第六章微生物的遺傳與變異概述第一節微生物遺傳的機制第二節微生物的變異第三節微生物的遺傳與變異理論及實踐意義第六章微生物的遺傳與變異概述Chapter6

MicrobialHeredity&VariationIntroductionMechanismofMicrobialHeredityMicrobialVariationTheories&PracticalapplicationofMicrobialHeredity&VariationChapter6

MicrobialHeredity&概述性狀——基因遺傳變異遺傳/變異自身矛盾——生物性狀相對穩定發展進化微生物——生物（特殊與一般）轉導致育因子

概述性狀——基因遺傳變異IntroductionGenotypeandPhenotypeHeredityandVariation(Mutation)MicroorganismsandOrganisms(specialandcommoncharacteristics)TransductionFfactorIntroductionGenotypeandPhe第一節微生物遺傳的機制一、遺傳的物質基礎：性狀——基因——染色體上能導致產生特定肽鏈的一段DNA—DNA。二、基因的傳遞：基因位于染色體上細菌—原核—DNA真核—核蛋白（組蛋白）第一節微生物遺傳的機制一、遺傳的物質基礎：

（一）

DNA的結構：

DNA核苷酸單體—酸+

堿基A（腺嘌呤）T（胸腺嘧啶）

C（胞嘧啶）G（鳥嘌呤）

兩條核苷酸鏈聚核苷酸（多）堿基在內——兩鏈上堿基互補配對

A—T（U）G—C

脫氧核糖、磷酸向外氫鍵相連（一）

DNA的結構：第六章微生物的遺傳與變異課件講義第六章微生物的遺傳與變異課件講義第六章微生物的遺傳與變異課件講義1.MechanismofMicrobialHeredityA.MaterialBasisofGenetics

Gene---alengthofDNA,whichdeterminesaspecificpeptide/protein,onthechromosomeB.FlowofGeneticInformation

B1.StructureofDeoxyriboucleicAcid(DNA)

(Seenextslide)Basebase-pairdoublehelix1.MechanismofMicrobialHereStructureofDNAStructureofDNA

StructureofGeneStructureofGene第一節微生物遺傳的機制（二）DNA的復制氫鍵斷裂，兩鏈分開各以核苷酸鏈為模板，按堿基配對原則，在DNA聚合酶作用下，由一個DNA分子復制成兩個結構相同的DNA分子。復制的DNA分子，各由一新舊鏈組成的雙螺旋結構。第一節微生物遺傳的機制（二）DNA的復制MechanismofMicrobialHeredityB2.ReplicationofDNADNApolymerase(DNA-pol)Hemi-conservativereplicationreplicationforkB3.Gene&GeneticExpressionDNAmRNAproteinTranscription

Translation

MechanismofMicrobialHeredit第六章微生物的遺傳與變異課件講義第六章微生物的遺傳與變異課件講義DNAReplicationDNA（三）基因與性狀遺傳堿基順序——基因（DNA的片斷）堿基順序基因氨基酸性狀①性狀的遺傳②遺傳信息的轉達③即親代基因的子代表現④堿基順序的轉錄過程（復制過程）

（三）基因與性狀遺傳Figure.Reversegenetics.Top,genestructureofFASCIATA1withexonsinblueandintronsinyellow.ReddenotesabacterialT-DNAthathasinsertedintothegene.Bottom,mutantslackingthewild-typeFAS1genehavealtereddevelopment.

