C八微生物的遗传和变异PPT课件.ppt

1第八章第八章 微生物遗传变异微生物遗传变异 和菌种保藏和菌种保藏第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础第三节第三节 微生物的突变微生物的突变 第四节第四节 微生物的基因重组微生物的基因重组第五节第五节 微生物遗传变异的应用微生物遗传变异的应用第六节第六节 菌种的衰退、复壮和保藏菌种的衰退、复壮和保藏2本章教学的目的与要求本章教学的目的与要求1 1 理解遗传型与表型、遗传与变异等概念理解遗传型与表型、遗传与变异等概念 2 2 熟悉三个经典实验的过程以及说明的问题熟悉三个经典实验的过程以及说明的问题 3 3 了解七个水平，熟悉其中相关概念了解七个水平，熟悉其中相关概念4 4 掌握基因突变类型、特点与机制掌握基因突变类型、特点与机制5 5 理解变量试验、涂布试验影印平板培养过程理解变量试验、涂布试验影印平板培养过程与说明问题与说明问题6 6 掌握细菌基因重组方法及类型掌握细菌基因重组方法及类型7 7 掌握菌种衰退的原因、菌种复壮和保藏的方掌握菌种衰退的原因、菌种复壮和保藏的方法法3第一节第一节 基本概念基本概念l遗传（遗传（heredityheredity）u生物在繁殖延续后代的过程中，亲代与子代之间生物在繁殖延续后代的过程中，亲代与子代之间性状相似的现象，称遗传性状相似的现象，称遗传u性状：形态、结构、生态、生理、生化性状：形态、结构、生态、生理、生化l变异变异variationvariation u在在生生物物繁繁殖殖过过程程中中，子子代代与与亲亲代代或或子子代代之之间间性性状状不同的现象，称为变异不同的现象，称为变异.l两者的关系两者的关系u遗遗传传保保证证了了物物种种的的存存在在和和延延续续，保保持持了了种种属属性性状状的相对稳定的相对稳定u变异推动了物种的进化和发展，产生变种和新种变异推动了物种的进化和发展，产生变种和新种4 第一节第一节 基本概念基本概念l遗传型遗传型(genotype)(genotype)u指某一生物个体所含有的全部遗传因子，即基因指某一生物个体所含有的全部遗传因子，即基因的总和的总和.l表型表型(phenotype)(phenotype)u具具有有某某遗遗传传型型的的生生物物只只有有在在适适当当的的环环境境条条件件下下，通通过过自自身身的的代代谢谢和和发发育育，才才能能将将它它具具体体化化，即即产产生表型生表型l两者的关系两者的关系5研究微生物遗传的意义研究微生物遗传的意义 l微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的研究对象物学基本理论问题中最热衷的研究对象l对微生物遗传规律的深入研究对微生物遗传规律的深入研究u促进了现代分子生物学和生物工程学的发展促进了现代分子生物学和生物工程学的发展u为育种工作提供了丰富的理论基础，促使育为育种工作提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展发展6微生物的独特生物学特性微生物的独特生物学特性个体的体制极其简单个体的体制极其简单营养体一般都是单倍体营养体一般都是单倍体繁殖速度快繁殖速度快易于积累不同的中间代谢产物或终产物易于积累不同的中间代谢产物或终产物菌落形态特征的可见性和多样性菌落形态特征的可见性和多样性环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性均一性易于形成营养缺陷型易于形成营养缺陷型各种微生物一般都有相应的病毒各种微生物一般都有相应的病毒存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式.7 第二节第二节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础l三个经典实验三个经典实验l遗传物质在细胞中存在的部位和方式遗传物质在细胞中存在的部位和方式8三个经典实验三个经典实验u转化实验（转化实验（transformationtransformation）u噬菌体感染实验噬菌体感染实验u植物病毒的重建实验植物病毒的重建实验91 1、转化实验、转化实验 Transformation Transformation F.GriffithF.Griffithl转化转化u指指A A品系的生物吸收了来自品系的生物吸收了来自B B品系生物的遗传品系生物的遗传物质而获得了物质而获得了B B品系的遗传性状的现象品系的遗传性状的现象l实验者实验者uF.Gruffith(1928)F.Gruffith(1928)；O.T.AveryO.T.Avery等等(1944)(1944)l实验材料实验材料u肺炎链球菌肺炎链球菌 Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae101 1、转化实验、转化实验 Transformation F.GriffithTransformation F.Griffithl细菌的特点细菌的特点uSS型菌株：有致病性，有荚膜，菌落表面光滑型菌株：有致病性，有荚膜，菌落表面光滑uRR型菌株：无致病性，无荚膜，菌落表面粗糙型菌株：无致病性，无荚膜，菌落表面粗糙l组实验组实验u动物试验动物试验u细胞培养试验细胞培养试验u分离后分离后SS细胞物质对细胞物质对RR细胞转化实验细胞转化实验111 1）动物试验）动物试验12动物实验结果与结论动物实验结果与结论 l结果结果u第一组：活第一组：活SS型细菌可以使白鼠死亡型细菌可以使白鼠死亡u第二组：活第二组：活RR型细菌不使白鼠死亡型细菌不使白鼠死亡u第三组：加热杀死后第三组：加热杀死后SS细菌，不使白鼠死亡；细菌，不使白鼠死亡；加热杀死的加热杀死的SS型和活型和活R R型细菌混合可使白鼠死亡型细菌混合可使白鼠死亡l结论结论uR R型菌株获得了型菌株获得了S S菌株的遗传性状，说明菌株的遗传性状，说明S S菌株体内菌株体内有一种有一种“转化因子转化因子”132 2）细胞培养实验）细胞培养实验14细胞培养实验结果细胞培养实验结果l结果结果u第一组：活第一组：活SS型细菌使白鼠死亡，并从鼠体内型细菌使白鼠死亡，并从鼠体内分离到有毒细菌分离到有毒细菌u第二组：活第二组：活RR型细菌不使白鼠死亡，并从鼠体型细菌不使白鼠死亡，并从鼠体内分离到无毒细菌内分离到无毒细菌u第三组：将第三组：将SS细菌型加热杀死，不使白鼠死亡，细菌型加热杀死，不使白鼠死亡，鼠体内无有毒细菌鼠体内无有毒细菌u第四组：将加热杀死的第四组：将加热杀死的SS细菌型和活细菌型和活R R型细菌，型细菌，使白鼠死亡，鼠体内分离到有毒细菌使白鼠死亡，鼠体内分离到有毒细菌l结论结论uS S型细菌存在的转化物质，通过某种方式进入型细菌存在的转化物质，通过某种方式进入R R型型细胞内，并使细胞内，并使R R型细胞获得稳定的遗传形状型细胞获得稳定的遗传形状 R-SR-S153 3）分离后的）分离后的S S细胞物质对细胞物质对R R细胞的转化细胞的转化16不同成分转化试验结果与结论不同成分转化试验结果与结论l结果结果u第一组：第一组：S S菌多糖活菌多糖活RR型细菌，不使鼠死亡型细菌，不使鼠死亡u第二组：第二组：S S菌蛋白质活菌蛋白质活RR型细菌，不使鼠死亡型细菌，不使鼠死亡u第三组：第三组：S S菌菌RNARNA活活RR型细菌，不使鼠死亡型细菌，不使鼠死亡u第四组：第四组：S S菌菌DNADNA活活RR型细菌，鼠死亡型细菌，鼠死亡l结论结论u只有只有S S型中的型中的DNADNA才能使才能使R R型转化为型转化为S S型，型，RNARNA、多、多糖和蛋白质都不具备转化能力糖和蛋白质都不具备转化能力171 1、转化实验、转化实验 Transformation F.GriffithTransformation F.Griffithl实验（实验（1 1）结论）结论uR R型菌株获得了型菌株获得了S S菌株的遗传性状，说明菌株的遗传性状，说明S S菌株菌株体内有一种体内有一种“转化因子转化因子”l实验（实验（2 2）结论）结论u加热杀死的加热杀死的S S型菌内可能存在一种转化物质，型菌内可能存在一种转化物质，通过某种方式进入通过某种方式进入R R型细胞内型细胞内,使使R SR Sl实验（实验（3 3）结论）结论u只有只有S S型中的型中的DNADNA才能使才能使R R型转化为型转化为S S型，多糖型，多糖和蛋白质都不具备转化能力和蛋白质都不具备转化能力182 2、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验l研究者研究者uA.D.HersheyA.D.Hershey和和M.ChaseM.Chasel实验材料实验材料uE.ColiE.Coli、T T2 2嗜菌体嗜菌体l实验原理实验原理u用同位素用同位素3232P P标记噬菌体的标记噬菌体的DNADNA、用同位素、用同位素3535S S标标记噬菌体的蛋白质，然后再感染宿主细胞记噬菌体的蛋白质，然后再感染宿主细胞 u噬菌体侵染细菌时，只是把核酸注入到宿主体噬菌体侵染细菌时，只是把核酸注入到宿主体内，而把蛋白质外壳留在外面内，而把蛋白质外壳留在外面 192 2、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验l实验过程实验过程u首先用含有首先用含有3232P