《遺傳和變異》PPT課件

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1、第 一 節(jié) 微 生 物 的 遺 傳 物 質(zhì)第 二 節(jié) 質(zhì) 粒 和 轉(zhuǎn) 座 因 子第 三 節(jié) 微 生 物 的 基 因 突 變 和 基 因 重 組第 四 節(jié) 細(xì) 菌 遺 傳 變 異 的 實(shí) 際 意 義 生 物 的 各 項(xiàng) 生 命 活 動(dòng) 都 有 它 的 物 質(zhì) 基 礎(chǔ) 。生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？ 根 據(jù) 現(xiàn) 代 細(xì) 胞 學(xué) 和 遺 傳 學(xué) 的 研 究 得 知 ， 控 制 生 物 性 狀的 主 要 遺 傳 物 質(zhì) 是 脫 氧 核 糖 核 酸 （ DNA） 。 遺 傳 ： 親 代 與 子 代 相 似變 異 ： 親 代 與 子 代 、 子 代 間 不 同 個(gè) 體 不 完 全 相 同遺 傳 （ inh

2、eritance） 和 變 異 （ variation） 是 生 命 的 最 本 質(zhì) 特 性 之 一遺 傳 型 ：表 型 ： 又 稱 基 因 型 ， 指 生 物 個(gè) 體 所 含 有 的 全 部 基 因 的 總 和 。具 有 一 定 遺 傳 型 的 個(gè) 體 ， 在 特 定 環(huán) 境 條 件 下 通 過 生 長(zhǎng)發(fā) 育 所 表 現(xiàn) 出 來 的 外 表 特 征 和 內(nèi) 在 特 征 的 總 和 。表 型 是 由 遺 傳 型 所 決 定 ， 但 也 和 環(huán) 境 有 關(guān) 。第 一 節(jié) 遺 傳 變 異 的 物 質(zhì) 基 礎(chǔ) 表 型飾 變 :不 涉及 遺 傳 物 質(zhì)結(jié) 構(gòu) 改 變 而只 發(fā) 生 在 轉(zhuǎn)錄 、 翻 譯

3、 水平 的 表 型 改變 。 表 型 的 差 異 只 與 環(huán) 境 等 因 素 有 關(guān)特 點(diǎn) ： 暫 時(shí) 性 、 不 可 遺 傳 性 、 表 現(xiàn) 為 全 部 個(gè) 體 的 行 為變 異 （ 基 因 變 異 、 基 因 突 變 ） ：遺 傳 物 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) 或 數(shù) 量 的 改 變 ， 導(dǎo) 致 表 型 改 變 特 點(diǎn) ： 可 遺 傳 的 、 群 體 中 極 少 數(shù) 個(gè) 體 的 行 為 （ 自 發(fā) 突 變 頻 率 通 常 為 10-6-10-9） 粘 質(zhì) 沙 雷 氏 菌 ： 在25 下 培 養(yǎng) ， 產(chǎn) 生 深紅 色 的 靈 桿 菌 素 ； 在37 下 培 養(yǎng) ， 不 產(chǎn) 生色 素 ； 如 果 重 新 將

4、 溫度 降 到 25 ， 又 恢 復(fù)產(chǎn) 色 素 的 能 力 。 第 一 節(jié) 遺 傳 變 異 的 物 質(zhì) 基 礎(chǔ)（ 一 ） 、 經(jīng) 典 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn)（ 二 ） 、 噬 菌 體 感 染 實(shí) 驗(yàn)（ 三 ） 、 植 物 病 毒 的 重 建 實(shí) 驗(yàn)DNA是 遺 傳 物 質(zhì) 的 證 據(jù)一 、 三 個(gè) 經(jīng) 典 證 明 實(shí) 驗(yàn) 實(shí) 驗(yàn) 者 ： 格 里 菲 斯 （ F.Gruffith， 1928)； 艾 弗 里 （ O.T.Avery等 ， 1944)。致 病 性 ： 人 患 肺 炎 ； 鼠 患 敗 血 癥 。材 料 ： R 型 肺 炎 雙 球 菌 ， 粗 糙 型 無 毒 S 型 肺 炎 雙 球 菌 ， 光

5、 滑 型 有 毒R型 (無 莢 膜 ) S型 (有 莢 膜 ) 研 究 對(duì) 象 ： Streptococcus pneumoniae（ 肺 炎 雙 球 菌 ） .將 無 毒 的 R 菌 注 入 ， 小 鼠 不 死 ， 分 離 到 R 菌 .將 有 毒 的 S 菌 注 入 ， 小 鼠 死 ， 分 離 到 S 菌1928年 ， Griffith進(jìn) 行 了 以 下 幾 組 實(shí) 驗(yàn) ： （ 1） 動(dòng) 物 實(shí) 驗(yàn) .將 加 熱 殺 死 （ 6 ） 的 S 菌 注 入 ， 小 鼠 不 死 ， 分 離 不 到 S 菌 .將 無 毒 的 R 菌 和 加 熱 殺 死 （ ） 的 S 菌 混 合 注 入 ， 小

6、鼠 死 ， 分 離 到 S 菌 肺 炎 鏈球 菌 不 生 長(zhǎng)培 養(yǎng) 皿 培 養(yǎng)熱 死 S菌 長(zhǎng) 出 R菌培 養(yǎng) 皿 培 養(yǎng)活 R菌 S菌長(zhǎng) 出 大 量 R菌 10培 養(yǎng) 皿 培 養(yǎng)熱 死 S菌 活 R菌 6 菌長(zhǎng) 出 大 量 R菌 和 少 量 S培 養(yǎng) 皿 培 養(yǎng)抽 提 液活 R菌 S菌 的 無 細(xì) 胞 分 析 ： 這 些 活 的 有 毒 型 細(xì) 菌 是 怎 么來 的 呢 ？ （ 1） 是 死 的 變 成 了 活 的 嗎 ？ 回 答 ： 加 熱 處 死 ， 然 后 體 內(nèi) 注 射試 驗(yàn) 說 明 這 不 可 能 的 （ 第 三 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) ） 。 （ 2） 是 活 的 無 毒 型 細(xì) 菌 （ R

7、 型 ） 回 復(fù) 突 變 成 有 毒 型 細(xì) 菌（ S 型 ） 的 嗎 ？ 回 答 ： 這 是 不 可 能 的 （ 第 一 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) ） 但 是 ， 轉(zhuǎn) 變 是 怎 么 產(chǎn) 生 的 呢 ？ 分 明 是 活 的 無 毒 型 細(xì) 菌 受 到了 死 的 有 毒 型 細(xì) 菌 的 影 響 ， 因 為 它 們 是 一 起 注 入 小 家 鼠 體 內(nèi) 的 。推 測(cè) : 被 加 熱 殺 死 的 S 型 肺 炎 雙 球 菌 必 然 含有 某 種 促 成 以 上 結(jié) 果 的 活 性 物 質(zhì) 怎 樣 影 響 的 呢 ？ 這 個(gè) 問 題 ， 當(dāng) 時(shí) 的 科 學(xué) 水 平 還 不 能 回 答 。 加 S菌 DNA 加

8、S菌 DNA及 DNA酶 以 外 的 酶 加 S菌 的 DNA和 DNA酶 加 S菌 的 RNA 加 S菌 的 蛋 白 質(zhì) 加 S菌 的 莢 膜 多 糖活R菌 長(zhǎng) 出 S菌只 有 R菌 1944年 ， 美 國(guó) 的 生 物 學(xué) 家 艾 弗 里 （ Avery） 、 麻 克 里奧 （ C.M.Macleod） 和 麥 卡 第 （ M.J.McCarty） 合 作 ，在 格 里 菲 思 的 肺 炎 雙 球 菌 轉(zhuǎn) 化 實(shí) 驗(yàn) 的 基 礎(chǔ) 上 進(jìn) 行 了 細(xì) 致的 工 作 。 從 熱 死 S型 中 提 純 了 可 能 作 為 轉(zhuǎn) 化 因 子 的 各 種成 分 ， 并 在 離 體 條 件 下 進(jìn) 行 了