Figure.Reversegenetics.Top第一節微生物遺傳的機制（3）（一）轉錄

mRNA聚合酶

DNAmRNA第一節微生物遺傳的機制（3）第六章微生物的遺傳與變異課件講義

通過轉錄，DNA的堿基序列按互補配對的原則轉變成RNA分子中的相應堿基序列。然后，再以mRNA為模板，按照其堿基(A、G、C、U)的排列順序，以三個相鄰堿基序列為一種氨基酸的密碼子形式，來決定蛋白質合成時氨基酸的序列。這一過程稱為翻譯(translation)。通過轉錄，DNA的堿基序列按互補配對的原則轉變成RNTranslationTranslationMechanismofMicrobialHeredity(3)Retro-transcriptionofRNAviruses:RNADNA

mRNA

PeptideMechanismofMicrobialHeredit第二節微生物的變異現象（1）一、常見的微生物變異現象（一）形態上的變異青霉素使正常變多形（二）結構上（抗原性）的變異：莢膜：（炭疽、肺炎球菌、莢膜抗原消失，致病性改變）鞭毛：H——Ohnehauch

膜無膜鞭毛無鞭毛鞭毛抗原菌體抗原芽胞：成芽胞菌——無芽胞菌（三）毒力上的改變長期非最佳溫度，非易感動物第二節微生物的變異現象（1）一、常見的微生物變異現象Mutationsareinheritablechangesinthebasesequenceofnucleicacid--thegeneticmaterial.Anorganismwiththesechangesiscalledamutant.Geneticrecombinationistheprocesswheregenesfromtwogenomesarecombinedtogether.Amutantwillbedifferentfromitsparent,itsgenotypeorgeneticmakeuphasbeenaltered.MutationsareinheritablechanAsix-leggedgreenfrog.PropertyAccessor/MutatorAsix-leggedgreenfrog.Prope第六章微生物的遺傳與變異課件講義2.MicrobialVariation(1)A.MorphologicalVariatione.g.penicillincaninducethischangeB.StructuralVariationCapsuleOuter-membraneFlagellaSporeC.VirulenceVariation2.MicrobialVariation(1)A.M第二節微生物的變異現象（四）代謝上的變異1．營養缺陷型的變異：能全面合成氨基酸——不能合成某一氨基酸可作為研究遺傳的一個良好機會2．抗藥性變異①競爭②改變代謝途徑（五）菌落變異：細菌從S——R病毒的蝕斑大小第二節微生物的變異現象（四）代謝上的變異MicrobialVariation(2)D.MetabolicVariationD1.D2.DrugresistanceD2.1competitionD2.2alternationinmetabolicpathwayE.ColonialVariationBacteria:smoothrough(S-Rvariation)Viruses:sizeofplaqueMicrobialVariation(2)D.Meta第三節微生物遺傳變異的機制

微生物變異的機制一．非遺傳性變異：由于外界環境不同而引起，基因無改變炭疽桿菌RS

普通瓊脂厭氧、富含血清或血液培養基第三節微生物遺傳變異的機制微生物變異的機制二．遺傳性變異：由于基因發生了改變、引起了相應的性狀改變，從而發生可遺傳性變異即突變。（一）基因突變

1.自發突變由于細菌個體基因內部結構發生了細微變化。自然界經常發生10—4—10—9（十億）

2.誘發變異指在細菌的環境中加入理化因素而誘導細菌發生突變。突變的原因在于堿基的增加、缺失、變位、重組。二．遺傳性變異：由于基因發生了改變、引起了相應的性狀改變，從3.MechanismofMicrobialVariationA.Non-geneticVariationcausedbycircumstancese.g.Bacillusanthracis:S-RvariationB.GeneticVariation

causedbychangesingenes,soitishereditary.B1.GeneMutationB1.1SpontaneousmutationB1.2Inducedmutation3.MechanismofMicrobialVarNon-geneticVariationcausedbycircumstancesNon-geneticVariationSpontaneousmutationSpontaneousmutationInducedmutationInducedmutation第三節微生物遺傳變異的機制（2）

（二）基因重組可見于無性繁殖或有性繁殖。

1.轉化：外來細菌DNA的插入。

2.轉導：病毒（噬菌體）DNA的插入。簡單插入全部插入——單交換加缺失插入部分插入——雙交換這種以噬菌體為媒介，使細菌的遺傳物質從一個細菌轉移到另一個細菌的過程稱為轉導，該噬菌體稱轉導噬菌體。第三節微生物遺傳變異的機制（2）（二）基因重組MechanismofMicrobialVariation(2)B2.GeneticRecombination

