年普通高考全国卷语文试题省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

主要内容主要内容1微生物遗传微生物遗传2微生物变异微生物变异3微生物基因重组微生物基因重组4菌种衰退、复壮和保藏菌种衰退、复壮和保藏第第4 4章章 微生物遗传与变异微生物遗传与变异第1页引言（相关概念）引言（相关概念）遗传遗传(heredity或或inheritance)指生物上一代将自己一整套指生物上一代将自己一整套遗传因子传递给下一代行为或功效，含有极其稳定特征。遗传因子传递给下一代行为或功效，含有极其稳定特征。遗传型遗传型(genotype)：又称基因型，指某一生物个体所含有全：又称基因型，指某一生物个体所含有全部遗传因子，即基因总和。部遗传因子，即基因总和。遗传型是一个内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负遗传型是一个内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载特定遗传信息。载特定遗传信息。表型表型(phenotype)含有一定遗传型个体，在特定外界环境中，经过生长和发育含有一定遗传型个体，在特定外界环境中，经过生长和发育所表现出来种种形态和生理特征总和，即为其表型；所表现出来种种形态和生理特征总和，即为其表型；即是遗传型在适当环境下详细表现。即是遗传型在适当环境下详细表现。遗传型遗传型+环境条件环境条件表型表型代谢代谢发育发育第2页变异变异(variation)：指生物体在某种外因或内因作用下所引发遗传：指生物体在某种外因或内因作用下所引发遗传物质结构或数量改变，亦即遗传型改变。物质结构或数量改变，亦即遗传型改变。变异特点是在群体中以极低几率出现，性状改变幅度极大，变异特点是在群体中以极低几率出现，性状改变幅度极大，改变后性状是稳定、可遗传。改变后性状是稳定、可遗传。饰变饰变(modification)指不包括遗传物质改变，而只发生在转录、转译水平上表型改变，即指不包括遗传物质改变，而只发生在转录、转译水平上表型改变，即一样遗传型生物，在不一样外界条件下，会展现不一样表型，这种表一样遗传型生物，在不一样外界条件下，会展现不一样表型，这种表型上差异，只能称为适应或饰变。型上差异，只能称为适应或饰变。其特点是整个群体中几乎每一个体都发生一样改变，性状改变幅度较其特点是整个群体中几乎每一个体都发生一样改变，性状改变幅度较小，遗传物质不变。不是真正变异，是不遗传。小，遗传物质不变。不是真正变异，是不遗传。引发饰变原因消失后，表型即可恢复。引发饰变原因消失后，表型即可恢复。比如：粘质沙雷氏菌：在比如：粘质沙雷氏菌：在2525下培养，产生深红色灵杆下培养，产生深红色灵杆菌素；在菌素；在3737下培养，不产生色素；假如重新将温度降下培养，不产生色素；假如重新将温度降到到2525，又恢复产色素能力。，又恢复产色素能力。第3页微生物是遗传学研究中明星微生物是遗传学研究中明星微生物细胞结构简单，营养体普通为单倍体，微生物细胞结构简单，营养体普通为单倍体，方便建立纯系。方便建立纯系。很多常见微生物都易于人工培养，快速、大很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖量生长繁殖。对环境原因作用敏感，易于取得各类突变株，对环境原因作用敏感，易于取得各类突变株，操作性强。操作性强。第4页第一节第一节微生物遗传微生物遗传一、遗传变异物质基础一、遗传变异物质基础1883-1889年间，年间，Weissmann提出种质连续理论，提出种质连续理论，认为遗传认为遗传物质是一个含有特定分子结构化合物物质是一个含有特定分子结构化合物；20世纪初，发觉了染色体并提出了基因学说，世纪初，发觉了染色体并提出了基因学说，使得遗传物质使得遗传物质基础范围缩小到染色体上基础范围缩小到染色体上；1944年后，因为连续利用微生物这一有利试验对象进行了三年后，因为连续利用微生物这一有利试验对象进行了三个著名试验，才以确凿事实证实核酸，尤其是个著名试验，才以确凿事实证实核酸，尤其是DNA才是遗传才是遗传变异真正物质基础。变异真正物质基础。经典经典转化试验转化试验、噬菌体感染试验噬菌体感染试验、植物病毒重组试验植物病毒重组试验三个经典试验与遗传物质三个经典试验与遗传物质第5页1、转化试验：、转化试验：肺炎链球菌肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)以肺炎链球菌作为研究对象，肺炎链球菌能够使人患肺炎，也能够使小白鼠患败血病而死以肺炎链球菌作为研究对象，肺炎链球菌能够使人患肺炎，也能够使小白鼠患败血病而死亡；亡；有荚膜者是致病性，它菌落表面光滑有荚膜者是致病性，它菌落表面光滑(smooth)，称为，称为S型；型；有不形成荚膜，无致病性，菌落外观粗糙有不形成荚膜，无致病性，菌落外观粗糙(rough)，故称，故称R型。