微生物遗传学复习总结

微生物遗传学复习总结基因突变的类型形态突变型；细胞形态改变；菌落形态改变生化突变型：营养缺陷型；抗性突变型（抗药物、抗噬菌体）；条件致死突变型（温度敏感突变型）等。基因突变的特点：随机性（波动实验、涂布实验、影印实验）、独立性（交叉抗性：对两种抗生素同时由敏感变为抗性，如大肠杆菌中抗四环素的突变株往往也抗金霉素。）、稳定性、可逆性、稀有性（10-9-10-5）、诱变剂可提高突变率。突变率:每一个细胞在每一个世代中发生突变的机率，也是突变在每个细胞生存的单位生物学时间内发生的概率。突变频度:突变频度常用来表明一定数目的野生型细胞中出现的突变型的数目，因此突变频度没有涉及世代这一生物学时间单位。化学诱变剂①碱基类似物引起的诱变5-溴尿嘧啶：5-BU分子结构与T非常相似，溴原子取代T第5位的甲基。诱发突变原理：Br改变分子在酮式和烯醇式之间平衡，使5-BU更易出现烯醇式结构，形成5-BU≡G,5-BU上溴原子的作用被邻近的基团效应所抵消，使得A=BU转变为G≡BU的倾向减弱，所以突变中GC→AT多于AT→GC。②改变DNA结构的诱变剂亚硝酸：氧化脱氨基作用,把氨基转变为酮基，使C→U、A→H，造成U·A和H·C碱基错配，诱发GC→AT及AT→GC的变化。羟胺：专一地作用C，使之转变为能与A配对的形式专一性地引起GC→AT突变。甲基磺酸乙酯EMS（烷化剂的一种）：当其烷基加到G和T的与氢键相结合的氧原子后，将会引起G和T的错配，引起AT→GC和GC→AT的转换。EMS是能使DNA的许多位点发生烷化，强烈的诱变剂。③DNA移码突变的化合物（丫啶类化合物、溴化乙锭、烷化剂）移码突变：由于DNA分子中一对或少数几对核苷酸的增加或缺失造成的突变。丫啶类化合物：分子多数是扁平的，能够插入到DNA的碱基对之间，是有效的移码诱变剂。这类化合物分子结构上的特点为，当与DNA接触时，能够逐渐插入到DNA链的两个碱基对之间，使原来相邻的碱基对彼此分开，当带有这类化合物的DNA复制时，很容易插入1个或2个碱基，引起移码突变。物理诱变剂①电离辐射：χ射线和γ射线、a射线、β射线、快中子、离子注入、宇宙射线②非电离辐射：红外线、紫外线辐射损伤DNA机理直接作用假说/靶学说：细胞吸收辐射能量后，发生诸如激发、电离、弹性碰撞等多种原发性物理过程，辐射的量子击中染色体，导致发生直接的原始损伤，整个过程就好象子弹击中靶子一样。间接作用假说：生物细胞中的分子经辐射作用先产生各种自由基，这些自由基团再进一步与细胞内含物反应并通过一系列生物化学变化造成染色体损伤。紫外线(UV)诱变的分子机理：UV对生物的损伤主要直接作用于DNA而引起遗传物质的改变。UV可引起DNA链的断裂、DNA分子双链的交联、胞嘧啶和尿嘧啶的水合作用等多种损伤，但诱导形成胸腺嘧啶二聚体是主要的损伤。同一条链上相邻的胸腺嘧啶之间的二聚体会阻碍碱基的正常配对，影响T与A的配对，DNA复制到此位置时就会突然终止或在新链上出现错误的碱基，而引起突变。紫外线的穿透力也很弱，UV波长范围为136—390nm，其中200—300nm范围对诱变有效。254nm的UV最易被嘌呤和嘧啶碱基所吸收，因而诱变效果最强。生物诱变剂插入因子、转座子、转座噬菌体：可以诱导这些转座因子向目标细胞中转移，插入目的基因中，造成基因突变。不论是自发突变，还是诱发突变，都是通过理化因子作用DNA，改变其DNA结构，并最终改变遗传性状。自发突变：受自然条件下存在的未知理化因子作用产生的突变；诱发突变：人为地选择了某些可强烈影响DNA结构的诱变剂处理所产生的突变。诱变所产生的突变频率和变异幅度都显著高于自发突变。引起自发突变的原因：生物体内存在的各种转座遗传因子的跳动；背景辐射和环境诱变；微生物自身所产生的诱变物质的作用；互变异构；环出效应。突变热点：指DNA链中具有很高突变率的碱基位点。突变热点具有远高于一般位点的突变率。原因：5-甲基胞嘧啶（MeC）的存在；与DNA序列结构有关。