07 第六章 微生物的遗传与变异.ppt

第1页：第六章 微生物的遗传与变异封面

第六章 微生物的遗传与变异

第六章微生物的遗传与变异·概述·第一节微生物遗传的机制·第二节微生物的变异·第三节微生物的遗传与变异理论及实践意义

第2页：Chapter 6 Microbial Heredity amp

• Chapter 6Microbial Heredity & Variation
• Introduction
• Mechanism of Microbial Heredity
• Microbial Variation
• Theories & Practical application of Microbial Heredity & Variation

第3页：概述

• 概述
• 性状——基因遗传变异
• 遗传/变异自身矛盾——生物性状相对稳定发展进化
• 微生物——生物（特殊与一般）转导致育因子

第4页：Introduction

• Introduction
• Genotype and Phenotype
• Heredity and Variation (Mutation)
• Microorganisms and Organisms ( special and common characteristics)
• Transduction F factor

第5页：第一节 微生物遗传的机制

• 第一节微生物遗传的机制
• 一、遗传的物质基础：性状——基因——染色体上能导致产生特定肽链的一段DNA—DNA
• 二、基因的传递：基因位于染色体上细菌—原核—DNA真核—核蛋白（组蛋白）

第6页：一）DNA的结构

一）DNA的结构：DNA 核苷酸单体—酸+碱基A（腺嘌呤）T（胸腺嘧啶）C （胞嘧啶）G（鸟嘌呤）两条核苷酸链聚核苷酸（多）碱基在内——两链上碱基互补配对A—T（U）G—C 脱氧核糖、磷酸向外氢键相连

第7页：

第8页：

第9页：

第10页：1 Mechanism of Microbial Heredity

• 1. Mechanism of MicrobialHeredity
• A. Material Basis of GeneticsGene---a length of DNA, which determines a specific peptide/protein, on the chromosome
• B. Flow of Genetic InformationB1. Structure of Deoxyriboucleic Acid (DNA)(See next slide)Base base-pair double helix

第11页：Structure of DNA

Structure of DNA

第12页：Structure of Gene

Structure of Gene

第13页：第一节微生物遗传的机制

• 第一节微生物遗传的机制
• 二）DNA的复制氢键断裂，两链分开各以核苷酸链为模板，按碱基配对原则，在DNA聚合酶作用下，由一个DNA分子复制成两个结构相同的DNA分子
• 复制的DNA分子，各由一新旧链组成的双螺旋结构

第14页：Mechanism of Microbial Heredity

• Mechanism of Microbial Heredity
• B2. Replication of DNA
• DNA polymerase ( DNA-pol)
• Hemi-conservative replication
• replication fork
• B3. Gene & Genetic ExpressionDNA mRNA proteinTranscriptionTranslation

第15页：

第16页：

第17页：DNAR eplication

DNAReplication

第18页：基因与性状遗传碱基顺序基因 DNA

三）基因与性状遗传碱基顺序——基因（DNA的片断）碱基顺序基因氨基酸性状①性状的遗传②遗传信息的转达③即亲代基因的子代表现④碱基顺序的转录过程（复制过程）

第19页：Figure Reverse genetics Top

Figure . Reverse genetics. Top, gene structure of FASCIATA 1 with exons in blue and introns in yellow. Red denotes a bacterial T-DNA that has inserted into the gene. Bottom, mutants lacking the wild-type FAS1 gene have altered development.

第20页：第一节微生物遗传的机制3转录

第一节微生物遗传的机制（3）（一）转录mRNA聚合酶DNAmRNA

第21页：

第22页：通过转录

这一过程

称为翻译(translation)。

通过转录，DNA的碱基序列按互补配对的原则转变成RNA分子中的相应碱基序列。
然后，再以mRNA为模板，按照其碱基(A、G、C、U)的排列顺序，以三个相邻碱基序列为一种氨基酸的密码子形式，来决定蛋白质合成时氨基酸的序列。

第23页：Translation

Translation

第24页：Mechanism of Microbial Heredity

• Mechanism of MicrobialHeredity (3)
• Retro-transcription of RNA viruses:RNADNAmRNAPeptide

第25页：第二节 微生物的变异现象

• 第二节微生物的变异现象
• 1）
• 一、常见的微生物变异现象
• 一）形态上的变异青霉素使正常变多形
• 二）结构上（抗原性）的变异：荚膜：（炭疽、肺炎球菌、荚膜抗原消失，致病性改变）鞭毛：H——Ohnehauch膜无膜鞭毛无鞭毛鞭毛抗原菌体抗原芽胞：成芽胞菌——无芽胞菌
• 三）毒力上的改变长期非最佳温度，非易感动物

第26页：Mutationsare inheritable changes in

Mutationsare inheritable changes in the base sequence of nucleic acid --the genetic material. An organism with these changes is called a mutant. Genetic recombinationis the process where genes from two genomes are combined together. A mutant will be different from its parent, its genotypeor genetic makeup has been altered.

