第七章微生物遺傳和變異第七章微生物遺傳和變異1第二節細菌基因轉移的方式細菌的三種水平基因轉移形式接合轉導轉化第二節細菌基因轉移的方式細菌的三種水平基因轉移形式接合轉2接合(conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F因子介導）轉導(transduction)：由噬菌體作為載體介導轉化(transformation)：游離DNA分子+感受態細胞接合(conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F3一細菌的接合作用(conjugation)接合作用：通過細胞與細胞的直接接觸而產生的遺傳信息轉移和重組過程一細菌的接合作用(conjugation)接合作用：通過4證實接合過程需要細胞間的直接接觸的“U”型管實驗（BernardDavis，1950）證實接合過程需要細胞間的直接接觸的52.機制接合作用是由一種被稱為F因子的質粒介導F因子的分子量通常為5×107Da

，上面有編碼細菌產生性菌毛（sexpili）及控制接合過程進行的20多個基因。含有F因子的細胞：“雄性”菌株（F+），其細胞表面有性菌毛不含F因子的細胞：“雌性”菌株（F-），細胞表面沒有性菌毛2.機制接合作用是由一種被稱為F因子的質粒介導F因子的分子6微生物的遺傳和變異第三節課件7F因子的四種細胞形式a）F-菌株，不含F因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收F因子而變成雄性菌株（F+）；b）F+菌株，F因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。d）F′菌株，Hfr菌株內的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F′因子。細胞表面同樣有性菌毛。F因子的四種細胞形式a）F-菌株，不含F因子，沒有性菌毛，8微生物的遺傳和變異第三節課件91）F+×F-雜交雜交的結果：給體細胞和受體細胞均成為F+細胞F+菌株的F因子向F-細胞轉移，但含F因子的宿主細胞的染色體DNA一般不被轉移。1）F+×F-雜交雜交的結果：給體細胞和受體細胞均成為F+10微生物的遺傳和變異第三節課件11Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發生接合轉移轉移過程，就可以把部分甚至全部細菌染色體傳遞給F-細胞并發生重組，由此而得名為高頻重組菌株。2）Hfr×F-雜交Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細胞進行接合。所不同的是，F因子的先導區(leadingregion)結合著染色體DNA向受體細胞轉移，F因子除先導區以外，其余絕大部分是處于轉移染色體的末端，由于轉移過程常被中斷，因此F因子不易轉入受體細胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細胞(或接合子)大多數仍然是F-。Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發生接合轉移12染色體上越靠近F因子的先導區的基因，進入的機會就越多，在F-中出現重組子的的時間就越早，頻率也高。F因子不易轉入受體細胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細胞（或稱接合子）大多數仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導區的基因，進入的機會F因子不易轉入13二細菌的轉導（transduction）由噬菌體介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式：一個細胞的DNA通過病毒載體的感染轉移到另一個細胞中能將一個細菌宿主的部分染色體或質粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體稱為轉導噬菌體細菌轉導的二種類型：普遍性轉導局限性轉導二細菌的轉導（transduction）由噬菌體介導的細141普遍性轉導（generalizedtransduction）噬菌體可以轉導給體細菌染色體的任何部分到受體細胞中的轉導過程1普遍性轉導（generalizedtransducti15普遍性轉導過程普遍性轉導過程162局限性轉導（specializedtransduction）把供體菌的少數特定基因轉移到受體菌中的過程2局限性轉導（specializedtransducti17溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上宿主細胞發生溶源化溶源菌因誘導而發生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基因因偶爾發生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數特定基因轉移到受體菌中的過程溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上溶源菌因誘導而發生18溫和噬菌體λ裂解時的不正常切割：包含gal或bio基因（幾率一般僅有10-6）溫和噬菌體λ裂解時的193局限性轉導與普遍性轉導的主要區別：a）普遍性轉導是誤包；局限性轉導是誤切。b）局限性轉導顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個別基因導入受體，故稱為局限性轉導。而普遍性轉導攜帶的宿主基因具有隨機性，包裝的可能全部是宿主菌的基因。3局限性轉導與普遍性轉導的主要區別：a）普遍性轉導是誤包20三細菌的遺傳轉化（genetictransformation）定義：游離DNA分子(質粒和染色體DNA)被自然或人工感受態細胞攝取，并得到表達的基因轉移過程。三細菌的遺傳轉化（genetictransformat211、轉化1928年，Griffith發現肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）的轉化現象目前已知有二十多個種的細菌具有自然轉化的能力進行轉化，需要二方面必要的條件：受體細胞處于感受態：最容易接受外源DNA的一種生理狀態。轉化因子：外源游離dsDNA分子1、轉化1928年，Griffith發現肺炎鏈球菌（Stre22以革蘭氏陽性的肺炎雙球菌為材料，其轉化過程大體是：1、雙鏈DNA片段與感受態受體菌的細胞表面特定位點結合。2、在位點上的DNA發生酶促分解，形成平均分子量為（4~5)x106D的DNA片段。3、DNA雙鏈中的一條單鏈逐步降解，同時，另一條單鏈逐步進入細胞。以革蘭氏陽性的肺炎雙球菌為材料，其轉化過程大體是：234、轉化DNA單鏈與受體菌染色體組上的同源區段配對，接著受體染色體組的相應單鏈片段被切除，并被外來的單鏈DNA所交換和取代，于是形成了雜種DNA區段。5、受體菌染色體組進行復制，雜合區段分離成兩個，其中之一類似供體菌，另一類似受體菌。當細胞分裂后，此染色體分離形成了一個轉化子。4、轉化DNA單鏈與受體菌染色體組上的同源區段配對，接著受24轉化全過程轉化全過程25轉化整合過程轉化整合過程26轉化過程的特點：a）對核酸酶敏感；c）轉化是否成功及轉化效率的高低主要取決于轉化（DNA）給體菌株和轉化受體菌株之間的親源關系；d）通常情況下質粒的自然轉化效率低b）不需要活的DNA供體細胞；轉化過程的特點：a）對核酸酶敏感；c）轉化是否成功及轉化效率27人工轉化用CaCl2處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉化手段。在自然轉化的基礎上發展和建立的一項細菌基因重組手段，是基因工程的奠基石和基礎技術。用多種不同的技術處理受體細胞，使其人為地處于一種可以攝取外源DNA的“人工感受態”。人工轉化用CaCl2處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉化手段。28接合(conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F因子介導）轉導(transduction)：由噬菌體介導自然遺傳轉化(naturalgenetictransformation)：游離DNA分子+感受態細胞接合(conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F29淀粉水解：大腸桿菌陰性，枯草芽孢桿菌陽性（透明圈）VP試驗：大腸桿菌陰性，枯草芽孢桿菌陽性吲哚試驗

