原核生物的基因重组
原核生物dna修复方式
原核生物dna修复方式原核生物（Prokaryote）是一类生物，其细胞没有真核细胞的特征，没有明确的细胞核和其他细胞器。
原核生物的细胞内存在着许多与修复DNA损伤相关的机制，这些机制可以帮助细胞修复受损的DNA，保证遗传信息的传递和细胞的正常功能。
原核生物的DNA修复机制可以分为直接修复、碱基切除修复、错配修复和重组修复等多种方式。
下面将详细介绍这些修复机制。
1. 直接修复直接修复是一种修复DNA中某些特定类型的损伤的机制。
在原核生物中，一种常见的直接修复机制是光修复（Photoreactivation），通过使用特殊的光酶可以将紫外线引起的嘧啶二聚体（pyrimidine dimer）还原为单个嘧啶。
这种修复机制广泛存在于细菌和古菌中。
2. 碱基切除修复碱基切除修复（Base Excision Repair）是一种常见的DNA损伤修复机制，可以修复由氧化剂、低重复频率的单碱基修改或碱基丢失等引起的DNA损伤。
碱基切除修复通过一系列酶的协同作用来去除损伤碱基，并通过DNA聚合酶和DNA连接酶来完成修复。
在原核生物中，碱基切除修复是一种常见的修复机制。
3. 错配修复错配修复（Mismatch Repair）是一种修复DNA中碱基不匹配或错误插入的机制，可以修复由DNA复制错误或化学损伤引起的碱基错配。
在原核生物中，错配修复通常通过识别新合成的DNA链和亲本DNA链之间的错配来完成修复。
错配修复机制需要错配修复蛋白（MutS、MutL和MutH等）的参与，可以保证DNA的准确复制和维护基因组的稳定性。
4. 重组修复重组修复（Recombinational Repair）是一种通过基因重组修复DNA损伤的机制。
在原核生物中，重组修复机制主要包括同源重组（Homologous Recombination）和非同源重组（Non-Homologous End Joining）。
同源重组通过利用亲本DNA链作为模板来修复DNA断裂，并在碱基序列上进行基因重组。
原核生物遗传物质的横向传递的途径
原核生物遗传物质的横向传递的途径
原核生物遗传物质（Nucleic Acids，简称NA）是构成基因序列及酶学反应的
基础，通常由核酸（nucleic acid）、核苷酸（nucleotide）组成，在遗传信息、蛋白质组学及其他生物学分析方面有着重要意义。
原核生物遗传物质的横向传递能够促进进化速率，改进种群遗传结构，提升个体的适应性和稳定性，是一种强大的生物学机制。
原核生物遗传物质的横向传递主要可以通过三种途径完成，分别是基因混合（Gene Mixture）、基因重组（Gene Recombination）和基因突变（Gene Mutation）。
基因混合是指原核生物遗传物质的横向传递指，即发生在不同物种中间的同源基因的混淆和结合，它能够缩短进化路径、改变水平上对物种进化的影响。
基因重组也出现在原核生物遗传物质的横向传递中，它指基因在编码序列上发生变异，把多种物种的同源基因组合在一起，从而促进物种之间的进化。
基因突变是一种随机的进化，它指改变片段信息，从而改变遗传物质的结构和功能＊并影响到生物基因组的进化。
因此，原核生物遗传物质的横向传递可以帮助种群生物克服环境因素的影响，
加快进化速率，提高物种适应度，实现多样性。
横向传递能够改变基因序列，从而影响特定环境中各物种的变异程度，从而帮助衍生出有利的基因组，完成物种的演化转变。
总之，原核生物遗传物质的横向传递通过三种不同模式实现，即基因混合、基
因重组和基因突变，能够促进进化的过程，改善种群的适应环境、加快适应性，最终实现物种的演化变异。
原核生物基因重组的特点
原核生物基因重组的特点原核生物基因重组的特点：（一）重组DNA的特点1、构建性：原核生物基因重组是一种以DNA作为原料、利用多种准确、可控的分子生物学技术，从而实现精确编织出大量高度接合的新型DNA片段的技术。
2、通用性：原核生物基因重组的技术可以改造植物和动物的基因，以获得期望的产物，这是一种多应用的技术。
3、可遗传性：原核生物基因重组的最大优点在于，所改造的基因可以遗传至其后代，在一定程度上实现了持久性。
