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微生物的遗传与变异课件优秀课件

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微生物学遗传与变异ppt课件

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微生物的遗传和变异ppt课件

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突变(mutation)
指生物体内遗传物质发生数量或结构变化的现象
变异
由突变导致遗传性状改变叫变异
突变率
指每个细胞在每一世代中发生突变的概率 常用的基因突变符号
36
一、概念
突变的类型
基因突变(gene mutation）：是由于DNA链上 的一对或少数几对碱基发生改变而引起的
DNA：绝大多数生物的遗传物质 RNA：部分病毒
核酸的组成
真核：DNA总是缠绕着组蛋白，两者一 起构成了复合物——染色体
原核：DNA都是单独存在的
29
核酸水平
核酸结构
DNA：绝大多数是双链，部分病毒是单链
RNA：绝大多数单链，少数是双链
核酸的长度
真核生物的DNA比原核生物的长得多 不同生物间的差别很大
两者的关系
4
研究微生物遗传的意义
微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生 物学基本理论问题中最热衷的研究对象
对微生物遗传规律的深入研究 促进了现代分子生物学和生物工程学的发展 为育种工作提供了丰富的理论基础，促使育 种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从 随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向 发展
３组实验
动物试验 细胞培养试验 分离后SⅢ细胞物质对RⅡ细胞转化实验
10
1）动物试验
11
动物实验结果与结论
结果
第一组：活SⅢ型细菌可以使白鼠死亡 第二组：活RⅡ型细菌不使白鼠死亡 第三组：加热杀死后SⅢ细菌，不使白鼠死亡；
加热杀死的SⅢ型和活R型细菌混合可使白鼠死亡
实验（3）结论
只有S型中的DNA才能使R型转化为S型，多糖 和蛋白质都不具备转化能力

《微生物遗传与变异》课件

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倒位突变
指DNA分子中一段碱基对的倒位，导致基因 结构的改变。
基因突变机制
自发突变
指在没有任何外界因素的影响 下，DNA复制过程中偶然出 现的差错导致的基因突变。
诱变因素
指某些物理、化学、生物因素 可以诱导基因突变的产生，如 紫外线、X射线、化学诱变剂
等。
修复缺陷
指DNA损伤修复过程中的缺 陷可以导致基因突变的产生。
基因重组也可以帮助微生物抵 抗抗生素等外部压力，提高生 存能力。
04 微生物基因表达调控
基因表达调控概念
基因表达调控是生物体内基因表达的调节控制过程，是生物体内基因活动的一个重 要环节。
基因表达调控主要发生在转录水平，即RNA聚合酶通过转录起始、延伸、终止等过 程控制基因的表达。
基因表达调控对于生物体的生长、发育、代谢以及应激反应等生理过程具有重要意 义。
表观遗传修饰
表观遗传修饰是指DNA序列不变的情况下，基因表达的可遗传变化， 包括DNA甲基化、组蛋白修饰等。表观遗传修饰可以影响转录因子的 活性，从而调控基因的表达。
基因表达调控对微生物的影响
微生物的适应性
基因表达调控是微生物适应环境变化的重要机制。通过调控特定基因的表达，微生物可以适应不同的生长条件、营养 需求以及环境压力。
遗传物质
携带遗传信息的物质， 可以是DNA或RNA。
微生物遗传学重要性
基础研究
01
揭示生命本质，探索生物进化机制。
应用研究
02
改良微生物菌种，提高工业生产效率。
疾病控制
03
研究病原微生物的遗传特性，为疾病防治提供依据。
微生物遗传学发展历程
19世纪
孟德尔遗传定律的发现，奠定遗传学基础。

