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1、微生物的遗传和变异第1页，本讲稿共53页亲代的性状在子代表现出来，使子代与亲代有相似的亲代的性状在子代表现出来，使子代与亲代有相似的现象，叫遗传。从分子水平上讲，遗传就是遗传信息现象，叫遗传。从分子水平上讲，遗传就是遗传信息的复制和表达。的复制和表达。亲代与子代及子代各个体之间，无论在形态结构和亲代与子代及子代各个体之间，无论在形态结构和生理机能方面，总会有差异，这种同类型不同个体之生理机能方面，总会有差异，这种同类型不同个体之间的差异称为变异。从分子水平讲，是遗传信息发生间的差异称为变异。从分子水平讲，是遗传信息发生了变化。了变化。遗传和变异是生物体最本质的属性之一。遗传和变异是生物体最本质
2、的属性之一。遗传（遗传（heredity或或inheritance）变异（变异（variation）第2页，本讲稿共53页遗遗传传型型生生物物体体所所携携带带的的全全部部遗遗传传因因子子或或基基因因的的总称，总称，表表型型具具有有一一定定遗遗传传性性的的个个体体在在特特定定的的外外界界环环境境中中通通过过生生长长发发育育所所表表现现出出来来的的种种种种形形态态和和生生理理特特征征的总和。的总和。有些基因结构未发生变化仅表型改变不是变异，只有些基因结构未发生变化仅表型改变不是变异，只能称适应或能称适应或饰变饰变（modification）。变异是基因结构发。变异是基因结构发生变化，而且往往是不可
3、逆的变化，此变化可以遗传生变化，而且往往是不可逆的变化，此变化可以遗传给子代形成新的品种。遗传是相对的，变异是绝对的；给子代形成新的品种。遗传是相对的，变异是绝对的；遗传中有变异，变异中有遗传。遗传中有变异，变异中有遗传。第3页，本讲稿共53页第一节第一节微生物的遗传微生物的遗传一、遗传和变异的物质基础一、遗传和变异的物质基础DNA第4页，本讲稿共53页一、遗传和变异的物质基础DNA三个经典实验：1、转化实验第5页，本讲稿共53页噬菌体用放射性硫跟踪蛋白质表层用放射性磷跟踪核心的DNA侵染搅拌分离细胞中无硫外表有硫细胞中有磷外表无磷2、噬菌体感染实验第6页，本讲稿共53页3、病毒的拆开和重建实
4、验第7页，本讲稿共53页二、二、DNA的结构与复制的结构与复制（一）（一）DNA结构结构一一级级结结构构：DNA中中核核苷苷酸酸之之间间的的连连结方式及其排列顺序。结方式及其排列顺序。二级结构：二级结构：双螺旋结构双螺旋结构。基本特点：基本特点：（1）DNA由由两两天天互互相相平平行行的的脱脱氧氧核苷酸长链盘绕而成核苷酸长链盘绕而成（2）脱脱氧氧核核苷苷酸酸和和磷磷酸酸交交替替连连接接，排排列列在在外外侧侧，构构成成基基本本骨骨架架，碱碱基基排排列列在内侧在内侧（3）两两条条链链上上的的碱碱基基以以氢氢键键相相结合形成碱基对结合形成碱基对第8页，本讲稿共53页1、DNA的存在形式的存在形式真真
5、核核生生物物：染染色色体体（DNA+组组蛋蛋白白），丝丝状状结结构构，所有染色体由核膜包成一个细胞膜所有染色体由核膜包成一个细胞膜原核生物：原核生物：DNA细丝构成细丝构成环状环状的染色体，的染色体，质粒质粒2、基基因因:基基因因是是一一切切生生物物体体内内储储存存信信息息的的，有有自自我我复制能力的遗传功能单位复制能力的遗传功能单位。3、遗传信息的传递、遗传信息的传递中心法则：中心法则：第9页，本讲稿共53页(二）二）DNA的复制的复制半保留复制半保留复制以以亲亲代代DNA分分子子的的两两条条链链为为模模板板合合成成各各自自的的互互补补链链，形形成成两两个个子子代代的的DNA分分子子的的过过
