微生物的遗传变异与育种.ppt

一、原核生物的基因重组供体菌受体菌DNA片段1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力（一）转化转化是受体细胞直接吸收了来自供体细胞的DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，从而获得了供体细胞部分遗传性状。进行自然转化，需要二方面必要的条件：1、建立感受态的受体细胞2、要有外源游离的DNA分子（即转化因子）自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内感受态细胞：凡是能吸收外来的DNA片段，并把它整合到自己的染色体组上以实现转化的受体细胞，叫感受态细胞（具有摄取外源DNA能力的细胞)。感受态是由受体细胞遗传性决定的，但是同时也受细胞的生理状态、菌龄和培养条件的影响。来自供体细胞的具有转化活性的游离的DNA片段称为转化因子。在自然条件下，转化因子可以由于细菌细胞的解体而产生。当细菌细胞解体时，细胞中的DNA可以断裂为100个左右的片段，每一个片段至少有20个基因。在实验室内，转化因子可通过提取获得。具有转化能力的DNA片段应该是双链的DNA片段，单链的DNA片段转化能力很弱，或者根本没有转化能力。这是由于单链DNA片段很难结合到受体细胞表面，而这一结合又是转化不可或缺的。其大体过程是这样的:只有处于感受态的细菌才能接受转化因子。肺炎球菌的感受态出现在对数期的中后期，从出现到消失的时间约为40min，处于感受态的肺炎球菌每个细胞表面约有30～80个能结合转化因子的结合点。当转化因子结合在受体细胞的结合点上时，DNA中的一个链可被受体细胞细胞膜上的核酸酶分解，而另一个链进入受体细胞，并且通过整合作用与受体细胞的DNA进行基因重组。------→噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染(transfection)：转染的特点：提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。转化过程的特点：a）对核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供体细胞；c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多人工转化用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。01在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段，是基因工程的奠基石和基础技术。02不是由细菌自身的基因所控制；03用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。04质粒的转化效率高05（二）细菌的转导（transduction）由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式一个细胞的DNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中细菌转导的类型：普遍转导局限转导完全普遍转导流产普遍转导低频转导高频转导局限转导与普遍转导的比较溶源转变（三）接合(conjugation)通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm认为细菌的转化有些与高等动物、植物的接合相类似。因此他们设计了一个实验来观察细菌是否存在接合现象。中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致。用E.coliK12的两类营养缺陷型作为实验材料：E.coliK12的苏氨酸（thr－）、赖氨酸（leu－）的营养缺陷型和E.coliK12的生物素（bio－）、甲硫氨酸（met－）的营养缺陷型。为了简化起见，这里分别用ABCD来表示这两种营养缺陷型所需的共同的四种生长因素。经过一段时间的培养，从U形管的两端取出的细菌都不能在基本培养基中生长。U形管实验充分说明了不让细菌接触，遗传物质就无法转移，因而否定了这是转化的结果。由于这两种营养缺陷型通过接合，相互进行遗传物质的转移和重组，从而使双方的遗传特性发生改变。为了排除这是由于转化的可能性，有人设计了U形管实验。后来，随着电子显微镜的广泛应用，科学工作者得到了E.coli接合的电子显微镜摄影图像，从而更进一步证实了细菌接合的客观存在。从电子显微摄影图像上可以看到E.coli的接合与性纤毛有关。性纤毛是中空的，遗传物质可以通过性纤毛进行转移。不久又发现能进行结合的E.coli有♀和♂之分，而这些又取决于是否有F因子的存在。凡有F因子的菌株，其细胞表面就产生1～4条中空而细长的丝状物，即性纤毛。有F因子的为♂性，即供体菌株，无F因子的为♀，即为受