【正文】 八 章 微 生 物 的 遺 傳 （ 3） 染色體畸變 （ chromosomal aberration） ? 某些理化因子，如 X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點突變外，還會引起DNA的大損傷（ macrolesion） ——染色體畸變，它包括： ? 染色體結(jié)構(gòu)上的變化： ? 缺失（ deletion） ? 重復(fù)（ duplication） ? 易位（ translocation） ? 倒位（ inversion） ? 染色體數(shù)目的變化 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 染色體結(jié)構(gòu)上的變化 ? 分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。 ? 轉(zhuǎn)座因子（ transposible element） ： 在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段 DNA順序。 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 轉(zhuǎn)座因子的種類（ 2） ? 轉(zhuǎn)座子（ Tn， transposon，又稱轉(zhuǎn)位子，易位子） ： IS和 Mu噬菌體相比， Tn的分子量是居中的（一般為 2~25kb）。 ? 幾種自發(fā)突變的可能機制 ? 微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng) ? 過氧化氫是普遍存在于微生物體內(nèi)的一種代謝產(chǎn)物。例如，據(jù)統(tǒng)計，堿基對發(fā)生自發(fā)突變的幾率約為 10 –8 ~ 10 – 9。嘧啶的光化產(chǎn)物主要是二聚體和水合物。后來，在許多微生物中都得到了證實。有四種酶參與 ——① 內(nèi)切核酸酶 在胸腺嘧啶二聚體的 5’一側(cè)切開一個 3’OH和 5’P的單鏈缺口；② 外切核酸酶 從 5’P至 3’OH方向切除二聚體，并擴大缺口；③ DNA聚合酶 以DNA的另一條互補鏈為模板，從原有鏈上暴露的3’OH端起逐個延長，重新合成一段缺失的 DNA鏈；④通過 連接酶 的作用，把新合成的寡核苷酸的 3’OH末端與原鏈的 5’P末端相連接，從而完成了修復(fù)作用。 ? 通常先繪制照射時間與死亡率的關(guān)系曲線，然后選擇合適的劑量。 制備： 物理誘變劑 ——生理鹽水（ %NaCl) 化學(xué)誘變劑 ——緩沖液 濃度： 細(xì)菌、放線菌 108個 /ml 霉菌、酵母菌 106個 /ml 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 表型遲延現(xiàn)象 :指某一突變在 DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂后，才在表型上顯示出來，造成不純的菌落。 一種較有效的簡易處理方法的大致操作步驟是：先在平板上涂上出發(fā)菌株細(xì)胞，然后在平板上均勻地放上幾顆很小的誘變劑顆粒（也可放吸有誘變劑溶液的濾紙片），經(jīng)培養(yǎng)后，在制菌圈的邊緣挑取若干突變菌落，分別制成懸浮液，然后將其涂在一般平板表面使長出許多單菌落，最后可用影印培養(yǎng)法或逐個檢出法選出突變種。 如： lys ， bio 野生型 ： 自然界分離到的任何微生物，在其發(fā)生營養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株，為該微生物的野生型。 方法： 將菌培養(yǎng)在含抗生素的 MM基中 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 ② 菌絲過濾法 ?適用于 ： 絲狀（放線菌、霉菌） ?原理： 基本培養(yǎng)基上只有發(fā)育成菌絲；auxo孢子可通過濾膜，野生型菌絲不能通過。 ?真核微生物中的有性雜交、準(zhǔn)性雜交（ parasexual hybridization）等及原核生物中的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和原 ?生質(zhì)體融合等都是基因重組在細(xì)胞水平上的反映。 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 生長快、產(chǎn)量低 生長慢、產(chǎn)量高 基因重組 生長快、產(chǎn)量高 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 一、原核微生物的基因重組 ?基因重組的方式 ?轉(zhuǎn)化 ?轉(zhuǎn)導(dǎo) ?接合 ?原生質(zhì)體融合 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 R型活菌 +S型死菌 → →S型活菌 ?定義 。 ? 重組與雜交的關(guān)系： ?重組是分子水平上的一個概念，可以理解成是遺傳物質(zhì)分子水平上的雜交而一般所說的雜交（ hybridization）則是細(xì)胞水平上的一個概念。 補充培養(yǎng)基 （ SM） [x]：在 MM中有針對性地加入一或幾種營養(yǎng)成分以滿足相應(yīng) 營養(yǎng)缺陷 型菌株 生長的 合成 培養(yǎng)基。 