(Seeninsexualorasexualmultiplication).B2.1TransformationInsertionofforeignbacterialDNA.B2.2TransductionInsertionofviral(phage)DNA.Generaltransduction,RestrictedtransductionMechanismofMicrobialVariatGeneticRecombinationGeneticRecombinationTransformationTransformationTransductionTransduction第三節微生物遺傳變異的機制（3）3.接合：有性遺傳霉菌：兩性孢子結合，甚因重組。細菌：雄性菌（F+）將一段DNA轉移給雌性菌（F—）。可位于染色體外——質粒致育因子也可為細菌染色體的一部分（高頻重組細菌、大腸桿菌）除致育因子外還有一些DNA片斷和受精因子結合導致細菌的抗藥性遺傳。（抗藥性因子）受精子因子、抗藥性可致移因子染色體外的DNA質粒（游離基因）

4.誤譯：第三節微生物遺傳變異的機制（3）3.接合：MechanismofMicrobialVariation(3)B2.3ConjugationSexual,hereditaryMoulds:sporecombinationBacteria:bymeansofF,RandColplasmidsResistancefactorResistancetransferfactorB2.4MistakentranslationMechanismofMicrobialVariat第四節人工定向變異的方法及應用(1)一、基因圖譜與遺傳工程把表示不同性狀的各個基因在染色體上的位置用圖示的方法表示出來即~。人為地改變染色體上基因位置的方法稱基因工程。人胰島素制造基因+大腸桿菌DNA。連接酶內切酶制造胰島素的大腸桿菌。第四節人工定向變異的方法及應用(1)一、基因圖譜與遺傳工程二、人工獲得變異品系的方法

（一）篩選——從自然變異中挑選出所需要的變異株。黃綠色強熒光——強毒出敗巴氏桿菌。無色（伊紅美蘭培養基）不發酵大腸桿菌。物理——紫外線、同位素、激素、高溫。二、人工獲得變異品系的方法4.MethodsandApplicationsofArtificialVariation(1)A.GenomicMapping&GeneticEngineeringGenomicMapping－methodoflocatinggenesthatdecidedifferentphenotypesonthechromosomebymeansofadiagram.4.MethodsandApplicationsofA:STSmapindicatingwhichcosmidswereusedintheexperiment.STSsarerepresentedasverticalticksseparatedbyanarbitrarydistance.Therelativeorientationofthecontigswasunknown.B:Imagesofrepresentativehybridizationsofpairsofcosmids.Barindicates10microns,i.e.20kb.C:Finalmap.

A:STSmapindicatingwhichcoAffymetrixGeneChipanalysisofTRPM8expressionindifferentcelllines.PMQvaluesofTRPM8mRNAexpressionin30celllinesdivedfromsixdifferenttissuesincludingprostate,bladder,colon,mammarygland,lungandpancreas.AffymetrixGeneChipanalysisoGeneticEngineering－methodsofartificiallychangethepositionofgenesonthechromosomee.g.insulingeneligaseinsulingeneinE.coli

+restrictionnuclease

E.coligenomeGeneticEngineering－methodsof第四節人工定向變異的方法及應用(2)（二）人工誘變化學——5--溴尿嘧啶生物——多代人工培養、非易感動物化學誘變的原理

1．改變堿基配對順序：5—溴尿嘧啶

T—AATG甲硫氨酸替代（5--Ubrr）

Ubr—A

復制ACG蘇氨酸

Ubr—G

轉錄

C—G第四節人工定向變異的方法及應用(2)（二）人工誘變MethodsandApplicationsofArtificialVariation(2)B.HowtoAcquireArtificiallyVariants?B1.Screening---neededisolatesselectedfromnaturalvariantsB2.ArtificialInduction---chemicalmethods---biologicalmethodsB3.HybridBreedingB4.GeneticEngineeringMethodsandApplicationsofAr第四節人工定向變異的方法及應用(3)2．改變堿基結構：腺嘌呤（A）次黃膘嶺（H）胞嘧啶（C）脲嘧啶（V）（三）雜交育種（四）基因工程第四節人工定向變異的方法及應用(3)2．改變堿基結構：MethodsandApplicationsofArtificialVariation(3)TheoryofChemicalMutation1)．ChangeinBase-pair：MethodsandApplicationsofAr2).Changeinbasestructure

