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1、水处理微生物学双语第五章节第1页，本讲稿共39页1.Genotype/phenotype遗传型遗传型/表表型型n1.1 Genotype（遗传型）：某生物含有的遗传信息即DNA中正确的核苷酸序列。n1.2 Phenotype（表型）：遗传型性状的具体体现，如产生荚膜的能力或者产生抗生素药物抗性的能力。n1.3 基因型和表型的表示方法：n表型用罗马单词的头三个缩写字母，第一个字母大写。用+或者-区分野生型或缺陷型。如Phe-（Phenylalanine）表示没有合成苯丙氨酸的能力，Lac+（lactose）表示能够利用乳糖作为碳源。n基因型用单词头三个字母的小写表示，第四个用大写字母表示所涉及的
2、特定基因，所有的字母均为斜体字。如lacZ。第2页，本讲稿共39页2.Mutation 突变突变n2.1 Mutation（突变）：细胞中DNA的核苷酸序列发生的任何改变。这种改变可以通过细胞的表型改变观察到，有的也观察不到。n2.2 突变有单位点突变和多位点突变。n2.3 多位点突变：碱基序列的缺失、插入、倒位、重复等，从而影响到许多基因。第3页，本讲稿共39页多位点突变第4页，本讲稿共39页3.Point mutations 点突变点突变n3.1 Point mutation（点突变）：DNA序列中单个碱基发生改变称为点突变。点突变可分为转换（transitions）AG；颠换（trans
3、versions）嘌呤和嘧啶互换。有四种点突变的类型。n同义突变、错义突变、无义突变、移码突变第5页，本讲稿共39页第6页，本讲稿共39页4.Isolation of mutation突变株的分离突变株的分离n4.1 有毒化合物抗性突变株，如对抗生素或者对噬菌体侵染的抗性。这些突变株能够通过在有毒药剂或者噬菌体存在的条件下来选择。n4.2 营养缺陷型的突变株，如不能合成某一种氨基酸和维生素。这些突变株可以通过影印培养法来筛选。n4.3 不能利用某种特殊底物突变株，如不能利用乳糖和麦芽糖生长的突变株，也可以通过影印培养法鉴别。第7页，本讲稿共39页5.Replica plating 影印培养法影
4、印培养法n5.1 影印培养法是筛选大量特殊突变菌落的一种方法。n5.2 操作步骤：n采用亲本和突变株均能生长的培养基，能形成单个菌落的稀释度，将细菌铺成平板；n培养后用一个无菌的丝绒布包裹的圆柱章的圆垫转移上述菌落到可以检出突变株的培养基平板上。n通过比较，即可确定突变株。第8页，本讲稿共39页影印法图第9页，本讲稿共39页Section E Bacterial genetics 细菌的遗传细菌的遗传E2 Mutagenesis 诱变诱变第10页，本讲稿共39页1.Spontaneous mutations（自发突变）（自发突变）n1.1 自发突变是指微生物在自然条件下，没有人工干预而发生的突
5、变。一个基因大约每106复制周期出现一个突变。n1.2 自发突变的原因：n碱基的互变异构效应，若A（氨基式）改为A（亚氨基式），则由A-T配对改为A-C配对；另外碱基的酮式和稀醇式互变也改变碱基的配对方式，若T改换成烯醇式，会出现G-T配对；若C改换成亚氨基，会出现C-A配对。n多因素低剂量的有变效应：空间的各种短波辐射、自身代谢产物等第11页，本讲稿共39页第12页，本讲稿共39页2.Mutagens（诱变剂）（诱变剂）n2.1 碱基类似物（base analogs）：如5-溴尿嘧啶和2-氨基嘌呤在DNA复制时掺入DNA分子，类似自发突变的碱基互变异构现象，高频率地导致突变。n2.2 嵌入剂