P和和3535S S的培养基中培养大肠杆菌的培养基中培养大肠杆菌u用标记过的大肠杆菌培养用标记过的大肠杆菌培养T2T2噬菌体噬菌体 u再用标记过的再用标记过的T2T2噬菌体侵入没有标记的大肠，噬菌体侵入没有标记的大肠，通过保温通过保温搅拌搅拌离心离心u检测上清和沉淀中放射性元素的情况检测上清和沉淀中放射性元素的情况l结果结果u3535S S位于上清液中，而位于上清液中，而3232P P存在于底部存在于底部u又一次证明：遗传物质是又一次证明：遗传物质是DNADNA，而不是蛋白质，而不是蛋白质203 3、病毒的拆开与重建实验、病毒的拆开与重建实验l研究者研究者uH.Fraenkel-ConratH.Fraenkel-Conrat和和Singer(1956)Singer(1956)u (1956)(1956)l实验材料实验材料u烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)(TMV)和霍氏车前花叶病毒和霍氏车前花叶病毒(HMV)(HMV)l方法方法u将两病毒的将两病毒的核酸核酸核酸核酸与衣壳与衣壳蛋白蛋白蛋白蛋白分开分开u然后交叉重建成杂合病毒然后交叉重建成杂合病毒u做感染试验做感染试验,观察所成观察所成病斑病斑病斑病斑类型类型u再分离再分离21实验说明实验说明遗传物质是遗传物质是DNADNA而不是蛋白质而不是蛋白质实验证明：遗传物质是实验证明：遗传物质是RNARNA22结论结论l实验证实实验证实u细胞的遗传物质不是蛋白质或其他物质细胞的遗传物质不是蛋白质或其他物质u细胞生物的遗传物质是细胞生物的遗传物质是DNADNAu病毒的遗传物质可以是病毒的遗传物质可以是DNADNA或是或是RNARNA23朊病毒的发现和思考朊病毒的发现和思考l朊病毒含有微量的核酸，仍未发现？朊病毒含有微量的核酸，仍未发现？l朊病毒仅由蛋白质构成朊病毒仅由蛋白质构成l朊病毒的遗传物质为蛋白质？朊病毒的遗传物质为蛋白质？24二、遗传物质在细胞内的存在形式二、遗传物质在细胞内的存在形式l细胞水平细胞水平l细胞核水平细胞核水平l染色体水平染色体水平l核酸水平核酸水平l基因水平基因水平l密码子水平密码子水平l核苷酸水平核苷酸水平25细胞水平细胞水平l存在的部位存在的部位u遗传信息绝大部分都集中在细胞核或核质体中遗传信息绝大部分都集中在细胞核或核质体中l数目数目u原核微生物：球菌：单核原核微生物：球菌：单核 杆菌：多有两核杆菌：多有两核 放线菌菌丝细胞是多核，孢子放线菌菌丝细胞是多核，孢子是单核是单核u真核微生物：单核：酿酒酵母，真菌孢子真核微生物：单核：酿酒酵母，真菌孢子 多核：米曲霉，粗糙脉孢霉多核：米曲霉，粗糙脉孢霉26细胞核水平细胞核水平l真核真核u有核膜，形成有完整形态的核有核膜，形成有完整形态的核 u98%DNA98%DNA在核内，与组蛋白结合形成染色体在核内，与组蛋白结合形成染色体u10%10%的的RNARNA存在于核内，存在于核内，90%90%存在于细胞质中存在于细胞质中l原核原核u无核膜，呈松散的核质体状态无核膜，呈松散的核质体状态 u染色质不与蛋白结合染色质不与蛋白结合l核外遗传物质核外遗传物质 核外遗传物质核外遗传物质 原核微生物原核微生物真核微生物真核微生物细胞质细胞质2 2m m质粒质粒R R因子因子COLCOL质粒质粒巨大质粒巨大质粒TiTi质粒质粒降解性质粒降解性质粒线粒体线粒体叶绿体等叶绿体等F F因子因子28染色体水平染色体水平l真核生物真核生物u染色体染色体数目数目不同不同u染色体染色体倍数倍数不同不同倍数：指同一细胞中染色体的套数倍数：指同一细胞中染色体的套数单倍体单倍体:一个细胞中只有一套相同功能的染色体一个细胞中只有一套相同功能的染色体双倍体双倍体:一个细胞中有二套相同功能的染色体一个细胞中有二套相同功能的染色体.l原核生物原核生物u仅有一条染色体，单倍体仅有一条染色体，单倍体.29核酸水平核酸水平l核酸种类核酸种类uDNADNA：绝大多数生物的遗传物质：绝大多数生物的遗传物质uRNARNA：部分病毒：部分病毒l核酸的组成核酸的组成u真核：真核：DNADNA总是缠绕着组蛋白，两者一总是缠绕着组蛋白，两者一 起构成了复合物起构成了复合物染色体染色体 u原核：原核：DNADNA都是单独存在的都是单独存在的 