转座遗传因子：存在于细胞内，位于染色体或质粒上的一段特殊、可移动的DNA序列。转座：转座遗传因子改变位置的行为。转座子的转座遗传效应①具有插入突变效应，扩散抗药性基因；②使受体菌基因组发生缺失、重复、易位或倒位等重排，在某些情况下还可以启动或关闭某些其它基因；③极性效应：转座因子插入到一个操纵子的上游基因时，不仅破坏被插入的基因，而且也大大降低位于远离启动子一端的其他基因的表达。应用：获得各种突变株、判定未知基因的位置、构建不同质粒融合或复制子融合的特殊菌株。转座因子的类型和结构：插人序列（又称IS因子）；转座子（又称易位子，Tn）（非组合型转座子-Ⅱ型转座子；转座噬菌体--Ⅲ型转座子，如Mu噬菌体；整合子；逆转座子－第2类内含子；接合型转座子；可移动转座子。转座机制：保守转座；复制转座；剪切转座；逆转座。转座诱变：随机诱变、定位诱变。真正的回复突变：突变基因上被改变的碱基对在第二次突变时恢复成原来的碱基顺序，真正恢复到野生型基因的功能。抑制基因突变：在DNA的不同位置上发生第二次突变抑制了原来突变基因的表达，恢复野生型表型，而不是直接改变回原来的野生基因型。抑制作用：使突变型恢复为野生型表型，但这种恢复并非由于回复突变所造成，而是由于基因内抑制或基因间抑制所造成的一种表型上的恢复。基因间抑制：指某一突变基因恢复野生型表型是由于另一座位的突变造成的，后一基因就称为前一基因的抑制基因。这种抑制作用发生在两个基因之间，所以称为基因间抑制作用。基因内抑制：指某一突变基因表型的恢复是由于这一突变基因内的另一位点上的突变所造成。基因内抑制：置换抑制；移码突变的抑制。基因间抑制：错义突变的抑制；无义突变的抑制；移码突变的抑制；基因间抑制—代谢抵偿。DNA损伤的修复和基因突变有密切的关系，微生物细胞内存在着一系列的修复系统，DNA分子某一结构的改变或损伤(即前突变)，并不一定会导致产生真正的突变，DNA损伤修复是细胞中多种酶共同作用的结果。DNA损伤的修复：错配修复；光复活作用（紫外线照射后在DNA上形成的(T=T)，可见光(波长300-600nm)照射，细胞内光复活酶识别T=T，利用光量子的能量将T=T的环丁酰环打开。光复活作用是一种高度专一的修复方式，它只作用于紫外线引起的DNA嘧啶二聚体，不含光复活酶的生物细胞，没有光复活能力）；切补修复（碱基切除修复，核苷酸切除修复）；重组修复；SOS修复（增加细胞内原有修复酶的合成量，诱导产生新的修复酶系统）；适应性修复。两类修复机制（避免差错(无误)修复：错配修复、光复活作用、适应性修复和切除修复；倾向差错修复系统：切补修复、重组修复、SOS修复。DNA损伤修复的生物学意义：维持生物的遗传稳定性和延续，保证复制的准确性和生物的稳定性；提供突变的基础（分离延迟：由于DNA损伤经过修复，可能产生杂合双链，必须经过复制才能产生突变的子代双链，而且还要经过一次复制，细胞中才出现突变基因型。生理延迟：在一个野生型的细胞中，虽然产生了突变，出现突变基因型，但其表型可能仍然是野生型，必须经过数次分裂才能将原有的野生型酶的浓度稀释，逐渐表型突变的表型。）；修复与进化的关系；DNA修复与遗传疾病及肿瘤的关系。诱变育种：采用理化、生物等诱变因素处理微生物，使其DNA发生改变，提高突变率，扩大遗传变异幅度，筛选出所需菌种的过程。诱变育种程序：菌悬液的制备、诱变处理、突变后筛选、鉴定。菌悬液的制备细胞：分散状态的单倍体或单核细胞。菌龄：应采用对数期细胞。用UV诱变时应采用的剂量：致死率70％左右为宜。诱变剂选择原则：(1)诱变作用强；(2)诱变效果好；(3)使用安全；(4）操作方便。营养缺陷突变株：由于丧失了合成某种营养物质(如氨基酸、核苷和维生素等)的能力后，在基本培养基上不能生长，只有在基本培养基中加入该突变菌株所缺陷的营养物质后才能生长。筛选程序:诱变、浓缩、检出、鉴定。浓缩的方法：菌丝过滤法；饥饿法；青霉素法：差别杀菌法（加热法）。常用的检出方法：夹层法；限量补充法：影印法：点种法。