第八章细菌和病毒的遗传.ppt
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1、第八章 细菌和病毒的遗传,第一节 细菌和病毒遗传研究的意义 第二节噬菌体的遗传分析 第三节细菌的遗传分析,第一节 细菌和病毒遗传研究的意义,遗传学的研究从细胞水平推进到分子水平的时代,是由于两项重大的发展: 一是化学家和物理学家对基因的化学和物理结构的了解日益深入; 二是研究材料采用了新的生物类型细菌和病毒它们繁殖迅速,而且每个世代繁殖数量庞大,最容易使遗传学家获得有意义的资料,因此,它们已经成为遗传学研究中必要的试验生物。,一、细菌,1.细菌DNA 是一个环状双链分子,通常也称细菌染色体。 2.质粒 是一种细菌染色体外小型环状DNA。携带着决定细菌某些遗传特性的基因,如抗药、产毒、致病、形成
2、芽胞、产生色素或抗生素等的基因。,能独立于染色体存在和复制,还能在细胞间传递。,细菌一般进行无性繁殖,通过简单的裂殖呈几何级数增长,完成每个世代只需20分钟 。 单个细胞在很短的时间内产生107个子细胞并聚集一起形成菌落。 一个菌落的全部细胞是由一个细胞产生 理论上应具有相同的遗传组成,又称克隆 。即无性繁殖系。,细菌可产生多种突变,如:形态性状的突变,生理特性的突变或抗性的突变 菌落形态性状的突变包括:菌落的形状、透明度、颜色和大小等。 生化突变包括:丧失合成某种营养物质能力的营养缺陷型。 抗性突变包括:抗药性或抗感染性。,二、病毒,病毒是比细菌更为简单的生物,它们也只有一条染色体,即单倍体
3、。有些病毒的染色体是DNA,还有一些病毒是RNA。 病毒主要是由蛋白质外壳及其包被的核酸所组成的颗粒。 病毒可根据宿主(动物、植物、细菌、真菌)或遗传物质(DNA或RNA)来分类。,细菌病毒称为噬菌体(phage)(如图), 是目前经过广泛研究,了解比较清楚的一种病毒。,三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性,细菌和病毒在遗传研究中的优越性可以归为: (1)繁殖世代所需时间短 (2)易于管理和进行化学分析 (3)遗传物质比较简单 (4)存在着拟有性过程 (5)便于研究基因的突变 (6)便于研究基因的作用 (7)便于研究基因的微细结构 (8)可用作研究高等生物的简单模型,第二节 噬菌体的遗传分析,噬
4、菌体存在一个拟有性过程。通过这个过程,可以发生遗传物质的交换。通过对噬菌体遗传学的大量研究,获得了关于基因结构,重组机理和基因功能的大量知识。 一、噬菌体的生活周期 也称噬菌体的感染周期。是指噬菌体从吸附细菌到后代噬菌体由寄主细菌中释放出来。 根据生活周期的特点,噬菌体可分为烈性噬菌体和温和性噬菌体。,(一)T4噬菌体的裂解性生活周期 T4烈性噬菌体在感染细菌细胞后,随即在宿主细胞内繁殖并裂解宿主细胞。 感染细菌时, T4噬菌体的尾丝附着在大肠杆菌表面时,通过尾鞘的收缩将噬菌体DNA经中空尾部注入寄主细胞,破坏寄主细胞的遗传物质,并合成大量的噬菌体DNA和蛋白质,组成许多新的子噬菌体,最后使细
5、菌裂解,释放出无数个子噬菌体。,(二)噬菌体的生活周期 侵入后并不使细菌裂解,而是以原噬菌体或质粒的形式存在的一类噬菌体称为温和性噬菌体。如噬菌体。 温和性噬菌体侵入细菌后,具有一个溶源性的生活周期。 在溶原周期中染色体并不单独复制,而是插入宿主染色体特定区域,随着宿主染色体一道复制。 整合的噬菌体称为原噬菌体,带有原噬菌体的细菌叫做溶原性细菌。通常有105频率的原噬菌体从溶原性细菌中释放出来,进入裂解周期。,二、噬菌体的基因重组,噬菌体有两种性状可作为遗传标志, 噬菌斑的形态 宿主范围 噬菌体的突变可从其噬菌斑的形态和宿主范围来判断。 1.噬菌斑突变:T噬菌体的r-突变体(速溶性) 正常噬菌
6、体,r+,产生的菌斑小而边缘模糊 突变噬菌体,r-,产生的菌斑大两倍而边缘清晰 2.宿主范围突变: T2噬菌体的h-突变体 正常噬菌体,h+,只能以大肠杆菌B株(Ttor)为宿主 突变噬菌体,h-,能以B株和B/2株(Ttos)为宿主,h+r-h-r+培养所产生的四种噬菌斑,h+r-h-r+ 接种在同时长有B和B/2 株的培养基上 h+r- h-r+ h+r+ h-r- 混浊,大 透明,小 混浊,小 透明,大。,T2噬菌体的基因重组,亲本型,重组型,第三节 细菌的遗传分析,一、转化 转化是指指某些细菌(或其它生物)能通过其细胞膜摄取周围介质中的DNA片段,并将此外源DNA片段整合到自己染色体组
7、中的过程。 (一)格里费斯的肺炎链球菌转化实验 肺炎链球菌有两种类型:S型(光滑型) R型(粗糙型) 1928年, 格里费斯发现一种非致病性的R 变种可以通过以下途径转化为致病性的S型。,1928年Griffith 的实验,他将活的R型和经加热杀死的S 型肺炎球菌混合液注入小鼠。惊人的发现:这种混合液使小鼠致死, 而单独活R型或经加热杀死的S 型都不能使小鼠死亡。在致死的小鼠血液中发现了活的S型肺炎链球菌。 因此, 加热杀死的S型肺炎球菌以某种方式将活的R型转化成了活S型肺炎球菌。 这一转变是永久性的:转化的细菌还能产生致病性的S型后代。,(二)转化过程(可分3阶段) 1.自然转化 (1)感受
8、态的出现 这是转化的第一步。是使转化DNA与受体细菌间的成功地相互作用,这包括:转化片段的大小、形态、浓度和受体细胞的生理状态。除此之外,受体细胞必须在生理上处于感受态。 感受态是指细菌在某一特定阶段所呈现的能从周围环境中吸收DNA分子的状态。,(2)双链DNA的结合与进入 革兰氏阳性菌(G+)转化,非感受态细胞,外源DNA被洗掉了,转化因子,感受态细胞,外源DNA仍与细胞结合,进入,两种核酸酶: 切为约14kb的片段 使外源DNA片段变为单链后与特异蛋白质结合。,核酸内切酶,核酸外切酶,吸附,洗涤,革兰氏阴性菌(G-)的转化,转化因子,吸附,感受态细胞,转化小体(内含双链DNA),进入,DN
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