（二）实现原核生物基因重组的手段1、重组PCR：通过PCR技术，让原始DNA片段复制و再结合，从而实现重组。
2、体外基因构建：利用各种DNA和RNA酶，以及载体DNA等，在实验环境中重组DNA。
3、定向连接：定向的将一种不受控的多个DNA片段连接起来，从而实现重组。
（三）原核生物基因重组的用途1、功能机器人：利用基因重组技术，可以构建出机器人，来在生物体内发生特定的功能活动，如基因疗法等。
2、基因表达：基因重组技术可以改变基因的表达强度，从而实现基因的表达。
3、抗逆性：基因重组技术也可以改造基因的结构，以增加对环境逆境的耐受性。
（四）原核生物基因重组的限制1、难以探测：由于改变的基因较少，因此难以通过细胞的形态学来识别这类基因的变异。
2、实验操作：成功重组基因需要精确操作，经常需要一系列复杂的实验，以及专业知识。
3、成本及时间：重组DNA技术需要大量的时间费用和实验室设备，一次重组DNA的价格也非常昂贵。
总之，原核生物基因重组是一种具有构建性、通用性和可遗传性的技术，可以用于改变原核生物的基因，制造出功能机器人、改变基因表达、增强对外界环境的抗逆性等，但也存在难以探测、复杂操作、以及高昂成本的问题。
高中基因重组的两种类型
基因重组是指一个基因的DNA序列是由两个或两个以上的亲本DNA组合起来的。
基因重组是遗传的基本现象，病毒、原核生物和真核生物都存在基因重组现象。
减数分裂可能发生基因重组。
基因重组的特点是双DNA链间进行物质交换。
真核生物，重组发生在减数分裂期同源染色体的非姊妹染色单体间，细菌可发生在转化或转导过程中，通常称这类重组为同源重组（homologous recombination），即只要两条DNA序列相同或接近，重组可在此序列的任何一点发生。
然而在原核生物中，有时基因重组依赖于小范围的同源序列的联会，重组只限于该小范围内，只涉及特定位点的同源区，把这类重组称作位点专一性重组(site-specific recombination），此外还有一种重组方式，完全不依赖于序列间的同源性，使一段DNA序列插入另一段中，在形成重组分子时依赖于DNA复制完成重组，称此类重组为异常重组（illegitimate recombination），也称复制性重组（replicative recombination）。
一、自然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进化的基础。
自然界的基因转移的方式有：接合作用：当细胞与细胞、或细菌通过菌毛相互接触时，质粒DNA就可从一个细胞（细菌）转移至另一细胞(细菌），这种类型的DNA转移称为接合作用（conjugation ）。
转化作用（transformation) 通过自动获取或人为地供给外源DNA，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型。
转导作用：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转移及基因重组即为转导作用（transduction）。
转座：大多数基因在基因组内的位置是固定的，但有些基因可以从一个位置移动到另一位置。
这些可移动的DNA 序列包括插入序列和转座子。
由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座（transposition ）。
高中生物 基因重组(gene
能在选择性培养
基平板上形成微 小菌落就是流产 转导的特点。
2. 局限转导(specialized transduction)
定义：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。
特点：
只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体 整合位点两侧的基因）；
就同时获得复制的机会。所以在双重溶源菌中的正常λ 噬菌
体被称为助体（或辅助）噬菌体（helper phage）。 双重溶源菌的裂解物中含有等量的λ和λdgal粒子，称为
HFT（高频转导）裂解物。
高频转导和低频转导图解
E. coli K12 ()gal+(供体菌)
U.V.
