第七章普通微生物学课后习题及答案2

1、细菌和病毒作为遗传学研究的材料有哪些优越性？（1）世代周期短：每个世代以min或h计算,繁殖速度快,大大缩短了实验周期.

（2）易于管理和进行化学分析个体小,繁殖方便,可以大量节省人力、物力和财力；且代谢旺盛,繁殖又快,累积大量的代谢产物.

（3）便于研究基因的突变细菌和病毒均属于单倍体,所有突变都能立即表现出来,不存在显性掩盖隐性的问题.

（4）便于研究基因的作用通过基本培养基和选择培养基的影印培养,很容易筛选出营养缺陷型,利于生化[研究.

（5）便于基因重组的研究通过细菌的转化、转导和接合作用,在一支试管中可以产生遗传性状不相同的后代.

（6）便于用于研究基因结构、功能及调控机制的材料细菌和病毒的遗传物质简单,基因定位和结构分析等易于进行且可用生理生化方法进行基因的表达和调控分析.

（7）便于进行遗传操作细菌质粒和病毒作为载体,已成为高等生物的分子遗传学研究和生物工程的重要工具.2、简述证明DNA是遗传物质的主要证据。T2

噬菌体侵染细菌实验

噬菌体侵染

1．

T2

噬菌体是一种专门寄生于细菌体内的病毒,它的主要组成部分是蛋白质壳体和

DNA

分子；

2．

将用于实验的

T2

噬菌体分为

2

组,一组用

35S

标记噬菌体的蛋白质,另一组用

32P

噬菌

体的

DNA；

3．

将

2

组作了标记的噬菌体分别与细菌进行侵染实验；

4．

实验发现：35S

标记主要出现在宿主细胞外,而

32P

标记主要出现在宿主细胞内,并且在

噬菌体的子代中也检测到

32P3、怎样从遗传学角度理解朊病毒的存在？从理论上讲,“中心法则”认为DNA复制是“自我复制”,即DNA～DNA,而朊病毒蛋白是PrP→PrP,是为“自他复制”.这对遗传学理论有一定的补充作用.但也有矛盾,即“DNA→蛋白质”与“蛋白质→蛋白质”之间的矛盾.对这一问题的研究会丰富生物学有关领域的内容；对病理学、分子生物学、分子病毒学、分子遗传学等学科的发展至关重要,对探索生命起源与生命现象的本质有重要意义.4、原核生物基因组和真核生物基因各自的结构特点是什么？模式真细菌-大肠杆菌基因组的结构基因组组成特点：1、功能相关的结构基因组成操纵子2、结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝3、基因组的重复序列少而短高等真核生物模型-酿酒酵母的基因组结构酵母基因组组成特点：1、基因排列紧密2、GC丰富DNA序列和GC缺乏DNA序列镶嵌排列3、含有大量DNA重复序列。5、什么叫转导、普遍性转导、局限性转导?转导：通过温和的或有缺陷的噬菌体将细菌基因从供体菌转移到受体菌，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象。普遍的转导：噬菌体可误包供体菌中任何基因,并使受体菌实现各种性状的转导，称为普遍转导。一般用温和噬菌体作为普遍转导的媒介。局限转导：是指通过某些部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中，并与后者基因整合、重组，形成转导子的转导现象。6、简述F因子在E.coli中的不同存在方式，以及不同组合杂交时的特点。答：F¯菌株，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收F因子而变成雄性菌株（F+）（1分）；F+菌株，F因子独立存在，细胞表面有性菌毛（1分）；Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛（1分）；F′菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F′因子。细胞表面同样有性菌毛（1分）。F+×F¯杂交均成为F+细胞；Hfr×F¯杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F¯；F′×F¯杂交后的受体细胞变成F′（3分；答出2种及2种以上）。7、试比较转化、接合、转导、性导在细菌遗传物质的传递上的异同？答：这四种现象的相同之处是：都是细菌的遗传物质DNA在不同的细菌细胞之间传递，从而使受体细胞遗传物质发生重组。

不同之处是：转化是裸露的DNA直接与处于感受态的细胞之间的互作，进入受体细胞，发生重组；接合是由于F因子的整合产生Hfr菌株，在F因子进行转移时，供体菌遗传物质也被带入受体菌，实现重组；性导是Hfr菌株中F因子的错误环出，产生了携带有供体菌遗传物质的F'因子，接合时随F'因子的转移而使供体菌遗传物质导入到受体菌中；转导是细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，并通过感染而转移到另一个受体菌内。8、何为突变？试述其分子基础。基因突变：狭义：指染色体上某一基因位点内部，由于DNA碱基对的置换、增添或缺失引起的基因化学性质的变化，也叫点突变。广义基因突变：点突变、染色体结构变异和染色体数目变异。分子基础：

一、自发突变(spontaneousmutation)

自发突变可能由复制错误、DNA损伤和转座作用等引起.