Subsequentmutationononestrandofahelixtomaintainstructurefollowinginitialmutationofacomplementarybase.2).ChangeinbasestructureS第五節微生物的遺傳與變異理論及實踐意義

遺傳信息——DNA、RNA——核苷酸現代遺傳變異的研究生物學遺傳變異——從微生物突破——再利用于生物變異認識核苷酸的堿基結構以來，有關基因工程從兩方面作工作，人為地改變染色體上基因位置——基因工程

1．分離出天然基因加入現有生物體的染色體中

2．利用誘變、增加變異率工業上高產、醫學上低毒、良好抗原性、農業上高產或含特殊成分。第五節微生物的遺傳與變異理論及實踐意義遺傳信息——Thanks!制作人：李新生Thanks!制作人：李新生

第六章微生物的遺傳與變異概述第一節微生物遺傳的機制第二節微生物的變異第三節微生物的遺傳與變異理論及實踐意義第六章微生物的遺傳與變異概述Chapter6

MicrobialHeredity&VariationIntroductionMechanismofMicrobialHeredityMicrobialVariationTheories&PracticalapplicationofMicrobialHeredity&VariationChapter6

MicrobialHeredity&概述性狀——基因遺傳變異遺傳/變異自身矛盾——生物性狀相對穩定發展進化微生物——生物（特殊與一般）轉導致育因子

概述性狀——基因遺傳變異IntroductionGenotypeandPhenotypeHeredityandVariation(Mutation)MicroorganismsandOrganisms(specialandcommoncharacteristics)TransductionFfactorIntroductionGenotypeandPhe第一節微生物遺傳的機制一、遺傳的物質基礎：性狀——基因——染色體上能導致產生特定肽鏈的一段DNA—DNA。二、基因的傳遞：基因位于染色體上細菌—原核—DNA真核—核蛋白（組蛋白）第一節微生物遺傳的機制一、遺傳的物質基礎：

（一）

DNA的結構：

DNA核苷酸單體—酸+

堿基A（腺嘌呤）T（胸腺嘧啶）

C（胞嘧啶）G（鳥嘌呤）

兩條核苷酸鏈聚核苷酸（多）堿基在內——兩鏈上堿基互補配對

A—T（U）G—C

脫氧核糖、磷酸向外氫鍵相連（一）

DNA的結構：第六章微生物的遺傳與變異課件講義第六章微生物的遺傳與變異課件講義第六章微生物的遺傳與變異課件講義1.MechanismofMicrobialHeredityA.MaterialBasisofGenetics

Gene---alengthofDNA,whichdeterminesaspecificpeptide/protein,onthechromosomeB.FlowofGeneticInformation

B1.StructureofDeoxyriboucleicAcid(DNA)

(Seenextslide)Basebase-pairdoublehelix1.MechanismofMicrobialHereStructureofDNAStructureofDNA

StructureofGeneStructureofGene第一節微生物遺傳的機制（二）DNA的復制氫鍵斷裂，兩鏈分開各以核苷酸鏈為模板，按堿基配對原則，在DNA聚合酶作用下，由一個DNA分子復制成兩個結構相同的DNA分子。復制的DNA分子，各由一新舊鏈組成的雙螺旋結構。第一節微生物遺傳的機制（二）DNA的復制MechanismofMicrobialHeredityB2.ReplicationofDNADNApolymerase(DNA-pol)Hemi-conservativereplicationreplicationforkB3.Gene&GeneticExpressionDNAmRNAproteinTranscription