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启动基因(promotor)：启动基因是转录的起始部位，是RNA多 聚酶附着和启动的部位。操纵基因和启动基因不能转录RNA， 不产生任何基因产物。调节基因一般与操纵子有一定间隔距离 (一般小于100个碱基)，它是调节操纵子中结构基因活动的基因。
3、染色体水平 （1）染色体数： 在不同生物体的每个细胞核内，往往有 不同数目的染色体。真核生物常有较多的染色体；而原核 生物的核质体中只有一个裸露的、光镜不可见的环状染色 体，所以对原核生物来说，染色体水平实际上与核酸水平 相同。 （2）染色体倍数：除染色体的数目外，染色体的套数也不 同。如果在一个细胞中只有一套相同功能的染色体，它就 是一个单倍体。在自然界中发现的微生物，多数都是单倍 体的；包含有两套相同功能 染色体的细胞，就称为双倍体。 只有少数微生物如酿酒酵母的营养细胞以及由两个单倍体 的性细胞通过接合或体细胞融合而形成的合子，才是双倍 体。在原核生物中，通过转化、转导或接合等过程而获得 外源染色体片段时，只能形成一种不稳定的称作部分双倍 体的细胞。
（2）微生物繁殖快，个体易于变异，易得到突变体；
（3）微生物的变异易于识别，便于建立纯系。
遗传与变异的几个概念
遗传和变异是生命最本质的属性之一。 遗传(heredity) 表型（phenotype） 遗传型（genotype） 变异(variation) 饰变（modification）
2、细胞核水平 （1）核内染色体：真核生物的细胞核外被核膜，核内的
DNA与组蛋白结合在一起，形成结构稳定的染色体； 原核生物的类核无核膜，呈松散的核质体状态存在， DNA也不与任何蛋白质结合。 （2）核外染色体：核外遗传物质 A) 真核生物的“质粒” ： 细胞质基因：线粒体、叶绿体； 共生生物：卡巴颗粒； 酵母菌的2um质粒 B) 原核生物的质粒：F因子、R因子、Col质粒、Ti质粒、 巨大质粒、降解性质粒等。

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β- 棒状噬菌体
含毒素基因
编码毒素蛋白
• 毒力减弱—— 有毒菌株变异为弱毒或无毒菌株
卡介苗 Bacillus of Calmette- Guerin,BCG : 卡介二氏用有毒的牛 结核分枝杆菌在含甘油、马铃薯的培养基上，经13年连续230次传 代所获得的一毒力减弱但保留有抗原性的变异株。是 用于人工免疫 以预防结核病的活疫苗。
• 染色体DNA chromosome • 质粒 plasmid • 转位因子 transposable element • 噬菌体 phage
• 染色体DNA
chromosome
• 无内含子 • 重复序列少 • 功能相关基因组
成操纵子
• 病原菌中存在
毒力島（pathogenecity Island)
1．形态结构： EM 下 有 三 种 基 本 形 态 ：
蝌蚪型 微球形 丝形
2．化学组成：
• 噬菌体由核酸和蛋白质组成。 • 核酸是噬菌体的遗传物质，根据其组成可为DNA噬
菌体和RNA噬菌体。
• 蛋白质是噬菌体头部衣壳及尾部的主要组成成份，
能保护噬菌体核酸，决定其外形和表面特征。
噬菌体与细菌的关系
4、耐药性变异variation of virulence
细菌对某种抗生素或药物由敏感变为不敏感即为细菌
的耐药现象。
多重耐药株:同时耐受多种抗生素的菌株。 抗生素依赖菌株：如痢疾志贺菌的赖链霉素菌株。
抗生素
抗生素
敏感
耐药
细菌遗传变异的物质基础
material basis of bacterial heredity and variation
转导频率
普遍性转导
局限性转导
裂解期

《微生物遗传与变异》PPT课件

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基因是一段DNA
基因Ⅰ
基因Ⅱ
染色体 DNA 完整版课件ppt
22
原核生物基因调控系统
R
P O 结构基因
启动基因 操纵基因
调节基因
操纵子
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23
乳糖代谢基因表达调控 （环境中没有乳糖时的基因状态）
乳糖代谢基因表达调控 （环境中具有乳糖时的基因状态）
3、遗传信息的传递
贮存在DNA上的遗传信息都会转录到RNA上，通 过RNA的翻译作用指导蛋白质的合成，最终依靠 蛋白质体现遗传性状。
转录
DNA
翻译
RNA
蛋白质
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26
（二） DNA的复制
微生物为了保证遗传的稳定性，DNA的复制十分精确。 复制过程： 1.解旋：DNA双链氢键断裂，双链分开； 2.复制：以各自双链为模板，进行复制。 3.分配：新复制的核苷酸链与原来的一条核苷酸链按照碱 基配对原则形成新的双链结构并分给子代。
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20
种类 用途
F因子 与有性接合有关 R因子 与抗药性有关
CoL 编码免疫蛋白 Ti质粒 诱癌质粒 降解性质粒：编码降解有害物质的酶
基因工程中作为目的基因载体
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21
2、基因-遗传因子
生物体内贮存遗传信息、能进行自我复制能力的遗传功能 单位。是DNA分子上的具有特定碱基排列顺序的核苷酸片 断。 每个细菌约有5000～10000个基因。
替排列构成。
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3、每个核苷酸链上都有四
个碱基： T——胸腺嘧啶 A——腺嘌呤 G——鸟嘌呤 C——胞嘧啶 彼此与另一条核苷酸链上的 碱基组成碱基对：T—A A—T G—C C—G 17