型。Griffith经典转化试验经典转化试验(1928)RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌SIII型热死菌型热死菌RII型活菌型活菌SIII型活菌型活菌混合培养混合培养健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康健康病死病死病死病死病死病死第6页Griffith（格里菲斯）转化试验结果（格里菲斯）转化试验结果(有毒有毒)死细菌中某种物质转移到死细菌中某种物质转移到(无毒无毒)活细菌活细菌中，并使之含有毒性，造成小家鼠死亡；中，并使之含有毒性，造成小家鼠死亡；他将这种细菌遗传类型转变称为转化，并将引他将这种细菌遗传类型转变称为转化，并将引发转化物质称为转化因子发转化物质称为转化因子(tranformingprinciple)；当初化学与生化分析技术还无法判定杀死细菌当初化学与生化分析技术还无法判定杀死细菌中成份，因而不知转化因子为何物。中成份，因而不知转化因子为何物。第7页离体转化试验离体转化试验1944年，年，O.T.Avery、C.M.Macleod和和M.McCarty从热死从热死S型肺炎链球菌中提纯了可能作为型肺炎链球菌中提纯了可能作为转化因子各种成份，并在离体条件下进行了转化试验。转化因子各种成份，并在离体条件下进行了转化试验。Avery等体外培养试验等体外培养试验(1944)分离后分离后S型细胞物质对型细胞物质对R型细胞转化型细胞转化第8页离体转化试验结果离体转化试验结果起源于加热杀死起源于加热杀死SIII细菌，并使细菌，并使RII细菌转化细菌转化成为成为SIII型细菌转化因子是型细菌转化因子是DNA。Avery等人试验实际上表明：决定细菌遗传类等人试验实际上表明：决定细菌遗传类型物质是型物质是DNA，即证实了，即证实了DNA就是遗传物质。就是遗传物质。第9页2、噬菌体感染试验、噬菌体感染试验1952年，年，A.D.Hershey和和M.Chase发表了证发表了证实噬菌体遗传物质基础著名试验噬菌体感实噬菌体遗传物质基础著名试验噬菌体感染试验。染试验。首先，他们将首先，他们将E.coli培养在以放射性培养在以放射性32P3O4或或35S2O4作为磷源或硫源合成培养基中。结作为磷源或硫源合成培养基中。结果果,能够取得含能够取得含32P-DNA(噬菌体关键噬菌体关键)噬菌体噬菌体或含或含35S-蛋白质蛋白质(噬菌体外壳噬菌体外壳)两种试验用噬两种试验用噬菌体。菌体。第10页蛋白质外壳蛋白质外壳在噬菌体感染过程中，其蛋白质外壳未进入在噬菌体感染过程中，其蛋白质外壳未进入宿主细胞。宿主细胞。第11页DNA关键关键进入宿主细胞进入宿主细胞DNA经增殖、装配后经增殖、装配后,能产生一大群现有能产生一大群现有DNA关键又有蛋白质外壳完整噬菌体颗粒。关键又有蛋白质外壳完整噬菌体颗粒。证实：在其证实：在其DNA中，含有包含合成蛋白质外壳在内整套遗传信息。中，含有包含合成蛋白质外壳在内整套遗传信息。经过电子显微镜观察也证实了这个论点。经过电子显微镜观察也证实了这个论点。从而证实了遗传物质基础是从而证实了遗传物质基础是DNA。第12页3、植物病毒重组试验、植物病毒重组试验H.Fraenkel-Conrat(1956)用含用含RNA烟草花烟草花叶病毒叶病毒(TMV)进行了著名植物病毒重建试验。进行了著名植物病毒重建试验。把把TMV和和HRV（霍氏车前花叶病毒）蛋白蛋白质外壳与质外壳与RNA相分离。相分离。用用TMVRNA与与HRV蛋白质外壳，蛋白质外壳，HRVRNA与与TMV蛋白质外壳重建后杂合病毒去感染蛋白质外壳重建后杂合病毒去感染烟草。烟草。第13页植物病毒重组植物病毒重组核酸核酸(这里为这里为RNA)是病毒遗传物质。是病毒遗传物质。至此至此,我们可确信无疑地得出结论我们可确信无疑地得出结论,只有核酸才是贮存遗传信息只有核酸才是贮存遗传信息真正物质。真正物质。试验结果试验结果第14页三个经典试验结果三个经典试验结果细胞生物遗传物质是双链DNA；病毒遗传物质能够是单链或双链DNA或RNA，即：ssDNA，dsDNA，ssRNA或dsRNA。第15页朊病毒发觉和思索朊病毒发觉和思索不论是不论是DNA还是还是RNA作为遗传物质基础作为遗传物质基础已是无可辨驳事实。但朊病毒发觉对已是无可辨驳事实。但朊病毒发觉对“蛋白蛋白质不是遗传物质质不是遗传物质”定论也带来一些疑云。定论也带来一些疑云。