细菌基因转移与重组的方式有哪些教学内容

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高中生物基因重组实验教案

高中生物基因重组实验教案
实验目的：通过本实验，学生可以了解基因重组技术的原理和应用，掌握基因工程的基本操作技能。

实验材料：
1. 大肠杆菌菌种
2. 质粒DNA
3. 荧光素底物
实验步骤：
1. 将质粒DNA和大肠杆菌菌种分别取出，让其回温至室温。

2. 在洁净的实验台上，取出一个无菌平板，将大肠杆菌菌种均匀涂抹在平板上。

3. 利用移液枪或其他合适的工具，向大肠杆菌菌种中转染质粒DNA。

4. 将转染后的大肠杆菌平板进行培养，并在适当的温度下放置一段时间。

5. 观察培养后的大肠杆菌菌落，通过照射荧光素底物，观察是否有发光现象。

6. 如有发光现象，则说明成功实现了基因重组。

实验注意事项：
1. 实验中所有操作都需在洁净环境下进行，避免外部杂质的干扰。

2. 质粒DNA和大肠杆菌菌种皆需在合适的保存条件下保存，避免受到污染或损坏。

3. 实验中使用的荧光素底物需遵循生物安全规范使用，避免对环境和个人造成伤害。

拓展实验：
1. 可以尝试使用不同种类的质粒DNA和大肠杆菌菌种进行实验，观察不同基因组合的结果。

2. 可以了解基因重组技术在医学、农业等领域的应用，深入探讨基因工程的潜力及争议。

实验总结：
通过本实验，学生可以了解基因重组技术的基本原理和操作方法，培养实验操作能力和科学思维。

同时，也能够拓展对基因工程技术的认识，为未来的学习和研究奠定基础。

微生物的基因重组

微生物的基因重组1. 内容一、原核微生物（细菌）的基因重组1.转化：受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象，通过转化而形成的杂种后代，称转化子。

转化因子的本质是离体的DNA片段（核基因组断裂的碎片，并能与受体菌的核染色体组发生重组）。

除dsDNA或ssDNA外，质粒DNA也是良好的转化因子，但它们通常并不能与核染色体组发生重组。

2.转导：以缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。

由转导作用而获得部分新性状的重组细胞，称转导子。

⏹普遍性转导（完全转导）：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象。

⏹局限性转导：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组，形成转导子的现象。

3.接合：供体菌（“雄性”）通过性菌毛与受体菌（“雌性”）直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象，通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，称为接合子。

E.coli的4种接合型菌株：F+菌株、F-菌株、Hfr菌株、F’菌株。

4.原生质体融合：用人工方法使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。

二、真核微生物（真菌）的基因重组1.有性生殖：真菌的有性生殖和性的融合发生于单倍体核之间。

大多数真菌核融合后进行减数分裂，并发育成新的单倍体细胞。

亲本的基因重组主要是通过染色体的独立分离和染色体之间的交换。

2.准性生殖：有一类不产生有性孢子的丝状真菌，不经过减数分裂就能导致染色体单元化和基因重组，由此导致的变异过程。

（异核体的形成、核融合形成杂合二倍体、单倍体化进行体细胞重组）2. 练习一、选择题1. 准性生殖：（）A.通过减数分裂导致基因重组B.有可独立生活的异核体阶段C.可导致高频率的基因重组D.常见于子囊菌和担子菌中答案：B2. F+ F-杂交时，以下哪个表述是错误的？（）A.F-细胞转变为F+细胞B.F+细胞转变为F-细胞C.染色体基因不转移D.细胞与细胞间的接触是必须的答案：B二、填空1. 四种引起细菌基因重组的方式是____________、______________、_________________和________________。

第五节细菌基因转移和重组解析

第五节细菌基因转移和重组自然界的微生物可通过多种途径进行水平方向的基因转移，并通过基因的重新组合以适应随时改变的环境以求生存，这种转移不仅发生在不同的微生物细胞之间，而且也发生在微生物与高等动植物之间，例如最近发现的引起人体结核病的结核分枝杆菌基因组上有8个人的基因，获得这些基因可以使该菌抵抗人体的免疫防御系统，而得以生存。