9、 轉(zhuǎn) 化 試 驗(yàn) ：O.T.Avery等 試 驗(yàn) 他 們 分 別 用 降 解 DNA、 RNA或 蛋 白 質(zhì) 的 酶作 用 于 有 毒 的 S型 細(xì) 胞 抽 提 物 ， 選 擇 性 地破 壞 這 些 細(xì) 胞 成 分 ， 然 后 分 別 與 無 毒 的 R型 細(xì) 胞 混 合 ， 觀 察 轉(zhuǎn) 化 現(xiàn) 象 發(fā) 生 。結(jié) 果 ： 只 有 S型 細(xì) 菌 的 DNA才 能 將 R型 轉(zhuǎn) 化 為 S型 。 且 DNA純 度 越 高 ， 轉(zhuǎn) 化 效 率 也 越 高 。 說 明 S型菌 株 轉(zhuǎn) 移 給 R型 菌 株 的 ， 是 遺 傳 因 子 。O.T.Avery等 試 驗(yàn) (二 )、 T2噬 菌 體 的 感

10、染 實(shí) 驗(yàn)1952年 ， 美 國(guó) 人 候 喜 （ Hershey ） 和 蔡 斯 （ Chase ） 為 了證 實(shí) T2噬 菌 體 的 DNA是 遺 傳 物 質(zhì) ， 他 們 用 32P標(biāo) 記 病 毒 的DNA， 用 35S標(biāo) 記 病 毒 的 蛋 白 質(zhì) 外 殼 。 然 后 將 這 兩 種 不 同 標(biāo)記 與 其 宿 主 大 腸 桿 菌 混 合 。 以 35S標(biāo) 記 蛋 白 質(zhì) 外 殼 做 噬 菌 體 感 染 實(shí) 驗(yàn)10分 鐘 后用 搗 碎 器使 空 殼 脫 離吸 附 離 心 沉 淀 細(xì) 胞 進(jìn) 一 步 培 養(yǎng)后 ， 可 產(chǎn) 生 大 量 完 整的 子 代 噬 菌 體上 清 液 中 含75%放 射

11、性沉 淀 中 含25%放 射 性（ 1） 含 35S-蛋 白 質(zhì) 的 一 組 ：放 射 性 75%在 上 清 液 中 用 含 有 35S蛋 白 質(zhì) 的 T2噬 菌 體 感 染 大 腸 桿 菌 時(shí) ， 大 多 數(shù) 放射 活 性 留 在 宿 主 細(xì) 胞 的 外 邊 二 、 噬 菌 體 感 染 實(shí) 驗(yàn)10分 鐘 后用 搗 碎 器使 空 殼 脫 離吸 附 離 心 沉 淀 細(xì) 胞 進(jìn) 一 步 培 養(yǎng)后 ， 可 產(chǎn) 生 大 量 完 整的 子 代 噬 菌 體（ 2） 含 32P-DNA的 一 組 ： 放 射 性85%在 沉 淀 中 上 清 液 中 含15%放 射 性沉 淀 中 含85%放 射 性 以 32P

12、標(biāo) 記 DNA做 噬 菌 體 感 染 實(shí) 驗(yàn) 用 含 有 32P- DNA的 T2噬 菌 體 與 宿 主 細(xì) 菌 混 合 時(shí) ， 則 發(fā) 現(xiàn) 32P DNA注 入 宿主 細(xì) 胞 ， 并 產(chǎn) 生 噬 菌 體 后 代 ， 這 些 T2噬 菌 體 后 代 的 蛋 白 質(zhì) 外 殼 的 組 成 、形 狀 大 小 等 均 與 留 在 細(xì) 胞 外 的 蛋 白 質(zhì) 外 殼 一 模 一 樣 進(jìn) 入 細(xì) 菌 細(xì) 胞 內(nèi) 部 的 物 質(zhì) 是 DNA。 DNA包 含 有 產(chǎn) 生 完 整 噬 菌 體 的 全 部 信 息 1956 年 ， 弗 朗 克 -康 勒 脫 ( Fraenkel-Conrat) 用 含 RNA的

13、煙 草 花 葉 病 毒 （ TMV） 和 霍 氏 車 前 花 葉 病 毒 （ HRV）進(jìn) 行 了 著 名 的 植 物 病 毒 重 建 實(shí) 驗(yàn) 。 將 TMV和 HRV在 一 定 濃 度 尿 素 或 苯 酚 溶 液 中 振 蕩 ， 分別 拆 分 得 到 各 自 的 RNA和 蛋 白 質(zhì) ， 將 兩 種 RNA分 別 與對(duì) 方 的 蛋 白 質(zhì) 外 殼 重 建 形 成 兩 種 雜 合 病 毒 ： 實(shí) 驗(yàn) 證 明 ， 遺 傳 信 息 的 流 向 與 RNA的 傳 遞 是 一 致 的 。選 用 TMV和 霍 氏 車 前 花 葉 病毒 （ HRV） ， 分 別 拆 分 取 得各 自 的 RNA和 蛋 白

14、質(zhì) ， 將 兩種 RNA分 別 與 對(duì) 方 的 蛋 白 質(zhì)外 殼 重 建 形 成 兩 種 雜 合 病 毒 ：1、 RNA（ TMV） - 蛋 白 質(zhì) （ HRV） 2、 RNA（ HRV） - 蛋 白 質(zhì) （ TMV）用 兩 種 雜 合 病 毒 感 染 寄 主 ：1、 表 現(xiàn) TMV的 典 型 癥 狀 病分 離 到 正 常 TMV粒 子2、 表 現(xiàn) HRV的 典 型 癥 狀 病分 離 到 正 常 HRV粒 子 。 肺 炎 球 菌 的 轉(zhuǎn) 化 試 驗(yàn)噬 菌 體 感 染 試 驗(yàn)病 毒 拆 開 與 重 建 試 驗(yàn)利 用 微 生 物 為實(shí) 驗(yàn) 對(duì) 象 進(jìn) 行的 三 個(gè) 著 名 實(shí)驗(yàn) 的 論 證只 有

15、核 酸 才 是 負(fù) 載 遺 傳 信 息的 真 正 物 質(zhì) 基 礎(chǔ) 二 、 遺 傳 物 質(zhì) 在 細(xì) 胞 內(nèi) 的 存 在 部 位 和 方 式u遺 傳 物 質(zhì) 的 七 個(gè) 水 平細(xì) 胞 水 平細(xì) 胞 核 水 平染 色 體 水 平核 酸 水 平基 因 水 平密 碼 子 水 平核 苷 酸 水 平 u生 物 體 DNA大 部 分 或 幾 乎 存 在 于細(xì) 胞 核 （ 真 核 ） 或 核 區(qū) （ 原 核 ） 中u不 同 微 生 物 細(xì) 胞 ， 細(xì) 胞 核 數(shù) 目 不 同l單 核釀 酒 酵 母 、 黑 曲 霉 、 孢 子l雙 核桿 菌 細(xì) 胞 存 在 兩 個(gè) 核 區(qū) （ 球 菌 一 般 一 個(gè) ）l多 核粗

16、糙 脈 胞 菌 、 米 曲 霉 、 藻 狀 菌 、 放 線 菌1、 細(xì) 胞 水 平 2、 細(xì) 胞 核 水 平u基 因 組 、 核 基 因 組 或 核 染 色 體 組l真 核 生 物有 核 膜 ， DNA與 組 蛋 白 結(jié) 合形 成 染 色 體l原 核 生 物有 核 區(qū) ， DNA裸 露 ， 環(huán) 狀 雙 鏈 ， 無 組 蛋 白 與 DNA結(jié) 合 在 一 起l真 核 生 物 質(zhì) 粒 ： 線 粒 體 、 葉 綠 體 、 共 生 生 物 、 2m質(zhì) 粒 （ 酵 母 菌 質(zhì) 粒 位 于 核 內(nèi) ， 不 與 核 染 色 體 組 整 合 ） 等l原 核 生 物 質(zhì) 粒 ： F質(zhì) 粒 、 R質(zhì) 粒 、 Ti質(zhì)

17、 粒 等在 細(xì) 胞 質(zhì) 中 ， 還 存 在 核 外 染 色 體 。 3、 染 色 體 水 平u染 色 體 數(shù) 目人 ： 23； 水 稻 ： 12； 大 腸 桿 菌 ： 1；釀 酒 酵 母 ： 1617； 枯 草 芽 孢 桿 菌 ： 1u染 色 體 倍 數(shù) ： 同 一 細(xì) 胞 中 相 同 染 色 體 的 套 數(shù)真 核 生 物 ： 多 條 染 色 體 ， 單 倍 體 、 雙 倍 體原 核 生 物 ： 一 條 裸 露 的 DNA構(gòu) 成 的 環(huán) 狀 染 色 體單 倍 體 ： 細(xì) 胞 僅 含 有 一 套 染 色 體 的 個(gè) 體 。 如 多 數(shù) 微 生 物 、 高等 動(dòng) 植 物 的 生 殖 細(xì) 胞雙 倍