1.DNA复制错误(errorsofDNAreplication)

DNA碱基有互变异构体,造成DNA复制过程中的DNA错配.

（1）转换：Purine→Pu;或者Pyrimidine→Py

（2）颠换：Pu→Py;或者Py→Pu

（3）移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白质翻译错位.

（4）缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复,如E.coli乳糖发酵调节基因lacⅠ中四碱基重复序列.

野生型：5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’

突变型FS5：5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’

突变型FS2：5‘-GTCTGGCTGGC-3’

2、DNA损伤（lesions）

（1）脱嘌呤由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破坏,从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子上脱落下来.

（2）脱氨基C脱氨基变成U;A脱氨基变成H,：

AAT→→→H-T→→→H-C→→→H-C

↘→A-T↘→G-C

BGC→→→G-U→→→A-U→→→A-U

↘→G-C↘→A-T

造成转换

（3）氧化损伤（oxidativelesions）:O2-OH-H2O2

可对DNA造成损伤

二、诱发突变（inducedmutaion）

多种理化因素都可以诱导DNA的突变：

1、诱变机制

（1）碱基类似物例：5-BU和5-BrdU是胸腺嘧啶(T)的结构类似物,酮式结构易与A配对；烯醇式结构易与G配对.另有2-氨基嘌呤(2-AP,A类似物)、5-氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等.

（2）特异性错配例烷化剂:甲磺酸乙酯(EMS)、亚硝基胍(NG)、芥子气等.通过改变碱基结构使碱基错配.

如：G-C;当G烷基化后可与T配对,导致碱基转换.

或者烷化剂使嘌呤脱落,造成转换、颠换、断裂或其他突变

子（3）嵌合剂的致突作用

例.吖啶类染料:吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基对的类似物,易造成移码突变.

（4）辐射诱导效应

①紫外线UV:形成嘧啶二聚体,如T二聚体,①同一条单链内,影响复制时与A的配对,使复制中止；②双链之间,影响双链变性,并影响复制.

重复、缺失、移码突变

②电离辐射：如X-ray、可引起碱基的降解或脱落,A变成H;C变成T,出现转换.

物理——物理化学——生物化学——大分子损伤

ⅴ黄曲霉的作用

使鸟嘌呤G脱落,SOS修复引入A,造成突变.

2、碱基替换的遗传效应

(ⅰ)同义突变（samesensemutation）不改变氨基酸的密码子变化,与密码子的兼并性有关.如GAU/GAC—Asp.

(ⅱ)错义突变（missensemutation）碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变.

(ⅲ)无义突变（nonsensemutation）编码区的单碱基突变导致终止密码子(UAG/UGA/UAA)的形成,使mRNA的翻译提前终止,形成不完全的肽链.

如镰刀型贫血症：血红蛋白B链(146Aa),6号氨基酸的替换,导致明显的表型症状.Glu→Val,若Glu→Asp则影响较小.

3、码突变及其产生

在基因的外显子中插入或缺失1,2或4个核苷酸,使阅读信息发生错位,从而使翻译的蛋白质序列与原来完全不同.eg.E.coli中乳糖发酵的调节基因(lacⅠ):

野生型:5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’

移码突变Ⅰ:5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’

移码突变Ⅱ:5‘-GTCTGGCTGGC-3’

4、突变热点和增变基因

基因中某些位点比其它位点突变率高,称突变热点.

例分析T4-PhagerⅡ基因1500个突变体：rⅡA(1800bp)有200个位点；rⅡB(850bp)有108个位点.

形成原因：

（1）、5-MeC的存在,5-甲基胞嘧啶(MeC)脱氨基后变成T,使G-C部位转变成A-T部位；

（2）短的重复序列的存在,容易配对错位,造成重复或缺失

（3）与诱变剂类型有关,不同诱变剂出现不同的热点.

（4）增变基因(mutatorgene)：该基因的突变会使整个基因组的突变频率增高,例A.DNA多聚酶基因,突变后使多聚酶的3’→5’校正功能降低或丧失,使基因组突变频率增高；

B.dam基因,突变后使碱基的错配修复功能降低或丧失,使基因组突变频率增高.

