第7章微生物遗传 重点、难点剖析 1.证实DNA和RNA是遗传物质的微生物学实验剖析 (I)分析Gh转化实验的结果，其可能的原因：①注入小鼠体内的致病性SⅢ型南可 能没有被杀死，其“复活”现象是残存者所为，这一点可通过注入小鼠体内前的灭活实证， 得到否定。②注入小鼠体内的R型发生了回有突所致，这里桃及到：验诗补的亚率性问 题，Gh的实验中所用的加热致死的s型菌株是S血清型：同时注入鼠体内的R型是 由S血清型突变而米，所以这种R型的回复突变应为S型，即从死鼠中“复活”的应 是S引型，但事实是从死鼠中分离得到的是SⅡ型，所以也不可能是因回复突变所致。③ 遗传物质的转化，在小鼠体内，加热杀死的$Ⅲ型菌的遗传物质通过转化进入到活的本无 致病的R利细胸内，使后者获得了SⅡ型致病性因子而使其遗传表利发生改变，成为S 型所具备的致病性和光滑型表型.G称这种遗传物质为转化因子虽然当时G 并不知道转化因子本质是什么，但他首次发现了细菌间的转化现象，为后米Avy等人确立 DNA为遗传物质奠定了基础 (2)Avy等人的实验证据：通过分别选择性的降解SI细胞抽提物中的DNA,RNA和 蛋白质，井分别与无毒的R型细胞混合.观察转化现象的发生，结果发现只有DNA被原解 而造到破坏的抽提物无转化作用，证实了Gih的转化因子是DNA,并且其转化效果随若 DNA纯度和浓度增加而提高，这是证实遗传物质是DNA而不是蛋白质的第 实验证提 (3)A1i等人的T,噬菌体感染实验：用S和P分别标记T,噬菌体的蛋白质外壳利 DNA,并分别感染宿主细胞，结果发现只有DNA进入细胞，蛋白质外壳留在胞外，但获得 的子代噬菌体却具有同样的蛋白质外壳和亲代的全部遗传学特征，证实DNA携带有T,的全 部遗传信息」 (4对只 RN和蛋白质组成的生物如烟草花叶病毒)的研究也证实遗传物质不是蛋白 质而是RNA,因此核酸(DNA或RNA)是遗传物质的基础在20世纪50年代已成了定论。 2.阮病毒(Pion)不是遗传信总载体.20世纪80年代证实朊病毒是一种不含DNA或RNA 但具有传染性的致病因子，可以在受感染的宿主的细胞内产生与自身相同的分子（复制）， 因此“蛋白质不是遗传物质”的定论似乎装上一些阴影。但讲一步研究证实：(1)阮病毒仍 然是由基因编码产生 一种正常蛋白质(PP)的两种异构体PP和PP2)PP“存在于剂 变组织中，在细胞内并不能自我复制，而是将细胞内基因编码产生的PP转变为PP, 生更多的PrP 3.某因组（心om是指存在于细形胞或病毒中的所有基因。细制在一般情况下是一套某因 即单倍体(hoploid):真核微生物通常是有二套基因又称二倍体(diploid)。基因组通常是指全 部一在其因。由干围在发围许多非编码序列且右重要的功能，因此，目前其因组的令义实 上是指细胞中基因以及非基因的DNA序列组成的总称，包括编码蛋白质的结构基因 调 予列以及目前功能还尚不清楚的DNA序列。 4.大肠杆菌的基因组为双链环状的DNA分子，全序列测定于1997年由Wisconsin大 学的Blattner等人完成，其基因组结构特点如下：遗传信息的连续性，功能相关的结构基因 组成操纵子结构，结物基因的单楼贝及RNA基因的多桃贝，基因组的重复序列少而短
9第8章微生物遗传 5.啤酒酵母的基因组。1996年，由欧洲、美国、加拿大和日本共96个实验室的633 位科学家的艰苦努力完成了全基因组的测序工作，这是第一个完成测序的真核生物基因组。 该基因大小为 5-10P,分布在16个不连续的染色体中。酵母茵基因组最显著的特 是高度重复，称之为遗传 (Genentic redundancy). 6.詹氏甲烷球菌的基因组。l996年由关国基因组研究所(The Institute for Genomie Research,.简称TIGR)和其他5个单位共40人联合完成了该菌的基因组全测序工作。这是 完成的第一个古生黄和自养型牛物的基因组序列。基因组在结构上类似于细黄。但是负责信 息传递功能的基因（复制 转录和翻译)则类似于真核生物 质粒和转座因子都是细胞中除染色体以外的另外两类遗传因子。前者是一种独立于 染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中，是DNA重 组技术的主要载体，通常以共价闭合环状(covalently closed cirele,简称CCC)的超螺旋双链 DNA分子存在于细胞中，但从细胞中分离的质拉大多是3种构型.