6、程程称称为为复复制制，这这个个过过程程是是半半保保留留复复制制即即合合成成新新的的DNA分分子子时时，子子代代DNA的的一一条条链链来来自自亲亲代代，另另一一条条链链为为新新合成的互补链。合成的互补链。第10页，本讲稿共53页过程如下：过程如下：1、DNA解旋酶解旋酶对对DNA进行解旋进行解旋.2、DNA结结合合蛋蛋白白结结合合在在打打开开的的DNA单单链链上上，不不与与双双链链结结合合，促促使使反反应应向向偏偏向向单单链链形形成成的的方方向向进进行行，使使DNA在在大大大大低低于于Tm温温度度下下发发生生双双链链的的解解离离，双双螺螺旋旋则则在在复复制制叉叉的的前前方方分分开开，并并在在复复
7、制制叉叉处处稳稳定定单单链链结结构构，阻止再形成双螺旋。阻止再形成双螺旋。第11页，本讲稿共53页3、DNA复复制制在在一一段段RNA引引物物的的基基础础上上加加进进脱脱氧氧核核苷苷酸。由酸。由RNA引物酶引物酶催化合成一段催化合成一段RNA。4、DNA聚合酶聚合酶（I、II、III）催化）催化DNA片段的延长。片段的延长。5、DNA连连接接酶酶。DNA后后随随链链上上的的复复制制是是不不连连续续的的，冈冈崎崎片片段段形形成成后后，5端端的的RNA引引物物通通过过DNA聚聚合合酶酶I催催化化的的切切口口移移位位而而降降解解，并并为为DNA片片段段所所置置换换，形成的切口由形成的切口由DNA连接
8、酶封闭。连接酶封闭。6、DNA回回旋旋酶酶使使松松弛弛DNA变变成负超螺旋成负超螺旋第12页，本讲稿共53页三、三、DNA的变性和复性的变性和复性（一）（一）DNA变性变性DNA的的双双螺螺旋旋由由氢氢键键维维持持，当当天天然然双双螺螺旋旋DNA受受热热或或其其他他因因素素作作用用下下，两两条条链链之之间间的的结结合合力力被被破破坏坏而分开成为单链而分开成为单链DNA，即称为，即称为DNA变性。变性。DNA变变性性伴伴随随着着许许多多物物理理性性质质的的变变化化，特特别别有有用用的的是是增增色色效效应应。DNA变变性性过过程程中中，A260值值先先是是缓缓慢慢上上升升到到达达一一个个温温度度值
9、值后后骤骤然然上上升升，吸吸收收值值增增加加的的中中点点称称为为融融解解温温 度度（melting temperature，Tm）。一一般般Tm在在85-95度度之之间间，Tm取取决决于于DNA的的G+C含含量量，含含量量高，高，Tm也高。也高。第13页，本讲稿共53页（二）（二）DNA复性复性热热变变性性DNA若若缓缓慢慢冷冷却却，已已分分开开的的互互补补链链又又可可重重新新形形成成天天然然DNA的的过过程程叫叫复复性性或或退退火火。复复性性的的DNA是是随机结合的。随机结合的。由由DNA复复性性研研究究发发展展成成的的一一种种实实验验技技术术是是分分子子杂杂交交，杂杂交交可可以以发发生生在
10、在DNA之之间间或或DNA与与RNA之之间间，DNA之之间间杂杂交交可可用用于于估估测测DNA间间的的同同源源序序列列，不不同同生生物物在在进进化化过过程程中中相相关关性性。DNA与与RNA杂杂交交可可通通过过RNA转录来检测转录来检测DNA中特定基因的存在。中特定基因的存在。第14页，本讲稿共53页1、mRNAmessageRNA，信使，信使RNA它它的的生生物物功功能能是是从从DNA上上把把遗遗传传密密码码即即蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸排排列列顺顺序序的的信信息息接接受受过过来来，并并起起模模板板作作用用合成蛋白质。合成蛋白质。四、四、RNARNA分分子子的的主主要要生生物物功功能能是是
11、参参与与蛋蛋白白质质的的生生物物合合成成，可可分分为为tRNA、rRNA、mRNA和和反反义义RNA，都由，都由DNA转录而来。转录而来。第15页，本讲稿共53页2、tRNAtransferRNA转移转移RNA是是mRNA与与氨氨基基酸酸之之间间的的接接合合体体，带带有有能能和和mRNA互互补补的的反反密密码码子子，3末末端端AMP上上结结合合氨氨基基酸酸，反反密密码码子子与与mRNA上上的的密密码码子子互互补补。一一个个 氨氨 基基 酸酸 有有 一一 种种 或或 多多 种种tRNA。三叶草结构三叶草结构第16页，本讲稿共53页3、rRNAribosomalRNA核核糖糖体体RNA:rRNA与
