微生物遗传学.ppt

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1、第七章第七章 细菌和病毒的遗传细菌和病毒的遗传细菌和蓝绿藻细菌和蓝绿藻属于原核生物：属于原核生物：一个一个线条状线条状或或环状环状染色体染色体( (单倍体结构单倍体结构) )；无典型的有丝分裂和减数分裂；无典型的有丝分裂和减数分裂；染色体传递和重组方式与真核生物不同。染色体传递和重组方式与真核生物不同。 病毒病毒：比细菌更简单；比细菌更简单；在寄主细胞内以集团形式产生；在寄主细胞内以集团形式产生；属于只有一条染色体的单倍体。属于只有一条染色体的单倍体。第一节第一节 细菌和病毒遗传研究的意义细菌和病毒遗传研究的意义1.1.大小：大小：细胞较小、长约细胞较小、长约1.2u1.2um m 、宽约、宽

2、约0.5u0.5um m；2.2.结构：结构：鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体3.3.遗传物质：遗传物质：单个主染色体、一个或多个小染色体（质粒）单个主染色体、一个或多个小染色体（质粒）一、细菌：一、细菌： 研究细菌遗传的方法：主要是对细菌菌落形态的遗传研究研究细菌遗传的方法：主要是对细菌菌落形态的遗传研究( (如图，霉菌菌落如图，霉菌菌落) ) 原则上说，培养皿中每个细菌长成的菌落应具有共同的遗原则上说，培养皿中每个细菌长成的菌落应具有共同的遗传组成，但是由于偶然发生的突变：形态性状的突变，生传组成，但是由于偶然发生的突变：形态性状的突变，生理

3、特性的突变或抗性的突变，而使这些突变后的细菌所形理特性的突变或抗性的突变，而使这些突变后的细菌所形成的菌落与其他的菌落有所不同。成的菌落与其他的菌落有所不同。菌落形态性状的突变包括：菌落的形状、菌落形态性状的突变包括：菌落的形状、颜色和大小等。颜色和大小等。( (如图，菌落形态性状如图，菌落形态性状 ) )4.4.涂布和繁殖：涂布和繁殖：每个细胞在较短时间内每个细胞在较短时间内( (如一夜如一夜) )能裂殖到能裂殖到10107 7个子细胞个子细胞 成为肉眼可见的菌落或克隆成为肉眼可见的菌落或克隆(Clone)(Clone)。5.5.生理特性突变：生理特性突变：. . 营养缺陷型：营养缺陷型：丧

4、失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长；丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长； 原养型：原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。野生菌株则可在基本培养基上生长。用不同的选择性培养基用不同的选择性培养基 测知突变的特性。测知突变的特性。. . 抗性突变型：抗性突变型：如抗药性或抗感染性。如抗药性或抗感染性。例如：青霉素例如：青霉素( (penrpenr，r r代表代表resistance)resistance)抗性突变的菌落。抗性突变的菌落。测定突变的方法测定突变的方法影印法：影印法：黎德伯格等黎德伯格等( (LederbergLederberg和和Lederberg,195

5、2)Lederberg,1952)设计。设计。 LederbergLederberg J., 1958 J., 1958NobelNobel奖获得者，奖获得者，发现细菌转导和接合发现细菌转导和接合 培养基中加培养基中加有有青霉素青霉素抗抗青霉素青霉素的菌的菌生长生长没有细胞结构，是单倍体，只有一条染色体。没有细胞结构，是单倍体，只有一条染色体。病毒病毒 蛋白质外壳蛋白质外壳 + + 包被在内的核酸。包被在内的核酸。烟草花叶病毒腺病毒烟草花叶病毒腺病毒T4 T4 噬菌体爱滋病病毒噬菌体爱滋病病毒RNARNA DNADNA DANDANRNARNA病毒分类：病毒分类：寄主：寄主：动物、植物、细菌；