PrP是含有传染性蛋白质致病因子，迄今未发觉是含有传染性蛋白质致病因子，迄今未发觉蛋白内有核酸，但已知传染性疾病传输必须蛋白内有核酸，但已知传染性疾病传输必须有核酸组成遗传物质，才能感染宿主并在宿有核酸组成遗传物质，才能感染宿主并在宿主体内自然繁殖。那么这是生命界又一特例主体内自然繁殖。那么这是生命界又一特例呢？还是因为当前人们认识和技术所限而还呢？还是因为当前人们认识和技术所限而还未揭示生命之谜呢？还有待于生命科学家去未揭示生命之谜呢？还有待于生命科学家去认识和探索。认识和探索。第16页（一）遗传物质（一）遗传物质DNA分子结构及其多样性分子结构及其多样性第17页第18页1DNA复制复制4dNTP第19页2转录转录3 转译转译(翻译）翻译）原核生物只有一个RNA多聚酶；转录后不需加工，直接作为mRNA；mRNA只能存活几分钟、几小时；转录和转译可同时进行，是偶联；第20页第21页微生物基因表示调控微生物基因表示调控调整基因也有转录和转译作用，以其模板生成蛋白质称为阻遏蛋白或变构蛋白。阻遏蛋白作用是能与操纵基因结合，阻止了RNA聚合酶向结构基因滑动，即使结构基因失去了合成mRNA能力。先有调整基因决定阻遏蛋白，与操纵基因结合从而阻止了基因表示。基因控制系统操纵子调整基因开启基因操纵基因结构基因第22页阻遏蛋白也能与培养基中底物(由结构基因转录、转译酶催化分解底物)相结合，当阻遏蛋白与底物结合后，阻遏蛋白从操纵基因分离，从而开放了RNA聚合酶通向结构基因通道，便能转录成mRNA，并转译成蛋白质(酶)。第23页2.1遗传物质在细胞内存在部位和方式遗传物质在细胞内存在部位和方式七个水平七个水平细胞水平细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核：存在于细胞核或核质体，单核或多核细胞核水平细胞核水平：原与真核生物细胞核结构不一样，核外：原与真核生物细胞核结构不一样，核外DNA；染色体水平染色体水平：倍性：倍性(真核真核)和染色体数；和染色体数；核酸水平核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体DNA或或RNA，复合或裸露，双链或单链；，复合或裸露，双链或单链；基因水平基因水平：具自主复制能力遗传功效单位，长度与信息：具自主复制能力遗传功效单位，长度与信息量，转录量，转录翻译；翻译；密码子水平密码子水平：信息单位，起始和终止；：信息单位，起始和终止；核苷酸水平核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基。：突变或交换单位，四种碱基。（二）遗传物质在微生物中存在（二）遗传物质在微生物中存在第24页2.2微生物遗传物质存在形式微生物遗传物质存在形式存在主要形式存在主要形式染色体染色体染色体外遗传物质染色体外遗传物质真核微生物中真核微生物中细胞器细胞器DNA：叶绿体、线粒体、中心粒、叶绿体、线粒体、中心粒、毛基体等毛基体等原核微生物和真核原核微生物和真核微生物酵母菌：微生物酵母菌：质粒质粒插入序列、转座子、插入序列、转座子、Mu病毒等病毒等RNA作为遗传物质作为遗传物质朊病毒遗传物质朊病毒遗传物质第25页染色体染色体指携带细胞功效所必备基因遗传单元。病毒病毒是非细胞生物，它们全套遗传基因称为基因组，但不足以形成染色体。原核生物原核生物染色体常为一个环状DNA分子。真核生物真核生物细胞有几条至几十条染色体，各含一个线状DNA分子。第26页真核生物染色体结构细菌染色体DNA大小和结构第27页原核生物质粒原核生物质粒游离于游离于原核生物原核生物染色体外，含有独立复制能力小型染色体外，含有独立复制能力小型共价闭合环状共价闭合环状DNA分子，即分子，即cccDNA(circularcovalentlyclosedDNA)，称为质粒。，称为质粒。质粒含有超螺旋状结构，携带着一些染色体所没有质粒含有超螺旋状结构，携带着一些染色体所没有基因，赋予原核生物一些对其生存必不可少特殊功基因，赋予原核生物一些对其生存必不可少特殊功效。效。第28页质粒特征质粒特征自我复制能力，为复制子，单拷贝或多拷贝自我复制能力，为复制子，单拷贝或多拷贝编码产物赋予细菌一些性状特征编码产物赋予细菌一些性状特征可自行丢失与消除（可自行丢失与消除（含质粒细胞在正常培养基上遇化学、物理原因处理时，质粒复制受到抑制而核染色体复制继续进行，子代细胞中质粒消除）有转移性（有转移性（能够经过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个细菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒细胞；质粒转移时，它能够单独转移，也能够携带着染色体（片段）一