12、与蛋白质共同组成核糖体。蛋白质共同组成核糖体。原核生物：原核生物：5S、16S、23S真核生物：真核生物：5S、5.8S、16S、28S4、反义反义RNAantisenseRNA与与mRNA序序列列相相同同的的那那条条DNA链链称称为为编编码码链链，并并把把另另一一条条链链根根据据碱碱基基互互补补原原则则指指导导mRNA合合成成的的DNA链链称称为为反反义义链链，因因为为只只有有mRNA携携带带的的遗遗传传信信息息才才被被用用来来指导蛋白质生物合成。指导蛋白质生物合成。第17页，本讲稿共53页五、微生物生长和蛋白质合成五、微生物生长和蛋白质合成微微生生物物生生长长的的主主要要活活动动是是蛋蛋白
13、白质质的的合合成成，DNA的的复复制制合合成成和和RNA的的复复制制合合成成最最终终目目的的在在于于蛋蛋白白质质的的合成。合成。蛋白质合成的过程：蛋白质合成的过程：（1）DNA复制复制（2）RNA转录：以无义链作模板转录：以无义链作模板（3）mRNA翻译成蛋白质翻译成蛋白质第18页，本讲稿共53页核糖体核糖体蛋白质蛋白质tRNA氨基酸氨基酸第19页，本讲稿共53页1、翻译的起始。、翻译的起始。原原核核生生物物mRNA上上的的起起始始密密码码子子常常为为AUG甲硫氨酸甲硫氨酸，少数情况下也为，少数情况下也为GUG起起始始复复合合物物的的形形成成：原原核核细细胞胞中中多多肽肽的的合合成成都都由由甲
14、甲硫硫氨氨酸酸开开始始，以以N-甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酸酸-tRNA（fMet-tRNA）形形式式开开始始。mRNA首首先先与与核核糖糖体体的的30S亚亚基基结结合合，有有起起始始因因子子3（IF3）参参加加，再再进进一一步步与与fMet-tRNA、GTP相相结结合合，释释放放出出IF3，最最后后50S亚亚基基再再结结合合上上去去。此此时时fMet-tRNA占占据据了了核核糖糖体体上上的的肽肽酰酰位位点点（P），空空出出A位位点点准准备备接接受受另另一一个个氨氨酰酰tRNA，为为肽肽链链的的延伸作好准备。延伸作好准备。第20页，本讲稿共53页第21页，本讲稿共53页2、蛋白质的合成、蛋白质的合成
15、肽链的延伸肽链的延伸新新进进入入的的氨氨酰酰-tRNA结结合合到到70S核核糖糖体体的的A位位点点上上，其其反反密密码码子子必必须须在在A位位点点mRNA上的密码子互补。上的密码子互补。进进入入A位位点点的的氨氨酰酰-tRNA上上的的氨氨基基与与P位位点点上上氨氨酰酰-tRNA的的羧羧基基形形成成一一个个新新的的肽肽键键。同同时时P位位点点tRNA卸卸下下肽肽链链成成为为无无负负载载的的tRNA，此此时时A位位点点上上tRNA所所携携带带的的就就不不是一个氨基酸而是一个二肽。是一个氨基酸而是一个二肽。移移位位（translocation）：指指核核糖糖体体沿沿mRNA作作相相对对移移动动（53
16、），每每次次移移动动一一个个密密码码子子的的距距离离，移移位位的的结结果果是是使使A位位点点上上的的tRNA回回到到P点点，P点点上上的的tRNA离离开开。移移位反应由移位酶、位反应由移位酶、GTP完成。完成。第22页，本讲稿共53页3、肽链合成的中止与释放、肽链合成的中止与释放首首先先是是对对mRNA上上终终止止信信号号的的识识别别，然然后后完完工工的的肽肽酰酰-tRNA酰酰键键水水解解，新新合合成成的的肽肽链链释释放放。终终止止密密码码子子是是UAA、UAG、UGA。终终止止密密码码子子没没有有相相应应的的tRNA分分子子，当当核核糖糖体体到到达达此此处处时时蛋蛋白白质质合合成成不不能能继