(大量) + dgal+（10-5） E.coliK12Sgal-/ dgal+
结合在寄主染色体特定位置 上
紫外线诱导溶源菌 一般不稳定，呈缺陷溶原性 （对同源噬菌体具有免疫性， 但不表现出其它噬菌体的性 状）
转导子的区 别
3. 溶源转变
概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌 体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了除免疫 性以外的新性状的现象，称为溶源转变。 性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。 区别：
低频转导
E. coli K12Sgal-(受体菌)
E.coliK12Sgal-/ dgal+/
（双重溶源转导子）
E. coli K12Sgal-/ dgal+/ （双重溶源菌供体）
U.V.
(50%) + dgal+（50%）
E. coli K12Sgal-(受体菌)
基因转移与重组概述
染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就 越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。
Hfr ×F-杂交
3.F′×F-杂交——性导
Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游 离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F′因子。
3.性导——F′×F-杂交
初
生
F′
F′×F-与F+×F-的不同点：
F因子为附加体质粒，既可以脱离染色体在细 胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上
（三）接合
F因子的四种细胞形式（掌握）
①F-菌株(“雌性”菌株)：不含F因子，无性菌毛，但可以 通过接合作用接收F因子而变成F+菌株。 ②F+菌株(“雄性”菌株)：F因子独立存在，细胞表面有性
菌毛。 ③Hfr菌株：F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性 菌
溶源转变特点
1. 噬菌体不携带任何供体菌的基因； 2. 噬菌体是完整的，而不是缺陷的； 3. 噬菌体基因的整合到宿主染色体上导致宿 主获得新性状，未通过基因重组而形成的稳 定转导子； 4. 宿主获得新性状具有不稳定性。
（三）接合(conjugation)
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。
（一）转化
供体菌
DNA片段
受体菌
转化子（transformant）：转化后的受体
感受态
来自Trp+细胞的DNA
色氨酸缺陷型 没有色氨酸野生型生长
在缺乏色氨 酸培养基上 有菌落产生 （野生型）
自然转化的必要条件
1、建立感受态的受体细胞 感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞。 自然感受态：细胞一定生长阶段的生理特性，受自 身的基因控制（感受态因子）。 人工感受态：通过人为诱导，使细胞具有摄取DNA 的能力，或将DNA导入细胞内。
基因重组育种
• 1998 年陈五岭等又报道了激光诱导动物细胞融合。此外， 其融合率还受其它诸因素的影响。
毒性小，仪器昂贵，操作难度高，很难推广。
原生质体融合技术的步骤
• 离心分离，洗涤菌体 • 酶解脱壁 • 原生质体再生及剩余菌数的测定 • 制备的原生质体去除酶液 • 促融 • 融合子再生 • 融合子筛选
参与融合的亲株数并不限于一个，可以多至三个、 四个，这是一般常规杂交所达不到的。
（3）重组频率特别高，因为有聚乙二醇作助融剂。
（4）可以和其他育种方法相结合，把由其它方法得到 的优良性状通过原生质体融合再组合到一个单株中。
（5）可以用温度、药物、紫外线等处理、钝化亲株的 一方或双方，然后使之融合，再在再生菌落中筛选重组 子。这样往往可以提高筛选效率。
• 应用灭活原生质体作为遗传标记选择融合子