即CCC型、OC型<0e :后者是位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA 序列，广泛分布于原核和真核细胞中，原核生物中的转座因子有3种类型 插入顺序 sequence,IS转座子(transposon,Tn)和某些特殊病毒（如Mu、D108)。转座因子广泛用于 产生插入突变，井具有生物进化上的重要意义。 8.基因突变。是指一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，包括一对或少数几 付城基的缺失、插入或罗撞，而导致的遗传化称为基因突变： tion 其发生变化 的范国很小，所以又称点突变印 变是重要 的生物学现象 它是一切生物变化的根源，连同基因转移、重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。也 是我们用来获得优良菊株的重要途径之 9.DNA损伤的修复和基因突变有着密切的关系，当DNA的某一位置的结构发生改变（称 为前突)时，并不意味若一定会产生突变，因为细胞内存在一系列的修复系统，能清除或红 正不正常的DNA分子结构和损伤，从而阻止突变的发生，因此，前突可以通过DNA复制 而成为真正的突变 也可以重新变为原来的结构，这取决于修复作用和其他多种因 10.不经诱变剂处理而自然发生的突变称自发突变。有如下特性：(1)非对应性，突变的 发生与环境因子无对应性。不过近年米也有人提出突变具有对应性，即定向或适应性突变的 例子。(2)稀有性，突变率很低，一般在10一10，(3)规律性。4)独立性。(5)遗传和回复 性。 (6可诱变性。 通过各种化学、物理和生物因子处理而获得的突变称为诱发突变。诱变只是提高实 变率， 并非产生新的突变 12,能使突变率提高到自发突变率水平以上的物理、化学和生物因子称为诱变剂。现已 发现许多化学诱变剂能够引起动物和人的癌症，因此，利用细菌突变来检测环境中存在的致 癌物质是一种简便、快速、灵敏的方法。该方法是由美国加利福尼亚大学的As教授首先 发明，因此又称Ames试验 13.细胞在DA复制过程中会出现差错 细菌细胞具有校正和修复功能，除了DNA 聚合酶的纠错功能外，还有比较复杂的修复系统，主要有：光复活作用，切除修复，重组修 复，$0S修复。 14.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。井通过基因的重断组合 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，因此基因的转移和交换是普存在的，是生物进化的重要 力之
9第8章微生物遗传 15.1946年由Joshua lederberg和Edwardl.Tarm诵过使用细的多重营养缺路型（瞬 免回复突变的干扰)，进行的杂交实验证实了两菌株之间可发生遗传交换和重组。Davs的“u'” 型管实验证实了Lederberg等观察到的重组现象是需要细胞的直接接触的，故又称之为接合 作用。但用两株具不同的多重营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌进行类似的实验的时候 他们 然又一次成功地证实了该菌中存在的重组现象，但当他们沿若发现接合作用的思路继续用 “”型管进行同样的实验时，惊奇地发现：在给体和受体细胞不接触的情况下，同样出现 原养型细菌。这一“反常”的结果使他们发现了普向性转导这一重要的基因转移途径，这是 一个表面看起来的常研究知导致一个位奇和斗分重要发的重要例证之 16.在F F的接合作用中，是F因 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，Hf×F广杂交中，F 因子的先导区结合若染色体DNA向受体细胞转移，F因子除先导区以外，其余绝大部分是 处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中，故H X一杂交后的受体细胞或接合子仍然是F一。F”XF一的杂交与F×P一不同的是给体的部分 染色体基因随F'一起转入受体细 ,并且不需要整合就可以表达 、实际上是形成一种部分 二倍体，此时的受体细胞也就变成了℉'。细胞基因的这种转移过程又常称为性导 (sexduetion). 17.遗传转化。根据感受态建立方式，可以分为自然遗传转化和人工转化，前者感受态 的出现是细胞一定生长阶段的生理特性：后者测是通过人为诱导的方法。