优选现代微生物遗传学第三章质粒
微生物遗传学三
单链整合 复制与分离
转化子(strR) 肺炎链球菌转化的主要过程
非转化子(strS)
转化因子进 入细胞
转化因子单链 配对与整合
复制 分离
筛选的方法: a. 高于临界浓度的平板进行分离； b. 梯度平板法
所谓结构类似物（又称代谢拮抗物）是指那些在结构上和代谢终产物（氨基酸、嘌呤、维生素等 ）相似的物质。
如：异烟肼（“雷米封”）是吡哆醇的结构类似物，利用含异烟肼梯度平板筛选异烟肼抗性突变 株，可达到定向培育吡哆醇高产突变株的目的。
为什么在筛选突变株时,不能直接用代谢产物,而必须用其结构类似物?
补充培养基（SM, supplemental medium）[A]:[-]+A [B]:[-]+B
相应营养缺陷型能生长的组合或半组合培养基
三种遗传型：
野生型（wild type） 从自然界分离到的、发生营养缺陷型突变前的原始菌株。
[A+B+], 可在[-]生长。
营养缺陷型（auxotroph） 野生型菌株经诱变剂处理后，由于发生了丧失某种酶合成能力的突变，因而只能在加有该酶合成产
设计有效的筛选方法，将少量正变株中的优良菌株挑选出来。
（一） 出发菌株（original strain）
出发菌株指用于诱变育种的起始菌株。
出发菌株的选择标准： • 具有有利性状（如高产、生长速度快、营养要求粗放、
标记明显等）； • 对诱变剂敏感
出发菌株的来源： •野生型菌株； •从生产中选育的自发突变菌株； •诱变获得的高产菌株
a
b
c
单一营养物质要求的鉴定：
以氨基酸缺陷为例进行说明 将18种氨基酸按右表分为6组
特点：每2组只有一种共同物质
现代微生物遗传学-第三单元授课-课件
失或替换。
化学诱变
物理诱变
生物诱变
某些化学物质可以引起 碱基对的替换，导致基
因突变。
某些物理因素如紫外线、 X射线等可以引起基因突
变。
某些病毒或细菌可以引 起基因突变。
基因重组过程
01
02
03
同源重组
指两个同源DNA分子之间 的重组，涉及到DNA的断 裂、交换和修复。
基因突变
基因突变产生遗传变异，为微生物提供进化基础。
3
基因重组
微生物通过基Βιβλιοθήκη 重组，交换遗传物质，加速进化 过程。
系统发育分析方法
分子生物学方法
01
利用分子生物学技术，如DNA测序和基因组学分析，研究微生
物的系统发育关系。
形态学特征
02
通过比较微生物的形态学特征，如细胞形态、染色特性等，进
行系统发育分析。
级联调节
通过一系列的级联反应，使基因 表达得到精细调控。
基因表达调控应用
疾病治疗
通过调控特定基因的表达，治疗遗传性疾病和癌 症等疾病。
生物工程
通过调控微生物的基因表达，改良微生物生产性 能，生产药物和生物燃料等。
生物进化研究
通过研究基因表达的调控机制，揭示生物进化的 奥秘。
04
微生物进化与系统发育
生物地理学方法
03
利用生物地理学方法，研究微生物在全球范围内的分布和演化
历程。
系统发育研究意义
揭示生命起源与演化
系统发育研究有助于揭示生命起源与演化的历程，理解生物多样 性的形成机制。
疾病防控与治疗
通过系统发育分析，有助于发现病原微生物的演化规律，为疾病 防控和治疗提供科学依据。
微生物遗传知识点总结
微生物遗传知识点总结一、微生物的遗传物质1.DNA：微生物的遗传物质主要是DNA（脱氧核糖核酸），DNA是微生物的基因组主要组成部分，承载了微生物的遗传信息。
2.RNA：微生物的遗传物质中还包括RNA（核糖核酸），RNA在微生物的蛋白质合成中起到重要的作用，有mRNA、tRNA和rRNA等不同类型。
3.质粒：微生物的遗传物质中还存在质粒，质粒是细胞外遗传物质，可以自主复制和传递，在微生物的分子遗传研究中具有重要的意义。
二、微生物的遗传变异1.突变：突变是指微生物遗传物质的突发性变异，包括点突变、插入突变和缺失突变等，突变会导致微生物表型的变化，包括对抗药物的耐药性等特征。
