【正文】 第六章 質(zhì) 粒 (plasmid) 質(zhì)粒： 是指存在于細菌、真菌等微生物細胞中、獨立于染 色體外、能進行自我復制的遺傳因子。 a、 可以整合到染色體上 ， 又可以游離于染色體外 （ 附加體 ） b、 質(zhì)粒通常是共價 、 閉合 、 環(huán)狀雙鏈 DNA(covalent closed circular DNA， 簡稱 cccDNA)， c、 分子大小范圍從 l kb左右到 1000 kb。 自 20世紀 80年代中期以來 ， 在鏈霉菌 、 酵母 、 絲狀真菌等微生物中都發(fā)現(xiàn)了線狀 DNA質(zhì)粒 ， 甚至還有 RNA質(zhì)粒 。 質(zhì)粒對宿主細胞是非必需的 ， 但在某些條件下 ， 質(zhì)粒能賦予宿主細胞以特殊的機能 ， 從而使宿主得到生長的優(yōu)勢 。 如抗藥性質(zhì)粒和降解性質(zhì)粒就能使宿主細胞在有相應藥物或化學毒物的環(huán)境中生存 。 質(zhì)粒也像染色體一樣攜帶編碼多種遺傳性狀的基因 ， 并授予宿主細胞一定的遺傳特性 ， 許多與醫(yī)學 、 農(nóng)業(yè) 、 工業(yè)和環(huán)境密切相關的重要細菌的特殊特征便是由質(zhì)粒編碼的 ， 如植物結(jié)瘤 、 固氮 、 對有機物的代謝等 。 在基因工程和分子生物學的發(fā)展過程中 ， 質(zhì)粒也起著非常重要的作用 。 以質(zhì)粒為載體進行的基因克隆技術(shù) ， 以質(zhì)粒為載體在原核生物和真核生物中表達外源蛋白的方法和技術(shù)已在工 、 農(nóng) 、 醫(yī)各個領域中得到廣泛應用 。 因此 ， 對質(zhì)粒的研究無論在理論上或應用上均具有十分重要的意義 ， 是現(xiàn)代生物學研究中的重要課題之一 。 第一節(jié) 質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)和命名 ?大腸桿菌的 F因子是第一個被發(fā)現(xiàn) (1946年 )的細菌質(zhì)粒，它的發(fā)現(xiàn)對細菌遺傳學的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。 ?日本學者 (1957年 )報道了志賀菌 (Shigella)中質(zhì)粒介導抗生素抗性的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在以后的 20多年中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)各種細菌攜帶質(zhì)粒，且它們的表型特征已遠遠超過了致育性和藥物抗性的范圍。 ?70年代末，隨著遺傳工程的崛起，質(zhì)粒作為載體己被廣泛應用在遺傳工程和分子生物學的研究中。對很多不同微生物中的質(zhì)粒進行了基因克隆和生物學功能分析，使質(zhì)粒的生物學跨入了空前繁榮的研究時期。 一、質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn) 二、質(zhì)粒的命名原則 質(zhì)粒可以依據(jù)其表型效應、大小、復制特性、轉(zhuǎn)移性或親和性差異劃分為不同的類型。 最初發(fā)現(xiàn)的質(zhì)粒均由研究者根據(jù)表型、大小等特征自行命名，如 F因子 (fertility factor，致育因子 )、 R質(zhì)粒 (resistance factor，抗性質(zhì)粒 )和 Col質(zhì)粒 (colicin，大腸桿菌毒素質(zhì)粒 )等。 隨著研究工作的深入和發(fā)展，愈來愈多的含有質(zhì)粒的微生物新類群和新質(zhì)粒被發(fā)現(xiàn)，由于缺乏統(tǒng)一的命名規(guī)則而導致文獻中質(zhì)粒名稱的混亂。直至 1976年 Novick等才提出一個可為質(zhì)粒研究者普遍接受和遵循的命名原則。 其規(guī)則是： ?質(zhì)粒的名稱一般由三個英文字母及編號組成，第一個字母一律用小寫 p表示，后兩個字母應大寫，可以采用發(fā)現(xiàn)者人名、實驗室名稱、表型性狀或其他特征的英文縮寫。 ?編號為阿拉伯數(shù)字，用于區(qū)分屬于同一類型的不同質(zhì)粒，如 pUC18和 pUC19等。 