微生物考试复习参考资料(下)

第二节遗传的物质基础一、DNA作为遗传物质（一）经典转化实验（transformation）1928年，F.Griffith，转化实验研究对象：Streptococcuspneumoniae（肺炎链球菌）SIII型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性RII型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性1、动物试验2、细菌培养试验加热杀死的SIII型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入RII型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为SIII型细胞。3、1944年O.T.Avery以更精密的实验设计重复了以上实验。从热死S型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化试验：只有S型细菌的DNA才能将S.pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型菌株的，是遗传因子。（二）噬菌体感染实验A.D.Hershey和M.Chase，1952年同位素标记的T2噬菌体感染实验决定蛋白质外壳的遗传信息是DNA。DNA携带有T2噬菌体的全部遗传信息二、RNA作为遗传物质长出S菌只有R菌活R菌*①加S菌DNA*②加S菌DNA及DNA酶以外的酶*③加S菌的DNA和DNA酶*④加S菌的RNA*⑤加S菌的蛋白质*⑥加S菌的荚膜多糖植物病毒重建试验证明遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质TMV烟草花叶病毒：稀释倍数高；钝化温度高；耐逆性强；传播方式多；寄主范围广。三、朊病毒牛海绵状脑病（Bovinespongiformencephalopathy,BSE），又称疯牛病，是一种侵犯牛中枢神经系统的慢性的致命性疾病。第三节微生物的基因组结构一、概念基因组（genome）：一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称P207染色体：指携带细胞功能所必备的基因的遗传单元。病毒是非细胞生物，它们的全套遗传基因称为基因组，但不足以形成染色体。原核生物的染色体常为一个环状的DNA分子。真核生物的细胞有几条至几十条染色体，各含一个线状的DNA分子。原核生物多为单倍体（在一般情况下只有一条染色体）真核微生物，多条染色体，例如啤酒酵母有16条染色体。有时为双倍体二、微生物基因组结构的特点1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。微生物基因组DNA绝大部分用来编码蛋白质、RNA；用作为复制起点、启动子、终止子和一些由调节蛋白识别和结合的位点等信号序列。基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数。3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短；2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；2）没有明显的操纵子结构；3）有非编码区和内含子序列；4）重复序列多；第四节质粒和转座因子P211线粒体和叶绿体中含有的DNA能够自体复制，并编码执行线粒体和叶绿体功能的蛋白，属于染色体以外的遗传因子。1、质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。2、转座因子（transposableelement）：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。二、转座因子位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布与原核和真核细胞中。转座作用的遗传学效应1、转座引起插入突变2、转座产生新的基因3、转座产生的染色体畸变4、转座引起的生物进化第五节基因突变及修复P217一、基因突变（mutation）：是变异的一类，泛指细胞内（或病毒粒类）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。基因突变是重要的生物学现象，它是一切生物变化的根源，连同基因转移、重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。可以通过DNA复制而成为真正的突变，也可以重新变为原来的结构，这取决于修复作用和其它多种因素。同义突变：某个碱基的变化没有改变产物氨基酸序列密码子的变化。错义突变：指碱基序列的改变引起了产物氨基酸的改变。无义突变：某个碱基的改变，使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白质合成的终止密码子（UAA，UAG，UGA），蛋白质的合成提前终止，产生不完整蛋白质。基因突变DNA损伤修复机制表型指可观察或可检测到的个体性状或特征，是特定基因型在一定环境条件下的表现。二、常见的微生物突变类型（1）营养缺陷型（auxotroph）（2）抗药性突变型（resistantmutant）（3）条件致死突变型（conditionallethalmutant）三、突变的特点1）自发性2）非对应性3）稀有性4）规律性5）独立性6）遗传和回复性7）可诱变性2、突变自发性和非对应性的实验证据三个经典实验1）变量实验（fluctuationanalysis）1943，TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine19692）Newcombe的涂布实验（1949）3）影印实验（replicaplating）1952，theNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin1958证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！（1）碱基的置换碱基置换是染色体的微小损伤，只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。分转换和颠换。（2）移码突变（3）染色体畸变主要是指DNA分子的大损伤，包括缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。诱变:通过认为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段突变自发突变诱变环境因素的影响，DNA复制过程的偶然错误等而导致，突变率较低，通常为10-6-10-9。