17、继续续，释释放放因因子子进进入入空空的的A位位点点，激激发发合合成成的的肽肽链链从从核核糖体上释放，亚基拆分。糖体上释放，亚基拆分。真核生物细胞蛋白质合成的机理相似但更复杂，核真核生物细胞蛋白质合成的机理相似但更复杂，核糖体更大；起始糖体更大；起始tRNA为为Met-tRNA不是不是fMet-tRNA；起始密码子为起始密码子为AUG。第23页，本讲稿共53页六、微生物的细胞分裂六、微生物的细胞分裂微微生生物物将将倍倍增增的的核核物物质质和和蛋蛋白白质质均均等等地地分分配配给给两两个个细细胞胞，在在细细胞胞的的中中部部合合成成横横隔隔膜膜并并逐逐渐渐内内陷陷，最最终终将将两两个个子子细细胞分开，
18、细胞分裂完成。胞分开，细胞分裂完成。第24页，本讲稿共53页第二节微生物的变异第25页，本讲稿共53页一、变异的实质一、变异的实质基因突变基因突变基基因因突突变变：DNA因因某某种种因因素素引引起起碱碱基基的的缺缺失失、置置换换或或插插入入，改改变变了了基基因因内内部部原原有有的的碱碱基基排排列列顺顺序序，从从而而引起其后代表型的改变引起其后代表型的改变二、突变的类型二、突变的类型（一一）自自发发突突变变:指指微微生生物物在在自自然然条条件件下下，没没有有人人工工参与而发生的基因突变参与而发生的基因突变1、多因素低剂量的诱变效应2、互变异构效应3、环出效应第26页，本讲稿共53页第27页，本讲
19、稿共53页（二）诱发突变（二）诱发突变凡凡 提提 高高 突突 变变 率率 的的 理理 化化 因因 子子 都都 可可 称称 诱诱 变变 剂剂（mutagen）1、物理诱变物理诱变:（1）紫外辐射诱变作用机制：紫外辐射诱变作用机制：主主要要的的生生物物效效应应是是DNA吸吸收收紫紫外外辐辐射射，引引起起DNA结结构构的的变变化化。引引起起DNA结结构构的的变变化化有有很很多多方方面面：DNA断断裂裂、DNA交交联联、DNA与与蛋蛋白白质质交交联联、胞胞嘧嘧啶与鸟嘌呤的水合作用及嘧啶二聚体的形成。啶与鸟嘌呤的水合作用及嘧啶二聚体的形成。第28页，本讲稿共53页（2）DNA损伤的修复损伤的修复光复活光
20、复活光光复复活活：光光裂裂合合酶酶在在可可见见光光下下（300-500nm）会会因因获获得得光光能能而而发发生生解解离离从从而而使使二二聚聚体体重重新新分分解解成单体。成单体。暗复活暗复活：切除修复和重组修复：切除修复和重组修复第29页，本讲稿共53页切切除除修修复复：需需要要三三种种酶酶协协同同作作用用，不不需需要要可可见见光光的的激激活活。首首先先在在二二聚聚体体两两侧侧核核酸酸内内切切酶酶作作用用下下造造成成单单链链断断裂裂并并切切除除二二聚聚体体。DNA聚聚合合酶酶I作作用用下下修修复复，最最后后DNA连连接接酶缝合新合成的酶缝合新合成的DNA片段和原片段和原DNA片段。片段。重重组组
21、修修复复：必必须须在在DNA进进行行复复制制的的情情况况下下进进行行，所所以以又又称称复复制制后后修修复复。大大肠肠杆杆菌菌可可以以在在不不切切除除胸胸腺腺二二聚聚体体情情况况下下以以带带有有二二聚聚体体的的这这一一单单链链为为模模板板而而合合成成互互补补单单链链，但但在在二二聚聚体体附附近近留留下下了了一一个个空空隙隙，经经过过染染色色体体交交换换，使使空空隙隙部部分分面面对对正正常常单单链链，DNA聚合酶和连接酶将此修复。聚合酶和连接酶将此修复。第30页，本讲稿共53页SOS修复修复：DNA大范大范围损失作为一种求救信围损失作为一种求救信号引发设计号引发设计DNA修复的修复的多种细胞功能参
22、加的诱多种细胞功能参加的诱导作用。正常的导作用。正常的SOS系系统被统被LexA蛋白所抑制，蛋白所抑制，DNA损伤时激活损伤时激活RecA蛋白酶活性，使蛋白酶活性，使LexA蛋蛋白失活，启动白失活，启动SOS系统。系统。一旦修复完成，一旦修复完成，SOS系系统关闭。统关闭。SOS系统是一系统是一种倾向差错的种倾向差错的DNA修复修复机制，可造成突变。机制，可造成突变。第31页，本讲稿共53页适应性修复适应性修复：细菌由于长期接触低剂量诱变剂会产生细菌由于长期接触低剂量诱变剂会产生修复蛋白酶，修复修复蛋白酶，修复DNA上因甲基化而遭受上因甲基化而遭受的损伤。的损伤。第32页，本讲稿共53页2、化