Translation

MechanismofMicrobialHeredit第六章微生物的遺傳與變異課件講義第六章微生物的遺傳與變異課件講義DNAReplicationDNA（三）基因與性狀遺傳堿基順序——基因（DNA的片斷）堿基順序基因氨基酸性狀①性狀的遺傳②遺傳信息的轉達③即親代基因的子代表現④堿基順序的轉錄過程（復制過程）

（三）基因與性狀遺傳Figure.Reversegenetics.Top,genestructureofFASCIATA1withexonsinblueandintronsinyellow.ReddenotesabacterialT-DNAthathasinsertedintothegene.Bottom,mutantslackingthewild-typeFAS1genehavealtereddevelopment.

Figure.Reversegenetics.Top第一節微生物遺傳的機制（3）（一）轉錄

mRNA聚合酶

DNAmRNA第一節微生物遺傳的機制（3）第六章微生物的遺傳與變異課件講義

通過轉錄，DNA的堿基序列按互補配對的原則轉變成RNA分子中的相應堿基序列。然后，再以mRNA為模板，按照其堿基(A、G、C、U)的排列順序，以三個相鄰堿基序列為一種氨基酸的密碼子形式，來決定蛋白質合成時氨基酸的序列。這一過程稱為翻譯(translation)。通過轉錄，DNA的堿基序列按互補配對的原則轉變成RNTranslationTranslationMechanismofMicrobialHeredity(3)Retro-transcriptionofRNAviruses:RNADNA

mRNA

PeptideMechanismofMicrobialHeredit第二節微生物的變異現象（1）一、常見的微生物變異現象（一）形態上的變異青霉素使正常變多形（二）結構上（抗原性）的變異：莢膜：（炭疽、肺炎球菌、莢膜抗原消失，致病性改變）鞭毛：H——Ohnehauch

膜無膜鞭毛無鞭毛鞭毛抗原菌體抗原芽胞：成芽胞菌——無芽胞菌（三）毒力上的改變長期非最佳溫度，非易感動物第二節微生物的變異現象（1）一、常見的微生物變異現象Mutationsareinheritablechangesinthebasesequenceofnucleicacid--thegeneticmaterial.Anorganismwiththesechangesiscalledamutant.Geneticrecombinationistheprocesswheregenesfromtwogenomesarecombinedtogether.Amutantwillbedifferentfromitsparent,itsgenotypeorgeneticmakeuphasbeenaltered.MutationsareinheritablechanAsix-leggedgreenfrog.PropertyAccessor/MutatorAsix-leggedgreenfrog.Prope第六章微生物的遺傳與變異課件講義2.MicrobialVariation(1)A.MorphologicalVariatione.g.penicillincaninducethischangeB.StructuralVariationCapsuleOuter-membraneFlagellaSporeC.VirulenceVariation2.MicrobialVariation(1)A.M第二節微生物的變異現象（四）代謝上的變異1．營養缺陷型的變異：能全面合成氨基酸——不能合成某一氨基酸可作為研究遺傳的一個良好機會2．抗藥性變異①競爭②改變代謝途徑（五）菌落變異：細菌從S——R病毒的蝕斑大小第二節微生物的變異現象（四）代謝上的變異MicrobialVariation(2)D.MetabolicVariationD1.D2.DrugresistanceD2.1competitionD2.2alternationinmetabolicpathwayE.ColonialVariationBacteria:smoothrough(S-Rvariation)Viruses:sizeofplaqueMicrobialVariation(2)D.Meta第三節微生物遺傳變異的機制

微生物變異的機制一．非遺傳性變異：由于外界環境不同而引起，基因無改變炭疽桿菌RS

普通瓊脂厭氧、富含血清或血液培養基第三節微生物遺傳變異的機制微生物變異的機制二．遺傳性變異：由于基因發生了改變、引起了相應的性狀改變，從而發生可遺傳性變異即突變。（一）基因突變

