藏法传代培育保藏法 延续在培育基上内移种延续在培育基上内移种 延续在活宿主上内移种延续在活宿主上内移种 封在玻璃管内封在玻璃管内 菌液直接真空枯燥法菌液直接真空枯燥法 干法干法 冷冻真空枯燥法冷冻真空枯燥法 吸附在载体上吸附在载体上 细粒状载体：土壤细粒状载体：土壤/砂粒砂粒/土壤土壤+砂粒砂粒 球块状载体：硅胶球块状载体：硅胶/瓷球瓷球休眠态休眠态 薄片状载体：薄片状载体： 滤纸片滤纸片/明胶小片明胶小片 有机基质：曲料有机基质：曲料/麦粒麦粒/棉纤维棉纤维 固体斜面固体斜面 湿法湿法 半固体琼脂柱半固体琼脂柱 液体介质：液体介质： 蒸馏水蒸馏水/液状石蜡液状石蜡/甘油甘油/糖液糖液/其其他悬液他悬液方法名称方法名称主要措施主要措施适宜菌种适宜菌种保藏期保藏期评价评价冰箱保藏法（斜面）冰箱保藏法（斜面）冰箱保藏法（半固体）冰箱保藏法（半固体）石蜡油封藏法石蜡油封藏法沙土保藏法沙土保藏法冷冻干燥法冷冻干燥法低温低温低温低温低温、缺氧低