【正文】 種。 四、原核生物的質(zhì)粒 ? （五）、巨大質(zhì)粒： 200～300 106Da， 比一般質(zhì)粒大幾十倍至幾百倍。 ? 根瘤菌屬中發(fā)現(xiàn)， 具有一系列固氮基因。 四、原核生物的質(zhì)粒 ? （六）、降解性質(zhì)粒：可編碼降解復(fù)雜物質(zhì)的酶，利用一般細(xì)菌難以分解的物質(zhì)作碳源。如 CAM(樟腦 )質(zhì)粒， OCT(辛烷 )質(zhì)粒， XYL(二甲苯 )質(zhì)粒， SAL(水楊酸 )質(zhì)粒， MDL(扁桃酸 )質(zhì)粒， NAP(萘 )質(zhì)粒和 TOL(甲苯 )質(zhì)粒等。 ? 僅在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。 第二節(jié) 基因突變與基因重組 ? 突變指遺傳物質(zhì)的核苷酸順序突然發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。 ? 基因重組指把兩個(gè)不同性狀個(gè)體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起，經(jīng)過(guò)重新組合，形成新遺傳型個(gè)體。屬于分子水平雜交。 一、基因突變 ? （一）、類型 ? （二）、特點(diǎn) ? （三）、 機(jī)制 （一）基因突變類型 ? 按內(nèi)部結(jié)構(gòu)： ? 基因突變 （ 點(diǎn)突變 ）： 一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基發(fā)生改變。 ? 染色體畸變： DNA的大段變化 (損傷 )，表現(xiàn)為插入 、 缺失 、 重復(fù) 、 易位和倒位。 ? 按表型特征 ： ? 形態(tài)突變型：細(xì)胞或菌落形態(tài)改變。 ? 生化突變型 代謝途徑發(fā)生變異而形態(tài)沒(méi)有明顯變化。分營(yíng)養(yǎng)缺陷型、抗性突變型和抗原突變型。 （一）基因突變類型 ? A、 營(yíng)養(yǎng)缺陷型：基因突變引起代謝過(guò)程中某種酶的合成能力喪失，必須在原有培養(yǎng)基中添加細(xì)胞不能合成的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)。 ? B、 抗性突變型：能抵抗有害理化因素，分抗藥性、抗紫外線或抗噬菌體等。 ? C、 抗原突變型 細(xì)胞成分尤其是細(xì)胞表面成分(細(xì)胞壁、莢膜、鞭毛 )的細(xì)微改變而引起抗原性變化。 （一）基因突變類型 ? 致死突變型 基因突變導(dǎo)致個(gè)體死亡。 ? A、 條件致死突變型：突變后，在某種條件下可正常生長(zhǎng)、繁殖并實(shí)現(xiàn)其表型，而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)、繁殖。例如， 37℃ 下正常生長(zhǎng)，不能在 42℃ 下生長(zhǎng)等。 ? B、 其他突變型：如毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物的種類和產(chǎn)量以及對(duì)某種藥物的依賴性等。 （一）基因突變類型 ? 按分離： ? 選擇性突變：具有選擇性標(biāo)記，可通過(guò)某種環(huán)境條件使它們得到優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng) ,從而取代原始菌株。如營(yíng)養(yǎng)缺陷型或抗性突變型等。 ? 非選擇性突變：沒(méi)有選擇性標(biāo)記，只有一些性狀的數(shù)量差別。例如菌落大小、顏色深淺及代謝產(chǎn)物量的多少等。 （二）基因突變特點(diǎn) ? 不對(duì)應(yīng)性 突變性狀與原因無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。 ? 自發(fā)性 沒(méi)有人為誘變因素，自發(fā)產(chǎn)生。 ? 稀有性 自變頻率低且穩(wěn)定 ，多為 106～ 109 。 ? 獨(dú)立性 某一群體中，可發(fā)生抗青霉素的突變型，也可發(fā)生抗鏈霉素或任何其他藥物的抗藥性。某一基因的突變，不影響其他基因的突變率。突變對(duì)某一細(xì)胞是隨機(jī)的，對(duì)某一基因也是隨機(jī)的。 （二）基因突變特點(diǎn) ? 誘變性 誘變劑可提高自變頻率 10～105倍。 ? 穩(wěn)定性 遺傳結(jié)構(gòu)突變，新性狀穩(wěn)定遺傳。 ? 可逆性 由原始野生型基因變異為突變型基因的過(guò)程稱為正向突變，反之稱為回復(fù)突變或回變 。 實(shí)驗(yàn)證明，任何性狀既有正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變。 （三）基因突變 機(jī)制 ? 誘變機(jī)制：顯著提高突變頻率的理化因子，稱為誘變劑。 ? A、 堿基對(duì)置換：只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換，屬于微小損傷，又稱點(diǎn)突變。分為轉(zhuǎn)換（嘧啶或嘌呤同類更換）、顛換（嘧啶或嘌呤異類更換） 。 ? 某一種誘變劑，可同時(shí)引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具一個(gè)功能。 