某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接作用，突变以较高的频率产生。凡能提高突变率的任何理化因子，都可称为诱变剂。诱变的机制：直接与核酸的碱基发生化学反应，引起DNA复制时发生转换；有的是碱基类似物，通过活细胞的代谢活动掺入到DNA分子中引起转换。五、诱变剂与致癌物质——Ames试验很多种化学物质，能以各种机制导致DNA的突变a）利用各种诱变剂获得各类遗传突变，进行诱变育种；b）对有害微生物进行控制；c）危害人类自身的健康“生物化学统一性”法则：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比超过95%的致癌物质对微生物有诱变作用，90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于1966年发明，因此称为Ames试验诱变育种指利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显著提高的基础上，采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选出少数符合目的的突变株，以供科学实验或生产实践使用。基因突变的修复紫外线对DNA的损伤：相邻嘧啶形成嘧啶二聚体和水合物。1、光复活作用把经UV照射后的微生物立即暴露于可见光下时，就可出现明显降低其死亡率的现象，即光复活作用。机制：带有嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一种光激活酶——光激酶结合，这种复合物在可见光下，会获得光能而激活，并使二聚体重新分解成单体。指导意义：在利用UV进行诱变育种时，要在红光下进行照射和后续操作，并放置在黑暗条件下培养。2、切除修复又称暗修复，是一种用于对被DNA等诱变剂损伤的修复方式，其特点是不依赖可见光，只通过酶切作用去除嘧啶二聚体随后重新合成一段正常DNA链的核酸修复方式。第六节细菌基因转移和重组原核生物的不同水平的基因转移形式1、接合2、转化3、转导3、转染4、原生质体融合一、接合(conjugation)细菌的结合作用：通过细胞与细胞的直接接触，由F因子介导而产生的遗传信息的转移和重组过程。F因子不含F因子的细胞：“雌性”菌株（F-），细胞表面没有性菌毛F因子为附加体质粒,既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上F因子的四种细胞形式a）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+）；b）F+菌株，F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。c）Hfr（highfrequencyrecombination,Hfr）菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。d）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）F+×F-杂交F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞的染色体DNA一般不被转移。杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为F+细胞理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成F-菌株2）Hfr×F-杂交Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与F-细胞进行接合。所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，F因子的先导区(leadingregion)结合着染色体DNA向受体细胞转移，F因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-。染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。F因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F-杂交后的受体细胞（或称接合子）大多数仍然是F-。3）F′×F-杂交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。F′×F-与F+×F-的不同：给体的部分染色体基因随F′一起转入受体细胞:a）与染色体发生重组；b）继续存在于F′因子上，形成一种部分二倍体；二、转导（transduction）由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式：一个细胞的DNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中细菌转导的两种种类型：普遍性转导、局限性转导三、转化（transformation）同源或异源的游离DNA分子(质粒和染色体DNA)被自然或人工感受态细胞摄取，并得到表达的水平方向的基因转移过程。自然遗传转化（naturalgenetictransformation），人工转化（artificialtransformation）感受态细胞（competentcell）：具有摄取外源DNA能力的细胞转化因子吸附在受体菌表面受体上，然后再被摄入；解链，一链进入受体菌，另一链为进入提供能量；重组自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；四、转染(transfection)提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。现在把DNA转移至动物细胞的过程也称转染五、原生质体融合（protoplastfusion）通过人为的办法使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，而获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。我国饮用水的微生物学标准：总菌数：100个/ml；大肠杆菌：3个/L第十章基因工程基因工程的基本过程：提取目的基因，目的基因与运载体结合，目的基因导入受体细胞，目的基因的检测与鉴定，控制外源基因的表达。质粒克隆载体具备的特征：①含复制起点；②含有多种限制酶的单一识别位点；③含有抗生素抗性基因的选择标记；④高拷贝；⑤具有较小相对分子质量，分子大小为1~200kb，有利于DNA的分离和操作；⑥可通过转化或电穿孔法极易导入宿主细胞。限制性酶是指能识别双链DNA分子的特定序列，并在识别位点中或在其附近切割DNA的一类内切酶。在细菌细胞内限制性酶与DNA甲基化酶共同构成细菌的限制-修饰系统，利用限制酶降解进入