原生质体经紫外线照射、加热或经某些化学药剂的 处理，可使其丧失在再生培养基上再生的能力，而只能 作为遗传物质的供体。从而只根据另一亲株特性设计选 择条件而选择融合子。周东坡等通过紫外线照射灭活原 生质体融合选育了啤酒酵母新菌株。用0.11 %碘乙酸， 30 ℃处理产阮假丝酵母( Candida utilis ) 原生质体40min 后，与啤酒酵母( Saccharomyces cerevisiae) 的原生质体融 合，利用形态差异选择融合子。
选定几种有特定整合 位点的 Hfr 菌株，使 之与F–菌株进行接合，
并在不同时间使其中 断，最后，根据F–中 出现Hfr菌株中各种形
状的时间顺序（分
钟），可以绘出较为
完整的环状染色体图 （chromosome map）。
中 断 杂 交 试 验
位点特异性重组
食品微生物学期末考试复习题及参考答案-专升本
《食品微生物学》复习题一、填空题1．第一个用自制显微镜观察到微生物的学者是，被称为微生物学研究的先驱者；而法国学者和德国学者则是微生物生理学和病原菌学研究的开创者。
2．原核微生物包括有两大类，即古生菌和真细菌。
真细菌主要包括、、、、、等。
3．微生物的几大特征中最基本的是。
4．细菌的基本形态有、、。
5．革兰氏阳性细菌细胞壁独有的化学成分是，而革兰氏阴性细菌细胞壁独有的化学成分是。
6．放线菌个体为分枝状菌丝体，根据菌丝在固体培养基上生长的情况，可以分为、和。
7．酵母菌的细胞壁为“三明治”结构，即外层为、内层为、中间夹着一层。
8．我国自古以来就懂得利用曲霉做发酵食品，如利用菌的蛋白分解能力作酱，利用菌的糖化能力制米酒。
9．病毒的核衣壳结构是：外壳是，壳体内是；复杂病毒还有包被，主要由脂类或脂蛋白组成。
10．烈性噬菌体入侵寄主的过程可分为、、、、五个阶段。
11．根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为、、和四大类营养类型。
12．加压蒸汽灭菌法常用的工艺条件是：温度℃，时间 min。
13．根据微生物与氧气的关系，可将微生物分成5个类型：、、、和。
14．原核生物的基因重组有四种主要形式：、、、。
15．微生物发酵的全部生产过程大致可以分为、、、和几个阶段。
16．食品的污染途径一般分为和两大类。
17．食品变质的基本因素有三个，即、和。
18．食品卫生标准中的微生物指标一般分为、和三项。
19．食品卫生微生物学检验的样品采集，要特别注意的是：以及。
20．原核生物包括古生菌和真细菌两大类。
真细菌的研究对象主要包括、、、、和等三菌三体。
21．霉菌有性孢子主要有、、和四种。
22．烈性噬菌体入侵寄主的过程可分为、、、和五个阶段。
23．微生物的六大类营养要素包括、、、、和。
24．根据碳源、能源及电子供体性质的不同，可将微生物分为、、和四大类营养类型。
25．营养物质进出细胞膜的四种方式分别是、、和。
26．加压蒸汽灭菌法常用的工艺条件是：温度℃，时间 min。
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分离
自然转化过程的特点：
a）对核酸酶敏感；
b）不需要活的DNA给体细胞； c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化（DNA）
给体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系； d）通常情况下质粒的自然转化形成转化子效率要低得多；
提高质粒的自然转化效率的二种方法：
1）使质粒形成多聚体，这样进入细胞后重新组合成有 活性的质粒的几率大大提高；
现在把DNA转移至动物细胞的过程也称转染
2020/6/6
ห้องสมุดไป่ตู้
5、人工转化
在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组 手段，是基因工程的奠基石和基础技术。
不是由细菌自身的基因所控制；
用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一 种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。
用CaCl2处理细胞，PEG介导、电穿孔、基因枪法等是 常用的人工转化手段（使细胞膜更易于透过DNA ）。
质粒的转化效率高（不像线型DNA 那样易于降解，而 且还能在宿主中复制。任何来源的DNA 将其连接到质 粒上都能进入受体细胞）.