30核酸水平核酸水平l核酸结构核酸结构uDNADNA：绝大多数是双链，部分病毒是单链：绝大多数是双链，部分病毒是单链uRNARNA：绝大多数单链，少数是双链：绝大多数单链，少数是双链l核酸的长度核酸的长度u真核生物的真核生物的DNADNA比原核生物的长得多比原核生物的长得多u不同生物间的差别很大不同生物间的差别很大l核酸的形状核酸的形状u真核：核内真核：核内DNADNA呈念珠状链，核外呈环状呈念珠状链，核外呈环状u原核：原核：DNADNA呈环状，在细菌质粒中超螺旋呈环状，在细菌质粒中超螺旋u病毒粒：呈环状或线状病毒粒：呈环状或线状31基因水平基因水平l基因基因u在生物体中，一切具有自主复制能力的遗传功能在生物体中，一切具有自主复制能力的遗传功能单位，都可称为基因单位，都可称为基因u基因的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的核基因的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的核酸片段酸片段l基因的大小基因的大小u分子量：一个基因分子量：一个基因6.76.710105 5 Da Dau碱基对：一个基因约有碱基对：一个基因约有1000bp1000bpu数量：每个细菌约有数量：每个细菌约有500050001000010000个基因个基因32基因水平基因水平l原核生物基因的种类原核生物基因的种类u启动基因启动基因(promotor)(promotor)v转录的起始部位，是转录的起始部位，是RNARNA聚合酶附着和启动的部位聚合酶附着和启动的部位u操纵基因操纵基因(opera tor)(opera tor)v它能控制结构基因转录的开放或关闭它能控制结构基因转录的开放或关闭u结构基因结构基因(structure gene)(structure gene)v通过转录和翻译过程来执行多肽通过转录和翻译过程来执行多肽(酶及结构蛋白酶及结构蛋白)合成的合成的u调节基因调节基因v它是调节结构基因的活动基因它是调节结构基因的活动基因33密码子水平密码子水平l遗传密码遗传密码u是指是指DNADNA链上各个链上各个核苷酸核苷酸的特定排列顺序的特定排列顺序u基本单位：密码子基本单位：密码子(codon)(codon)v每个密码子是由核酸分子上的每个密码子是由核酸分子上的3 3个核苷酸顺序个核苷酸顺序所决定所决定 v三联密码子一般都是由三联密码子一般都是由mRNAmRNA上的上的3 3个核苷酸顺个核苷酸顺序表示序表示u四种核苷酸组成的三联密码子数量四种核苷酸组成的三联密码子数量v可达可达6464种，种，决定决定2020种氨基酸的合成种氨基酸的合成34核苷酸水平核苷酸水平l核苷酸核苷酸u核苷酸是核酸组成的基本单位核苷酸是核酸组成的基本单位u种类种类v脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸n腺苷酸腺苷酸(dAMP)(dAMP)、鸟苷酸、鸟苷酸(dGMP)(dGMP)、胸苷、胸苷酸酸(dTMP)(dTMP)和胞苷酸和胞苷酸(dCMP)(dCMP)v核糖核苷酸核糖核苷酸nAMPAMP、GMPGMP、UMPUMP和和CMPCMP35 第三节第三节 微生物的突变微生物的突变l概念概念l基因突变体的主要类型基因突变体的主要类型l基因突变的特点基因突变的特点l基因突变的机制基因突变的机制36一、概念一、概念l突变突变(mutation)(mutation)u指生物体内遗传物质发生数量或结构变化的现象指生物体内遗传物质发生数量或结构变化的现象l变异变异u由突变导致遗传性状改变叫变异由突变导致遗传性状改变叫变异l突变率突变率u指每个细胞在每一世代中发生突变的概率指每个细胞在每一世代中发生突变的概率 u常用的基因突变符号常用的基因突变符号37一、概念一、概念l突变的类型突变的类型u基因突变基因突变(gene mutation(gene mutation）：是由于）：是由于DNADNA链上链上的一对或少数几对碱基发生改变而引起的的一对或少数几对碱基发生改变而引起的 u染色体畸变染色体畸变(chromosomal aberration)(chromosomal aberration)：是：是DNADNA的大段变化的大段变化(损伤损伤)现象现象l表型表型(phenotype)(phenotype)u是指可以观察或检测到的个体性状或特征，是是指可以观察或检测到的个体性状或特征，是特定的基因型在一定环境条件下的表现特定的基因型在一定环境条件下的表现38一、概念一、概念l基因型（基因型（genotype)genotype)u指储存在遗传物质中的信息，即指储存在遗传物质中的信息，即DNADNA碱基序列碱基序列l野生型野生型u未发生突变的从自然界分离到菌株未发生突变的从自然界分离到菌株l突变体突变体u野生株经突变后带有新的遗传性状的菌株野生株经突变后带有新的遗传性状的菌株39二、突变体的主要类型二、突变体的主要类型l形态突变型形态突变型l生化突变型生化突变型l条件致死突变型条件致死突变型l致死突变型致死突变型40二、突变体的主要类型二、突变体的主要类型l形态突变型形态突变型u指突变引起细胞指突变引起细胞形态变化形态变化或引起或引起菌落形态菌落形态改变改变v形态变化：形态变化：细菌的鞭毛、芽孢或荚膜的有细菌的鞭毛、芽孢或荚膜的有无无v菌落形态：外形的光滑、粗糙和颜色的变菌落形态：外形的光滑、粗糙和颜色的变异异l生化突变型生化突变型u指一类发生代谢途径变异但没有明显形态变化指一类发生代谢途径变异但没有明显形态变化的突变型的突变型u常见有：营养缺陷型、抗性突变型常见有：营养缺陷型、抗性突变型 