起进行转移，所以它可成为基因工程载体）能够在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也能够经过交能够在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也能够经过交换掺入染色体上，以附加体（换掺入染色体上，以附加体（episome）形式存在）形式存在）对于细菌生存并不是必要对于细菌生存并不是必要功效多样化功效多样化功效：功效：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮、进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功效等。产生酶类、降解功效等。第29页质粒主要类型质粒主要类型致育因子致育因子Fertilityfactor，F因子因子（制育因子，性因子，约制育因子，性因子，约2%核染色体，核染色体，94.5kb，编码基因约，编码基因约1/3与接合相关与接合相关）抗性因子抗性因子Resistancefactor，R因子因子（抗药性因子，其基因编码物质反抗生抗药性因子，其基因编码物质反抗生素有抗性素有抗性）Ti因子因子诱癌质粒，可同植物细胞中核染色体整合，破坏控制细胞分裂激素调整系统，从诱癌质粒，可同植物细胞中核染色体整合，破坏控制细胞分裂激素调整系统，从而使其变成癌细胞。而使其变成癌细胞。Col因子因子大肠杆菌素因子，即使大肠杆菌分泌大肠杆菌素大肠杆菌素因子，即使大肠杆菌分泌大肠杆菌素巨大质粒巨大质粒分子量分子量20030010106 6DaDa，比普通质粒大几十到几百倍，上面有固氮基因。，比普通质粒大几十到几百倍，上面有固氮基因。降解性质粒降解性质粒能够编码许多降解性酶类，使细菌降解特殊物质。能够编码许多降解性酶类，使细菌降解特殊物质。只在假单胞菌属中发觉。只在假单胞菌属中发觉。它们降解性质粒可为一系列能降解复杂物质酶编码，从而能利用普通细它们降解性质粒可为一系列能降解复杂物质酶编码，从而能利用普通细菌所难以分解物质做碳源。菌所难以分解物质做碳源。第30页产细菌素质粒产细菌素质粒Bacteriocinproductionplasmid毒性质粒毒性质粒Virulenceplasmid代谢质粒代谢质粒Metabolicplasmid(降解质粒降解质粒)隐秘质粒隐秘质粒Crypticplasmid第31页第二节第二节微生物变异微生物变异2.1基因突变和突变率基因突变和突变率基因突变基因突变(genemutatiaon)简称突变，是变简称突变，是变异一个，指生物体内遗传物质分子结构突然异一个，指生物体内遗传物质分子结构突然发生可遗传改变，突变几率普通在发生可遗传改变，突变几率普通在10-610-9范围内。范围内。突变率突变率(mutationrate)：每一细胞在每一世：每一细胞在每一世代发生某一性状突变几率，称为突变率，它代发生某一性状突变几率，称为突变率，它能够用每一单位群体在每一世代中产生突变能够用每一单位群体在每一世代中产生突变株数目来表示。株数目来表示。第32页变异变异基因突变基因重组诱变自发突变点突变染色体畸变碱基置换移码突变转换颠换缺失添加缺失添加易位倒位第33页2.2突变类型突变类型凡能用选择性培养基快速选择出来突变型，称为选择性突变凡能用选择性培养基快速选择出来突变型，称为选择性突变株株(selectivemutant)，如营养缺点型、抗性突变型和条件致死型等；如营养缺点型、抗性突变型和条件致死型等；反之则称为非选择性突变株反之则称为非选择性突变株(non-selectivemutant)，如形态突变型、抗原突变型和产量突变型等。如形态突变型、抗原突变型和产量突变型等。选择性突变选择性突变非选择性突变非选择性突变(死活突变)营养缺点型营养缺点型抗性突变型抗性突变型条件致死突变型条件致死突变型形态突变型形态突变型抗原突变型抗原突变型产量突变型产量突变型(非死活突变)第34页2.3突变特点突变特点不对应性：突变性状与原因之间无直接对应关系。不对应性：突变性状与原因之间无直接对应关系。自发性：突变能够在没有些人为诱变原因处理下自自发性：突变能够在没有些人为诱变原因处理下自发地产生。发地产生。稀有性：突变率低且稳定。稀有性：突变率低且稳定。独立性：各种突变独立发生，不会相互影响。独立性：各种突变独立发生，不会相互影响。可诱发性：诱变剂可提升突变率。可诱发性：诱变剂可提升突变率。稳定性：变异性状稳定可遗传。稳定性：变异性状稳定可遗传。可逆性：从原始野生型基因到变异株突变称为正向可逆性：从原始野生型基因到变异株突变称为正向突变突变(forwardmutation)，从突变株回到野生型过，从突变株回到野生型过程则称为回复突变或回变程则称为回复突变或回变(backmutation或或reversemutation)。