18、體 ： 細(xì) 胞 含 有 兩 套 功 能 相 同 的 染 色 體 的 個(gè) 數(shù) 。 如 多 數(shù) 高等 動(dòng) 物 、 植 物 體 細(xì) 胞 、 啤 酒 酵 母 營(yíng) 養(yǎng) 細(xì) 胞 、 合 子 等 4、 核 酸 水 平核 酸 種 類多 數(shù) 生 物 遺 傳 物 質(zhì) 為 DNA， 少 數(shù) 病 毒 為 RNA原 核 DNA裸 露真 核 DNA被 包 裹 ， 與 組 蛋 白 結(jié) 合 在 一 起u核 酸 結(jié) 構(gòu)DNA雙 鏈 、 單 鏈 ；RNA單 鏈 、 雙 鏈 、 環(huán) 狀 、 線 狀 、 超 螺 旋uDNA長(zhǎng) 度 ： u基 因 組 大 小 的 單 位 是 bp、 kb、 Mb 截 止 到 2010年 11月 ： 17

19、48個(gè) 細(xì) 菌 基 因 組 ， 61個(gè) 真 菌 基 因 組 和 103個(gè) 古 細(xì) 菌基 因 組 序 列 已 被 發(fā) 布 。隨 著 細(xì) 菌 基 因 組 研 究 的 迅 速 發(fā) 展 ， 全 基 因 組 測(cè) 序 已 逐 步成 為 微 生 物 基 礎(chǔ) 研 究 的 重 要 手 段 之 一 。u微 生 物 基 因 組 測(cè) 序 5、 基 因 水 平u基 因 （ gene）基 因 是 一 個(gè) 實(shí) 體 ， 它 的 物 質(zhì) 基 礎(chǔ) 是 核 酸 （ DNA或RNA） ， 是 一 個(gè) 攜 帶 有 特 定 遺 傳 信 息 的 核 苷 酸 序 列 ，是 具 有 自 主 復(fù) 制 能 力 的 遺 傳 物 質(zhì) 的 最 小 功

20、能 單 位u基 因 組 （ genome）一 個(gè) 物 種 的 單 倍 體 的 所 有 染 色 體 及其 所 包 含 的 遺 傳 信 息 的 總 稱原 核 生 物 與 真 核 生 物 基 因 組 的 差 別 1） 原 核 生 物 （ 細(xì) 菌 、 古 生 菌 ） 的 基 因 組u染 色 體 為 雙 鏈 環(huán) 狀 的 DNA分 子 （ 單 倍 體 ） ；u基 因 組 上 遺 傳 信 息 具 有 連 續(xù) 性 （ 一 般 不 含 內(nèi) 含 子 ） ；u功 能 相 關(guān) 的 結(jié) 構(gòu) 基 因 組 成 操 縱 子 結(jié) 構(gòu) ； u結(jié) 構(gòu) 基 因 的 單 拷 貝 及 rRNA基 因 的 多 拷 貝 ； u基 因 組 的

21、 重 復(fù) 序 列 少 而 短 ；古 生 菌 的 基 因 組 在 結(jié) 構(gòu) 上 類 似 于 細(xì) 菌 。 但 是 信 息 傳遞 系 統(tǒng) (復(fù) 制 、 轉(zhuǎn) 錄 和 翻 譯 )則 與 細(xì) 菌 不 同 而 類 似 于真 核 生 物 。 原 核 生 物 基 因 調(diào) 空 表 達(dá) 系 統(tǒng)操 縱 子 調(diào) 節(jié) 基 因 啟 動(dòng) 基 因 操 縱 基 因 結(jié) 構(gòu) 基 因結(jié) 構(gòu) 基 因 ： 決 定 某 一 多 肽 鏈 結(jié) 構(gòu) 的 DNA摸 板操 縱 基 因 ： 控 制 結(jié) 構(gòu) 基 因 轉(zhuǎn) 錄 與 否啟 動(dòng) 基 因 ： 是 轉(zhuǎn) 錄 的 起 始 位 點(diǎn) 2） 真 核 微 生 物 的 基 因 組u典 型 的 真 核 染 色 體

22、結(jié) 構(gòu) DNA與 組 蛋 白 結(jié) 合 ；u一 般 無 操 縱 子 結(jié) 構(gòu) ；u有 間 隔 區(qū) （ 即 非 編 碼 區(qū) ） 和 內(nèi) 含 子 序 列u存 在 大 量 不 編 碼 序 列 和 重 復(fù) 序 列 ；u 在 細(xì) 胞 核 中 轉(zhuǎn) 錄 、 細(xì) 胞 質(zhì) 中 翻 譯 。 3 ） 原 核 生 物 和 真 核 生 物 的 基 因 組 比 較 遺 傳 密 碼 ： 指 DNA鏈 上 各 個(gè) 核 苷 酸 的 特 定 排 列 順 序 。密 碼 子 ： 由 3個(gè) 核 苷 酸 順 序 決 定 ， 負(fù) 載 遺 傳 信 息 的 基 本 單 位 。起 始 密 碼 子 ： AUG。 終 止 密 碼 子 ： UAA、 UG

23、A、 UAG。三 聯(lián) 密 碼 子 ： 每 個(gè) 密 碼 子 由 鏈 上 三 個(gè) 核 苷 酸 順 序 決 定 ， 常 以mRNA上 三 個(gè) 核 苷 酸 順 序 表 示 。l四 個(gè) 核 苷 酸 編 出 三 聯(lián) 密 碼 4 3 64個(gè)l同 一 氨 基 酸 由 多 個(gè) 密 碼 子 編 碼 6、 密 碼 子 水 平 7、 堿 基 水 平 （ 核 苷 酸 水 平 ）u最 低 突 變 單 位 或 交 換 單 位uDNA鏈 中 有 A（ 腺 嘌 呤 ） 、 T（ 胸 腺 嘧 啶 ） 、 G（ 鳥 嘌 呤 ） 、 C（ 胞 嘧 啶 ） 四 種 堿 基uRNA鏈 中 有 A、 U（ 尿 嘧 啶 ） 、 G、 C四

24、種 堿 基u幾 個(gè) 數(shù) 據(jù) 多 數(shù) 細(xì) 菌 的 基 因 組 在 19Mb 每 個(gè) 堿 基 對(duì) 的 平 均 分 子 量 650道 爾 頓 1*10 6的 dsDNA約 為 1.5kb， 或 0.5um 3nm堿 基 重 量 約 為 1ug 遺 傳 物 質(zhì) 的 復(fù) 制 -雙 鏈 DNA的 復(fù) 制 （ 半 保 留 復(fù) 制 ）沃 森 -克 里 克 根 據(jù) DNA的 雙 螺 旋 模 型 提 出 的 DNA復(fù) 制 方 式 。 即DNA復(fù) 制 時(shí) 親 代 DNA的 兩 條 鏈 解 開 ， 每 條 鏈 作 為 新 鏈 的 模 板 ，從 而 形 成 兩 個(gè) 子 代 DNA分 子 ， 每 一 個(gè) 子 代 DNA分

25、 子 包 含 一 條 親代 鏈 和 一 條 新 合 成 的 鏈 。 合 成 只 能 從 5到 3一個(gè) 方 向 進(jìn) 行 ；只 有 一 條 鏈 的 合 成 是連 續(xù) 的 （ 前 導(dǎo) 鏈 ） ；另 一 條 鏈 的 合 成 是 不連 續(xù) 的 ， 而 是 分 段 進(jìn) 行的 ；隨 著 解 旋 酶 的 前 移 ，DNA聚 合 酶 跳 躍 式 往 前挪 動(dòng) 而 合 成 不 連 續(xù) 的 小DNA片 段 （ 岡 崎 片 段 ） ；DNA連 接 酶 將 它 們 連接 起 來 而 成 完 整 的 DNA長(zhǎng) 鏈 （ 后 隨 鏈 ） ；遺 傳 物 質(zhì) 的 復(fù) 制 過 程 這 確 保 了 DNA復(fù) 制 精 確 ， 并保 證