发酵突变型、毒力突变型发酵突变型、毒力突变型41生化突变型生化突变型v营养缺陷型营养缺陷型由基因突变而引起代谢过程中某种酶合成能力由基因突变而引起代谢过程中某种酶合成能力丧失的突变型，必须在原有培养基中添加细胞丧失的突变型，必须在原有培养基中添加细胞不能合成的营养成分才能正常生长不能合成的营养成分才能正常生长类型：氨基酸、维生素和嘌呤嘧啶缺陷型类型：氨基酸、维生素和嘌呤嘧啶缺陷型v抗性突变型抗性突变型是一类能抵抗有害理化因素的突变型是一类能抵抗有害理化因素的突变型 类型：抗药性、抗紫外线和抗噬菌体等类型：抗药性、抗紫外线和抗噬菌体等.42生化突变型生化突变型v发酵突变型发酵突变型指从不能利用到能够利用某种营养物质的突指从不能利用到能够利用某种营养物质的突变型变型v毒力突变型毒力突变型指突变后致病能力增强或减弱的突变型指突变后致病能力增强或减弱的突变型.v产量突变型产量突变型指产生某种代谢产物的能力增强或减弱的突指产生某种代谢产物的能力增强或减弱的突变型变型43二、突变体的主要类型二、突变体的主要类型条件致死突变型条件致死突变型u指在某种条件下具有致死效应，而在另一条件指在某种条件下具有致死效应，而在另一条件没有致死效应的突变型没有致死效应的突变型u如温度敏感突变株如温度敏感突变株致死突变型致死突变型u由于基因突变造成菌体死亡或生活能力下降由于基因突变造成菌体死亡或生活能力下降u双倍体生物能够以杂合子的形式存活下来，一双倍体生物能够以杂合子的形式存活下来，一旦形成纯合子，则发生死亡旦形成纯合子，则发生死亡 44三、基因突变的特点三、基因突变的特点随机性随机性稀有性稀有性独立性独立性可逆性可逆性稳定性稳定性45随机性随机性l定义定义u各种性状的突变可以在没有任何人为的诱变因素各种性状的突变可以在没有任何人为的诱变因素处理的情况下，可以发生在生物的任何个体的发处理的情况下，可以发生在生物的任何个体的发育时期及任何基因上育时期及任何基因上l特点特点u自发性、随机性和不对应性自发性、随机性和不对应性.l三个经典实验三个经典实验u变量试验变量试验u涂布试验涂布试验u平板影印培养试验平板影印培养试验46变量试验变量试验(fluctuation test)(fluctuation test)l实验要点实验要点u利用利用E.coli E.coli 和和T T1 1噬菌体设计了试验噬菌体设计了试验l实验结果实验结果u甲管的甲管的5050个皿中个皿中,各皿间抗性菌落数相差极大各皿间抗性菌落数相差极大u而来自乙管的则各皿数目基本相同而来自乙管的则各皿数目基本相同l实验说明实验说明uE.coliE.coli 抗噬菌体性状的产生，并非由噬菌体抗噬菌体性状的产生，并非由噬菌体T T1 1诱导出来的，而是在它接触诱导出来的，而是在它接触T T1 1前，在某次分裂过前，在某次分裂过程中自发产生的程中自发产生的.47涂布试验（涂布试验（Newcombe experiment)Newcombe experiment)l实验要点实验要点u噬菌体对固体平板上的噬菌体对固体平板上的E.coli E.coli 的影响的影响l实验结果实验结果u未涂布组共有抗性菌落未涂布组共有抗性菌落2828个个u涂布组共有抗性菌落涂布组共有抗性菌落353353个个l实验说明实验说明u突变与噬菌体无关突变与噬菌体无关u涂布使抗性菌株均匀分布涂布使抗性菌株均匀分布u抗性突变可在任何时间发生抗性突变可在任何时间发生48影印培养实验（影印培养实验（replica plating)replica plating)l实验要点实验要点u证明在一系列培养皿的相同位置上能出现相证明在一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法同菌落的一种接种培养方法l实验结果实验结果u可在根本未接触链霉素的情况下可在根本未接触链霉素的情况下,筛选出大筛选出大量的抗链霉素的菌株量的抗链霉素的菌株l实验说明实验说明u微生物的抗药性突变是自发产生微生物的抗药性突变是自发产生,与相应的与相应的环境因素毫不相关环境因素毫不相关 