因此基因的转移和交换是普遍存在的，是生物进化的重要动力之一。

一、细菌的接合作用(conjugation)接合作用是指通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。

由Davis的“U”型管实验证实（图）。

1.F+×F-杂交细菌的接合作用是由F因子介导的，其突出的特征是与转移有关的基因(tra)占了整个图谱的1/3，包括编码F-性菌毛、稳定接合配对、转移的起始(oriT)和调节等20多个基因。

在F+×F-的接合作用中，是F因子向F-细胞转移，含F因子的宿主细胞的染色体DNA 一般不被转移。

杂交的结果是给体细胞和受体细胞均成为F+细胞。

接合过程分两步进行，即接合配对的形成和DNA的转移：当由F因子编码的性菌毛(位于细胞表面)的游离端与受体细胞接触，使供体细胞和受体细胞连接到一块以后，性菌毛可能通过给体或受体细胞膜中的解聚作用(disaggregation)和再溶解作用(redissolution)进行收缩，从而使给体和受体细胞紧密相连。

紧接着便开始接合过程的第二步——DNA转移。

起动这一步的关键位点是OriT，该位点具有被trayⅠ编码的缺刻螺旋酶识别的序列，该酶将其中一条链切断，并结合于被切断的5′末端，通过由并列在一起的给体和受体细胞之间形成的小孔进行单向转移，此转移链到达受体细菌后，在宿主细胞编码的酶(包括DNA聚合酶Ⅲ)的作用下开始复制，留在供体细胞内的单链也在DNA聚合酶Ⅲ的作用下进行复制，因此接合过程结束后，给、受体各含有一个F因子。

2.Hfr×F-杂交Hfr是由F因子插入到染色体DNA后形成的高频重组菌株，因为这类菌株在F因子转移过程中可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组而得名。

细菌的基因重组

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原核生物的基因重组
原核生物的基因重组形式很多，机制较原始。
特点：
① 片段性，仅一小段DNA序列参与重组； ② 单向性，即从供体菌向受体菌（或从供体基因组向受体基因组）作单方向转移； ③ 转移机制独特而多样，如接合、转化和转导等。
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（一）接合（conjugation，mating）
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（二）转导（transduction）
通过病毒（defective phage）的媒介，把供体细
胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使
后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，就称转导子（transductant）。
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由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式：一个细胞的DNA
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基因重组的意义
• 杂交育种的缺点： • 由于杂交育种的方法较复杂，工作进展较慢，还很难像诱变
育种技术那样得到普遍的推广和使用，尤其在原核生物的领域中，应用转化、转导或接合等重组技术来培育可应用于生产实践上的高产菌株的例子还不多见。到了70年代后期，由于原生质体融合技术获得巨大的成功后，才使重组育种技术获得了飞速的发展。
通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程
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中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致！
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U型管实验
ห้องสมุดไป่ตู้
A
B
过滤器
[-]
[-]
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• 存在范围：
–细菌：G – 较为多见如E. coli(大肠杆菌)、 Salmonella(沙门氏菌)、Shigella(志贺氏菌)、 Serratia(粘质沙雷菌)、Vibrio(弧菌属) 、 Azotobacter(固氮菌) 、Klebsiella(克雷白氏杆菌属) 和Pseudomonas(假单胞菌属)等最为常见

微生物学理论：基因转移及重组

细菌基因转移和重组的⽅式有转化、接合、转导、溶原性转换和原⽣质体融合。

1.转化受体菌直接摄取供体菌DNA，从⽽获得新的遗传性状的过程称为转化。

2.接合细菌通过性菌⽑相互连接沟通，将质粒或染⾊体的DNA从供体菌转移给受体菌的过程称为接合。

3.转导以噬菌体为媒介，将供体菌DNA⽚段转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状的⽅式称转导。