26、 了 一 切 生 物 遺 傳 性 的 相對(duì) 穩(wěn) 定 。 又 叫 核 糖 核 酸 （ ribonucleic acid） 。 與DNA相 似 ， 不 同 之 處 是 以 核 糖 代 替 脫 氧 核糖 ， 以 尿 嘧 啶 （ U） 代 替 了 胸 腺 嘧 啶 （ T） 。 其 堿 基 配 對(duì) 原 則 是 A-U， C-G。 RNA有 四 種 ： mRNA,tRNA,rRNA和 反 義RNA。 叫 信 使 RNA， 其 上 帶 有 指 導(dǎo) 氨 基 酸 的 信 息密 碼 子 （ 三 聯(lián) 密 碼 子 ） ， 它 翻 譯 氨 基 酸 ，具 傳 遞 遺 傳 性 的 功 能 。 叫 轉(zhuǎn) 移 RNA， 其 上

27、有 和 mRNA互 補(bǔ) 的 反 密碼 子 ， 能 識(shí) 別 氨 基 酸 及 識(shí) 別 mRNA上 的 密碼 子 ， 在 tRNA-氨 基 酸 合 成 酶 的 作 用 下 傳 遞氨 基 酸 。 tRNA 的 結(jié) 構(gòu) 遺 傳 密 碼的 “閱 讀 者 ”(1)含 有 7080個(gè) 堿 基(2) 5端 和 3端 配 對(duì) （ 常 為 7bp）形 成 莖 區(qū) ， 稱 為 受 體 臂 或 稱 氨 基 酸臂 。 在 3 端 永 遠(yuǎn) 是 4 個(gè) 堿 基（ XCCA） 的 單 鏈 區(qū) 。 此 臂 負(fù) 責(zé) 攜帶 特 異 的 氨 基 酸 。三 葉 草 型 的二 維 結(jié) 構(gòu) 反 義 RNA起 調(diào) 節(jié) 作 用 ， 決 定 mR

28、NA翻 譯 合成 速 度 。 rRNA， 又 稱 核 糖 體 RNA， 其 和 蛋 白 質(zhì) 結(jié) 合成 的 核 糖 體 為 合 成 蛋 白 質(zhì) 的 場(chǎng) 所 。 DNA與 遺 傳 密 碼 -由 A、 T（ U） 、 C、 G 組 成 的 三 聯(lián) 體 密 碼 (1)三 聯(lián) 體 密 碼 決 定 一 個(gè) 氨 基 酸 ；(2)密 碼 的 解 讀 是 從 53， 每 三 個(gè) 堿 基 為 一 區(qū) 段 進(jìn) 行 解 讀 的 ；(3)蛋 白 質(zhì) 合 成 的 終 止 是 由 終 止 密 碼 子 決 定 的 ；(4)三 聯(lián) 體 單 位 中 三 個(gè)堿 基 都 不 重 復(fù) 解 讀 ，密 碼 子 與 密 碼 子 之 間不 存

29、 在 多 余 的 堿 基 ；(5)有 的 氨 基 酸 具 有 兩 種以 上 的 密 碼 子 ； (6)遺 傳 密 碼 對(duì) 于 所 有生 物 都 是 共 通 的 。 啟 動(dòng) 階 段 在 核 糖 體 上 合 成 蛋 白 質(zhì) （ P76）從 mRNA讀 碼 框 架的 起 始 碼 AUG 開始 ， 按 mRNA模 板三 聯(lián) 體 密 碼 的 順 序延 長(zhǎng) 肽 鏈 ， 直 至 終止 密 碼 出 現(xiàn) 。蛋 白 質(zhì) 的 生 物 合 成 ， 即 翻 譯 ， 就 是 將 核 酸 中 由 4 種 核 苷 酸 序 列 編 碼的 遺 傳 信 息 ， 通 過 遺 傳 密 碼 破 譯 的 方 式 解 讀 為 蛋 白 質(zhì) 一

30、 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 中 20種 氨 基 酸 的 排 列 順 序 。 肽 鏈 的 延 伸 階 段 -“ 受 位 ” （ A） 和 “ 給 位 ” （ P） A位 （ 氨 酰 基 部 位 ）， 氨 基 酰 -tRNA進(jìn) 入部 位 。P位 （ 肽 基 部 位 ） ，為 起 始 tRNA或 正 在延 伸 中 的 肽 酰 -tRNA結(jié) 合 部 位 。 *進(jìn) 位 反 應(yīng)*轉(zhuǎn) 位 反 應(yīng) *移 位 反 應(yīng) *終 止 階 段 肽 鏈 的 延 伸 階 段 和 終 止 階 段 中 心 法 則 1958年 由 克 里 克 (Crick)提 出 ， 包 括 由 DNA到 DNA的 復(fù) 制 、由 DNA到 RNA的 轉(zhuǎn) 錄

31、和 由 RNA到 蛋 白 質(zhì) 的 翻 譯 等 過 程 。20世 紀(jì) 70年 代 逆 轉(zhuǎn) 錄 酶 的 發(fā) 現(xiàn) ， 表 明 還 有 由 RNA逆 轉(zhuǎn) 錄 形 成DNA的 機(jī) 制 ， 是 對(duì) 中 心 法 則 的 補(bǔ) 充 和 豐 富 。遺 傳 信 息 傳 遞 的 規(guī) 律 基 因 A 基 因 BDNA 轉(zhuǎn) 錄基 因 A 基 因 BmRNA 翻 譯蛋 白 質(zhì) A 蛋 白 質(zhì) B蛋 白 質(zhì)原 核 生 物 的 染 色 體 與 細(xì) 胞 質(zhì) 沒 有 核 膜 分 開 ， 因 此 三 個(gè) 過 程 緊 密 聯(lián) 系位 于 同 一 個(gè) 操 縱 子 內(nèi) 的 多 個(gè) 基 因 共 同 轉(zhuǎn) 錄 為 一 個(gè) 大 的 mRNA分 子

32、， 然 后 分 別 翻 譯 成 不 同 的 蛋 白 質(zhì) 。遺 傳 信 息 傳 遞 外 顯 子 1 外 顯 子 2內(nèi) 含 子 1 內(nèi) 含 子 2基 因 XDNA 外 顯 子 1 外 顯 子 2內(nèi) 含 子 1 內(nèi) 含 子 2初 始 RNA轉(zhuǎn) 錄 物 轉(zhuǎn) 錄加 工 過 程 中 內(nèi) 含 子 被 切 除外 顯 子 1 外 顯 子 2成 熟 的 mRNA 細(xì) 胞 核 轉(zhuǎn) 運(yùn) 到 細(xì) 胞 質(zhì) 外外 顯 子 2外 顯 子 1mRNA 翻 譯蛋 白 質(zhì) X蛋 白 質(zhì) 細(xì) 胞 質(zhì)真核生物 一 、 原 核 生 物 的 質(zhì) 粒質(zhì) 粒 （ plasmid） ：一 種 獨(dú) 立 于 染 色 體 外 ， 能 進(jìn) 行 自 主

33、復(fù) 制 的 小 型 共 價(jià)閉 合 環(huán) 狀 的 雙 鏈 DNA分 子 ， 主 要 存 在 于 各 種 微 生 物細(xì) 胞 中 。第 二 節(jié) 質(zhì) 粒 與 轉(zhuǎn) 座 因 子 1. 質(zhì) 粒 的 特 點(diǎn)（ 1） 結(jié) 構(gòu)通 常 以 超 螺 旋 雙 鏈 DNA分 子 存 在 于 細(xì) 胞 中 ； 分 離 后 大 多 是三 種 構(gòu) 型 ：CCC型 （ covalently closed circular):共 價(jià) 閉 合 環(huán) 狀OC型 （ open circular form):開 環(huán) 型L型 （ linear form)： 線 型也 發(fā) 現(xiàn) 有 線 型 雙 鏈 DNA質(zhì) 粒 和 RNA質(zhì) 粒 ；質(zhì) 粒 分 子 的

34、 大 小 范 圍 從 1kb左 右 到 1000kb； （ 細(xì) 菌 質(zhì) 粒 多 在 10kb以 內(nèi) ） 一 、 原 核 生 物 的 質(zhì) 粒 麻 花 狀 的 超 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 1. 質(zhì) 粒 的 特 點(diǎn)一 、 原 核 生 物 的 質(zhì) 粒（ 3） 質(zhì) 粒 的 鑒 定 電 鏡瓊 脂 糖 凝 膠 電 泳聚 丙 烯 酰 胺 凝 膠 電 泳密 度 梯 度 離 心質(zhì) 粒 的 限 制 性 酶 切 圖 譜（ 2） 質(zhì) 粒 的 制 備 增 殖 培 養(yǎng)裂 解 細(xì) 胞蛋 白 質(zhì) 和 RNA的 去 除質(zhì) 粒 DNA與 染 色 體 DNA分 離 （ 4） 質(zhì) 粒 的 消 除吖 啶 類 染 料 、 絲 裂 霉 素 C、 紫