第35页两种看法两种看法一个观点认为，是经过适应而发生，即各种一个观点认为，是经过适应而发生，即各种抗性是由其环境抗性是由其环境(指其中所含抵抗对象指其中所含抵抗对象)诱发诱发出来，突变原因和突变性状间是相对应，并出来，突变原因和突变性状间是相对应，并认为这就是认为这就是“定向变异定向变异”，也有些人称它为，也有些人称它为“驯化驯化”或或“驯养驯养”。另一个看法则认为，基因突变是自发，且与另一个看法则认为，基因突变是自发，且与环境是不相正确。因为其中有自发突变、诱环境是不相正确。因为其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等各种原因错综发突变、诱变剂与选择条件等各种原因错综在一起，所以难以探究问题实质。在一起，所以难以探究问题实质。第36页基因突变自发性和不对应性基因突变自发性和不对应性1943年，年，S.E.Luria和和M.Delbruck依据统计学依据统计学原理，设计了原理，设计了变量试验变量试验(fluctuationtest)，又称波动试验或彷徨试验；又称波动试验或彷徨试验；1949年，年，Newcombe设计了设计了涂布试验涂布试验(Newcombeexperiment)；1952年，年，J.Lederberg夫妇发表了著名平夫妇发表了著名平板板影印培养法影印培养法和细菌突变株间接选择论文，和细菌突变株间接选择论文，它更加好证实了微生物抗药性是在未接触药它更加好证实了微生物抗药性是在未接触药品前自发产生。品前自发产生。第37页Luria等变量试验等变量试验敏感于噬菌体敏感于噬菌体T1T1第38页试验关键点是：取敏感于噬菌体试验关键点是：取敏感于噬菌体T1大肠杆菌对数期肉汤培养大肠杆菌对数期肉汤培养物，用新鲜培养液稀释成浓度为物，用新鲜培养液稀释成浓度为103个个m1细菌悬液，然后细菌悬液，然后在甲、乙两试管内各装在甲、乙两试管内各装10m1。接着把甲管中菌液先分装在。接着把甲管中菌液先分装在50支小试管中支小试管中(每管装每管装0.2m1)，保温，保温2436小时后，即把各小时后，即把各支小管菌液分别倒在支小管菌液分别倒在50个预先涂有个预先涂有T1平板上，经培养后分别平板上，经培养后分别计算各皿上所产生抗噬菌体菌落数；乙管中计算各皿上所产生抗噬菌体菌落数；乙管中10ml菌液不经分菌液不经分装先整管保温装先整管保温2436小时，然后才分成小时，然后才分成50份加到一样涂有份加到一样涂有Tl平板上，经适当培养后，一样分别计算各皿上产生抗性菌落平板上，经适当培养后，一样分别计算各皿上产生抗性菌落数。数。结果发觉，来自甲管结果发觉，来自甲管50皿中，各皿间抗性菌落数相差极大，皿中，各皿间抗性菌落数相差极大，而来自乙管则各皿数目基本相同。这就说明大肠杆菌抗噬菌而来自乙管则各皿数目基本相同。这就说明大肠杆菌抗噬菌体性状突变，不是由所抗环境原因体性状突变，不是由所抗环境原因噬菌体诱导出来，而噬菌体诱导出来，而是在它接触到噬菌体前，在某一次细胞分裂过程中随机地自是在它接触到噬菌体前，在某一次细胞分裂过程中随机地自发产生。这一自发突变发生得越早，则抗性菌落出现得越多，发产生。这一自发突变发生得越早，则抗性菌落出现得越多，反之则越少。噬菌体这里仅起着淘汰原始未突变敏感菌作用。反之则越少。噬菌体这里仅起着淘汰原始未突变敏感菌作用。利用这一方法，还可计算出突变率。利用这一方法，还可计算出突变率。第39页涂布试验涂布试验第40页平板影印培养法平板影印培养法第41页3基因突变机制基因突变机制3.1 自发突变机制(1)背景辐射、环境原因(2)微生物本身有害物质(3)互变异构效应(4)环出效应第42页3.2诱发突变机制诱发突变机制诱发突变诱发突变基因突变第43页一对碱基被另外一对碱基置换。一对碱基被另外一对碱基置换。转换转换(transition)：即：即DNA链中一个嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶所置换。链中一个嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶所置换。颠换颠换(transversion)：即一个嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤所置换。：即一个嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤所置换。