根据转导DNA ⽚段的范围，可分为普遍性转导和局限性转导：①普遍性转导是因供体菌染⾊体或质粒的任何DNA⽚段都有可能被转导，故称为普遍性转导；②局限性转导是前噬菌体从宿主菌染⾊体切离时发⽣偏差，将前噬菌体两旁的基因转移到受体菌，使后者的遗传性状发⽣改变的过程。

4.溶原性转换溶原性细菌因染⾊体上整合有前噬菌体⽽获得新的遗传性状称为溶原性转换。

溶原性转换可使某些细菌发⽣毒⼒变异或抗原性变异。

5.原⽣质体融合是分别将两种细菌经处理失去细胞壁悬于⾼渗培养基中保持原⽣质体状态，然后将两种细菌的原⽣质体混合，滴加聚⼄⼆醇促使原⽣质体融合。

融合后的双倍体细胞可以短期⽣存，在此期间染⾊体之间可以发⽣基因的交换和重组，获得多种不同表型的重组融合体。

融合体经培养重新形成细胞壁，再按其遗传标志选择重组菌。

204.4基因的转移和重组

✓ 局限性转导：前噬菌体从宿主染色体切离时发生偏差，将前噬菌体整合部位两旁的供体菌基因转移到受体菌。
转导
✓ 普遍性转导
λ
λ
λ
正常脱离
断裂和再接
细菌染色体
λ
λ
gal λdg
偏差脱离 gal
断裂和再接
✓ 局限性转导
普遍性转导与局限性转导的区别
区别要点基因转导发生
的时期
转导的遗传物质
转导的后果
➢ 接触：F+菌和F-菌混合培养，F+性菌毛与F-菌表面
受体接合形成通道，细胞质沟通，F质粒自orit位
点开始传递；
➢ 转移：在orit切割形成单链缺口，单链DNA经性菌
毛接合桥进入F－菌，1分钟完成；
➢ 复制：两个菌内的单链DNA以滚环方式复制，F－菌转变为F＋菌，可形成性菌毛。
F质粒与染色体整合,导致宿主菌染色体转移频率高，称为高频重组株(high frequency recombinant, Hfr)。 ➢ 受体菌获得供体菌性状； ➢ F质粒转移频率低； ➢ F质粒的整合可逆，自染色体脱离时如携带整合
基因转移与重组
基因转移（gene transfer）：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌的过程。
起，使受体菌获得供体菌的某些特性。
细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转导、溶源性转换、原生质体融合
转化(transformation)
普遍性转导
裂解期
供体菌染色体 DNA任何部位
或质粒
完全转导或流产转导
局限性转导
溶原期
噬菌体DNA及供体菌DNA的特定
部位
受体菌获得供体菌 DNA特定部位的遗
传特性

高中生物第六章基因重组与基因工程

第六章基因重组与基因工程教学大纲要求1.熟悉基因工程、基因文库、载体、限制性核酸内切酶、PCR等概念；2.掌握以质粒为载体进行DNA克隆的基本过程；3.了解重组DNA技术在医学上的应用。

教材内容精要一、自然界的基因转移和重组自然界不同物种或个体之间的基因转移和重组是经常发生的，它是基因变异和物种演变、进化的基础。

基因重组的方式有：接合作用、转化、转导、转座。

1．接合作用(Conjugation) 当细胞(细菌)与细胞(细菌)相互接触时，质粒DNA就可从一个细胞(细菌)转移到另一个细胞(细菌)。

2．转化与转导作用(1)转化作用(Transformation)：由外源性DNA导入宿主细胞，并引起生物类型改变或使宿主细胞获得新的遗传表型的过程，称为转化作用。

(2)转导作用(Transduction)：当病毒从被感染的(供体)细胞释放出来，再次感染另一(受体)细胞时，发生在供体细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组称为转导作用。