三、诱变与肿瘤

肿瘤的形成与否取决于机体中癌基因和抑癌基因的平衡,抑癌基因突变会致癌.一些诱变剂可以特异性的诱导抑癌基因突变,导致肿瘤发生.eg.黄曲霉素、UV(ultraviolet)等.

黄曲霉素可诱导P53基因G→T颠换,导致肝癌的发生；

UV可诱导P53基因5’-TC-3’发生C→T颠换,形成“T二聚体”,导致人类鳞状细胞皮肤癌的发生.

四、定点诱变

定义：利用人工合成的寡核苷酸,在离体的条件下,制造基因中任何部位的位点特异性突变的技术.

反义遗传学（reversegenetics）：合成—连接(单链M13)—复制—转化—检测9、简述DNA损伤修复机理。第一种：光复活又称光逆转。这是在可见光（波长3000～6000埃）照射下由光复活酶识别并作用于二聚体，利用光所提供的能量使环丁酰环打开而完成的修复过程。

第二种：切除修复。在DNA多聚酶的作用下以损伤处相对应的互补链为模板合成新的DNA单链片断进行修复

第三种：重组修复。在重组蛋白的作用下母链和子链发生重组,重组后原来母链中的缺口可以通过DNA多聚酶的作用,以对侧子链为模板合成单链DNA片断来填补进行修复。第四种：SOS修复。DNA受到损伤或脱氧核糖核酸的复制受阻时的一种诱导反应。10、简述微生物基因重组的机理.原核微生物转化：指受体菌直接吸收来自供体菌的游离DNA片段，通过交换，将其组合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象，其本质是由游离的DNA所导致的基因重组。转导：通过温和的或有缺陷的噬菌体将细菌基因从供体菌转移到受体菌，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象。接合：通过供体菌（雄性）和受体菌（雌性）完整细胞间的通过性军帽直接接触而传递大段DNA的过程称为接合，也叫杂交。原生质体融合：通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并产生兼有双亲遗传形状的重组子的过程，称为原生质体融合，又称细胞融合。此方法获得重组子称为融合子。真核微生物有性杂交：在细胞水平上发生的一种遗传重组方式，一般指不同遗传型的两性细胞间的接合和随之发生的染色体重组，并产生新遗传型后代的一种育种技术。准性生殖：是一种类似于有性生殖，但比有性生殖更为原始的一种生殖方式，它可使同种生物两种不同菌株的体细胞发生融合，且不经过减数分裂的方式而导致低频率基因重组并产生重组子。常见于某些丝状真菌。11、简述基因工程的主要操作步骤。1、目的基因获得：从适当的供体细胞DNA中分离。通过反转录酶的作用由mRNA合成cDNA（互补DNA），化学方法或PCR（聚合酶链式反应）合成DNA。2、载体的选择：具有自我复制能力的复制子、相对分子质量尽可能小、包含有多种限制性内切酶的单一切点、载体分子内有不影响其复制、生长的非必要区域、具有多种选择性标记，常用营养缺陷型、抗药性、形成噬菌斑能力和外源性蛋白质的产生等。3、目的基因与载体DNA的体外重组：含有目的基因的DNA片段和载体DNA连接技术即DNA重组技术，其核心是DNA片段之间的体外连接，其本质是涉及限制酶、连接酶等酶促反应过程。4、重组载体引入受体细胞：体外反应生成的重组载体只有被引入受体细胞后，才能使其基因扩增和表达。5、重组DNA的筛选、鉴定以及目的基因表达。筛选:从众多的转化子菌落或噬菌斑中筛选并鉴定哪一菌落或噬菌斑所含重组DNA分子缺失带有目的基因，这一过程即为筛选。遗传学方法1、互补作用克隆技术：营养缺陷型可通过互补作用来筛选重组体DNA。2、抗药性标记插入失活筛选法：当培养基中含有抗生素时，只有携带相应抗药性基因载体的细胞才能生存繁殖，而未受载体DNA的细胞则不能生长。3、原位杂交：放射性标记的特异性DNA探针杂交，通过放射自显影找出与探针杂交的菌落或噬菌斑。该菌落或噬菌斑的细胞中所含的重组DNA上便携带有目的基因。免疫学方法：利用特定抗体与目的基因表达产物的特异性结合进行筛选。12、经典遗传学和现代遗传学中基因的概念有何异同？经典遗传学认为：基因是一个最小的单位，不能分割；既是结构单位，又是功能单位。

现代基因概念：基因是DNA