第27页：six legged green frog Property

A six-legged green frog.Property Accessor/Mutator

第28页：

第29页：2 Microbial Variation

• 2. Microbial Variation (1)
• A. Morphological Variation
• e.g. penicillin can induce this change
• B. Structural Variation
• Capsule
• Outer-membrane
• Flagella
• Spore
• C. Virulence Variation

第30页：第二节微生物的变异现象

• 第二节微生物的变异现象
• 四）代谢上的变异
• 1．营养缺陷型的变异：能全面合成氨基酸——不能合成某一氨基酸可作为研究遗传的一个良好机会
• 2．抗药性变异①竞争②改变代谢途径
• 五）菌落变异：细菌从S——R病毒的蚀斑大小

第31页：Microbial Variation

• Microbial Variation (2)
• D. Metabolic Variation
• D1.
• D2. Drug resistance
• D2.1 competition
• D2.2 alternation in metabolic pathway
• E. Colonial Variation
• Bacteria: smooth rough (S-R variation)
• Viruses: size of plaque

第32页：第三节 微生物遗传变异的机制微生物变异的

• 第三节微生物遗传变异的机制微生物变异的机制
• 一．非遗传性变异：由于外界环境不同而引起，基因无改变炭疽杆菌RS普通琼脂厌氧、富含血清或血液培养基

第33页：二．遗传性变异

• 二．遗传性变异：由于基因发生了改变、引起了相应的性状改变，从而发生可遗传性变异即突变
• 一）基因突变
• 1.自发突变由于细菌个体基因内部结构发生了细微变化
• 自然界经常发生10—4—10—9（十亿）
• 2.诱发变异指在细菌的环境中加入理化因素而诱导细菌发生突变
• 突变的原因在于碱基的增加、缺失、变位、重组

第34页：3 Mechanism of Microbial Variation

• 3. Mechanism of Microbial Variation
• A. Non-genetic Variation
• caused by circumstances
• e.g. Bacillus anthracis:S-R variation
• B. Genetic Variation
• caused by changes in genes, so it is hereditary.
• B1. Gene Mutation
• B1.1 Spontaneous mutation
• B1.2 Induced mutation

第35页：Non genetic Variationcaused by

Non-genetic Variationcaused by circumstances

第36页：Spontaneous mutation

Spontaneous mutation

第37页：Induced mutation

Induced mutation

第38页：第三节微生物遗传变异的机制

• 第三节微生物遗传变异的机制
• 2）
• 二）基因重组可见于无性繁殖或有性繁殖
• 1.转化：外来细菌DNA的插入
• 2.转导：病毒（噬菌体）DNA的插入
• 简单插入全部插入——单交换加缺失插入部分插入——双交换这种以噬菌体为媒介，使细菌的遗传物质从一个细菌转移到另一个细菌的过程称为转导，该噬菌体称转导噬菌体

第39页：Mechanism of Microbial Variation

• Mechanism of Microbial Variation(2)
• B2. Genetic Recombination
• ( Seen in sexual or asexual multiplication).
• B2.1 Transformation
• Insertion of foreign bacterial DNA.
• B2.2 Transduction
• Insertion of viral ( phage) DNA.
• General transduction, Restricted transduction

第40页：Genetic Recombination

Genetic Recombination

第41页：Transformation

Transformation

第42页：Transduction

Transduction

第43页：第三节微生物遗传变异的机制

• 第三节微生物遗传变异的机制
• 3）
• 3.接合：有性遗传霉菌：两性孢子结合，甚因重组
• 细菌：雄性菌（F+）将一段DNA转移给雌性菌（F—）
• 可位于染色体外——质粒致育因子也可为细菌染色体的一部分（高频重组细菌、大肠杆菌）除致育因子外还有一些DNA片断和受精因子结合导致细菌的抗药性遗传
• （抗药性因子）受精子因子、抗药性可致移因子染色体外的DNA质粒（游离基因）
• 4.误译：