49稀有性稀有性l定义定义u指生物的基因自发突变的频率较低且稳定指生物的基因自发突变的频率较低且稳定l突变率突变率u是每一个细胞在每世代中发生某一基因突变的是每一个细胞在每世代中发生某一基因突变的几率几率l不同生物的突变率不同不同生物的突变率不同u细菌和噬菌体：细菌和噬菌体：1010-4-41010-10-10u高等动植物：高等动植物：1010-5-51010-8-850独立性独立性、可逆性可逆性、稳定性稳定性l独立性独立性u每个突变体的发生是随机的、独立的、互不每个突变体的发生是随机的、独立的、互不干扰的干扰的l可逆性可逆性u任何性状的突变型都具有可逆性任何性状的突变型都具有可逆性l稳定性稳定性u突变株的遗传性状是稳定的、可遗传的突变株的遗传性状是稳定的、可遗传的51四、基因突变的机制四、基因突变的机制l基因突变的概念基因突变的概念l基因突变的类型基因突变的类型l基因突变的机制基因突变的机制u碱基置换碱基置换u译码突变译码突变u染色体畸变染色体畸变52基因突变的概念基因突变的概念l基因突变基因突变u基因突变是指基因突变是指DNADNA分子结构或数目的变化分子结构或数目的变化u自发突变、诱发突变自发突变、诱发突变l自发突变自发突变u在自然条件下自发进行的突变在自然条件下自发进行的突变u引起自发突变的原因引起自发突变的原因v由背景辐射和环境因素引起由背景辐射和环境因素引起v由微生物自身有害代谢产物引起由微生物自身有害代谢产物引起v由由DNADNA复制过程中碱基配对错误引起复制过程中碱基配对错误引起53基因突变的概念基因突变的概念l诱发突变诱发突变u是通过人为的方法，利用物理、化学或生物是通过人为的方法，利用物理、化学或生物的因素而引起的突变的因素而引起的突变u诱变剂：凡具有诱变效应的任何因素诱变剂：凡具有诱变效应的任何因素u诱变剂的种类诱变剂的种类v物理因素：物理因素：UVUV、激光、离子束、激光、离子束、X X射线、射线、射线、快中子射线、快中子v化学因素：亚硝酸、烷化剂、碱基类似化学因素：亚硝酸、烷化剂、碱基类似物、吖啶类化合物物、吖啶类化合物54基因突变的机制基因突变的机制55基因突变的机制基因突变的机制l基因突变的机制基因突变的机制u碱基置换碱基置换u移码突变移码突变u染色体畸变染色体畸变56碱基置换碱基置换(base substitution)(base substitution)l定义定义u是是DNADNA分子中的碱基对置换引起的分子中的碱基对置换引起的l类型类型u转换（转换（transitiontransition）vDNADNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换嘧啶被另一个嘧啶所置换u颠换（颠换（transversiontransversion）vDNADNA链中的一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个链中的一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换嘧啶被另一个嘌呤所置换57碱基置换碱基置换(base substitution)(base substitution)l引起碱基对置换的原因引起碱基对置换的原因u互变异构互变异构v在在DNADNA分子的四种碱基中，分子的四种碱基中，T T和和G G可以酮式或稀可以酮式或稀醇式、醇式、C C和和A A可以氨基式或亚氨基式出现可以氨基式或亚氨基式出现CT：酮式OC OHT：烯醇式互变异构引起的碱基对置换互变异构引起的碱基对置换A.T酮式T.G烯醇式A.TG.CTAT.AT.T.AT.颠换颠换59l引起碱基对置换的原因引起碱基对置换的原因u化学诱变剂化学诱变剂v是一类可直接或间接与核酸的碱基发生化学是一类可直接或间接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂，不论在机体内或在离体条件反应的诱变剂，不论在机体内或在离体条件下均有作用下均有作用 v诱变剂种类诱变剂种类l间接引起置换诱变剂：碱基结构类似物间接引起置换诱变剂：碱基结构类似物l直接引起置换诱变剂：亚硝酸、羟胺和各直接引起置换诱变剂：亚硝酸、羟胺和各种烷化剂种烷化剂 碱基置换碱基置换(base substitution)(base substitution)60间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂l碱基结构类似物碱基结构类似物u诱变剂的结构与碱基结构类似诱变剂的结构与碱基结构类似u 