微生物的遗传和变异PPT课件

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第17页/共58页
转座因子（跳跃基因）
• 指细胞基因组中，能从一个位置转移到另一个位置的的一段DNA片段。 种类： 1.插入序列 2.转座子
第18页/共58页
插入序列（ insertion sequence,IS）
• 结构较简单，长度小于2Kb。只带有与自身转座功能相关的基因，不带有任何与插入无关的基因。
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三个经典实验：
1）经典转化实验 2）噬菌体感染实验 3）植物病毒重建实验
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肺炎球菌转化试验
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肺炎球菌转化试验
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Avery的实验
第9页/共58页
DNA结构与功能
• 结构：双螺旋结构 • 功能：储存、复制、传递遗传信息 • 复制方式：半保留复制 • 中心法则：DNA RNA 蛋白质
• 又称基因型，指某一生物所含有的全部遗传因子，即基因型所携带的遗传信息。
• 遗传型＋环境条件
表型
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表型（phenotype）
• 指某一生物所具有的一切外表特征和内在特性的总和。
第4页/共58页
第一节 遗传变异的物质基础
一、微生物的遗传物质 证明: 核酸，尤其是DNA，是遗传、变异的真正的物质基础。
本章小结：
• 遗传变异的物质基础 • 质粒 • 噬菌体的结构 • 烈性噬菌体的增殖周期 • 原核微生物的基因重组：
转化 转导、接合
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感谢您的观看。
第58页/共58页
第34页/共58页
3、DNA损伤的修复
光复活作用： 带嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗中可与光复活酶结合，在可见光作用下，光复活酶被激活，嘧啶二聚体解
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微生物基因组DNA绝大部分用来编码蛋白质、RNA ；其余用作复制起点、启动子、终止子和一些由调节 蛋白识别和结合的位点等信号序列。
一、微生物的主要遗传物质
（三）真核细胞型微生物的染色体
1）真核细胞型微生物与高等动植物一样，具有完整的细胞核结构 2）遗传物质以染色体的形式存在，其化学组成是线状双链DNA分子和
蛋白质； 3）基因是不连续的，结构基因内部存在许多不编码蛋白质的间隔序列，
称为内含子，编码区则称为外显子。 5）通常含有多种染色体，并且每条染色体中具有许多复制起点，可同时
进行复制。
二、质粒和转座因子
染色体
（一）质粒
质粒（plasmid）： 是一种染色体外DNA遗传物质，呈双链、超螺旋、 闭环状，能进行自主复制，主要存在于各种微生物 细胞中。
（二）原核细胞型微生物的染色体
原核细胞型微生物的遗传物质包括染色体 和质粒。
1、染色体为一段共价闭合环状的双链DNA ：在细胞中紧密缠绕成较致密的不规则的小 体，称为拟核
2、基因组上遗传信息具有连续性
除了个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的 rRNA和tRNA中也发现有内含子或间隔序列外，原核微 生物一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的 。
（一）质粒
基本特性： 1、绝大多是质粒是共价闭合环状双链DNA； 2、质粒可独立于宿主染色体外自主复制； 3、质粒基因常赋予宿主细胞某些特性，如合成抗生素、细 菌素等； 4、质粒能从宿主细胞自发消除，其所携带的基因非细胞生 存所必需，除去质粒后，细胞可依然存活 5、质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移； 6、细菌具有相容性或不相容性：两类不同类型的质粒，能 /不能稳定地共存于一个细胞内。