6、动物、植物、细菌；遗传物质：遗传物质：DNA DNA 或或RNARNA。二、病毒：二、病毒： 病毒中没有合成蛋白质外壳所必须的核糖体。所以，病毒中没有合成蛋白质外壳所必须的核糖体。所以，病毒必须感染活细胞，改变和利用活细胞的代谢合成机病毒必须感染活细胞，改变和利用活细胞的代谢合成机器，才能合成新的病毒后代。器，才能合成新的病毒后代。 感染细菌的病毒又叫噬菌体感染细菌的病毒又叫噬菌体(bacteriophage), 是目是目前了解比较清楚的病毒。前了解比较清楚的病毒。 噬菌体噬菌体对于分子生物学的研究具有非常重要的贡献。对于分子生物学的研究具有非常重要的贡献。常见几个主要噬菌体的特性质见表常见几

7、个主要噬菌体的特性质见表71。1 1世代周期短：世代周期短： 大肠杆菌大肠杆菌( (E. ColiE. Coli)20)20分钟可繁殖一代。分钟可繁殖一代。2 2便于管理和生化分析：便于管理和生化分析： 个体小，一般在个体小，一般在1u1u至几至几u u之间，之间，因一支试管可以储存数因一支试管可以储存数以百万计的细菌和病毒，以百万计的细菌和病毒，操作管理方便。操作管理方便。三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性：三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性：3 3便于研究基因突变：便于研究基因突变： 裸露的裸露的DNADNA分子分子( (有的病毒为有的病毒为RNARNA分子分子) )，易受环境条，易受环境

8、条件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐性问题，突变均能表现出来。性问题，突变均能表现出来。4 4便于研究基因的作用：便于研究基因的作用： 影印培养，影印培养，易检出营养缺陷型突变，有利于从生化易检出营养缺陷型突变，有利于从生化角度来研究基因的作用。角度来研究基因的作用。5 5便于基因重组研究：便于基因重组研究： 细菌具有转化、转导和接合作用，利用这些特性可细菌具有转化、转导和接合作用，利用这些特性可以进行精密的以进行精密的遗传学分析。遗传学分析。6. 6. 便于研究基因结构、功能及调控机制：便于研究基因结构、功能及调控机制： 细菌和病

9、毒的细菌和病毒的遗传物质简单，遗传物质简单，基因定位、结构分基因定位、结构分析及其分离易于进行，基因的表达调控也适于用生理析及其分离易于进行，基因的表达调控也适于用生理生化的方法进行深入的研究。生化的方法进行深入的研究。7. 7. 便于进行遗传操作：便于进行遗传操作： 染色体结构简单，染色体结构简单，没有组蛋白和其它蛋白的结合，更没有组蛋白和其它蛋白的结合，更宜于进行遗传工程的操作。宜于进行遗传工程的操作。第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析1. 1. 结构简单：结构简单：蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。2. 2. 多样性的原因：多

10、样性的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构的不同。外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构的不同。3. 3. 两大类两大类( (据噬菌体据噬菌体DNA在宿主细菌内的特点在宿主细菌内的特点 )： 烈性噬菌体：烈性噬菌体：能引起寄主细胞裂解的噬菌体。能引起寄主细胞裂解的噬菌体。 例：例：T T噬菌体系列噬菌体系列(T(T1 1-T-T7 7) )； 温和性噬菌体温和性噬菌体: : 侵入寄主细胞后，不使寄主细胞侵入寄主细胞后，不使寄主细胞裂解的噬菌体。裂解的噬菌体。具容源性的具容源性的P P1 1和和噬菌体。噬菌体。一、噬菌体的结构：一、噬菌体的结构：、烈性噬菌体：、烈性噬菌体：1. 1. 结构大同小

11、异，外貌一般呈蝌蚪状：结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状：头部头部：双链：双链DNADNA分子的染色体；分子的染色体；颈部颈部：中空的针状结构及外鞘；：中空的针状结构及外鞘；末端末端：由基板、尾针和尾丝组成。：由基板、尾针和尾丝组成。T偶列噬菌体偶列噬菌体2 2T T偶列噬菌体的侵染过程（如偶列噬菌体的侵染过程（如T T4 4噬菌体）：噬菌体）： 尾丝固定大肠杆菌，遗传物质注入尾丝固定大肠杆菌，遗传物质注入 破坏寄主破坏寄主细胞细胞原有的遗传物质原有的遗传物质 合成大量的噬菌体遗传物质和蛋白质合成大量的噬菌体遗传物质和蛋白质 组装成许多新的子噬菌体组装成许多新的子噬菌体 溶菌酶裂解细菌溶菌酶裂解细

