微生物遗传学复习总结Word格式文档下载.docx

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红外线、紫外线

辐射损伤DNA机理

直接作用假说/靶学说：

细胞吸收辐射能量后，发生诸如激发、电离、弹性碰撞等多种原发性物理过程，辐射的量子击中染色体，导致发生直接的原始损伤，整个过程就好象子弹击中靶子一样。

间接作用假说：

生物细胞中的分子经辐射作用先产生各种自由基，这些自由基团再进一步与细胞内含物反应并通过一系列生物化学变化造成染色体损伤。

紫外线（UV）诱变的分子机理：

UV对生物的损伤主要直接作用于DNA而引起遗传物质的改变。

UV可引起DNA链的断裂、DNA分子双链的交联、胞嘧啶和尿嘧啶的水合作用等多种损伤，但诱导形成胸腺嘧啶二聚体是主要的损伤。

同一条链上相邻的胸腺嘧啶之间的二聚体会阻碍碱基的正常配对，影响T与A的配对，DNA复制到此位置时就会突然终止或在新链上出现错误的碱基，而引起突变。

紫外线的穿透力也很弱，UV波长范围为136—390nm，其中200—300nm范围对诱变有效。

254nm的UV最易被嘌呤和嘧啶碱基所吸收，因而诱变效果最强。

生物诱变剂

插入因子、转座子、转座噬菌体：

可以诱导这些转座因子向目标细胞中转移，插入目的基因中，造成基因突变。

不论是自发突变，还是诱发突变，都是通过理化因子作用DNA，改变其DNA结构，并最终改变遗传性状。

自发突变：

受自然条件下存在的未知理化因子作用产生的突变；

诱发突变：

人为地选择了某些可强烈影响DNA结构的诱变剂处理所产生的突变。

诱变所产生的突变频率和变异幅度都显著高于自发突变。

引起自发突变的原因：

生物体内存在的各种转座遗传因子的跳动；

背景辐射和环境诱变；

微生物自身所产生的诱变物质的作用；

互变异构；

环出效应。

突变热点：

指DNA链中具有很高突变率的碱基位点。

突变热点具有远高于一般位点的突变率。

原因：

5-甲基胞嘧啶（MeC）的存在；

与DNA序列结构有关。

转座遗传因子：

存在于细胞内，位于染色体或质粒上的一段特殊、可移动的DNA序列。

转座：

转座遗传因子改变位置的行为。

转座子的转座遗传效应

①具有插入突变效应，扩散抗药性基因；

②使受体菌基因组发生缺失、重复、易位或倒位等重排，在某些情况下还可以启动或关闭某些其它基因；

③极性效应：

转座因子插入到一个操纵子的上游基因时，不仅破坏被插入的基因，而且也大大降低位于远离启动子一端的其他基因的表达。

应用：

获得各种突变株、判定未知基因的位置、构建不同质粒融合或复制子融合的特殊菌株。

转座因子的类型和结构：

插人序列（又称IS因子）；

转座子（又称易位子，Tn）（非组合型转座子-Ⅱ型转座子；

转座噬菌体--Ⅲ型转座子，如Mu噬菌体；

整合子；

逆转座子－第2类内含子；

接合型转座子；

可移动转座子。

转座机制：

保守转座；

复制转座；

剪切转座；

逆转座。

转座诱变：

随机诱变、定位诱变。

真正的回复突变：

突变基因上被改变的碱基对在第二次突变时恢复成原来的碱基顺序，真正恢复到野生型基因的功能。

抑制基因突变：

在DNA的不同位置上发生第二次突变抑制了原来突变基因的表达，恢复野生型表型，而不是直接改变回原来的野生基因型。

抑制作用：

使突变型恢复为野生型表型，但这种恢复并非由于回复突变所造成，而是由于基因内抑制或基因间抑制所造成的一种表型上的恢复。

基因间抑制：

指某一突变基因恢复野生型表型是由于另一座位的突变造成的，后一基因就称为前一基因的抑制基因。

这种抑制作用发生在两个基因之间，所以称为基因间抑制作用。

基因内抑制：

指某一突变基因表型的恢复是由于这一突变基因内的另一位点上的突变所造成。

置换抑制；

移码突变的抑制。

错义突变的抑制；

无义突变的抑制；

移码突变的抑制；

基因间抑制—代谢抵偿。

DNA损伤的修复和基因突变有密切的关系，微生物细胞内存在着一系列的修复系统，DNA分子某一结构的改变或损伤（即前突变），并不一定会导致产生真正的突变，DNA损伤修复是细胞中多种酶共同作用的结果。