使细胞具有摄取 JA的能力，或人为地将DNA导入细胞内 18.自然转化的第 步是受体细胞要处于感受态，即能从周围环境中吸取DA的一利 生理状态，然后是DNA在细胞表面的结合和进入，进入细胞内的DNA分子一般以单链形 式整合进染色体DNA,并获得遗传特性的表达。这一系列过程涉及到细菌染色体上10多个 基因编码的功能。自然转化广泛存在于自然界，可能是自然界进行基因交换的重要途径，如 图81所示。 营养 裂娜 燕外DNA 降解 件体细胞 细胞接触转化 异源DNA 限制作用 营养 图8一1水和陆地环墙中通讨游离DNA进行的基因转移（转化 19.人工转化是在实验室中用多种不同的技术完成的转化，包括用CaC处理细胞，电 穿孔等。为许多不具有自然转化能力的细菌（如大肠杆菌）提供了一条获取外源DA的途径， 也是基因工程的基础技术之一
100第8章微生物速传 20,细茵基因转移的3种方式（接合、转导、转化）都可以用来进行作图。因用接合作用（中 断杂交作图缺三高度的分解力。不德用干相隔很近的基闲的定帝，所以完整的贵传图兽是 用几种作图技术绘制的。通常是将中断杂交数据和共转导、共转化研究结合起来，后者可对 十分邻近的基因进行更精确的定位。日前对大肠杆菌的染色体己定位了1000多个基因 21.虽然我们可以从绘制的遗传图谱中获得某些信息，但大量认识还必须通过用其基因 组的实际的核苷酸序列来与微生物的遗传图谱进行比较而获得。主要采用一种称之为“全基 易a作视打断议天的方法米进标·简达加下声诚 、基 大小或更小，这些片段与质粒载体结合，产 生质粒克降文库，(2)制备这些克隆和提纯DNA以后，数干个细菌DNA片段被自动测序， 通常是用特殊的染料标记引物。这个程序的特点是几乎基因组的所有片段都被测序几次，以 增加最后结果的精确性。(3)用专门的计算机程序将已测序的DNA片段通过片段之间核苷酸 字列重叠的比较，将其装配成比较长的DNA序列。如果这些序列在其末端重叠或有相同的 末端)，那么两个片段连在一起形成更长的一段DNA。这种重叠比较过程导致一系列大的相 邻核背酸序列或重叠群(contig).4)最后 ,将这些 重叠群按合适的顺序排队 填补两个重叠 群之间可能留下的缺口(gp以，从而形成完整的基因组序列。 22.酿酒酵母是以单倍体或二倍体状态存在，单倍体分别是两种接合型，称之为Q和a, a和a细胞的融合便产生了二倍体细胞〔a/).大多数酵母菌株含有一种称之为2m的质 粒，这是目前研究得比较深入且具有广泛应用价值的质粒。 23. 在生物进化过程 微生物 形成了愈来念完普的代谢讽节机制 使细胞内复杂的生 物化学反应能高度有序地进行和对外界环境条件的或变迅速作出反应 因此，处于平衡生长 进行正常代谢的微生物不会有代谢产物的积累。而微生物育种的目的就是要人为地使某种代 谢产物过最积累，把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导，或者促使细胞内发 生基因的重新组合伏化遗传性状，实现人为控制微生物。获得我们所需要的高产、优质和低 耗的闲种。为了实现这一目的必须设法解除或突破微生物的代谢调节控制，进行优良性状的 组合， 或者利用基因 程的方法人为改造或构建我们所需要的菌株 24.虽然微生物可产生大量十分有价值的产物，但是它们完善的调节机制限刺细胞只月 生够它们自身需要的少量产物，它们是十分“节约”的。微生物学家必须设法使它们变成“浪 费型”，才能从它们那儿得到我们所需要的代谢产物。长期实践的结果表明，通过选育各种 突变株是达到这一目的的重要策略。包括营养缺陷型突变株，抗阻過和抗反馈突变型，抗性 突变型等。 25.体内基因重组是指重组过程发生在细胞内。体内基因重组育种是指采用接合、转化 转导和原生质体融合等遗传学方法和技术使微生物细胞内发生基因重组，以增加优良性状的 组合，或者导致多倍体的出现，从而获得优良菌株的一种育种方法， 主要参考书目 l.Prescott LM,HarleyJP,.Klein DA.微生物学.第5版.中文版.沈萍，彭珍荣主译.北 京：高等教育出版杜 2003.227-36 2.沈.微生物遗传学.武汉：武汉大学出版社，1995 3.Talaro K P.Foundations in Microbiology.5th ed.New York:MeGraw-Hill companies.2005 沈萍)
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