营养缺陷型的鉴定方法主要有两种：生长谱法；分类生长法。利用鉴别培养法筛选突变型碘液：指示供试菌液化淀粉酶活力的大小。抗毒素：先用霍乱弧菌毒素制备成抗毒素（抗体)。产生毒素的菌落：周围混浊圈（毒素和抗毒素沉淀反应)。不产毒素的菌落：周围无混浊圈。高产菌株的筛选初筛：一般不作重复并应尽量利用表型特征，将有高产潜力的突变株筛选出来，然后再进入摇瓶筛选复筛：初筛选出较好的少数菌株进行复筛，随着测定菌株数目的减少，重复数可逐步增加，以提高其可靠性。转化作用过程（Transformation）（肺炎双球菌）感受态(competence)：细菌能够从周围环境中摄取DNA分子，并且不易被细胞内的限制性核酸内切酶分解时所处的一种特殊生理状态。肺炎链球菌、枯草杆菌---对数后期。前整合复合物在G+细菌中，单链DNA与SSB蛋白质结合，形成前整合复合物。至少3种作用：①保护供体DNA免受降解；②促进DNA的吸收；③增强单链DNA的刚性，促进单链DNA的整合在肺炎双球菌中，这种结合蛋白位于细胞质，而在枯草杆菌中，这种蛋白位于周质空间。G-细菌:2种机制使DNA双链保持稳定：①DNA在周质空间与一种蛋白非共价结合形成复合物；②DNA与一种泡状细胞表面结构结合形成复合物。这2种复合物都是DNase抗性的。转化因子的整合①前整合复合物定位在染色体附近；②单链侵入，形成一种不稳定的受-供体复合物；③单链全部侵入，形成一种稳定的受-供体复合物，被取代的受体单链被降解；④形成一种共价闭合的复合物——异源双链DNA；⑤经错配修复，成为含外源DNA的转化子，或正常的受体DNA。细菌吸附DNA双链，但吸收的是DNA单链人工转化系统人工方法处理可诱导感受态的产生，提高转化效率：利用Ca2+和改变温度的方法；PEG介导的转化：电转化（电穿孔法）。共转化：在某些情况下受体细菌也能同时得到供体的两种性状。这种受体细菌吸收外源DNA后同时出现两个遗传性状改变的现象称为共转化。接合作用（大肠杆菌）(Conjugation)选择性标记：观察对象所带有的（遗传）标记，依据这种标记可以获得生长优势，或者失去生长优势；观察者依据这种标记可从混有不同基因型的群体中获得具有该标记的个体，选择重组子。非选择性标记：观察者在一次试验中没有使用的、观察对象具有的（遗传）标记，观察分离现象。正向筛选：依据选择性标记可以通过一次试验将带有选择性标记的个体筛选出来，如抗性标记。反向筛选：必须通过几次试验才可以将带有该标记的个体筛选出来，如营养缺陷性标记。正反杂交实验证明：细菌重组的发生只是染色体单方向的转移，染色体的转移往往不完全。实现接合作用需要性状各异的2种菌株，当时称为雄性(供体)和雌性(受体)两种类型。受体菌或雌性菌的生活力及遗传特性对于成功的接合作用是致关重要的。F因子基因组3个区段：控制自主复制，含有复制酶基因(rep)、决定不相容性的基因(inc)、复制起点(oviV)；转移区段；插入区段（4个），有利于F因子在不同位点插入受体菌染色体形成不同的高频重组菌株(Hfr)。F因子可以通过重组插入细菌染色体中形成Hfr的细胞。Hfr中F因子：可从染色体正常脱离下来恢复成F+，也可错误脱离形成F´细胞。Hfr×F-的接合作用：由于接合作用使部分染色体基因转移的频率比F+×F-高1000倍以上，因此又称为高频重组作用(highfrequencyrecombination)。因为F因子在Hfr细胞中已和染色体结合成一个复制子，所以F因子在接合转移时能带动染色体DNA进入受体，杂交子绝大多数仍是F-细菌。F´×F-的接合作用：F质粒在脱离Hfr细胞的染色体时会发生差错，形成带有细菌某些染色体基因的F´因子（类似温和噬菌体λ）（包括带有不完整F因子的Ⅰ型和带有完整F因子的Ⅱ型）。此接合作用能专一性地向F-转移F´质粒携带的供体菌基因，称为F因子转导或性因子转导。中断杂交试验：在接合的特定时间内人为地中断杂交以测定重组子的方法。在Hfr