35、 外 線 、 利 福 平 、重 金 屬 離 子 、 高 溫（ 5） 質(zhì) 粒 的 主 要 類 型質(zhì) 粒 所 編 碼的 功 能 和 賦予 宿 主 的 表型 效 應(yīng) 致 育 質(zhì) 粒 （ F質(zhì) 粒 ， F因 子 ）抗 性 質(zhì) 粒 （ R質(zhì) 粒 ， R因 子 ）毒 力 質(zhì) 粒 （ Vi質(zhì) 粒 ）細(xì) 菌 素 質(zhì) 粒代 謝 質(zhì) 粒隱 秘 質(zhì) 粒 （ 6） 質(zhì) 粒 的 特 征 在 細(xì) 胞 質(zhì) 中 獨(dú) 立 于 染 色 體 之 外 獨(dú) 立 存 在 （ 游 離 態(tài) ） ， 也 可 以通 過 交 換 摻 入 染 色 體 上 ， 以 附 加 體 的 形 式 存 在 ； 可 自 我 復(fù) 制 ， 穩(wěn) 定 遺 傳 。 對(duì) 生

36、 存 不 是 必 要 的 。 復(fù) 制 與 染 色 體分 開 ， 但 同 步 進(jìn) 行 。 根 據(jù) 自 我 復(fù) 制 能 力 的 不 同 ， 可 把 質(zhì) 粒 復(fù) 制 的 控 制 形 式 分 為 嚴(yán)緊 型 和 松 弛 型 兩 種 。嚴(yán) 緊 型 質(zhì) 粒 ： 復(fù) 制 與 染 色 體 的 復(fù) 制 同 步 ,低 拷 貝 數(shù) （ 寄 主 細(xì)胞 內(nèi) 只 有 1 5個(gè) 拷 貝 ）松 弛 型 質(zhì) 粒 ： 復(fù) 制 與 染 色 體 的 復(fù) 制 不 同 步 ， 高 拷 貝 數(shù) （ 寄 主 細(xì) 胞 內(nèi) 達(dá) 到 10 200個(gè) 或 更 多 拷 貝 ） （ 6） 質(zhì) 粒 的 特 征 可 以 通 過 轉(zhuǎn) 化 、 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 或 接 合

37、 作 用 而 由 一 個(gè) 細(xì) 菌 細(xì) 胞 轉(zhuǎn) 移到 另 一 個(gè) 菌 細(xì) 胞 中 ， 使 兩 個(gè) 細(xì) 胞 都 成 為 帶 有 質(zhì) 粒 的 細(xì) 胞 ；質(zhì) 粒 轉(zhuǎn) 移 時(shí) ， 它 可 以 單 獨(dú) 轉(zhuǎn) 移 ， 也 可 以 攜 帶 著 染 色 體 （ 片段 ） 一 起 進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 移 ， 所 以 它 可 成 為 基 因 工 程 的 載 體 。 不 同 質(zhì) 粒 攜 帶 不 同 遺 傳 信 息 。 功 能 多 樣 化 2、 質(zhì) 粒 的 親 和 性 和 不 親 和 性幾 種 質(zhì) 粒 在 同 一 宿 主 細(xì) 胞 內(nèi) 皆 能 復(fù) 制 且 能 穩(wěn) 定 遺 傳 ， 質(zhì) 粒 間有 親 和 性 。親 和 性 （ comp

38、atibility）不 親 和 性 （ incompatibility ）含 一 種 質(zhì) 粒 的 細(xì) 胞 導(dǎo) 入 另 一 種 質(zhì) 粒 ， 幾 代 后 在 細(xì) 胞 內(nèi) 只 存 在 一種 質(zhì) 粒 ， 而 丟 失 一 種 質(zhì) 粒 ， 這 兩 種 質(zhì) 粒 相 互 排 斥 不 能 共 存 的 關(guān)系 稱 為 不 親 和 性 。 3. 質(zhì) 粒 在 基 因 工 程 中 的 應(yīng) 用優(yōu) 點(diǎn) ： 體 積 小 ， 便 于 DNA的 分 離 與 操 作 ； 呈 環(huán) 狀 ， 在 分 離 中 保 持 穩(wěn) 定 的 性 能 ； 有 獨(dú) 立 復(fù) 制 起 點(diǎn) ； 拷 貝 數(shù) 多 ， 外 援 基 因 擴(kuò) 增 比 較 快 ； 存 在

39、選 擇 性 標(biāo) 記 ， 便 于 選 擇 和 檢 出 。二 、 原 核 生 物 的 質(zhì) 粒 克 隆 載 體應(yīng) 用 ： 1） 致 育 質(zhì) 粒 (F質(zhì) 粒 、 F因 子 、 致 育 因 子 )大 小 約 100kb， 這 是 最 早 發(fā) 現(xiàn) 的 一 種 與 大 腸 桿 菌 的 有 性 生 殖 現(xiàn) 象（ 接 合 作 用 ） 有 關(guān) 的 質(zhì) 粒 。 存 在 于 腸 道 細(xì) 菌 、 奈 球 菌 、 球 菌 等 。F因 子 能 以 游 離 狀 態(tài) (F +)和 以與 染 色 體 相 結(jié) 合 的 狀 態(tài) (Hfr)存 在 于 細(xì) 胞 中 ， 又 稱 為 附 加 體 。 抗 性 質(zhì) 粒 在 細(xì) 菌 間 的 傳

40、遞 是 細(xì) 菌 產(chǎn) 生 抗 藥 性 的 重 要 原 因 之 一 ?？?性 質(zhì) 粒 （ R質(zhì) 粒 、 R因 子 ）R質(zhì) 粒 與 耐 藥 性 有 關(guān) ，尤 其 與 多 重 耐 藥 性 有 關(guān) 。 Ti質(zhì) 粒 （ tumor-inducing plasmid） 存 在 于 根 癌 土 壤 桿 菌 中 ，引 起 雙 子 葉 植 物 根 癌 。 特 殊 片 段 TDNA整 合 植 物 DNA中 ， 令 其 轉(zhuǎn) 化 成 癌 細(xì) 胞 （ 破 壞 控 制 細(xì) 胞 分 裂 的 激 素 調(diào) 節(jié) 系統(tǒng) ） 。 大 小 ： 200kb(大 型 質(zhì) 粒 ) 組 成 ： 三 個(gè) 致 癌 基 因 。 一 些 具 有 重 要

41、 性 狀 的 外 源 基 因 可 借DNA重 組 技 術(shù) 設(shè) 法 插 入 到 Ti質(zhì) 粒 中 ， 并進(jìn) 一 步 使 之 整 合 到 植 物 染 色 體 上 ， 以 改變 該 植 物 的 遺 傳 性 ， 達(dá) 到 培 育 植 物 優(yōu) 良品 種 的 目 的 。毒 性 質(zhì) 粒Ti質(zhì) 粒 是 當(dāng) 前 植 物 基 因 工 程 中 使 用 最 廣、 效 果 最 佳 的 克 隆 載 體 。T-DNA可 攜 帶 外 源 基 因 整 合 到 植 物 基 因 組許 多 致 病 菌 的 致 病 性 是 由 其 所 攜 帶 的 質(zhì) 粒引 起 的 ， 這 些 質(zhì) 粒 具 有 編 碼 毒 素 的 基 因 。 編 碼 各 種

42、 細(xì) 菌 產(chǎn) 生 的 細(xì) 菌 素 。大 腸 桿 菌 （ E. coli） 產(chǎn) 生 的 細(xì) 菌 素 為 大 腸 桿 菌 素（ colicins） ， 而 質(zhì) 粒 被 稱 為 Col質(zhì) 粒 （ 大 腸 桿 菌素 質(zhì) 粒 ） 。 大 腸 桿 菌 素 ：具 有 通 過 抑 制 轉(zhuǎn) 錄 、 轉(zhuǎn) 譯 或 能 量 代 謝 而 專 一 殺 死近 緣 不 含 Col質(zhì) 粒 菌 株 的 功 能 。細(xì) 菌 素 ： 抑 制 或 殺 死 其 他 近 緣 細(xì) 菌 或 同 種 不 同 菌 株 的 代 謝 產(chǎn) 物 。是 由 質(zhì) 粒 編 碼 的 蛋 白 質(zhì) ， 一 般 根 據(jù) 產(chǎn) 生 菌 的 種 類 進(jìn) 行 命 名 。4） 細(xì)

