微生物遗传和变异.doc

PAGE 1 微生物的遗传变异和育种 遗传 (inheritance) ：是发生在亲子之间即上下代间的关系，即指上一代生物如何将自身的一套遗传基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定的保守特性。 变异：指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。 注：遗传和变异是生命的最本质特性之一 （1）遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。是一种内在的可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。 （2）表现型：具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。 注：表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。 （3）表型饰变：即外表的修饰性改变，是发生在转录、转译水平上的变化，不涉及遗传物质的结构改变。 特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为 （4）遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变 特点：遗传性、群体中极少数个体的行为 微生物是遗传学研究中的明星： （1）微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。 （2）很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。 （3）对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。 第一节 遗传变异的物质基础 一、核酸为遗传的物质基础 生物分子：糖类、脂类、蛋白质、核酸 1、肺炎双球菌实验证明了：DNA是转化所必需的转化因子； 2、噬菌体感染实验证明了：遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质； 3、植物病毒的重建实验证明了：在RNA病毒中，遗传物质基础也是核酸，只不过是RNA罢了。 通过上述三个实验证明了：只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础 二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式 1、细胞水平：在细胞水平上，真核微生物和原核微生物的大部分DNA都集中在细胞核或核区中。分为原核微生物基因组、真核微生物基因组。 2、细胞核水平：真核生物的细胞核是有核膜包囊，形态固定的真核，核内的DNA与组蛋白结合在一起形成一种在光学显微镜下能见的核染色体； （1）基因组(genome)：一个物种的单倍体内的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称。 （2）真核微生物，多条染色体(例如啤酒酵母有16条染色体)有时为双倍体。 （3）原核微生物：多为单倍体(在一般情况下仅一条染色体)。 （4）质粒(plasmid)：细胞质内能自主复制的核外染色体 Ⅰ 原核生物的质粒： ①质粒：游离于原核生物染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，即cccDNA(circular,covalently closed DNA)。质粒具有超螺旋结构，分子量一般在106~108Da间，大小约为1%核基因组。携带有某些染色体上所没有的基因，赋予细胞某些特殊功能。 ②严紧型复制控制：质粒的复制与核染色体复制同步。 ③松弛型复制控制：质粒的复制与核染色体复制不同步。 ④质粒消除(curing或elinination)：含质粒的细胞在正常培养基上遇化学、物理因素处理时，质粒的复制受到抑制而核染色体的复制继续进行，子代细胞中质粒消除。 ⑤附加体(episome)：某些质粒具有与核染色体整合、脱离的功能，这类质粒称附加体。 3、染色体水平： （1）染色体数：不同生物染色体数差别很大，包括人类在内的一批代表性真核生物和原核生物的染色体数及其基因组大小。 （2）染色体倍数：指同意细胞中相同染色体的套数。 （3）双倍体：一个细胞中含有两套功能相同的染色体。 （4）合子：由两个单倍体细胞通过结合形成的。 4、核酸水平： （1）核酸种类：绝大数生物的遗传物质是DNA，只是部分病毒，包括多数植物病毒和少数噬菌体等的遗传物质才是RNA。 （2）核酸结构：绝大数微生物的DNA是双链的，只有少数病毒的DNA是单链。 （3）DNA长度：即基因组的大小，一般可用bp（碱基对）、kb（千碱基对）和Mb（兆碱基对）作单位。 5、基因水平： （1）基因：是生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能单位，其物质基础是一条以直线排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。 （2）结构基因：是决定某一多肽链结构的DNA模板，它是通过转录和翻译过程来执行多肽链合成任务的。 （3）操纵基因：是位于启动基因和结构基因之间的一段核苷酸序列，它与结果基因紧密哦连锁在一起，通过与阻遏物的结合与否，控制结构基因是否转录。 （4）启动基因：是一种依赖于DNA德RNA多聚酶所识别的核苷酸序列，它既是DNA多聚酶的结合部位，又是转录的起始位点。 （5）操纵子（operon）：由功能上密切相关且前后相连的结构基因及其共同的转录控制区（启动子P、操作基因○等）的核苷酸序列构成。 注：所以操纵基因和启动基因既不能转录出mRNA，也不能产