碱基置换第44页碱基转换分子机制以亚硝酸为例HNO2胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）HNO2腺嘌呤（腺嘌呤（A）次黄嘌呤（次黄嘌呤（H）HNO2鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）黄嘌呤（黄嘌呤（X）这些反应及形成物均可在这些反应及形成物均可在DNA复制中产生影响，主要是使碱基对发生转复制中产生影响，主要是使碱基对发生转换。换。第45页第46页 腺嘌呤（腺嘌呤（A）变成次黄嘌呤（）变成次黄嘌呤（H）后引发转换过程：）后引发转换过程：腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He）He经过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（经过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HK）DNA复制时，复制时，HK 与胞嘧啶（与胞嘧啶（C）配对配对 DNA第二次复制时，第二次复制时，C与与G正常配对，实现了转换。正常配对，实现了转换。第47页亚硝酸引发AT-GC转换细节第48页移码突变诱变剂使诱变剂使DNA分子中一个或少数几个核苷酸增加或缺失，从而使后分子中一个或少数几个核苷酸增加或缺失，从而使后面全部遗传密码发生转录和转译错误。面全部遗传密码发生转录和转译错误。由移码突变所产生突变株，称为由移码突变所产生突变株，称为移码突变株移码突变株移码突变株移码突变株（frame-shiftmutant）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是DNA分子微小分子微小损伤。损伤。丫啶类染料，包含原黄素、丫啶黄、丫啶橙和丫啶类染料，包含原黄素、丫啶黄、丫啶橙和-氨基丫啶等，以及氨基丫啶等，以及一系列称为一系列称为ICR类化合物，都是移码突变有效诱变剂。类化合物，都是移码突变有效诱变剂。第49页丫啶类化合物诱发移码突变及其回复突变图示：第50页第51页染色体畸变（chromosomal aberration）一些理化因子，如X射线等辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引发点突变外，还会引发DNA大损伤（macrolesion）染色体畸变，它包含：染色体结构上改变：缺失（deletion）重复（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色体数目标改变第52页分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。染色体内畸变：只包括一条染色体上改变，如发生染色体部分缺失或重复时，其结果可造成基因降低或增加；如发生倒位或易位时，则可造成基因排列次序改变，但数目却不改变。倒位-是指断裂下来一段染色体旋转180后，重新插入到原来染色体原位置上，从而使其基因次序与其它基因次序相反；易位-是指断裂下来一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体其它部位上。染色体间畸变：指非同源染色体间易位。第53页第54页转座因子转座因子(transposibleelement),跳跃基因跳跃基因(jumpinggene)在染色体组中或染色体组间能改变本身位置一段在染色体组中或染色体组间能改变本身位置一段DNA次序。次序。染色体畸变几个形式插入序列(insertion sequence)：分子量小，0.71.4kb，只能引发转座效应而不含其它任何基因。转座子(Tn,transposon)：分子量为225kb，含有几个到十几个基因。能插到受体DNA分子许多位点上。Mu噬菌体(mutator phage)：是E.Coli一个温和噬菌体，分子量大，约37kb，含20多个基因，能够引发插入突变。第55页诱变剂共性标准诱变剂共性标准很各种化学物质，能以各种机制造成很各种化学物质，能以各种机制造成DNA突变；突变；化学药剂对细菌诱变率与其对动物致癌性成正比；化学药剂对细菌诱变率与其对动物致癌性成正比；超出超出95%致癌物质对微生物有诱变作用；致癌物质对微生物有诱变作用；90%以上非致癌物质对微生物没有诱变作用。以上非致癌物质对微生物没有诱变作用。诱变剂（诱变剂（mutagen）：凡能提升突变率任何理化因子，）：凡能提升突变率任何理化因子，就称为诱变剂。就称为诱变剂。种类：诱变剂种类很多，作用方式多样。即使是同一种类：诱变剂种类很多，作用方式多样。即使是同一个诱变剂，也常有几个作用方式个诱变剂，也常有几个作用方式。