2.重组：重组是指微生物遗传物质的重组和重排，包括同一基因组内的DNA重组和来自不同基因组的DNA重组，重组可以导致各种遗传特征的变异和产生新的遗传组合。
3.外源基因的导入：微生物可以通过外源基因的导入来获得新的遗传特征，包括外源DNA的转化、噬菌体的侵染和质粒的转移等方式。
三、微生物的遗传传递1.垂直传递：垂直传递是指微生物遗传物质从父代到子代的传递，包括细菌的有丝分裂、芽生、孢子形成和病毒的感染传递等方式。
2.水平传递：水平传递是指微生物遗传物质在同一代的微生物个体之间的传递，包括细菌的共享基因池、DNA转化和连接转移等方式，可以导致微生物之间的基因交换和遗传多样性的增加。
四、微生物遗传的调控机制1.DNA修饰：微生物可以通过DNA修饰来调控基因的表达，包括DNA 甲基化和DNA腺苷酸修饰等方式，这些修饰可以影响基因的转录和翻译过程。
2.转录调控：微生物可以通过转录因子的结合和解离来调控基因的转录水平，包括正调控和负调控，这些调控作用可以响应内外环境的变化。
3.蛋白质修饰：微生物可以通过蛋白质的修饰来调控蛋白质的活性和稳定性，包括翻译后修饰和酶的磷酸化、乙酰化和甲基化等方式。
4. RNA干涉：微生物可以通过RNA干涉机制来调控基因表达，包括小分子RNA的介导和crispr-cas系统等方式，这些机制可以抑制或靶向性地破坏特定基因的表达。
三质粒与载体ppt课件
Transcription beyond oriV Hybridisation at/near oriV
-445 - 555
RNAaseH cleaves at oriV 2/3 bp accuracy
-445
ONLY 580 bps needed and ONLY 13 after oriV
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
分子量小的(如ColE1质粒)拷贝数高，每个细胞中有10～100个 拷贝的质粒，说明它们的复制不受到严格控制，称为松弛型 质粒(relaxed plasmids)或高拷贝质粒。基因工程中为获得大 量的基因产物所用的载体质粒便是这类松弛型质粒。
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
（ P202）
质粒的主要类型
质粒所编码 的功能和赋 予宿主的表 型效应
致育因子(Fertility factor，F因子) 抗性因子(Resistance factor，R因子) 产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid） 毒性质粒(virulence plasmid) 代谢质粒(Metabolic plasmid) 隐秘质粒(cryptic plasmid)
质粒编码的两个负调控因子Rop蛋白质和反义RNA (RNAⅠ) ，控制了DNA复制过程中所必需的引物 的合成。
在ColE1复制原点上游方向445 bp处(相当于RNAⅡ 的第111个碱基的位置)处起始转录另一个RNA分子， 其转录方向与RNAⅡ相反，它是由双链DNA链上的 另一条链(C-链)为模板进行转录的，这个RNA分子称 为RNA I，属于反义RNA。
微生物遗传学习题和答案(第三章)
基因突变1、名词解释碱基置换突变（bas substitution）：一个碱基被另外一个碱基取代而造成的突变，分为转换和颠换两种类型。
转换(transition)：是指由嘌呤置换嘌呤或嘧啶置换嘧啶。
颠换(transversion) 是指嘌呤置换嘧啶或嘧啶置换嘌呤。
如碱基置换发生于编码多肽的区，则因可影响密码子而使转录、翻译遗传信息发生变化，因此可以出现一种氨基酸取代原有的某一种氨基酸。
也可能出现了终止密码而使多肽链合成中断，不能形成原有的蛋白质而完全失去某种生物学活性。