第二節(jié) 質(zhì)粒的遺傳特征 一、 質(zhì)粒的大小和拷貝數(shù) 質(zhì)粒的大?。阂苑肿淤|(zhì)量 MD或堿基對數(shù) kb表示， 1MD的雙鏈 DNA=。 質(zhì)粒的大小 一般在 1200kb，最大的可達1400kb(如苜蓿根瘤 菌 質(zhì)粒 pRm141a)。 質(zhì)粒的拷貝數(shù)是指同一質(zhì)粒在每個細胞中的數(shù)量，不同的質(zhì)粒在同一細胞中的拷貝數(shù)有差異。 質(zhì)?？截悢?shù)是確定某種質(zhì)粒特性的一個重要參數(shù)，從中也可獲得其復制本質(zhì)的基本信息。一般而言，質(zhì)粒的拷貝數(shù)與其分子質(zhì)量成反比關系，分子質(zhì)量大的拷貝數(shù)低，分子質(zhì)量小的拷貝數(shù)高。 質(zhì)?？筛鶕?jù)其拷貝數(shù)分為 嚴謹型質(zhì)粒（ Stringent plasmid）和 松弛型質(zhì)粒（ Relaxed plasmid） 。 ? 質(zhì)粒在細胞內(nèi)復制時受到控制而與染色體復制同步進行，被稱為嚴 謹 型質(zhì)粒。其拷貝數(shù)也低，通常只有 13個拷貝。 如 F質(zhì)粒，每個細胞中只有 12個拷貝，它們的復制受到嚴格控制，屬于嚴 謹 型質(zhì)粒或低拷貝質(zhì)粒。 ? 另一類質(zhì)粒的復制與染 色體復制不同步，稱為松馳型質(zhì)粒。通常每個細胞含有 10100個拷貝，屬于高拷貝質(zhì)粒。 分子量小的 CoLEl質(zhì)粒，每個細胞中有 10100個拷貝，它們的復制不受到嚴格控制，稱為松弛型質(zhì)?；蚋呖截愘|(zhì)粒。 含有松弛型質(zhì)粒的菌株在含有氯霉素的培養(yǎng)液中細胞分裂受到抑制，染色體 DNA也停止了復制，但所含的 ColEl質(zhì)?？沙掷m(xù)復制 10~15小時，直到每一個細胞中含有 1 000~3 000個質(zhì)粒?；蚬こ萄芯恐兴玫妮d體質(zhì)粒大多數(shù)是這一類型的質(zhì)粒。 ? 控制拷貝數(shù)的基因存在質(zhì)粒上，同時也是宿主和質(zhì)粒相互作用的結(jié)果。 類型 代表質(zhì)粒 大小 （ kb） 拷貝數(shù) 宿主 表型特征 致育因子 F因子 95100 13 大腸桿菌 , 沙門氏 菌 , 檸檬酸桿菌 性纖毛 、 接合轉(zhuǎn)移 R質(zhì)粒 RP4 54 13 假單胞菌和其它 G陰性菌 性纖毛 、 接合轉(zhuǎn)移 ， 抗 Ap、Km、 Nm、 Tc R1 80 13 G陰性菌 抗 Ap、 Km、 Su、 Cm、 Sm R6 98 13 大腸桿 菌 , 奇異變形桿菌 抗 Km、 Nm、 Su、 Cm、 Sm R100 90 13 大腸桿菌 , 志賀桿菌 , 沙門氏菌 Cm, Sm, Su, Tc, Hg pSH6 21 金黃色葡萄球菌 Gm, Tm, Km pAD2 25 糞腸球菌 Em, Sm, Km Col質(zhì)粒 ColE1 9 1030 大腸桿菌 產(chǎn)大腸桿菌素 E1 ColE2 1015 志賀桿菌 產(chǎn)大腸桿菌素 E2 ColDF13 陰溝桿菌 產(chǎn)大腸桿菌素 DF13 毒性質(zhì)粒 Ent（ P307） 83 大腸桿菌 產(chǎn)腸毒素 K88質(zhì)粒 大腸桿菌 粘附抗原 ColVK30 2 大腸桿菌 攝鐵載體 , 免疫機制抗性 pZA10 56 金黃色葡萄球菌 腸毒素 B Ti 200 根癌農(nóng)桿菌 誘導腫瘤 代 謝 質(zhì)粒 CAM 230 假單胞菌 樟腦降解 SAL 56 假單胞菌 水楊酰降解 TOL 75 惡臭假單胞菌 甲苯降解 pJP4 假單胞菌 2,4二氯苯乙酰降解 pSym 根 瘤菌 共 生 固氮 質(zhì)粒大小和類型 二、 質(zhì)粒的復制 復制子 (replicon)是一個復制單位，細菌染色體是一個復制子，每一個質(zhì)粒也是一個復制子。 復制起點是復制子起始復制的部位，作為一個復制子，至少需要有一個復制起點，即 ori位點。大腸桿菌染色體的復制起點稱為 oriC，質(zhì)粒的復制起點叫做 oriV。 質(zhì) 粒 復 制 子 拷 貝 數(shù) pBR322及其衍生質(zhì)粒 pMB1 1520 pUC系列質(zhì)粒