應(yīng)用舉例 ?由谷氨酸產(chǎn)生菌乳糖發(fā)酵短桿菌 2256，經(jīng)誘變處理得到溫度敏感變異株 Ts88: ?30℃ 培養(yǎng)時能正常生長 ?40℃ 是死亡，但能在富含生物素的培養(yǎng)基中積累谷氨酸（而野生型卻受生物素的反饋抑制 ）。 簡便有效的誘變方法： 紫外線的照射最為方便。 方法： ①玻璃珠打散 1015min。 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 ?由于微生物接受的照射劑量與燈的功率、照射距離、照射時間、菌液濃度、菌液厚度、細(xì)胞本身特性等因素有關(guān)，所以單純用時間表示照射劑量并不完全可靠。是活細(xì)胞內(nèi)一種用于修復(fù)被紫外線等誘變劑（包括烷化劑、 X射線和 γ 射線等）損傷后的 DNA的機制。 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 光復(fù)活作用（ photoreactivation） ? 定義：經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為光復(fù)活作用。發(fā)現(xiàn)較早和研究得較深入的是紫外線（ .，ultraviolet ray）的作用。 ? 要預(yù)言在某一時間、某一基因發(fā)生自發(fā)突變是不可能的。 Mu噬菌體引起的轉(zhuǎn)座可以引起插入突變，其中約有 2%是營養(yǎng)缺陷型突變。 因 IS在染色體組上插入的位置和方向的不同 ， 其引起的突變效應(yīng)也不同 。 ? 新發(fā)現(xiàn) ： 有些 DNA片段不但可在染色體上移動，還可從一個染色體跳到另一個染色體，從一個質(zhì)粒跳到另一個質(zhì)粒或染色體，甚至還從一個細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)胞。 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 丫啶類化合物的誘變機制 ? 至今還不很清楚。通過這兩個圖示，就很容易理解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復(fù)突變的原因了。 ? 作用：它們可與一個或幾個核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起 DNA復(fù)制時堿基配對的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 （ 1）堿基置換（ substitution） ? 定義 ：對 DNA來說，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（ microlesion），一般也稱點突變（ point mutation）。據(jù)報道，用此法可把母平板上 10~20%量的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到絲絨布上，并可利用這一 “ 印章 ” 接種 8個子培養(yǎng)皿。 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 ?變量試驗又稱波動試驗或彷徨試驗。 ?穩(wěn)定性 ：變異性狀穩(wěn)定可遺傳 。在同一個細(xì)胞中同時發(fā)生兩個基因突變的幾率是極低的，因為雙重突變型的幾率只是各個突變幾率的乘積。 ? 發(fā)酵突變型 ——喪失產(chǎn)生某種生物合成酶能力的突變型 ? 抗性突變型 ——因突變而產(chǎn)生了對某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性 ? 條件致死突變型 ——突變后在某種條件下可正常生長繁殖，而在另一條件下卻無法生長繁殖的突變型 ? 抗原突變型 ——因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 ? 產(chǎn)量突變型 —— （一）基因突變的類型 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 ★ 按是否比較容易、迅速地分離到發(fā)生突變的細(xì)胞來分： 選擇性突變株（ selective mutant）： 具有選擇標(biāo)記（如營養(yǎng)缺陷性、抗性突變型、條件致死突變型），只要選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，如培養(yǎng)基、溫度、 pH值等，就比較容易檢出和分離到。 6. 巨大質(zhì)粒 （ mega質(zhì)粒 ） 5. 降解性質(zhì)粒 ?降解性質(zhì)粒 只在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。 3. Col因子（ colicinogenic factor） 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 4. Ti質(zhì)粒（ tumor inducing plasmid） 即誘癌質(zhì)粒 。 2. R因子（ resistance factor） 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 ? 