堿基的置換（實(shí)－轉(zhuǎn)換、虛－顛換） （三）基因突變 機(jī)制 ? 直接置換誘變：直接與核酸堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或在離體條件下均有作用。種類很多，例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑 (硫酸二乙酯、甲基磺酸乙脂、 N甲基 N′硝基 N亞硝基胍、 N甲基 N亞硝基脲、乙烯亞胺、環(huán)氧乙酸、氮芥等 )。它們可與一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起 DNA復(fù)制時(shí)堿 （三）基因突變 機(jī)制 ? 間接置換誘變：通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)使堿基類似物摻入到 DNA分子中引起誘變。如 5溴尿嘧啶 (5BU)、 5氨基尿嘧啶 (5AU)、 8氮鳥嘌呤 (8NG)、 2氨基嘌呤 (2AP)和 6氯嘌呤 (6CP)等。 ? 對(duì)休止細(xì)胞、游離噬菌體粒子或離體DNA分子不起作用 。 （三）基因突變 機(jī)制 ? B、 移碼突變：誘變劑使 DNA分子中一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸增添 (插入 )或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和翻譯錯(cuò)誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株 。 （三）基因突變 機(jī)制 ? C、 染色體畸變：某些理化因子如 X射線及烷化劑、亞硝酸等，引起 DNA的大損傷，包括染色體結(jié)構(gòu)的缺失（基因減少） 、 重復(fù)（基因增加） 、 插入 、 易位、倒位（基因排列順序相反）和染色體數(shù)目變化。 ? 染色體結(jié)構(gòu)變化，分染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變。前者只涉及一條染色體，后者非同源染色體間的易位。 （三）基因突變 機(jī)制 ? 注意：許多理化誘變劑的誘變作用都不是單一功能的。例如 ， 亞硝酸既能引起堿基對(duì)的轉(zhuǎn)換作用 ， 又能誘發(fā)染色體畸變 ； 一些電離輻射也可同時(shí)引起基因突變和染色體畸變。 （三）基因突變 機(jī)制 ? 自發(fā)（沒(méi)有人工參與所發(fā)生）突變機(jī)制： ? A、 背景輻射和環(huán)境因素的誘變：不少“自發(fā)突變”實(shí)質(zhì)上是一些原因不詳?shù)牡蛣┝空T變因素長(zhǎng)期綜合誘變導(dǎo)致。例如，充滿宇宙空間的各種短波輻射或高溫誘變效應(yīng)，以及自然界中普遍存在的一些低濃度的誘變物質(zhì) (在微環(huán)境中有時(shí)也可能是高濃度 )的作用等。 （三）基因突變 機(jī)制 ? B、 自身代謝產(chǎn)物的誘變：過(guò)氧化氫是普遍存在于微生物體內(nèi)的一種代謝產(chǎn)物。對(duì)脈孢菌有誘變作用，加入過(guò)氧化氫酶可降低這種作用。如果在加入該酶的同時(shí)又加入酶抑制劑 KCN， 則又可提高突變率。說(shuō)明過(guò)氧化氫很可能是“自發(fā)突變”中的一種內(nèi)源性誘變劑。在許多微生物的陳舊培養(yǎng)物中易出現(xiàn)自發(fā)突變株，可能也是同樣原因。 （三）基因突變 機(jī)制 ? C、 互變異構(gòu)效應(yīng)： DNA鏈中， T以烯醇式出現(xiàn)，復(fù)制時(shí)，其相對(duì)位置不再是 A，而是 G； C以亞氨基形式出現(xiàn)，就和 A配對(duì)，使基因發(fā)生突變，造成自發(fā)突變。堿基對(duì)發(fā)生自發(fā)突變的幾率約為 108～109。 （三）基因突變 機(jī)制 ? D、 環(huán)出效應(yīng)： DNA復(fù)制中，如果其中某一單鏈上偶而產(chǎn)生一個(gè)小環(huán)，則會(huì)因其上的基因越過(guò)復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失，從而造成自發(fā)突變。 環(huán)出效應(yīng)設(shè)想圖：復(fù)制時(shí)， 上鏈標(biāo)記 B處發(fā)生“環(huán)出”，只有 A及 C獲得復(fù)制，從而發(fā)生自發(fā)突變。在下鏈中 ,復(fù) 二、基因重組 ? （一）、原核微生物的基因重組： ? 轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合、原生質(zhì)體融合 ? （二）、真核微生物的基因重組： ? 有性雜交 、準(zhǔn)性生殖 （一）原核微生物基因重組 ? 轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)染： ? 受體菌直接吸收來(lái)自供體菌的 DNA片段，通過(guò)交換 ，整合到自己的基因組中，從而獲得供體菌的部分遺傳性狀的現(xiàn)象稱轉(zhuǎn)化。 ? 轉(zhuǎn)化后的受體菌，稱為轉(zhuǎn)化子。來(lái)自供體的 DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，一般是雙鏈 DNA片段。 