移码突变（frameshift mutation）：在正常的碱基序列中插入或减少一个或多个碱基，造成突变位点下游密码子的错读，此种突变产生氨基酸顺序完全改变了的蛋白质，一般无活性。
异义突变（missense mutation）：即错义突变，因碱基改变使相应氨基酸变化，进而使多肽失活或活性下降。
同义突变（samesense mutation）：突变后的密码子编码相同的氨基酸。
无义突变（nonsense mutation）：碱基改变使编码某一氨基酸的密码子变为终止密码子，使蛋白质合成中断，产生无活性的多肽。
抑制基因突变（suppressor mutation）：在DNA的不同位置上发生的第二次突变抑制了原来突变基因的表达，恢复野生型表型。
诱发突变(induced mutation)：人为施加物理化学诱变因子而导致的突变。
自发突变（spontaneous mutation）:指那些未经人工诱变处理原因不明的突变。
辐射的直接作用假说：又称为靶学说，认为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，整个过程就好像子弹击中靶子一样，导致发生直接的不同程度的原始损伤，细胞的修复系统对各类损伤进行修复，产生重排，最终导致基因突变或者染色体畸变。
辐射的间接作用假说：认为生物细胞中的分子经辐射作用先产生各种自由基，特别是细胞中存在的大量水分子在辐射作用下产生大量的过氧化氢，这些自由基团进一步与细胞内遗传物质反应，通过一系列生物化学反应造成染色体损伤。
质粒名词解释生物化学
质粒名词解释生物化学
质粒是一种环状或线性的DNA分子，在细胞质中自主复制的一种细胞器。
它
们通常存在于原核生物（如细菌）和真核生物（如酵母、植物和动物）的细胞内。
质粒可以携带多种基因，包括对细胞生存和繁殖有利的基因，如抗生素抗性基因和代谢途径基因等。
质粒通常是由几千个碱基对组成的DNA分子，具有自身的复制和表达机制。
质粒的复制一般是依赖于宿主细胞的DNA复制机制进行的，质粒复制时会形成新
的质粒拷贝，这些新质粒可以被传递给后代细胞。
质粒的存在对细胞具有重要的生物学意义。
首先，质粒可以作为基因工程的载体，用于在细胞内引入外源基因，实现基因的表达和功能研究。
其次，质粒在细菌的遗传进化和环境适应中扮演重要角色，通过携带不同的基因，细菌可以在不同的环境中生存和繁殖。
总的来说，质粒是细胞内的一种重要DNA分子，具有自主复制和传递的能力，对细胞的生存和遗传具有重要作用。
在生物学和基因工程研究中，质粒的研究和应用具有重要的意义。
《质粒和噬菌体》课件
根据质粒的用途可分为抗生素抗性基因质粒、代谢缺陷型质粒、温度敏感型质粒等 。
02
质粒的复制和传播
质粒的复制
自主复制
质粒能够独立于宿主染色体进行复制，并保持稳定的遗传特性。
复制起点
质粒复制起始于特定的DNA序列，称为复制起点或Ori。
复制酶
质粒复制需要特定的复制酶，这些酶能够识别并催化Ori序列，启动DNA复制。
自我复制
噬菌体在宿主细胞内复制 增殖，最终导致宿主细胞 裂解，释放出子代噬菌体 。
无独立生活能力
噬菌体没有独立的代谢和 能量转化能力，只能在宿 主细胞内才能进行正常的 生命活动。
噬菌体的种类
根据基因组的不同，噬菌体可以分为 DNA噬菌体和RNA噬菌体两大类。
根据形态的不同，噬菌体可以分为蝌 蚪形、微球形、丝形、棒形等不同类 型。
生物信息学研究
质粒和噬菌体的基因序列 可用于生物信息学分析， 研究基因组学、进化关系 等生物学问题。
THANKS
感谢观看
质粒复制和传播的机制
复制与传播的关联
质粒复制和传播机制密切相关， 复制酶在复制过程中也参与质粒
的传播。
接合作用
在转化过程中，质粒DNA通过细 菌的膜通道进入受体细胞，与受体 细胞染色体整合或独立复制。
重组与整合
在转导过程中，质粒DNA与噬菌体 DNA发生重组，通过噬菌体的感染 和整合酶的作用，将质粒DNA整合 到受体细胞染色体中。
04
噬菌体的复制和生命周期
噬菌体的复制周期