DNA损伤的修复：

错配修复；

光复活作用（紫外线照射后在DNA上形成的（T=T），可见光（波长300-600nm）照射，细胞内光复活酶识别T=T，利用光量子的能量将T=T的环丁酰环打开。

光复活作用是一种高度专一的修复方式，它只作用于紫外线引起的DNA嘧啶二聚体，不含光复活酶的生物细胞，没有光复活能力）；

切补修复（碱基切除修复，核苷酸切除修复）；

重组修复；

SOS修复（增加细胞内原有修复酶的合成量，诱导产生新的修复酶系统）；

适应性修复。

两类修复机制（避免差错（无误）修复：

错配修复、光复活作用、适应性修复和切除修复；

倾向差错修复系统：

切补修复、重组修复、SOS修复。

DNA损伤修复的生物学意义：

维持生物的遗传稳定性和延续，保证复制的准确性和生物的稳定性；

提供突变的基础（分离延迟：

由于DNA损伤经过修复，可能产生杂合双链，必须经过复制才能产生突变的子代双链，而且还要经过一次复制，细胞中才出现突变基因型。

生理延迟：

在一个野生型的细胞中，虽然产生了突变，出现突变基因型，但其表型可能仍然是野生型，必须经过数次分裂才能将原有的野生型酶的浓度稀释，逐渐表型突变的表型。

）；

修复与进化的关系；

DNA修复与遗传疾病及肿瘤的关系。

诱变育种：

采用理化、生物等诱变因素处理微生物，使其DNA发生改变，提高突变率，扩大遗传变异幅度，筛选出所需菌种的过程。

诱变育种程序：

菌悬液的制备、诱变处理、突变后筛选、鉴定。

菌悬液的制备

细胞：

分散状态的单倍体或单核细胞。

菌龄：

应采用对数期细胞。

用UV诱变时应采用的剂量：

致死率70％左右为宜。

诱变剂选择原则：

（1）诱变作用强；

（2）诱变效果好；

（3）使用安全；

（4）操作方便。

营养缺陷突变株：

由于丧失了合成某种营养物质（如氨基酸、核苷和维生素等）的能力后，在基本培养基上不能生长，只有在基本培养基中加入该突变菌株所缺陷的营养物质后才能生长。

筛选程序:

诱变、浓缩、检出、鉴定。

浓缩的方法：

菌丝过滤法；

饥饿法；

青霉素法：

差别杀菌法（加热法）。

常用的检出方法：

夹层法；

限量补充法：

影印法：

点种法。

营养缺陷型的鉴定方法主要有两种：

生长谱法；

分类生长法。

利用鉴别培养法筛选突变型

碘液：

指示供试菌液化淀粉酶活力的大小。

抗毒素：

先用霍乱弧菌毒素制备成抗毒素（抗体）。

产生毒素的菌落：

周围混浊圈（毒素和抗毒素沉淀反应）。

不产毒素的菌落：

周围无混浊圈。

高产菌株的筛选

初筛：

一般不作重复并应尽量利用表型特征，将有高产潜力的突变株筛选出来，然后再进入摇瓶筛选

复筛：

初筛选出较好的少数菌株进行复筛，随着测定菌株数目的减少，重复数可逐步增加，以提高其可靠性。

转化作用过程（Transformation）（肺炎双球菌）

感受态（competence）：

细菌能够从周围环境中摄取DNA分子，并且不易被细胞内的限制性核酸内切酶分解时所处的一种特殊生理状态。

肺炎链球菌、枯草杆菌---对数后期。

前整合复合物

在G+细菌中，单链DNA与SSB蛋白质结合，形成前整合复合物。

至少3种作用：

①保护供体DNA免受降解；

②促进DNA的吸收；

③增强单链DNA的刚性，促进单链DNA的整合在肺炎双球菌中，这种结合蛋白位于细胞质，而在枯草杆菌中，这种蛋白位于周质空间。

G-细菌:

2种机制使DNA双链保持稳定：

①DNA在周质空间与一种蛋白非共价结合形成复合物；

②DNA与一种泡状细胞表面结构结合形成复合物。

这2种复合物都是DNase抗性的。

转化因子的整合

①前整合复合物定位在染色体附近；

②单链侵入，形成一种不稳定的受-供体复合物；

③单链全部侵入，形成一种稳定的受-供体复合物，被取代的受体单链被降解；

④形成一种共价闭合的复合物——异源双链DNA；

⑤经错配修复，成为含外源DNA的转化子，或正常的受体DNA。

细菌吸附DNA双链，但吸收的是DNA单链

人工转化系统

人工方法处理可诱导感受态的产生，提高转化效率：

利用Ca2+和改变温度的方法；

PEG介导的转化：

电转化（电穿孔法）。

共转化：

在某些情况下受体细菌也能同时得到供体的两种性状。

这种受体细菌吸收外源DNA后同时出现两个遗传性状改变的现象称为共转化。

接合作用（大肠杆菌）（Conjugation）

选择性标记：

观察对象所带有的（遗传）标记，依据这种标记可以获得生长优势，或者失去生长优势；

观察者依据这种标记可从混有不同基因型的群体中获得具有该标记的个体，选择重组子。

非选择性标记：

观察者在一次试验中没有使用的、观察对象具有的（遗传）标记，观察分离现象。

正向筛选：

依据选择性标记可以通过一次试验将带有选择性标记的个体筛选出来，如抗性标记。

反向筛选：

必须通过几次试验才可以将带有该标记的个体筛选出来，如营养缺陷性标记。

正反杂交实验证明：

细菌重组的发生只是染色体单方向的转移，染色体的转移往往不完全。

实现接合作用需要性状各异的2种菌株，当时称为雄性（供体）和雌性（受体）两种类型。

受体菌或雌性菌的生活力及遗传特性对于成功的接合作用是致关重要的。

F因子基因组3个区段：

控制自主复制，含有复制酶基因（rep）、决定不相容性的基因（inc）、复制起点（oviV）；

转移区段；

插入区段（4个），有利于F因子在不同位点插入受体菌染色体形成不同的高频重组菌株（Hfr）。

F因子可以通过重组插入细菌染色体中形成Hfr的细胞。

Hfr中F因子：

可从染色体正常脱离下来恢复成F+，也可错误脱离形成F´

细胞。

Hfr×

F-的接合作用：

由于接合作用使部分染色体基因转移的频率比F+×

F-高1000倍以上，因此又称为高频重组作用（highfrequencyrecombination）。

因为F因子在Hfr细胞中已和染色体结合成一个复制子，所以F因子在接合转移时能带动染色体DNA进入受体，杂交子绝大多数仍是F-细菌。

F´

×

F质粒在脱离Hfr细胞的染色体时会发生差错，形成带有细菌某些染色体基因的F´

因子（类似温和噬菌体λ）（包括带有不完整F因子的Ⅰ型和带有完整F因子的Ⅱ型）。

此接合作用能专一性地向F-转移F´

质粒携带的供体菌基因，称为F因子转导或性因子转导。

中断杂交试验：

在接合的特定时间内人为地中断杂交以测定重组子的方法。

在Hfr×

F-杂交中Hfr细胞的染色体从整合的F因子的oriT位点开始逐渐向F-细胞转移。

转移过程可以随时被中断，靠近转移起始点的基因会有更多的机会出现在F-细胞中，愈是后端的基因机率愈小。

根据接合后F-细胞中来自Hfr细胞的基因出现的频率就可判定基因转移的先后及其在染色体上的位置。

转导作用（Transduction）（伤寒沙门氏菌）

转导噬菌体的类型

①普遍性转导噬菌体

普遍性转导噬菌体：

温和噬菌体或者某些烈性噬菌体感染供体菌后，在裂解过程中因错误包装而产生的。