23、学诱变化学诱变；化学诱变可造成碱基对的置换；化学诱变可造成碱基对的置换转转换换（transition）：嘌嘌呤呤被被另另一一嘌嘌呤呤或或嘧嘧啶啶被被另另一一嘧啶取代嘧啶取代颠换颠换（transversion）：嘌呤被嘧啶取代）：嘌呤被嘧啶取代化学诱变对化学诱变对DNA作用形式有三类：作用形式有三类：（1）直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂是是一一类类可可直直接接与与核核酸酸碱碱基基发发生生化化学学反反应应的的诱诱变变剂剂。可可与与一一个个或或几几个个核核苷苷酸酸发发生生化化学学反反应应，引引起起DNA复复制制时碱基配对的转换。时碱基配对的转换。第33页，本讲稿共53页亚硝酸亚硝酸可使碱基
24、发生氧化脱氨，使腺嘌呤可使碱基发生氧化脱氨，使腺嘌呤A转变为次黄转变为次黄嘌呤嘌呤H，胞嘧啶，胞嘧啶C变成尿嘧啶变成尿嘧啶U，引起，引起A=T向向G-=C转换转换腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He）He通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HK）DNA复制时，复制时，HK与胞嘧啶（与胞嘧啶（C）配对配对DNA第二次复制时，第二次复制时，C与与G正常配对，实现了转换。正常配对，实现了转换。第34页，本讲稿共53页（2）间间接接引引起起置置换换的的诱诱变变剂剂：这这类类诱诱变变剂剂是是一一些些碱碱基基类类似似物物，5-溴溴尿尿
25、嘧嘧啶啶（5-Bu）、5-氨氨基基尿尿嘧嘧啶啶（5-Au）、8-氮氮鸟鸟嘌嘌呤呤（8-NG）、2-氨氨基基嘌嘌呤呤（2-AP）等等。它它们们的的作作用用是是通通过过活活细细胞胞的的代代谢谢活活动动掺掺入入到到DNA分子后引起的，因此是间接的。分子后引起的，因此是间接的。（3）引引起起移移码码突突变变的的诱诱变变剂剂：由由诱诱变变剂剂引引起起DNA分分子子中中的的一一个个或或少少数数几几个个核核苷苷酸酸的的增增添添、插插入入或或缺缺失失，从从而而使使该该部部位位后后面面的的全全部部遗遗传传密密码码发发生生转转录录和和转转译译错误的一类突变。错误的一类突变。第35页，本讲稿共53页第36页，本讲稿
26、共53页3、复合处理及协同效应复合处理及协同效应两种或多种诱变剂先后使用；两种或多种诱变剂先后使用；同一种诱变剂重复使用；同一种诱变剂重复使用；两种或多种诱变剂同时使用两种或多种诱变剂同时使用4、定向培育与驯化定向培育与驯化:用用某某一一特特定定环环境境长长期期处处理理某某一一微微生生物物群群体体，不不断断移移种种传传代代，从从中中选选择择具具有有合合格格性性状状的的自自发发突突变变体体。因因自自发突变率低，变异程度低，培育进程很缓慢。发突变率低，变异程度低，培育进程很缓慢。环环境境工工程程中中仍仍采采用用定定向向培培育育的的方方法法培培育育菌菌种种驯驯化。化。第37页，本讲稿共53页第三节基
27、因重组第38页，本讲稿共53页一、杂交一、杂交杂交是在细胞水平上发生的一种遗传重组方式。有杂交是在细胞水平上发生的一种遗传重组方式。有性杂交，一般指性细胞间的接合和随之发生染色体重性杂交，一般指性细胞间的接合和随之发生染色体重组，并产生新遗传型后的一种方式。凡能产生组，并产生新遗传型后的一种方式。凡能产生有性孢有性孢子的酵母菌或霉菌子的酵母菌或霉菌，原则上都可应用与高等动、植物，原则上都可应用与高等动、植物杂交育种相似的有性杂交方法进行育种。杂交育种相似的有性杂交方法进行育种。基因重组：两个不同性状个体细胞的基因重组：两个不同性状个体细胞的DNA融融合，使基因重新组合，从而发生遗传变异，产生合