侵入
噬菌体通过融合、出芽或注入 等方式将遗传物质注入宿主细 胞内。
组装
新的噬菌体DNA与蛋白质外壳 结合，形成完整的噬菌体粒子 。
微生物遗传学 第三章PPT课件
❖ 互补测验的基本要求： 1. 能使2个突变型的基因同处1个细胞，形成二倍体
获局部合子。 2. 同处1个细胞的2个突变型的基因不可以重组。
可用于互补测验的系统
1. 沙门氏菌的流产转导 2. HFT中的杂基因子： gal - / dgal – 3. F’ 转导： lac - / F-lac 4. 异核体 5. 噬菌体的共感染
形成机制证明
二、T4噬菌体的基因重组
S.Benzer 对T4噬菌体的rIIA和 rIIB2个基因进行了 结构分析，证明1个基因内有大量的突变子和重组 子。遗传重组可以发生在基因内部。
S.Benzer实验：
E.Coli B
Wild type T4 +
T4rII
+
E.coli K + -
❖ S.Benzer 巧妙的利用野生型和突变型T4对 寄主的要求不同，设计了实验：
❖ 所有的反转录病毒RNA基因组和mRNA都具有相同 的5’端。在5’端形成cap结构:m7GpppGmp 。
❖ 初级转录本在3’端的R序列中含有加尾信号： AAUAAA,在3’端生成poly(A) 尾巴。
❖ 加工后的RNA转移到细胞质中，一些作为基因组 RNA，一些作为mRNA，翻译产生病毒所需的蛋白 质。
可以持续的表达。 ❖ LTR不但提供了整合所需的末端序列，而且也提供
了转录及转录后加工的信号。 ❖ 图3－30 ❖ 由原病毒DNA转录的RNA既可以作为mRNA进一步
合成病毒的蛋白质，也可以作为子代病毒的RNA基 因组。
2 转录后加工
❖ 反转录病毒RNA基因组以及大多数病毒mRNA并非 一次合成的，而是经由1个初级转录本加工而成。
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– 选择性抑制带有质粒的菌的生长。
– 2.原生质体消除法
• 使待消除质粒的菌株在一定条件下形成原生质体， 在再生后生长的菌株中可出现高频率质粒消除菌。
• 二、遗传转移
– 将质粒导入已经消除了该质粒的原宿主细胞，比较 导入前后表型性状的差异或恢复程度。
• 三、分子杂交
– 在初步确定某菌株可能含有质粒的情况下，利用已 知表型性状的基因片段作探针进行分子杂交，来检 测其菌株是否含有该种质粒。
第二节 质粒编码的遗传表型
• 大多数质粒均控制着宿主细胞的一种或几种特殊性状， 具有一定的表型，质粒可依据其表型不同可划分为以 下几类： – 1.致育质粒 – 2.抗药性质粒 • 组成：转移区和抗性决定子 • 抗药的机制：改变抗生素作用的靶点；修饰抗生 素；组织抗生素进入；产生一种酶能代替宿主细 胞中被抗生素作用的靶点。
• 二、质粒的复制
– 1.质粒复制的方式(P120)
• 质粒的复制起点称 为oriV,大肠杆菌为 oriC。
• 复制主要通过型复
制和滚环复制之一
进行。其中以型复
制为主（包括单向 和双向）。
• 质粒只编码一种或 少数几种与复制有 关的蛋白质，其他 复制蛋白都来自宿 主。
– 2.复制起点区oriV的 功能和pBR322质粒 • 复制起点区oriV 功能与质粒载体 的构建、寄主范 围
– 3.产生抗生素的质粒
• 细菌素：细菌产生的一般只能抑制或杀死种内不同 亚种或菌株中敏感细菌的特殊多肽类代谢产物。
• Col质粒：10种，有非接合型和接合型之分。 – 4.产生毒性的质粒(BT) – 5.降解质粒：
• 假单胞菌属是一类能广泛利用有机化合物进行生长 的细菌。其体内含有大量的降解质粒。
– 6.致病性质粒： • 根癌土壤农杆菌的Ti质粒；以及破伤风梭菌、肉毒 梭菌和大肠杆菌等都存在致病性质粒。
– 7. 共生固氮质粒 • 根瘤菌普遍喊有该类质粒。
• 包括共生质粒和非共生质粒，非共生质粒对共生作 用可有正或负的调节作用。
