【正文】 第四章非孟德爾式遺傳 ? 生物細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)可以分為兩部分，大部分存在于核或核質(zhì)體中，小部分存在于核或核質(zhì)體外。 ? 與染色體外的遺傳物質(zhì)有關(guān)的遺傳現(xiàn)象稱為染色體外遺傳或非孟德爾式遺傳。 染色體外的遺傳因子 原核微生物 (細(xì)菌和放線菌 )的質(zhì)粒 真核微生物的細(xì)胞器 DNA （ 如葉綠體和線粒體 ） 酵母菌的 “ 質(zhì)粒 ” 類似物等 第一節(jié) 原核微生物的質(zhì)粒 ? 質(zhì)粒： 存在于原核微生物細(xì)胞內(nèi)，染色體以外的主要遺傳物質(zhì)，是能夠獨(dú)立復(fù)制的共價、閉合、環(huán)狀的雙鏈 DNA ? 代號 :為 ccc DNA， covalently closed circle。 ? 大小： ? 約為 2100 106Dalton， 質(zhì)粒攜帶有數(shù)個到數(shù)十個甚至上百個基因。 ① 可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在（游離態(tài)），也可以通過交換摻入染色體上，以 附加體（ episome） 的形式存在； ②質(zhì)粒是一種 復(fù)制子（ replicon） ，根據(jù)自我復(fù)制能力的不同，可把質(zhì)粒復(fù)制的控制形式分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種， 嚴(yán)緊型質(zhì)粒 的復(fù)制受細(xì)胞核控制，與染色體 DNA復(fù)制相伴隨 ,一般一個寄主細(xì)胞內(nèi)只有少數(shù)幾個（ 15）個拷貝； 松弛型質(zhì)粒 的復(fù)制不受細(xì)胞核控制，在染色體 DNA復(fù)制停止的情況下仍可以進(jìn)行復(fù)制，在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量可以達(dá)到 10200個或更多。 質(zhì)粒性質(zhì)： 質(zhì)粒性質(zhì)： ③ 質(zhì)?？梢酝ㄟ^轉(zhuǎn)化或接合作用而由一個細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個菌細(xì)胞中，使兩個細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒的細(xì)胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時，它可以單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也可以攜帶著染色體（片段）一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，所以它可成為基因工程的載體。 ④質(zhì)粒對于細(xì)菌的生存并不是必要的 ⑤在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間基因可發(fā)生重組。 ● 質(zhì)?？刂频倪z傳性狀： ◎ 控制 宿主細(xì)胞的致育性； ◎ 控制 對抗生素和重金屬的抗性； ◎ 控制 抗生素 、 細(xì)菌素或毒素蛋白的產(chǎn)生； ◎ 控制 特殊高分子有機(jī)物質(zhì)的降解； ◎ 控制 生物固氮作用及對植物的致瘤作用 一、質(zhì)粒的研究方法和命名原則 （ 一 ） 質(zhì)粒的研究方法 ?研究質(zhì)粒與表型性狀的相關(guān)性可以采用質(zhì)粒消除法和轉(zhuǎn)移法 . 1 質(zhì)粒的消除（ curing）和轉(zhuǎn)移（ transfer） 1） 質(zhì)粒的消除 ?質(zhì)粒的消除： 細(xì)菌質(zhì)粒常因自發(fā)或誘發(fā)等原因從部分細(xì)胞中丟失 ， 并同時失去其控制的表型性狀或功能 。 ?質(zhì)粒消除的理化因子： 高溫 、 吖啶橙 、絲裂霉素 C、 溴化乙錠和利福平等 。 ? 理化因子作用機(jī)制： 對質(zhì)粒的復(fù)制和分離產(chǎn)生抑制作用； 高劑量理化因子會導(dǎo)致 DNA突變 . ? 例 1:吖啶橙 對 F質(zhì)粒的消除，在 42℃為 100%； ? 例 2:原生質(zhì)體誘導(dǎo)消除質(zhì)粒 :先用溶菌酶處理細(xì)菌脫除細(xì)胞壁，去除質(zhì)粒 ,然后使其細(xì)胞再生。該法已經(jīng)在葡萄球菌、沙門氏菌、枯草桿菌得以應(yīng)用。 