种类种类v5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU5-BU）、）、5-5-脱氧尿嘧啶（脱氧尿嘧啶（5-dU5-dU）v8-8-氮鸟嘌呤（氮鸟嘌呤（8-NG8-NG）、）、2-2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（2-AP2-AP）、）、6-6-氯嘌呤（氯嘌呤（6-CP6-CP）u作用机制作用机制v通过细胞的代谢活动掺入到通过细胞的代谢活动掺入到DNADNA分子中后而引分子中后而引起碱基置换，故是间接的起碱基置换，故是间接的61l亚硝酸亚硝酸u可使含有氨基的碱基发生氧化脱氨作用可使含有氨基的碱基发生氧化脱氨作用 l羟胺羟胺u专一性地与胞嘧啶专一性地与胞嘧啶C C反应，使其能与腺嘌呤反应，使其能与腺嘌呤A A配对，使配对，使G-CG-C转换为转换为A-TA-Tl各种烷化剂各种烷化剂u可以与核苷酸分子中的磷酸基、嘌呤、嘧啶可以与核苷酸分子中的磷酸基、嘌呤、嘧啶等起烷化作用，造成等起烷化作用，造成DNADNA功能损伤和改变功能损伤和改变 直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂62碱基置换碱基置换(base substitution)(base substitution)l由碱基置换引起的由碱基置换引起的3 3种突变型种突变型u同义突变同义突变v不影响蛋白质中氨基酸的组成不影响蛋白质中氨基酸的组成u错义突变错义突变v引起蛋白质中氨基酸的组成发生改变引起蛋白质中氨基酸的组成发生改变u无义突变无义突变v变成终止密码子，使其不能合成完整的多肽变成终止密码子，使其不能合成完整的多肽63移码突变移码突变(frame-shift mutation)(frame-shift mutation)l定义定义u指指DNADNA分子中增添或缺少几个碱基对，而造成其分子中增添或缺少几个碱基对，而造成其后面全部后面全部全全部遗传密码发生转录和翻译错误的基部遗传密码发生转录和翻译错误的基因突变因突变l突变程度突变程度u突变点后的所有密码子都发生改变突变点后的所有密码子都发生改变u产生移码突变株产生移码突变株l种类种类u自然产生：发生于减数分裂时期自然产生：发生于减数分裂时期u人工诱变产生：一般用吖啶类诱变剂人工诱变产生：一般用吖啶类诱变剂64染色体畸变染色体畸变(chromosomal abrration)(chromosomal abrration)l定义定义u由于某些理化因素的作用，造成由于某些理化因素的作用，造成DNADNA分子的大损分子的大损伤所引起的突变伤所引起的突变l染色体结构的变化形式染色体结构的变化形式u染色体内畸变染色体内畸变v缺失、缺失、重复重复、插入插入、易位、倒位、易位、倒位u染色体间畸变染色体间畸变v指非同源染色体间的易位指非同源染色体间的易位THANK YOUSUCCESS2024/3/19 周二65可编辑66 染色体畸变染色体畸变(chromosomal abrration)(chromosomal abrration)l物理诱变剂诱变的机制物理诱变剂诱变的机制u紫外线：可引起紫外线：可引起DNADNA碱基对的变化碱基对的变化v变化方式变化方式nDNADNA链的变化链的变化：DNADNA链的断裂或链间的交联链的断裂或链间的交联 n相邻嘧啶会形成嘧啶二聚体和水合物相邻嘧啶会形成嘧啶二聚体和水合物uX X射线、射线、射线和快中子射线和快中子v直接作用：使直接作用：使硷基间、硷基间、DNADNA间、糖与糖酸间间、糖与糖酸间化化 学键断裂学键断裂v间接作用：自由基导致间接作用：自由基导致DNADNA分子不同程度损伤分子不同程度损伤67染色体畸变染色体畸变(chromosomal abrration)(chromosomal abrration)l物理诱变剂诱变的机制物理诱变剂诱变的机制u热热v可引起碱基变性导致碱基配置错误可引起碱基变性导致碱基配置错误u生物诱变因子生物诱变因子v可以在基因组的任何部位插入，引起基因的可以在基因组的任何部位插入，引起基因的失活，而导致突变失活，而导致突变v转座子：是自然界固有的生物诱变因子，是转座子：是自然界固有的生物诱变因子，是细胞中能改变自身位置的一段细胞中能改变自身位置的一段DNADNA序列序列68 第四节第四节 微生物的基因重组微生物的基因重组l基因重组基因重组l原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组l真核微生物的基因重组真核微生物的基因重组69基因重组（基因重组（gene recombinationgene