6、（intercalating agents）：如溴化乙啶和丫啶橙是三个环的类似碱基对形状的化合物，它们能够插入DNA分子，引起螺旋结构变型，在DNA复制时导致插入或者缺失碱基。n2.3 修饰DNA的化学药品（DNA-modifying chemicals）：能够改变碱基中的化合物，如将胞嘧啶转变成羟胺胞嘧啶，后者与腺嘌呤配对，结果G-C变成A-T.n2.4 电离辐射，如紫外线诱发突变。原理以后讲。第13页，本讲稿共39页Section E Bacterial genetics 细菌的遗传细菌的遗传E4 DNA repair mechanisms DNA 修复机制修复机制第14页，本讲稿共39页
7、1.Overview（概述）（概述）n1.1 DNA在复制中随时可以发生差错和损伤，微生物有多钟复杂的修复系统去修复这些DNA。修复时可以直接消除原有的损伤，不引起碱基序列改变；也可以快速、粗放的修复，但以不准确为代价。n1.2 大肠杆菌中紫外线损伤的修复了解的最清楚，将是本节讲述的主要内容。n1.3 紫外线可以诱发形成环丁烷嘧啶二聚体，使DNA螺旋扭曲。这些二聚体不能形成正常的碱基配对，所以当DNA聚合酶到达此类化合物时，DNA合成发生阻塞。n1.4 在大肠杆菌中至少有四个修复系统对付这种损伤。第15页，本讲稿共39页2.Photoreactivation（光复活作用）（光复活作用）n2.1
8、 这一种修复作用依赖光线。光解酶与黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）能够切割相邻嘧啶碱的环丁烷恢复为原来的单聚体。这是对付紫外线损伤的第一道防线。嘧啶二聚体图第16页，本讲稿共39页3.Excision（dark）切除（暗）修复切除（暗）修复n3.1 将它称之为暗修复是为了与光复活相区别，它是一种不同类型DNA损伤的修复的普遍系统。基因产物UvrA、B、C结合形成一个核酸内切酶，它能够识别碱基改变所引起的DNA扭曲。修复原理如图所示。第17页，本讲稿共39页第18页，本讲稿共39页4.Recombinational(post-replication)repair 重组（复制后）修复重组（复制后）修复
9、n4.1 胸腺嘧啶二聚体不能被复制，但是DNA聚合酶可以跳过损伤部位，继续合成。所以，在新合成的DNA子链上二聚体的对面留下一个缺口，这个缺口能够被RecA蛋白通过以下机制来修复。第19页，本讲稿共39页第20页，本讲稿共39页5.SOS-repair systems（SOS修复系统）修复系统）n5.1 SOS-修复系统是一个倾向差错的修复系统，该系统与DNA聚合酶相互作用，使校正酶抑制，碱基随即插入二聚体的对面，结果在胸腺嘧啶二聚体部位能够继续复制，这个机制是紫外线导致突变的主要原因，因为其它的修复机制是很精确的。第21页，本讲稿共39页5.SOS-repair systems（SOS修复系
10、统）修复系统）n5.2 SOS修复系统是一个被诱导的系统。DNA损伤Rec蛋白被激活LexA蛋白被切开LexA的阻遏功能丧失结构基因合成SOS系统第22页，本讲稿共39页Section E Bacterial genetics 细菌的遗传细菌的遗传E5 Plasmids 质粒质粒图第23页，本讲稿共39页1.Structure of plasmids（质粒的结构）（质粒的结构）n1.1 质粒（plasmids）：原核细胞中常含有的一种或多种，染色体以外的DNA。n1.2 质粒一般是共价、闭合、环状、超螺旋的DNA分子，能够独立于染色体进行复制。n1.3 真核生物如酵母菌中也分离出大量的质粒，甚
11、至也发现一些线性质粒。第24页，本讲稿共39页第25页，本讲稿共39页2.Function of plasmids（质粒的功能）（质粒的功能）n2.1 质粒所携带的基因对细菌的正常生长和细胞分裂并不是必需的，但是对细菌是有用的。n2.2 很多质粒不表现出任何功能，这些质粒称为隐蔽性质粒n2.3 一些质粒的功能如图所示。第26页，本讲稿共39页第27页，本讲稿共39页第28页，本讲稿共39页3.Replication of plasmids（质粒的复制）（质粒的复制）n3.1 非常小的质粒利用宿主的复制系统去复制它们自己，它们都有一个复制原点，DNA聚合酶和DNA合成系统能够结合上去。n3.2