：大腸桿菌陽性(紅)，枯草芽孢桿菌陽性（紅）石蕊牛乳試驗：石蕊被枯草芽孢桿菌還原，脫色

糖發酵試驗

：

葡萄糖乳糖蔗糖大腸桿菌強烈產酸（黃）、產氣微弱產酸（淡黃）、不產氣不產酸，不產氣枯草芽孢桿菌

不產酸，不產氣不產酸，不產氣不產酸，不產氣淀粉水解：大腸桿菌陰性，枯草芽孢桿菌陽性（透明圈）VP試驗30第七章微生物遺傳和變異第七章微生物遺傳和變異31第二節細菌基因轉移的方式細菌的三種水平基因轉移形式接合轉導轉化第二節細菌基因轉移的方式細菌的三種水平基因轉移形式接合轉32接合(conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F因子介導）轉導(transduction)：由噬菌體作為載體介導轉化(transformation)：游離DNA分子+感受態細胞接合(conjugation)：細胞與細胞的直接接觸（由F33一細菌的接合作用(conjugation)接合作用：通過細胞與細胞的直接接觸而產生的遺傳信息轉移和重組過程一細菌的接合作用(conjugation)接合作用：通過34證實接合過程需要細胞間的直接接觸的“U”型管實驗（BernardDavis，1950）證實接合過程需要細胞間的直接接觸的352.機制接合作用是由一種被稱為F因子的質粒介導F因子的分子量通常為5×107Da