12、菌 释释放出数百个噬菌体。放出数百个噬菌体。T4噬菌体从大肠噬菌体从大肠杆菌中释放杆菌中释放、温和性噬菌体：、温和性噬菌体： 例如例如和和P1P1噬菌体噬菌体和和P1P1各代表一种略有不同的溶源性各代表一种略有不同的溶源性类型。类型。. .噬菌体：噬菌体： 噬菌体侵入后，噬菌体侵入后，细菌不裂解细菌不裂解 附在附在E.coliE.coli染色体上的染色体上的galgal和和biobio位点间的位点间的attatt座位上座位上 通过交换通过交换整合整合到细菌染到细菌染色体，并能阻止其它色体，并能阻止其它噬菌体的超数感染。噬菌体的超数感染。1. 1. 溶源性的生活周期：溶源性的生活周期：.P.P1

13、 1噬菌体：噬菌体：它它并不整合到并不整合到细菌的染色体上，而是细菌的染色体上，而是独立独立地存在于细胞质内。地存在于细胞质内。只有少数基因活动，表达出阻碍物关闭其它基因。只有少数基因活动，表达出阻碍物关闭其它基因。原噬菌体经原噬菌体经诱导诱导可转变为可转变为烈性噬菌体烈性噬菌体 裂解途径。裂解途径。原噬菌体原噬菌体：整合在宿主基因组中的噬菌体。：整合在宿主基因组中的噬菌体。2. P2. P1 1和和噬菌体的特性：噬菌体的特性：P1P1和和各代表不同的溶原性类型：各代表不同的溶原性类型：P P1 1噬菌体：噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在

14、于细胞质内；于细胞质内；噬菌体：噬菌体：通过交换整合到细菌染色体上。通过交换整合到细菌染色体上。 溶源性细菌分裂溶源性细菌分裂 两个子细胞两个子细胞：P P1 1噬菌体复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝；噬菌体复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝；噬菌体噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。共同特点：共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析一、转化（一、转化（transformationtransformation）：）：概念：概念：指某些细菌能通过其细

15、胞膜指某些细菌能通过其细胞膜摄取摄取周围供体的染色周围供体的染色体片段，将此外源体片段，将此外源DNADNA片段通过片段通过重组重组加入自己染色体组加入自己染色体组的过程。的过程。19281928年，格里费斯年，格里费斯(Griffith F.)(Griffith F.)在肺炎双球菌中发现在肺炎双球菌中发现转化现象。转化现象。19441944年，阿委瑞年，阿委瑞(Avery O. T.)(Avery O. T.)成功地进行了肺炎双球菌成功地进行了肺炎双球菌转化试验；证实遗传物质是转化试验；证实遗传物质是DNADNA；转化是细菌交换基因的；转化是细菌交换基因的方法之一。方法之一。 细菌中的大部分

16、的转化工作是用下面细菌中的大部分的转化工作是用下面三种细菌完成三种细菌完成的：的：肺炎双球菌，枯草杆菌和流感嗜血杆菌。肺炎双球菌，枯草杆菌和流感嗜血杆菌。转化主要分为二个步骤进行转化主要分为二个步骤进行: :( (一一) )供体供体DNADNA与受体细胞间的接触与互作与受体细胞间的接触与互作 肺炎双球菌转化：肺炎双球菌转化：DNADNA片断至少有片断至少有800800个碱基对；个碱基对；枯草杆菌的转化：枯草杆菌的转化：DNADNA片断至少有片断至少有1600016000个碱基对。个碱基对。 转化的第一步是使转化转化的第一步是使转化DNADNA与受体细菌间的成功地与受体细菌间的成功地相互作用，这包括：相互作用，这包括：转化片段的大小、形态、浓度和转化片段的大小、形态、浓度和受体细胞的生理状态。受体细胞的生理状态。 . .转化片断的大小：转化片断的大小：. .供体供体DNADNA分子存在的数目：分子存在的数目：对特定基因来说，供体对特定基因来说，供体DNADNA分子数目与成功转化有关。分子数目与成功转化有关。链霉素抗性基因转化：链霉素抗性基因转化：在每个细胞含有在每个细胞含有1010个个D