12、大的质粒具有另外的基因，这些基因是质粒复制所必需的成分。n3.3 某些质粒能够整合到染色体上，随染色体复制而复制，这些质粒也称为附加体（episomes）。第29页，本讲稿共39页4.Conjugative plasmids（接合质粒）（接合质粒）n4.1 接合质粒是质粒中的一个重要的类群，这些质粒能够通过细菌的接合在细菌中转移。n4.2 大肠杆菌中的F-因子就是一种接合质粒；另外R-质粒也是一种接合质粒，这种质粒携带有抗生素抗性的基因。n4.3 许多接合质粒只在同种间转移，但是有一类能够在革兰是阴性细菌中广泛转移，称为滥交质粒（promiscuous plasmids）。n4.4 所有的R-
13、质粒，尤其是滥交质粒有可能传播细菌细胞抗生素抗型基因。第30页，本讲稿共39页Section E Bacterial genetics 细菌的遗传细菌的遗传E6 F Plasmids and conjugation F-质粒与接合质粒与接合第31页，本讲稿共39页1.Conjugation（接合）（接合）n1.1 接合（conjugation）：是某些质粒调控细胞间DNA转移的重要机制，它需要细胞间直接接触。n1.2 接合质粒（如大肠杆菌的F-质粒）在细胞间有转移它们自身的能力，在某些情况下也能够转移一段染色体DNA。n1.3 F-质粒携带的一组基因称为 tra 基因，它编码与其它细菌形成交配
14、体所需的全部蛋白，然后DNA从含质粒的细胞（供体F+）想不含质粒的细胞（受体F-）转移。n1.4 含有F质粒的细胞（F+）由tra基因编码合成细胞表面的性菌毛（一种蛋白质的丝状结构），附着在F-细胞表面形成一个交配体。F-性纤毛在接触后缩回，两个细胞紧密接触。n1.5 F质粒通过滚环复制向受体细胞转移一个完整的F质粒。第32页，本讲稿共39页第33页，本讲稿共39页第34页，本讲稿共39页2.Integration and Hfr strains（整合与（整合与HfrHfr菌株）菌株）n2.1 高频重组菌株high-frequency recombination（Hfr strains）：染色
15、体上整合了F质粒的菌株称为高频重组菌株。n2.2 整合机理：大肠杆菌染色体上有许多分散的F质粒插入序列，这些同源序列间重组导致F质粒整合在染色体的基因组特定位点上.。n2.3 整合后的F-质粒仍然能够形成交配体，染色体上的基因随F质粒的DNA进入受体细胞，进入的多少，依接合的时间而定，理论上一个大肠杆菌完整的染色体全部转移需要100分钟。最后转移的基因是tra。n2.4 交配个体的基因转移随时都可以中断，进来的染色体不能环化形成质粒或者第二根染色体，但是可以整合到受体的染色体中。n 2.5 Hfr strains 用于测定大肠杆菌基因在染色体上的位置。第35页，本讲稿共39页高频菌株图第36页
16、，本讲稿共39页第37页，本讲稿共39页3.F factors（FF因子）因子）n3.1 F因子（F factors）：质粒从染色体上切离时，带下来一段染色体基因，这样的质粒称为F因子。F第38页，本讲稿共39页Exercisen1.Explain the following words。nHfr strains；F factors；Photoreactivation；tautomers of base。n2.How is the DNA in bacteria repaired?n3.What functions do the plasmids have in bacteria?第39页，本讲稿共39页