43、 菌 素 質(zhì) 粒 質(zhì) 粒 上 攜 帶 有 有 利 于 微 生 物 生 存的 基 因 ， 如 能 降 解 某 些 基 質(zhì) 的 酶 ，進(jìn) 行 共 生 固 氮 ， 或 產(chǎn) 生 抗 生 素（ 某 些 放 線 菌 ） 等 。代 謝 質(zhì) 粒降 解 質(zhì) 粒 ：將 復(fù) 雜 的 有 機(jī) 化 合 物 降 解 成 能 被 其 作 為 碳 源 和 能 源 利 用的 簡(jiǎn) 單 形 式 ， 環(huán) 境 保 護(hù) 方 面 具 有 重 要 的 意 義 。假 單 胞 菌 ： 具 有 降 解 一 些 有 毒 化 合 物 ， 如 芳 香 簇 化 合 物 (苯 )、農(nóng) 藥 、 辛 烷 和 樟 腦 等 的 能 力 。 6） 隱 秘 質(zhì) 粒不

44、顯 示 任 何 表 型 效 應(yīng) ， 它 們 的 存 在 只 有 通 過 物 理 的 方 法 （ 用 凝膠 電 泳 檢 測(cè) 細(xì) 胞 抽 提 液 ） 才 能 發(fā) 現(xiàn) 。它 們 存 在 的 生 物 學(xué) 意 義 ， 目 前 幾 乎 不 了 解 。在 應(yīng) 用 上 ， 很 多 隱 秘 質(zhì) 粒 被 加 以 改 造 作 為 基 因 工 程 的 載 體 （ 一 般 加 上 抗 性 基 因 ） 二 、 轉(zhuǎn) 座 因 子 (transposable element, TE)的 類 型轉(zhuǎn) 座 ： DNA序 列 從 染 色 體 某 一 部 位 轉(zhuǎn) 移 到 同 一 染 色 體 上 另 一部 位 或 其 它 染 色 體 上

45、某 一 部 位 的 現(xiàn) 象 。插 入 序 列 (insertion sequence, IS)轉(zhuǎn) 座 子 (transposon, Tn)Mu噬 菌 體轉(zhuǎn) 座 因 子 又 稱 為 可 移 動(dòng) 基 因 、 可 移 動(dòng) 遺 傳 因 子 、 跳 躍 基 因 。轉(zhuǎn) 座因 子位 于 染 色 體 或 質(zhì) 粒 上 的 一 段 能 改 變 自 身 位 置 的 DNA序 列 ， 廣泛 分 布 于 原 核 和 真 核 細(xì) 胞 中 。 三 、 轉(zhuǎn) 座 因 子 的 類 型轉(zhuǎn) 座 因 子 的 特 點(diǎn) ：在 轉(zhuǎn) 座 時(shí) ， 通 過 轉(zhuǎn) 座 因 子 的 復(fù) 制 ， 將 新 形 成 的 拷 貝 轉(zhuǎn) 移到 染 色 體 的 新

46、部 位 上 。在 轉(zhuǎn) 座 因 子 兩 端 各 有 一 段 一 定 長(zhǎng) 度 的 反 向 末 端 重 復(fù) 序 列 ，40 1000bp。 TATTA. TATTA ATAAT. ATAAT 正 向 重 復(fù) ACTTG. CAAGT TGAAC. GTTCA 反 向 重 復(fù)帶 有 一 個(gè) 對(duì) 轉(zhuǎn) 座 有 特 異 功 能 的 轉(zhuǎn) 座 酶 基 因 。 三 、 轉(zhuǎn) 座 因 子 的 類 型1. 插 入 序 列 (insertion sequence, IS)是 最 簡(jiǎn) 單 的 轉(zhuǎn) 座 因 子 ， 長(zhǎng) 度 不 超 過 2kb， 只 含 有 編 碼 轉(zhuǎn) 座 所 必 須的 轉(zhuǎn) 座 酶 基 因 ， 它 們 分 布

47、在 細(xì) 菌 的 染 色 體 、 質(zhì) 粒 以 及 某 些 噬 菌 體DNA上 。 反 向 重 復(fù) 三 、 轉(zhuǎn) 座 因 子 的 類 型2. 轉(zhuǎn) 座 子 (transposon, Tn)u Tn比 IS分 子 大 ， 不 僅 有 插 入 序 列 ， 還 攜 帶 有 賦 予 宿 主 某 些 遺 傳特 性 的 基 因 ， 主 要 是 抗 生 素 和 某 些 毒 物 的 抗 性 基 因 。u當(dāng) Tn插 入 某 一 基 因 時(shí) ， 一 方 面 可 引 起 插 入 基 因 失 活 產(chǎn) 生 基 因 突變 ， 另 一 方 面 可 因 帶 入 耐 藥 性 基 因 而 使 細(xì) 菌 獲 得 耐 藥 性 。u轉(zhuǎn) 座 子

48、可 能 與 細(xì) 菌 的 多 重 耐 藥 性 有 關(guān) 。 IS ISResistance Gene(s)IS ISResistance Gene(s) 轉(zhuǎn) 座 子 攜 帶 耐 藥 或 毒 素 基 因Tn1 Tn2 Tn3 AP（ 氨 芐 青 霉 素 ）Tn4 AP、 SM（ 鏈 霉 素 ） 、 Su（ 磺 胺 ）Tn5 Km（ 卡 那 霉 素 ）Tn6 KmTn7 TMP（ 甲 氧 芐 氨 嘧 啶 ） 、 SMTn9 Cm（ 氯 霉 素 ）Tn10 Tc（ 四 環(huán) 素 ）tn551 Em（ 紅 霉 素 ）Tn971 EmTn1681 大 腸 埃 希 菌 （ 腸 毒 素 基 因 ）2. 轉(zhuǎn) 座 子

49、 (transposon, Tn) 3. 轉(zhuǎn) 座 噬 菌 體 或 前 噬 菌 體Mu噬 菌 體 ： E.coli的 溫 和 噬 菌 體 ， 溶 源 化 后 能 起 到轉(zhuǎn) 座 子 的 作 用 ， 是 最 大 的 轉(zhuǎn) 座 因 子 ， 全 長(zhǎng) 約 39 kb。溫 和 噬 菌 體 ： 噬 菌 體 侵 入 寄 主 細(xì) 菌 以 后 ， 它 們 的 核 酸 和 寄 主細(xì) 胞 同 步 復(fù) 制 ， 寄 主 細(xì) 胞 不 裂 解 。溶 原 細(xì) 胞 （ 細(xì) 胞 溶 原 化 ） ： 含 有 溫 和 噬 菌 體 的 寄 主 細(xì) 胞轉(zhuǎn) 座 噬 菌 體 或 前 噬 菌 體 （ 原 噬 菌 體 ） ： 在 溶 原 細(xì) 胞 內(nèi)

50、的 噬 菌 體核 酸 轉(zhuǎn) 座 噬 菌 體 從 細(xì) 菌 染 色 體 分 離 脫 落 時(shí) ， 可 能 連 帶 有 細(xì) 菌 的 DNA片 段 ， 故 它 還 可 能 在 遺 傳 物 質(zhì) 轉(zhuǎn) 移 過 程 中 起 載 體 作 用 。 一 個(gè) 基 因 內(nèi) 部 遺 傳 結(jié) 構(gòu) 或 DNA序 列 的 任 何 改 變基 因 突 變 是 重 要 的 生 物 學(xué) 現(xiàn) 象 ， 它 是 一 切 生 物 變 化的 根 源 ， 連 同 基 因 轉(zhuǎn) 移 、 重 組 一 起 提 供 了 推 動(dòng) 生 物進(jìn) 化 的 遺 傳 多 變 性 。 野 生 型（ 原 始 性 狀 ） 特 定 環(huán) 境 突 變 型（ 適 應(yīng) 環(huán) 境 的 新 性