外壳蛋白中包裹的主要是供体菌的DNA，所形成的是非溶源性转导子。

既能溶源又能裂解的鼠伤寒沙门氏菌的P22和大肠杆菌的Pl。

②局限性转导噬菌体

局限性转导噬菌体：

温和噬菌体感染供体菌后，先经溶源反应整合，最后再经诱导而产生的。

如大肠杆菌的温和噬菌体λ和φ80。

λ噬菌体DNA为双链分子，

普遍性转导（generaltransduction）：

供体的单个或紧密连锁的少数基因被噬菌体因错误包装而转移给相应受体的作用称为普遍性转导。

寄主的任何一个基因都有可能被它们转导。

但也有少数情况下两个基因同时被转导，这种现象称为共转导或并发转导

普遍性转导的两种结果：

（1）完全转导（稳定的转导子）：

由噬菌体导入的DNA片段通过双交换整合到受体染色体上与寄主染色体同步复制。

每个子细胞都保持了这一导入的DNA片段。

由完全转导形成的每一子细胞都已恢复正常，形成正常大菌落

（2）流产转导（不稳定的转导子）：

完全转导需要RecA和RecBC蛋白的参加。

若RecA有缺陷，供体DNA片段不能整合到受体染色体上，本身又没有独立复制的能力，因而在细胞分裂过程中，结果只有一个细胞能获得导入的片段而成为单线传递的方式，这种转导称为流产转导。

在流产转导中，只有个别获得供体片段的细胞是正常的，而多数细胞仍保持受体的缺陷型性状并只能依靠细胞内残存的酶分裂，流产转导形成小菌落。

局限性转导（specializedtransduction）：

只能使供体的一个或少数几个基因以噬菌体为媒介转移到受体的转导作用称为局限转导。

大肠杆菌的温和噬菌体λ只能转导大肠杆菌的gal或bio基因。

坎贝尔模型（Campbell）（1962）：

λ→寄主细菌→环化→附着位点att→染色体同源部分发生配对→交换→→直线地整合到寄主染色体上，与寄主同步复制→原噬菌体，插在gal和bio基因之间。

经UV等诱导后它又可以脱离寄主染色体，并可以极低的频率发生偏差的错误脱离。

低频转导:

用含有λdg的裂解液感染非溶源性的Gal-细菌时，有些细胞接受λdgDNA，获得供体的gal+基因，λ原噬菌体发生错误脱离的机率约为10-6，诱导λ溶源性菌株得到λdg的频率也是l0-6，故称为低频转导。

低频转导通常有两种结果：

①稳定的转导；

λdg携带的gal+基因与受体上发生突变的gal-基因发生双交换而取代了突变基因，

gal+稳定随染色体复制，频率占1／3。

②不稳定的转导，占2/3。

高频转导（highfrequencytransduction，HFT）：

λdg丢失本身部分基因，没有插入、整合能力。

若λdg和λ同时感染，前者的缺陷便由后者补偿，λ首先在att以正常的方式整合，产生“杂合”附着位点，λdg在杂合位点整合，形成λ/λdg的双重溶源菌。

放线菌的致育因子

三种不同的类型

1.原始致育型IF（相当于大肠杆菌的F+），

2.正常致育型NF（相当于大肠杆菌的Hfr）

3.超致育型UF（相当于大肠杆菌的F-）。

三种致育型菌株之间的关系：

（1）IF×

UF可以杂交，而且杂交的后代全部转变为IF，但基因重组的频率都相当的低，类似于大肠杆菌的F+×

F-杂交。

（2）NF×

UF也可以杂交，而且染色体基因的重组频率高。

它类似于大肠杆菌中的Hfr×

F-杂交，属于高频率重组。

（3）从IF菌株中可以得到UF菌株，也可以得到NF菌株，而且经过消除剂的处理后得到UF的频率可以提高。

原核微生物的基因重组

基因重组:

2种不同亲本的DNA分子在同一生物体内经过交换作用而产生新的重组DNA分子，两个不同生物个体交换遗传物质并进行重新组合，以产生具有新基因型和表型个体的过程。

噬菌斑（plaque）：

噬菌体感染敏感宿主细菌以后在含受体菌的涂布平板上形成的肉眼可见的透明圈。

涂布效率：

单个噬菌体颗粒侵染敏感细菌后产生的噬菌斑数量称为e.o.p。

感染复数（m）：

为单个宿主细菌细胞感染的噬菌体颗粒数。

裂解量（burstsize）：

感染烈性噬菌体之后的单个宿主细胞所释放的子代噬菌体的平均数量。

温和噬菌体侵染相应的寄主细菌后能将其DNA整合在细菌染色体上而进入溶源化循环；

整合在染色体上的原噬菌体受UV等因素的作用又可脱落下来进入溶菌循环。

顺序排列四分体的遗传分析

粗糙脉胞菌（Neurosporacrassa）在有性生殖过程中，每个合子核减数分裂的全部产物不仅同处于一个子囊内，并且呈直线排列。

这样以直线方式排列在同一个子囊内的四个减数分裂产物称为顺序排列四分体。

还原分裂:

在减数分裂的第一次分裂中，来自同一亲本的两个A和另一亲本的两个a发生相互分离分裂，导致2个基因型在第1次分裂分离。

在减数分裂过程中接合型基因座位（A或a）与着丝粒之间未发生染色体交换。

均等分裂:

在减数分裂的第一次分裂中，来自双亲的各一个A和a趋向一极，另两个A和a趋向另一极。

两个基因型不发生分离，直到第二次核分裂时，两个基因型才发生分离。

导致两个基因型在第2次分裂分离。

在减数分裂过程中接合型基因座位（A或a）与着丝粒之间发生了染色体交换。

经典遗传学：

如果染色体上两位点之间的距离越远，则两位点之间发生交换的频率越高。

因此如果某一基因离丝粒的距离越远，则发生交换的频率越高，出现第二次裂分离的子囊数也就越多。

着丝粒距离：

某个基因和着丝粒之间的距离。

着丝粒距离＝

􀂃

[0.5*（第二次分裂分离子囊数）/子囊总数]*100

重组频率：

两个基因的着丝粒距离之和（2个基因位于着丝粒两侧）或着丝粒距离之差（2个基因位于着丝粒同侧）。

重组频率=（重组染色体单体数/染色体单体总数）*100%

=[（2T+4NPD）/4（T+PD+NPD）]*100%

=[（0.5T+NPD）/（T+PD+NPD）]*100%

双亲型（PD）：

不含重组染色单体；

非双亲型（NPD）：

4条重组染色单体,；

四型（T）:

2条重组染色单体

真菌的准性生殖

准性生殖循环（parasexualcycle）：

不通过减数分裂、导致基因重组。

真菌的许多类群，特别是半知菌亚门中，虽然没有或很少发生有性生殖过程，却仍然表现出了较高频率的变异。

准性生殖过程中相互关联的几个阶段：

异核体的形成（互养的排除及单倍重组体和二倍体的排除）、体细胞二倍体、细胞有丝分裂过程中的染色体交换、染色体不分离产生的非整倍体和重组单倍体。

互养：

两个不同的营养缺陷型细胞通过培养基交换营养物质的现象。

异核体：

不同遗传性状的2个单倍体细胞或菌丝相互融合，1个细胞、菌丝中并存有2种以上不同遗传型的核，由菌丝融合形成异核体的现象叫异核现象

异核现象的意义：

在自然界里普遍存在；

有利于出现生长优势；

异核体内含有不同基因型的核，丰富种群基因库，增加种群的适应性与可塑性；

异核体内不同基因型核数目的比例可以随环境条件而改变，因而有利于适应环境的短期或长期波动；

异核体的变异力较强，变异潜能较高，在多变的环境条件下，异核体比杂合体有更强的可塑性和适应性。

核融合（nuclearfusion）：

指两个单倍体核融合形成一个二倍体核的现象。

基因型相同的核融合形成纯合二倍体，基因型不同的核融合形成杂合二倍体。

质粒的不亲和群:

不同质粒在同一宿主细胞内的共存性，属于同一不亲和群的质粒不能在同一细胞内共存。

能在同一细胞内共存的质粒应属于不同的不亲和群。

质粒的这一特性又称为不相容性特性和来源相近的质粒通常属于同一个不亲和群，不能在同一宿主细胞内共存。

高拷贝数质粒：

质粒在子代细胞中的丢失常需要多次分裂才能实现。

质粒遗传的稳定性：

正常条件，质粒应在细胞分裂前复制，借特殊分配机制以保证其在子代细胞中的均等分配。

F质粒实现稳定性的特殊机制：

复制没有完成时，F质粒能阻遏细胞分裂，但却不抑制细胞的生长和染色体DNA复制。

只有待F质粒复制完成后，细胞才能进行分裂。

ColEl等高拷贝质粒:

没有par基因，可依赖高拷贝质粒的随机分配，实现稳定性cer基因负责多聚体解聚为单体质粒，保证质粒在细胞分裂时的稳定性。

致死蛋白保证质粒稳定性。

在真核微生物中，核外遗传物质主要：

线粒体、叶绿体DNA、酵母菌2μm质粒。

酵母菌的2μm质粒：

为5.9kb，长1.95μm，拷贝数为50-100，该质粒含有约600bp的反向重复序列，由于它们之间的互换作用而使它有A和B两种互变异构型，其中A型质粒可被EcoR酶切成2.3和3.6kb两个片段，B型则切成2.1和3.8kb两个片段。

由于反向重复序列的存在，使2μm质粒经变性后再复性时也可以形成类似于转座子的典型的茎环结构。

质粒的消除：

高温、丫啶橙、丝裂霉素C、溴化乙锭和利福平等常用于质粒消除。

经典遗传学家认为:

基因是遗传物质DNA（或RNA）上的一个特定区段，既是一个可以表达产生蛋白质（酶或多肽）的功能单位，同时又是一个交换单位和突变单位，基因是不可分割的、三位一体的最小单位。

操纵子学说：

Jacob和Monod研究大肠杆菌乳糖发酵,1961提出调控乳糖发酵基因的操纵子（operon）学说。

操纵子:

调节基因、操纵基因、启动子、结构基因。

包括可转录表达的调节基因和结构基因；

也有只起作用但不转录也不翻译的操纵基因和启动子。

操纵子是由多个基因组成的调节、信息传递和功能表达的统一体。

现代认识的基因：

重叠基因、重复基因、间隔基因、跳跃基因、活化子和增强子。

现代的基因概念可以归纳如下：

1.基因不再是抽象的符号，是携带遗传信息的DNA或RNA片段。

2.基因不再是突变、重组和交换的基本单位，而只是具有特定功能的遗传单位,。

3.基因是遗传信息传递和代谢、分化、发育的依据。

基因功能上可分为：

可转录和表达的：

结构基因：

编码蛋白质（结构蛋白、酶、）

调节基因：

（阻遏蛋白、激活蛋白）

只转录不表达的：

tRNA、rRNA

不转录不表达的：

操纵基因、启动子、活化子、增强子

“一个基因一种酶”假说的初步验证

一个基因功能→控制一种酶的一级结构，通过该酶控制的代谢反应来实现其生理功能。

基因突变使酶的一级结构改变，使酶失活，中断它所催化的代谢反应。

酶活性的丧失其他原因：

可能来自于某些抑制物的产生，因产酶机能的改变而没有合成出这种酶。

这一假说验证的关键是证明在突变株中有失活酶的存在。

交叉反应物质（CRM）：

失去了酶活性但仍保持血清学反应特性的物质。

互补作用的测验系统：

互补作用是使二个突变型的染色体同处于一个细胞内，在不发生基因重组的条件下，由于相应突变型细胞内正常基因的相互补偿而使表型正常化的作用。

互补作用实质：

是两个突变菌株正常基因在同一细胞内的互养作用，避开基因产物向胞外分泌和扩散等问题，使测定结果更为准确。

互补测验条件：

recA突变菌株，避免2个突变型染色体之间的重组作用。

符合