，上面有編碼細菌產生性菌毛（sexpili）及控制接合過程進行的20多個基因。含有F因子的細胞：“雄性”菌株（F+），其細胞表面有性菌毛不含F因子的細胞：“雌性”菌株（F-），細胞表面沒有性菌毛2.機制接合作用是由一種被稱為F因子的質粒介導F因子的分子36微生物的遺傳和變異第三節課件37F因子的四種細胞形式a）F-菌株，不含F因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收F因子而變成雄性菌株（F+）；b）F+菌株，F因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。d）F′菌株，Hfr菌株內的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F′因子。細胞表面同樣有性菌毛。F因子的四種細胞形式a）F-菌株，不含F因子，沒有性菌毛，38微生物的遺傳和變異第三節課件391）F+×F-雜交雜交的結果：給體細胞和受體細胞均成為F+細胞F+菌株的F因子向F-細胞轉移，但含F因子的宿主細胞的染色體DNA一般不被轉移。1）F+×F-雜交雜交的結果：給體細胞和受體細胞均成為F+40微生物的遺傳和變異第三節課件41Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發生接合轉移轉移過程，就可以把部分甚至全部細菌染色體傳遞給F-細胞并發生重組，由此而得名為高頻重組菌株。2）Hfr×F-雜交Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細胞進行接合。所不同的是，F因子的先導區(leadingregion)結合著染色體DNA向受體細胞轉移，F因子除先導區以外，其余絕大部分是處于轉移染色體的末端，由于轉移過程常被中斷，因此F因子不易轉入受體細胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細胞(或接合子)大多數仍然是F-。Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發生接合轉移42染色體上越靠近F因子的先導區的基因，進入的機會就越多，在F-中出現重組子的的時間就越早，頻率也高。F因子不易轉入受體細胞中，故Hfr×F-雜交后的受體細胞（或稱接合子）大多數仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導區的基因，進入的機會F因子不易轉入43二細菌的轉導（transduction）由噬菌體介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式：一個細胞的DNA通過病毒載體的感染轉移到另一個細胞中能將一個細菌宿主的部分染色體或質粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體稱為轉導噬菌體細菌轉導的二種類型：普遍性轉導局限性轉導二細菌的轉導（transduction）由噬菌體介導的細441普遍性轉導（generalizedtransduction）噬菌體可以轉導給體細菌染色體的任何部分到受體細胞中的轉導過程1普遍性轉導（generalizedtransducti45普遍性轉導過程普遍性轉導過程462局限性轉導（specializedtransduction）把供體菌的少數特定基因轉移到受體菌中的過程2局限性轉導（specializedtransducti47溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上宿主細胞發生溶源化溶源菌因誘導而發生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基因因偶爾發生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數特定基因轉移到受體菌中的過程溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上溶源菌因誘導而發生48溫和噬菌體λ裂解時的不正常切割：包含gal或bio基因（幾率一般僅有10-6）溫和噬菌體λ裂解時的493局限性轉導與普遍性轉導的主要區別：a）普遍性轉導是誤包；局限性轉導是誤切。b）局限性轉導顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個別基因導入受體，故稱為局限性轉導。而普遍性轉導攜帶的宿主基因具有隨機性，包裝的可能全部是宿主菌的基因。3局限性轉導與普遍性轉導的主要區別：a）普遍性轉導是誤包50三細菌的遺傳轉化（genetictransformation）定義：游離DNA分子(質粒和染色體DNA)被自然或人工感受態細胞攝取，并得到表達的基因轉移過程。三細菌的遺傳轉化（genetictransformat511、轉化1928年，Griffith發現肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）的轉化現象目前已知有二十多個種的細菌具有自然轉化的能力進行轉化，需要二方面必要的條件：受體細胞處于感受態：最容易接受外源DNA的一種生理狀態。轉化因子：外源游離dsDNA分子1、轉化1928年，Griffith發現肺炎鏈球菌（Stre52以革蘭氏陽性的肺炎雙球菌為材料，其轉化過程大體是：1、雙鏈DNA片段與感受態受體菌的細胞表面特定位點結合。2、在位點上的DNA發生酶促分解，形成平均分子量為（4~5)x106D的DNA片段。3、DNA雙鏈中的一條單鏈逐步降解，同時，另一條單鏈逐步進入細胞。以革蘭氏陽性的肺炎雙球菌為材料，其轉化過程大體是：534、轉化DNA單鏈與受體菌染色體組上的同源區段配對，接著受體染色體組的相應單鏈片段被切除，并被外來的單鏈DNA所交換和取代，于是形成了雜種DNA區段。5、受體菌染色體組進行復制，雜合區段分離成兩個，其中之一類似供體菌，另一類似受體菌。當細胞分裂后，此染色體分離形成了一個轉化子。4、轉化DNA單鏈與受體菌染色體組上的同源區段配對，