51、狀 ）馴 化 定 向變 異 篩 選突 變 自 發(fā) 突 變誘 變 環(huán) 境 因 素 的 影 響 ， DNA復(fù) 制 過 程 的 偶 然錯(cuò) 誤 等 而 導(dǎo) 致 ， 一 般 頻 率 較 低 （ 通 常 為10 -6-10-9 ） 。某 些 物 理 、 化 學(xué) 因 素 對(duì) 生 物 體 的 DNA進(jìn)行 直 接 作 用 ， 突 變 以 較 高 的 頻 率 產(chǎn) 生 。從 自 然 界 分離 獲 得 的 菌株 突 變 的 堿 基 在復(fù) 制 后 穩(wěn) 定 地存 在 于 子 代營(yíng) 養(yǎng) 缺 陷 型 ： 需 要 某 種 生 長(zhǎng) 因 子 （ 如 氨 基 酸 或 維 生 素 ） 的 突 變 體原 養(yǎng) 型 ： 能 恢 復(fù) 到 原

52、來 的 表 現(xiàn) 型 基 因 轉(zhuǎn) 移 ： 外 源 性 的 遺 傳 物 質(zhì) 由 供 體 菌 轉(zhuǎn) 入 某 受 體菌 細(xì) 胞 的 過 程 。 重 組 ： 轉(zhuǎn) 移 的 基 因 與 受 體 菌 DNA整 合 在 一 起 ， 使 受 體菌 獲 得 供 體 菌 的 某 些 性 狀 。細(xì) 菌 的 基 因 轉(zhuǎn) 移 和 重 組 可 通 過 轉(zhuǎn) 化 、 接 合 、轉(zhuǎn) 導(dǎo) 、 溶 原 性 轉(zhuǎn) 換 和 細(xì) 胞 融 合 等 方 式 進(jìn) 行 。 轉(zhuǎn) 化 是 受 體 菌 直 接 吸 收 供 體 菌 的 DNA 片 段 而 獲得 供 體 菌 部 分 遺 傳 性 狀 的 現(xiàn) 象 。 轉(zhuǎn) 化 后 的 的 受 體菌 稱 為 轉(zhuǎn) 化 子

53、 。 轉(zhuǎn) 化 現(xiàn) 象 在 肺 炎 鏈 球 菌 、 葡 萄 球 菌 和 流 感 嗜 血 桿菌 等 中 被 證 實(shí) 。供 體 菌 受 體 菌DNA片 段 是 細(xì) 胞 一 定 生 長(zhǎng) 階 段 的 生 理 特 性 ， 受 細(xì) 菌 自 身 的 基 因 控 制 u轉(zhuǎn) 化 因 子 吸 附 在 受體 菌 表 面 受 體 上 ， 然后 再 被 攝 入 。u解 鏈 ， 一 鏈 進(jìn) 入 受體 菌 ， 另 一 鏈 為 進(jìn) 入提 供 能 量 。u重 組 。uDNA復(fù) 制 重 組 菌 繁 殖后 ， 獲 得 新 的 性 狀 的細(xì) 菌 稱 為 轉(zhuǎn) 化 菌 的 突變 株 。轉(zhuǎn) 化 過 程 人 工 轉(zhuǎn) 化用 CaCl2處 理 細(xì)

54、 胞 、 電 穿 孔 法 等 是 常 用 的 人 工 轉(zhuǎn) 化 手 段不 是 由 細(xì) 菌 自 身 的 基 因 所 控 制質(zhì) 粒 的 轉(zhuǎn) 化 效 率 高是 通 過 人 為 誘 導(dǎo) 的 方 法 ， 使 細(xì) 胞 具 有 攝 取DNA的 能 力 ， 或 人 工 地 將 DNA導(dǎo) 入 細(xì) 胞 內(nèi) 。 CaCl2處 理 細(xì) 胞 ， 使 其 成 為 能 攝 取 外 源 DNA的 感 受 態(tài) 狀態(tài) . 電 穿 孔 法 ： 用 高 壓 脈 沖 電 流 擊 破 細(xì) 胞 膜 ， 或 擊 成 小 孔 ，使 各 種 大 分 子 （ 包 括 DNA ） 能 通 過 這 些 小 孔 進(jìn) 入 細(xì) 胞 。 接 合 性 質(zhì) 粒 ：

55、 能 通 過 接 合 方 式 轉(zhuǎn) 移 的 質(zhì) 粒 ，如 F質(zhì) 粒 、 R質(zhì) 粒 、 Col質(zhì) 粒 和 毒 力 質(zhì) 粒 。 在 細(xì) 菌 中 ， 接 合 現(xiàn) 象 研 究 得 最 清 楚 的 是 大 腸桿 菌 。 發(fā) 現(xiàn) 大 腸 桿 菌 有 性 別 分 化 ， 決 定 它們 性 別 的 是 F因 子 。細(xì) 菌 通 過 性 菌 毛 相 互 連 接 溝 通 ， 將 遺 傳 物 質(zhì)（ 主 要 是 質(zhì) 粒 DNA） 從 供 體 菌 轉(zhuǎn) 移 給 受 體 菌 。 雄 性 菌 株 Hfr菌 株 F 菌 株 菌 株 （ 雌 株 ） F+ 菌 株 因 子 的 四 種 細(xì) 胞 形 式 F+ F- F+ F-F+ F+F

56、+ F+DonorRecipient1） F+F-接 合與 F 相 接 觸 時(shí) ， 可 通 過 性 菌 毛 將 F因 子 轉(zhuǎn) 移 到 F 細(xì) 胞中 ， 使 之 也 變 成 F+菌 株 。 F因 子 以 很 高 的 頻 率 傳 遞 ，但 含 F因 子 的 宿 主 細(xì) 胞 的 染 色 體 DNA一 般 并 不 被 轉(zhuǎn) 移 。F + F F+ F F+ F+ Hfr2） Hfr F-接 合 Hfr F- Hfr F-Hfr F -Hfr F- 接 合 時(shí) ， Hfr染 色 體 雙 鏈 中 的一 條 單 鏈 在 F因 子 處 發(fā) 生 斷 裂 ，F(xiàn)因 子 位 于 線 狀 單 鏈 DNA的兩 端 ， 整

57、段 單 鏈 線 狀 染 色 體從 5端 開 始 等 速 進(jìn) 入 F細(xì) 胞 ，在 沒 有 外 界 干 擾 的 情 況 下 ，全 部 轉(zhuǎn) 移 過 程 的 完 成 需 要 約 2小 時(shí) 。 由 于 種 種 原 因 DNA轉(zhuǎn)移 過 程 常 會(huì) 發(fā) 生 中 斷 ， 所 以越 是 前 端 的 基 因 進(jìn) 入 F 細(xì) 胞的 機(jī) 會(huì) 越 大 。 F因 子 位 于 線 狀DNA的 末 端 ， 進(jìn) 入 受 體 細(xì) 胞的 機(jī) 會(huì) 最 小 ， 故 這 種 接 合 引起 轉(zhuǎn) 性 的 頻 率 最 低 ， 但 可 以出 現(xiàn) 各 種 重 組 子 。 Hfr F H fr + F （ 在 大 多 數(shù) 情 況 下 ） Hfr F

58、 H fr + Hfr （ 在 極 少 數(shù) 情 況 下 ） F F-與 F+ F-的 不 同 ：供 體 的 部 分 染 色 體 基 因 隨 F一 起 轉(zhuǎn) 入 受 體 細(xì) 胞3） F F-接 合 F FF FF F- F F-F F F + F 以 F質(zhì) 粒 來 傳 遞供 體 基 因 的 方 式 ，稱 為 F質(zhì) 粒 轉(zhuǎn) 導(dǎo)或 F因 子 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 、 性導(dǎo) 、 F質(zhì) 粒 媒 介 的轉(zhuǎn) 導(dǎo) 。 F F+ F+F+ +F +F FF +F HfrHfr F （ 多 數(shù) 情 況 下 ）F + HfrHfrHfr （ 少 數(shù) 情 況 下 ）雄 性 菌 株 與 雌 性 菌 株 接 合 結(jié) 果 轉(zhuǎn) 導(dǎo) ： 以