2）質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移 ?質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移： 有些質(zhì)粒 （ 如 F質(zhì)粒和 R質(zhì)粒 ） 帶有 轉(zhuǎn)移基因 ， 能通過接合作用向受體菌轉(zhuǎn)移 ， ?小質(zhì)粒 （ 如 Col質(zhì)粒 ） 受基因容量的限制一般沒有自我轉(zhuǎn)移能力 ， ?可以通過轉(zhuǎn)化 、 誘動轉(zhuǎn)移或高壓電脈沖等特殊 手段來進(jìn)行質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移 。 ?▲ 質(zhì)粒轉(zhuǎn)移的實(shí)驗(yàn)： ?用含有的 R質(zhì)粒 (ampr)的 大腸桿菌為供體 ， 帶有萘丁酮酸抗性基因（ nalr） 的 根瘤菌 為受體進(jìn)行的質(zhì)粒接合轉(zhuǎn)移試驗(yàn) （ 圖 ） ?★從含有 Amp和 Nal的雙抗平板上 很容易篩選出接受了 R質(zhì)粒的受體菌。 （二）質(zhì)粒的命名原則 : 1)質(zhì)粒的名稱一般應(yīng)由 三個英文字母 及其編號組成 ， 第一個字母一律用小 p（ plasmid） 表示 ， 2)后兩個字母應(yīng)大寫 ， 可以采用質(zhì)粒的作者和實(shí)驗(yàn)室的英文縮寫 。 3)三個英文字母后的編號為阿拉伯?dāng)?shù)字，用于區(qū)分屬于同一類型的不同質(zhì)粒 ，如 pBR32 pSC101,pUC18和 pUC19等。 4)質(zhì)粒的名稱應(yīng)放在其宿主菌名稱后面的括號中 ， 同一菌株含有多個質(zhì)粒時 ，每一個質(zhì)粒均應(yīng)用各自的括號 .如（ pBR322） （ pXY1234） 5)菌株的原有質(zhì)粒被消除后 , 應(yīng)在其質(zhì)粒名稱的右上角加 ‘ ”號表示。 ★ ： K12(F)(λ )， 代表 C600是一個消除了 F因子和 λ 噬菌體的多重缺陷型 K12菌株 。 6)質(zhì)粒 DNA的部分 缺失以 “ △ ” 符號 表示 ，質(zhì)粒中 插入其他 DNA以 “ Ω ”符號 表示 ，并應(yīng)在它們之后用括號標(biāo)明缺失位點(diǎn)或插人的位點(diǎn)及外源基因 ★ pXY9109質(zhì)?？蓪懗?FΔ traA3（ —）， 表明它是一個缺失了轉(zhuǎn)移基因 A3的 F質(zhì)粒，缺失部位從 到 。 ? pXY2101可寫成 pSC101Ω （ 0kb： k12, hisA， ） ， 表明 pXY2101是在0kb位置上插入了來自大腸桿菌 k12菌株 hisA基因的 pSC101質(zhì)粒 二、質(zhì)粒的類型 致育質(zhì)粒 （ Fertility plasmid， F質(zhì)粒 ） 抗性質(zhì)粒 （ Resistance plasmid， R質(zhì)粒 ） 細(xì)菌素質(zhì)粒（ Bacteriocin production plasmid） 毒性質(zhì)粒 （ virulence plasmid） 代謝質(zhì)粒 （ Metabolic plasmid） 降解質(zhì)粒 共生固氮質(zhì)粒 1．致育質(zhì)粒 F因子 :又稱致育因子 , 大小約 100kb， 這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象 （ 接合作用 ） 有關(guān)的質(zhì)粒 。 相當(dāng)于核染色體 DNA2%的環(huán)狀雙鏈 DNA， 其中 1/3基因 （ tra區(qū) ） 與接合作用有關(guān) 。 存在于腸細(xì)菌屬 、 假單胞菌屬 、嗜血桿菌 、 奈瑟氏球菌 、 鏈球菌等細(xì)菌中 ， 決定細(xì)菌性別 。 有關(guān)內(nèi)容在講細(xì)菌的接合作用 （conjugation） 時已介紹 ( R質(zhì)粒 ) ?抗性質(zhì)粒：攜帶抗性基因 ,使其宿主微生物對抗生素、化學(xué)藥物或重金屬離子等殺菌劑表現(xiàn)出抗性的質(zhì)粒。 ?自 1957年瓦特拉比首次從流行性痢疾志賀氏菌中分離出抗藥性 R質(zhì)粒 ， 后來發(fā)現(xiàn)抗藥性 R質(zhì)粒 還存在于 Salmonella 、Vibrio 、 Bacillus 、 Pseudomonas 和Staphylococcus中 。 ? 帶有 R質(zhì)粒的細(xì)菌也很少具有性菌毛， 只有 ％的細(xì)胞才能向受體菌轉(zhuǎn)移。 ? R質(zhì)粒包括兩部分：抗性轉(zhuǎn)移因子（ resistence transfor factor， RTF ）和抗性決定因子（ rdeterminant）， RTF R determinant Structure of R Factors(抗性質(zhì)粒 ) ? RTF – Conjugative plasmid – Transfer genes RTF R determinant ? R determinant – Resistance genes – Transposons RTF R determinant ? 由于抗性基因大多由轉(zhuǎn)座子所攜帶，很容易在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間轉(zhuǎn)移 . ? 在細(xì)胞內(nèi)的 copy數(shù)可從12個到幾十個 ,分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種 R100質(zhì)粒 (89kb)可使宿主對下列藥物及重金屬具有抗性： 汞 （ mercuric ion ， mer） 四環(huán)素 （ tetracycline，tet ） 鏈霉素 (Streptomycin, Str)、 磺胺 (Sulfonamide, Sul)、 氯霉素 (Chlorampenicol, Cm) 夫西地酸 （ fusidic acid， fus） 代表性的 R100質(zhì)粒的基因見圖 細(xì)菌素質(zhì)粒 (Col質(zhì)粒 ) ? 這類質(zhì)粒首先發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌中而得名，該質(zhì)粒含有編碼大腸菌素的基因， ? 大腸菌素 （ colicin）是一種細(xì)菌蛋白，包括ColEl、 ColE ColB、 ColI和 Colv等質(zhì)粒。只殺死近緣且不含 Col質(zhì)粒的菌株，而宿主不受其產(chǎn)生的細(xì)菌素的影響。 ? 由 G+細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素通常也是由質(zhì)?；蚓幋a， 細(xì)菌素 （ bacteroicin）是細(xì)菌產(chǎn)生的一般只能抑制或殺死種內(nèi)不同亞種或菌株的多肽類代謝產(chǎn)物。 ? 例如一種乳酸細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素 NisinA能強(qiáng)烈抑制某些 G+ 細(xì)菌素的抑菌作用 4．降解質(zhì)粒 ? 降解質(zhì)粒： 攜帶降解酶基因 ,與微生物降解某些特殊的難分解的有機(jī)物質(zhì)的能力有關(guān)的質(zhì)粒 。 ? 主要存在于假單胞菌中 。 ? 降解有機(jī)質(zhì)的種類， CAM（樟腦）、 OCT（辛烷）、XYL（二甲苯）、 SAL（水楊酸 〕 和 TOL（甲苯）等。 ? 應(yīng)用： 將復(fù)雜的農(nóng)藥和化肥降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式，環(huán)境保護(hù)方面具有重要的意義。 資環(huán)學(xué)院研究農(nóng)藥降解菌 . 5 致病性質(zhì)粒 1） 致病性質(zhì)粒：是宿主微生物對人 、動物或植物具有致病性 , 這些致病菌的致病性是由其所攜帶的致病性質(zhì)粒引起的 .因?yàn)檫@些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因 ， 其產(chǎn)物 (毒素 )對宿主（ 動物 、 植物 ） 造成傷害 。 ? Ti質(zhì)粒 （ tumor inducing plasmid） 存在于 根癌農(nóng)桿菌 中 。 能在某些植物根 、 莖部產(chǎn)生冠癭瘤 ， ? Ri質(zhì)粒 存在于發(fā)根農(nóng)桿菌中 。 能在某些植物根 、 莖部產(chǎn)生毛發(fā)狀根 ， ? Ti質(zhì)粒分子量 為 120MD， 大小約為 200kb，是一個大型質(zhì)粒 。 ? Ti質(zhì)粒也具有與 F質(zhì)粒相似的 自主轉(zhuǎn)移能力 ，（ 圖 ） 致病性質(zhì)粒 根癌農(nóng)桿菌侵染煙草產(chǎn)生冠癭瘤 發(fā)根農(nóng)桿菌感染煙草產(chǎn)生發(fā)狀根 根癌農(nóng)桿菌 Ti質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移特性 一些具有重要性狀的外源基因可借 DNA重組技術(shù)設(shè)法插入到 Ti質(zhì)粒中，并進(jìn)一步使之整合到植物染色體上，以改變該植物的遺傳性，達(dá)到培育植