28、，使基因重新组合，从而发生遗传变异，产生新品种，此过程称为基因重组。新品种，此过程称为基因重组。第39页，本讲稿共53页准性杂交准性杂交(parasexualhybridization)准性生殖是一种类似于有性生殖但比它更为原始的准性生殖是一种类似于有性生殖但比它更为原始的一种生殖方式，它可使同一生物的两个不同来源的体一种生殖方式，它可使同一生物的两个不同来源的体细胞经融合后，不通过减数分裂而导致低频率的基因细胞经融合后，不通过减数分裂而导致低频率的基因重组。准性生殖常见于某些真菌，尤其是半知菌中。重组。准性生殖常见于某些真菌，尤其是半知菌中。1 1、菌丝联结、菌丝联结 2 2、形成异核体、形
29、成异核体3 3、核融合或核、核融合或核配配4 4、体细胞交换、体细胞交换第40页，本讲稿共53页二、转化二、转化transformation受受体体菌菌直直接接吸吸收收来来自自供供体体菌菌的的DNA片片段段，通通过过交交换换，把把它它组组合合到到自自己己的的基基因因组组中中，从从而而获获得得供供体体菌菌部部分分遗遗传传性性状状的的现现象象，称称为为转转化化。转化后的受体菌称为转化子。转化后的受体菌称为转化子。第41页，本讲稿共53页两个菌种和菌株间能否发生转化，与它们在进化两个菌种和菌株间能否发生转化，与它们在进化上的上的亲缘关系亲缘关系有密切关系，但即使在转化率极高的有密切关系，但即使在转化
30、率极高的那些种中，不同菌株间也不一定能发生转化，能进那些种中，不同菌株间也不一定能发生转化，能进行转化的细胞必须是感受态的。受体菌最易接受外行转化的细胞必须是感受态的。受体菌最易接受外源源DNA片段并实现转化的生理状态称为片段并实现转化的生理状态称为感受态感受态。感受态因子感受态因子是一种胞外蛋白，可能是细胞膜上的一是一种胞外蛋白，可能是细胞膜上的一种组分，可催化外来种组分，可催化外来DNA片段的吸收或降解表面某种片段的吸收或降解表面某种成分，让细胞表面的成分，让细胞表面的DNA受体暴露出来。受体暴露出来。第42页，本讲稿共53页转化过程大体如下：转化过程大体如下：1、双双链链DNA片片段段与
31、与感感受受态态受受体菌的细胞表面特定位点结合体菌的细胞表面特定位点结合2、DNA酶促分解酶促分解3、DNA一一条条单单链链进进入入细细胞胞，分子量小于分子量小于4105的不能进入的不能进入4、转转化化DNA单单链链与与受受体体菌菌染染色色体体组组上上的的同同源源区区段段配配对对，受受体体染染色色体体组组的的相相应应单单链链被被切切除除，被被外外来来的的单单链链DNA片片段段取取代代，形形成杂种成杂种DNA片段。片段。5、受体菌染色体进行复制，、受体菌染色体进行复制，形成一个转化子形成一个转化子第43页，本讲稿共53页三、三、转导转导(transduction)通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的
32、通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的DNA片段携片段携带到受体细胞中，从而使后者获得了前者部分遗传性带到受体细胞中，从而使后者获得了前者部分遗传性状的现象，称为转导。状的现象，称为转导。1 1、普遍转导、普遍转导(generalized transduction)(generalized transduction)噬菌体可误包供体菌中的任何基因噬菌体可误包供体菌中的任何基因(包括质粒包括质粒)，并使受体菌实现各种性状的转导，此即普遍性转导。并使受体菌实现各种性状的转导，此即普遍性转导。第44页，本讲稿共53页第45页，本讲稿共53页2、局限转导、局限转导(restrictedspecialize