59、轉(zhuǎn) 導(dǎo) 噬 菌 體 為 載 體 ， 將 供 體 菌 的一 段 DNA轉(zhuǎn) 移 到 受 體 菌 內(nèi) ， 使 受 體 菌 獲 得新 的 性 狀 。 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 的 類 型 ： 普 遍 性 轉(zhuǎn) 導(dǎo)局 限 性 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 完 全 轉(zhuǎn) 導(dǎo)流 產(chǎn) 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 能 將 一 個(gè) 細(xì) 菌 宿 主 的 部 分 染 色 體 或 質(zhì) 粒 DNA帶到 另 一 個(gè) 細(xì) 菌 的 噬 菌 體 稱 為 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 噬 菌 體 。 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 噬 菌 體 能 以 正 常 方式 感 染 另 一 宿 主 菌 ， 并將 其 頭 部 的 染 色 體 注 入受 體 菌 內(nèi) 。 因 被 包 裝 的DNA可 以 是 供 體 菌 染 色 體上 的 任 何 部 分 ，

60、 故 稱 為普 遍 性 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 。普 遍 性 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 是 很 少發(fā) 生 的 遺 傳 事 件 。 完 全 轉(zhuǎn) 導(dǎo)外 源 性 DNA片 段 與 受 體 菌 的 染 色 體 整 合 ， 并 隨染 色 體 而 傳 代 ， 稱 完 全 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 流 產(chǎn) 轉(zhuǎn) 導(dǎo)外 源 性 DNA片 段 游 離 在 胞 質(zhì) 中 ,既 不 能 與 受 體 菌染 色 體 整 合 ， 也 不 能 自 身 復(fù) 制 ， 稱 為 流 產(chǎn) 轉(zhuǎn) 導(dǎo) gal biogal biogal biogal biobiogal控 制 乳 糖利 用 酶 噬 菌 體 進(jìn)入 大 腸 埃 希 菌通 過 部 分 缺 陷 的 溫 和 噬 菌 體 把 供 體 菌的

61、 少 數(shù) 特 定 基 因 攜 帶 到 受 體 菌 中 ， 并獲 得 表 達(dá) 的 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 現(xiàn) 象 。特 點(diǎn) ：噬 菌 體 對(duì) 供 體 菌 和 受 體菌 都 是 溫 和 噬 菌 體只 能 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 供 體 菌 的 個(gè) 別特 定 基 因 ， 一 般 為 噬 菌 體整 合 位 點(diǎn) 兩 側(cè) 的 基 因 ； 該 基 因 由 部 分 缺 陷 的 溫和 噬 菌 體 攜 帶 ； 缺 陷 噬 菌 體 的 形 成 方 式是 由 于 它 在 脫 離 宿 主 細(xì) 胞核 染 色 體 過 程 中 ， 發(fā) 生 低頻 率 （ 10-5 ） 的 誤 切 。 區(qū) 別 要 點(diǎn) 普 遍 性 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 局 限 性 轉(zhuǎn) 導(dǎo)基 因 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 發(fā)

62、生 的 時(shí) 期 裂 解 期 溶 原 期轉(zhuǎn) 導(dǎo) 的 遺 傳 物 質(zhì) 供 體 菌 染 色 體 DNA任 何 部 位 或 質(zhì) 粒 噬 菌 體 DNA及 供 體菌 DNA的 特 定 部 位轉(zhuǎn) 導(dǎo) 的 后 果 完 全 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 或 流 產(chǎn) 轉(zhuǎn)導(dǎo) 受 體 菌 獲 得 供 體 菌DNA特 定 部 位 的 遺傳 特 性轉(zhuǎn) 導(dǎo) 頻 率 受 體 菌 的 10-7 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 頻 率 較 普 遍 轉(zhuǎn)導(dǎo) 增 加 1000倍 溶 源 轉(zhuǎn) 變 是 一 個(gè) 與 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 相 似 又 不 同 的 現(xiàn) 象溶 源 轉(zhuǎn) 變 的 特 點(diǎn) ：1、 噬 菌 體 不 攜 帶 任 何 供 體 菌 的 基 因 ；2、 噬 菌 體 是 完 整 的 ，

63、而 不 是 缺 陷 的 ；3、 噬 菌 體 基 因 的 整 合 到 宿 主 染 色 體 上 導(dǎo) 致 宿 主 獲 得 新 性 狀 ， 無 通 過 基 因 重 組 而 形 成 的 穩(wěn) 定 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 子 ；4、 宿 主 獲 得 新 性 狀 具 有 不 穩(wěn) 定 性 。溶 原 性 轉(zhuǎn) 換 是 當(dāng) 噬 菌 體 感 染 細(xì) 菌 時(shí) ， 宿 主 菌 染 色 體 中 獲 得 了 噬菌 體 的 DNA片 段 ， 使 其 成 為 溶 原 狀 態(tài) 時(shí) 而 使 細(xì) 菌 獲 得 新 的 性 狀 。 三 者 根 本 區(qū) 別 在 于 DNA轉(zhuǎn) 移 的 方 式 不 同 轉(zhuǎn) 化 ：供 體 DNA片 斷 注 入 受 體 細(xì) 胞 ，

64、通 過 細(xì) 胞 膜接 合 ：供 體 進(jìn) 入 受 體 通 過 性 菌 毛轉(zhuǎn) 導(dǎo) ：供 體 DNA片 斷 通 過 媒 介 噬 菌 體 攜 帶 進(jìn) 入 受 體 原 生 質(zhì) 體 融 合 是 將 兩 種 不 同 的 細(xì) 菌 經(jīng) 溶 菌 酶或 青 霉 素 等 處 理 ， 失 去 細(xì) 胞 壁 成 為 原 生 質(zhì) 體后 進(jìn) 行 彼 此 融 合 的 過 程 。 聚 乙 二 醇 可 促 使 二 種 原 生 質(zhì) 體 的 融 合 。 原 生 質(zhì) 體 融 合 是 一 種 人 工 基 因 轉(zhuǎn) 移 系 統(tǒng) 。 在 疾 病 的 診 斷 、 治 療 與 預(yù) 防 中 的 應(yīng) 用 在 測(cè) 定 致 癌 物 質(zhì) 中 的 應(yīng) 用 在 流

65、 行 病 學(xué) 中 的 應(yīng) 用 在 基 因 工 程 中 的 應(yīng) 用 形 態(tài) 、 結(jié) 構(gòu) 、 染 色 性 、 生 化 特 性 、 抗 原 性 及 毒 力 等 方 面 的變 異 ， 使 得 診 斷 復(fù) 雜 化 如 金 黃 色 葡 萄 球 菌 的 耐 藥 性 菌 株 增 加 ， 絕 大 由 金 黃 色 變成 灰 白 色 ， 血 漿 凝 固 酶 陰 性 的 葡 萄 球 菌 也 成 為 致 病 菌 ，給 診 斷 帶 來 困 難 ； 傷 寒 沙 門 菌 有 10%不 產(chǎn) 生 鞭 毛 ， 檢 查無 動(dòng) 力 ， 無 H抗 體 ， 影 響 正 確 判 斷 。 在 臨 床 細(xì) 菌 學(xué) 檢 查 中 不 僅 要 熟 悉

66、 細(xì) 菌 的 典 型 特 性 ， 還 要 了解 細(xì) 菌 的 變 異 規(guī) 律 ， 只 有 這 樣 才 能 去 偽 存 真 作 出 正 確 的 診斷 。 抗 生 素 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 臨 床 分 離 的 細(xì) 菌 中 耐 藥 菌 株日 益 增 多 ， 更 發(fā) 現(xiàn) 有 對(duì) 多 種 抗 生 素 多 重 耐 藥 的 菌株 ， 為 此 ， 對(duì) 臨 床 分 離 的 致 病 菌 ， 必 須 在 細(xì) 菌 藥物 敏 感 試 驗(yàn) 的 指 導(dǎo) 下 正 確 選 擇 用 藥 ， 不 能 濫 用 抗生 素 。 為 預(yù) 防 傳 染 病 的 發(fā) 生 ， 用 人 工 的 方 法 減 弱 細(xì) 菌 的毒 力 ， 用 遺 傳 變 異 的 原 理 使 其 誘 變 成 保 留 原 有 免疫 原 性 的 減 毒 株 或 無 毒 株 ， 制 備 成 預(yù) 防 疾 病 的 各種 疫 苗 。 腫 瘤 的 發(fā) 生 一 般 認(rèn) 為 是 細(xì) 胞 內(nèi) 遺 傳 物 質(zhì) 發(fā) 生 了改 變 ， 使 正 常 細(xì) 胞 變 為 轉(zhuǎn) 化 細(xì) 胞 ， 因 此 凡 能 誘導(dǎo) 細(xì) 菌 發(fā) 生 突 變 的 物 質(zhì) 都 有 可 能 是 致 癌 物 質(zhì) 。Ames試 驗(yàn)