微生物學第六章教學課件第1頁，課件共43頁，創作于2023年2月重點和難點1，細菌的基因水平轉移方式；2，轉座，轉座子的類型及其遺傳效應。第2頁，課件共43頁，創作于2023年2月第3頁，課件共43頁，創作于2023年2月OswaldT.Averyandhiscolleaguesthensetouttodiscoverwhichconstituentintheheat-killedvirulentpneumococciwasresponsibleforGriffith’stransformation.Theseinvestigatorsselectivelydestroyedconstituentsinpurifiedextractsofvirulentpneumococci,usingenzymesthatwouldhydrolyzeDNA,RNA,orprotein.TransformationofthenonvirulentbacteriawasblockedonlyiftheDNAwasdestroyed,suggestingthatDNAwascarryingtheinformationrequiredfortransformation.Thepublicationofthesestudies

providedthefirstevidencethatGriffith’stransformingprinciplewasDNAandthereforethatDNAcarriedgeneticinformation.第4頁，課件共43頁，創作于2023年2月第5頁，課件共43頁，創作于2023年2月第6頁，課件共43頁，創作于2023年2月第7頁，課件共43頁，創作于2023年2月第8頁，課件共43頁，創作于2023年2月第9頁，課件共43頁，創作于2023年2月第10頁，課件共43頁，創作于2023年2月第11頁，課件共43頁，創作于2023年2月Genehorizotaltransfer(基因的水平轉移）目前來說，微生物的基因水平轉移方式主要有三種：轉化（transformation）；轉導（transduction)；和接合轉移（conjugation)。A,供體(donor)：提供DNA的細菌細胞；B,受體(recipient)：獲得DNA的細胞；C,供體基因進入受體細胞產生的結果：（1）暫時存在于受體細胞中，在細胞分裂過程中被丟失；（2）整合到受體細胞基因組中；（3）外源基因置換受體中的部分基因。第12頁，課件共43頁，創作于2023年2月DNATransformation（轉化）OnewayinwhichDNAcanmovebetweenbacteriaisthroughtransformation,discoveredbyFredGriffithin1928.TransformationistheuptakebyacellofanakedDNAmoleculeorfragmentfromthemediumandtheincorporationofthismoleculeintotherecipientchromosomeinaheritableform.InnaturaltransformationtheDNAcomesfromadonorbacterium.Theprocessisrandom,andanyportionofagenomemaybetransferredbetweenbacteria.第13頁，課件共43頁，創作于2023年2月轉化（transformation)：受體菌直接吸收供體菌的DNA片段而獲得后者部分遺傳性狀的現象。轉化子（transformant）:通過轉化方式而形成的雜種后代稱為轉化子。感受態（competence）:

受體細胞最易接受外源DNA片段并能實現轉化的一種生理狀態。DNATransformation（轉化）第14頁，課件共43頁，創作于2023年2月第15頁，課件共43頁，創作于2023年2月轉化過程第16頁，課件共43頁，創作于2023年2月Whenbacterialyse,theyreleaseconsiderableamountsofDNAintothesurroundingenvironment.Thesefragmentsmayberelativelylargeandcontainseveralgenes.Ifafragmentcontactsacompetent(感受態）cell,oneabletotakeupDNAandbetransformed,itcanbeboundtothecellandtakeninside.當細菌裂解后，它們向環境中釋放大量的DNA。其中的某些DNA片段相對比較大，含有多個基因。如果其中一個片段與感受態細胞接觸，后者就會與之結合，并將其轉移到細胞內。第17頁，課件共43頁，創作于2023年2月Thetransformationfrequencyofverycompetentcellsisaround10-3formostgenerawhenanexcessofDNAisused.Thatis,aboutonecellineverythousandwilltakeupandintegratethegene.Competencyisacomplexphenomenonandisdependentonseveralconditions.Genetransferbythisprocessoccursinsoilandmarineenvironmentsandmaybeanimportantrouteofgeneticexchangeinnature.第18頁，課件共43頁，創作于2023年2月Artificialtransformationiscarriedoutinthelaboratorybyavarietyoftechniques,includingtreatmentofthecellswithcalciumchloride,whichrenderstheirmembranesmorepermeabletoDNA.

Thisapproachsucceedsevenwithspeciesthatarenotnaturallycompetent,suchasE.coli.人們在實驗室可以通過多種技術制備感受態細胞，例如：使用CaCl2處理細胞，處理后的細胞對DNA的通透性增強。這種方法已經成功的應用于許多自然條件下非感受態的微生物，如大腸桿菌。第19頁，課件共43頁，創作于2023年2月第20頁，課件共43頁，創作于2023年2月Transduction（轉導）Transductionisthetransferofbacterialgenesbyviruses.Bacterialgenesareincorporatedintoaphagecapsidbecauseoferrorsmadeduringtheviruslifecycle.Theviruscontainingthesegenestheninjectsthemintoanotherbacterium,completingthetransfer.Transductionmaybethemostcommonmechanismforgeneexchangeandrecombinationinbacteria.Therearetwoverydifferentkindsoftransduction:generalizedtransduction(普遍性轉導）andspecializedtransduction（特異性轉導）.第21頁，課件共43頁，創作于2023年2月Transduction（轉導）第22頁，課件共43頁，創作于2023年2月Generalizedtransductionoccursduringthe

lyticcycleofvirulentandtemperatephagesandcantransferanypartofthebacterialgenome.Duringtheassemblystage,whentheviralchromosomesarepackagedintoproteincapsids,randomfragmentsofthepartiallydegradedbacterialchromosomealsomaybepackagedbymistake

（誤包）.