质粒本身编码一种免疫蛋白，从而使某种类型大肠 杆菌的菌株对自身产生的大肠杆菌有免疫力，但对 其他类型的大肠杆菌仍是敏感的。4、代谢质粒/降解质粒
含有这类质粒的细菌，能将复杂的有机化合物降解成能被 其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重 要的意义。 如假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如苯、辛烷和樟 脑等的能力。
转座机制
●保守型转座
转座子插入到DNA上 新的位点，首先交错 切开靶DNA，再将转 座子连接到靶DNA的 凸出单链上，最后填 补空缺完成转座。
转座机制
●
复制型转座
①在转座子和靶位点两端分别 交错切割产生切口;
②形成一种交换结构； ③产生一个包含两个正向重复
的转座子拷贝的复合物，称 为共合体；
转座机制
微生物的遗传与变异课件优秀 课件
一、证明遗传变异物质基础的三个经典实验
（一）转化实验
①将无毒性的R型活细胞注射到小鼠体内，结果小鼠不死亡； ②将有毒性的S型活细胞注射到小鼠体内，结果小鼠患败血症死亡； ③将加热杀死的S型细菌注射到小鼠体内，结果小鼠不死亡； ④将无毒性的R型活细菌与加热杀死后的S型细菌混合后，注射到小鼠 体内，结果小鼠患败血症死亡。
（二）噬菌体感染实验
在噬菌体感染过程中，其 蛋白质外壳根本未进入宿 主细胞，进入宿主细胞的 只有噬菌体DNA，尚因释 放出的子代噬菌体粒子具 有同亲代一样的蛋白质外 壳，故可以肯定，仅只有 DNA携带有全部遗传信息 。
（三）植物病毒的重建实验
病毒的蛋白质取决于相应的RNA。为此证明该病毒的遗传物质为 RNA，蛋白质外壳对其仅起保护作用。
转座与转座因子
转座因子：是一个DNA片段，可在质粒与质粒之间或质 粒与染色体之间随机转移，故又称为“跳跃基因”。转 座子不能自我复制。
转座子
质粒
转座与转座因子
转座：是指转座因子从染色体的一个位置转移 到另一位置，或者在质粒与染色体之间转移的 过程，即转座因子改变其在DNA分子上位置的 过程。 由于转座因子的转座行为，将使DNA分子发生 插入突变和广泛的基因重排，在促使生物变异 及进化上具有重大意义。
④在解离酶的作用下进行， 释放两个复制子。
转座的遗传学效应
1、引起插入突变：插入在宿主染色体的某一结构基因内， 造成该基因功能的丧失。 2、产生新的基因,引起生物进化：如插入抗药性基因 3、产生染色体畸变 4、基因的移动和重排 5、转座因子可以从插入位置上消失，可导致回复突变。
第二节 噬菌体及其对细菌遗传性的影响
常见的质粒类型
• F质粒/致育因子 • R质粒/耐药质粒/抗性因子 • Col质粒 • 代谢质粒/降解质粒
1、F质粒/致育因子
具有编码性菌毛的能力，可在染色体外游离存在，或 整合入宿主菌染色体,成为染色体的一部分。
携带F质粒的菌株称为 F+菌株（相当于雄性） ，无F质粒的菌株称为 F-菌株（相当于雌性）
第一节 微生物遗传和变异的物质基础
基因与基因组
• 基因：是合成一种有功能的多肽链或RNA分子所 必需的一段完整的DNA序列；
• 基因组：是指存在于生物体遗传物质中全部基因 的总称。
一、微生物的主要遗传物质
（一）病毒的核酸 除朊病毒没有遗传物质外，所有病毒的遗 传物质都是DNA或RNA。
一、微生物的主要遗传物质
遗传与变异
• 遗传性：生物可通过 无性繁殖或有性繁殖 的方式繁衍后代，并 使子代与亲代相似。
变异性：生物的子代与
亲代，以及子代不同个 体之间在性状上又存在 某些差异。
由于细菌个体微小、遗传物质较为简单，易于人工 培养，繁殖速度快，突变型容易识别和检出。因此，细 菌一直被用做研究生物遗传与变异规律的实验材料。
噬菌体
• 是感染细菌、螺旋体或真菌等微生物的病毒， 因为噬菌体能引起宿主菌的裂解，故称为噬菌 体。
• 蝌蚪形、球形、杆状
噬菌体的特性
➢ 只有一种核酸类型，DNA或RNA； ➢ 能通过细菌滤器； ➢ 必须在活的宿主细胞内才能生长、增殖； ➢ 宿主细胞是细菌等微生物细胞，且具有严格的
2、R质粒/耐药质粒
R质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重 要原因之一。
接合型耐药质粒：由耐药转移因子（RTF，类似于F质粒 ，具有致育性）和耐药决定子（决定该菌株的耐药性)构 成。
非接合型耐药质粒：只有耐药决定子，只有耐药性，不 能接合转移。
R因子的结构组成
3、Col质粒
大肠杆菌产生的细菌素为大肠杆菌素，而产生这 种细菌素的质粒被称为Col质粒。