recombination）l基因重组基因重组u凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式的方式.l特点特点u在离体条件下对在离体条件下对DNADNA分子切割并与载体分子切割并与载体DNADNA分子连分子连接，从而得到重组接，从而得到重组DNADNAl重组方式重组方式70基因重组（基因重组（gene recombinationgene recombination）l重组方式重组方式原核基因重组原核基因重组真核基因重组真核基因重组转化转化有性杂交有性杂交原生质体融合原生质体融合接合接合转导转导准性杂交准性杂交基因重组方式基因重组方式71原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组转化转化转导转导 结合结合原生质结合原生质结合72原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组l特点特点u片段性：仅一小段片段性：仅一小段DNADNA序列参与重组序列参与重组u单向性：即从供体菌向受体菌作单方向转移单向性：即从供体菌向受体菌作单方向转移u转移机制独特而多样，如接合、转化和转导转移机制独特而多样，如接合、转化和转导 l共同之处共同之处u基因的转移，导致了遗传重组基因的转移，导致了遗传重组 l不同之处是不同之处是 u转化是通过裸露的转化是通过裸露的DNADNAu转导则需要噬菌体作媒介转导则需要噬菌体作媒介u接合是通过细菌间的直接接触接合是通过细菌间的直接接触73转化转化(transformation)(transformation)l转化转化u受体菌直接吸收了来自供体菌的受体菌直接吸收了来自供体菌的DNADNA片段，通过片段，通过交换，把它组合到自己的基因组中，从而获得交换，把它组合到自己的基因组中，从而获得了供体菌的部分遗传性状的现象了供体菌的部分遗传性状的现象v受体菌受体菌(recipient/receptor)(recipient/receptor):转化基因的接受者转化基因的接受者v供体菌供体菌(donor)(donor):转化基因的提供者转化基因的提供者u转化子（转化子（transformant transformant）v转化成功的菌株成为转化子转化成功的菌株成为转化子u转化因子转化因子v来自供体菌的具有转化活性的外源来自供体菌的具有转化活性的外源DNADNA片段片段原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组74转化转化(transformation)(transformation)l转化发生的条件转化发生的条件u转化因子转化因子v同源性同源性v分子质量大小适宜分子质量大小适宜u受体菌受体菌v需处于感受态需处于感受态v感受态出现的因素感受态出现的因素u菌龄菌龄u感受态因子出现感受态因子出现u培养条件培养条件 原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组75转化转化(transformation)(transformation)l转化发生的过程转化发生的过程u吸附吸附u切割切割u入胞入胞u重组重组u复制复制u转化子形成转化子形成原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组76转导转导（transductiontransduction）l转导转导u以缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的以缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的DNADNA小片段小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传形状的现象称为转导得前者部分遗传形状的现象称为转导u转导子（转导子（transductanttransductant）：获得新遗传性状的受）：获得新遗传性状的受体细胞体细胞u转导噬菌体：携带供体部分遗传物质的噬菌体转导噬菌体：携带供体部分遗传物质的噬菌体l转导种类转导种类u普遍性转导普遍性转导u局限性转导局限性转导原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组77普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)(generalized transduction)(generalized transduction)(generalized transduct