1.自發突變由于細菌個體基因內部結構發生了細微變化。自然界經常發生10—4—10—9（十億）

2.誘發變異指在細菌的環境中加入理化因素而誘導細菌發生突變。突變的原因在于堿基的增加、缺失、變位、重組。二．遺傳性變異：由于基因發生了改變、引起了相應的性狀改變，從3.MechanismofMicrobialVariationA.Non-geneticVariationcausedbycircumstancese.g.Bacillusanthracis:S-RvariationB.GeneticVariation

causedbychangesingenes,soitishereditary.B1.GeneMutationB1.1SpontaneousmutationB1.2Inducedmutation3.MechanismofMicrobialVarNon-geneticVariationcausedbycircumstancesNon-geneticVariationSpontaneousmutationSpontaneousmutationInducedmutationInducedmutation第三節微生物遺傳變異的機制（2）

（二）基因重組可見于無性繁殖或有性繁殖。

1.轉化：外來細菌DNA的插入。

2.轉導：病毒（噬菌體）DNA的插入。簡單插入全部插入——單交換加缺失插入部分插入——雙交換這種以噬菌體為媒介，使細菌的遺傳物質從一個細菌轉移到另一個細菌的過程稱為轉導，該噬菌體稱轉導噬菌體。第三節微生物遺傳變異的機制（2）（二）基因重組MechanismofMicrobialVariation(2)B2.GeneticRecombination

(Seeninsexualorasexualmultiplication).B2.1TransformationInsertionofforeignbacterialDNA.B2.2TransductionInsertionofviral(phage)DNA.Generaltransduction,RestrictedtransductionMechanismofMicrobialVariatGeneticRecombinationGeneticRecombinationTransformationTransformationTransductionTransduction第三節微生物遺傳變異的機制（3）3.接合：有性遺傳霉菌：兩性孢子結合，甚因重組。細菌：雄性菌（F+）將一段DNA轉移給雌性菌（F—）。可位于染色體外——質粒致育因子也可為細菌染色體的一部分（高頻重組細菌、大腸桿菌）除致育因子外還有一些DNA片斷和受精因子結合導致細菌的抗藥性遺傳。（抗藥性因子）受精子因子、抗藥性可致移因子染色體外的DNA質粒（游離基因）

4.誤譯：第三節微生物遺傳變異的機制（3）3.接合：MechanismofMicrobialVariation(3)B2.3ConjugationSexual,hereditaryMoulds:sporecombinationBacteria:bymeansofF,RandColplasmidsResistancefactorResistancetransferfactorB2.4MistakentranslationMechanismofMicrobialVariat第四節人工定向變異的方法及應用(1)一、基因圖譜與遺傳工程把表示不同性狀的各個基因在染色體上的位置用圖示的方法表示出來即~。人為地改變染色體上基因位置的方法稱基因工程。人胰島素制造基因+大腸桿菌DNA。連接酶內切酶制造胰島素的大腸桿菌。第四節人工定向變異的方法及應用(1)一、基因圖譜與遺傳工程二、人工獲得變異品系的方法

（一）篩選——從自然變異中挑選出所需要的變異株。黃綠色強熒光——強毒出敗巴氏桿菌。無色（伊紅美蘭培養基）不發酵大腸桿菌。物理——紫外線、同位素、激素、高溫。二、人工獲得變異品系的方法4.MethodsandApplicationsofArtificialVariation(1)A.GenomicMapping&GeneticEngineeringGenomicMapping－methodoflocatinggenesthatdecidedifferentphenotypesonthechromosomebymeansofadiagram.4.MethodsandApplicationsofA:STSmapindicatingwhichcosmidswereusedintheexperiment.STSsarerepresentedasverticalticksseparatedbyanarbitrarydistance.Therelativeorientationofthecontigswasunknown.B:Imagesofrepresentativehybridizationsofpairsofcosmids.Barindicates10microns,i.e.20kb.C:Finalmap.

A:STSmapindicatingwhichcoAffymetrixGeneChipanalysisofTRPM8expressionindifferentcelllines.PMQvaluesofTRPM8mRNAexp