轉(zhuǎn)化過(guò)程示意圖 G＋ 肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化過(guò)程 ? ①吸附： 雙鏈 DNA片段與感受態(tài)（受體菌最易接受外源 DNA片段并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài) ）受體菌細(xì)胞表面的特定位點(diǎn) (主要在新形成細(xì)胞壁的赤道區(qū) )結(jié)合 ， 膽堿可促進(jìn)這一過(guò)程； ? ②酶解： 吸附的 DNA被核酸內(nèi)切酶分解 ， 形成平均分子量 4～ 5 106的 DNA片段； ? ③進(jìn)入： 一條單鏈被膜上另一種核酸酶切除 ， 另一條單鏈耗能后逐步進(jìn)入細(xì)胞。分子量＜ 5 105的 DNA片段不能進(jìn)入細(xì)胞。低濃度溶菌酶處理 ，提高細(xì)胞壁通透性 ， 可提高轉(zhuǎn)化頻率； （一）原核微生物基因重組 ? ④轉(zhuǎn)化：進(jìn)入的單鏈與受體菌染色體組上的同源區(qū)段配對(duì)，接著受體染色體組的相應(yīng)單鏈片段被切除，并被外來(lái)的單鏈 DNA所交換和取代，形成雜合 DNA區(qū)段 (它們間的 DNA順序不一定互補(bǔ)，故可呈雜合狀態(tài) )； ? ⑤復(fù)制：染色體組復(fù)制，雜合區(qū)段分離成兩個(gè)，其中之一類似供體菌，另一類似受體菌。細(xì)胞分裂后，該染色體發(fā)生分離，形成 1個(gè)轉(zhuǎn)化子。 轉(zhuǎn)化中單鏈外基因組片段與雙鏈內(nèi)基因組間的交換與整合過(guò)程示意圖 （一）原核微生物基因重組 ? 轉(zhuǎn)染：抽提噬菌體或其他病毒的 DNA(或RNA) ，感染感受態(tài)的宿主細(xì)胞，產(chǎn)生正常的噬菌體或病毒后代的現(xiàn)象 。 ? 與轉(zhuǎn)化不同之處：病毒或噬菌體并非遺傳基因的供體菌，中間也不發(fā)生任何遺傳因子的交換或整合，最后也不產(chǎn)生具有雜種性質(zhì)的轉(zhuǎn)化子。 （一）原核微生物基因重組 ? 轉(zhuǎn)導(dǎo)與溶源轉(zhuǎn)變： ? 通過(guò) 缺陷或溫和噬菌體的媒介 ，把供體細(xì)胞的 DNA片段攜帶到受體細(xì)胞中，從而使后者獲得了前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。獲得新遺傳性狀的受體細(xì)胞，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子。 ? 1952年在鼠傷寒沙門氏桿菌中發(fā)現(xiàn)。大腸桿菌、芽孢桿菌屬、變形桿菌屬、假單胞菌屬、志賀氏菌屬、葡萄球菌屬中均發(fā)現(xiàn)。 （一）原核微生物基因重組 ? A、 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：噬菌體 本身 DNA沒(méi)有包進(jìn)去，形成缺陷型，同時(shí) 誤包供體菌中的任何基因 (包括質(zhì)粒 )， 使受體菌實(shí)現(xiàn)各種性狀的轉(zhuǎn)導(dǎo)。 ? 分為完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（完全轉(zhuǎn)導(dǎo)）和流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)）。 （一）原核微生物基因重組 ? 完全轉(zhuǎn)導(dǎo)：鼠傷寒沙門氏菌野生型菌株作供體菌，營(yíng)養(yǎng)缺陷型為受體菌， P22 噬菌體作為轉(zhuǎn)導(dǎo)媒介。當(dāng) P22在供體菌內(nèi)增殖時(shí)，宿主染色體組斷裂，待噬菌體成熟之際，極少數(shù) (106—108) 噬菌體衣殼誤包與噬菌體 DNA相仿的供體菌 DNA片段 (約 1%) ，形成 完全不含 噬菌體本身 DNA的假噬菌體 (一種完全缺陷的噬菌體 )。供體菌裂解時(shí)，如把少量裂解物與大量的受體菌群相混，這種特殊噬菌體將外源 DNA片段導(dǎo)入受體菌。 （一）原核微生物基因重組 ? 1個(gè)完全缺陷的假噬菌體只能感染 1個(gè)受體細(xì)胞，受體細(xì)胞不會(huì)發(fā)生溶原化和裂解。導(dǎo)入的供體 DNA片段可與受體染色體組上的同源區(qū)段配對(duì)，再通過(guò)雙交換而重組到受體菌染色體上，形成遺傳性穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。 外源染色體片段 (雙鏈 DNA)通過(guò)雙交換 形成一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子圖示 （一）原核微生物基因重組 ? 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)：在獲得供體菌 DNA片段的受體菌內(nèi)，轉(zhuǎn)導(dǎo) DNA不能與受體菌 DNA進(jìn)行重組并 復(fù)制 ，也不迅速消失，（只是借住而已）僅表現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯、表達(dá)的現(xiàn)象。 ? 受體菌進(jìn)行分裂時(shí)，只有一個(gè)子細(xì)胞獲得這段DNA，另一子細(xì)胞僅獲得供體基因的產(chǎn)物 —酶，在表型上出現(xiàn)供體菌的某一特征。并且，每經(jīng)過(guò)一次分裂