第56页若干诱变剂作用机制及诱变功效有些人认为，因为它们是一个平面型三环分子，结构与一个嘌呤嘧啶对对十分相同，故能嵌入两个相邻DNA碱基对之间，造成双螺旋部分解开（两个碱基对原来相距0.34nm，当嵌入一个丫啶分子时，就变成0.68nm），从而在DNA复制过程中，会使链上增添或缺失一个碱基，结果就引发了移码突变。诱变原因在DNA上初级效应 遗传效应碱基类似物 掺入作用 AT=GC双向转换 羟 胺 与胞嘧啶起反应 GCAT转换 亚硝酸 A、G、C氧化脱氨作用AT=GC双向转换 交 联 缺失 烷化剂 烷化碱基（主要是G）AT=GC双向转换 烷化磷酸基团 ATTA颠换 丧失烷化嘌呤 GCCG颠换糖-磷酸骨架断裂 巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类 碱基之间相互作用（双链变形）码组移动（或）紫外线 形成嘧啶水合物 GCAT转换 形成嘧啶二聚体 码组移动（或）交 联 电离辐射 碱基羟基化核降解 AT=GC双向转换 DNA降解 码组移动（或）糖-磷酸骨架断裂巨大损伤 （缺失、重复、倒位、易位）丧失嘌呤 加热 C脱氨基 CGTA转换 Mu噬菌体 结合到一个基因中间 码组移动第57页Ames试验试验美国加利福尼亚大学美国加利福尼亚大学BruceAmes教授于教授于1966年创造；年创造；检测鼠伤寒沙门氏菌检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphmurium)组氨酸营养缺点型菌株组氨酸营养缺点型菌株(his-)回复突变率；回复突变率；回复突变回复突变(reversemutation或或backmutation)：突变体失去野生型性状，能够经：突变体失去野生型性状，能够经过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变。为回复突变。第58页Ames试试验操作验操作第59页艾姆氏试验基本方法缺点型菌株营养缺乏型平板3723天.:.:.:.;.;.:.:.:.:.;.;.:.待测试剂正常回复突变诱变剂诱变艾姆氏试验已成为测试化学物质诱变作用标准方法，其原理是检验待测试剂能否使营养缺点型菌株回复突变增加。第60页应用实例应用实例国外曾开发了一个降低妇女妊娠反应药品国外曾开发了一个降低妇女妊娠反应药品“反应停反应停”，因为其药效显著，在，因为其药效显著，在60-70年代年代十分流行；十分流行；但随即人们就发觉畸形儿出生率显著增高，但随即人们就发觉畸形儿出生率显著增高，而且生产畸形儿妇女大多曾服用而且生产畸形儿妇女大多曾服用“反应停反应停”，以后采取，以后采取Ames试验发觉这种物质确实含试验发觉这种物质确实含有很强致突变作用，所以这种药品被禁止使有很强致突变作用，所以这种药品被禁止使用；用；第61页Ames试验补充试验补充因为生物体内、体外可能存在差异，可在体因为生物体内、体外可能存在差异，可在体外加入哺乳动物外加入哺乳动物(如大鼠如大鼠)微粒体酶系统，使微粒体酶系统，使待测物活化，使待测物活化，使Ames试验准确率达试验准确率达80-90%。第62页4DNA损伤修复损伤修复4.1紫外线对紫外线对紫外线对紫外线对DNADNA损伤及修复损伤及修复损伤及修复损伤及修复在光照下光解酶转变紫外线诱导胸腺嘧啶二聚体返回单聚体。光照第63页第64页第65页4.2切补修复暗修复切补修复暗修复为把它与光复活作用区分开，切补修复常为把它与光复活作用区分开，切补修复常称为暗修复。它作为许多不一样类型称为暗修复。它作为许多不一样类型DNA损损伤修复普遍系统，如嘧啶二聚体和错误碱基伤修复普遍系统，如嘧啶二聚体和错误碱基配对引发配对引发DNA损伤。损伤。B、C和基因产物结合形和基因产物结合形成一个核酸内切酶，它能识别碱基改变所引成一个核酸内切酶，它能识别碱基改变所引发发DNA螺旋扭曲。螺旋扭曲。uvrABC内切核酸酶在损伤内切核酸酶在损伤任何一边作一切口，聚合酶任何一边作一切口，聚合酶I切除和替换损伤切除和替换损伤部位碱基，部位碱基，DNA连接酶将缺口填补上。连接酶将缺口填补上。第66页1、由、由核酸内切酶核酸内切酶切开二聚体切开二聚体5末端，形成末端，形成3-OH和和5-P单单链缺口链缺口2、核酸外切酶核酸外切酶从从5-P到到3-OH方向切除二聚体，并扩大缺口。方向切除二聚体，并扩大缺口。3、DNA聚合酶聚合酶以另一条互补以另一条互补链为模板，从原有链上暴露链为模板，从原有链上暴露3-OH端起合成缺失片段。端起合成缺失片段。4、连接酶连接酶将新合成将新合成3-OH与与原有原有5-P相连接。相连接。第67页4.3重组修复重组修复(复制后修复复制后修复)胸腺嘧啶二聚体不能被复制，不是在此位点阻胸腺嘧啶二聚体不能被复制，不是在此位点阻塞，而是塞，而是DNA聚合酶能跳过该损伤部位，沿着下面聚合酶能跳过该损伤部位，沿着下面DNA模板，恢复模板，恢复DNA继续合成。