Thisphageisknownasageneralizedtransducingparticleorphageandissimplyacarrierofgeneticinformationfromtheoriginalbacteriumtoanothercell.第23頁，課件共43頁，創作于2023年2月完全普遍轉導第24頁，課件共43頁，創作于2023年2月第25頁，課件共43頁，創作于2023年2月Asintransformation,oncetheDNAhasbeeninjected,itmustbeincorporatedintotherecipientcell’schromosometopreservethetransferredgenes.TheDNAremainsdoublestrandedduringtransfer,andbothstrandsareintegratedintotheendogenote’sgenome.About70to90%ofthetransferredDNAisnotintegratedbutoftenisabletosurviveandexpressitself.Abortivetransductants（流產轉導子）arebacteriathatcontainthisnonintegrated,transducedDNAandarepartialdiploids.第26頁，課件共43頁，創作于2023年2月局限性轉導第27頁，課件共43頁，創作于2023年2月整合到細菌染色體的特定位點上宿主細胞發生溶源化溶源菌因誘導而發生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基因因偶爾發生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的

溫和噬菌體第28頁，課件共43頁，創作于2023年2月接合作用（conjugation）定義供體菌（雄性）通過性菌毛與受體菌（雌性）直接接觸，把質粒或其攜帶的不同長度的核基因片段傳遞給后者，使后者獲得若干新遺傳性狀的現象接合子（conjugant）通過接合而獲得新遺傳性狀的受體細胞

接合作用主要存在于細菌和放線菌中，在所有對象中，接合現象研究得最多，了解得最清楚的當推E.coli，其有性別分化，決定其性別的是細胞內的F質粒（F因子）第29頁，課件共43頁，創作于2023年2月1.F+×F-F+F-F+F-F+F+F+F+在F質粒的一條單鏈特定位點上產生裂口單鏈B單鏈A5ˊ端為先導滾環復制BBˊAAˊ第30頁，課件共43頁，創作于2023年2月E.coli的4種接合型菌株根據F質粒在細胞內的存在方式a.F+菌株b.F-菌株c.Hfr菌株d.Fˊ菌株接合過程“雄性”菌株，細胞內含F質粒，細胞表面有1至幾條性菌毛，F因子獨立存在“雌性”菌株，不含F因子，無性菌毛，可通過與F+或Fˊ菌株的接合作用接受F因子而變成F+菌株；高頻重組菌株，F因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。Hfr菌株內的F因子因不正常切割而脫離核染色體組時，可重新形成游離的但攜帶整合位點鄰近一小段核染色體基因的特殊F質粒，稱為F′因子。細胞表面同樣有性菌毛。第31頁，課件共43頁，創作于2023年2月第32頁，課件共43頁，創作于2023年2月第33頁，課件共43頁，創作于2023年2月溶源轉變（lysogenicconversion）正常溫和噬菌體感染其宿主而使其發生溶源化時，因噬菌體的基因整合到宿主的核基因組上，而使宿主獲得了除免疫性外新性狀的現象。表面上與上述的轉導相似，但本質上卻截然不同第34頁，課件共43頁，創作于2023年2月不同之處：

1、噬菌體為不攜帶任何外源基因的正常噬菌體；

2、是噬菌體的基因而不是供體菌的基因提供了宿主的新性狀；

3、噬菌體基因的整合到宿主染色體上導致宿主獲得新性狀，不是通過基因重組而形成的穩定轉導子；

4、宿主獲得新性狀具有不穩定性，隨噬菌體的消失而同時消失。第35頁，課件共43頁，創作于2023年2月項目溶源轉變轉導噬菌體正常噬菌體缺陷噬菌體外源基因來源無供體菌新性狀產生原因溶源化基因重組表型穩定性不穩定穩定（轉導子）溶源轉變與轉導的比較第36頁，課件共43頁，創作于2023年2月接合(conjugation)：細胞與細胞的直接接觸(由F因子介導)轉導(transduction)：由噬菌體介導轉化(transformation)：游離DNA分子+感受態細胞簡單比較第37頁，課件共43頁，創作于2023年2月TransposableElementsThechromosomesofbacteria,viruses,andeucaryoticcellscontainpiecesofDNAthatmovearoundthegenome.Suchmovementiscalledtransposition（轉座）.DNAsegmentsthatcarrythegenesrequiredforthisprocessandconsequentlymoveaboutchromosomesaretransposableelements（轉座因子）or

transposons（轉座子）.第38頁，課件共43頁，創作于2023年2月UnlikeotherprocessesthatreorganizeDNA,transpositiondoesnotrequireextensiveareasofhomologybetweenthetransposonanditsdestinationsite.Transposonsbehavesomewhatlikelysogenicprophagesexceptthattheyoriginateinonechromosomallocationandcanmovetoadifferentlocationinthesamechromosome.Transposableelementsdifferfromphagesinlackingaviruslifecycleandfromplasmidsinbeingunabletoreproduceautonomouslyandtoexistapartfromthechromosome.第39頁，課件共43頁，創作于2023年2月Theywerefirstdiscoveredinthe1940sbyBarbaraMcClintockduringherstudiesonmaizegenetics(adiscove