2020/6/6
二、转导（transduction）
转导：利用完全或部分缺陷噬菌体为媒介，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。
2020/6/6
进行自然转化，需要二方面必要的条件：
（1）建立了感受态的受体细胞 （2）外源游离DNA分子
2020/6/6
感受态的机理研究： 局部原生质体化假说：
处于感受态的细胞局部失去了细胞壁，使外源DNA能顺利经膜 进入菌体。
酶受体假说：
受体细胞表面出现了一种能结合DNA并使之进入细胞的酶。
1951年，Joshua Lederberg和Norton Zinder为了证实大肠杆菌以 的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型
的鼠伤寒沙门氏菌LT22A(trp-)（P22）和LT2(his-)进行实验：
用“U”型管进行同样的实 验时，在供体和受体细胞不
接触的情况下，同样出现原
养型细菌！ 2020/6/6
沙门氏菌LT22A(trp-)是携带P22噬菌体的溶源性细菌 另一株LT2(his-)是非溶源性细菌
杂交必然包含着重组，但重组不仅限于杂交这一形式 。
原核生物的基因重组类型
4种形式：1）转化 2）转导 3）接合 4）原生质体融合
一、 转化（transformation）
定义：受体细胞直接吸收供体细胞的DNA片段, 并与其染色体 同源片段进行遗传物质交换，从而使受体细胞获得新的遗传性 状的现象。
由转导作用而获得供体细胞部分遗传性状的重组受体 细胞称为转导子 （transductant）
携带供体部分遗传物质（DNA片段）的噬菌体称为 转导噬菌体。
细菌转导的二种类型：
2020/6/6
普遍性转导 局限性转导
1、普遍性转导（generalized transduction）
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，称普遍 性转导。 (1) 意外的发现
自然感受态 的定一的种，生但理受状环态境。条的一件出个的现细影是菌响细能也胞否很一出大定现，生感因长受而阶态表段是现的由差生其别理遗很特传大性性。决
感受态细胞（如（肺co炎m链pe球te菌nt的ce感ll）受态：出现具在有对摄数取生外长源期）
DNA能力的细胞受细菌自身的基因控制
人工感受态 自然遗传转化（natural genetic transformation） 则是通过人为诱导的方法，使细胞具有 人工转摄化取（DaNrAt的if能ici力al，tr或an人s为for地m将aDtiNoAn导）入细胞内。 感受态（因子该：过调程节与感受细态菌的自一类身特的异遗蛋白传，控它制包括无三关种！主要） 成分：膜相关DNA结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。
2）在质粒上插入受体菌染色体的部分片段，或将质粒转
化进202含0/6/6有与该质粒具有同源区段的质粒的受体菌-------重组获救
4. 转染(transfection)：
定义：噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒。 特点：提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入微生
物细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。
转化的频率通常为0.1％～1％，最高为20％。
2020/6/6
• (2) 转化过程
供体(strR)
ds DNA
感受态受体(strS) 酶解与吸收单链
同源区段配对
单链整合 复制与分离
2020/6/6
转化子(strR)
非转化子(strS)
肺炎链球菌转化的主要过程
转化因 子进入 细胞
转化因 子单链 配对与 整合
转化子（ transformant）：经转化后出现了供体性状的受体细 胞称为转化子，即转化成功的菌落。
目前已知有二十多个种的G+和G-细菌具有自然转化的能力 此过程可以发生在土壤和海洋环境中，可能是自然界遗传交 换的重要方式。
自1然. 感感受态受态与人工感受态的不同？
感受态：是指受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化
第六节 原核生物的基因重组
2020/6/6
基因重组（gene recombination）： 将两个不同性状个体的基因通过一定的方式转移到一 起，并发生重新组合，产生新的遗传性状的过程，称 为基因重组(gene recombination)或遗传重组。
重组：遗传物质在分子水平上发生的交换； 杂交：在细胞水平上遗传物质的交换.
2020/6/6
2. 转化模型
（1）转化因子
本质是离体的DNA片断或质粒DNA 。转化因子进入细胞前 还会被酶解成更小的片段，约8kb。在不同的微生物中，转化因 子的形式不同，dsDNA,ssDNA.
革兰氏阴性的嗜血杆菌中，细胞只吸收dsDNA形式的转化 因子，但进入细胞后需经酶解为ssDNA，才能与受体菌的基因 组整合；
革兰氏阳性的链球菌和芽孢杆菌中，dsDNA的一条链必须在 胞外降解，只有ssDNA形式的转化因子才能进入细胞。
但不管何种情况，最易与细胞表面结合的仍是dsDNA。
由于每个细胞表面能与转化因子相结合的位点有限（如肺炎 链球菌约10个），因此，从外界加入无关的dsDNA就可竞争并 干扰转化作用。
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。