3．转座(转位)(Transposition) 可移动的DNA序列包括插入序列和转座子。

故由插入序列和转座子介导的基因转移或重排称转座。

转座是指一个或一组基因从一个位置转到基因组的另一个位置。

可分为插入序列(insertionsequenceIS)转座和转座予(transposons)转座。

4．基因重组不同DNA分子间发生的共价连接称基因重组。

基因重组有两种类型：位点特异的重组(sitespecial recombmatlon)和同源重组(homologous recomblnation)。

二、重组DNA技术’1．重组DNA技术的相关概念(1)DNA克隆：克隆(Clone)就是来自同一个体的相同的集合。

DNA克隆（DNA clone）：应用酶学方法在体外将目的基因与载体DNA结合成一具有自我复制能力的重组DNA分子，通过转化或转染宿主细胞、筛选出含有目的基因的转化子细胞，再进行扩增，提取获得大量同一DNA分子的过程。

细菌基因转移和基因重组

• F小环与主染色体大环之间发生一次交换就可以插入到宿主染色体中。 • F因子整合到E.coli染色体上以后，该菌株就成为高频重组株（High frequence recombination ），以Hfr 表示。
Mechanism of DNA transfer during conjugation in Gram-negative bacteria
细菌遗传重组的自然机制包括
细菌的接合（conjugation）
转化（transformation）
转导（transduction）性导（sexduction ）
第一节接合（Conjugation）
概念：
F+ conjugation
Hfr (high frequency recombinant) conjugation

U型管试验(见图）说明：两个菌株间的直接接触是原养型细菌出现的必要条件，这就排除了转化的可能。 1952年，Hages通过实验证明，在结合过程中，遗传物质的转移是单向的。在结合过程中，到底是什么东西由雄体输入了雌体呢？
• Gram-positive:
sticky surface molecules
• Gram-negative（阴性菌）: （性菌毛）
sex pilus
F因子的特征
• 携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用F+表示。没有F因子的菌体称为受体菌，又称雌性，用F－表示。 • F因子是双链环状DNA，分子量大约是3.5×106，是染色体外遗传物质，是质粒的一种，在分类学上属于附加体（episome）。 • 它既能以自主状态存在于细胞质中，又能整合到细菌的染色体内。
品猛烈搅拌以中断接合中的细菌，然后分析受体菌的基因型，这是在大肠杆菌等细菌中用来测定基因位置的一种方法。

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细菌基因转移与重组的方式有哪些
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•细菌基因转移与重组的方式有哪些？
1.接合作用：当细菌与细菌相互接触时，质粒DNA就可从一个细菌转移到另一个细
菌。

2. 2.转化作用：由外源性DNA导入宿主细胞，并引起生物类型改变或使宿主细胞获
得新的遗传表型的过程，称为转化作用。

3. 3.转导作用：当病毒从被感染的细胞释放出来，再次感染另一细胞时，发生在供体
细胞与受体细胞之间的DNA转移及基因重组称为转导作用。

4. 4.转座(转位)：转座是指一个或一组基因从一个位置转到基因组的另一个位置。

可
分为插入序列转座和转座子转座。

5.5．基因重组:不同DNA分子间发生的共价连接称基因重组。

有两种类型：位点特
异的重组和同源重组.
细菌从外源取得DNA,并与自身染色体DNA进行重组,引起细菌原有基因组的改变,导致细菌遗传性状的改变,称基因的转移与重组。

基因转移与重组的四种方式是:(1)转化:受体菌直接摄取供体菌游离的DNA段,从而获得新的遗传性状,称为转化。

(2)转导:以温和噬菌体为载体,将供体菌的遗传物质转移到受体菌中去，使受体菌获得新的遗传性状,称为转导。

(3)接合:是指细菌通过性菌毛将遗传物质(主要为质粒)从供体菌转移给受体菌,使受体菌获得新的遗传性状。

(4)溶原性转换:是由于温和噬菌体的DNA(前噬菌体)整合到宿主菌的染色体DNA后,使细菌的基因型发生改变,从而获得新的遗传性状,称为溶原性转换。

5.原生质体融合是分别将两种细菌经处理失去细胞壁悬于高渗培养基中保持原生质体状态，然后将两种细菌的原生质体混合，滴加聚乙二醇促使原生质体融合。

医`学教育网搜集整理融合后的双倍体细胞可以短期生存，在此期间染色体之间可以发生基因的交换和重组，获得多种不同表型的重组融合体。