在新合成继续合成。在新合成DNA子链子链上二聚体对面留下一个缺口。因为需要一个完整链上二聚体对面留下一个缺口。因为需要一个完整链作为模板，不能用切补修复来恢复。而这个缺口能作为模板，不能用切补修复来恢复。而这个缺口能由由RecA蛋白调控经过与母链蛋白调控经过与母链DNA螺旋发生重组来填螺旋发生重组来填补。母链补。母链DNA在二聚体对面应该含有完整序列。尽在二聚体对面应该含有完整序列。尽管重组并不能修复损伤，它确创造了两个新管重组并不能修复损伤，它确创造了两个新DNA分分子，经过切补修复完成了修复功效。子，经过切补修复完成了修复功效。第68页细胞在不切除二聚体情况细胞在不切除二聚体情况下，以带有二聚体这条链下，以带有二聚体这条链为模板合成互补单链，但为模板合成互补单链，但在每个二聚体附近留有一在每个二聚体附近留有一空隙。经过染色体交换，空隙。经过染色体交换，空隙部位就不在面对着胸空隙部位就不在面对着胸腺嘧啶二聚体，而是面对腺嘧啶二聚体，而是面对着正常单链，在这种条件着正常单链，在这种条件下，下，DNA聚合酶和连接聚合酶和连接酶起作用将空隙部位进行酶起作用将空隙部位进行修复，修复，重组修复中重组修复中DNA损伤并损伤并没有去除，但伴随微生物没有去除，但伴随微生物传代繁殖，损伤百分比逐传代繁殖，损伤百分比逐步降低。步降低。第69页4.4SOS修复系统修复系统细胞中有许多基因和操纵子受细胞中有许多基因和操纵子受RecA蛋白协同调控和蛋白协同调控和LexA蛋白阻遏转录。它包括处理蛋白阻遏转录。它包括处理DNA损伤和称为损伤和称为SOS修复修复系统。为一个倾向差错修复系统，该系统与系统。为一个倾向差错修复系统，该系统与DNA聚合酶相互聚合酶相互作用，使之经过嘧啶二聚体继续复制作用，使之经过嘧啶二聚体继续复制DNA。35校正读校正读码能力酶被抑制，结果碱基能随机插入二聚体对面，没有准码能力酶被抑制，结果碱基能随机插入二聚体对面，没有准确碱基对确碱基对(参见参见C2)，这个机制是紫外线所以致突变主要原因，这个机制是紫外线所以致突变主要原因，因为大多数其它系统是准确修复因为大多数其它系统是准确修复DNA。SOS修复系统是由修复系统是由RecA蛋白诱导，因为存在蛋白诱导，因为存在DNA损损伤，伤，RecA蛋白构型改变显示出激活态。激活态热蛋白构型改变显示出激活态。激活态热RecA蛋白蛋白引发引发LexA蛋白被蛋白水解酶切开，结果蛋白被蛋白水解酶切开，结果LexA蛋白不再作为蛋白不再作为一个转录阻遏物。只要细胞中存在一个转录阻遏物。只要细胞中存在DNA损伤，损伤，SOS修复系统修复系统基因就能表示。一旦基因就能表示。一旦DNA损伤被消除，损伤被消除，RecA蛋白不再有活蛋白不再有活性，不再作为性，不再作为LexA蛋白水解诱导物，蛋白水解诱导物，IexA蛋白在细胞中累积，蛋白在细胞中累积，而且抑制而且抑制SOS修复基因转录。修复基因转录。第70页第71页第三节第三节微生物基因重组微生物基因重组3.1原核微生物基因重组原核微生物基因重组主要有：主要有：转化转化(transformation)是指细胞从周围介质中摄取来自不一样基因型细胞DNA，使受体基因型或表型发生对应改变过程。转导转导(transduction)是由噬菌体介导将DNA片段从供体菌转移到受体菌过程。接合接合(conjugation)在供体细胞和受体细胞直接接触后，质粒从供体细胞向受体细胞转移过程。原生质融合等几个方式原生质融合等几个方式第72页3.1.1转化转化(transformation)转化现象是在转化现象是在1928年由年由Griffith进行肺炎双球菌研究中发觉。进行肺炎双球菌研究中发觉。受体菌直接接收供体菌受体菌直接接收供体菌DNA片段而取得部分新遗传性状现象，就称为转片段而取得部分新遗传性状现象，就称为转化或转化作用。化或转化作用。第73页枯草芽孢杆菌自然转化模型：枯草芽孢杆菌自然转化模型：a）细菌生长在一定培养条件下生长到一定阶段，以枯草芽孢杆菌为例）细菌生长在一定培养条件下生长到一定阶段，以枯草芽孢杆菌为例是在葡萄糖基本培养基中培养到对数生长末期到稳定时，细胞向胞外分是在葡萄糖基本培养基中培养到对数生长末期到稳定时，细胞向胞外分泌一个小分子蛋白质，称为感受态因子，其分子量为泌一个小分子蛋白质，称为感受态因子，其分子量为5000到到10000道尔道尔顿。顿。b）当培养液中感受态因子积累到一定浓度后，与细胞表面受体相互作）当培养液中感受态因子积累到一定浓度后，与细胞表面受体相互作用，经过一系列信号传递系统诱导一些感受态一特异蛋白质用，经过一系列信号传递系统诱导一些感受态一特异蛋白质(competencesp