第44页：Mechanism of Microbial Variation

• Mechanism of Microbial Variation (3)
• B2.3 Conjugation
• Sexual, hereditary
• Moulds: spore combination
• Bacteria: by means of F, R and Col plasmids
• Resistance factor
• Resistance transfer factor
• B2.4 Mistaken translation

第45页：第四节 人工定向变异的方法及应用

• 第四节人工定向变异的方法及应用
• 1)
• 一、基因图谱与遗传工程把表示不同性状的各个基因在染色体上的位置用图示的方法表示出来即~
• 人为地改变染色体上基因位置的方法称基因工程
• 人胰岛素制造基因+大肠杆菌DNA
• 连接酶内切酶制造胰岛素的大肠杆菌

第46页：二、人工获得变异品系的方法

• 二、人工获得变异品系的方法
• 一）筛选——从自然变异中挑选出所需要的变异株
• 黄绿色强荧光——强毒出败巴氏杆菌
• 无色（伊红美兰培养基）不发酵大肠杆菌
• 物理——紫外线、同位素、激素、高温

第47页：4 Methods and Applications of

• 4. Methods and Applications ofArtificial Variation (1)
• A. Genomic Mapping & Genetic Engineering
• Genomic Mapping－method of locating genes that decide different phenotypes on the chromosome by means of a diagram.

第48页：STS map indicating which cosmids were

A: STS map indicating which cosmids were used in the experiment. STSs are represented as vertical ticks separated by an arbitrary distance. The relative orientation of the contigs was unknown. B: Images of representative hybridizations of pairs of cosmids. Bar indicates 10 microns, i.e. 20 kb. C: Final map.

第49页：Affymetrix Gene Chip analysis of TRPM

Affymetrix GeneChip analysis of TRPM8 expression in different cell lines. PMQ values of TRPM8 mRNA expression in 30 cell lines dived from six different tissues including prostate, bladder, colon, mammary gland, lung and pancreas.

第50页：Genetic Engineering methods of

Genetic Engineering－methods of artificially change the position of genes on the chromosomee.g. insulin gene ligase insulin gene in E. coli+ restriction nucleaseE. coligenome

第51页：第四节人工定向变异的方法及应用

• 第四节人工定向变异的方法及应用
• 2)
• 二）人工诱变化学——5--溴尿嘧啶生物——多代人工培养、非易感动物化学诱变的原理
• 1．改变碱基配对顺序：5—溴尿嘧啶T—AATG甲硫氨酸替代（5--Ubrr）Ubr—A复制ACG苏氨酸Ubr—G转录C—G

第52页：Methods and Applications of Artificial

• Methods and Applications ofArtificial Variation (2)
• B. How to Acquire Artificially Variants?
• B1. Screening
• ---needed isolates selected from natural variants
• B2. Artificial Induction
• ---chemical methods
• ---biological methods
• B3. Hybrid Breeding
• B4. Genetic Engineering

第53页：第四节人工定向变异的方法及应用

• 第四节人工定向变异的方法及应用
• 3)
• 2．改变碱基结构：腺嘌呤（A）次黄膘岭（H）胞嘧啶（C）脲嘧啶（V）
• 三）杂交育种
• 四）基因工程

第54页：Methods and Applications of Artificial

• Methods and Applications ofArtificial Variation
• 3)TheoryofChemicalMutation
• 1)．ChangeinBase-pair：

第55页：Change in base structure Subsequent

2). Change in base structureSubsequent mutation on one strand of a helix to maintain structure following initial mutation of a complementary base.

第56页：第五节 微生物的遗传与变异理论及实践意义

• 第五节微生物的遗传与变异理论及实践意义遗传信息——DNA、RNA——核苷酸现代遗传变异的研究生物学遗传变异——从微生物突破——再利用于生物变异认识核苷酸的碱基结构以来，有关基因工程从两方面作工作，人为地改变染色体上基因位置——基因工程
• 1．分离出天然基因加入现有生物体的染色体中
• 2．利用诱变、增加变异率工业上高产、医学上低毒、良好抗原性、农业上高产或含特殊成分

第57页：