產(chǎn)大腸桿菌素因子。 重組： 在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間菌可發(fā)生。分離后的 RNA在沒有蛋白質(zhì)包裹的情況下，也能感染煙草并使其患典型癥狀，而且在病斑中還能分離出正常病毒粒子。 ? DNA是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)的證明： 1944年以后，先后有利用微生物為實驗對象進(jìn)行的三個著名實驗的論證（肺炎球菌的轉(zhuǎn)化試驗、噬菌體感染試驗、病毒的拆開與重建試驗），才使人們普遍接受核酸才是真正的遺傳物質(zhì)。 特點是： 個群體中的每一個個體都發(fā)生同樣的變化； 幅度??； ， 故飾變是不遺傳的 。 遺傳 (heredity)： 親代生物的性狀在子代得到表現(xiàn)；親代生物傳遞給子代一套實現(xiàn)與其相同形狀的遺傳信息。 研究微生物遺傳學(xué)的意義 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 遺傳與變異的概念 遺傳和變異是生物體的最本質(zhì)的屬性之一。 飾變 （ modification） ： 指不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄 、 轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化 。20多種氨基酸經(jīng)過不同排列組合，可以演變出的蛋白質(zhì)數(shù)目幾乎可以達(dá)到一個天文數(shù)字，而核酸的組成卻簡單得多，一般僅由 4種不同的核苷酸組成，它們通過排列核組合只能產(chǎn)生較少種類的核酸，因此當(dāng)時認(rèn)為決定生物遺傳型的染色體和基因，起活性成分是蛋白質(zhì)。 ? 將 TMV在一定濃度的苯酚溶液中振蕩，就能將其蛋白質(zhì)外殼與 RNA核心相分離。 ④對于細(xì)菌的生存并不是必要的 ⑤功能多樣化 功能： 進(jìn)行細(xì)胞間接合，并帶有一些基因，如產(chǎn)生毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類、降解功能等。 – R因子在細(xì)胞內(nèi)的 copy數(shù)可從 1~2個到幾十個，分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，經(jīng)氯霉素處理后，松弛型質(zhì)?？蛇_(dá) 2022~3000個 /細(xì)胞。 ? 凡帶 Col因子的菌株，由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而對大腸桿菌素有免疫作用，不受其傷害。 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 ? 是近年來在 Rhizobium（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量為 200~300 106Dalton，比一般質(zhì)粒大幾十倍到幾百倍，故稱巨大質(zhì)粒，其上有一系列固氮基因。 ?染色體畸變 ——細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化 ?基因突變 ——細(xì)胞學(xué)上看不到遺傳物質(zhì)的變化 ?突變體（ mutant） 發(fā)生了突變的微生物細(xì)胞或菌株 ?野生型（ wild type） 從自然界分離到的任何微生物在其發(fā)生突變前的 原始菌株 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 ★ 依表型的改變分為： ? 形態(tài)突變型 —— ? 營養(yǎng)缺陷型 ——因突變而喪失產(chǎn)生某種生物合成酶的能力，并因而成為必須在培養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長的突變類型。某一基因發(fā)生突變 不會影響 其它基因 的突變率。 ?可誘發(fā)性 ：誘變劑可提高突變率 。 ?從 1943年起，經(jīng)過幾個嚴(yán)密而巧妙的實驗設(shè)計，主要攻克了檢出在接觸抗性因子前已產(chǎn)生的自發(fā)突變株的難題，終于解決了這場紛爭。待這些平板培養(yǎng)后，對各平板相同位置上的菌落作對比后，就可選出適當(dāng)?shù)耐蛔冃途辍? 按照遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的特點討論幾種有代表性的誘變劑的作用機制。例如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯， 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）。 間接引起置換的誘變劑 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 5BU引起的轉(zhuǎn)換 第 八 章 微 生 物 的 遺 傳 5BU引起的轉(zhuǎn)換 ? 從上圖中，還可以看到 5BU的摻入引起的G┇C 回復(fù)到 A?T的過程。 ?這類化合物都是平面型的三環(huán)分子，它們的結(jié)構(gòu)與