33、dtransduction)指通过某些部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定指通过某些部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中的转导现象。基因转移到受体菌中的转导现象。第46页，本讲稿共53页比较项目比较项目普通性转导普通性转导局限性转导局限性转导转导的发生转导的发生自然发生自然发生人工诱导人工诱导噬菌体形成噬菌体形成错误的装配错误的装配前噬菌体反常切前噬菌体反常切除除形成机制形成机制包裹选择模型包裹选择模型杂种形成模型杂种形成模型内含内含DNA只含宿主染色体只含宿主染色体DNA同时有噬菌体同时有噬菌体DNA和宿主和宿主DNA转导性状转导性状供体的任何性状供体的任何性状多为前噬
34、菌体邻近两多为前噬菌体邻近两端的端的DNA片断片断转导过程转导过程通过双交换使转导通过双交换使转导DNA，替换了受体，替换了受体DNA同源区同源区转导转导DNA插入，使受插入，使受体菌为部分二倍体体菌为部分二倍体转导子转导子不能使受体菌溶源化，不能使受体菌溶源化，转导特性稳定转导特性稳定为缺陷溶源菌为缺陷溶源菌转导特性不稳定转导特性不稳定第47页，本讲稿共53页第四节遗传工程技术在环境保护中的应用第48页，本讲稿共53页一、遗传工程技术在环境保护中的应用一、遗传工程技术在环境保护中的应用（一）质粒育种（一）质粒育种质质粒粒是是细细菌菌体体内内一一种种独独立立于于染染色色体体外外，与与细细菌菌细
35、细胞胞共共生生能能独独立立复复制制和和稳稳定定地地延延续续遗遗传传的的遗遗传传单单位位，其其基基因因由由环环状状双双链链共共价价闭闭合合DNA分分子子组组成成，长长1-200kb。不带有重要基因，存在与否不对细菌产生致死效应。不带有重要基因，存在与否不对细菌产生致死效应。不不同同质质粒粒拷拷贝贝数数不不同同，根根据据其其数数目目分分为为严严紧紧型型和和松松弛弛型型两两类类。严严紧紧型型质质粒粒多多半半是是一一些些具具有有自自身身传传递递性性能能力力的的大大质质粒粒，其其DNA复复制制与与宿宿主主染染色色体体DNA复复制制相相偶偶联联，每每个个细细胞胞仅仅1-2个个拷拷贝贝，不不能能充充当当载载
36、体体。松松弛弛型型质质粒粒约约为为10-200个个，DNA复复制制不不与与染染色色体体DNA偶偶联联复复制制调控以松弛的方式进行。调控以松弛的方式进行。第49页，本讲稿共53页根据质粒的功能可分为抗药性质粒、降解质粒、根据质粒的功能可分为抗药性质粒、降解质粒、载体质粒等。载体质粒等。目前已知的目前已知的降解质粒降解质粒有有4类：类：石油降解质粒石油降解质粒农药降解质粒农药降解质粒工业污染物降解质粒工业污染物降解质粒抗重金属离子的质粒抗重金属离子的质粒第50页，本讲稿共53页二、基因工程技术在环境保护中的作用二、基因工程技术在环境保护中的作用基基因因工工程程是是指指在在基基因因水水平平上上的的遗
37、遗传传工工程程，又又叫叫基因剪接或基因剪接或DNA体外重组体外重组。基基因因工工程程育育种种打打破破了了物物种种界界限限，突突破破了了亲亲缘缘关关系系的的限限制制，加加快快突突变变速速度度，并并且且可可以以定定向向突突变变创创造造出出自自然然界界所所没没有有的的生生物物，其其应应用用标标志志着着现现代代遗遗传学已发展到能定向获得遗传性状的新阶段。传学已发展到能定向获得遗传性状的新阶段。第51页，本讲稿共53页1、目的基因的获得2、DNA体外重组3、将重组体转入受体细胞4、重组体克隆的筛选和鉴定5、外源基因表达产物的分离与提纯第52页，本讲稿共53页PCR的原理和操作：的原理和操作：1、加加热热变变性性：将将待待扩扩增增的的DNA置置于于94-95度高温水浴中加热度高温水浴中加热2、退退火火：将将加加热热变变性性的的单单链链DNA溶溶液液的的温温度度缓缓慢慢下下降降至至55度度，引引物物DNA碱基与单链模板碱基与单链模板DNA配对配对3、延延伸伸：冷冷至至延延伸伸温温度度时时，加加入入TaqDNA聚合酶聚合酶反应反应1min变变性性复复性性延延伸伸，反反复复25-30次次。将将扩扩增增产产物物进进行行琼琼脂脂糖糖凝凝胶胶电电泳泳并并观观察。察。三、三、PCR技术在环境保护中的应用技术在环境保护中的应用第53页，本讲稿共53页