–酵母的2m质粒（p171） – 长为2m的6kb的环状双链DNA分子 – 位于酵母细胞核内，50~100拷贝 – 只携带与复制和重组有关的4 个基因，无遗传表 型
– 1976年Novick提出了质粒命名原则： • 质粒名称一般由三个英文字母及编号组成； • 第一个字母一律小写p表示（plasmid）
• 后两个字母要大写，可以采用发现者人名、实验室 名称、表型性状或其他特征的英文缩写。
• 编号为阿拉伯数字，用于区分同一类型的不同质粒。 (pUC18, pUC19等)
– 质粒上有两个600bp长的IR，被一个2.7kb区域和 一个2.3kb小区域所间隔
– 两个IR上都有一个专一重组位点(FRT)，经过重 组，可使质粒互变异构成A型和B型。
第三节 质粒的检测
• 检测质粒的方法主要根据质粒的（遗传学特性）和 （分子结构特性）。 – 遗传特性：独特的表型、转移、人为消除等。 – 分子结构：cccDNA和染色体相比对理化因子有更 强的抗性。
优选现代微生物遗传学第三章质粒
• 一、质粒的发现
– F质粒(1946年)，第一个被发现的质粒
– 20世纪50-70年代：抗性质粒的大量研究，以及其他 质粒的发现
– 20世纪70年代后，质粒广泛应用于遗传工程和分子 生物学研究中。
• 二、质粒的命名原则
– 最初发现的质粒由研究者根据表型、大小等特征自行 命名。(F因子、R质粒、Col质粒等)
• pBR322质粒：pMB1的ori和rop（ROP蛋白对质粒的复
制负调控）区；pSC101的tetr；Tn3的ampr。属中等拷 贝质粒，10~30个/细胞 • pUC类：高拷贝质粒（100~300个/细胞），也是pMB1
的ori，但是没有rop。
• 质粒的寄主范围和质粒的拷贝数均决定
于质粒的ori区域。
– 纯化和检测方法 • 琼脂糖凝胶电泳(质粒3种构型泳动速度不同，琼 脂糖浓度，EB染色，分子量的判断) • 氯化铯-EB密度梯度离心 • 电镜观察
第四节 质粒的复制与调节
• 一、质粒的大小和拷贝数 – 1.大小测定 • 表示方式：MD或kb，1MD的双链DNA≈1.65kb。 • 测定方法：电泳、电镜、测序。 • 大小范围：1~200kb，个别800~1000。 – 2.质粒的拷贝数 • 严紧型质粒(stringent plasmid)或低拷贝质粒； • 松弛型质粒(relaxed plasmid)或高拷贝质粒。（氯霉 素可抑制细胞分离，终止染色体复制，但松弛型质 粒可持续复制，其拷贝数可达到1000~3000）。
• 一、质粒消除（理化因子和生物学方法） – 理化因子消除法 • 消除剂：吖啶类，EB，某些抗生素，高温，UV等 • 如何判断某一遗传性状的丧失是质粒消除的结果还 是染色体基因突变的结果呢？
– 回复突变情况 – 突变率 • 理化因子消除质粒的作用机制： – 对质粒本身的复制和分离产生抑制作用，在生长
• 1.抑制物-靶位调控
• 依赖一小段反向转录的 RNA作为抑制物，通过它 与质粒DNA复制引物或编 码Rep蛋白（复制蛋白） 的mRNA的互补结合以阻 止质粒复制的起始。
– (1) ColE1质粒复制调控 （P122图5-7）
• 四、质粒的分离、检测与纯化
– 质粒分离方法：碱变性法
• 菌体的培养和收集
• 溶菌
• 碱变性处理
• 离心分离
• 有时为了快速提取质粒DNA，可以在提取液碱变性 后，用pH4.8的醋酸钠高盐缓冲液调节pH到中性， 这时染色体DNA不能复性而形成缠连的网状结构， 而即使变性的质粒可以恢复到原来的构型，再通过 离心，这样可以缩短提取质粒的时间。
三、质粒复制的调控
• 质粒的调控一般采用直接或间接的负调控机制。 • 负调控因子可是蛋白质、RNA或DNA重复序列。 • 调控类型可分两类：
– 抑制物-靶位调控(inhibitor-target regulation) – 重复子-竞争结合调控(iteron-binding regulation)